Санкт-Петербургский университетНаука
А снег все знал и падал
Снег накапливает в себе важную для экологов информацию и может достаточно точно рассказать о состоянии окружающей среды и источниках ее загрязнения.
Снег сохраняет информацию о состоянии атмосферы в прошлом, причем даже в далеком прошлом. Изучение ледников позволяет ученым моделировать климатические условия десятки, сотни и тысячи лет назад. Экологи чаще всего оперируют более скромными сроками. Есть, конечно, примеры исследований, в ходе которых по составу пыли в пробах из разреза альпийских ледников европейские ученые делали вывод о загрязнении атмосферного воздуха в Средние века в Англии. В основном же экологические работы связаны с изучением современного состояния атмосферы. Изучая снег, мы можем сделать вывод о состоянии окружающей среды на протяжении последних недель, месяцев, оценить положение основных источников загрязнения, выяснить взаимосвязь распределения атмосферных поллютантов (веществ, загрязняющих окружающую среду. — Прим. ред.) и состоянием почв, природных вод.
Преимущество в непостоянстве
По сравнению с природными водами, почвами, донными осадками атмосфера является самой динамичной средой. Загрязнение в воздухе накапливается плохо и чаще всего не может задерживаться на длительное время. Однако за счет большой мобильности среды поллютанты могут переноситься на значительные расстояния. Так называемый трансграничный перенос формируется за счет активного движения воздушных масс и перемещения ими всевозможных загрязнителей: оксидов азота и серы, сажи, тяжелых металлов, радионуклидов.
В таких условиях важным методом оценки состояния атмосферы является работа с депонирующими (то есть накапливающими) средами. Снег является одной из них. Непостоянность снежного покрова является преимуществом его изучения: мы можем точно сказать, за какой срок накоплена пыль, сажа и прочие загрязняющие компоненты. Кроме того, в снежном покрове загрязняющие вещества концентрируются, их оказывается обычно на 2–3 порядка больше, чем в атмосферном воздухе, что серьезно упрощает анализ. Таким образом, снег является достаточно информативным, интегральным показателем поступления вещества в экосистемы из атмосферы.
В работах различных авторов отмечается, что в снеге, собранном с обочин улиц и парков, присутствуют углеводороды, биогенные соединения, а качество снежного покрова изменяется в зависимости от расстояния от края дороги. В целом дорожное движение является одним из основных источников загрязнений в городах. Так, например, проведенный анализ ингредиентов в снеговых пробах, взятых вдоль дорог города Хельсинки, показал снижение уровня загрязнения уже на расстоянии пяти метров от дороги. Подробнее об этом исследовании можно прочесть в журнале Environmental Pollution (doi. org/10.1016/j.envpol.2014.08.019). Коллектив ученых из Москвы проанализировал загрязнение почв токсичным бенз(а)пиреном (образуется при сгорании, например, бензина. — Прим. ред.), поступающим из снежного покрова. Согласно расчетам, опубликованным в журнале Atmospheric Chemistry and Physics (doi.org/10.5194/acp-17-2217-2017), содержание этого соединения в твердой фракции снега более чем в 10 раз выше фона и почти в 100 раз выше предельно допустимой концентрации.
Снежный покров также накапливает тяжелые металлы. Их анализ дает возможность ученым зонировать территории по степени загрязнения и объяснять процессы, протекающие в техногенных ландшафтах (территориях, сильно преобразованных в ходе промышленной, градостроительной и других видов деятельности человека. — Прим. ред.).
Для анализа содержания в снеге различных химических элементов и соединений применяется сноугеохимическая съемка. Чаще всего она используется для оценки состояния атмосферы в городах. Именно в них снег подвергается наибольшему антропогенному воздействию. Прекрасно помню командировку в один из уральских промышленных городов. Никого не удивить грязным снегом в городе, но там меня поразило, что свежевыпавший, белый с утра снег превратился в черный (не «серый», не «грязный», а именно черный) к концу рабочего дня.
Стоит отметить, что сноугеохимическая съемка — хоть и интересная, но достаточно трудоемкая работа. Она предполагает много этапов, на которых можно ошибиться, ведь содержание поллютантов в снежном покрове невысокое. Именно поэтому требуется внимательность и аккуратность на всех этапах работ, начиная с пробоотбора.
Собрать и растопить
Исследования состава снега начинаются с постановки задачи и выбора мест для взятия проб. Например, если нужно определить влияние конкретного источника, то точки наблюдения будут расположены с учетом «розы ветров», радиально удаляясь от него. Если источников несколько, то точки наблюдения будут расположены по площади равномерно, что дает возможность выявить площадные закономерности.
При взятии проб снега сначала измеряется его толщина, по возможности раскапывается шурф и фиксируется состояние снежного покрова, наличие слоистости и других факторов. Далее проба снега осуществляется с помощью снегомера (рис. 1). Этот инструмент состоит из полой трубки с сантиметровой разметкой и весов. После наполнения трубки снег взвешивается. Зная диаметр трубки и толщину снежного покрова, мы легко посчитаем плотность снега, а значит, и влагозапас. Измерения проводят несколько раз, дабы исключить случайную ошибку и усреднить результат.
Проба берется на всю глубину за исключением нижних пяти сантиметров, чтобы исключить попадание в образец частиц почвы. Весит такой образец не менее 2 кг. Его помещают в полиэтиленовый пакет и маркируют. На этикетке и в полевом дневнике фиксируется дата и координаты точки отбора, привязка на местности, показания веса и высоты снежного покрова, послойное описание состояния и физических характеристик.
Далее пробы доставляют в лабораторию, растапливают при комнатной температуре, чтобы определить общий объем талых вод. Их фильтруют, чтобы оценить состав твердого осадка, то есть количество пыли, сажи и прочих частиц (рис. 2). В зависимости от задач определяется химический состав талых вод на предмет содержания в них сульфатов, хлоридов, гидрокарбонатов, нитратов, аммония, натрия, калия, кальция, магния, фосфатов, тяжелых металлов, а также уровень рН.
Что рассказал снег на Васильевском острове
Ученые и студенты СПбГУ применяют сноугеохимическую съемку в ходе своих исследований. Так, одно из них проходило под руководством Сергея Васильевича Лебедева, доцента СПбГУ (кафедра геоэкологии). Его студентка Елизавета Агафонова в течение двух лет занималась оценкой состояния почв Василеостровского района. Она решила объяснить некоторые уже полученные закономерности через анализ аэрального загрязнения (порожденного или произведенного воздушными потоками. — Прим. ред.). Поэтому были отобраны пробы снега и проведен анализ на содержание тяжелых металлов (таких же, которые уже были определены в почвах района) и дано сравнение.
Оказалось, что геохимические особенности почв и снега имеют как общие закономерности, так и различия. Основной вклад в загрязнение и почв, и снега вносит цинк, коэффициент концентрации которого в отдельных точках достигает 32 (это означает, что содержание цинка в таких почвах превышает средний фоновый уровень в 32 раза). Была выявлена высокая положительная корреляция между содержанием цинка в почвах и снеге, что может указывать на постоянство поступления этого поллютанта в почвы именно аэральным путем. На рисунке 3 видно, что значения показателя суммарного загрязнения в почвах и снежном покрове совпадают. При этом, например, распределение свинца в почвах и снеге отличается. Было отмечено, что при высоких значениях свинца в почвах он практически отсутствует в снеге. Это свидетельствует о том, что атмосферный воздух перестал быть средой переноса свинца, поскольку бензин с начала 2000-х не содержит свинцовой присадки.
Источник карт-схем: Лебедев С. В., Агафонова Е. К. Эколого-геохимическая оценка загрязнения окружающей среды по данным мониторинга содержания тяжелых металлов в почвогрунтах и снежном покрове (на примере Василеостровского района Санкт-Петербурга) // Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2017. Т. 62. ВЫП. 4. С. 362–363
...и что — в Псковской области
Примером другой работы служит исследование студентки Екатерины Чулковой. Оно было посвящено оценке загрязнения снежного покрова на территории национального парка «Себежский» (расположен на юге Псковской области. — Прим. ред.). Эта работа, на мой взгляд, сложнее, так как «поймать» загрязнение в природном резервате — дело непростое.
Одной из задач национального парка является мониторинг антропогенного воздействия на всей его территории. Да, в границах парка может быть и населенный пункт, и санаторий, и экологическая тропа, но влияние человека тут контролируется. Однако никогда нельзя исключить влияния объектов, расположенных вне территории. Именно поэтому главной задачей работы Екатерины была проверка, влияет ли региональный аэральный перенос загрязняющих веществ на природу национального парка. Для этого были определены семь площадок для снегомерной съемки и взяты пробы. Площадки были расположены по всей территории, четыре из них ближе к городу Себежу, три — на удалении.
Результаты исследования показали, что в составе снега нет компонентов, превышающих средние фоновые показатели. К примеру, пылевая нагрузка в диапазоне 0–250 мг/м2 в сутки соответствует «низкой степе- ни загрязнения», а на территории исследований данный показатель составил 3–75 мг/м2 в сутки. Содержание макрокомпонентов (сульфатов, хлоридов, гидрокарбонатов, нитратов, аммония, натрия, калия, кальция, магния, фосфатов) и тяжелых металлов находилось на минимальном уровне, лишь немного повышаясь в районе населенного пункта и дороги. Таким образом, был сделан вывод, что влияние человека на природу национального парка минимально и немного заметно лишь в непосредственной близости от Себежа.
Эти два примера хорошо иллюстрируют факт, что снег является важным источником информации для эколога и может стать основой для интересной научной работы.
Факт
Изучение снежного покрова позволяет получить данные о прошлом, настоящем и будущем природных объектов. Например, в гидрологии, климатологии снеговая съемка применяется для оценки количества запасенной в сугробах влаги. Оценка состояния снега по разрезу (изучение слоистости, наличия влаги, перекристаллизации снега) — это основа мониторинга лавиноопасности. Газогеохимическая съемка снега является одним из методов поиска месторождений углеводородов, так как снежный покров способен адсорбировать газовые эманации (углеводородные и неуглеводородные газы, которые просачиваются на поверхность из горных пород потенциального месторождения. — Прим. ред.).
Что почитать
Подробнее с результатами исследования почв и снега на Васильевском острове можно ознакомиться в статье: Лебедев С. В., Агафонова Е. К. Экологогеохимическая оценка загрязнения окружающей среды по данным мониторинга содержания тяжелых металлов в почвогрунтах и снежном покрове (на примере Василеостровского района Санкт-Петербурга) // Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2017. Т. 62. ВЫП. 4. С. 357–369. https://doi.org/10.21638/11701/ spbu07.2017.403
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl