Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование загрязнения и оценка состояния окружающей природной среды высокогорий Прибайкалья

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Исследование загрязнения и оценка состояния окружающей природной среды высокогорий Прибайкалья"

ИНСТИТУТ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА И ЭКОЛОГИИ ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

5 Г Б ОД

На правах рукописи

3 Й OUT 1095

ПОЛИТОВ Сергей Вячеславович

УДК 504.064.36+504.3.054+504.4.054+504.53+504.732

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ВЫСОКОГОРИЙ ПРИБАЙКАЛЬЯ

11.00.11 — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва — 1995

Работа выполнена в Институте глобального климата и экологии Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Российской академии наук

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

ЮЛ. Анохин

Официальные оппоненты: доктор географических наук

Г.М. Черногаева кандидат географических наук И.А. Авессаломова

Ведущая организация: НПО "Тайфун" Институт экспериментальной метеорологии Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среди

Зашита состоятся " у^-*2^/ 199^ « ^

г. а __час.

на заседании Специализированного совета К. 003.36.01 по специальности 11.00.11 - "Охрана окружающей среды н рациональное использование природных ресурсов" б Институте глобального климата и экологии по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, д. 20-Б.

С диссертацией можно ознакомится п библиотеке Института глобального климата и экологии.

Ваш отзыв в' 2-х экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, д. 20-Б, Спецсовет

игкэ.

Автореферат разослан " " 19^/Г

Ученый секретарь

Специализированного совета к-Г.-м.н. Т-Г. Орлова

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Озеро Байкал - уникальное природное образование, в котором сосредоточено более 80% поверхностных пресных вод России. Приходная часть водного баланса озера более чем на 80% состоит из притока воды с реками (Атлас "Байкал", 1993). Поэтому огромное значение для сохранения уникальной экосистемы Байкала имеет состояние природной среды его водосбора. Одним из наиболее распространенных типов ландшафта в горах Прибайкалья (со всех сторон окружающих озеро) является высокогорный тип ландшафта. Высокогорья, как правило, являются наиболее уязвимым звеном в цепи геосистем всех высотных уровней. Большинство истоков рек бассейна озера лежат в высокогорьях, там же выпадает наибольшее количество осадков (Атлас "Байкал", 1993), что, наряду со значительной площадью, занимаемой ими в горах Прибайкалья (20-50%), придает этому типу ландшафта громадное водоохранное значение. Между тем, до начала нашего исследования уровень и характер загрязнения высокогорий оставался практически неизученным. Все эти обстоятельства сделали актуальным наше исследование.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является определение характера и степени загрязнения окружающей природной среды высокогорий Прибайкалья и последующая оценка ее состояния.

В задачи исследования входило:

1. Характеристика особенностей природы высокогорий Прибайкалья и оценка источников их загрязнения

2. Определение атмосферных выпадений серы, азота, твердых частиц, металлов, пестицидов и радионуклидов в различных природных комплексах высокогорий Прибайкалья и пространственный анализ этого явления

3. Определение современного уровня загрязнения атмосферных осадков, поверхностных вод, почв и растительности этими веществами

4. Получение количественных характеристик влияния источников загрязнения атмосферы различного удаления и мощности на высокогорья Прибайкалья

5. Оценка влияния атмосферных выпадений на природные комплексы высокогорий

6. Выявление долговременных тенденций в загрязнении высокогорий и определение факторов их обуславливающих

