Структурная энтропия как мера фракционирования массопотоков в экосистемах в условиях транспортного прессинга

Структурная энтропия как мера фракционирования массопотоков в экосистемах в условиях транспортного прессинга

Автор: Хаустов Александр Петрович, Редина Маргарита Михайловна

Журнал: Антропогенная трансформация природной среды @atps-psu

Рубрика: Трансформация природной среды

Статья в выпуске: 2 т.8, 2022 года.

Бесплатный доступ

Анализируются особенности распределения полициклических ароматических углеводородов, рассматриваемых как геохимические маркеры массопереноса в структурных переходах «снег-почвы-растения» городских почвенно-растительных систем. Опытный импактный полигон - территория с интенсивным транспортным прессом - кампус РУДН с прилегающей зеленой зоной (юго-западный округ г. Москвы). Пространственная изменчивость полиаренов в средах и структурных переходах носит хаотический характер. Проведены расчеты выбросов полиаренов от сгорания топлива, истирания автошин, тормозных колодок и асфальта. Такое «наложение» загрязнения от внешних источников способствует интенсивной хаотизации структурных переходов в обозначенной системе. Оценена роль экстенсивных параметров (приращений энтропии, энергии Гиббса, энтальпии) в средах и различных структурных переходах. Акцентируется волновая природа воздействия автотранспортных средств как источников загрязнения. Информативные параметры франкционирования комплекса полиаренов - зависимости приращения структурной энтропии от коэффициентов транслокации во взаимодействующих компонентах. Аппарат термодинамики позволяет идентифицировать факторы и механизмы, определяющие накопление полиаренов в естественных и транспортно-нагруженных условиях. Методами группировок выделены подвижные и нейтральные пулы мигрирующих полиаренов в почвенно-растительной системе. Анализ миграции в неравновесной системе «снег-почвы-корни растений - стебли» с применением принципов термодинамики позволил выявить хаотичность процессов миграции и накопления. Ведущая роль в структуризации потоков полиаренов в приведенной системе отведена ризосфере. На основании изменчивости термодинамических параметров введено понятие структурной проточности систем. Это позволяет объективизировать процедуру оценок интенсивности антропогенных нагрузок и выявить участки почвенно-растительной системы с максимальным накоплением и с максимальной «пропускной способностью» по отношению к полиаренам.

Еще

Полициклические ароматические углеводороды (пау), транспортная нагрузка, энтропия, массопотоки, albic retisols (ochric)

Короткий адрес: https://sciup.org/147239701

IDR: 147239701   |   УДК: 614.76   |   DOI: 10.17071/2410-8553-2022-2-16-38

Structural entropy as a measure of fractioning of mass-flows in ecosystems under the influence of transport pressure

The features of the distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons considered as geochemical markers of mass transfer in the structural transitions of «snow-soil-plants» of urban soil-plant systems are analyzed. The experimental impact test site is an area with an intensive transport press - the RUDN campus with an adjacent green zone (south-western district of Moscow). Spatial variability of polyarenes in media and structural transitions is chaotic. Calculations of polyarene emissions from fuel combustion, tire abrasion, brake pads and asphalt have been carried out. Such an «overlay» of pollution from external sources contributes to the intensive chaoticization of structural transitions in the designated system. The role of extensive parameters (entropy increments, Gibbs energy, enthalpy) in media and various structural transitions is estimated. The wave nature of the impact of motor vehicles as sources of pollution is emphasized. Informative parameters of the fractionation of the polyarene complex are the dependences of the increment of structural entropy on the translocation coefficients in the interacting components. The thermodynamic apparatus makes it possible to identify the factors and mechanisms that determine the accumulation of polyarenes in natural and transport-loaded conditions. Mobile and neutral pools of migrating polyarenes in the soil-plant system were identified by grouping methods. The analysis of migration in the nonequilibrium system «snow-soil-plant roots - stems» using the principles of thermodynamics revealed the chaotic processes of migration and accumulation. The leading role in the structuring of polyarene flows in the above system is assigned to the rhizosphere. Based on the variability of thermodynamic parameters, the concept of structural flowability of systems is introduced. The introduction of the concept makes it possible to objectify the procedure for assessing the intensity of anthropogenic loads and to identify areas of the soilplant system with maximum accumulation and with maximum «throughput» in relation to polyarenes.

Еще

Список литературы Структурная энтропия как мера фракционирования массопотоков в экосистемах в условиях транспортного прессинга

  • Азаров В.К., Гайсин С.В., Кутенев В.Ф. Концепция разработки универсальной методики объективной оценки комплексной безопасности автомобиля по обеспечению безопасности водителя, пассажиров и пешеходов // Журнал автомобильных инженеров. 2017. №. 1(102). С. 44–48.
  • Белик А.Д., Геннадиев А.Н., Кошовский Т.С. Индикация и количественная оценка источников полиаренов в почвах методом статистического моделирования (территория нефтегазодобычи, Волгоградская область) // Почвоведение. 2021. № 5. С. 631–640. https://doi.org/10.31857/S0032180X21050038
  • Белых Л.И. Распределение полициклических ароматических углеводородов в системе почва растение // Почвоведение. 2009. №. 9. С. 1083–1089.
  • Боева Д.В., Хаустов А.П. Оценка влияния автотранспорта на территорию кампуса Российского университета дружбы народов // Вестник Российского университета дружбы народов. Сер.: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2018. Т. 26. № 4. С. 419–430. https://doi.org/10.22363/2313-2310-2018-26-4-419-430
  • Больцман Л. Статьи и речи. М.: Наука,1979. 405 с.
  • Вяткин В.Б. Хаос и порядок дискретных систем в свете синергетической теории информации // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2009. №. 47. С. 1–34.
  • Геннадиев А.Н., Жидкин А.П., Кошовский Т.С. Факторы и тренды формирования природно-техногенных ассоциаций полиаренов в системе снег-почва // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2020. Т. 490. № 1. С. 43–47.
  • Глазовская М.А. Методические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1997. 102 с.
  • Доклад «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2020 году» / Под ред. А.О. Кульбачевского. М., 2021. 330 с.
  • Еськов В.М. Системы третьего типа в медицинской кибернетике и биомеханике в целом // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2020. № 2 (32). С. 72–79. https://doi.org/10.21685/2307-5538-2020-2-9
  • Коржинский Д.С. Теоретические основы анализа парагенезиса минералов. М.: Наука, 1973. 288 с.
  • Кутенев В.Ф., Степанов В.В., Азаров В.К. О реальном выбросе твёрдых частиц автомобильным транспортом // Журнал автомобильных инженеров. 2013. №4(81). С. 45–47
  • Майстренко В.Н., Клюев Н.А. Эколого- аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей. М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 323 с.
  • Никифорова Е.М., Кошелева Н.Е., Хайбрахманов Т.С. Эколого-геохимическая оценка состояния запечатанных почв Восточной Москвы // Вестник Российского университета дружбы народов. Сер.: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2017. Т. 25. № 4. С. 480–509 https://doi.org/10.22363/2313-2310-2017-25-4-480-509
  • Оборин А.А., Иларионов С.А., Маркарова М.Ю., Назаров А.В., Хмурчик В.Т. Нефтезагрязненные биогеоценозы: процессы образования, научные основы восстановления, медико-экологические проблемы. Пермь: УРО РАН, 2008. 511 с.
  • Панченков А.Н. Трактат: Энтропийный Мир. Третий мемуар: Виртуальный мир: Постмодернизм и Аналитическое Естествознание, 2010. 25 с.
  • Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 226 с.
  • Смагин А.В. Почвенные режимы функционирования и их мониторинг. М.: Юстицинформ, 2020. 161 с.
  • Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Смагина М.В., Кокорева А.А. Оценка биоремедиационной способности и экологическое нормирование городских почв по загрязнению бенз(a)пиреном // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2021. № 4. С. 67-76.
  • Твердислов В.А., Тихонов А.Н., Яковенко Л.В. Физические механизмы функционирования биологических мембран. М.: Изд. МГУ, 1987. 189с.
  • Третьяков В.А., Корнев Л.В., Кривошеева О.Б. Воздействие шин на окружающую среду и человека. М.: Нефтехимпром, 2006. 154 с.
  • Хакен Г. Синергетика. Москва: Мир, 1980. 404 с.
