Сделай Сам Свою Работу на 5

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.