Evaluation of aerial technogenic pollution near industrial enterprises in the tundra zone (by the example of Vorkuta city)

Cover Page

Abstract


The quantitative chemical analysis of snow cover has been carried out for the Vorkuta agglomeration territory. The on-site ingress of pollutants in close proximity to industrial enterprises in Vorkuta is calculated. The schematic maps of substance distribution in snow in the studied area are built using space images. The control levels of aerotechnogenic pollution are established for the city, industrial zones and adjacent territories for the purpose of subsequent ecological monitoring. The pH value of snowmelt water reaches 6.5-7.2 due to a high content of alkaline components (calcium and magnesium carbonates) in snow. The snow cover of the Vorkuta agglomeration is highly enriched with heavy metals. The maximum permissible concentrations are exceeded for manganese, nickel, aluminum, vanadium, molybdenum and mercury. High concentrations of mercury in snow are supposedly related to coal combustion at the thermal power plant. After that mercury may be occluded on a surface of coal particles and ashes. It is shown that it is possible to establish the zones of the greatest aerogenic impact according to the content of mercury and vanadium in the snow. Factor analysis was used to identify the mechanisms of pollutants and factors forming the chemical composition of the snow cover. The share of elements in the suspended solids is more than 60% of their total content in snowmelt water. High concentrations of suspended particles (up to 720 mg/dm3) were observed in the snow of Vorkuta. The most severe pollution of the snow cover is registered in close proximity to thermal power plant №2. According to the calculations of the total pollution index, the highest excess of substance increment over the background level was noted in the sanitary protection zone around the thermal power plant №2.


Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Экологические проблемы Арктики имеют не только региональное, но и глобальное значение. На хрупкую экосистему региона, расположенного в высоких широтах, границей которой является Северный полярный круг, оказывают негативное влияние не только экстремальные природные факторы, но и деятельность человека. Антропогенное воздействие на природу в Арктике особенно ощутимо, поскольку устойчивость арктических биоценозов значительно меньше, чем в более южных широтах. Главные источники загрязнения, усугубляющие экологические проблемы в арктической зоне, – добыча полезных ископаемых и транспорт. Контролю над уровнем загрязнения в Арктике уделяется большое внимание в связи с высоким биологическим эффектом этих загрязнений.

Воркутинская агломерация, расположенная в Большеземельской тундре, – яркий пример такой территории, где высока роль аэрогенного загрязнения от эмиссий промышленных предприятий. Преобладающую роль в формировании загрязнения города играют выбросы ТЭЦ, а их золы уноса являются мощными концентраторами токсичных элементов примесей, в том числе V, Zn, Cr, Hg [15]. Запылению воздуха также способствуют отвалы шахт. Ранее отмечался немалый вклад в аэрогенное загрязнение территории Воркутинской агломерации от цементного завода, расположенного в пос. Цементнозаводский [5, 7, 13].

Информацию о состоянии и степени загрязнения атмосферы можно получить не только при исследовании атмосферного воздуха непосредственно, но и при исследовании химического состава атмосферных осадков. Для оценки состояния атмосферы в зимний период наиболее удобный объект для исследования – снежный покров, являющийся надежным индикатором интегральной оценки загрязнения атмосферы и получения информации о миграции веществ из атмосферы на поверхность, а также последующего загрязнения почвы и поверхностных вод [3]. Из-за высокой сорбционной способности снег выступает эффективным накопителем поллютантов, которые сохраняются в нем в неизменном состоянии в течение зимы (зимний период в Воркуте 7-8 месяцев). По химическому составу снега можно установить площадное распределение и количественные характеристики веществ, выпадающих из атмосферы, благодаря чему выявить источники загрязнения и ареалы их влияния, получить приближенную оценку количества токсикантов, выносимых с территории городов и промышленных площадок талыми водами и мигрирующих в почвы и подземные воды [1, 4].

На настоящий момент проведено множество исследований, направленных на определение зон влияния источников антропогенного загрязнения окружающей среды, как путем натурных исследований, так и путем моделирования ареалов загрязнения с помощью геоинформационных систем (ГИС) и анализа данных дистанционного зондирования (ДДЗ), что и было применено в настоящей работе [2, 14, 18, 19].

