«Ветер, ветер, ты могуч, ты гоняешь стаи туч…» Ветер, к сожалению, гоняет не только тучи и осенние листья. С воздушными массами он переносит в виде аэрозолей, распространяя по миру, вредные выбросы предприятий, пыль дорог и полей. Особенно опасны такие загрязнения для арктической зоны. Все из-за низкой ассимиляционной способности ее природы.
Снег – один из самых информативных объектов для изучения загрязнений что в городе, что вдалеке от людских поселений. В результате выпадений аэрозолей из атмосферы снежный покров, обладая высокой сорбционной способностью, аккумулирует химические вещества природного и техногенного происхождения. Для Арктического региона, где снег держится 6-8 месяцев, мониторинг снежного слоя дает информацию о составе аэрозоля и распределении загрязнений в окружающей среде, вдобавок позволяет определять их источники. К числу наиболее значительных источников ученые относят процесс сжигания природных топлив и биомасс, продуктом которых является черный углерод.
Надо отметить, что биомасса (традиционная – древесина, древесный уголь, навоз и прочие остатки сельскохозяйственной деятельности – или современная, специально выращенная и подготовленная в твердом, жидком или газообразном виде) является основным видом топлива для «зеленой» энергетики. На нее приходятся две трети энергии, выработанной из возобновляемых источников. Развитие новой отрасли зависит от появления новых технологий, благоприятного климата и состояния окружающей среды.
На многих арктических станциях на Аляске, в Норвегии и Финляндии черный углерод, влияющий на состояние атмосферы и ее нагрев, изучают давно. В 2014 году на острове Белый, самой северной территории Ямало-Ненецкого автономного округа, был создан научно-исследовательский стационар Российского центра освоения Арктики. Годом позже ученые Института промышленной экологии Уральского отделения РАН установили там лазерный газоанализатор для непрерывных измерений концентрации парниковых газов. Полученные данные помогли определить источники и объемы эмиссии парниковых газов на расстоянии до тысячи километров.
Затем Российский фонд фундаментальных исследований поддержал проект Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова «Климатически-опасные воздействия крупномасштабных индустриальных эмиссий на аэрозольное загрязнение и экосистему Арктики», что помогло разработать методические, инструментальные и технические основы создания Научно-исследовательского аэрозольного поста (НИАП) как части эффективной системы мобильного комплексного анализа аэрозольных загрязнений. Весной 2019 года на острове Белый был построен павильон НИАП для эксплуатации в арктических условиях, осуществления непрерывного отбора и анализа микрочастиц из атмосферы. В 2019 году ученые МГУ установили на острове первый научно-исследовательский аэрозольный комплекс для изучения загрязнений атмосферы и изменений климата Арктики.
О результатах научного проекта читателям «Поиска» рассказывает ведущий научный сотрудник НИИ ядерной физики им. Д.В.Скобельцына МГУ, кандидат физико-математических Ольга ПОПОВИЧЕВА.
– Уникальность расположения аэрозольного комплекса на самом севере ЯНАО в том, что по территории округа через остров Белый в Арктику происходит крупномасштабный перенос продуктов антропогенной деятельности, прежде всего из урбанизированных и индустриальных районов. В рамках проекта РФФИ мы впервые провели комплексный анализ аэрозольного загрязнения атмосферы и снежного покрова эмиссиями крупнейшего промышленного региона севера Западной Сибири, – рассказала Ольга Борисовна. – Работа велась в сотрудничестве с учеными канадской сети Flarenet и Арктического совета программы мониторинга Арктики (AMAP). Акцент делался на измерении аэрозолей горения как наиболее экологически и климатически значимой компоненте загрязненной атмосферы. Результаты, полученные в ходе проекта, опубликованы в ведущих журналах: Aerosol Air Quality Research, J. Aerosol Science.
По мнению О.Поповичевой, двухлетние (2019-2021) непрерывные измерения черного углерода и отбор проб аэрозолей на аэрозольном комплексе «Остров Белый» – важнейшее достижение не просто регионального, но и мирового масштаба. Проведенные исследования позволили впервые определить сезонную варьируемость и степень загрязнения Российской Арктики черным углеродом.
– Ольга Борисовна, грант завершен, а что с аэрозольным комплексом? Его перевезли на другое место?
– Аэрозольный комплекс МГУ на острове Белый продолжает эффективно работать. Наши исследования позволили сравнить степень загрязнения российского сектора с данными станций секторов Европейской и Канадской Арктики. Ученые смоделировали обратные траектории переносимых воздушных масс из Европейского и Сибирского регионов, провели оценки пространственного распределения источников сжигания попутного газа, эмиссий жилого сектора, транспорта, сельскохозяйственных и лесных пожаров. Были изучены частота, длительность и интенсивность периодов загрязнений, демонстрирующие вклад антропогенных источников загрязнений в холодный и теплый периоды эмиссий сибирских пожаров на экосистему Арктики. Грант РФФИ позволил обобщить полученные за три года результаты анализа физико-химических свойств аэрозолей на других российских станциях – НИС «Ледовая база мыс Баранова» (архипелаг Северная Земля) и на Международной обсерватории Тикси (побережье моря Лаптевых).
– Черный углерод что собой представляет и чем опасен?
– Черный углерод в составе взвешенных микрочастиц в атмосфере – продукт сжигания природных топлив и биомасс. Это фракция аэрозолей, которая хорошо поглощает солнечное излучение, а при осаждении вызывает ускоренное таяние снега и льда, что приводит к значительному радиационному воздействию на климат Арктики. В настоящее время более половины общемировой эмиссии черного углерода приходится на российские территории на широтах выше 60-й параллели. Среди них доминирует север Западной Сибири, являющийся крупнейшим в России индустриально развитым нефтегазодобывающим регионом. В составе аэрозольных эмиссий черный углерод накапливается и переносится на большие расстояния, определяя загрязнение воздуха и нагрев атмосферы. Значительное потепление климата в Арктике и таяние ледников – это как раз последствия накопления и осаждения на снег черного углерода. В крупных городах и индустриальных центрах мелкодисперсная фракция продуктов сжигания в различных секторах эмиссий хозяйственной деятельности (транспорт, ТЭК, отопление) является фактором риска для здоровья населения и критерием качества воздуха.
В ходе проекта РФФИ были проведены измерения концентрации черного углерода на территории крупнейшего нефте- и газодобывающего региона – ЯНАО, аэрозольном комплексе «Обдорск» в районе Салехарда. А для практической охраны окружающей среды и здоровья населения в рамках гранта были сделаны измерения качества воздуха в ЯНАО. Они опять же впервые позволили оценить степень опасности городских и индустриальных выбросов и разработать меры по их снижению.
– И каково качество воздуха в ЯНАО?
– Оценка показала маркеры негативного техногенного воздействия на окружающую среду именно региональных индустриальных источников. Так, нами разработаны и применены новейшие методы исследования и характеризации загрязнения снежного покрова. Например, отбор проб производился на всю мощность из шурфов снегоотборником из химически стойкого полимерного материала. Объем отобранных проб – 40-60 л.
Делалось это на открытых местах в период максимального накопления снега. Выполнялась фотосъемка шурфа с видом горизонта и мерной рейки. Хранение необработанных проб снега для определения содержания тяжелых металлов не превышало трех суток. Доставленные пробы до начала обработки держали на холоде для исключения подтаивания и тому подобных процессов.
Были разработаны и применены новейшие методы аналитической химии для характеризации состава аэрозольного загрязнения отобранных проб аэрозолей и снега. Например, развита новая, более чувствительная методика ионной хроматографии для определения ионной фракции (катионов и анионов). Установлен ионный хроматограф JETchrom («Портлаб», РФ), снабженный двумя кондуктометрическими детекторами CD-512, двумя насосами высокого давления, системами ввода образца и двумя разделительными колонками для анионов ICSepAN2 и катионов ICYS-50. Это позволяет проводить анализ с одновременным определением катионов и анионов. Управление режимами хроматографа и обработка данных осуществляются с помощью программы «МультиХром».
– Ольга Борисовна, такая работа под силу большому слаженному коллективу. Расскажите о коллегах.
– Проект выполняли совместно с учеными Научного центра изучения Арктики (Салехард), владеющими опытом исследования снежного покрова ЯНАО и проведения полярных экспедиций. Коллеги Института океанологии РАН передали методику отбора проб снежного покрова. Совместно со специалистами географического факультета МГУ по изучению природных ландшафтов и распределения загрязнений в окружающей среде сформулировали задачи следующего проекта.
– Грант завершен. Чем вы и ваши коллеги заняты сейчас?
– Исследование степени и источников загрязнений Арктики продолжаются, они поддержаны грантом Русского географического общества – проводим экспедиции, изучаем влияние эмиссии нефтегазового сектора на состав атмосферы, почвы и вод вблизи промышленных объектов и в удаленных арктических районах.
Беседовал Андрей СУББОТИН
