Ученые МГУ предложили новую концепцию эколого-геохимического мониторинга городской среды, которая была успешно апробирована на территории Московского мегаполиса. Специалистам удалось определить уровни содержания металлов и металлоидов в системе «атмосфера – снег – дорожная пыль – почвы – поверхностные воды» в разные сезоны года. Результаты исследования опубликованы в журнале «Метеорология и гидрология».
Развитие дорожно-транспортной сети и многопрофильной промышленности, высокие темпы застройки в Московском мегаполисе приводят к масштабному экологическому воздействию на природные компоненты. В столичном воздухе доминируют эмиссии от автотранспорта, в твердой фазе которых присутствуют черный углерод (black carbon, BC), опасные органические соединения, тяжелые металлы и металлоиды.
Многокомпонентный состав аэрозолей и его влияние на процессы седиментации и накопления в системе «атмосфера – снег – дорожная пыль – почвы – поверхностные воды» при множественности источников эмиссии создают одну из наиболее сложных экологических проблем в городах. Накопление токсичных компонентов особенно велико в тонких фракциях, среди которых наиболее часто определяется массовая концентрация микрочастиц размером 10 мкм и менее (РМ10), негативно воздействующих на организм человека.
Оценка качества воздуха Москвы по газообразным соединениям и частицам РМ10 аэрозоля показывает уровень загрязнения, сопоставимый с крупными городами Европы. Однако концентрация загрязняющих веществ в аэрозолях и их накопление в депонирующих средах Москвы остаются неизученными, поэтому чрезвычайно важно проследить динамику и оценить накопление приоритетных загрязняющих веществ в компонентах городских ландшафтов. Содержащие загрязняющие вещества микрочастицы в транзитных и депонирующих средах увеличивают риск хронических и респираторных заболеваний.
Исследователи географического факультета МГУ создали методическую базу для организации системы экологического мониторинга мегаполиса на основе сопряженного анализа химического состава микрочастиц в транзитных (атмосферные аэрозоли и осадки, речные воды и взвесь) и депонирующих (дорожная пыль, снежный покров, почвы, донные отложения) средах. Новая технология включает четыре этапа: полевой, химико-аналитический, покомпонентной оценки состояния окружающей среды и сопряженного анализа микрочастиц в системе «атмосфера – дорожная пыль – почвы – поверхностные воды».
«Мониторинг микрочастиц РМ10 в Московском мегаполисе обеспечил покомпонентную оценку загрязнения и распределения загрязняющих веществ в системе «атмосфера – снег – дорожная пыль – почвы – поверхностные воды». Исследование на базе Аэрозольного комплекса МГУ химического состава и свойств микрочастиц в атмосфере показало уровни аэрозольной нагрузки. Также были выявлены эпизоды сильного загрязнения и его потенциальные источники при варьировании метеорологических условий в разные сезоны года. Полная массовая концентрация аэрозолей и компоненты их состава отражают также изменение активности населения в периоды праздников», – рассказала руководитель проекта, профессор кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ Наталья Кошелева.
Ученые установили, что вымывающая способность осадков в подсистеме «аэрозоли – атмосферные осадки» по отношению к свинцу (Pb), сурьме (Sb), мышьяку (As), никелю (Ni), магнию (Mg), калию (K), алюминию (Al) и кремнию (S) в Москве в несколько раз больше, чем в других регионах мира. Это объясняется значительной поставкой этих металлов и металлоидов из антропогенных источников, включая дальние, а также за счет выдувания частиц загрязненных почв и дорожной пыли. В дни после выпадения осадков концентрации практически всех металлов и металлоидов снижались в аэрозолях до 60%.
Анализ распределения металлов и металлоидов в микрочастицах РМ10 подсистемы «снег – дорожная пыль – почвы» позволил уточнить их источники в теплый и холодный сезоны. Степень обогащения большинством металлов и металлоидов фракции РМ10 уменьшается в следующем ряду: пылевая составляющая снега > дорожная пыль > почвы. В микрочастицах РМ10 снега, дорожной пыли и почв одновременно накапливаются сурьма (Sb), вольфрам (W), висмут (Bi), олово (Sn), кадмий (Cd), медь (Cu), свинец (Pb), молибден (Mo) и цинк (Zn). В снеге и дорожной пыли аккумулируются никель (Ni), ванадий (V) и железо (Fe), а в подсистемах «снег – почвы» и «дорожная пыль – почвы» хром (Cr) и кальций (Ca).
Изучение микрочастиц РМ10 в подсистеме «вода – взвешенные наносы – донные отложения» показало, что под влиянием городской среды в зарегулированной речной системе содержание фракции РМ10 и концентрации в ней металлов и металлоидов существенно возрастает в периоды повышенной водности, что не характерно для водотоков с низкой антропогенной нагрузкой. Воздействие Московского мегаполиса способствует значительному обогащению взвеси техногенными металлами и металлоидами, которые затем накапливаются в донных отложениях ниже по течению и могут ухудшать экологическое состояние водных экосистем. Частицы РМ10 взвеси и донных отложений р. Москва играют ключевую роль в переносе и аккумуляции свинца (Pb), меди (Cu), никеля (Ni) и ванадия (V).
«Апробация разработанной нами системы эколого-геохимического мониторинга в Московском мегаполисе показала, что она удовлетворяет современным мировым стандартам, позволяет достоверно оценить экологическую ситуацию и обосновать мероприятия по уменьшению загрязнения городских ландшафтов и создаваемого им риска здоровью населения», – сообщил профессор географического факультета, академик РАН Николай Касимов.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 19-77-30004-П.