Советом Баренцева (Евроарктического) региона в 2013 г. был представлен экологический отчет с включенным списком “экологических горячих точек”, куда вошли несколько проблемных явлений и территорий, находящихся на территории Республики Коми. Одна из них – “Ко2”, к которой относятся цементный завод и ТЭЦ-1 (теплоэлектроцентраль), расположенные в г. Воркуте [11]. По мнению различных исследователей, объектами экологического риска является не только ТЭЦ-1, но и ТЭЦ-2, также работающая на угле [5, 8].

Приостановление работы цементного завода в 2016 г., а также предстоящая реконструкция и газификация объектов топливно-энергетического комплекса г. Воркуты (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и центральной водогрейной котельной (ЦВК)) предопределили необходимость исследования уровня поступления загрязняющих веществ в составе снежного покрова на территорию Воркутинской агломерации.

Цель исследования – изучение поступления загрязняющих веществ с зимними атмосферными осадками на территорию Воркутинской агломерации для оценки его будущей динамики из-за изменений в эксплуатации промышленных объектов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Район исследования относится к умеренно континентальной атлантико-арктической климатической области воркутинского климатического района, характеризуется суровой зимой и относительно прохладным летом. На данной территории в зимнее время преобладают ветра южного и юго-западного направлений.

Отбор проб снега был проведен в 2014 и 2017 гг. непосредственно на территории г. Воркуты, вблизи объектов топливно-энергетического комплекса (ТЭК), угольных шахт (“Воркутинская” и “Юнь-Яга”) и цементного завода. Общая схема отбора проб снежного покрова представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб снежного покрова.

 

Отбор проб снега в 2014 г. проводили на участках вокруг шахт “Юнь-Яга” (открытый способ добычи угля), “Воркутинская” (закрытый способ добычи) и цементного завода (п. Цементнозаводский), а также на удаленных фоновых участках. За условно фоновые территории были приняты пункты отбора проб снега, расположенные в 12-13 км на восток и юго-восток от промышленной площадки шахты “Юнь-Яга”. Объем выборки составил 18 образцов.

В 2017 г. всего была отобрана 21 проба снега на площадках с ненарушенным снежным покровом (апрель). Отбор проб снега проводили на участках вокруг объектов ТЭК: ТЭС-1 (0.5, 1.5, 2.0, 3.0 км), ТЭС-2 (0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 7.0, 9.0 км), ЦВК (0.5, 1.0, 2.0 км) и цементного завода (п. Цементнозаводский; 0.4, 0.9 км), а также на разноудаленных фоновых участках в соответствии с характерной для данной местности розой ветров. За условно фоновые территории, где также отбирали образцы снега, были приняты участки, расположенные более чем в 20 км на восток и северо-восток от Воркуты.

Отбор снежных образцов выполняли пластиковой трубой (диаметр 4.5 см) в периоды наибольшего снегонакопления на всю глубину залегания на открытых, визуально ровных площадках с ненарушенным снежным покровом. В некоторых местах керны отбирались пластиковой лопатой, в связи с высокой плотностью снежного покрова. Во избежание загрязнения проб снега частицами почвы нижнюю часть кернов (1-2 см) отбрасывали. В намеченных точках с площади 8-10 м2 в зависимости от глубины отбирали 3-6 снежных кернов в один общий для данной точки полиэтиленовый пакет. Таким образом, каждая точка представляет собой средний смешанный образец. Пакеты предварительно были тщательно промыты бидистиллятом для исключения возможной контаминации проб. Пробы взвешивали с точностью ±5 г и хранили в твердом состоянии при температуре –20°С до начала анализа. Среднее значение массы проб с каждого участка отбора составило около 3.0-3.5 кг. Количественный химический анализ (КХА) образцов выполняли в экоаналитической лаборатории Института биологии Коми НЦ УрО РАН (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.511257). Анализ элементного состава образцов проводили раздельно – в фильтрате талой воды (растворимые формы) и на фильтре (малорастворимые формы).

Все исследования, включая отбор, хранение проб снежного покрова и их химический анализ, были выполнены в соответствии с РД 52.04.186−891.

Для более корректной интерпретации результатов эксперимента полученные данные пересчитывали в соответствующие значения уровней поступления веществ на поверхность в г/м2 или мг/м2 по формулам 1 и 2 соответственно:

P[г/м2]=Cm[мг/дм3]V[дм3]S[см2]n10 ,(1)

P[мг/м2]=Cm[мкг/дм3]V[дм3]S[см2]n10 ,(2)

где Р – масса определяемого компонента, поступившего на единицу площади поверхности земли за весь период сохранения снежного покрова; Сm – массовая концентрация компонента в талой воде; V – объем талой воды всей пробы; S – площадь внутреннего поперечного сечения трубы для отбора проб снега; n – число кернов снежного покрова, отобранных в данной точке; 10 – коэффициент для согласования размерности.

Для построения тематических цифровых карт исследуемой территории в качестве основы использовали топографические карты ГосГисЦентра (ГГЦ) масштаба 1:200000, предназначенные для открытого пользования (http://loadmap.net), переведенные в проекцию WGS 84, UTM. Оцифровку карт, создание карт-схем для данной работы проводили в программном пакете Arc GIS 9.2.

С использованием разработанного ранее метода интерполяции на основе линейной регрессии по космическим изображениям (Landsat 8 OLI) по содержанию макро- и микрокомпонентов в снежном покрове были построены растровые изображения распределения загрязняющих веществ [2]. Для построения карт-схем распределения загрязняющих компонентов в снеге и оценки поступления веществ на изучаемую территорию использовали снимки Landsat 8 OLI для 2014 г. от 05.02.2014, для 2017 г. – от 20.05.2017. На карте-схеме нанесены границы предположительного размещения санитарно-защитных зон (СЗЗ) согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-032, что соответствует 500 м от границ промплощадок для каждого рассматриваемого предприятия.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В снеге Воркуты отмечены высокие содержания взвешенных частиц вблизи ТЭЦ-2 (500 м) – до 720 мг/дм3, что в 8-9 раз превышает условно фоновые значения. Взвешенные частицы преимущественно представлены продуктами горения угля – золой, а также угольной и цементной пылью [7]. Запыленность снега пылевыми угольными частицами отмечалась также визуально при пробоотборе. Результаты элементного анализа взвеси на фильтре показали преобладание в снеге нерастворимых форм элементов – среднее значение 67%, за исключением кальция и натрия, у которых преобладают растворенные формы. При этом для железа, алюминия и хрома доля взвеси составила более 90%.

Результаты КХА проб талой воды приведены в табл. 1. Кислотность снеговой воды отражает степень техногенеза и является индикатором зон промышленного воздействия предприятий. Было установлено, что в зонах влияния угольных шахт, промплощадок объектов ТЭК и цементного завода идет подщелачивание снежного покрова.

 

Таблица 1. Средние значения содержания определяемых компонентов в талой воде импактных зон исследованных предприятий и на фоновых территориях

Компонент

Шахта

Воркутинская

Шахта

Юнь-Яга

Цементный

завод

СЗЗ объектов

ТЭК

Территория города

Фон*

рН

6.7-7.0**

6.8***

5.2-6.0

5.6

6.3-6.9

6.7

5.9-7.0

6.5

6.5-7.2

6.7

5.20

NH4+, мг/дм3

0.17-0.60

0.32

0.02-0.05

0.03

0.13-0.19

0.16

0.12-0.45

0.27

0.12-0.26

0.19

0.02

N общ., мг/дм3

0.22-0.60

0.38

0.15-0.39

0.27

0.28-0.59

0.47

0.22-0.47

0.33

0.22-0.35

0.29

0.20

HCO3-, мг/дм3

4.6-16.2

11.3

1.4-2.2

1.8

9.5-18.2

13.0

4.3-10.9

6.8

5.0-21.0

10.9

1.2

Cl-, мг/дм3

0.28-0.50

0.43

0.23-0.42

0.33

0.24-0.74

0.37

0.50-0.69

0.58

0.50-0.60

0.54

0.23

DOC****, мг/дм3 (фильтр.)

0.62-0.82

0.70

0.60-0.98

0.80

1.09-1.99

1.48

0.60-0.98

0.87

0.60-0.98

0.78

0.67

S, мг/дм3*****

0.59-1.22

0.90

0.19-0.67

0.35

0.84-1.37

1.09

0.66-5.50

2.30

0.66-0.88

0.77

0.027

P, мг/дм3

0.013-0.029

0.025

0.010-0.020

0.011

0.018-0.038

0.024

0.010-0.020

0.012

0.010-0.020

0.012

0.010

Na, мг/дм3

0.33-0.59

0.44

0.18-0.22

0.20

0.19-0.46

0.28

0.20-0.43

0.28

0.20-0.24

0.22

0.14

Ca, мг/м2

1.46-3.40

2.26

0.18-0.85

0.39

1.46-7.19

3.6

1.6-7.2

3.6

2.0-7.2

3.6

0.09

K, мг/дм3

0.32-0.70

0.48

0.04-0.30

0.12

0.16-0.36

0.27

0.04-0.30

0.13

0.04-0.30

0.07

0.03

Mg, мг/дм3

0.36-0.80

0.55

0.06-0.36

0.14

0.17-0.27

0.24

0.15-1.20

0.50

0.16-0.26

0.20

0.05

Mn, мкг/дм3

10.0-21.0

14.5

3.5-8.0

7.5

4.3-13.0

8.5

3.3-19.0

9.6

2.6-3.5

3.2

1.20

Cu, мкг/дм3

0.29-1.90

1.40

0.20-1.30

0.80

0.80-1.90

1.40

0.37-1.39

0.74

0.33-1.39

0.72

0.20

Ni, мкг/дм3

3.5-7.3

5.5

0.20-3.8

1.5

0.70-1.8

1.5

1.5-18.0

7.4

0.8-3.7

2.2

0.20

Cd, мкг/дм3

<0.20

0.20-0.26

0.25

0.20-0.50

0.30

<0.20

<0.20

<0.20

Zn, мкг/дм3

6.0-11.6

8.6

4.7-10.9

7.2

4.9-13.0

8.0

0.5-4.7

2.3

1.4-1.9

1.6

0.50

Cr, мкг/дм3

1.60-2.50

2.10

0.23-1.83

0.70

1.11-2.36

1.69

0.14-1.0

0.44

0.14-0.20

0.19

0.10

Co, мкг/дм3

0.14-0.94

0.57

0.10-0.57

0.25

0.26-0.33

0.30

0.04-0.17

0.10

0.30-0.40

0.035

0.10

Al, мкг/дм3

1150-2540

1830

100-1220

420

420-930

780

100-1220

43

100-1220

36

31

Hg, мкг/дм3

0.20-1.14

0.57

0.01-0.25

0.10

0.02-1.0

0.28

0.025-0.33

0.13

0.025-0.44

0.03

<0.01

V, мкг/дм3

5.3-10.9

8.3

1.0-5.0

2.0

3.5-5.4

4.7

6.0-41.0

17.8

4.6-23.0

10.0

<1.0

Нефтепродукты, мг/дм3

-

-

-

0.005-0.057

0.036

0.020-.440

0.139

0.009

* − условно фоновая территория;

** − диапазон минимального и максимального значений показателя;

*** − среднее значение показателя для данной территории;

**** − растворенный органический углерод;

***** − суммарное содержание элементов на фильтре и в фильтрате.

 

Высокая запыленность атмосферы вблизи промышленных объектов, преобладание в выбросах соединений кальция и магния, карбонатов, дальнейшее растворение накопившейся в снежном покрове минеральной и угольной пыли приводят к возрастанию значений рН до 6.5-7.2. (рис. 2).

 

Рис. 2. Карта-схема распределения суммарного содержания кальция и магния в снеге.

 

На фоновых территориях тундровой зоны среднее значение водородного показателя составляет 5.0-5.2. Значимые коэффициенты корреляции r свидетельствуют о том, что ионы магния поступают в снежный покров в основном в виде гидрокарбонатов и сульфатов (rMg-HCO3- – 0.81-0.87, rMg-SO42- – 0.71-0.97); ионы кальция – в виде сульфатов и гидрокарбонатов. Ионы натрия находятся в сродстве с хлорид-ионами (rNa-Cl- – 0.94), кратность содержания над фоновым уровнем в СЗЗ объектов ТЭК и на территории города составила 2-3.

Нужно отметить, что в пределах импактных зон предприятий отмечено высокое поступление кальция. Так, кратность поступления кальция над фоновым уровнем возле цементного завода достигала 80 в 2014 г., в СЗЗ ТЭЦ-2 – более 200, что определяет высокое содержание обменного кальция в почвах Воркутинской агломерации [7].

Наибольшее значение имеет оценка поступления тяжелых металлов, многие из которых весьма токсичны. Содержание меди и марганца в импактных зонах превышает фоновое в 3-10 раз. Поступление никеля, хрома, кобальта и алюминия в ряде пунктов отбора превышает фоновый уровень более чем в 20 раз. В снеге фоновых территорий содержание кадмия очень низкое, однако при сравнении содержания этих элементов в импактных зонах со значениями предела обнаружения методик количественного анализа кратности составляют 2-3.