Данная работа проводилась в рамках программы мониторинга состояния окружающей природной среды бассейна озера Байкал. Поэтому концепция и общая методология регионального мониторинга бассейна озера Байкал (Мониторинг состояния озера Байкал, 1991) послужили методической базой данного исследования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Впервые для наиболее труднодоступной части гор Прибайкалья площадью 24000 км2 произведена комплексная оценка загрязнения природной среды. Это необходимая часть комплексной оценки состояния природы России. Определена роль локальных, региональных и глобачьных источников загрязнения атмосферы в этом процессе. Впервые для подобного рода исследований в горных районах бассейна Байкала это сделано на эспериментальном материале. Впервые нами обнаружены трассеры влияния региональной промышленности на загрязнение атмосферных осадков бассейна Байкала - микрочастицы золы. Впервые, для различных ландшафтных условий высокогорий Прибайкалья преимущественно экспериментальном путем получены значения атмосферных выпадений на снег различных загрязняющих веществ. Эти данные углубляют наши представления об особенностях выведения примеси из атмосферы в горных условиях и могут быть распространены на соответствующие природные аналоги. Впервые выявлены основные тенденции в загрязнении фоновых районов горного Прибайкалья и определены обуславливающие их факторы. Для этого использовался новый для подобных исследований в России метод -определение микрочастиц сажи в донных осадках горных озер.

Данные о характере влияния источников загрязнения атмосферы на высокогорья и результаты оценки экологической значимости атмосферных выпадений загрязняющих веществ представляют ценность для определения приоритетов в природоохранных мероприятиях. Использование результатов работы позволит с меньшими материальными затратами решать задачи контроля состояния природы региона.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ ГЛЕЛУ10ШИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. От 30 до 50% поступающих в высокогорья Южного Прибайкалья твердых частиц, азота, сульфатов И ряда металлов обусловлено влиянием Иркугско-Черемховской промышленной зоны, что составляет 0,3-2% от совокупного выброса этих веществ в атмосферу ее предприятиями.

Поступление этих веществ в высокогорья Северного Прибайкалья связано преимущественно с дальним переносом и действием природных источников. Трассером влияння промзоны на бассейн озера являются микрочастицы золы, выделяющиеся характерной формой и элементным составом.

2. Глобальное загрязнение атмосферы является существенным фактором, влияющим на загрязнение высокогорий Прибайкалья. Им определяется содержание радиоактивного цезия и ДДТ в природных объектах высокогорного Прибайкалья. Доля чернобыльского Се-137 в его общем содержании в объектах природной среды высокогорий Прибайкалья составила на 1990г. 13-34%, а выпадение - сотые доли процента от его поступления в атмосферу в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

3. Альпийский рельеф и удаление от озера Байкал влияют на химизм осадков и атмосферные выпадения загрязняющих веществ в высокогорьях Южного Прибайкалья. Нагрузка на высокогорья Прибайкалья находится в зависимости от ландшафтных условий и географического положения: наибольшее количество загрязняющих веществ получают ближайшие к озеру альпийские луга хребта Хамар-Дабан, наименьшее - горные тундры и скальные высокогорья Северного Прибайкалья; различия доходят до 35 раз за зиму и 7 раз за год.

4. С начала 20-го столетия в высокогорьях Прибайкалья отмечается увеличение поступления из атмосферы РЬ и Тп. Рост выпадений, составивший к 1991г. 2-4 раза, является следствием промышленного развития региона и глобального загрязнения атмосферы. Влияние региональной промышленности на поступление загрязняющих веществ в высокогорья Прибайкалья устойчиво фиксируется с 50-х годов 20-го столетия и характеризуется поступательным ростом. Индикатором этого процесса являются частицы сажи в донных осадках высокогорных озер.

5. Современное поступление загрязняющих веществ в ландшафты высокогорий Прибайкалья и их содержание в объектах природной среды находится на фоновом уровне.

ЛИЧНЫЙ В КЛАЛ. Нами осуществлен сбор экспериментального материала в 1988-1993гт. в период зимних и летних экспедиционных работ и подготовка его к анализу, проведены обработка и последующий анализ полученных результатов. Нами во время стажировки в Великобритании в 1994г. в лабораториях университетов Лондона и Ольстера выполнены определения

тяжелых металлов в торфе, микрочастиц сажи в донных осадках и микрочастиц золы в снеге, проведено исследование их элементного состава. Нами получены значения выпадений загрязняющих веществ в различных высокогорных ландшафтах и оценено их экологическое значение. Проанализирована пространственная структура высокогорных ландшафтов. Нами получены количественные характеристики влияния источников атмосферного загрязнения различного удаления и мощности на высокогорья Прибайкалья и определены долговременные тенденции в этом процессе.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Работа выполнялась в Институте глобального климата и экологии п рамках тем НИР и ОКР Росгидромета (темы V.28.08, 1.4.5.2) в период с 1988 по 1995гг. включительно. Результаты исследований были представлены в соответствующих отчетах и направлены в Росгидромет и РАН. Основные результаты работы докладывались в 1989-1995гг. на 4 всесоюзных и 2 международных совещаниях, 2 международных симпозиумах И на семинаре в университете Лондона.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка Использованной литературы. Общий объем - 152 страницы, включая 13 рисунков, 27 таблиц. При написании работы было использовано 143 литературных источника, из mix 50 - иностранных.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение загрязнения окружающей среды в регионе озера Байкал проводятся в рамках системы Комплексного мониторинга состояния озера Байкал и его бассейна. Высокогорья Прибайкалья не были охвачены постоянной системой наблюдений (Мониторинг состояния озера Байкал, 1991).

Между тем, данные наблюдений в предгорьях нельзя распространять на высокогорья: химический состав атмосферных осадков и выпадения загрязняющих веществ (ЗВ) на них сильно отличаются от таковых в нижележащих ландшафтах (Fowler et al., 1988; Weathers et al., 1988). Исследования, проведенные в Альпах (Rotiseaux, Dellmas, 1988), горах Гавайского архипелага (Pairington, Zoller, 1984), Японии (Higuchi et al., 1988) показали, что высокогорья в наибольшей степени из всех горных ландшафтов подвержены шшянию дальнего переноса ЗВ.

Поэтому данное исследование пошло составной частью в программу регионального мониторинга, а методология и практика регионального мониторинга послужили основой для его проведения.

Для оценки поступления ЗВ в высокогорья нспользопался традиционный для практики Росгидромета метод снегосьемки (Василенко, Назаров, Фридман, 1985; Израэль и др., 1985). Валовые пробы снежных выпалепий отбирались в высокогорьях Прибайкалья на абсолютных высотах 1500-2400 м во время экспедиционных работ 1989-1991 гг. (рис. 1). Снег отбирался в конце марта с поверхности каровых озер (местности с максимально благоприятными условиями для снегонакопления) и плосковсршинных гольцов; измерялась высота и плотность снега. Были учтены протяженность хребтов, ширина высокогорной зоны и удаление от источников атмосферного загрязнения. Для оценки влияния выпадений ЗВ на состояние высокогорных геосистем в 1988- 1993гг. на ключевых участках (рис. 1) отбирались пробы почв, растительности (хвоя кедрового стланика и тундровые лишайники), поверхностных вод, донных осадков каровых озер и торфа верховых болот. Пробы анализировались па содержание в них основных ионов (вода и снег), металлов и пестицидов. Микрочастицы твердой взвеси в снеге изучались автором при помощи современного электронного сканирующего микроскопа с микрозондом марки Jeol 733 Superprobe производства Японии.

Колонки донных осадков и торфов использовались для определения многолетних тенденций в загрязнении высокогорий - метод, опробированный многими исследователями (Davies et. al., 1982; Battarbee et.al, 1988; Cole et al., 1990). В донных осадках определялись сферические углеродные частицы (сажа) по методике (Rose, 1990) и металлы, в торфах только металлы. Слои донных осадков датировались при помощи изотопа РЬ-210.

Влияние дальнего переноса на высокогорья изучалось с помощью Cs-134, продукта аварии на Чернобыльской АЭС. Для этого автором совместно с сотрудниками НПО "Тайфун" (Обнинск) в 1990 г. были отобраны пробы почв и вод высокогорных озер с ключевых участков 3 и б (рис. 1).

