Атмосферные выпадения

Геохимия городских ландшафтов

Наиболее сильно техногенное воздействие на природную среду и население проявляется в крупных промышленных городах, которые по интенсивности и площади аномалий загрязняющих веществ представляют собой техногенные геохимические и биогеохимические провинции. На природном и агротехногенном фоне города выделяются как центры накопления веществ, поступающих с транспортными потоками и затем перерабатываемыми промышленностью и коммунальной деятельностью.

Города — это мощные источники техногенных веществ, включающихся в региональные миграционные циклы. Во многих городах России и других стран экологическая ситуация близка к критической. При экологическом мониторинге получают геохимическую информацию примерно о 200 городах России, в которых проводятся комплексные эколого-геохимические оценки и картографирование, использующие методы геохимии ландшафта и геохимии окружающей среды.

Между содержанием вредных веществ в атмосфере и размером города существует довольно четкая зависимость, что позволяет использовать число жителей в качестве одного из оснований геохимической классификации городов. Но так как существуют крупные города с относительно небольшим количеством выбросов и, наоборот, малые и средние города с большими объемами выбросов, более информативным показателем степени загрязнения является коэффициент эмиссионной нагрузки Е, показывающий количество выбросов на одного жителя в год (таблица 3.6).

, т/ чел.

где Р — количество выбросов, тыс. т год, а N — число жителей, тыс. чел.

 

По значениям коэффициента Е выявляются определенные градации городов, которые прослеживаются и для городов Свердловской области (таблица 3.6):

  1. Е до 0,3 т/чел. — многие крупные и средние города с машиностроительной специализацией;
  2. Е = 0,3 — 1 т/чел. — крупные города с химической промышленностью и другие промышленные центры;
  3. Е= 1 — 2 т/чел. — города с черной и цветной металлургией, тяжелым машиностроением, химической промышленностью.

 

Важной эколого-геохимической характеристикой городов является структура загрязнения. Она может учитываться отдельно для макрополлютантов (оксиды и диоксиды азота, серы, углерода, пыль), на долю которых приходится более 90 — 95% от общего объема выбросов, и микрополлютантов, объемы выбросов которых малы, но велики уровни концентрации в выбросах и токсичность (тяжелые металлы, хлорорганические соединения, углеводороды и др.). Так, среди крупных городов мира по средним концентрациям в воздухе выделяются "серные" города — Тбилиси, Тегеран, Милан, Сеул и др., "азотные" — Донецк, Ташкент, Тель-Авив, Одесса, Москва и др., "углеродные" — Париж, Сантьяго, Ереван, Мадрид и др.


Таблица 3.6. – Валовый выброс загрязняющих веществ для экологически неблагополучных муниципальных образований Свердловской области (по данным за 2007 год [18]).

Муниципальное образование Валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу, тыс.т Основные источники выбросов загрязняющих веществ (вклад в валовый выброс, %) Коэффициент эмиссионной нагрузки Е, т/чел.
Город Екатеринбург (1350,4 тыс. жителей) 255,764 Транспорт (92,2%)   0,19
Город Нижний Тагил (376,6 тыс. жителей) 230,983 ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (39,2%) ОАО «Высокогорский горно-обогатительный комбинат» (38,84%) 0,61
Город Каменск-Уральский (182,8 тыс. жителей) 74,718 Уральский алюминиевый завод – филиал ОАО «СУАЛ» (33,0%) Красногорская ТЭЦ (29,4%) Транспорт (27,7%) 0,41
Город Первоуральск (158,8 тыс. жителей) 21,943 Транспорт (73,2%) 0,14
Город Асбест, Рефтинский и Малышевский городские округа (131,7 тыс. жителей) 326,354 Рефтинская ГРЭС (93,8%) ОАО «Ураласбест» (5,1%) 2,48
Город Серов (104 тыс. жителей) 79,0 ОАО «Серовский металлургический завод» (47,9%) Серовская ГРЭС (45,2%) 0,76
Город Полевской (73,2 тыс. жителей) 6,722 ОАО «Северский трубный завод» (58,0%) ОАО «Полевской криолитовый завод» (31,6 %) 0,09
Верхняя Пышма (70,5 тыс. жителей) 1,761 ОАО «Уралэлектромедь» (38,7 %) 0,025
Город Краснотурьинск (67,9 тыс. жителей) 81,252 Богословский алюминиевый завод – филиал ОАО «СУАЛ» (42,2 %) Богословская ТЭЦ (23,9 %) Краснотурьинское ЛПУ МГ ООО «Тюментрансгаз», ОАО «Газпром» (31,5%) 1,2
Ревдинский район (61,9 тыс. жителей) 26,748 ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» (91,6 %) 0,43
Режевской район (49,3 тыс. жителей) 33,582 ЗАО ПО «Режникель» (89,0 %) 0,68
Город Красноуральск (28,4тыс. жителей) 59,650 ОАО «Святогор» (97,6 %) 2,1
Город Кировград (31,9 тыс. жителей) 23,146 Производство полиметаллов ОАО «Уралэлектромедь (97 %) 0,72

