В МГУ разработали новую систему экологического мониторинга городов

Развитие дорожно-транспортной сети и многопрофильной промышленности, высокие темпы застройки в московском мегаполисе приводят к масштабному экологическому воздействию на природные компоненты. В столичном воздухе доминируют эмиссии от автотранспорта, в твердой фазе которых присутствуют черный углерод (black carbon, BC), опасные органические соединения, тяжелые металлы и металлоиды.

Многокомпонентный состав аэрозолей и его влияние на процессы седиментации и накопления в системе «атмосфера — снег — дорожная пыль — почвы — поверхностные воды» при множественности источников эмиссии создают одну из наиболее сложных экологических проблем в городах. Накопление токсичных компонентов особенно велико в тонких фракциях, среди которых наиболее часто определяется массовая концентрация микрочастиц размером 10 мкм и менее (РМ₁₀), негативно воздействующих на организм человека.

Оценка качества воздуха Москвы по газообразным соединениям и частицам РМ₁₀
аэрозоля показывает уровень загрязнения, сопоставимый с крупными городами Европы. Однако концентрация загрязняющих веществ в аэрозолях и их накопление в депонирующих средах Москвы остаются неизученными, поэтому чрезвычайно важно проследить динамику и оценить накопление приоритетных загрязняющих веществ в компонентах городских ландшафтов. Содержащие загрязняющие вещества микрочастицы в транзитных и депонирующих средах увеличивают риск хронических и респираторных заболеваний.

Исследователи географического факультета МГУ создали методическую базу для организации системы экологического мониторинга мегаполиса на основе сопряженного анализа химического состава микрочастиц в транзитных (атмосферные аэрозоли и осадки, речные воды и взвесь) и депонирующих (дорожная пыль, снежный покров, почвы, донные отложения) средах. Новая технология включает четыре этапа: полевой, химико-аналитический, покомпонентной оценки состояния окружающей среды и сопряженного анализа микрочастиц в системе «атмосфера — снег — дорожная пыль — почвы — поверхностные воды».

«Мониторинг микрочастиц РМ₁₀ в московском мегаполисе обеспечил покомпонентную оценку загрязнения и распределения загрязняющих веществ в системе “атмосфера — снег — дорожная пыль — почвы — поверхностные воды”. Исследование на базе аэрозольного комплекса МГУ химического состава и свойств микрочастиц в атмосфере показало уровни аэрозольной нагрузки. Были также выявлены эпизоды сильного загрязнения и его потенциальные источники при варьировании метеорологических условий в разные сезоны года. Полная массовая концентрация аэрозолей и компоненты их состава отражают также изменение активности населения в периоды праздников», — рассказала руководитель проекта, профессор кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ Наталья Кошелева.

Ученые установили, что вымывающая способность осадков в подсистеме «аэрозоли — атмосферные осадки» по отношению к свинцу, сурьме, мышьяку, никелю, магнию, калию, алюминию и кремнию в Москве в несколько раз больше, чем в других регионах мира. Это объясняется значительной поставкой этих металлов и металлоидов из антропогенных источников, включая дальние, а также выдуванием частиц загрязненных почв и дорожной пыли. В дни после выпадения осадков концентрации практически всех металлов и металлоидов снижались в аэрозолях до 60%.

Анализ распределения металлов и металлоидов в микрочастицах РМ₁₀ подсистемы «снег — дорожная пыль — почвы» позволил уточнить их источники в теплый и холодный сезоны. Степень обогащения большинством металлов и металлоидов фракции РМ₁₀ уменьшается в следующем ряду: пылевая составляющая снега > дорожная пыль > почвы. В микрочастицах РМ₁₀ снега, дорожной пыли и почв одновременно накапливаются сурьма, вольфрам, висмут, олово, кадмий, медь, свинец, молибден и цинк. В снеге и дорожной пыли аккумулируются никель, ванадий и железо, а в подсистемах «снег — почвы» и «дорожная пыль — почвы» — хром и кальций.

Изучение микрочастиц РМ₁₀ в подсистеме «вода — взвешенные наносы — донные отложения» показало, что под влиянием городской среды в зарегулированной речной системе содержание фракции РМ₁₀ и концентрации в ней металлов и металлоидов существенно возрастают в периоды повышенной водности, что нехарактерно для водотоков с низкой антропогенной нагрузкой. Воздействие московского мегаполиса способствует значительному обогащению взвеси техногенными металлами и металлоидами, которые затем накапливаются в донных отложениях ниже по течению и могут ухудшать экологическое состояние водных экосистем. Частицы РМ₁₀ взвеси и донных отложений р. Москва играют ключевую роль в переносе и аккумуляции свинца, меди, никеля и ванадия.

«Апробация разработанной нами системы эколого-геохимического мониторинга в московском мегаполисе показала, что она удовлетворяет современным мировым стандартам, позволяет достоверно оценить экологическую ситуацию и обосновать мероприятия по уменьшению загрязнения городских ландшафтов и создаваемого им риска здоровью населения», — сообщил профессор географического факультета, академик РАН Николай Касимов.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Метеорология и гидрология».
По материалам пресс-службы МГУ