9Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН № 5 (49) 2012
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК551.324 \23\
ВЫСОТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ МИКРОЧАСТИЦ В СНЕЖНО-ФИРНОВОЙ ТОЛЩЕ НА ЮЖНОМ СКЛОНЕ ЭЛЬБРУСА В ИНТЕРВАЛЕ ВЫСОТ 3700-5450 м н.у.м.*
Н.В. ТАТАРЕНКО1, А.В. ГЯУРГИЕВ2
1ФГБОУ ВПО Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова
360004, КБР, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173 E-mail: bsk@kbsu.ru
2ФГБУ Высокогорный геофизический институт 360030, КБР, г. Нальчик, пр. Ленина, 2 E-mail: vgikbr@rambler.ru
Анализируются закономерности распределения концентраций микрочастиц в снежно-фирновой толще на южном склоне Эльбруса в высотном интервале 3700-5450 м н.у.м. в свежевыпавшем снеге за 2006 г.
Ключевые слова: аэрозоль, твердые осадки, снег, высотная поясность, химические элементы, микрочастицы.
Как показывает опыт, вопрос высотного распределения аэрозолей в тропосфере изучен достаточно подробно. Известно, что концентрация аэрозолей с высотой уменьшается по экспоненте независимо от размеров частиц, и выше 4000 м имеется явно выраженная тенденция к постоянству концентрации [1, 2, 3, 4].
Вместе с тем в настоящее время еще недостаточно исследованы изменения концентраций химических примесей в твердых осадках с высотой, хотя известно, что, как отмечают многие авторы [5, 6, 7, 8], наблюдается уменьшение концентрации с абсолютной высотой. Более того, существует мнение [8], что естественная загрязненность снежного покрова в горах должна иметь высотную поясность с тенденцией к уменьшению минерализации с высотой.
Проведенные А.А. Матвеевым исследования [4] о распределении концентрации химических элементов в снежном покрове на южном склоне Эльбруса в интервале высот 2400-5633 м свидетельствуют о том, что здесь наблюдается тенденция к убыванию химических элементов с высотой. Причем максимум концентрации химических элементов отмечается на высоте 4000 м, обусловленный прежде всего переносом пыли и солевых частиц из отдаленных районов и локальным усилением процессов выветривания горных пород в этой зоне.
Исследования по распределению концентрации химических элементов в твердых осадках на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) в интервале высот 3300-4800 м, выполненные А.М. Керимовым [9, 10], показали, что существующая зона наибольшей аккумуляции снега на леднике Гарабаши определяет наличие зоны наибольшего накопления примесей в твердых осадках. Однако пояс максимального накопления химических примесей несколько смещен относительно пояса максимальной аккумуляции.
Так, в работах А.М. Керимова [9, 10] пояс максимальной аккумуляции снега в области питания ледника Гарабаши в 1997 г. находился на высоте 3800-4000 м, тогда как пояс максимального накопления химических примесей - в интервале высот 3800-3900 м.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации согласно государственному контракту №16.515.11.5081 от 10 октября 2011 г.
Следовательно, из вышеизложенного можно предположить, что большая часть химических примесей поступает с осадками. Более того, установлено, что выше пояса максимального накопления химических примесей их концентрация резко снижается. Выше эта зависимость от высоты выражена слабо (рис. 1) и характеризуется фоновыми значениями.
Рис. 1. Распределение ТМв свежевыпавшем снеге по вертикальному профилю (3750-5450) на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) в 2006 г. (мкг/л)
Причем эти значения несколько отличаются в летний и зимний период. Так, считается, что влияние подстилающей поверхности на Кавказе в летний период сказывается до высот 3500 м, а зимой до 3000 м. Летом атмосфера в целом сильнее загрязнена вследствие усиленного переноса микрочастиц восходящими потоками и активным турбулентным движением воздуха. Более того, увеличивается вклад локальных источников загрязнения -окружающие ледник склоны гор освобождаются от снега, активизируется выветривание горных пород. Зимой же мощные инверсионные слои в атмосфере препятствуют проникновению микрочастиц на большие высоты. Следовательно, в зимний период на высоте 3000 м концентрация и спектр частиц в снежно-фирновой толще приближаются к фоновым значениям в свободной атмосфере.
Таким образом, из вышесказанного можно заключить, что вертикальное распределение частиц в свободной атмосфере и в твердых осадках в высотном интервале более 4000 м в Приэльбрусье свидетельствует о близости их концентраций. А микрочастицы, содержащиеся в зимних слоях ледников выше 3000 м, характеризуют не столько региональную, сколько глобальную загрязненность атмосферы.
Полученные нами результаты о вертикальном распределении микрочастиц в снежном покрове на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) довольно хорошо согласуются с геохимическими исследованиями, проведенными ранее А.А. Матвеевым и А.М. Керимо-вым [4, 9, 10].
Далее рассмотрим распределение ТМ по вертикальному профилю (3750-5450 м н.у.м.) в свежевыпавшем снеге на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) за 2006 г. (табл. 1; рис. 1, 2).
Таблица 1.
Распределение ТМ в свежевыпавшем снеге по вертикальному профилю (3750-5450) на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) в 2006 г. (мкг/л)
Высота (Н), м н.у.м Сг N1 Мп РЬ
5450 2,13 0,7 7,15 1,87
5300 3,31 0,81 3,94 1,85
4360 1,9 1,05 11,37 6,42
4160 1,07 0,6 3,38 5
3995 0,66 0,54 4,49 4,11
3750 1,26 0,94 3,18 4,69
Из табл. 1 и рис. 1, 2 видно, что распределение ТМ по высотному профилю крайне неравномерно, причем максимум концентраций для отдельных элементов выражен по-разному.
Рис. 2. Концентрации Хп в свежевыпавшем снеге по вертикальному профилю (3750-5450) на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) в 2006 г. (мкг/л)
Установлено, что максимальные концентрации для таких элементов, как N1, Мп, РЬ приходятся на высотный уровень 4360 м, они составили соответственно 1,05; 11,37; 6,42 мкг/л. Тогда как максимальные концентрации Сг (3,31) и 2п (127,32) мкг/л приурочены к более высоким зонам (седловина Эльбруса, 5300 м). Содержание рассматриваемых ТМ колеблется в следующих пределах: для Сг - 0,66-3,31; N1 - 0,6-1,05; Мп - 3,18-11,37; РЬ -1,85-6,42 мкг/л соответственно.
Отдельно рассмотрен вертикальный ход концентрации 2п, поскольку его концентрации на два порядка выше других элементов. Так, в некоторых пробах содержание 2п достигает 100 мкг/л и более.
На рис. 2 показан вертикальный ход концентрации 2п в свежевыпавшем снеге на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) в июле 2006 г. Как видно, вертикальный ход концентрации 2п в твердых осадках крайне не равномерен. Довольно четко наблюдаются два максимума, приуроченных к высотным уровням 3830 и 5300 м н.у.м., с концентрацией 157,85 и 127,32 мкг/л соответственно.
Повышенные концентрации Zn в пробах снега и льда отмечались и ранее в работах [11, 12], объяснить это, по-видимому, можно тем, что на формирование химического состава в снежно-фирновой толще ледников оказывает влияние скрытая вулканическая деятельность. Однако нельзя исключать антропогенный источник поступления Zn в атмосферу за счет выбросов производства цветной металлургии.
В табл. 2 приведена корреляционная матрица для ТМ, соответствующая табл. 1.
Таблица 2.
Корреляционная матрица для ТМ, соответствующая табл. 1 (гкр. = 0,81)
& № Mn Pb
& 1
№ 0,38 1
Mn 0,18 0,53 1
Pb -0,57 0,37 0,35 1
Анализ табл. 2 показал, что в распределении ТМ по высоте на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) тесных корреляционных связей не просматривается, что можно объяснить их различной природой.
Вместе с тем отбор проб на седловине и восточной вершине, хотя и производился в те же дни, что и остальные образцы, однако, по-видимому, концентрации микропримесей в осадках характеризуют два разных атмосферных процесса. Более того, снег на этих уровнях постоянно перевивается и сдувается сильнейшими ветрами, и неизвестно, какого времени снег оказался во взятых пробах. Однако ввиду их уникальности рассмотрены и эти измерения.
Сравнение содержания микроэлементов в снежном покрове с их предельно допустимыми концентрациями, установленными в настоящее время для водоемов санитарно-бытового пользования, позволит оценить качество ледниковой воды и перспективы ее использования.
В табл. 3 представлены кларки концентрации микроэлементов в твердых осадках на южном склоне Эльбруса. Как видно из приведенных данных, содержание микроэлементов в твердых осадках превышает их кларковые значения, однако все концентрации микроэлементов в пробах не превышают их ПДК.
