П Т Савин, Н Ф Подплетная, C Е Дятлов - Химический состав атмосферных осадков - страница 1

Страницы:
1 

удк 504.054

П. Т. Савин, Н. Ф. Подплетная, C. Е. Дятлов

Одесский филиал Института биологии южных морей НАН Украины, г.Одесса

 

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ г.ОДЕССЫ

Представлены результаты собственных исследований ионного состава и органи­ческих веществ из атмосферных осадков, являющихся одним из неконтролируемых источников загрязнения прибрежной зоны моря в районе г.Одесса. Показано, что за­грязнение воздушной среды города влияет на соотношение ионов и компонентный со­став углеводородов атмосферных осадков, в результате чего в морскую среду поступа­ют видоизмененные ароматические углеводороды, трудно поддающиеся деструкции.

 

Глобальное антропогенное загрязнение атмосферы и его вклад в загряз­нение Мирового океана определили важность исследования химического состава атмосферных выпадений на региональном уровне, как один из эта­пов оценки степени техногенного воздействия на морскую среду.

Фрагментарные данные по химическому составу атмосферных осадков известны с 1910 г. [1]. Практически полный ионный состав дождя и снега на европейской части СССР с 1947 по 1966 гг. представлен в [1 - 3]. Наиболее распространенными и чаще всего анализируемыми компонентами являются ионы СГ, 5О42-, НСО3~, Na, Ca2+, Mg2+, K+, NH4+, ЛО>3~ N02-. В качестве ос­новного критерия степени загрязнения дождевой воды используется коэф­фициент обогащения в, который представляет собой частное от деления от­ношения содержания данного иона к содержанию иона хлора в осадках на такое же отношение этого же элемента к хлору в морской воде [1, 4]. При этом фактически проводится сравнительный анализ ионного состава атмо­сферных осадков и морской воды. Согласно литературным данным [2 - 8], на содержание различных ионов в атмосферных осадках оказывает влияние расстояние от моря, климатические условия, литологический состав почвы, а также антропогенное загрязнение атмосферы. В частности, в зависимости от степени загрязнения атмосферы промышленными выбросами в атмосфер­ных осадках увеличивается содержание сульфатов от 2 - 9 до 50 мг/л, что приводит к резкому увеличению значений в от 2,7 до 38 соответственно [3].

Содержание кальция, магния и в меньшей степени калия в атмосфере над сушей зависит, прежде всего, от минерального состава ее поверхности и ветрового выноса [7], однако увеличение их концентрации в атмосферных осадках также свидетельствуют об антропогенном загрязнении атмосферы.

Материал и методы. Изучение химического состава атмосферных осадков, выпадающих в черте г.Одессы, проводили с 16 января по 2 марта и с 9 по 15 июля 2003 г.

Объектом исследования являлся свежевыпавший и лежалый снег, а также дождевая вода. Всего было собрано и проанализировано 14 проб. Пробы отбирали в парковой зоне, на морских склонах и улицах города с интенсивным автомобильным движением.

© П. Т. Савин, Н. Ф. Подплетная, C. Е. Дятлов, 2005 220

Химические анализы выполняли по стандартным методикам [2, 6, 10]. Идентификацию органических веществ осуществляли с применением методов ультрафиолетовой (УФС) и инфракрасной (ИКС) спектрофотометрии [3, 10].

Биотестирование дождевых и талых вод проводили с использованием в качестве тест-объекта вествистоусого ракообразного Ceriodaphnia affnis bill. по стандартной методике [11, 12]. В качестве показателя токсичности проб талых и дождевых вод использовали время гибели 50 и 100 % тест-объектов (L    % , LT 100 %).

Результаты и обсуждение. В результате проведенных исследований была выполнена сравнительная оценка ионного состава снега и дождевой воды, отобранных на морских склонах и в парковой зоне г.Одессы (табл. 1), из которой следует, что атмосферные осадки на территории Одессы незави­симо от сезона содержат избыточное количество сульфат-ионов, ионов ка­лия и кальция. Максимальное превышение коэффициентов в над средним фоном наблюдается зимой (в 6,6 раза). Летом это соотношение значительно ниже (в 4,4 раза), что связано с обогащением приземной атмосферы города в зимнее время продуктами сгорания ископаемого топлива и подтверждает­ся аналогичной сезонной динамикой ионов Ca+, Mg и К.

Более полная характеристика степени загрязнения дождевой воды и снега, отобранных для сравнения на морских склонах и районах интенсив­ного автомобильного движения в центральной части города, представлена в табл.2. Из приведенных данных видно, что общее содержание растворимых минеральных солей в талой воде, в зависимости от места отбора, изменяется от 7 - 13 мг/л для прибрежной зоны до 13 - 25 мг/л для районов интенсив­ного автомобильного движения. Минерализация дождевой воды, отобран­ной в одной и той же точке, снижалась от 27 мг/л в начале дождя до 10 мг/л в конце дождя, содержание нефтепродуктов (НУ) при этом уменьшалось в 6 раз. Это свидетельствует об активном «вымывании» загрязняющих ве­ществ из атмосферы.


