§ 2.2. Процессы массопереноса загрязняющих веществ

Источники антропогенного химического загрязнения окружающей среды имеют, как правило, конкретный адрес. Это могут быть локали­зованные источники, например дымовые трубы или сточные воды предприятий, а могут быть и рассредоточенные сельскохозяйственные поля, городские территории. В силу миграции загрязнений в объектах окружающей среды они могут складываться от различных источников. В масштабах региона действие множества локальных источников мож­но рассматривать как один рассредоточенный источник.

Возможные формы и пути миграции загрязняющих веществ между различными природными системами представлены в табл. 11.

Таблица 11. Пути миграции загрязняющих веществ в окружающей среде

Природная среда

Возможная форма миграции загрязнения

Атмосфера - атмосфера Атмосфера - гидросфера Атмосфера - поверхность суши Атмосфера - биота Гидросфера - атмосфера Гидросфера - гидросфера Гидросфера- поверхность суши (дно рек, озер) Гидросфера - биота Поверхность суши - атмо­сфера Поверхность суши - гидро­сфера

Перенос в атмосфере, характерный для боль­шинства загрязняющих веществ Осаждение атмосферных загрязнений на вод­ную поверхность Осаждение атмосферных загрязнений на зем­ную поверхность (сушу) Осаждение атмосферных ЗВ на поверхность растений с последующей ассимиляцией (внекор­невое поступление загрязнений в биоту) Испарение из воды в атмосферу Перенос ЗВ в водных Системах Переход из воды в почву (фильтрация, сорб­ция, осаждение на дно водоемов) Переход из поверхностных вод в биоту (назем­ные и водные экосистемы, поступление в орга­низм животных и человека с питьевой водой) Переход с поверхности суши, почвы в атмосфе­ру (выветривание, испарение, перенос пыли) Смыв ЗВ с суши во время снеготаяния, с осад­ками, временными водотоками

3-235 65

Продолжение табл. 11

Природная среда	Возможная форма миграции загрязнения
Поверхность суши - поверх­ность суши Поверхность суши - биота Биота - атмосфера Биота - гидросфера • Биота - поверхность суши Биота - биота	Миграция в почве, ледниках, снежном покрове (проникновение загрязнений на разные глубины) Корневые поступления ЗВ в растительность Испарение из биоты Попадание ЗВ из биоты в воду после гибели ор­ганизма Попадание ЗВ из биоты в почву с экскремента­ми и после гибели организма Миграция ЗВ по пищевым цепям

Все элементы биосферы в той или иной мере участвуют в процессах массопереноса загрязняющих веществ.

Миграция загрязняющих веществ на большие расстояния стала международной проблемой, поэтому большое значение имеет наблюде­ние (констатация) за распространением ЗВ и источниками их поступ­ления в окружающую среду. Принципиальное значение имеют выявле­ние путей миграции ЗВ, количественное описание скорости их рас­пространения в окружающей среде, позволяющее осуществлять мате­матическое моделирование процессов массопереноса и в' конечном итоге прогнозировать и регулировать уровень загрязнения окружаю­щей среды в допустимых пределах.

Большое значение для оценки трансграничного воздушного перено­са ЗВ на большие расстояния имеет математическое моделирование траектории движения воздуха с определением вдоль нее так называе­мого сухого или влажного выпадения ЗВ на землю. Под сухим понима­ется убыль примеси за счет ее взаимодействия с подстилающей по­верхностью, под влажным — процесс захвата примеси облаками и осадками и осаждение вместе с дождем или снегом на почву. Конечно, достоверность долгосрочных прогнозов такого рода еще невелика, так как не решены гораздо более глобальные проблемы, например прогно­зирование погоды. Тем не менее с помощью таких расчетов, анализи­руя чувствительность "решения" к вариации параметров модели в допустимых пределах, можно представить вероятностную картину влияния того или иного источника ЗВ на загрязнение окружающей среды.

Другой объект моделирования — миграция и трансформация за­грязняющих веществ, в частности пестицидов, в системе почва — атмо­сфера — водные объекты — биота. Чисто эмпирические подходы к 66

прогнозу, здесь практически невозможны из-за многообразия физико-химических свойств ЗВ и условий внешней среды. Возникает необхо­димость построения физико-математических моделей процессов мигра­ции и трансформации ЗВ с различным числом параметров, поддаю­щихся экспериментальному определению. Для построения модели естественна попытка разделить всю совокупность процессов, протекаю­щих в окружающей среде, на отдельные "блоки". Именно по такому пути и пошли создатели различных прогностических моделей. В осно­ве этих моделей лежат представления о физических процессах массо-переноса ЗВ и о процессах их химической (биохимической) трансфор­мации вдоль "траектории" миграции.

Физические процессы массопереноса делят на две группы. Первая группа — процессы, протекающие на границах раздела фаз: улетучива­ние ЗВ с границы раздела почва — атмосфера, испарение с границы раздела жидкость — атмосфера, процессы сорбции — десорбции раст­воренных веществ. Сюда же относятся эффекты биоконцеитрирования. Во вторую группу входят процессы массопереноса в пределах каждой из фаз (почва, вода, атмосфера). Для многих ЗВ с высокой летучестью основной вклад в миграцию в окружающей среде дает перенос с воз­душными массами, т.е. определяется не прогнозируемыми пока с дос­таточной точностью метеоролическими факторами. Для слаболетучих соединений, растворимых в воде, массоперенос определяется движени­ем с поверхностным водостоком, перемещением по почвенному профи­лю с восходящими или нисходящими потоками воды, а также течени­ем реки или перемешиванием, т.е. определяется гидродинамическими факторами. Нелетучие и водонерастворимые соединения могут долго находиться в почве и либо смываются поверхностным стоком в во­доемы, либо постепенно проникают в глубинные слои почвы и в грун­товые воды.

Несмотря на сложность учета многообразных факторов, связанных с метеорологическими, гидрогеологическими и гидродинамическими процессами, в настоящее время успешно разрабатываются прогности­ческие физико-математические модели, удовлетворительно описываю­щие результаты как модельных опытов, так и натурных измерений.

Эти модели опираются на гипотезу о возможности прогнозирования концентраций веществ в объектах окружающей среды, при определен­ных физико-химических и кинетических параметрах.