  • Харитонов А.С. Симметрия хаоса и порядка в круговороте энергии. Холистическая парадигма триединства природы, человека и общества. М.: ИАЦ «Энергия», 2004. 127 с.
  • Хаустов А.П. Геохимические барьеры как форма самоорганизации естественных геосистем // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2017. Т. 25(3). С. 396–413. https://doi.org/10.22363/2313-2310-2017-25-3-396-413
  • Хаустов А.П., Редина М.М. Парадоксы концентрирования углеводородов в компонентах геосистем (на примере ПАУ) // Сергеевские чтения: геоэкологические аспекты реализации национального проекта «Экология». Диалог поколений. Вып. 22: материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии 24 марта 2020 г. М.: Изд-во РУДН, 2020. С. 94–103.
  • Химическая энциклопедия. Т.3: Меди сульфиды — Полимерные красители / гл. ред. И.Л. Кнунянц. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. 640 с.
  • Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М. Полициклические ароматические углеводороды в почвах и растениях нижнего яруса южной кустарниковой тундры в условиях техногенеза // Почвоведение. 2014. № 6. С. 685–696.
  • Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Василевич Р.С., Гончарова Н.Н. Участие растений в формировании состава полициклических ароматических углеводородов торфяников // Почвоведение, 2020. №. 3. С. 316–329. https://doi.org/10.31857/S0032180X20030107
  • Fismes J., Perrin Ganier C., Empereur Bissonnet P., Morel J.L. Soil to root transfer and translocation of polycyclic aromatic hydrocarbons by vegetables grown on industrial contaminated soils // Journal of environmental quality. 2002. V. 31. No. 5. P. 1649–1656.
  • Hartwell J.C. Survey of Compounds Which Have Been Tested for Carcinogenic Activity. U.S. Gov’t. Printing Office. Washington, D.C., 1951. 583 p.
  • Ho K.F., Ho S., Lee S.C., Cheng Y., C. Judith, Chow, Watson J., Tian L. Emissions of gas-and particlephase polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the Shing Mun Tunnel, Hong Kong // Atmospheric Environment, 2009. V. 43(40). P. 6343–6351. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2009.09.025
  • IUSS Working Group WRB. 2015. World reference base for soil resources 2014, International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome.
  • Khaustov A.P., Redina M.M. Polycyclic aromatic hydrocarbons in the snow cover of Moscow (case study of the RUDN University campus) // Polycyclic Aromatic Compounds. 2021. V. 41. No. 5. P. 1030–1041. https://doi.org/10.1080/10406638.2019.1645707
  • Khaustov A.P., Redina M.M., Goryainov S. Migration of PAHs and phthalates from package materials during water storage: glass or plastic? // Polycyclic Aromatic Compounds. 2020. P. 1–13. https://doi.org/10.1080/10406638.2020.1734033
  • Khaustov A.P., Redina M.M. Justification of geochemical markers of the soil–plant system state for a local model of traffic pressure // Arabian Journal of Geosciences. 2021. V. 14. No. 24. https://doi.org/10.1007/s12517-021-08868-5
  • Khaustov A.P., Kenzhin Zh.D., Redina M.M., Aleinikova A.M. Distribution of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Soil–Plant System as Affected by Motor Vehicles in Urban Environment // Eurasian Soil Science. 2021. V. 54. No. 7. P. 1107–1118. https://doi.org/10.1134/S1064229321070061
  • Knecht U., Elliehausen H.J., Judas W., Woitowitz H.J. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) in Abraded Particles of Brake and Clutch Linings // International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 1987. V. 28. No. 3. P. 227–236. https://doi.org/10.1080/03067318708081864
  • Nisbet C., LaGoy P. Toxic equivalency factors (TEFs) for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) // Regulatory Toxicology and Pharmacology. 1992. V. 16. P. 290–300.
  • Priority Pollutant List [Электронный ресурс]. URL: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-09/documents/priority-pollutant-list-epa.pdf (дата обращения: 10.09.2022)
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp