Лёд и Снег • 2014 • № 3 (127)
Ледники и ледниковые покровы
УДК 551.510.42
Пути дальнего переноса пыли на ледники Кавказа и химический состав снега
на Западном плато Эльбруса
© 2014 г. CC. Кутузов12, В.Н. Михаленко1, M. Шахгеданова2, П. Жино3, А.В. Козачек4, И.И. Лаврентьев1, Т.М. Кудерина1, Г.В. Попов5
1Институт географии РАН, Москва; 2Университет г. Рэдинг, Великобритания; 3Лаборатория гляциологии и геофизики окружающей среды, Гренобль, Франция; 4Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург; 5Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
s.kutuzov@gmail.com
Ways of far-distance dust transport onto Caucasian glaciers and chemical composition of snow
on the Western plateau of Elbrus
S.S. Kutuzov12, V.N. Mikhalenko1, M.V. Shahgedanova2, P. Ginot3, A.V. Kozachek4, T.M. Kuderina1,
I.I. Lavrentiev1, G.V. Popov5
institute of Geography, Russian Academy of Science, Moscow; 2University of Reading, Great Britain; 3Laboratoire de glaciologie et geophysique de l'environnement, Grenoble, France; 4Arctic and Antarctic Research Institute, Sankt-Petersburg; 5Moscow State University
Статья принята к печати 19 мая 2014 г.
Атмосферный перенос, аэрозоли, высокогорье Кавказа, ледниковые керны. Aerosols, atmospheric transport, Caucasus high mountains, ice cores.
Исследованы образцы из снежных шурфов и керна из неглубоких скважин, пробуренных на Западном плато Эльбруса на высоте 5150 м в 2009, 2012 и 2013 гг. Образцы снега и льда проанализированы на содержание основных соединений и микроэлементов, включая тяжёлые металлы. В результате переноса минеральных частиц на ледники Кавказа в снежно-фирновой толще формируются отчётливо различимые горизонты загрязнения. Анализ космических снимков SEVIRI, полей оптической толщины атмосферы, траекторий движения воздушных масс и метеорологических данных позволил определить первичные источники минеральных частиц для переноса пыли с высокой точностью (50-100 км). Составлена хронология событий переноса пыли. Установлено, что такие явления происходят на Кавказе 3-7 раз в год. Пыль принесена на ледники Эльбруса с Ближнего Востока и из Северной Африки. Выполнено первое для Кавказа прямое определение количества твёрдого вещества, выпадающего из атмосферы на поверхность на больших высотах - 264 мкг/см2 в год. Химический анализ образцов снега из горизонтов загрязнения, образовавшихся в 2009 г., показал высокое содержание нитратов, аммония и сульфатов, что связано с поступлением пыли из сельскохозяйственных районов в Месопотамии. Обнаружено повышенное содержание Си, Zn и Cd по сравнению с естественным фоном, что может указывать на повышенный региональный фон этих элементов в Северной Африке и на Ближнем Востоке, а также на вероятный вклад антропогенных аэрозолей.
Samples taken from snow pit and cores from shallow boreholes drilled in 2009, 2012, and 2013 on the Western plateau of Elbrus (5150 m a.s.l.) are examined. Content of basic compounds and microelements including heavy metals had been determined. Chronology of events with the dust transport had been constructed. Such phenomena were established to happen in Caucasus 3-7 times in a year. The dust is transported on the Elbrus glaciers from the Near east and North Africa.
Введение
В настоящее время проблема загрязнения атмосферы выходит на первый план. Загрязняющие вещества присутствуют в атмосфере в виде аэрозолей — взвешенных в воздухе жидких или твёрдых частиц. Содержание аэрозолей влияет на формирование облаков, биогеохимический цикл, радиационный режим и климат Земли [14, 15]. Судить об уровнях загрязнения воздуха можно на основе прямых измерений содержания химических соединений в атмосфере, а также по косвенным данным. Ледниковый
керн — уникальный архив информации о температуре воздуха, скорости накопления снега, химическом и газовом составе атмосферы [29, 33]. Аэрозоли, перенесённые воздушными массами в полярные районы и в высокогорье, формируют на поверхности ледников слои с их повышенной концентрацией. В результате в толще ледников сохраняется информация об уровне содержания аэрозолей, которую можно использовать для выявления источников загрязнения, особенностей атмосферной циркуляции и оценки изменения эмиссии во времени.
Для мониторинга состояния окружающей среды особое значение имеют природные комплексы высокогорья, где антропогенное влияние ещё не достигло критических значений. Многие из них расположены довольно близко от источников природной пыли и антропогенных аэрозолей, а значительная аккумуляция снега в горах позволяет получать данные высокого временнбго разрешения. В ряде горных районов на основе информации из ледниковых кернов получены свидетельства о загрязнении атмосферы в индустриальный период. Например, показано, что увеличение кислотности, а также концентрации сульфатов и нитратов, которое наблюдалось в ледниковых кернах в Альпах в XX в., связано с эмиссией диоксида серы и оксида азота в результате сгорания ископаемого топлива. Развитие сельского хозяйства и сжигание биомассы вызвало рост концентрации аммония [30]. Исследования образцов снега и фирна из неглубоких скважин на ледниках Тянь-Шаня позволили установить, что химический состав осадков на ледниках Средней Азии определяется региональными пыльными бурями и антропогенным загрязнением. Содержание аммония и нитратов связано с воздушными массами, приходящими из индустриальных районов Сибири и Западного Казахстана [9]. Работы, выполненные в последние годы, показали, что на горных ледниках в Альпах, Боливии, Средней Азии и Гималаях, как и в Гренландии, и в Антарктиде, в последние десятилетия возросло загрязнение снега и льда микроэлементами, эмиссия которых в атмосферу связана с человеческой деятельностью [21].
В воздухе постоянно присутствуют естественные загрязнители минерального и биологического происхождения, основными источниками которых служат извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары, пыльца растений. К главным источникам природных минеральных аэрозолей, расположенным в низких широтах Северного полушария Земли, относятся пустыни Северной Африки, Аравийский полуостров, Центральная Азия и Китай. К источникам минеральных частиц в атмосфере может быть отнесено около 30% общей площади суши. Условия возникновения пыльных бурь в пустыне Сахара исследованы в последнее время достаточно подробно [28, 36]: выполнено картирование районов возникновения пыльных бурь, определены сезонные и дневные циклы активности [26]. Практически вся территория Ближнего Востока подвержена влиянию пыльных бурь, которые чаще всего возникают в весенне-летнее время [19]. Наиболее детальные данные о содер-
жании минеральных частиц в ледниках получены при изучении ледниковых кернов Гренландии и Антарктиды [12, 25, 27]. Довольно хорошо изучены особенности переноса пыли из пустынь Северной Африки на ледники Европейских Альп [11, 32, 34]. Есть данные о содержании минеральных частиц в ледниках Средней Азии [35], Гималаев и Тибетского плато [16, 18, 39], а также Алтая [24].
Кавказские горы, благодаря своему географическому положению, особенно интересны для подобных исследований. С одной стороны, горные массивы расположены вблизи промышленного и сельскохозяйственного производства юга России и ближнего зарубежья, а также на пути переноса воздушных масс из стран Западной и Восточной Европы и Ближнего Востока, с другой — ледниковые комплексы Кавказских гор достигают высоты более 5000 м, где влияние локальных источников загрязнения крайне незначительно, тогда как воздействие глобального и регионального переноса аэрозолей возрастает.
Для высокогорья Кавказа данные о содержании микрочастиц в снежно-фирновой толще впервые были опубликованы в 1969 г. [10]. В этой работе приводятся результаты анализа образцов фирна и льда, взятых из ледниковых трещин на высоте 4600 м на плато Майли, гора Казбек. Данные о среднем содержании, сезонном ходе и изменении уровня концентрации естественных аэрозолей и антропогенных химических соединений и микроэлементов в ледниках Центрального Кавказа и Эльбруса относятся к 1970-90-м годам. В процессе геохимических исследований [1, 7, 8] определялось содержание микрочастиц и тяжёлых металлов в снежно-фирновой толще. Большинство работ основано на анализах образцов из снежных шурфов и неглубоких кернов, отобранных на высотах 3800— 4500 м над ур. моря [2, 3]. В летнее время здесь происходит активное таяние, что существенно изменяет геохимический сигнал в снежной толще [8]. Анализ содержания тяжёлых металлов в снеге на южном склоне Эльбруса в диапазоне высот 3700— 5621 м [4] показал, что летние снегопады обогащают снег тяжёлыми металлами в 2—3 раза больше, чем зимние и весенние. При этом примесь антропогенных металлов в привершинной области увеличена за счёт дальнего переноса. Настоящая статья посвящена оценке концентрации, происхождения и путей переноса минеральных частиц, химических соединений и микроэлементов по данным изучения ледниковых кернов, отобранных на Западном плато Эльбруса.
Методика исследований
Методика исследования включала в себя отбор образцов снега и фирна, изотопные и химические анализы, а также статистическую обработку результатов. Кроме того, использовались дистанционные методы и модели движения воздушных масс. Анализ космических снимков 8ЕУ1Ы на борту спутника МйеоБа!, траекторий движения воздушных масс (модели РЬЕХТЯА и ИУВРЫТ) и метеорологических данных позволил определить с высокой точностью даты и источники минеральных частиц для событий переноса пыли. Эта методика уже применялась нами для подобных исследований и описана в работах [20, 31]. Здесь мы остановимся лишь на кратком изложении основных методов и подходов.
Образцы снега и льда, которые использовались в настоящем исследовании, отобраны во время полевых работ 2009—2013 гг. на Западном плато Эльбруса. Плато площадью около 0,5 км2 расположено в области аккумуляции ледников Большой Азау и Кюкюртлю в интервале высот 5100—5150 м над ур. моря. Толщина льда, по данным радиолокационного зондирования, достигает здесь 255±8 м [5].
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.