Таблица 3.
Кларки концентрации микроэлементов в твердых осадках на южном склоне Эльбруса, мкг/ л
Элементы Кларк литосферы, мкг/л [9, 12*] Предельно допустимые концентрации, мкг/л [9, 12*] Кларк концентрации в твердых осадках, (мин.-макс.) мкг/л
& 3,3*10-2 100-500 0,66-3,31
М 1,6* 10-2 100 0,6-1,05
ш 3,4* 10-2 1000 3,18-11,37
Pb 1,0* 10-2 100 1,85-6,42
2П 8,7* 10-3* 1000* 5,47-157,85
В ходе проведенных исследований получены основные результаты:
1. Получены результаты о вертикальном распределении микрочастиц в свежевыпавшем снеге по вертикальному профилю (3750-5450) на южном склоне Эльбруса (ледник Гарабаши) за 2006 г. (мкг/л).
2. Анализ данных, полученных в ходе исследований о распределении ТМ в твердых осадках на южном склоне Эльбруса, свидетельствует о том, что концентрации ТМ в снеж-
ном покрове на 1-2 порядка ниже их ПДК. А это в свою очередь указывает на то, что ледники с такими концентрациями ТМ могут быть использованы как перспективные источники пресной воды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Керимов А.М. Микрочастицы в снежном покрове и ледниках // Известия КБНЦ РАН, 1998. №1. С. 96-103.
2. Химия атмосферы / Под ред. С. Расула. М.: Изд-во «Мир», 1976. С. 408.
3. Юнге Х. Химический состав и радиактивность атмосферы. М.: Изд-во «Мир», 1965. С. 423.
4. Матвеев А.А. Химический состав снега, льда и атмосферных осадков района оледенения Эльбруса // Гидрохимические материалы. Вып 37. Л., 1964. С. 10-22.
5. Рототаева О.В., Тарасова Л.Н. Реконструкция баланса массы ледника Гарабаши за последнее столетие // МГИ, 2000. Вып. 88. С. 16-26.
6. Куцева П.П., Коновалов Г.С. Влияние состава пород бассейна на химический состав речных вод Северного Кавказа // Изв. АН СССР. Сер. геогр. № 2. С. 71-77.
7. Ревякин В.С., Иванов В.Г., Мещериков Р.П. и др. Опыт комплексного расчленения снежно-фирновой толщи ледника // МГИ, 1973. Вып. 22. С. 82-87.
8. Nriagu J.O. Global inventory of natural and anthropogenic emission of trace metals to the atmosphere // Natural, 1979. Vol. 279. P. 134-139.
9. Керимов А.М., Рототаева О.В., Хмелевской И.Ф. Особенности формирования химического состава ледников Кабардино-Балкарии // МГИ, 1998. Вып. 84. С. 66-71.
10. Керимов А.М., Рототаева О.В., Хмелевской И.Ф. Оценка баланса химических примесей в леднике // МГИ, 2001. Вып. 90. С. 130-133.
11. Евсеев А.В., Боярская Т.Д., Сухова Т.Г. Результаты химических исследований снега и льда ледника Джанкуат // МГИ, 1982. Вып. 43. С. 153-156.
12. Дубинская Н.М., Филициян Е.С. Химические примеси в леднике Марух и их связь с процессами льдообразования // МГИ, 1984. Вып. 51. С. 250-253.
ALTITUDE DISTRIBUTION OF CONCENTRATION OF MICROPARTICLES IN THE OF SNOW AND FIRN LAYERS ON THE SOUTHERN SLOPE OF ELBRUS IN THE ALTITUDE INTERVAL OF 3700-5450 м. ABOVE SEA LEVEL
N.V. TATARENKO1, A.V. GYAURGIEV2
1Kabardin-Balkar State University named after H.M. Berbekov 360004, Nalchik, 173, Chernyshevsky street E-mail: bsk@kbsu.ru
2High-mountainous Geophysical Institute
360030, КБР, Nalchik, 2, Lenin's avenue E-mail: vgikbr@rambler.ru
The authors analyze the distribution of the concentrations of microparticles in snow and firn on the southern slope of Mount Elbrus in the altitude range of 3700-5450 m above sea level in the fresh snow precipitation of 2006.
Key words: aerosol, solid precipitation, snow, high-altitude zone, chemicals elements, micro-particles.
Работа поступила 28. 06. 2012 г.
