ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ  ТВЕРДОФАЗНХ  АТМОСФЕРНЫХ  ВЫПАДЕНИЙ  КАК  ИНДИКАТОР  СОСТОЯНИЯ  АТМОСФЕРНОГО  ВОЗДУХА  НА  ТЕРРИТОРИИ  ВОСТОЧНОГО  ДОНБАССА

Петрова  Анна  Викторовна

аспирант  кафедра  геоэкологии  и  прикладной  геохимии,  Институт  наук  о  Земле,  Южный  федеральный  университет,  РФ,  г.  Ростов-на-Дону

E -mail:  Jaroslavceva1@mail.ru

Закруткин  Владимир  Евгеньевич

д-р  геол.-минерал.  наук,  профессор,  заведующий  кафедрой  геоэкологии  и  прикладной  геохимии,  Институт  наук  о  Земле,  Южный  федеральный  университет,  РФ,  г.  Ростов-на-Дону

Все  возрастающее  техногенное  воздействие  на  природную  среду  обитания,  связанное  с  разработкой  угольных  месторождений  и  других  полезных  ископаемых,  развитием  металлургической,  коксохимической,  строительной  и  иных  видов  промышленности,  работой  ТЭЦ,  сжигающих  каменный  уголь,  и  других  производств  создало  в  Восточном  Донбассе  (расположенный  в  северо-западной  части  Ростовской  области)  весьма  напряженную  экологическую  обстановку.  Она  негативно  сказывается  не  только  на  природных  ландшафтах,  водной  и  воздушной  среде,  но  и  на  здоровье  населения  [5].

Подземная  разработка  угольных  месторождений  сопровождается  значительным  загрязнением  атмосферного  воздуха.  Основными  источниками  загрязнения  являются  газопылевые  «выбросы»  из  подземных  горных  выработок,  газопылевые  выделения  из  породных  отвалов  и  складов  полезных  ископаемых.  Загрязнение  воздушной  среды  происходит  при  эрозии,  окислении  и  горении  породы,  особенно  интенсивно  протекающих  в  терриконах.  В  результате  с  поверхности  отвалов  выделяется  значительное  количество  пыли,  газообразных  (в  том  числе  ядовитых)  продуктов  и  дыма.  На  территории  Восточного  Донбасса  Ростовской  области  находится  не  менее  600  породных  отвалов.

В  экологической  геохимии  уже  давно  сложилась  практика  изучения  загрязнения  атмосферного  воздуха  путем  фиксации  твердофазных  пылевых  выпадений  в  кювете  с  дистиллированной  водой.  Этот  способ,  во-первых,  предоставляет  возможность  оценить  состояние  атмосферного  воздуха  за  длительный  период,  во-вторых,  он  менее  трудоемок  и  более  дешев  [2].

Твердофазные  атмосферные  выпадения  —  это  твердые  частицы,  которые  выводятся  из  атмосферы  гравитационным  путем  и  выпадают  на  подстилающую  поверхность.  Контроль  загрязнения  атмосферного  воздуха  позволяет  получать  реальную  суммарную  величину  выпадений  загрязняющих  веществ,  которая  отражает  существующий  уровень  загрязнения  приземных  слоёв  атмосферы.  Среди  специфических  загрязняющих  веществ  в  воздушном  бассейне  промышленных  территорий  и  городов  важное  место  занимают  тяжелые  металлы. 

Характеристика  атмосферных  выпадений  в  настоящем  исследовании  проводилась  по  результатам  опробования  атмосферной  пыли  в  2014  году.  Отбор  атмосферных  проб  осуществлялся  в  летний  период  (июнь-июль).  Общее  количество  проб  атмосферных  выпадений  —  7.

Геохимическое  опробование  атмосферной  пыли  проводилось  в  пределах  сосредоточения  огромного  количество  техногенных  объектов,  связанных  с  угольной  промышленностью  (рис.  1). 

Рисунок  1.  Карта-схема  расположения  точек  отбора  проб  на  территории  Восточного  Донбасса

Отбор  проб  воздушного  загрязнения  осуществлялся  методом  собирания  оседающей  пыли  сосудами  (пыле-осадочный  метод)  [4].  Для  отбора  проб  применялись  полиэтиленовые  емкости  диаметром  375  мм,  высотой  20  мм  и  площадью  0,11  м².  Они  устанавливались  на  уровне  2—3  м  от  поверхности  земли.  Емкости  были  заполнены  на  ¾  дистиллированной  водой.  По  мере  высыхания  дистиллированной  воды,  ее  подливали.

При  определении  суммарного  прихода  твердого  вещества,  связанного  с  выпадением  аэрозольных  частиц,  применяется  особый  геохимический  показатель  атмосферной  нагрузки  —  количество  твердых  выпадений,  поступающих  на  единицу  площади  в  единицу  времени.  Он  называется  «пылевая  нагрузка»  (P_n),  т.  к.  поступление  твердого  вещества  оценивается  по  массе  пыли  в  пробах,  и  измеряется  в  мг/(м²×сут.)  или  кг/(км²×сут.).  Расчет  проводится  по  формуле:

,

Где:  P  —  масса  пыли  в  пробе, 

S   —  площадь  емкости, 

t   —  время  (в  сутках),  прошедшее  с  момента  установления  емкости.

В  практике  используется  следующая  градация  по  среднесуточной  пылевой  нагрузке  [1]:

·     менее  250  —  низкая  степень  загрязнения

·     251—450  —  средняя  степень  загрязнения

·     451—850  —  высокая  степень  загрязнения

·     более  850  —  очень  высокая  степень  загрязнения.

Время,  прошедшее  с  момента  установления  емкостей  —  40  суток.  Результаты  определения  пылевой  нагрузки  на  исследуемой  территории  представлены  в  таблице  1.

Таблица  1.

Результаты  определения  пылевой  нагрузки

Фоновая  пылевая  нагрузка  для  континентальных  территорий  определена  в  10—20  кг/км²  в  сутки.  Для  Ростовской  области  за  величину  фоновой  пылевой  нагрузки  принята  нагрузка  в  ст.    Вешенской  Шолоховского  района,  вдали  от  крупных  промышленных  предприятий  и  ТЭЦ  (13  кг/км²×сут.)  [6].

Следует  отметить,  что,  несмотря  на  широкую  вариабельность  значений  в  исследуемых  районах  Восточного  Донбасса,  масса  пыли,  выпадающей  ежесуточно  на  1  м²,  во  всех  пунктах  наблюдения  оказалась  на  порядок  больше  фонового  значения.

Как  видно  из  таблицы  1,  очень  высокая  пылевая  нагрузка  (превышает  региональный  фон  в  36—140  раз)  наблюдается  в  п.  Соколово-Кундрюческом  (точка  наблюдения  №  3)  и  п.Майском  (точка  наблюдения  №  4).  Высокая  пылевая  нагрузка  характерна  для  х.  Волченского,  х.  Гуково,  п.  Аюта,  Горняцкого  сельского  поселения  (превышает  региональный  фон  в  13—17  раз).  Самая  низкая  пылевая  нагрузка  наблюдалась  в  п.  Подскельном  на  1  м²  ежесуточно  выпадает  67,5  мг/(м²×сут.),  что  превышает  фон  в  5  раз.

В  пробах  пыли  обнаружены  частицы  техногенного  происхождения,  среди  них  встречаются  черные  скорлуповатые  частицы  угольной  пыли  (размер  частиц  от  28  мкм  до  1  мм),  которые  попадают  в  атмосферу  как  с  угольных  разрезов,  так  в  результате  работы  обогатительных  фабрик  (рис.  2)  [3].

Рис унок  2.  Черные  скорлуповатые  частицы  (угольная  пыль)

В  пробах  атмосферной  пыли  методом  приближенно-количественного  спектрального  анализа  определено  содержание  тяжелых  металлов.  Атмохимические  исследования  позволили  выявить  на  территории  поселков  не  только  зоны  распределения  повышенной  пылевой  нагрузки,  но  и  поля  аномальных  концентраций  элементов  в  пыли.  В  состав  комплексной  геохимической  аномалии  входят  марганец,  цинк,  свинец,  никель,  ванадий,  хром  и  медь.  Результаты  исследований  представлены  в  таблице  2,  здесь  же  приведены  значения  коэффициентов  концентрации  металлов  (Кс).

Таблица  2.

Содержание  химических  элементов  в  пылевых  выпадениях  из  атмосферы,  мг/кг

Поскольку  техногенные  аномалии  обычно  имеют  полиэлементный  состав,  для  них  рассчитывается  суммарный  показатель  загрязнения  (Z_c)  [1]:

,

где  n  —  число  учитываемых  аномальных  элементов  (табл.  3). 

Таблица  3 .

Значение  суммарного  показателя  загрязнения  атмосферы

В  экологической  геохимии  границей  между  низким  и  среднем  уровнем  загрязнения  считается  Z_c  =  64;  эту  же  величину  мы  принимаем  за  показатель  предельно  допустимой  атмогеохимической  нагрузки.

Средние  значение  суммарного  показателя  загрязнения  на  изучаемой  территории  составило  34,7.  Самый  высокий  показатель  зафиксирован  в  п.Соколово-Кундрюческом  —  64,6.  Вблизи  этого  поселка  сосредоточено  самое  большое  количество  (около  60)  породных  отвалов  ликвидированных  шахт,  в  сравнении  с  территориями  где  расположены  остальные  точки  наблюдения.  Развеивание  отвалов  горных  пород  (терриконов)  способствует  загрязнению  атмосферного  воздуха.  Эта  мелкодисперсная  пыль  обогащена  токсичными  микрокомпонентами.  Низкий  суммарный  показатель  загрязнения  зафиксирован  в  х.  Волченском  (Zc  =  3,3)  и  х.Гуково  (Zc  =  15,4).

Опираясь  на  показатели  пылевой  нагрузки  (Pn)  и  суммарный  показатель  загрязнения  (Z_c)  по  ориентировочной  шкале  оценки  аэрогенных  очагов  загрязнения,  состояние  приземного  слоя  атмосферного  воздуха  в  п.  Соколово-Кундрюческом  и  п.  Майском  оценивается  как  средний  уровень  загрязнения  (Pn=250—450  мг  /  м²×сут.;  Z_c=64—128).  В  остальных  наблюдаемых  точках  все  оценочные  показатели,  такие  как  пылевая  нагрузка  и  суммарный  показатель  загрязнения  не  достигают  заданных  пределов  среднего  уровня  загрязнения.

Общее  санитарно-гигиеническое  состояние  атмосферы  на  территории  Восточного  Донбасса  Ростовской  области  можно  считать  благополучным.  Наиболее  запыленными  являются  п.Соколово-Кундрюческий  и  п.Майский.  Техногенная  нагрузка  в  поселках  Соколово-Кундрюческом  и  Майском  формируется  за  счет  пылегазовых  выбросов  Шахтинской  ТЭЦ ,  действующих  шахт,  обогатительных  фабрик  и  породных  отвалов  ликвидированных  шахт.

При  вдыхании  загрязненного  воздуха  происходит:  обострение  уже  имеющихся  заболеваний  или  возникновение  новых  заболеваний  органов  дыхательных  путей,  негативное  воздействие  на  психику,  общее  отравление  организма,  снижение  иммунитета  и  работоспособности  человека.

Для  снижения  негативного  воздействия  на  атмосферный  воздух  выбросов  в  шахтерских  населенных  пунктах  необходимо  выполнение  следующих  мероприятий:  ликвидация  мелких  нерентабельных  котельных,  тушение  породных  отвалов,  организация  санитарно-защитных  зон  на  предприятиях  города,  озеленение,  сокращение  открытых  почвенных  пространств  путем  разбивки  газонов,  перевод  котельных  с  твердого  топлива  на  природный  газ  [5].

Список  литературы:

1.Геохимия  окружающей  среды  /  Под  ред.  Сает  Ю.Е.,  Ревич  Б.А.,  Янин  Е.П.  и  др.  М:  Недра,  1990.  —  335  с. 

2.Закруткин  В.Е.,  Шишкина  Д.Ю.  О  возможностях  эколого-геохимических  исследований  при  оценке  качества  атмосферного  воздуха  и  нормировании  антропогенных  нагрузок  //  Проблемы  геоэкологии,  геохимии  и  геофизики.  Ростов-н/Д.:  ООО  "ЦВВР",  2005.  —  С.  57—62.

3.Иванов  А.О.  Эколого-геохимическое  состояние  приземного  слоя  атмосферного  воздуха  г.Томска  и  Объ-Томского  междуречья  в  2006  г.  (по  итогам  снеговой  съемки)  //  Вестник  Томского  государственного  университета.  2007.  —  С.  194—197.

4.Нецветаева  О.Г.,  Ходжер  Т.В.,  Оболкин  В.А.,  Кобелева  Н.А.  и  др.  Химический  состав  и  кислотность  атмосферных  осадков  в  Прибайкалье  //  Оптика  атмосферы  и  океана.  —  2000.  —  №  13.  —  С.  618—621. 

5.Трифонова  С.Ф.,  Скрипки  Г.И.,  Паращенко  М.В.  О  состоянии  окружающей  среды  и  природных  ресурсов  Ростовской  области  в  2010  году  //  Экологический  вестник  Дона.  Ростов-н/Д.:  2011.  —  С.  370.

6.Эколого-геохимические  исследования  городов  Нижнего  Дона  /  Приваленко  В.В.,  Домбровский  Ю.А.,  Остроухова  В.М.,  Шустова  В.Л.,  Базелюк  А.А.,  Остробородько  Н.П.,  Ростов-н/Д.:  1993.  —  268  с.