Первые данные по вещественному составу атмосферных взвесей Владивостока

Кику Павел Федорович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией медицинской экологии Христофорова Надежда Константиновна, доктор биологических наук, профессор кафедры общей экологии Гульков Александр Нефедович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой нефтегазового дела и нефтехимии автомобильный (частицы истираемых шин, дорожного полотна и сажи), выбросы промышленных предприятий (особенно предприятий стройиндустрии), предприятий теплоэнергетики (частицы золы и сажа) [3, 8, 9]. Ранее нами были продемонстрированы гранулометрические характеристики атмосферных взвесей современного города [4], в этой работе мы решили сконцентрироваться на изучении вещественного состава атмосферных взвесей.

Материалы и методы. Анализ природных атмосферных взвесей выполнен на примере города-порта Владивостока. Пробы (атмосферные осадки в виде снега) собирались в течение зимнего сезона 2010-2011 гг. во время снегопадов. Чтобы исключить вторичное загрязнение антропогенными аэрозолями, отбирался только верхний слой (5-10 см) свежевыпавшего снега. Снег помещали в стерильные контейнеры объемом 1 л. Через пару часов, когда снег в контейнерах полностью истаивал, после взбалтывания из каждого образца набирали 40 мл жидкости и анализировали на лазерном анализаторе частиц Analysette 22 NanoTech (Fritsch). Это позволяло в ходе одного измерения устанавливать распределение частиц по размерам, а также определить их форму. Вещественный анализ взвесей производили на световом микроскопе Zeiss Discovery V12 (Германия) (ДВГИ ДВО РАН) и электронном микроскопе Zeiss Ultra Plus с энергодисперсионным спектрометром (Германия) (ЛЭМОИ ДВФУ). Напыление образцов для электронного микроскопа производили золотом.

Результаты.Оценка атмосферного переноса вещества и общей массы взвесей, произведенные разными авторами, расходятся в десятки и сотни раз, что связано с несовершенством применяемых методик [2]. Тоже можно сказать и про качественный и количественный состав взвесей. Несмотря на это, при световой микроскопии нами были выделены основные типы частиц взвесей, взятых в восьми районах Владивостока: 1) п-ове Шкота (район улицы Крыгина); 2) ул. Пушкинской (район фуникулера); 3) Первой речки (район улицы Комсомольской); 4) Второй речки (район пересечения ул. Русской и ул. Багратиона); 5) Садгорода (берег моря); 6) Емара (берег моря); 7) Змеинки (район улицы Космодемьянской) и 8) бухты Тихая (зеленая зона на расстоянии 500 м от ТЭЦ-2).

В типичном образце, взятом на полуострове Шкота (берег моря) (рис. 1), были определены: кварц, полевой шпат, кварц-полево-шпатовые сростки, кварц с малахитовыми пленками, каолинит, труднодиагностируемые частички горных пород, кремнисто-железо-оксидные частицы, стекловатые частицы, техногенные частицы неустановленного происхождения, плагиоклазы, частицы бетона, шлаковые спеки, растительный детрит, частицы резины.

Рис. 1. Минеральная взвесь из образца снега, собранного на полуострове Шкота. Увеличение х16

Рис. 2. Минеральная взвесь из образца снега, собранного в районе Первая речка. Увеличение х10

В районе Первой речки (промышленный район с наличием ТЭЦ-1) (рис. 2) были определены частицы сажи, кварца, полевого шпата, битума, стекла, резины. Сажа в виде слоя покрывает все остальные частицы, но при этом преобладающими по количеству, являются минеральные природные частицы.

В образце, взятом на улице Пушкинской (промышленный район) (рис. 3), были определены: кварц, полевой шпат, синтетические волокна, сажа (шлаки), оксиды железа, плёнки (органические и неорганические).

Рис. 3. Минеральная взвесь из образца снега, собранного в районе ул. Пушкинской.

Увеличение х8

В снеге в районе Второй речки (район с повышенной автомобильной нагрузкой) (рис. 4) были определены: кварц, частицы резины, полевой шпат, синтетические волокна, сажа, шлак, частицы неустановленной органики.

В образце, взятом в районе Садгород (берег моря) (рис. 5), были определены: кварц, полевой шпат, шлак, ил, растительный детрит, неустановленная органика (волосы животного и фрагменты растений или водорослей), синтетические частицы, частицы углы. Многие частицы агрегированы.

Рис. 4. Минеральная взвесь из образца снега, собранного в районе Второй речки.

Увеличение х18

Рис. 5. Минеральная взвесь из образца снега, собранного в районе Садгород. Увеличение х8.

В районе Емар (берег моря) (рис. 6) были определены: кварц, полевой шпат, плагиоклазы, эпидоты, металлические оксиды, частицы угля и асфальта, растительный детрит.

Рис. 6. Минеральная взвесь из образца снега, собранного в районе Емар. Увеличение х8

В снеге, взятом в районе Змеинка (берег моря) (рис. 7), были определены: кварц, полевой шпат, плагиоклазы, халцедон, эпидоты, техногенные частицы неустановленного происхождения.

Рис. 7. Минеральная взвесь из образца снега, собранного в районе Змеинка. Увеличение х18

В образце, взятом в районе бухты Тихой (промышленный район рядом с ТЭЦ-2) (рис. 8), были определены: сажа, шлак, кварц, полевой шпат, плагиоклазы, спеки.

Рис. 8. Минеральная взвесь из образца снега, собранного в районе бухты Тихой.

Увеличение х18

'• LEMOI

S-уы» a • Hem Senate • HLw

M»J = 106 x

EHT « 500kV ЛО = 84(rm

Date 30 Sep 2011

Tme 150811

F4eName -vior 28 8061

б)

Рис. 9. Электронная микрофотография частицы резины (а и б) из образца в районе Второй речки Увеличение а) x132 и б) x106

Следует сделать вывод, что при световой микроскопии можно получить лишь предварительные и приблизительные результаты о составе атмосферных взвесей. Для верификации полученных образцов необходимо изучать типичные и наиболее интересные частицы при электронной микроскопии с элементным анализом. Стоит также отметить, что по всем районам г. Владивостока отмечается выраженная закономерность между экологическими характеристиками районов (например, повышенная автомобильная нагрузка или близость моря) и составом взвесей (частицы резины и фрагменты органики соответственно). Так, в районе Второй речки с повышенным автомобильным прессом встречались частички резины (рис. 9 а и б)

В районе улицы Пушкинской встречается много техногенных частиц, в том числе пластиковых (рис. 10а) и стеклянных (рис. 10б) волокон.

б)

Рис. 10. Электронная микрофотография частицы пластикового (а) и стекловатого волокна в районе улицы Пушкинской.

Увеличение а) x111 и б) x197

Вблизи моря, в пробах района Садгород (рис. 11а) и Эгершельд (рис. 11б) были обнаружены фрагменты морской органики.

Обсуждение результатов и выводы. Следует заметить, что все наблюдаемые частицы атмосферных взвесей можно разделить на три группы: природные неорганические (частицы минералов), антропогенные (частицы синтетики, шлаки, сажа и др.) и природные органические

(пыльца, фрагменты насекомых и растений, шерсть животных и др.), что соотносится с наблюдениями и других исследователей [6, 10].

• б )

Рис. 11. Электронная микрофотография частицы органического происхождения в районе

Садгорода (а) и п-ова Шкота (б).

Увеличение а) x543 и б) x95

Можно сделать вывод, что в современном городе (на примере Владивостока), несмотря на достаточно большое число источников техногенных атмосферных взвесей (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, 38 крупных котельных, мусоросжигательной завод и около 350 тыс. единиц автотранспорта [7, 9]), доля техногенных частиц не является преобладающей и составляет не более 10-15%. Данный факт можно объяснить характерными для г. Владивостока сильными зимними муссонными ветрами северо-западных румбов (с материка), сильной расчленённостью территории, а также сравнительно маломощным снежным покровом.

Анализ вещественного состава и распределения различных типов частиц в атмосферных взвесях г. Владивостока показал, что, несмотря на преобладание в последних частиц природного происхождения, наблюдается отчетливо наблюдаемая взаимосвязь увеличения доли тех или иных частиц (в первую очередь техногенных) в зависимости от района отбора проб. Это позволит на следующем этапе исследований сделать выводы об экологических условиях как в целом по г. Владивостоку так и по его районам, исходя из количественного, гранулометрического и вещественного состава атмосферных взвесей.