ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 337-343
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 504.37:543.39
ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В СНЕГОВОМ ПОКРОВЕ ФОНОВЫХ ТЕРРИТОРИЙ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ
© 2014 г. М. И. Василевич, В. А. Безносиков, Д. Н. Габов
Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, Республика Коми, 167982 Россия. E-mail: mivasilevich@rambler.ru
Поступила в редакцию 28.05.2013 г.
Проведен анализ качественного и количественного состава полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в снежном покрове фоновых территорий таежной зоны Европейского северо-востока России (Республики Коми). Снежный покров исследованной территории характеризуется низким содержанием ПАУ. В общем балансе поступления преобладают низкомолекулярные 3,4-ядерные полиарены, доля тяжелых 5,6-ядерных в сумме ПАУ незначительна. Обнаружен небольшой рост массовой доли бенз[а]пирена на территории вблизи населенных пунктов и промышленных центров региона.
Оценочные критерии, основанные на расчетах отношений содержания полиаренов, позволили отметить влияние пирогенных источников эмиссии, а также увеличение влияния компонентов трансформации нефтепродуктов на формирование состава ПАУ с юга на север исследованной территории.
Ключевые слова: снежный покров, фоновый мониторинг, полициклические ароматические углеводороды.
Среди органических веществ, загрязняющих объекты окружающей среды, включая снежный покров, по сложности для исследования и наибольшему интересу выделяют полициклические ароматические углеводороды, поскольку они образуют особую группу соединений, анализ которых имеет большое значение в связи с их канцерогенными свойствами, высокой токсичностью, устойчивостью и способностью к накоплению [14].
ПАУ включены в список приоритетных загрязнителей как Европейским сообществом (6 соединений), так и Агентством по охране окружающей среды США (16 соединений), в России среди ПАУ подлежит контролю и нормированию только бенз[а]пирен. ПАУ также включены в список стойких органических загрязнителей (persistent organic pollutants), которые характеризуются высокой токсичностью, персистентностью, способностью к биоаккумуляции и биоконцентрированию [4].
Помимо этого ПАУ обладают высокой мобильностью, способностью к рассеиванию в биосфере
и имеют как природное, так и техногенное происхождение. В атмосфере ПАУ могут вступать в реакции с оксидами азота и кислородными радикалами, образуя новые молекулярные группы соединений (нитро-, амино-, оксипроизводные), более токсичные и мутагенные [17].
Программа фоновых наблюдений и мониторинга предусматривает измерения ПАУ в атмосферном воздухе и осадках, поверхностных и грунтовых водах, почвах, растительности [12]. Атмосферные осадки, в том числе и снежный покров, в целом являются одним из основных источников поступления ПАУ в наземные экосистемы. Уровень загрязнения атмосферы этими соединениями имеет сезонную изменчивость. Так, максимальные концентрации ПАУ наблюдаются в холодное время года, что обусловлено увеличением выбросов объектами теплоэнергетики, а также антициклоническим характером циркуляции атмосферы [11, 15].
Накопление ПАУ в объектах окружающей среды связано с процессами трансформации органи-
ческих веществ и их переносом от техногенных источников [15]. Исходными продуктами для образования ПАУ служат нефть, нефтепродукты, угли, горючие газы, используемые в качестве химического сырья или горючего на промышленных предприятиях и транспорте [3]. Большинство ПАУ имеет пирогенное происхождение, являясь продуктами неполного сгорания ископаемого топлива и сжигания растительной биомассы (древесина) [18].
Большая часть ПАУ находится в нижних слоях атмосферы в виде аэрозолей, в составе которых они могут переноситься на большие расстояния воздушными потоками. По данным Р.В. Галиули-на и др., диффузия загрязнения атмосферы способствует распространению канцерогенных ПАУ на значительное расстояние (до 10 км) за пределы территории предприятий органического синтеза [2]. Наибольшее содержание бенз[а]пирена в снеге и почве отмечалось на расстоянии 1 км от предприятий, а по мере удаления от источников загрязнения их содержание снижалось. По данным А.И. Шилиной, до 10 % бенз[а]пирена выпадает на подстилающую поверхность в радиусе ближайших 30 км от предприятий [13]. Основная же часть его (до 80 %) перемещается вместе с тонкодисперсными аэрозолями воздуха на расстояние свыше 100 км от источника загрязнения. Это позволяет говорить о важной роли промышленных центров и городов в формировании глобального фона ПАУ.
Выбор снежного покрова как показателя уровня ПАУ в окружающей среде - удобный и экономичный способ, дающий информацию о поступлении этих компонентов из атмосферы. Как правило, содержание полиаренов в атмосферных осадках, особенно снежном покрове, хорошо коррелирует с его содержанием в аэрозоле воздуха [11].
При снегопаде снежные хлопья очищают атмосферу более эффективно, чем капли дождя, благодаря большей площади поверхности и высокой пористости [16]. В зимнее время года ПАУ аккумулируются в снежном покрове, который является накопителем аэрозольных частиц. Пробы снега могут характеризовать загрязнение ПАУ за период, прошедший от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора образца [6]. Это особенно актуально в условиях севера, где устойчивый снежный покров сохраняется в течение 6-7 мес. Систематических исследований фонового содержания ПАУ в снежном покрове на территории Республики Коми ранее не проводилось.
Цель работы - исследовать качественный и количественный состав полициклических ароматических углеводородов в снежном покрове фоновых территорий таежной зоны Республики Коми.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объекты исследования - образцы снежного покрова фоновых территорий таежной зоны Европейского северо-востока России (Республики Коми). Отбор образцов проведен по подзонам тайги: южная, средняя, северная. Схема отбора образцов снега представлена на рис. 1.
Исследования проводились в 2005-2007 гг. Отбор проб снежного покрова осуществляли во II-III декадах марта на открытых, визуально ровных площадках с предположительно равномерным поверхностным распределением содержания ПАУ в снежном покрове. Пробы снега отбирали вдали от препятствий, создающих ветровую тень, и лесных насаждений, а также от автомобильных, железных дорог, промышленных объектов (для исключения возможного локального загрязнения) на участках размером 10 х 10 м на всю глубину залегания снежного покрова пластиковой трубой с внутренним диаметром 5.5 см и площадью сечения 23.7 см2. В работе выполнена оценка необходимого количества индивидуальных проб (кернов), обеспечивающего представительность
выборки для усредненной пробы. Во избежание загрязнения образцов снега частицами почвы нижнюю часть кернов (1-2 см) отбрасывали. На территории таежной зоны всего было отобрано более 270 смешанных образцов.
Пробы снежного покрова взвешивали с точностью 0.005 кг и хранили в морозильных камерах до проведения анализа в твердом состоянии при температуре -20°С.
Содержание исследуемых компонентов в талой снеговой воде определяли в единицах массовых концентраций. Для более корректной интерпретации результатов эксперимента полученные результаты пересчитывали в соответствующие значения уровней поступления ПАУ на поверхность в мкг/м2 по формуле:
Р = Ст V ■ 10, 5 ■ п
где Р - масса определяемого компонента, поступившего на единицу площади поверхности земли за весь период сохранения снежного покрова, мкг/м2; Ст - массовая концентрация компонента в талой воде, нг/дм3; V - объем талой воды всей пробы, дм3; 5 - площадь внутреннего поперечного сечения трубы для отбора проб снега, см2; п - число кернов снежного покрова, отобранных в данной точке; 10 - коэффициент для согласования размерности.
Определение ПАУ в талых водах проводили, руководствуясь методиками: РД 52.44.590-98 и ПНД Ф 14.2:4.70-96. Качественный и количественный анализ осуществляли методом обра-щенно-фазовой ВЭЖХ в градиентном режиме и спектрофлуориметрическим детектированием на хроматографе "Люмахром" (ООО "Люмэкс", Россия). Хроматографирование выполняли при температуре 30°С на колонке фирмы '^ире1со" ЗирекоэН™ LC-PAH 5 мкм (25 см х 2.1 мм). В качестве подвижной фазы использовали градиент ацетонитрил - вода. Пробу объемом 10 мм3 вводили с помощью крана-дозатора. Идентификацию ПАУ проводили по временам удерживания и сравнению спектров флуоресценции выходящих из колонки компонентов со спектрами стандартных ПАУ. Количественный анализ полиаренов проводили методом внешнего стандарта.
Количественный химический анализ проб талой воды был проведен в лаборатории "Эко-аналит" Института биологии Коми НЦ УрО РАН, аккредитованной применительно к объектам количественного химического анализа для целей производственного экологического контроля,
мониторинга загрязнения окружающей природной среды и научных исследований (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.511257).
Точки отбора проб нанесены на электронную карту с точной географической привязкой с использованием программы Arc GIS 9.2. На основе полученных данных по содержанию химических компонентов в снежном покрове построены растровые изображения распределения элементов в снежном покрове (grid-слои). Поверхности распределения моделировали путем интерполяции, применяя метод обратных взвешенных расстояний с использованием программного модуля Spatial Analyst (Arc GIS 9.2).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Количественный и качественный состав ПАУ в снежном покрове фоновых территорий южной, средней и северной подзон тайги представлен в табл. 1.
Фоновые территории характеризуются низким содержанием ПАУ в снежном покрове. В талой воде обнаружены практически все приоритетные полиарены, кроме нафталина и аценафтена, что обусловлено их высокой летучестью. В снежном покрове преобладают низкомолекулярные 3,4-ядерные полиарены (флуорен, фенантрен, флуорантен, пирен, хризен), причем доля фе-нантрена составляет в среднем 41%. Фенантрен, как и хриз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.