logo===

Русское географическое общество

Воронежский государственный университет

Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области

http://www.vsu.ru/russian/symbolics/images/vsu_gerb110x130.jpg

Медико-экологический атлас города Воронежа

 

Эколого-геохимический анализ снежного покрова

(описание к карте 9)

 

Атмосферный воздух в пределах городской экосистемы является одним из приоритетных объектов экологического контроля и мониторинга. Загрязнение атмосферы в крупных городах характеризуется большой пространственно-временной неоднородностью, поэтому ограниченное число стационарных постов не позволяет получить достоверную информацию о распределении загрязняющих веществ на всей территории. Однако существование коррелятивных зависимостей между содержанием многих загрязняющих веществ в атмосферном воздухе с их содержанием в снеге позволяет использовать этот компонент ландшафта для экспрессной геохимической индикации загрязнения городов [7].

В настоящее время наиболее востребованными являются экспрессные методы контроля качества окружающей среды. Один из таких методов основан на использовании результатов геохимического анализа снежного покрова [2].  Снег обладает высокой сорбционной способностью и осаждает из атмосферы на земную поверхность значительную часть продуктов техногенеза. Мониторинг снежного покрова позволяет выявить очаги загрязнения и тенденцию в изменении качества окружающей среды.

В аналогичных предыдущих работах [3, 4, 5, 6] уже были приведены результаты мониторинга загрязненности снежного покрова в различных функциональных зонах г. Воронежа в зимний период 2013 и 2014 гг.

Для получения многолетних рядов мониторинговых наблюдений  и обобщения закономерностей формирования геохимического фона города нами продолжен анализ химического состава снежного покрова с целью  выявления зависимостей между наличием загрязняющих веществ и уровнем техногенного воздействия в зимний период с 2015 по 2016 годы. Причем для относительно равномерного охвата всей территории города  с учетом функционально-планировочных зон, были исследованы новые участки по сравнению с предшествующим периодом [4].

В целях сравнения результатов исследования с 2015 г., в зимний период  2016 г. соблюдались аналогичные условия отбора проб снега (количество точек, адреса отбора проб, перечень функциональных зон и др.).

В период, предшествующий снеготаянию, 12.02.2015 г. и 31.01.2016 г.  было отобрано по 47 проб снега в различных функциональных зонах г. Воронежа с разной степенью техногенного воздействия: 11 проб в жилой зоне, 9 - в промышленной зоне, 9 - в транспортной зоне, 6 - в зоне рекреации, 10 – в районах перспективной жилой застройки  и 2 фоновые пробы  (таблица 1).

В жилой зоне выделено 3 подзоны:

жилая ЦИ – центральная историческая часть города (включая общественно-деловую застройку и старую 5-тиэтажную застройку по обоим берегам);

жилая СП – кварталы с современной многоэтажной застройкой;

жилая ЧС – частный сектор (преимущественно одноэтажная жилая застройка).

В частности, структура отобранных проб снега следующая:

-  в левобережной части города отобрано  16 проб снега: жилая зона – 4 пробы;   промышленная зона – 3 пробы; зона рекреации – 2 пробы;   транспортная зона – 3 пробы, районы перспективной застройки - 4 пробы.

- в правобережной части города отобрано – 31 проба снега: жилая зона – 7 проб;   промышленная зона – 6 проб; зона рекреации – 4 пробы;   транспортная зона – 6 проб, районы перспективной застройки - 6 проб, фоновая - 2 пробы.

Фоновые точки: 1 проба – в черте города на территории санатория им. М. Горького; 2 проба - Рамонский район, СТ «Северный бор» (северное направление) в 15 км от города.   В качестве фонового участка выбраны территории, испытывающие минимальное воздействие на природную среду.

На рисунке 1 показано расположение точек отбора проб снега на местности [1].

Рис.1. Картосхема расположения точек отбора проб снега

Исследования химического состава снега выполнены на следующий день после отбора всех проб на базе аттестованной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета.

Пробы снега растапливались при комнатной температуре, а талую воду фильтровали. По осадку, полученному на фильтре, определяли количество взвешенных частиц в отобранной пробе (весовым методом), а в фильтрате определяли следующие показатели: NH4+, NO3-, NO2- (колориметрический метод); общая жесткость, Са2+, Cl-, SO42-, HCO3- (титриметрический); рН (потенциометрический); минерализация и Mg2+ (расчетный) [8].

По результатам исследований были построены графики зависимости содержания загрязняющих веществ в снеге в зависимости от степени техногенной нагрузки в разных функциональных зонах города за 2015-2016 годы, а также приведено их  сравнение с фоном.

Как видно из рисунка 2, уровень рН снежных проб в 2016 году снизился по сравнению с 2015 годом. Кислотность талого снега варьирует от 5,3 до 8,12 (в 2015 г.) и от 5,3 до 6,8 единиц рН (в 2016 г.). Этот процесс подкисления можно объяснить увеличением содержания в снеге сульфат-ионов.

Наиболее высокие значения рН (6,39-6,56), т.е. щелочные осадки, отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в транспортной зоне (точки 7,17,33), а также в промышленной зоне рН=6,15-6,21  (точки 27, 28, 29). Подщелачивание снежного покрова данных зон обусловлено повышенным содержанием в снеге твердых частиц, сажи, которые являются компонентами автомобильных выхлопов.

 Реакция среды снеговых вод в жилой зоне преимущественно находится в пределах рН=5,43-6,34. Наименьшие значения имеют точки (13,23), наибольшие значения характерны для точек (1, 22, 24, 25, 45, 46) соответственно. Видимо, это обусловлено большим скоплением машин и плохой уборкой домовых территорий.

Более низкие значения рН характерны для проб, отобранных в зоне рекреации. В данной зоне рН снежного покрова (особенно в 2016 г.) близка к рН чистой дождевой воды (5,4 — 5,6). Так, например, низкие значения рН талой воды отмечаются в парке «Алые паруса» (точка  15, рН=5,39) и в других рекреационных зонах города (точки 4, 19 и 20: рН=5,25, 5,35 и 5,37 соответственно).

Наиболее низкие значения рН (5,32—5,65) характерны для проб, отобранных преимущественно  в зоне перспективной застройки (точки 35, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44). Однако, точки 36 и 37 характеризуется несколько повышенной величиной рН=6,30-6,06 для данной зоны. Видимо, это связано с тем, что пробы снега отбирали по ул. Московский проспект 90/1 (за рынком «Воронежский» (точка 36) и по ул. Антонова-Овсеенко (точка 37). На отобранные пробы снега оказывают сильно влияние расположенные вблизи крупные автомагистрали, поэтому данные пробы скорее можно отнести к транспортной зоне. Тогда полученные результаты хорошо согласуются со значениями величины рН, характерными  для транспортной зоны.

Рис. 2. Изменение величины рН в пробах снега

Содержание взвешенных веществ в пробах снега варьирует от 34,81 до 620,08 мг/л (в 2015 г.) и от 0,11 до 248,09 мг/л (в 2016 г.). Как показано на рисунке 3, в пробах 2016 года отмечается значительное уменьшение содержания взвешенных веществ по сравнению с предыдущим годом.

Следует отметить, что в пробах снега 2016 г. содержание взвешенных веществ  в среднем составляет 52,66 мг/л, что значительно меньше по сравнению с результатами 2015 г. (182,23 мг/л). Однако, делать заключение, что это связано с уменьшением запыленности атмосферы в г. Воронеже не совсем корректно. На результаты анализов могли повлиять условия накопления снегом загрязняющих веществ, так как зимы последних лет аномальные и даже в январе наблюдались положительные температуры и оттепель.

Низкие значения взвешенных веществ (от 0,11 до 8,03 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в зонах рекреации (точки 15, 19, 26, 47); перспективной застройки (точки 39, 42, 43, 44) и  две пробы в жилой зоны современной застройки  (точки 18,  23).

Из графика на рисунке 3 видно, что наиболее высоким содержанием  взвешенных веществ (от 149,94 до 248,09 мг/л) отличаются несколько проб снега: в промышленной (точка 5),  транспортной (точка 33), жилой зоне «СП» (точка 45) и даже в двух точках зоны рекреации (точки 30 и 34). Однако, следует отметить, что точка 30 расположена по ул. 9 Января, поэтому испытывает сильное воздействие автомобильных выбросов и противогололедных материалов, в частности, песко-соляной смеси. 

Рис. 3. Изменение содержания взвешенных веществ в пробах снега (мг/л)

Между содержанием взвешенных веществ в снеге и общей жесткостью, обусловливающей присутствие катионов кальция и магния, существует прямо пропорциональная зависимость. Так как в 2016 г. наблюдается уменьшение взвешенных частиц в пробах снега, то легко объяснить понижение общей жесткости, катионов кальция и магния по сравнению с 2015 годом.

Величина общей жесткости талого снега варьирует от 0,053 до 0,368 ммоль/л (в 2015 г.) и от 0,053 до 0,266 ммоль/л (в 2016 г.). По сравнению с предыдущим годом среднее значение общей жесткости, а также катионов кальция и магния в 2016 г. понизилось в 2 раза.

Однако, следует отметить, что результаты анализа не показали четкой связи между общей жесткостью снежных масс и зонированием города. Например, как низкие, так и несколько повышенные значения общей жесткости наблюдаются в талых водах во всех функциональных зонах города.

Наименьшие значения общей жесткости талой воды (от 0,053 до 0,098 ммоль/л) зафиксированы в точках транспортной (точки 10,11,16), промышленной (точки 2, 12, 14, 32), жилых зонах «ЦИ» и «СП» (точки 1, 3, 18, 23), зоне рекреации (точки 15, 19), а также в зоне перспективной застройки (точки 38, 40, 42, 43, 44).

Повышение общей жесткости (от 0,107 до 0,266 ммоль/л) отмечается в пробах снега, отобранных преимущественно в транспортной (точки 6, 7, 8, 33), промышленной (точки 27, 28, 29, 31), жилых зонах «ЦИ» и «ЧС» (точки 9, 24, 46), в зоне перспективной застройки (точки 35, 36, 37, 39, 41), а также в некоторых зонах рекреации, расположенных вблизи основных транспортных магистралей г. Воронежа (точки 4, 30).

Согласно литературным источникам [7], степень минерализации снеговых вод достоверно характеризует интенсивность техногенного воздействия на городскую среду. Минерализация снежных проб в 2016 г. значительно повысилась по сравнению с 2015 г. (рис. 4), что связано с увеличением содержания основных ионов (SO42-, HCO3-, Cl-). Это свидетельствует об увеличении «антропогенного давления» на среду обитания.

Рис. 4. Изменение величины минерализации талой воды (мг/л)

Величина минерализации талой воды изменяется от 30,5 до 190,69  мг/л (в 2015г.) и от 66,8 до 525,3 мг/л (в 2016 г.).

Из графика на рисунке 4 видно, что наибольшие значения минерализации  (более 400  мг/л) характерны преимущественно для проб снега транспортной (точки 7, 11, 16, 17), промышленной  (5, 14, 29, 31) и зоны перспективной застройки (точки 36, 37, 38, 41, 42, 43). Следует отметить,  что снова «выбивается» из общего ряда точка 30, расположенная в зоне рекреации, которая имеет повышенную минерализацию (431,66 мг/л). Это объясняется близким расположением крупной автомагистрали города – ул. 9 Января.

Средние значения минерализации (от 200 до 400 мг/л) характерны, прежде всего, для проб, отобранных в транспортной зоне (точки 6, 8, 10, 21, 33), в промышленной зоне (точки 12, 27, 28, 32), а также проб снега, отобранных в жилой «ЦИ» (точки 3, 9), жилой «ЧС» (точка 13), жилой «СП» (точки 18, 23, 45) и  зоне рекреации (точки 4, 20, 26). Следует отметить, что некоторые пробы снега, отобранные в жилой зоне и зоне рекреации, имеют повышенные  показатели минерализации (до 400 мг/л), так как все они располагаются  недалеко от автомагистралей города: например, от ул. 25 Января (точка 18), ул. Транспортная (23), ул. Грамши (45), по ул. Ворошилова (точка 9)  и ул. Героев Стратосферы (3).

Минимальные значения минерализации снеговых вод (менее 200 мг/л)  за некоторым исключением прослеживаются, в основном, для жилой зоны (точки 1, 24, 25); зоны рекреации (точки 15, 19) и характерны для одной пробы перспективной застройки (точка 40).

Таким образом, как отмечалось ранее, повышение минерализации снежного покрова связано с увеличением содержания основных макрокомпонентов. Эти выводы хорошо согласуются с результатами анализа SO42-, HCO3-, Cl-  ионов.

Так, например, в пробах снега 2016 года отмечается значительное увеличение содержания сульфат-ионов по сравнению с предыдущим годом. Содержание сульфатов в исследуемых пробах снега варьирует от 7 до 72 мг/л (2015 г.) и от 10,55 до 224 мг/л (2016 г).

При этом максимальные значения концентрации сульфат-ионов  отмечаются в районе транспортной зоны (точка 11 - на пересечении ул. Саврасова и ул. Заслонова, точка 17 - на пересечении ул. Димитрова и ул. Ленинградской), промышленной зоны (точка 14 – ул. Волгоградская) и в пяти пробах зоны перспективной застройки (точки 36, 38, 41, 42, 43). 

Содержание хлоридов в снеге напрямую связано с интенсивностью применения антигололедных средств для дорожных покрытий в зимний период. В г.Воронеже для этих целей используется песчано-соляная смесь, содержащая катионы щелочных и щелочно-земельных металлов и анионы соляной кислоты.

В пробах снега 2016 года отмечается значительное увеличение содержания хлоридов (в среднем в 3 раза) по сравнению с предыдущим годом. Это объясняется снежной зимой, что привело к повышению дозы применяемых антигололедных реагентов.

Содержание хлоридов в исследуемых пробах снега варьирует от 3 до 40,15 мг/л (2015 г.) и от 13,34 до 76,7 мг/л (2016 г.).

Максимальные концентрации Сl- -ионов отмечаются в пробах  транспортной зоны (точки 7, 8, 33) и превышают фоновые показатели от 3 до 6  раз.

Помимо увеличения сернокислых соединений, в пробах 2016 года отмечается также увеличение содержания аммонийного иона. Наличие азотсодержащих соединений в воде определяется деятельностью бактерий, но в зимний период в снежном покрове их присутствие невозможно, поэтому все содержание  NO3-, NO2-, NH4+ - ионов в талой воде обусловлено только антропогенными воздействиями. К ним можно отнести, в первую очередь, выбросы от промышленных предприятий и автотранспорта.

Увеличение  значений аммонийного азота  связано с ростом выбросов оксидов азота  в воздух, что подтверждается данными Воронежского ЦГМС, согласно которым в атмосферном воздухе г. Воронежа  в зимний период  2015-2016 гг. наблюдались превышения ПДКс.с. по  NO2 в  2,3-5,3 раза.

Наиболее высокие значения аммонийного азота (от 0,7 до 1,51 мг/л) наблюдаются в транспортной (точки 6, 7, 8, 21) и промышленной зонах (точки 12, 27, 28, 31).

Наиболее низкие значения (до 0,06 мг/л) отмечены в зоне рекреации (точки 15, 19, 26) и двух пробах снега перспективной застройки (точки 41, 42).

Несмотря на вариации отдельных показателей по зимним сезонам исследуемых лет, двухлетний мониторинг загрязнения снежного покрова на территории города Воронежа показал отчетливую картину: наблюдается тенденция увеличения минерализации снежных проб, содержания в них основных ионов (SO42-, HCO3-, Cl-, NH4+). Это свидетельствует о росте техногенной нагрузки на городскую среду. В тоже время снизились рН талой воды, процесс  подкисления можно объяснить увеличением содержания в снеге сульфат-ионов.

Таким образом, мониторинг загрязнения химического состава снежного покрова на территории города позволил сделать следующие основные выводы.

1. Степень минерализации снеговых вод характеризует интенсивность техногенного воздействия на городскую среду, а их химический состав указывает на источники поступления поллютантов.

2. Основным источником загрязнения приземных слоев атмосферы и снежного покрова в городе Воронеже выступает автотранспорт.

3. Согласно временной динамике, наблюдается тенденция увеличения минерализации снежных проб, содержания в них основных анионов и катионов (SO42-, HCO3-, Cl-, NH4+). Это свидетельствует о росте техногенной нагрузки на городскую среду.

4. По степени загрязненности функциональные городские зоны  можно расположить в следующий убывающий ряд:

транспортная зона > промышленная зона > перспективная застройка > жилая зона > рекреационная зона > фоновая территория.

Результаты оценки радиационного фона показывают, что уровень радиоактивного излучения в пределах г. Воронежа  не превышает установленные нормы.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Генеральная схема очистки территории городского округа город Воронеж. – Воронеж, 2011. – 186 с.

2. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почвах. - М.: ИМГРЭ, 1990. - 14 с.

3. Прожорина Т.И.  Аэротехногенный мониторинг состояния городской среды по загрязнению снежного покрова (на примере города Воронежа) / Т.И. Прожорина, Е.В. Беспалова, С.А. Куролап, П.М. Виноградов // Вестник Волгогр. гос. ун-та. Серия 11, Естеств. науки. – 2014. – №3(9). – С. 28-34.

4. Прожорина Т.И. Мониторинг загрязнения снежного покрова / Т.И. Прожорина, Е.В. Беспалова // Экологическая оценка и картографирование состояния   городской среды : Сб. науч. статей / Под общ. редакцией  С.А. Куролапа и О.В. Клепикова. – Воронеж, 2014. – С.107-117.

5. Прожорина Т.И. Оценка загрязнения атмосферного воздуха г. Воронежа по состоянию снежного покрова // Т.И. Прожорина, Н.И. Якунина // Астраханский вестник экологического образования. – 2014. – №1(27). –  С. 111-114.

6. Прожорина Т. И.  Оценка состояния снежного покрова г. Воронежа по данным химического анализа талой снеговой воды / Т.И. Прожорина, Е.В. Беспалова, Н.И. Якунина // Принципы экологии. – 2014. – Т. 3. – № 1. – С. 14-19.

7. Экогеохимия городских ландшафтов / Под ред. Н.С. Касимова. – М. : Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 1995. – 336 с.

8. Эколого-аналитические методы исследования окружающей среды: учеб. пособие / Т.И. Прожорина, Н.В. Каверина, А.Н. Никольская и др. – Воронеж: Издательство «Истоки», 2010. – 304 с.