ЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГОРОДСКУЮ СРЕДУ ПО ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА

Для мониторинга воздушной среды можно использовать различные методы анализа, каждый из которых имеет свои ограничения и достоинства. В настоящее время наиболее востребованными являются экспрессные методы контроля качества окружающей среды, которые позволяют произвести относительно быструю оценку эколого-геохимической обстановки. Один из таких методов основан на использовании снежного покрова. Снег обладает высокой сорбционной способностью и осаждает из атмосферы на земную поверхность значительную часть продуктов техногенеза. Многолетний мониторинг снежного покрова позволяет выявить пространственно-временные особенности распределения элементов, выявить очаги загрязнения и определить тенденцию в изменении качества окружающей среды [1, 2].

Цель работы заключалась в исследовании химического состава снежного покрова в различных функциональных зонах г. Воронежа и выявлении зависимостей между наличием загрязняющих веществ и уровнем техногенного воздействия.

В период, предшествующий снеготаянию, 11.02.2015 г. были отобраны 47 проб снега в различных функциональных зонах г. Воронежа с разной степенью техногенного воздействия: 11 проб в жилой зоне, 9 — в промышленной зоне, 9 — в транспортной зоне, 6 — в зоне рекреации, 10 – районы перспективной застройки (жилые) и 2 фоновые пробы [3].

Репрезентативные пробы «лежалого» снега отбирались по всей толще снежного покрова [4]. Пробы снега растапливались при комнатной температуре, талую воду фильтровали. По осадку, полученному на фильтре, определяли количество взвешенных частиц в отобранной пробе (весовым методом), а в фильтрате определяли следующие показатели: NH4+, NO3-, NO2- (колориметрический метод); общая жесткость, Са2+, Cl-, SO42-, HCO3- (титриметрический); рН (потенциометрический); минерализация и Mg2+ (расчетный) [5,6].

Исследования химического состава снега выполнены на базе учебной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета.

Для более объективной характеристики геохимической индикации загрязнения снежного покрова за основу принимается сопоставление концентраций поллютантов городских проб снега с соответствующими значениями их фонового аналога. Это достигается расчетом коэффициента концентрации химических элементов (Кс) [7]. В качестве фона были выбраны 2 пробы: № 34 — находится в черте города на территории санатория им. Горького; № 47 — расположена в северном направлении в 15 км от города. Результаты анализа показывают, что пробу снега в черте города (№34) только условно можно считать фоновой, так как содержание загрязняющих веществ в ней существенно выше, чем в пробе снега, отобранной за городом (№47). Таким образом, для расчета коэффициентов концентрации в качестве фоновой будем считать пробу снега №47, которая расположена в Рамонском районе, СТ «Северный бор».

С целью выявления степени техногенной нагрузки на различные районы г. Воронежа, был сделан сравнительный анализ полученных результатов:

1) по данным фактического присутствия загрязняющих веществ в атмосферных осадках для исследуемых функциональных зон;

2) по рассчитанным коэффициентам концентрации химических элементов для исследуемых проб снега.

Результаты анализа химического состава талой воды указывают на повышенный техногенный уровень загрязнения снежного покрова во всех исследуемых функциональных зонах г. Воронежа [8, 9]. Так, например, содержание минеральной пыли в пробах снега варьирует от 34,81 до 620,08 мг/л. Низкие значения взвешенных веществ (от 34,0 до 93,22 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в зонах перспективной застройки (точки 36,39,40,41,42) и рекреации (точки 15,19,20,26,47).

Высокие значения взвешенных веществ (более 204 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных в промышленной (точки 12,28,29,31) и еще больше в транспортной зонах (точки 6,7,10,16,21). Это объясняется повышением уровня загрязненности атмосферы городских ландшафтов. В промышленных городах запыленность воздуха увеличивается в 5-10 раз по сравнению с фоном и ведет к возрастанию роли взвешенных частиц как носителей химических элементов [10,11,12].

Значения минерализации снежных проб варьируют от 30,5 (фон) до 190,69 мг/л. Наибольшие значения минерализации (более 150 мг/л) характерны для шести проб снега:

— точка 17 и 33 – транспортная зона (171,4 и 172,9 мг/л соответственно);

— точка 22 и 23 – жилая застройка (161,01 и 167,87 мг/л соответственно);

— точки 36 и 39 – перспективная застройка (190,69 и 159,7 мг/л соответственно).

Минимальные значения минерализации снеговых вод (менее 100 мг/л) за некоторым исключением прослеживаются, в основном, для жилой зоны (точки 1,3,9,13,18,24); зоны рекреации (точки 4,15,19,20,30,34) и для 3-х точек перспективной застройки (точки 38,41,42).

Об антропогенном загрязнении атмосферы также свидетельствует увеличение концентрации катионов Ca2+ и Mg2+ в атмосферных осадках и соответственно жесткости. Величина общей жесткости снежных проб варьирует от 0,053 до 1,172 мг-экв/л. Минимальные значения жесткости (менее 0,1 мг-экв/л) отмечаются в точках 26,34,47 (зона рекреации) и в точках 40,43 (перспективная застройказона). Максимальные значения (более 0,20 мг-экв/л) отмечены для точек транспортной (6,7,10,16,21,33), промышленной (28,29,31) и жилой зоны (13,18,45).

Присутствие хлоридов в снеге напрямую связано с интенсивностью применения антигололедных средств для дорожных покрытий в зимний период. В г. Воронеже для этих целей используется песчано-соляная смесь. Содержание Cl—ионов в пробах снега варьирует от 3,09 мг/л (фон) до 40,15 мг/л. Максимальные концентрации (более 10 мг/л) отмечаются в пробах снега транспортной зоны (точки 7,10,16,21,33); по одной пробе в зоне рекреации и жилой СП (точки 26 и 45 соответственно), а также в двух точках перспективной застройки (точки 39 и 44).

Содержание сульфат-ионов в талой воде большинства промышленных и транспортных зон превышает фоновые показатели в среднем от 2 до 4 раз. Максимальные концентрации (более 32 мг/л) отмечаются в точках промышленной зоны (2,5,14,27) и транспортной зоны (11,17,21). Это можно объяснить загрязненностью воздуха диоксидом серы.

Наличие азотсодержащих соединений в воде определяется деятельностью бактерий, но в зимний период в снежном покрове их присутствие невозможно, поэтому все содержание NO3-, NO2-, NH4+-ионов в талой воде обусловлено только антропогенным воздействием, к которому можно отнести, в первую очередь, выбросы от промышленных предприятий и автотранспорта (оксиды азота). Так, например, значения NO3- — аниона изменяются от 1,46 до 49,88 мг/л. Максимальные значения нитратов (более 27 мг/л) отмечаются в пробах снега транспортной (точки 6,7,8,16,21,33), жилой (точки 13,24,25,45) и промышленной зоны (точки 5,12,31). Минимальные значения NO3- — аниона (менее 5 мг/л) – в зонах рекреации (4,15,19,26) и перспективной застройки (точки 40, 42).

Следует отметить, что в преобладающем числе исследуемых проб содержание всех форм азота (NH4+, NO2-, NO3- ) значительно выше их содержания в фоне.

Величина рН снежных проб изменяется в интервале от 5,3 до 8,12. Наиболее высокие значения рН (7,0-7,3) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в транспортной зоне (точки 6,8,10,33), а также в промышленной зоне (точки 5,12,14,29).

По степени минерализации и содержанию пыли в снеге можно судить о «техногенном давлении» на среду. Поэтому сравнительный анализ степени загрязненности снега в различных функциональных зонах города проводили по двум показателям химического состава – общая минерализация и взвешенные частицы (пыль).

Для проб снега, отобранных в зоне рекреации, значения минерализации составляют от 61,41 до 143,27 мг/л, а содержание взвешенных веществ от 35 (точка 19) до 220,5 мг/л (точка 30). Наиболее «чистой» парковой зоной является точка 19 (ул. Маршала Одинцова, 11). Наиболее «загрязненная» зона рекреации отмечена точка 30 (ул. 9 Января,262/1). В среднем величина минерализации для точек рекреации составляет 90,0 мг/л, а взвешенных частиц – 103 мг/л. Многие зоны рекреации располагаются вблизи крупных автодорог (например, ул. Набережная Масалитинова, ул. 9 Января), поэтому они также загрязнены продуктами выбросов автотранспорта.

В жилой зоне было выделено 3 подзоны: центральная историческая часть города (жилая ЦИ); кварталы с современной многоэтажной застройкой (жилая СП) и частный сектор (жилая ЧС). Анализ показал, что наибольшая минерализация и содержание пыли наблюдается в зонах жилая ЧС и жилая СП [13].

Среди проб жилой ЦИ наиболее «чистая» точка 9 (ул. Ворошилова,30), наиболее «загрязненная» – точка 3 (ул. Героев Стратосферы,8), для них содержание взвешенных веществ возрастает от 107,3 до 290,4 мг/л соответственно.

Для проб жилая ЧС наиболее «чистая» точка 24 (ул. Шишкова,53). Наиболее «загрязненные» – точки 13 (ул. Циолковского) и 25 (ул. Нагорная,25), для них минерализация достигает 161 мг/л, а количество взвешенных частиц — 373,6 мг/л.

Для проб жилой СП трудно выделить наиболее «чистую» зону. Однако, очевидно, что наиболее «загрязненная» – точка 45 (ул. Грамши,70), которая характеризуется высокими значениями минерализации (95,3 мг/л) и взвешенных частиц (367 мг/л).

Для проб снега, отобранных в промышленной зоне, величина минерализации изменяется незначительно от 94,1 до 128,7 мг/л, а содержание взвешенных веществ варьирует в широком диапазоне — от 40,39 до 351,4 мг/л. Большинство проб превышают фоновую минерализацию в 3,1 – 4,2 раза. Из полученных результатов трудно выделить наименее загрязненную пробу. В то время как к наиболее «загрязненной» промышленной зоне по содержанию взвешенных частиц и азотистых соединений можно отнести сразу несколько проб снега:

— точка № 12 (ул. Ленинградская, 98а) — взвешенные вещества превышают фон в 9,5 раза; минерализацию – в 3,1 раза; нитраты – в 19,8 раза;

— точка № 28 (проспект Труда, 111) — взвешенные вещества превышают фон в 9,8 раза; минерализацию – в 3,3 раза; нитраты – в 17 раз;

— точка № 29 (ул. 9 Января, 180)- взвешенные вещества превышают фон в 10,1 раза; минерализацию – в 3,2 раза; нитриты и нитраты – в 23,5 и 17 раз соответственно;

— точка № 31(ул. Дорожная,15) — взвешенные вещества превышают фон в 7,7 раза; минерализацию – в 4,2 раза; нитриты и нитраты – в 24 и 22 раза соответственно.

Величина минерализации для проб снега, отобранных в транспортной зоне, варьирует от 93,1 до 172,9 мг/л, а содержание взвешенных частиц – от 94,7 до 620,08 мг/л. Наименее загрязненная проба № 11 (ул. Саврасова) . К наиболее «загрязненной» транспортной зоне относятся сразу несколько проб снега:

— точка №6 (ул. Московский проспект,36) – взвешенные вещества превышают фон в 15,1 раза; жесткость – в 6,9 раза; нитриты и нитраты – в 30 и 31 раз соответственно;

— точка №16 (ул. Брусилова-Ленинский проспект) — взвешенные вещества превышают фон в 17,7 раза; минерализация – в 5,6 раза; нитриты и нитраты – в 13 раз;

— точка №33 (ул. Скрибиса,16)- ) — взвешенные вещества превышают фон в 7,8 раза; минерализация – в 5,7 раза; нитраты – в 23,5 раза; хлориды – в 13 раз;

— точка №21 (бульвар Победы-ул. 60 лет Армии) — взвешенные вещества превышают фон в 5,9 раза; минерализация – в 4,7 раза; нитриты и нитраты – в 18,8 и 23,2 раза соответственно;

— точки № 7 (ул. 9 Января) — взвешенные вещества превышают фон в 8,8 раза; минерализация – в 3,7 раза; нитраты – в 26,7 раза;

— точки №10 (ул. Матросова,6) — взвешенные вещества превышают фон в 8,8 раза; минерализация – в 3,3 раза; нитраты – в 18,5 раза.

Из 10 проб снега перспективной застройки, 2 точки (36 и 39) по состоянию снежного покрова характеризуются как «загрязненные». В них обнаружены существенные превышения по минерализации в 6,2 и 5,2 раза соответственно. Проба №36 (ул. Московский проспект, 90/1) характеризуется наибольшим коэффициентом концентрации по содержанию сульфатов в снеге (Кс= 10,3) по сравнению с остальными пробами. А в пробе №39 (ул. Осрогожская, 148) обнаружено значительное превышение фона по содержанию всех форм азота (NH4+, NO2-, NO3-) – в 14,4; 23,5 и 34,2 раза соответственно.

Результаты анализа показали, что по качественным и количественных характеристикам проведенных исследований к наиболее «чистым» можно отнести четыре точки перспективной застройки (точки 40, 41, 42, 43), расположенные в пос. Шилово и Отрадное.

Таким образом, исследования химического состава снежного покрова в различных функциональных зонах г. Воронежа позволили сделать следующие выводы.

1. Содержание минеральной пыли и величина минерализации снеговых вод характеризуют интенсивность техногенного пресса на городскую среду, а состав талых вод указывает на характер ее загрязнения.

2. В пробах снега всех городских зон г. Воронежа преобладающее место занимают NO3-, NO2-, Cl- — ионы, что косвенно отражает состав техногенных выбросов в атмосферу.

3. По степени загрязненности исследуемые городские зоны можно расположить в следующий убывающий ряд: транспортная > промышленная > жилая и рекреация > перспективная застройка> фоновая.

4. По степени загрязненности исследуемые жилые подзоны можно расположить в следующий убывающий ряд: жилая ЧС > жилая СП > жилая ЦИ.