При очерчивании ареалов загрязнения весьма наглядна карта-схема распределения ванадия в снеге (рис. 3). Ванадий – элемент-индикатор угольной пыли и золы, т.е. основных агентов загрязнения данной территории. Поступление этого компонента происходит достаточно локально, поскольку частицы, в которых он находится, оседают рядом с источниками эмиссии.

 

Рис. 3. Карта-схема распределения содержания ванадия в снеге в растворенной форме (фильтрат).

 

Максимальные содержания ванадия в снеге были отмечены в 2017 г. возле ЦВК и ТЭЦ-2. Кратности превышения содержания над фоновым уровнем достигали 300 и более. Возле ЦВК также отмечены повышенные концентрации никеля и нефтепродуктов, что обусловлено тем, что ЦВК работает на мазуте. Так, согласно литературным данным, нефтепродукты, в том числе мазут, имеют высокое содержание как ванадия, так и никеля [10]. Наибольшее содержание нефтепродуктов в снеге отмечено на территории города и вблизи ЦВК, где высока вероятность попадания их в окружающую среду от транспорта и эксплуатации котельной [6].

Однако наиболее важным в исследовании было обнаружение в снеге Воркуты ртути – наиболее токсичного из рассматриваемых компонентов. В некоторых пунктах отбора вблизи ТЭЦ-2 содержание ртути превышает фоновый в 100 и более раз. Максимальные значения содержания ртути в снеге были отмечены в 2014 г. и относились к территории вблизи цементного завода, работа которого в настоящее время приостановлена, а также вокруг шахты “Воркутинская”. В большинстве пунктов исследования содержание ртути превышало предельно допустимое значение для вод рыбохозяйственного назначения (ПДКрх=0.01 мкг/дм3) (рис. 4). Присутствие ртути в снеге воркутинских промышленных территорий, по нашему мнению, связано со сжиганием угля на ТЭЦ и эмиссией в атмосферу Hg0, фотохимической трансформацией в форму Hg2+, а также с окислением Hg0 транзитными газами, сорбцией ионов ртути на поверхности углеродистых микрочастиц (менее 2 мкм) [16], последующим сухим или влажным вымыванием из атмосферы и аккумуляцией в снежной толще [19].

 

Рис. 4. Содержание ртути в снеге г. Воркуты.

 

Для таких показателей, как марганец, никель, алюминий, молибден, ванадий, также наблюдалось превышение нормативов ПДКрх в СЗЗ объектов теплоэнергетики. Значения соответственно составили 1.9 ПДК, 1.8 ПДК, 2.7 ПДК, 3 ПДК, 40 ПДК.

Для выявления механизмов поступления поллютантов и факторов формирования химического состава снежного покрова был применен факторный анализ. Результаты факторного анализа содержания компонентов в растворимой фракции талых вод представлены в табл. 2.

 

Таблица 2. Результаты факторного анализа валового содержания компонентов снежного покрова

Компонент

Номер фактора, F

f=1Fr(X)f2

1

2

3

4

5

6

7

факторный вес компонента, r2

рН

0.11

0.36

0.24

0.00

0.17

0.00

0.05

1.0

HCO3-

0.54

0.10

0.14

0.00

0.08

0.02

0.05

1.0

NH4+

0.92

0.01

0.00

0.01

0.00

0.01

0.00

1.0

TN

0.86

0.00

0.00

0.02

0.01

0.00

0.05

1.0

NO3-

0.57

0.18

0.08

0.02

0.04

0.00

0.00

1.0

DOC

0.00

0.27

0.19

0.19

0.01

0.23

0.02

1.0

Cl-

0.67

0.10

0.09

0.01

0.02

0.00

0.02

1.0

SO42-

0.97

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

1.0

P

0.58

0.10

0.00

0.02

0.19

0.00

0.00

1.0

S

0.89

0.05

0.00

0.01

0.04

0.00

0.00

1.0

Al

0.86

0.06

0.00

0.00

0.00

0.01

0.02

1.0

Ca

0.86

0.05

0.02

0.00

0.00

0.01

0.01

1.0

Cd

0.20

0.12

0.04

0.24

0.03

0.15

0.09

1.0

Co

0.70

0.00

0.00

0.01

0.12

0.02

0.04

1.0

Cr

0.93

0.00

0.03

0.01

0.01

0.00

0.00

1.0

Cu

0.45

0.16

0.18

0.01

0.04

0.00

0.02

1.0

K

0.86

0.01

0.01

0.00

0.02

0.02

0.00

1.0

Mg

0.89

0.04

0.00

0.01

0.04

0.00

0.00

1.0

Mn

0.88

0.02

0.00

0.00

0.07

0.00

0.00

1.0

Na

0.90

0.02

0.03

0.01

0.00

0.00

0.01

1.0

Ni

0.04

0.48

0.28

0.12

0.03

0.02

0.02

1.0

V

0.14

0.41

0.30

0.11

0.00

0.01

0.01

1.0

Zn

0.03

0.15

0.00

0.37

0.00

0.31

0.09

1.0

Hg

0.13

0.16

0.09

0.19

0.05

0.11

0.20

1.0

Суммарный вес каждого фактора

14.0

2.9

1.7

1.4

1.0

0.9

0.7

~24

Относительный суммарный вес каждого фактора, %

59.6

12.3

7.4

5.8

4.3

3.9

3.1

~100

 

Первый фактор сформирован компонентами, распространение которых полностью зависит от присутствия угольной пыли и зол уноса от ТЭЦ. В данную группу вошло большинство анализируемых компонентов. Во вторую группу вошли органический углерод, а также ванадий и никель. Этот состав веществ может, предположительно, образовываться при сжигании нефтепродуктов. Результаты расчета третьего фактора дублируют второй. Четвертый фактор представлен наибольшими вкладами кадмия и цинка, что, возможно, объясняется тем, что они являются химическими элементами-аналогами, физико-химические свойства которых во многом сопоставимы. Имеется информация о сходстве процессов распределения этих микроэлементов в окружающей среде [9].

В шестом факторе наибольшие факторные нагрузки отмечаются для общего органического углерода и цинка. Значимый вклад в данный фактор этих компонентов, предположительно, обусловлен возможной высокой степенью сорбции цинка на органическом веществе, а также возможным высокотемпературным восстановлением оксида цинка на поверхности сажевых частиц при сжигании угля [12].

Ртуть образует отдельно от других элементов седьмой фактор (наибольший факторный вес), что может быть обусловлено особенностями ее поступления и миграции, а также, вероятно, наибольшей лабильностью ее форм в атмосферном воздухе. Исследователи отмечали особый характер поведения ртути в импактных зонах предприятий, сжигающих уголь и бытовые отходы [17].

Для оценки степени аэротехногенной нагрузки использовали расчеты суммарного индекса загрязнения снежного покрова (Zc) (рис. 5). Данный показатель может рассматриваться как характеристика влияния выбросов предприятия на здоровье населения, которое определяется по соответствующей шкале3. Так, значения суммарного индекса загрязнения Zc > 32 указывают на увеличение риска заболеваемости населения.

 

Рис. 5. Распределение значений суммарного индекса загрязнения снежного покрова.

 

Полученное среднее распределение в снежном покрове значений суммарного индекса загрязнения позволило выделить области возможного наибольшего влияния выбросов на здоровье населения. Согласно полученным значениям Zc, загрязнение от предприятий Воркуты распространяется примерно на 10 км на северо-восток. Наиболее сильное загрязнение территории (Zc > 128), относящееся к категории чрезвычайно опасного, отмечается в точках, расположенных в городской черте и на разном удалении от ТЭЦ-2. Так, на территории вблизи ТЭЦ-2 отмечены максимальные значение Zc, достигающие более 1000. Значительно меньшее, но достаточно существенное воздействие, согласно индексу загрязнения, наблюдалось в черте города и импактной зоне ТЭЦ-1, а также в 2014 г. при работающем цементном заводе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дана оценка химического состава снежного покрова территории Воркутинской агломерации. Талые воды с территории города и промышленных объектов имеют щелочную реакцию. Это связано с тем, что основные макрокомпоненты загрязнения – соединения кальция – преимущественно гидрокарбонаты, обусловливающие подщелачивание.

Кратности содержания в снеге микроэлементов по отношению к фоновым значениям достигают десятков и сотен, что указывает на существенный вклад этих поллютантов в загрязнение исследованной территории.

Высокая запыленность атмосферы в городе определяет высокое содержание взвешенных частиц в снеге. Сепарационный анализ фракций талой воды показал, что доля веществ на взвешенных частицах составляет более 60% от общего объема поступления.

Наиболее сильное воздействие, выраженное в высоком поступлении поллютантов, отмечено вблизи ТЭЦ-2, что подтверждает более ранние исследования загрязнения компонентов окружающей среды в г. Воркуте.

Весьма опасным компонентом загрязнения Воркутинской агломерации выступает ртуть, поступление которой связано со сжиганием угля на ТЭЦ.

Основное загрязнение создают угольная пыль и зола, присутствующие повсеместно на территории Воркутинской агломерации, содержащие в своем составе практически все определяемые химические компоненты. Таким образом, ртуть и ванадий выступают маркерами загрязнения данной территории.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания №г.р. АААА-А17-117120140139-8.

Примечания:

1 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. http://docs.cntd.ru/document/902065388.

2 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. http://docs.cntd.ru/document/902065388.

3 ГН 2.1.7.2042-06. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. http://snipov.net/c_4655_snip_109921.html.

About the authors

M. I. Vasilevich

Institute of Biology, Komi Scientific Center, the Urals Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: mvasilevich@ib.komisc.ru

Russian Federation, ul.Kommunisticheskaya 28, Syktyvkar, Komi Republic, 167982

R. S. Vasilevich

Institute of Biology, Komi Scientific Center, the Urals Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mvasilevich@ib.komisc.ru

Russian Federation, ul.Kommunisticheskaya 28, Syktyvkar, Komi Republic, 167982

D. N. Gabov

Institute of Biology, Komi Scientific Center, the Urals Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mvasilevich@ib.komisc.ru

Russian Federation, ul.Kommunisticheskaya 28, Syktyvkar, Komi Republic, 167982

B. M. Kondratenok

Institute of Biology, Komi Scientific Center, the Urals Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: mvasilevich@ib.komisc.ru

