CC BY
67
ТЕХНОГЕННЫЕ АЭРОЗОЛИ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ НОВОСИБИРСКОГО ЗАВОДА ХИМКОЦЕНТРАТОВ
Светлана Юрьевна Артамонова
Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН (ИГМ СО РАН), 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, тел. 8-913-481-13-27, e-mail: [email protected]
В настоящей статье приводятся результаты минералого-геохимического изучения техногенных аэрозолей, отобранных в северо-восточном шлейфе выбросов Новосибирского завода химконцентратов (НЗХК) согласно местной многолетней розы ветров. С применением ICP-MS, ICP-AES и электронной микроскопии изучены элементный состав аэрозолей и индивидуальных аэрозольных частиц.
Работа проведена в рамках проекта № 14-05-00289 «Элементный и минеральнофазовый составы техногенных аэрозолей как основа метода для оценки качества окружающей среды урбанизированных и горнопромышленных территорий Сибири», поддержанного грантом РФФИ.
Ключевые слова: техногенез, технофильные элементы, естественные
радионуклиды, изотопы, аэрозоль, выбросы, техногенное загрязнение, экологический риск.
TECHNOGENIC AEROSOLS OF NOVOSIBIRSK CHEMICAL CONCENTRATES PLANT AREA
Svetlana Yu. Artamonova
Institute of Geology and Mineralogy SB RAS of V. S. Soboleva, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac. Koptiug av. 3, PhD, research associate, tel. 8-913-481-13-27, e-mail: [email protected]
Results of mineralogical and geochemical studying of the technogenic aerosols sampled in a northeast from Novosibirsk Chemical Concentrates Plant (NCCP) according to local long-term wind rose. Element composition of individual aerosols particles are studied by using of scanning electron microscopy, common element composition of aerosols is studied by using ICP-MS, ICP-AES.
Researches are the part of project No 14-05-00289 «Element and mineral-phase composition ot technogenious aerosol as method basis for an assessment of environmental pollution of the urbanized and mining territories of Siberia» granted RFBR.
Key words: technogenesis, technophilia elements, natural radionuclides, isotopes, aerosol, emissions, technogenic pollution, ecological risk.
В последние десятилетия проводятся интенсивные исследования
загрязнения окружающей среды крупных городов. Несмотря на
значительный объем эколого-геохимических исследований и
многочисленные публикации, многие вопросы, связанные с оценкой роли
крупных промышленных предприятий в формировании качества
окружающей среды урбанизированных и горнопромышленных территорий
требуют дальнейшего изучения. Во многих работах определяется общий фон
загрязнения без установления факторного веса отдельных доминирующих
1
источников, и минералогия и элементный состав собственно аэрозольных частиц, как правило, остается «белым пятном». Особое внимание необходимо обратить на предприятия атомной промышленности, поскольку их вклад в аэрозольное загрязнение городов требует дальнейшего более углубленного изучения с применением методов тонкого анализа.
В условиях Сибири снег является идеальным модельным объектом для изучения состава и динамики выбросов промышленных предприятий, поскольку с начала ноября до конца марта в устойчивом снежном покрове фиксируются твёрдые аэрозольные частицы, а также частично -сорбированные на твердых фазах газообразные продукты. В районе г. Новосибирска в зимнее время в приземном слое атмосферы преобладают ветры южного и юго-западного направлений, а летом роза ветров становится более изометричной [Климат Новосибирска, 1979]. На высоте 0.5 км в пограничном слое атмосферы доминируют ветры юго-западного и западного направлений. Это обстоятельство предопределяет основные направления аэрозольных загрязнений от труб изучаемых промышленных объектов.
Цель настоящей работы - изучить элементный состав современных техногенных аэрозолей северо-восточном пригороде Новосибирска и попытаться выявить возможные индикаторы выбросов НЗХК.
Экспериментальная часть. Изучались крупные фракции аэрозолей, накопленные за зимний период в снежном покрове к северо-востоку от НЗХК, расположенного на северо-восточной окраине г. Новосибирска. За фоновый участок приняты окрестности Новосибирского Академгородка, в 30 км к югу от НЗХК. Элементный состав аэрозолей, изучался атомноэмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES) и масс-спектрометрическим методом с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) [Артамонова, 2012]. Относительное стандартное отклонение при определении концентраций - до 10%. С помощью ICP-MS определено соотношение изотопов 238U/235U с погрешностью < 2 %. Морфология и вещественный состав отдельных аэрозольных частиц исследованы на сканирующем электронном микроскопе LEO 1430 VP, снабженном энергодисперсионным спектрометром (EDS) OXFORD [Артамонова, 2012].
Аэрозоли состоят из алюмосиликатных сфероидов и частиц неправильной формы и сажи, с удалением от города аэрозольные частицы становятся меньше по размеру (рис. 1).
Путем озоления проб выявлено, что содержание сажи в аэрозолях составляет от 20 до 36 масс.%. Макроэлементы Si, Al, Fe являются основными составляющими минеральной части аэрозолей. С удалением от города пыле-аэрозольная нагрузка снижается почти в 4 раза: от 87.3 мг/м2-сут в 4.8 км до 23 мг/м2-сут в 22.8 км от НЗХК. Вместе с пылеаэрозольной нагрузкой снижается содержание основных макроэлементов (рис. 2).
Рис. 1. Электронный снимок аэрозолей в режиме обратно-рассеянных электронов (слева - в 4.8 км, справа - в 22.8 км к северо-востоку от НЗХК)
2
Рис. 2. Снижение пылеаэрозольной нагрузки (мг/м *сут), пыльности (в расчете на талый снег, мг/л) и содержания основных макроэлементов (масс. %) в аэрозолях северо-восточного пригорода Новосибирска по мере удаления от города. По горизонтали - расстояние от НЗХК, км
Содержание тяжелых металлов (Си, 7п, Со, №, Cd) в аэрозолях района практически не отличается от аэрозолей фонового участка. Вместе с тем выявлено, что в аэрозолях около НЗХК повышены содержания литофильных элементов Ва, Sr, 7г, Y, МЬ, и по мере удаления - снижаются (рис. 3). Эту группу элементов мы связываем с выбросами НЗХК, поскольку она практически совпадает с группой элементов-индикаторов выбросов Сибирского химического завода, являющегося предприятием атомной промышленности [Артамонова, 2012].
Рис. 3. Содержание Sr, 7г, Ва, Y, КЪ (г/т) в аэрозолях зоны влияния НЗХК.
Слева оконтурены содержания в аэрозолях фонового участка
Кроме того, аэрозоли зоны влияния НЗХК характеризуются высоким содержанием лантаноидов по сравнению с фоновым участком и по сравнению с другими промышленными районами Новосибирска, например, зоны влияния Новосибирского Оловокомбината [Артамонова и др., 2007], потому формируют геохимические поля на диаграммах La+Ce/YЪ+Lu, Се/Еи (рис. 4).
1
2 3 ♦
□
О
Рис. 4. Соотношение La+Ce, Се/Еи в техногенных аэрозолях зоны влияния НЗХК (1), Новосибирского Оловокомбината (2) и фонового участка (3).
Оконтурены аэрозоли зоны влияния НЗХК
В целом, для техногенных аэрозолях повышено содержание и, и ТИ/и соотношение близко к 2.5. Известно, что ТИ/и =2.5 - это разделитель естественного соотношения радионуклидов в природе от техногенно смещенного, как правило, в районах предприятий ядерно -топливного цикла [Рихванов, 1996] (рис. 5). При этом наиболее высокие содержания ТИ, и и заметно более низкие, равное 2-м, соотношение ТИ/и, характерно для тех исследованных проб техногенных аэрозолей к северо-востоку от НЗХК (рис.
5). В этих же пробах аэрозолей существенно смещено соотношение изотопов 238и/235и от природного, равного 137.8
Се, г/т
238 235
Рис. 5. Соотношение ТИ/и и и/ и в техногенных аэрозолях зоны влияния НЗХК. Оконтурены аэрозоли зоны влияния НЗХК. Линией показаны ТИ/и=2.5 и 238и/235и=137.8. Условные обозначения см. рис. 4
С применением сканирующей микроскопии обнаружены аэрозольные частицы оксидов урана в аэрозолях - всего 11, отобранных на расстоянии от 4.8 до 22.8 км от НЗХК (рис. 6).
№ 3-22-1
2 мкм
Рис. 6. Частица оксида урана, прикрепленная к полой алюмосиликатной сфероидной аэрозольной частице (электронный снимок в режиме обратнорассеянных электронов) и ее спектр. Проба отобрана в 9.15 км
к северо-востоку от НЗХК
Таким образом, территория к северо-востоку от НЗХК на расстоянии до 23 км находится под непосредственным влиянием выбросов этого предприятия, характеризующихся повышенным содержанием и, в том числе изотопа 235и, также Т^ литофильных Sr, 7г, Ва, Y, МЬ и редкоземельных элементов. В аэрозолях найдены частицы оксидов урана, которые, по мнению автора, приобретают возможность дальнего переноса в случае прикрепления к полым сфероидам и чешуйкам сажи. Будущие исследования позволят уточнить размеры простирания зоны влияния НЗХК, также дальнейшие исследования позволят определить основные формы аэрозольного переноса урана, тория, и других сопутствующих элементов.
Работа проведена при поддержке гранта РФФИ № 14-05-00289.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Артамонова С.Ю., Лапухов А.С, Мирошниченко Л.В., Разворотнева Л.И. Минерально-геохимические индикаторы техногенных источников аэрозольного загрязнения // Химия в интересах устойчивого развития. - 2007. - №15. - 643-652 с.
2. Артамонова С.Ю. Геохимические особенности аэрозольного загрязнения в районе Сибирского химического комбината // Химия в интересах устойчивого развития. - 2012. -Т. 20. - № 4. - С. 405-418
3. Климат Новосибирска. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 221 с
4. Рихванов Л.П. Уран и торий в почвах // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: мат.междунар.конф., г. Томск, 22-24 мая 1996 г. -Томск: Изд-во ТПУ 1996. - С.308-313.
