2.4. Изучение загрязнения снежного покрова в экологическом мониторинге атмосферного воздуха

Изучение загрязняющих веществ, содержащихся в снеге, позволяет охарактеризовать атмосферные выпадения за конкретный сезон. Отбор снеговых проб целесообразно проводить в конце зимы, чтобы охарактеризовать по возможности более длительный период, но до начала снеготаяния, чтобы избежать выщелачивания растворимых компонентов.

Пробы снега отбирают из шурфов; в состав пробы включается весь извлеченный снег, на всю мощность снежного покрова. Для достоверности результатов важно исключить попадание в пробу частиц подстилающего грунта, мусора и т.п. Поэтому места отбора выбираются вне дорог, троп и других мест, где вероятно попадание механических примесей. При отборе необходимо фиксировать дату и площадь шурфа.

Для получения характеристик интенсивности атмосферных выпадений важно определить абсолютное содержание твердых и растворимых примесей в пробе. Поэтому при обработке проб анализируется весь объем полученной воды и твердого нерастворимого материала. По известной массе твердых (пылевых) частиц определяют величину пылевой нагрузки Р_п (в мг/м² в сут.) по формуле:

Р_п = Р₀ /S∙t ,

где Р_о — масса пыли в пробе, мг; S — площадь шурфа, м²; t — время от установления устойчивого снежного покрова, сут.

Аналогичным образом по массе растворенных веществ в пробе определяют интенсивность их выпадения.

Интерпретацию результатов анализа снеговых проб проводят аналогично с почвенными пробами, путем сравнения с фоновыми показателями, с определением поэлементных показателей К_с и суммарных Z_c. Размах колебаний результатов при снеговой съемке значительно выше, чем при почвенной. Поэтому оценочная шкала для снега имеет иные градации:

• допустимому уровню загрязнения соответствуют значения Z_c до 64;

• умеренно опасному — от 64 до 128;

• опасному — от 128 до 256;

• чрезвычайно опасному — более 256.

При анализе карт суммарных показателей загрязнения почвы и снегового покрова возможно выделение на территории участков с устойчивым, реликтовым и современным загрязнением.

Устойчивое загрязнение характеризуется одинаковой интенсивностью накопления металлов в почве и снеговом покрове. Как правило, площади с этим типом загрязнения располагаются вблизи его источников, действующих до настоящего времени.

Реликтовое загрязнение фиксируется по большей загрязненности почвенного покрова по сравнению со снеговым. Для этого типа загрязнения источник поступления химических элементов либо уже прекратил существование, либо в настоящее время не вносит существенного вклада в загрязнение воздушного бассейна. Являясь остаточным, реликтовое загрязнение может представлять опасность как источник вторичного загрязнения приземных слоев атмосферного воздуха.

Современное загрязнение, сопровождаемое более интенсивным накоплением металлов в снеговом покрове по сравнению с почвой, носит прогрессирующий характер. Очевидно, что оно связано с ныне действующими источниками загрязнения.

2.5. Мониторинг трансграничных загрязнений атмосферного воздуха

Возникшая в последние десятилетия проблема трансграничных переносов загрязняющих веществ выдвинула на первый план вопросы, связанные с дальнейшим переносом суперэкотоксикантов. Поступающие из различных источников загрязняющие вещества переносятся воздушными и водными потоками и распространяются под влиянием турбулентного перемешивания. При организации постоянного наблюдения за распространением вредных примесей, т.е. изучения вопросов загрязнения больших регионов необходимо учитывать следующие данные (по В.Н. Майстренко, Р.З. Хамитову, Г.К. Будникову):

• сведения о существующих и перспективных источниках загрязнения;

• характеристики загрязняющих веществ (токсичность, возможность дальнейших превращений, концентрацию, способность к осаждению, растворимость в воде и т.д.);

• гидрометеорологические условия;

• результаты прошлых наблюдений за загрязнениями;

• уровни загрязнений природных сред в соседних областях и регионах;

• сведения о глобальном переносе примесей.

Известно, что распространение загрязняющих веществ на той или иной территории за счет трансграничных переносов в атмосфере может быть описано уравнением турбулентной диффузии:

где С – концентрация примеси в воздухе; К_x, K_y, K_z – соответствующие коэффициенты турбулентной диффузии; W_g – скорость «сухого» осаждения частиц; U – скорость ветра.

Экспериментальные исследования показали, что от 10 до 30% загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, выпадают в локальной зоне радиусом до 10 км. Основная часть аэрозолей выводится из атмосферы за счет «сухого» осаждения и вымывания атмосферными осадками. Расчет количества загрязняющего вещества, выводимого из атмосферы, основан на уравнении:

где K_{z –} коэффициент вертикальной турбулентной диффузии, м²/с; ρ – плотность воздуха на высоте z, кг/м³; С – концентрация примеси, нг/кг; σ – коэффициент вымывания, с^-1.

В первом приближении коэффициент вымывания пропорционален среднегодовому количеству осадков h, мм/год, т.е. σ= γ h (γ - коэффициент пропорциональности). Зависимость вымывания от количества осадков в настоящее время изучена недостаточно. Значения γ выбирают с учетом соотношения концентраций загрязняющих веществ в осадках и в воздухе. Так, для ДДТ это соотношение равно 100–200, а поток вымывания составляет 60–75 от общего потока выведения ДДТ из атмосферы. При этом коэффициент вымывания равен 3 10^-9 год/(с мм). Обычно «влажное» осаждение рассчитывается с учетом продолжительности вымывания, интенсивности осадков и коэффициента захвата осадками частиц разного размера.

Кроме того, отдельные молекулы или высокодисперсные аэрозольные частицы сами по себе практически не оседают на подстилающую поверхность, а ударяясь о нее, поглощаются почвой. Поэтому скорости «сухого» осаждения загрязняющих веществ во многом определяются характеристиками земной поверхности: почвы – 5–10 мм/с, пресноводные водоемы – 5 мм/с, снег – 1 мм/с, сухая растительность – 2–5 мм/с, травы и кустарники – до 30 мм/с. С учетом данного фактора уравнение, описывающее выведение примесей из атмосферы за счет «сухих» выпадений, имеет следующий вид:

, при z=z₀,

где ρ – плотность потока загрязняющего вещества с подстилающей поверхности в атмосферу; z₀ – уровень измерения приземных концентраций, м.

«Сухое» выпадение токсичных примесей (D) рассчитывают в виде потока на подстилающую поверхность за интересующий период времени с использованием скорости осаждения W_g:

Для расчета количества примесей, выпадающих с осадками (F), применяют формулу:

Общее количество загрязняющих веществ, поступающих с атмосферными переносами (Q), составляет:

Q = D + F

Современные оценки показывают, что атмосферные переносы суперэкотоксикантов являются важнейшими источниками загрязнения окружающей среды. С атмосферными выпадениями в год поступает почти 10⁶ т свинца, 2–3 тыс. т ртути, до 14 тыс. т кадмия, 3 тыс. т ПХБ.