Russian Federation, ul.Kommunisticheskaya 28, Syktyvkar, Komi Republic, 167982

References

  1. Vasilevich, M.I., Beznosikov, V.A., Kondratenok, B.N. Khimicheskii sostav snezhnogo pokrova na territorii taezhnoi zony Respubliki Komi [Chemical composition of snow cover in the taiga zone of the Komi Republic]. Vodnye resursy, 2011, vol. 38, no. 4, pp. 494-506. (in Russian)
  2. Vasilevich, M.I., Shchanov, V.M., Vasilevich, R.S. Primenenie sputnikovykh metodov issledovanii pri otsenke zagryazneniya snezhnogo pokrova vokrug promyshlennykh predpriyatii v tundrovoi zone [Application of satellite research methods in the assessment of snow cover pollution around industrial enterprises in the tundra zone]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2015, vol. 12, no. 2, pp. 50-60. (in Russian)
  3. Vasilenko, V.N., Naumov, I.M., Fridman, Sh.D. Monitoring zagryazneniya snezhnogo pokrova [Monitoring of snow cover pollution]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1985, 181 p. (in Russian)
  4. Vinogradova, A.A. Atmosfernyi perenos antropogennykh primesei v Tsentral'nuyu chast' Rossiiskoi Arktiki [Atmospheric transport of anthropogenic impurities to the Central part of the Russian Arctic]. Ekologicheskaya khimiya, 1996, no. 5(1), pp. 3-10. (in Russian)
  5. Vorkuta - gorod na ugle, gorod v Arktike: Nauch.-populyar. izdanie [Vorkuta is a city on the coal, a city in the Arctic]. Getsen, M.V., Ed., Syktyvkar, Resp. ekologich. Tsentr RK, 2004, 352 p. (in Russian)
  6. Gabov, D.N., Yakovleva, E.V., Vasilevich, M.I., Vasilevich, R.S. Nakoplenie politsiklicheskikh aromaticheskikh uglevodorodov v snezhnom pokrove vblizi predpriyatii toplivno-energeticheskogo kompleksa vokrug g.Vorkuta [Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in the snow cover near the enterprises of fuel and energy complex around Vorkuta]. Geoekologiya, 2019, no. 1, pp. 24-37. (in Russian)
  7. Getsen, M.V., Stenina, A.S., Khokhlova, L.G., Rusanova, G.V., et al. Sostoyanie prirodnoi sredy Bol'shezemel'skoi tundry na territorii Vorkutinskogo promyshlennogo raiona [The state of the natural environment of the Bolshezemelskaya tundra in the territory of the Vorkuta industrial district]. Narodnoe khozyaistvo Respubliki Komi. 1994, vol. 3, no. 1, pp. 68-75. (in Russian)
  8. Getsen, M.V., Patova, E.N., Kulyugina, E.E., Istomina L.N., et al. Transformatsiya prirodnoi sredy tundry v usloviyakh otkrytoi dobychi uglya [The transformation of the natural tundra environment upon open coal mining]. Sever: arkticheskii vektor sotsial'no-ekologicheskikh issledovanii. Syktyvkar, 2008, pp. 183-196. (in Russian)
  9. Ladonin, D.V. Konkurentnye vzaimootnosheniya ionov pri zagryaznenii pochvy tyazhelymi metallami [Competitive relationships of ions in soil contamination with heavy metals]. Pochvovedenie, 2000, no. 10, pp.1285-1293. (in Russian)
  10. Punanova, S.A. Osobennosti nakopleniya v neftidakh vanadiya i nikelya [Specific features of vanadium and nickel accumulation in oil]. Aktual'nye problemy nefti i gaza, 2018, no. 3 (22), pp.1-13.
  11. Sokolov, Yu.I. Arktika: k probleme nakoplennogo ekologicheskogo ushcherba [The Arctic: the problem of accumulated environmental damage]. Arktika: ekologiya i ekonomika, 2013, no. 2 (10), pp. 18–27. (in Russian).
  12. Umland, F., Yansen, A, Tirig, D., Vyunsh, G. Kompleksnye soedineniya v analiticheskoi khimii. Teoriya i praktika primeneniya. [Complex compounds in analytical chemistry. Theory and practice of application.]. Moscow, Khimiya, 1975, 532 p. (in Russian).
  13. Shamrikova, E.V., Vanchikova, E.V., Ryazanov, M.A., Kazakov, V.G. Sostoyanie snezhnogo i pochvennogo pokrova vblizi tsementnogo zavoda [State of snow and soil cover near the cement plant]. Voda: khimiya i ekologiya, 2010, no. 10, pp. 46-51. (in Russian)
  14. Shevchenko, V.P., Lisitsyn, A.P., Vinogradova, A.A., Smirnov, V.V., Serova, V.V., Shtain, R. Aerozoli Arktiki – rezul'taty desyatiletnikh issledovanii [Arctic aerosols as the results of ten-year-long studies]. Optika atmosfery i okeana, 2000, no. 6–7, pp. 551-575. (in Russian)
  15. Yudovich, Ya.E., Zolotova, V.V. Elementy primesi v uglyakh Pechorskogo basseina [Trace elements in coals of the Pechora basin]. Narodnoe khozyaistvo Respubliki Komi. 1994, vol. 3, no. 1, pp. 16-26. (in Russian)
  16. Capri, A. Mercury from combustion sources: A review of the chemical species emitted and their transport in the atmosphere. Water Air Soil Pollution, 1997, vol. 98, no. 3, pp. 241-254.
  17. Chiardia, M., Cupelin, F. Gas-to-particle conversion of mercury, arsenic and selenium, trough reactions with traffic-related compounds (Geneva). Indication from lead isotopes. Atmospheric Environment, 2000, vol. 34, pp. 327-332.
  18. Devyatova, A.Y., Yurkevich, N.V., Raputa, V.F. Predictive models of air pollution from anthropogenic sources by the snow cover study. Proc. of the 3rd International CEMEPE & SECOTOX Conference. Skiathos, June 19-24, 2011.
  19. Kokhanovsky, A. Spectral reflectance of solar light from dirty snow: a simple theoretical model and its validation. Cryosphere, 2013, no. 7, pp. 1325-1331.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1.
Fig. 1. The layout of the snow sampling points.

View (457KB) Indexing metadata
2.
Fig. 2. Map of the distribution of the total content of calcium and magnesium in the snow.

View (973KB) Indexing metadata
3.
Fig. 3. A map of the distribution of vanadium content in snow in dissolved form (filtrate).

View (512KB) Indexing metadata
4.
Fig. 4. The mercury content in the snow of Vorkuta.

View (465KB) Indexing metadata
5.
Fig. 5. Distribution of values of the total snow cover pollution index.

View (450KB) Indexing metadata

Statistics

Views

Abstract - 84

PDF (Russian) - 51

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies