Система глобального фонового мониторинга и фоновое загрязнение окружающей среды

В Кавказском БЗ концентрация свинца в воздухе в 1978 г. была равна 6 нг/м3, в 1982 г. - 12-27 нг/м3, а в 1993 г.- 3-15 нг/м3.

Концентрации и выпадения ДДТ из атмосферы в Северном полушарии проходят через максимум в 1960-1970 гг., что хорошо коррелируется с динамикой производства и применения ДДТ.

В приведенные годы в развитых странах вводятся ограничения вплоть до запрета на потребление ДДТ. Развивающиеся страны Южного полушария продолжают широкое использование ДДТ, поэтому его содержание во всех средах продолжает расти. Соответственно, выпадения ДДТ в Арктике были максимальны в 60-х годах (около 600 т/год), а в Антарктиде продолжают расти и по прогнозам к 2000 г. должны были составить 20-25 т/год. Подобные годовые колебания характерны и для концентраций многих других загрязнителей. К сожалению, далеко не всегда можно найти более или менее достоверное их объяснение.

Сезонные изменения фонового загрязнения воздуха иллюстрируются данными табл. 3-4 и 3-5. Увеличение концентраций диоксида серы, свинца, кадмия и 3,4-БП в холодный сезон по сравнению с теплым обычно связывают с увеличением мощности топливно-энергетического комплекса и соответствующим ростом выбросов названных загрязнителей. Обратная закономерность для ДДТ объясняется ростом его использования в летний период. Что касается увеличения концентраций ртути в теплый сезон для ряда биосферных заповедников, то оно может быть связано с увеличением летучести ртути при повышении температуры и, как следствие, испарением ее из различных источников. Информация по сезонным изменениям фоновых уровней загрязнения в литературе весьма обширна.

Таблица 3 –4

Диапазоны среднемесячных концентраций загрязнителей в некоторых регионов в холодный и теплый сезоны 1980-19867 гг.

Регион	Сезон	Диоксид серы, мкг/м3	Сульфаты, мкг/м3	Свинец, нг/м3	Кадмий, нг/м3	3,4 – БП, нг/м3	ДДТ, нг/м3
Центральная и Восточная Европа	Холодный	11-34	5,5-13	16-90	0,42-1,5	0,24-0,8	0,3-0,62
	Теплый	2-10,4	5,4-13	7,9-50	0,32-0,98	0,04-0,25	0,4-1,4
Азиатская часть СССР	Холодный	0,3-12	1,6-5,6	3,6-45	0,09-0,69	0,18-0,2	0,3-0,4
	Теплый	0,1-0,82	0,8-5,9	1,7-32	0,008-0,53	0,04-0,07	0,3-0,5

 

 

Таблица 3 – 5

Средние концентрации в воздухе некоторых биосферных заповедников в холодный (х) и теплый (т) сезоны 1980-1986 гг.

Биосферный заповедник	Диоксид серы, мкг/м3		Сульфаты, мкг/м3		Свинец, нг/м3		Ртуть, нг/м3		Кадмий, нг/м3		3,4 – БП, нг/м3		ДДТ, нг/м3
	Х	Т	Х	Т	Х	Т	Х	Т	Х	Т	Х	Т	Х	Т
К - пуста (ВНР)	24	3	9	5,4	67	39	-	-	1,5	1,0	-	-	-	-
Березинский	14	2	5,5	5,5	22	15	17	15	0,4	0,3	0,7	0,1	0,3	0,4
Кавказский	0,3	0,03	3,3	5,6	6,7	11	8,4	14	0,2	0,3	0,2	0,04	0,6	1,4
Боровое	12	1,4	3,6	3,0	26	12	17	22	0,4	0,2	0,4	0,06	-	0,5
Баргузинский	0,3	0,1	1,6	0,8	3,6	1,7	5	8	0,1	0,1	-	-	-	-
Сары-Челекский	0,3	0,3	3	4,8	45	32	15	27	0,7	0,5	0,2	0,04	0,2	0,3

Месячные колебания фонового загрязнения являются по существу детализацией сезонных. Причинность месячных колебаний может быть та же, что и сезонных, но влияющий на концентрацию фактор меняется более плавно, например мощность топливно-энергетических комплексов постепенно нарастает осенью и уменьшается весной. Так, по наблюдениям в ряде биосферных заповедников концентрации диоксида серы, свинца и 3,4 - БП в воздухе максимальны в декабре - январе, минимальны - в июне - июле, а в остальные периоды плавно падают или возрастают. Аналогично по наблюдениям в 1980 г. в районе Лос-Анджелеса изменялись концентрации оксида углерода (II) и свинца. При этом максимальные концентрации свинца (декабрь - январь) составляли около 3 мкг/м3, минимальные (июнь – июль) - около 1 мкг/м3, а СО - 8 млн. -1 и 2 млн. -1 соответственно. По данным 1990 г., концентрации сульфатов в воздухе в Арктике были максимальны в феврале (примерно 0,3 мкг/м3), минимальны в июле (0,1 мкг/м3). Максимумы и минимумы в годовых циклах могут изменяться по абсолютным значениям, а могут оставаться неизменными.

Так, наблюдения на станции Боровое в 1977-1982 гг. показали, что минимумы концентраций летом стабильны, а зимние максимумы для диоксида серы возросли в 3 раза, а для свинца - в 1,5 раза.

Суточные изменения фонового загрязнения могут носить очень сложный характер, часто не поддающийся объяснению. Так, среднесуточная концентрация диоксида азота в воздухе в пригородной зоне Будапешта в сентябре 1979 г. менялась по сложной «пилообразной» зависимости в пределах от 4 мкг/м3 (17 сентября) до 30 мкг/м3 (1 сентября).

Суточные колебания концентраций диоксида серы и сульфатов в воздухе на Западной границе СССР приведены в табл. 3 – 6. Эти данные получены в результате наблюдений, проводивших с помощью авиации, и являются средними для диапазона высот 600 м - 2,5-5 км, поэтому они, очевидно, в основном определяются дальним переносом из стран Европы, а их величины зависят от гидрометеорологических условий в день измерений, прежде всего направлением и силой ветра.

 

Таблица 3 – 6

Среднесуточные концентрации диоксида серы и сульфатов в воздухе на Западной границе СССР в 1980 г. По данным измерений, проводившихся с помощью авиации (мкг/м3)

Дата	Диоксид серы	Сульфат
15.05	2,0	7,5
21.05	5,0	1,5
23.05	2,5	0,5
01.07	6,0	6,0
02.07	9,5	10
04.07	8,5	5,5
06.09	20	12
09.09	9,5	3,5
11.09	11	14

 

Наличие внутрисуточного изменения фонового загрязнения делает необходимым непрерывное или хотя бы многократное в течение суток измерение концентраций для получения истинных среднесуточных величин. Исследования, проведенные в августе 1981 г. в Центрально-черноземном БЗ, показали, что максимум    содержания двуокиси серы в воздухе достигается в период 9-13 ч (5 мкг/м), а в остальное время суток ее концентрация практически постоянна (около 2 мкг/м3). Вблизи больших городов картина может быть иная. Например, в районе Венеции летом максимальная концентрация диоксида серы в воздухе наблюдается в 19 ч (6000 млн. -1), а минимальная - в 1 ч (1000 млн. -1), зимой же концентрация диоксида в течение суток мало изменяется (4000 ± 500 млн. -1). Внутрисуточный ход концентрации оксида углерода (II) в крупных городах характеризуется двумя максимумами, которые наблюдаются в начале и конце рабочего дня, и двумя минимумами: небольшим - в середине дня и глубоким - около полуночи.

Большое влияние на формирование фонового загрязнения оказывает дальний и местный перенос загрязняющих веществ. Вклад дальнего переноса загрязнителей в значительной мере зависит от господствующего направления ветров.

Так, фоновое загрязнение воздуха на фоновой станции Боровое на 57% определяется северо-западным ветром. В этом направлении в 700 км от Борового находится Уральский промышленный район, а в 70 км - г. Кокчетав.

Северо – восточные ветра дают вклад в 21 % (г. Омск, 300 км), ветра южного направления – 22% (г. Караганда, 400 км).

Вклад различных направлений переноса воздушных масс в фоновое загрязнение воздуха свинцом и радоном в ряде районов Атлантического океана представлен в табл. 3 – 7 и 3 – 8.

Таблица 3 – 7

Концентрация свинца (нг/м3) и радона (пКи/м3) на океанской станции «С» в зависимости от района формирования воздушной  массы

Район формирования воздушной массы	Свинец	Радон
Северо – восточная часть США	4,4±0,9	2,8±1
Юго – восточная часть Канады	1,1±0,1	2,2±1
Северо – восточная часть Канады, Гренландия	0,8±0,3	3,3±1
Центральная часть Атлантики	0,6±0,1	1,4±1

 

Океанская станция «С» (52°45' с.ш., 35°30' з.д.), входящая в Объединенную глобальную систему океанского обслуживания, многие годы обеспечивалась научно-исследовательскими судами Госкомгидромета СССР. Как видно из табл. 3-7, наибольшие концентрации свинца обусловлены воздушными массами, поступающими с северо-востока США, одного из наиболее промышленно развитых регионов этой страны. Самые чистые воздушные массы поступают из центра Атлантики. Уровень концентраций радона близок для всех воздушных масс, поступающих с суши.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 –8

Концентрация свинца (нг/м3) в воздухе

над Атлантическим океаном и его островами

Район отбора проб и направление переноса воздуха	Средняя концентрация	Диапазон концентраций
Фарерские острова
Перенос в Атлантике	1	0-1,3
Перенос с Великобритании	30	7,5-60
Северная Атлантика
Зона западных ветров	1,5	2,6-203
Зона северо-восточного пассата	4,3	1,3-38
Южная Атлантика
Зона юго-восточного пассата	1,3	0,27-7,5
Зона западных ветров	0,98	0,44-1,4
Северная Гренландия	0,2	0,07-0,4
Шпицберген	4,9	-
Арктическая зона Северной Америки
зима	5	-
лето	0,2	-

Данные табл. 3-8 на примере разных районов Атлантики, в общем, подтверждают утверждения о том, что воздушные массы, формирующиеся в промышленно развитых районах, обусловливают более высокий уровень фонового загрязнения воздуха свинцом.

Существенное влияние на величины фоновых загрязнений оказывают различные природные (например, извержения вулканов) и антропогенные экстремальные (например, крупные аварии, военные конфликты, лесные пожары) факторы, примеры которых в последние годы хорошо известны. 

Все описанные выше факторы, определяющие фоновое загрязнение, могут быть отнесены не только к атмосфере, но и к другим природным средам.

Остановимся на некоторых факторах, определяющих фоновое загрязнение гидросферы, литосферы и биоты.

Данные, характеризующие фоновое загрязнение поверхностных вод и донных отложений тяжелыми металлами, пестицидами и 3,4 - бенз(а)пиреном приведены в табл. 3-9 и 3-10. Полученные диапазоны концентраций также объясняются видами и интенсивностью антропогенной деятельности, а кроме того, характером и составом горных пород в районах протекания рек и расположения озер и климатическими условиями этих местностей. Уровни концентраций пестицидов определяются развитием сельскохозяйственного производства.

Таблица 3 – 9

Содержание тяжелых металлов поверхностных

водах и донных отложениях в фоновых районах мира в 80-х годах

Регион	свинец	кадмий	мышьяк	ртуть
Вода рек и озер, мкг/л
Европа (без СССР)	0,07-9,0	0,05-2,0	0,02-3,6	0,01-6,5
СССР, европейская часть	0,06-7,5	0,07-1,9	0,2-6,3	0,02-0,5
СССР, азиатская часть	0,2-9,0	0,02-1,9	0,2-9,0	0,01-0,5
Северная Америка	0,5-6,2	0,01-3,5	0,08-47,5	0,01-5,0
Африка	-	0,4-0,6	-	-
Австралия	-	0,02-0,08	0,01-0,31	-
Донные отложения в реках и озерах, мкг/г
Европа (без СССР)	3-100	0,4-5,7	6-13	0,01-11
СССР, европейская часть	2-110	0,04-1,7	0,4-1	0,01-0,45
СССР, азиатская часть	18-76	0,18-2,1	3,0-11	0,01-0,02
Северная Америка	2-78	0,2-2,7	1-13	0,004-2,1
Африка	-	0,1-13	-	-
Австралия	-	-	-	0,13