Не выявлена зависимость значений рН и Eh проб снега и дождевой во­ды от времени и места отбора. Однако следует отметить, что максимальной и минимальной минерализации проб снега соответствует максимальное и минимальное значение рН, что говорит о присутствии и заметном влиянии на рН карбонатов щелочных металлов.


Наиболее существенным показателем загрязнения приземной атмосфе­ры выхлопными газами автомобилей является содержание в пробах снега и дождя тяжелых металлов (свинца и цинка) и НУ. В пробах снега, отобран­ных вблизи автомобильных магистралей (табл.2), содержание взвешенной формы свинца в 2,5; цинка в 3 - 8 раз и НУ в 2 - 10 раз превышало эти же показатели в пробах, отобранных на морских склонах. Очевидно, НУ явля­ются наиболее приоритетными загрязняющими веществами атмосферных осадков. При сравнении содержания НУ в атмосферных осадках с уровнем загрязнения городских ливневых вод [13, 14] оказывается, что 4 - 12 % от общего количества нефтепродуктов, поступающих в морскую среду через водосборные коллекторы, составляют НУ, «вымытые» из атмосферы и их компонентный состав отличается от компонентного состава НУ, поступаю­щих в море с индустриальными стоками. Адсорбированные снегом из за­грязненной воздушной среды органические вещества должны обладать бо­лее высокой токсичностью и повышенной стойкостью к деструкции, свя­занной с присутствием в выхлопных газах автомобилей ароматических со­единений, содержащих атомы кислорода, азота и тяжелых металлов (рис.1).

Как видно на рис.1, основные отличия электронных спектров гексано-вых экстрактов углеводородов из атмосферных осадков от аналогичных спектров дизельного топлива заключаются в заметном росте, расширении и смещении абсорбционного максимума с длиной волны 227 нм (зона погло­щения сопряженных связей) в область 229 - 235 нм, а также в присутствии серии достаточно выраженных максимумов в области 255 - 300 нм, харак-

 

 

 

0}

я

Я й

О

>> с о


1 00 90 80 70 60 50 40 30 20

10 0


а

 

 

 

 

а

 

 

СОСМСОГ^ООЮСОСМ

8     9    0     1     3    5     6     7 1

т-т-rsjrsjrsjrsjrsjrsJCO


 

 

0}

я я

й

О

>> Я

о

 

 

1 X, nm


100 90 80 70 60 50 40 30 20

10 0


б

 

 

 

 

б

 

 

ЮСОСОЮЮСМЮСОСОСООСОГ^

8990235678035

ч-ч-ч-CnICnICnICnICnICnICnICOCOCO


 

 

 

 

 

 

 

 

 

X, nm

 

Рис . 1 . УФ спектры: дизельное топливо в н-гексане (0,024 мг/мл) (а), экстракт углеводородов талой воды в н-гексане (точка 1) (б).

 

терных для спектров замещенных ароматических систем. Анализ УФ-спектра с использованием спектральных характеристик индивидуальных веществ и их функциональных групп, степени влияния бато-, гипсо-, гипер-, гипохромных эффектов, коэффициентов молекулярной экстинции [3] по­зволил достаточно обоснованно определить в атмосферных осадках кисло­род- и азот- содержащие органические соединения, содержащие амино-, спиртовую, альдегидную или кетогруппу, нитрогруппу. В пробах дождя и талой воды были идентифицированы анилин = 230 нм, є = 8600), толуидин = 232 нм, є = 8600), п-аминофенол = 233 нм, є = 8000), салициловый аль­дегид = 256 нм, є = 12600), п-оксибензальдегид = 283 нм, є = 16000), ди-нитробензол = 266 нм, є = 14500). Достаточно ярко выраженный абсорбци­онный максимум на длине 300 нм соответствует поглощению УФ-излучения дифинильной цепью и, по-видимому, не связан с продуктами окисления НУ.

ИК-спектр, представленный на рис.2, однозначно показал присутствие в исследуемых атмосферных осадках достаточно высокого количества про­дуктов окисления углеводородного топлива в виде альдегидов и кетонов с максимумом поглощения на волновых числах 1700 и 1730.

 


 

 


1 00 90 80 70 60 50 40 30 20

10 0


3      9      5      9      6      5 3

0_ СО Ю h-_ О. CN СО СО        СО        СО        Ю       CD        h- СО

СО      СО      СО      Ю     СО      h- 00

 

Рис . 2 . ИК спектры: дизельное топливо в СС/4 (0,024 мг/мл) (а); экс­тракт углеводородов талой воды в СС/4 (точка 1) (б).

Талые воды, полученные из свежевыпавшего снега, не оказывали ост­рого токсического влияния на стандартный тест-объект Сeriodaphnia affinis bill. (Cladocera, Crustacea). Снег, пролежавший на наиболее оживленных городских магистралях (1 ст. Черноморской дороги, автотрасса у Морвокза-ла) более 7 сут., обладал остротоксическими свойствами, вызывая гибель тест-объектов после 6 - 24 ч экспозиции. В то же время снег, пролежавший более 7 сут. на приморских склонах, не вызывал токсического эффекта у тест-объектов.

Пробы талых вод, сбрасываемых в море через ливневые коллекторы в период интенсивного таяния снега, также обладали остротоксическими свойствами (LT100 % = 24 ч). Отстаивание и устранение взвешенной фазы из пробы устраняло ее острую токсичность (LT50 % = 24 - 48 ч).

Все пробы дождевых и талых вод обладали хронической токсичностью и достоверно снижали плодовитость C. affinis.

Выводы.

1.   Обобщенная оценка степени загрязнения атмосферных осадков, вы­полненная на основе расчета коэффициентов обогащения в показала, что наиболее заметный вклад в загрязнение их вносят сульфаты в виде ионов или их соединения, характеризующие загрязнение атмосферы промышлен­ными выбросами.

2.   Экологически опасными соединениями атмосферных осадков явля­ются взвешенные частицы свинца и цинка, поступающие в атмосферу с вы­хлопными газами автомобилей, и продукты неполного сгорания органиче­ского топлива, токсическое действие которых (как и активность УФ-поглощения) значительно усилено соединением их молекул с атомами ки­слорода и азота в виде карбонильных, окси-, нитро- и аминогрупп.

3.   Локальное антропогенное загрязнение воздушной среды города зна­чительно влияет на химический состав атмосферных осадков, поступающих в морскую среду с ливневыми, дренажными водами или по рельефу. В ре­зультате этого в морской среде происходит накопление ароматических уг­леводородов, неподдающихся биологической деструкции.

4.   Полученные результаты исследований могут быть использованы для инвентаризации источников загрязнения прибрежной зоны моря в районе г. Одессы, необходимой для контроля экологической ситуации и расчета ба­ланса веществ и энергии в бассейне с учетом антропогенного воздействия как основы регламентации антропогенных нагрузок.

Авторы приносят глубокую благодарность ведущему инженеру отдела проблем качества водной среды ОФ ИнБЮМ Л.Ю.Секундяк за предостав­ление данных о содержании тяжелых металлов в талой воде.

Список литературы

1.       Алекин О.А. Основы гидрохимии.- Л.: Гидрометеоиздат, 1970.- 443 с.

2.       Кульский Л.А., Гороновский И.Т., Когановский А.М., Шевченко М.А. Справоч­ник по свойствам, методам анализу и очистке воды.- Киев: Наукова думка, 1980.- С.219-223.

3.       СелезневаЕ.С. Атмосферные аэрозоли.- Л.: Гидрометеоиздат, 1966.- 174 с.

4.       Хорн Р. Морская химия.- М.: Мир.- 1972.- С.261-273.

5.       Лавриненко Р.Ф. Баланс сульфатов в атмосферных осадках // Труды ГГО.-

1979.- вып.418.- С.34-42.

6.       Лавриненко Р. Ф. К вопросу о формировании химического состава атмосферных осадков // Естественные и антропогенные аэрозоли: Мат. III Международной конференции.- НИИФ СпбГУ, 2003.- С.38-52.

7.       Петренчук О.П., Лавриненко Р.Ф. Химический состав аэрозолей на морском побережье Крыма // Труды ГГО.- 1974.- вып.314.- С.168-180.

8.       Мединец В.И., Волков В.Ю., Коренной Ю.В. Загрязнение атмосферы над Чер­ным морем соединениями серы и азота // Исследования экосистемы Черного моря.- Одесса: Ирэн-полиграф, 1994.- вып.1.- С.82-85.

9.       Руководство по методам химического анализа морских вод / Под ред. С.Г.Ора-довского.- Л.: Гидрометеоиздат, 1977.- С.118-127.

10.    Гордон А., Форд Р. Спутник химика.- М.: Мир, 1976.- С.207-241.

11.    КНД 211.1.4.055-97 Методика. Визначення гострої токсичності води на рако­подібних Ceriodaphnia affnis Lilljeborg.- Киев, 1997.- 13 с.

12.    Методическое руководство по биотестированию воды РД 118-02-90.- М.: Гос­комприрода СССР, 1991.- 49 с.

13.    Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. Оценка вклада антропогенных источников в за­грязнение морской среды // Метеорологія, кліматологія та гідрологія.- 2003.­47.- С.130-139.

14.    Экологическое обоснование удаленных выпусков в море ливневых вод г. Одессы: Отчет о НИР ОФ ИнБЮМ АН Украины: шифр темы 10/89.- Одесса, 1990.- 172 с.

Материал поступил в редакцию 28.03.2005 г.

Страницы:
1 


Похожие статьи

П Т Савин, Н Ф Подплетная, C Е Дятлов - Химический состав атмосферных осадков