|
Факторы формирования химического состава атмосферных осадков
Глава 2
Атмосферные осадки приносят на земную поверхность не только влагу, но и различные растворенные химические вещества. Они являются основным фактором очистки атмосферы от различных загрязняющих веществ и, соответственно, одним из источников поступления химических веществ на поверхность суши и океана.
На поступление химических элементов с атмосферными осадками влияет целый комплекс природных (географические условия, рельеф местности, розы ветров, время года) и антропогенных факторов (наличие промышленных производств, содержание пыли в воздухе, трансграничный перенос и т. д.) [2].
В атмосферных осадках преобладают те же ионы, что и в поверхностных и грунтовых водах: HCO3-, SO42-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+ и др. Над континентами степень минерализации осадков определяется климатическим фактором. Техногенные процессы усиливают минерализацию осадков над крупными промышленными центрами и изменяют свойства атмосферной воды. Так в чем заключается влияние и природных, и антропогенных факторов в формировании химического состава атмосферных осадков?
Рассматривая географическое положение нашей страны, можно выделить ряд факторов, влияющих на климатические особенности, и, соответственно, на количественный и качественный состав атмосферных осадков. Среди этих основных факторов выделяются следующие: положение в умеренных широтах, равнинный рельеф территории, отсутствие орографических препятствий и относительная удаленность от Атлантического океана.
Территория Беларуси полностью расположена в умеренном климатическом поясе. Для нее характерен умеренный переходный от морского к континентальному тип климата.
Основной климатообразующий процесс на территории страны — западный перенос воздушных масс. С западным переносом воздушных масс с Атлантического океана и циклонической деятельностью приходит морской умеренный воздух. Поскольку территория Беларуси находится севернее от оси Воейкова, это предопределяет преобладание ветров определенных направлений в зимнее и летнее время. Зимой преобладают западные и юго-западные ветры, а летом — западные и северо-западные.
Благодаря превалирующей составляющей западного переноса территория Беларуси получает достаточное количество атмосферных осадков. Среднегодовое их количество колеблется от 500 до 700 мм в год. На распределение осадков оказывают влияние рельеф и характер циклонической деятельности. Количество осадков увеличивается на возвышенностях, особенно на их наветренных склонах. Низменности и подветренные склоны возвышенностей получают осадков значительно меньше. В целом в распределении осадков по территории Беларуси прослеживается следующая основная закономерность: количество осадков уменьшается с северо-запада на юго-восток.
Среднегодовая сумма осадков в центре и на северо-западе страны составляет 600–650 мм, а в отдельных районах повышается до 800 мм. Больше всего осадков получают наветренные склоны Новогрудской возвышенности (более 750 мм осадков в год). На крайнем западе, юго-западе и юге выпадает наименьшее для Беларуси количество осадков — 500–550 мм (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 — Среднемноголетнее количество атмосферных осадков на территории Беларуси, мм, 2009–2013 гг. [сост. авт. по 3–7]
Минерализация атмосферных осадков находится в пропорциональной зависимости от их количества: чем больше осадков, тем меньше в них содержится различных примесей.
Проанализировав картограммы количества атмосферных осадков и степени минерализации, можно найти соответствия. Так, на северо-западе Беларуси, где выпадает наибольшее количество осадков (метеостанции Новогрудок, Минск, Нарочь, Полоцк) минерализация не самая высокая. И, наоборот, на крайнем западе, юго-западе (метеостанции Гродно, Барановичи, Пружаны), в центре (Бобруйск) и на северо-востоке (Березинский заповедник, Орша) количество осадков меньше, а степень минерализации больше.
Рисунок 2.2 — Среднемноголетняя минерализации атмосферных осадков на территории Беларуси, 2009–2013 гг. [сост. авт. по 3–7]
Также необходимо отметить, что минерализация осадков зависит от времени года: зимой, весной и во влажный летний период она ниже, чем в сухой, что также связано с режимом выпадения осадков. Циркуляция воздушных масс и тепловой режим определяют особенности влагооборота и режима выпадения осадков. Годовой ход абсолютной влажности в целом совпадает с годовым ходом температур: максимум наблюдается летом, а минимум — зимой. Относительная влажность достигает своего минимума в зимний период и составляет 88–90 %, а весной и летом она снижается до 65–70 %. Среднегодовое значение относительной влажности составляет около 80 %. Самая низкая относительная влажность воздуха (около 30%) наблюдается в мае и июне, что приводит к засушливой погоде (особенно на юго-востоке страны).
Данные о зависимости минерализации от сезона года приведены в работе Г. В. Пироговской «Химический состав атмосферных осадков в центральной и юго-восточной части Республики Беларусь». Автор проанализировала минерализацию атмосферных осадков за 1981–2012 гг. в зависимости от времени года. Согласно результатам, в зимний сезон в центральной Беларуси преобладают концентрации сульфатов, магния и натрия, весной – аммонийного азота, кальция и хлора, летом – максимальные концентрации нитратов, а осенью – калия. Зимой наблюдаются минимальные концентрации NO3-, K+, летом — SO42- и Na+, осенью — Сa2+, Mg2+ и Cl-. В юго-восточной Беларуси наблюдается несколько другая ситуация. Так, на зимний сезон приходится максимум концентрации SO42-, K+, Na+ и Сl-, на весенний — Mg2+, на летний — NO3-, на осенний — Сa2+. Весной регистрируются минимальные концентрации калия и хлора, летом — сульфатов и кальция и осенью — нитратов, магния и натрия (табл. 2.1).
Таблица 2.1 — Распределение химических элементов в атмосферных осадках в Беларуси по сезонам года, 1981–2012 гг., мг/л [2]
Сезон года
| г. Минск
| г. Речица
| 1981–2012 гг.
| 1981–1990 гг.
| 1991–2000 гг.
| 2001–2010 гг.
| 1991–2010 гг.
| SO42-
| Весенний
| 13,10
| 17,80
| 12,30
| 8,90
| 12,40
| Летний
| 7,70
| 8,10
| 9,00
| 6,00
| 6,00
| Осенний
| 9,50
| 12,00
| 8,90
| 8,70
| 8,70
| Зимний
| 14,20
| 19,70
| 13,90
| 9,00
| 18,60
| Среднее за год
| 11,13
| 14,40
| 11,03
| 8,15
| 11,55
| NO3-
| Весенний
| 1,98
| 1,60
| 2,55
| 1,99
| 4,10
| Летний
| 2,35
| 0,94
| 4,24
| 2,07
| 4,31
| Осенний
| 1,55
| 1,18
| 1,92
| 1,64
| 3,64
| Зимний
| 1,50
| 1,49
| 1,61
| 1,57
| 3,78
| Среднее за год
| 1,84
| 1,30
| 2,58
| 1,82
| 3,96
| K+
| Весенний
| 1,71
| 2,07
| 2,23
| 1,01
| 1,72
| Летний
| 1,57
| 1,44
| 2,62
| 0,88
| 2,43
| Осенний
| 1,78
| 1,61
| 2,64
| 0,88
| 1,88
| Зимний
| 1,34
| 1,16
| 2,01
| 0,84
| 3,37
| Среднее за год
| 1,60
| 1,57
| 2,38
| 0,90
| 2,35
| Ca2+
| Весенний
| 6,25
| 5,68
| 3,52
| 10,28
| 6,56
| Летний
| 5,69
| 3,71
| 4,24
| 9,45
| 4,81
| Осенний
| 4,72
| 4,11
| 2,26
| 8,34
| 6,74
| Зимний
| 5,10
| 4,84
| 2,96
| 8,32
| 6,49
| Среднее за год
| 5,44
| 4,59
| 3,25
| 9,10
| 6,15
| Mg2+
| Весенний
| 0,89
| 0,93
| 0,58
| 1,18
| 1,40
| Летний
| 0,69
| 0,78
| 0,52
| 0,72
| 1,04
| Осенний
| 0,59
| 0,57
| 0,48
| 0,73
| 0,76
| Зимний
| 0,91
| 1,07
| 0,70
| 1,04
| 0,98
| Среднее за год
| 0,77
| 0,84