 


Особенности воздушной миграции продуктов техногенеза определяются положением города в бассейнах атмосферного переноса и региональными особенностями загрязнения и самоочищения атмосферы. Важное значение имеет соотношение сильных и штилевых ветров, наличие инверсий, определяющих появление смога, рельеф и т.д. Многие из этих факторов отражены в геоморфологии города. Поэтому выделяются равнинное семейство (Москва), горно-котловинное и горно­долинное (Улан-Батор, Тбилиси), предгорное (Алма-Ата), приморское (Санкт-Петербург) и другие.

Приморские города характеризуются высокой очищаемостью атмосферного воздуха от загрязнителей, и поэтому среди крупных промышленных городов мира только они (Копенгаген, Осака, Токио, Нью-Йорк, Ванкувер, Мельбурн, Торонто) отличаются наименьшими средними концентрациями взвешенных в воздухе частиц [ Пер].Наоборот, горно­котловинные и предгорные города при прочих равных факторах имеют самые высокие показатели загрязнения.

Для оценки экологической опасности и степени загрязнения кроме объема выбросов важно знать их качественный состав и содержание наиболее токсичных веществ. Основная масса микроэлементов в атмосфере входит в состав аэрозолей. При этом элементы с относительно высокими кларками — железо, марганец, цинк, хром, медь связаны главным образом с мелко- и крупнодисперсным аэрозолем (0,05 — 2 мкм и более), а наиболее токсичные элементы с низкими кларками — кадмий, свинец, сурьма, мышьяк, ртуть находятся преимущественно в субмикронной фракции (менее 0,05 мкм) или паро-газовой фазе аэрозоля.

Атмосфера городов загрязнена обычно оксидами серы и азота, пылью, но особенно опасны специфические для каждого производства загрязнители. Наиболее высоки уровни загрязнения в городах с черной, цветной металлургией и нефтехимической промышленностью, где предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ превышены в несколько раз. Среди специфических поллютантов приоритетные позиции занимают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), формальдегид, тяжелые металлы. Особенно контрастны техногенные аномалии одного из ПАУ — 3,4-бензпирена, обладающего канцерогенными свойствами и образующегося при пиролитических процессах, главным образом при сжигании ископаемого топлива.

Выпадения в промышленных городах в среднем в 3 — 15 раз обогащены тяжелыми металлами по сравнению с региональным фоном. В свою очередь территория крупных городов, как правило, загрязнена неравномерно и на повышенном городском фоне четко выделяются техногенные аномалии выпадений промышленных зон, в которых концентрации цинка, свинца, никеля, ртути, хрома и других металлов возрастают обычно еще в 5 — 6 раз.

Снегобладает высокой сорбционной способностью и поглощает из атмосферы значительную часть продуктов техногенеза. Изучение химического состава снежного покрова позволяет выявить пространственные ареалы загрязнения и количественно рассчитать реальную поставку загрязняющих веществ в ландшафты в течение периода с устойчивым снежным покровом. Этот метод экспрессной оценки состояния среды успешно применяется во многих городах тундровой, таежной, лесостепной, отчасти степной зон.

Вокруг промышленных центров техногенные ореолы запыленности снежного покрова, выявленные со спутников, в 2 — 3 раза выше фонового уровня. Особенно велики площади загрязнения в Московском, Донецко-Криворожском, Кузбасском, Уральском территориально-производственных комплексах. Техногенные ореолы пыли в снежном покрове в десятки раз превышают площадь городской застройки и в 2 — 3 раза контрастнее ореолов в атмосферном воздухе.

Опробование снега проводится обычно перед началом таяния на всю его мощность специальными полихлорвиниловыми пробоотборниками. Сплошной снежный покров позволяет проводить массовое площадное опробование территории города и его окрестностей по регулярной, полурегулярной сети или векторным способом. Достоверные пространственные структуры загрязнения получают при взятии одной пробы на 1 км2 на открытых площадках, удаленных на 150 - 200 м от воздействия автотранспорта или других локальных источников.

Наибольшее индикационное значение при анализе снеговых проб имеет количество и химический состав пыли, на долю которой приходится обычно 70 — 80% от общего баланса элементов в снеге.

Техногенная геохимическая трансформация городской среды зависит от видов преобладающих производств и конкретной ландшафтной ситуации. Выделяются пять основных групп загрязнений: