Экологическое состояние малых населенных пунктов Дальнего Востока России по данным микроразмерного загрязнения атмосферы

Дальний Восток относится к числу наиболее интересных регионов России с точки зрения изучения взвешенных в атмосфере нано- и микрочастиц, которые, несомненно, оказывают существенное влияние на качество воздуха, климат, людей и животных. Интерес этот обусловлен уникальным географическим расположением городов, отдаленностью их друг от друга, низкой промышленной активностью и мощными сезонными переносами воздушных масс в системе «океан-материк». К числу интересных особенностей Дальнего Востока относятся также большие расстояния между городами, небольшое количество крупных промышленных предприятий и небольшое количестве населения. Ранее мы исследовали крупные города Дальнего Востока: Владивосток, Хабаровск, Благовещенск, Биробиджан, Уссурийск с населением от

100 до 700 тысяч человек [1, 2]. Данная работа посвящена атмосферным взвесям малых городов и поселков Дальнего Востока с населением до 100 тысяч чел: Магадан, Белогорск, Партизанск, Соловьевск, Оротукан.

Материалы и методы. Магадан – город (административный центр Магаданской области) с населением 95,9 тыс. чел (2010). Расположен в районе вечной мерзлоты, вокруг сопок на берегу Тауйской губы Охотского моря, на перешейке, соединяющем полуостров с материком между бухтами Нагаева и Гертнера. Для Магадана характерен субарктический климат с чертами морского. Зима длительная, лето короткое и прохладное. Промышленность основана на энергетике и рыболовстве. Отбор проводился в центре города, недалеко от автомобильной дороги.

Белогорск – город в Амурской области с населением 75,16 тыс. человек (2011). Город расположен на реке Томь (приток Зеи). В Белогорске резко-континентальный климат с муссонными чертами и резком преобладании летних осадков. Зима холодная, сухая, с маломощным снежным покровом. В городе 7 котельных (центр города, в район Амурсельмаш, в район Гора) и Белогорский шиноремонтный завод. Отбор на станции проводился в районе школы № 200 по адресу ул. Ленина, 16. Рядом находится автомобильная дорога и на расстоянии около 1 км – котельная, снабжающая теплом центр города.

Партизанск – город в Приморском крае с населением 38,6 тыс. человек (2011). Расположен в долине р. Партизанской. Город окружают сопки, их высота в основном 250 метров, некоторые достигают высоты 500 метров. Климат муссонного типа с тёплым влажным летом и холодной малоснежной зимой. До начала конца 1990-х годов Партизанск был многоотраслевым промышленным центром, с преобладанием угольной промышленности. В 2008 г. прекращена добыча угля в селе Углекаменск. В 10 км к югу от Партизанска находится Партизанская ГРЭС, снабжающая электричеством весь юго-восток Приморья. Действуют крупная железнодорожная станция и локомотивное депо Партизанск. Пробы снега собирались в одной точке в центре города.

Соловьевск – село (ранее поселок) в Амурской области с населением 3 тыс. человек (2010).

Крупных предприятий промышленности и иных, кроме котельной, источников пыления нет. Отбор проводился в центре поселка, недалеко от автомобильной дороги.

Оротукан – посёлок городского типа в Магаданской области с населением 2,1 тыс. человек (2010). Расположен на правом берегу р. Ороту-кан между средневысоких холмов. Градообразующим предприятием Оротукана являлся завод горного оборудования (ОЗГО), который просуществовал с 1930-х годов по 2005 г. До 2002 г. в Оротукане существовал Оротуканский горнообогатительный комбинат (ОГОК). На сегодняшний момент крупных источников пыления, кроме котельной, не имеется (. Отбор проб проводился в центре поселка, недалеко от автомобильной дороги.

Атмосферные взвеси изучались в выпавшем снеге, который собирался в разных городах в момент снегопадов с марта 2010 г. по январь 2013 г. Чтобы исключить вторичное загрязнение антропогенными аэрозолями был собран верхний слой (5-10 см) только что выпавшего снега. Его помещали в стерильные контейнеры объемом 1 л. Через пару часов, когда снег в контейнерах растаял, жидкость взбалтывали и из каждого образца набирали 60 мл жидкости и анализировали на лазерном анализаторе частиц Fritsch Analysette 22 NanoTech (Германия). Анализ образцов проводили на сканирующем микроскопе Hitachi S-3400N (Япония). Образцы напылялись платиной.

Таблица 1. Распределение частиц в снеге по фракциям в разных населенных пунктах

Фракция, ∅ , мкм, %	Магадан	Белогорск	Партизанск	Соловьевск	Оротукан
1 менее 1	-	-	-	-	-
2 1 - 10	2-3 13%	2-3 1%	2-3 2%	2-3 1%	7-9 3%
	4-5 9%	4-6 7%	4-10 33%	4-7 7%
	8-12 26%	5-7 6%		7-12 13%	9-12 9%
		7-10 11%
3 10 - 50	12-15 52%	12-20 33%	20-40 30%	12-20 22%	15-18 13%
		20-35 42%		25-30 8%
				30-50 36%
4 50 - 100	-	-	50-100 35%	50-80 13%	70-100 3%
5 100 – 400	-	-	-	-	300-400 3%
6 400 - 700	-	-	-	-	-
7 Более 700	-	-	-	-	800-1000 69%

Таблица 2. Морфометрические параметры частиц взвеси, содержавшихся в снеге разных населенных пунктов

Параметры / район	Магадан	Белогорск	Партизанск	Соловьевск	Оротукан
средний арифметический диаметр, мкм	9,68	18,84	34,12	28,98	607,93
мода, мкм	12,56	26,39	66,76	39,71	1003,37
медиана, мкм	11,01	17,50	27,45	27,88	920,10
отклонение, мкм²	13,61	67,26	729,08	289,96	195739,65
среднеквадратичное отклонение, мкм	3,69	8,20	27,00	17,03	442,42
коэффициент отклонения, %	38,12	43,54	79,14	58,75	72,77
удельная поверхность, см²/см³	8405,72	4326,28	4400,28	3462,35	1621,01

Результаты и обсуждение. Анализируя ранее полученные результаты [1], можно разделить аэрозольные частицы по размерам на семь классов: 1) от 0,1 до 1 мкм (соответствует PM1), 2) от 1 до 10 (соответствует PM10), 3) от 10 до 50 мкм, 4) от 50 до 100 мкм, 5) от 100 до 400 мкм, 6) от 400 до 700 мкм и 7) более 700 мкм. Размеры частиц и процентное соотношение фракций в пробах взвеси во всех населенных пунктах приведены в табл. 1. Более детальные морфометрические характеристики частиц взвеси, обнаруженных в снеге, приведены ниже (табл. 2).

Если сравнивать гранулометрические характеристики взвесей в исследованных населенных пунктах, то можно сделать несколько заключений. Во-первых, качественный состав взвесей всех исследованных населенных пунктов достаточно схож, и, судя по сканирующей электронной микроскопии, на 80-90% состоит из частиц природных минералов. Это можно объяснить тем, что все эти населенные пункты находятся преимущественно на равнинах, и большое значение в формировании взвесей на этих территориях имеет почвенная эрозия. Также стоит отметить отсутствие крупных источников пыления – ТЭЦ и промышленных объектов. Типичная для малых городов картина качественного состава атмосферных взвесей, на примере Белогорска, приведена на рис. 1.

Кроме природных компонентов взвесей, есть, судя по морфологии, и техногенные микрочастицы, которые засуживают пристального внимания специалистов в области охраны окружающей среды. В пробах практически всех населенных пунктов в саже и угольной пыли (по данным энергодисперсионного анализа) часто обнаруживаются микрочастицы металлов – Fe, Zn, Cr, Cu, Ba (рис. 2).

Стоить отметить относительно достаточно высокое содержание взвесей относящихся к классу PM10 в исследованных городах и поселках (от 12% в Оротукане до 48% в Магадане). Эти частицы с точки зрения экологического мониторинга считаются опасными, но учитывая их природный генез (по результатам сканирующей электронной микроскопии), стоит считать их относительно безопасными для здоровья человека.

Рис. 1. Типичная взвесь малых населенных пунктов (Белогорск, зима 2011-2012 гг.). Сканирующая электронная микроскопия во вторичных электронах. х470

а)

Full scale counts: 2953          Belogorsk(7)_pt1

б)

Рис. 2. а) микрочастица Zn в пробе отобранной в снеге г. Белогорск (зима 2011-2012). Сканирую- щая электронная микроскопия во вторичных электронах; б) состав на спектре

Важно, что, несмотря на малые размеры частиц (2 и 3 классы по нашей классификации), они обладают относительно малой площадью удельной поверхности, что опять же свидетельствует об относительно благополучной экологической обстановке, так как считается, что на поверхности частиц сорбируются различные токсические вещества. Следовательно, чем выше удельная поверхность, тем выше опасность частиц.

Выводы: изученные города можно разместить в следующем порядке по степени нарастания микроразмерного загрязнения атмосферы согласно морфометрическим и качественным характеристикам частиц взвесей: Оротукан, Со-ловьевск, Партизанск, Белогорск, Магадан.

Работа выполнена при поддержке Научного Фонда ДВФУ, Гранта Президента для молодых ученых МК-1547.2013.5, Государственного Задания МОН РФ и в рамках постановления МОН РФ П218 (договор № 02.G25.31.0035-225).