| 0,57
| 0,92
| 1,05
| Na+
| Весенний
| 1,12
| 1,20
| 0,89
| 1,22
| 0,96
| Летний
| 0,84
| 0,57
| 1,28
| 0,79
| 1,04
| Осенний
| 0,99
| 0,61
| 1,37
| 0,73
| 0,76
| Зимний
| 1,34
| 1,08
| 1,27
| 1,70
| 1,94
| Среднее за год
| 1,07
| 0,87
| 1,15
| 1,11
| 1,18
| Cl-
| Весенний
| 8,55
| 6,49
| 5,17
| 13,91
| 3,64
| Летний
| 6,33
| 3,45
| 4,04
| 11,37
| 3,70
| Осенний
| 5,00
| 4,85
| 3,72
| 6,43
| 4,56
| Зимний
| 7,28
| 7,29
| 5,58
| 8,97
| 6,82
| Среднее за год
| 6,79
| 5,52
| 4,63
| 10,17
| 4,68
| | | | | | | | | | |
Но определяющее влияние на химический состав атмосферных осадков оказывает не природный, а антропогенный фактор, особенно на современном этапе развития.
Основными источниками поступления загрязняющих веществ в атмосферу являются автотранспорт, объекты энергетики, промышленные и сельскохозяйственные предприятия. Определенную роль в загрязнении атмосферы играет трансграничный и региональный перенос вещества, а также природные источники.
Развитие промышленности, транспорта, освоение новых источников энергии приводит к постоянному увеличению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Это связано, главным образом, с использованием горючих ископаемых на тепловых электростанциях, промышленных предприятиях, продуктов их переработки в двигателях автомобилей и системах отопления жилых домов. В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу Земли поступают соединения азота, серы, хлора и некоторые другие, среди них преобладают оксиды серы — SO2 и азота — NO x (N2O, NO2). Соединяясь с молекулами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H2SO4) и азотную (HNO3) кислоты различной концентрации [1].
Ущерб, наносимый атмосферными примесями живой природе и самому человеку трудно точно оценить, но гибель лесов, загрязнение водных бассейнов, распространение аллергических заболеваний, нарушение биологического равновесия в экосистемах однозначно связаны с высокими концентрациями агрессивных примесей в атмосфере.
Именно выбросы оксидов серы и азота являются основными составляющими кислотных осадков, о случаях выпадения которых постоянно сообщается в различных уголках земного шара. Выбросы промышленных предприятий могут переноситься воздушными потоками на многие тысячи километров и вызывать кислотные осадки в регионах, которые находятся на больших расстояниях от источников загрязнения.
В связи с географическим положением территории Беларуси, выбросы оксидов серы и азота в основном связаны с трансграничной составляющей.
Величины трансграничных потоков загрязняющих веществ оцениваются Метеорологическими синтезирующими центрами (МСЦ) «Запад» (Норвегия) и «Восток» (Россия) в рамках Программы ЕМЕП.
По последним модельным расчетам Метеорологического синтезирующего центра «Запад» Программы ЕМЕП среднегодовой поток выпадений серы на территорию Беларуси за 2009–2011 гг. (данные запаздывают на 2 года) составил 67 тыс. т, окисленного азота — 64 тыс. т, восстановленного азота — 94 тыс. т [3–7].
По оценкам центров ЕМЕП доля трансграничной серы в выпадениях на территорию Беларуси за этот же промежуток времени составила 84 %, трансграничного окисленного азота — 92 %, трансграничного восстановленного азота — 44 %. Необходимо отметить, что восстановленный азот имеет в основном местное происхождение (рис. 2.3).
Рисунок 2.3 — Источники выпадения основных загрязняющих веществ на территории Беларуси за 2009–2011 гг. [сост. авт. 5–7]
Основной вклад в поступлении выбросов серы, окисленного и восстановленного азота принадлежит странам-соседям: Польше, Украине и России (рис. 2.4). Среди прочих стран по вкладу выбросов загрязняющих веществ выделяются Румыния, Германия, Болгария, Чехия, Италия.
Рисунок 2.4 — Поступление выбросов основных загрязняющих веществ на территории Беларуси за 2009–2011 гг. [сост. авт. по 5–7]
Многообразие источников, сложность состава выбросов, фотохимических и других процессов, происходящих в атмосфере, делают оценку поступления загрязняющих веществ в атмосферу достаточно сложной задачей. В настоящее время в Беларуси наиболее полно учитываются выбросы крупных стационарных источников — предприятий, которые отчитываются по форме № 1-ос (воздух). Существенно меньше известно о выбросах передвижных источников, практически не оцениваются выбросы малых точечных (например, бытового сектора) и природных источников.
Источники выбросов представлены на рис. 2.5. Согласно имеющимся данным, основной объем выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в Беларуси приходится на промышленность (включая энергетику) и сельское и лесное хозяйство, вклад которых в общий объем выбросов в 2009–2013 гг. составил соответственно 68 и 18 % (рис. 2.5).
Условные обозначения:
| Промышленность
|
| Сельское и лесное хозяйство
|
| Транспорт и связь
|
| Жилищно-коммунальное хозяйство
|
| Строительство
|
| Другие отрасли
|
Рисунок 2.5 — Источники выбросов основных загрязняющих веществ от стационарных источников на территории Беларуси за 2009–2013 гг. [сост. авт. по 3–7]
Полнота учета статистикой выбросов для разных групп веществ также различна: наибольшая для оксидов серы и азота, оксида углерода и твердых веществ, существенно более низкая — для тяжелых металлов, аммиака и стойких органических загрязнителей (СОЗ).
Совокупные выбросы загрязняющих веществ на территории Беларуси представлены на рисунке 2. 6.
Условные обозначения
| более 50 тыс. тонн
|
| 20–50 тыс. тонн
|
| 5–20 тыс. тонн
|
| 1–5 тыс. тонн
|
| менее 1 тыс. тонн
|
Условные обозначения:
Рисунок 2.6 — Совокупные выбросы загрязняющих веществ в воздух от стационарных источников, 2013 г. [8]
Из картограммы видно, что наибольшее количество выбросов поступает от города Новополоцка (предприятие «Нафтан). Немного ниже уровень выбросов наблюдается в г. Минске и в Мозырьском районе (также наличие НПЗ). В целом в Беларуси преобладают районы с совокупными выбросами 1–5 тыс. тонн.
Также на формирование химического состава атмосферных осадков влияет такой фактор как содержание пыли в воздухе. Наибольший вклад в загрязнение воздуха вносят твердые частицы размером 10 микрон (ТЧ10).
Среди основных источников поступления ТЧ10 в атмосферу выделяются следующие: передвижные источники (26 %), сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (20 %), энергетика общего пользования и сжигание топлива в жилом секторе (19 и 16 % соответственно) (рис. 2.7).
Мониторинг за содержанием пылевых частиц (ТЧ10) проводится на метеостанциях в 17 городах Беларуси: Бобруйск, Брест, Витебск, Гомель, Гродно, Жлобин, Лида, Минск, Могилев, Мозырь, Новогрудок, Новополоцк, Орша, Пинск, Полоцк, Речица, Светлогорск.
Условные обозначения:
| передвижные источники
|
| сжигание топлива в обрабатыващей промышленности
|
| энергетика общего пользования и производство тепла
|
| сжигание топлива в жилом секторе
|
| животноводство
|
| сжигание топлива в коммерческом/институциональном секторе
|
| обработка почвы
|
| строительство
|
| технологические процессы в промышленности
|
Рисунок 2.7 — Источники поступления ТЧ10 в атмосферу на территории Беларуси за 2009–2013 гг. [сост. авт. по 3–7]
Наибольшая запыленность воздуха характерна для Витебска, Речицы и Мозыря, а наименьшая — для Бобруйска, Минска, Новополоцка и Орши (рис. 2.8). В целом, показатель концентрации пылевых частиц является довольно неустойчивым в течение года. Но, ни в одном из городов Беларуси среднегодовая концентрация пылевых частиц (ТЧ10) не превысила показатель ПДК — 150 мкг/м3.
В настоящее время специалисты наряду с общим содержанием мелкодисперсной пыли диаметром 10 микрон отслеживают присутствие мелкодисперсной пыли диаметром 2,5 микрона и менее. Ученые стран Европы и Америки доказали, что такая пыль представляет собой опасность для человека. Частицы такой пыли способны длительное время находиться в воздухе в виде аэрозоля и легко в процессе дыхания попадать в организм. Они вызывают аритмию, служат причиной повышения смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. По данным ведущих европейских институтов, около половины городского населения Европы подвержено воздействию повышенных концентраций этих частиц.
Рисунок 2.8 — Средние концентрации твердых частиц (ТЧ10) в воздухе городов Беларуси, мкг/м3, 2009–2013 гг. [сост. авт. по 3–7]
Таким образом, проанализирова факторы формирования химического состава атмосферных осадков, можно сделать вывод, что он формируется благодаря взаимодействию и природной, и антропогенной составляющей. Среди целого комплекса природных факторов, в первую очередь, главная роль принадлежит географическому положению, рельефу местности, преобладающим ветрам, сезону года, циркуляции атмосферы и т. д. Не менее важную роль играют и антропогенные факторы, такие как наличие промышленных производств, содержание пыли в воздухе, и, конечно же, трансграничный перенос.
На современном этапе разрабатываются различные программы по снижению выбросов в атмосферу. Совместные действия стран в области охраны атмосферного воздуха привели к тому, что за время, истекшее после принятия в 1979 году Международной конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния (Женевской конвенции), произошло значительное сокращение выбросов загрязняющих веществ в странах Европы. В первую очередь это характерно для соединений серы: общее сокращение выбросов серы в Европе составило около 70 %, в Беларуси — 80 %. В результате сокращения выбросов серы уменьшилась кислотность атмосферных осадков и в целом сократилось влияние кислотных осаждений на экосистемы, природные воды и здоровье человека. В отличие от выбросов серы, борьба с выбросами оксидов азота, основным источником которых является транспорт, не была столь успешной. Общее сокращение с момента подписания конвенции составило 25–30 %, в Беларуси — более 40 %.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Маврищев, В. В. Основы общей экологии. – Минск : Высшая школа, 2000. — 317 с.
2. Пироговская, Г. В. Химический состав атмосферных осадков в центральной и юго-восточной части Республики Беларусь / Г. В. Пироговская // Вести НАН Беларуси : серия аграрных наук. – 2015. – № 1. — С. 53–64.
3. Состояние природной среды Беларуси : эколог. бюл. 2009 г. / под общ. ред. В. Ф. Логинова. — Минск, 2010.
4. Состояние природной среды Беларуси : эколог. бюл. 2010 г. / под общ. ред. В. Ф. Логинова. — Минск, 2011.
5. Состояние природной среды Беларуси : эколог. бюл. 2011 г. / под общ. ред. В. Ф. Логинова. — Минск, 2012.
6. Состояние природной среды Беларуси : эколог. бюл. 2012 г. / под общ. ред. В. Ф. Логинова. — Минск, 2013.
7. Состояние природной среды Беларуси : эколог. бюл. 2013 г. / под общ. ред. В. Ф. Логинова. — Минск, 2014.
8. География Беларуси [Электронный ресурс] / Режим доступа : https:// https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Emission_of_pollutants_into_air_from_stationary_sources,_Belarus,_2013.png?uselang=ru — Дата доступа : 25. 02. 2016.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|