Определения металлов, пестицидов и изотопов цезия проводились в НПО "Тайфун", гидрохимические анализы в ГМО г. Байкальска. Анализы донных

Рис. 1

Расположение точек отбора проб снега и ключевых участков летних наблюдений в высокогорьях Прибайкалья • - точки отбора проб снега и ключевые участки 1-6 - номера участков Горные хребты:

I -Хамар-Дабан

II - Малый Хамар-Дабан III- Приморский

IV - Баргузииский

V - Байкальский Масштаб ! : 6000000

(в I см 60 км)

\ . .

Северобайкальск

1ЯМХОВО

Свирск Усольет^иб^ИСо4^

Ангаре^ J / Д1^пехои<Р

лан-Удэ

¿¡июозерск

осадков, торфов и микрочастиц были выполнены в Великобритании в лабораториях университетов Лондона, Ольстера и Ливерпуля.

Для оценки влияния источников атмосферного загрязнения на высокогорья использовалось балансовое соотношение "выброс-выпадение".

Оценка антропогенного воздействия на состояние экосистем требует сравнения современных уровней поступления ЗВ с критическими параметрами (Израэль, 1984). В отношении выпадений серы и азота мы применили наиболее распространенный в настоящее время для этих веществ метод критических нагрузок (Sverdrup et al., 1990; Critical loads for nitrogen, 1992; Battarbee et al., 1993). Для пестицидов и металлов значения критических нагрузок на количественном уровне не разработаны. Для оценки экологической значимости их выпадений мы рассмотрели баланс этих веществ в природных комплексах высокогорий.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРИРОДЫ ВЫСОКОГОРИЙ И ИСТОЧНИКИ ИХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ Высокогорья (в Сибири их называют гольцы) занимают верхние участки гор, выше верхней границы леса: обычно выше 1500 м в Прибайкалье. Для них характерно: средняя температура' июля ниже 10-12 °С, короткий, менее 3-3,5 месяцев, бесснежный период, своеобразные рельеф и растительность.

По комплексу признаков среди ландшафтов высокогорного типа нами выделено 5 подтипов: 1) скальный с разреженным растительным покровом, 2) горно-тундровый, 3) горно-луговой, 4) заросли кедрового стланика и 5) ерники (заросли кустарниковых видов березы, ольхи и ивы). Основным источником для выделения подтипов послужила типизация таксонов на карте ландшафтов юга Восточной Сибири (общая ред. Сочавы, авт. Михеев, Ряшин, 1976). Подтипы подробно характеризуются в диссертации, анализируются особенности их распространения по территории региона. Для характеристики подтипов использовались данные, полученные автором во время экспедиционных работ 1988-1993гг. Были подсчитаны площади подтипов высокогорий (ошибка <10%). Основные результаты этой работы представлены в таблице 1. Высокогорья Южного Прибайкалья (Хамар-Дабан) отличаются от высокогорий Северного как по пространственной структуре ландшафтов (таблица 1), так и по ориентации и удалению от источников загрязнения атмосферы.

Атмосферному переносу принадлежит решающая роль в загрязнении высокогорий Прибайкалья. Воздушные массы с западной составляющей переноса имеют определяющие воздействия на высокогорья региона (Лут и др., 1977; Атлас "Байкал", 1993). Основным механизмом переноса ЗВ на гольцы служат западные циклоны: они проходят над большинством промышленных районов Сибири и приносят наибольшее количество осадков. Влажный способ выведения ЗВ из атмосферы является основным и фоновых районах с большим количеством осадков.

Таблица 1.

Площади, занимаемые подтипами высокогорий Прибайкалья:

а - площадь в км2, б - процент от общей площади высокогорий хребта

Горный хребет Скалы Луга Тундры Заросли Ерники

стланика

Хамар-Дабан а 462 836 2948 245 836

б 9 16 55 5 16

Байкальский а 1464 221 2742 2866 305

б 18 2 39 37 4

Баргузинский а 2947 600 5204 1507

б 27 5 47 13 8

Наибольшее значение для загрязнения высокогорий Прибайкалья имеют предприятия Иркутско-Черемховской промышленной зоны (рис. 1), удаленные на расстояние до 300 км к западу от Байкала. В структуре суммарного выброса промышленностью этой зоны по данным на 1990г. преобладают пыль (208000 т/год), БОч (184000 т/год), 1ЧОх (47000 т/год), легкие органические соединения и углеводороды (108000 т/год). Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят электростанции, работающие на углях (более 100000 т/год золы), предприятия химии (гг. Ангарск, Усолье-Сибирское и Зима), производство аллюминия (г. Шелехов).

Высокогорья ближайших к Байкалу хребтов находятся вне сферы влияния источников загрязнения атмосферы, расположенных к востоку от Байкала. Это объясняется как меньшей мощностью источников (от 4-7 до 50 и более раз), так И неблагоприятной для переноса На высокогорья розой ветров (Лут, 1984; Атлас "Байкал", 1993).

3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ВЫСОКОГОРИЙ ПРИБАЙКАЛЬЯ Атмосферные осадки в виде снега в гольцах Прибайкалья наблюдаются не менее 8-9 месяцев я году. Поэтому изучению загрязнения снега в настоящем исследовании придается большое значение. Масть результатов этого исследования представлена в таблице 2.

Таблица 2

Содержание ЗВ в снежном покрове высокогорий Прибайкалья поданным 1989-1991гг. (средние значения и средние кпадратические отклонения от них); а - труднорастпоримая форма металлов; б - растворимая;

ТВЧ - твердые взвешенные частицы

Вещество, Хамар-Дабан Баргузинский и

показатель Байкальский хребты

Количество проб 21 29

ТВЧ, мг/л 2,8+0,9 1,4+0,4

рН 5,3+0,5 4,910,3

5042-, мг/л 2,0±0,5 1,4+0,3

С1-, мг/л 0,5+0,1 0,410,1

N03", мг/л 0,21±0,07 0,14+0,04

Са2+, мг/л 0,810,3 0,510,2

мг/л 0,15+0,05 0,110,05

N144+, мг/л 0,1210,06 0,0710,04

Количество проб 8 6

РЬ, а мкг/л 0,30+0,10 0,2010,07

б мкг/л 0,03+0,01 0,04+0,02

гп, а мкг/л 1,0+0,8 0,610,2

б мкг/л 1,0±0,8 1,310,7

Си, а мкг/л 0,21±0,10 0,1210,05

б мкг/л 0,37±0,18 0,75+0,23

N1, а мкг/л 0,14±0,10 0,1010,05

б мкг/л • 0,4210,14 0,28±0,10

Ре, а мкг/л 54,б±21,7 41,8115,0

б мкг/л 12,515,0 8,313,4

Мп, а мкг/л 0,64£0,23 0,4010,20

б мкг/л 1,4±0,4 1,110,4

Количество проб 8 10

дат, нг/л 6±2 9±3

гхцг, нг/л 6±2 4±2

Для определения выпадений ЗВ в различных высокогорных ландшафтах Прибайкалья (табл. 3) использовались следующие соотношения:

Ошд = Оси + Ос + Ов, где (1)

1 ' С'Т

Оси = --(2)

I

(}„ = X • С2 , где (3)

О год - Выпадение ЗВ за год, г/м2. Оси - Выпадение ЗВ в зимнее время, г/м2. Ос и Он, - Сухое и влажное выпадения ЗВ в теплое время года (3-3,5 месяца), г/м2. с} - Влагозапас в снеге конкретного подтипа ландшафта на момент отбора пробы, л/м2. X - Количество дождевых осадков, л/м2 год. С! и С2 - Содержание ЗВ в талой снеговой воде и дождях, г/л. I - Время от момента установления снежного покрова до момента отбора пробы снега, месяцы; Т - Время, за которое определяется выпадение из атмосферы, месяцы.

Таблица 3

Выпадения из атмосферы ЗВ за 6 зимних месяцев (а) и за год (б) в высокогорьях Хамар-Дабана (1), Баргузинского и Байкальского хребтов (2); средние значения поданным 1989-1991 гг.

Вещество Луга Тундры Скалы Стланик Ерник

1 2 1 2 1 2 1 1

ТВЧ а 1.4 0,6 0,14 0,07 0,08 0,04 0,4 1,1

г/м2 б 2,8 М 1,0 0.4 0,9 0,4 1,4 2,4

Б 0,3 0,2 0,03 0,02 0,02 0,01 0,1 0,3

Г/м2 0,9 0,5 0,5 0,3 0,5 0,3 0,6 0,8

N 0,07 0,03 0,008 0,004 0,005 0,002 0,02 0,06

г/м2 0.2 0,1 0,1 0.04 0,1 0,04 0,1 0,2

Н+ 2,5 5,2 0,3 0,5 0,2 0,3 0,8 2,0

мг/м2 <5 <10 <3 <6 <3 <6 <4 <5

РЬ 0,2 0,1 0,02 0,01 0,01 0,007 0,05 0,1

мг/м2 0,3 0,2 0,1 0.07 0,09 0,06 0,2 0,3

1п 1,0 0,8 0,1 0,1 0,1 0,1 0,3 0,8

мг/м2 2,0 1,6 0,7 0,6 0,7 0,6 1,0 1,7

Си 0,3 0,3. 0,03 0,04 0,02 0,03 0,1 0,2

мг/м2 0,6 0,7 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,5

N1 0,3 0,2 0,03 0,02 0,02 0,01 0,1 0,2

мг/м2 0,6 0,3 0,2 0,1 0,2 0,1 0,3 0,5

ДДТ 3,0 3,6 0,3 0,5 0,2 0,3 0,9 2,4

мкг/м2 9,6 9,3 5,8 4,6 5,7 4,4 6,7 8,8

ГХЦГ 3,0 1,6 0,3 0,2 0,2 0,1 0,9 2,4

мкг/м2 5,2 3,1 1,4 1,0 1,2 0,9 2,2 4,3

Экспериментальным путем получены значения пыпадений па снег за 6 месяцев (табл. 3). При оценке выпадений за год зимние выпадения принимались равномерными за весь срок 8,5-9 месяцев.

Вследствие ветрового переноса снега значения выпадений ниже полного потока ЗВ из атмосферы. Наиболее близки к полному потоку выпадения ЗВ в местностях каров, где условия снегонакопления наиболее благоприятны. Выпадения ЗВ в летнее время рассчитывались с использованием данных наблюдений на станции мониторинга атмосферных осадков Хамар-Дабан и станции комплексного фонового мониторинга (С1СФМ) в Баргузинском заповеднике.

Объем нагрузки на высокогорья находится в зависимости от ландшафтных условий: наибольшее количество ЗВ получают альпийские луга, наименьшее -горные тундры и скалы. Различил достигают 10-18 раз за зиму (за счет различий в снегонакоплении) и 2-4 раз за год (табл. 3).

В высокогорьях альпийского типа хребта Хамар-Дабан с удалением от озера Байкал наблюдается снижение более чем в 2 раза содержания в снеге и до 5 раз выпадений из атмосферы ТВЧ, сульфатной серы и нитратного азота (табл. 4). По-видимому, это связано с интенсивным выведением ЗВ из атмосферы в условиях сильно пересеченного рельефа.

Таблица 4.

Изменение содержания в снеге ЗВ и их потоков из атмосферы за б зимних

месяцев в альпийских высокогорьях Хамар-Дабана с удалением от озера Байкал по данным 1989-1991 гг. (средние значения и средние квадратические отклонения от них)

Расстояние км Концентрация, мг/л Выпадение, г/м2

ТВЧ 5042- N0,- ТВЧ З-БОд2" N-N03"

10 4,0±0,7 2,0±0,3 0,28±0,02 2,0±0,4 0,33±0,07 0,03±0,003

21,5 2,6±0,5 1,9±0,2 0,23±0,03 ],0±0,1 0,26±0,02 0,02±0,002

27,5 1,5±0,4 1,7+0,2 0,13±0,04 0,4±0,1 0,17±0,04 0,008±0,002

В Южном Прибайкалье в 1,3-2,5 раза выше, чем в Северном, содержание в снеге и выпадения из атмосферы веществ, имеющих региональный источник происхождения - ТВЧ, основные ионы и металлы (преимущественно в труднорастворимой форме), ГХЦГ. На юге кислотность талой снеговой воды, за счет пылевых выбросов промзоны, ниже, чем на севере. Выпадения ДЦТ (вещество глобального происхождения в высокогорьях Прибайкалья) близки по значениям на севере и юге.

Содержание ЗВ в снеге и их выпадения из атмосферы находятся на фоновом уровне (Briat, 1978; Galloway е! al., 1982; Davies ei al., 1988; Delmas et al., 1988; Gregor, Glimmer, 1989; Acid deposition in the United Kingdom 19861988, 1990; Ровинский и др., 1990; Обзор фонового состояния ..., 1989-1993).

Данные по загрязнению вод озер, почв и растительности высокогорий приводятся в соответствущих подразделах 3 главы диссертации. В Автореферате обсуждаются лишь основные результаты исследований.

Для вод высокогорных озер характерна крайне низкая минерализация (менее 17 мг/л). Показатель pH в среднем 6,5, что говорит об отсутствии кислотных выпадений в летнее время. Однако, осенью после снегопада pH снижается в среднем на единицу. В водах каровых озер, зависящих от питания снежниками, преобладают ионы S042~, Са2+ и НСО3-, что ближе к талой снеговой воде. В водах иных озер доминирует НСО3- ион. Концентрации ионов незначительно выше, чем в талой снеговой воде, азота же существенно ниже. Тесная связь иона Са2+ с ионами SO42' и С1" (коэффициент корреляции Пирсона 0,6 при доверительной вероятности Р>0,95) объясняет отсутствие закисления вод озер при увеличении содержания анионов. Это же обстоятельство, по-видимому, указывает на существование общего источника для анионов и катионов.

Для вод озер, качество которых напрямую связано с химизмом атмосферных осадков, характерна большая временная и пространственная изменчивость содержания в них Pb, Zn, Си, Ni, Mn, Cr, ДДТ и ГХЦГ. Тесная связь вод озер с атмосферными выпадениями делает возможным их использование для индикации химического состава последних.

Вариации d содержании Pb, Zn, Си, Ni, Mn и Fe в почвах высокогорий обусловлены различиями в почвообразуюших породах; связи с атмосферными выпадениями металлов обнаружено не было.

Вероятность концентрирования Pb, Zn, Си и Ni в усохшей хвое кедрового стланика по отношению к зеленой не превышает 50% от числа обследованных высокогорных местностей (N=6). Связи содержания металлов в хвое с уровнем их поступления из атмосферы не прослеживается. Все это не позволяет сделать вывод о связи массового усыхания стланика с уровнем поступления микроэлементов из атмосферы.

Максимальные концентрации Pb (8,5 мкг/г), Ni (2,2 мкг/г) и Си (3,5 мкг/г) в лишайниках, в 1,6-3,5 раза выше средних значений для остальной

территории Хамар-Дабана, наблюдаются на ключевом участке I (рис. 1), совпадая с наибольшими выпадениями из атмосферы. Тундровые лишайники аккумулируют преимущественно летние выпадения. Следовательно, в летнее время высокогорья передовых хребтов Хамар-Дабана так же, как и зимой, получают максимальное количество ЗВ. Тундровые -лишайники интенсивно накапливают ДДТ (содержание в них ДДТ=11 нг/г): концентрирование по отношению к почвам составляет 2 раза, к атмосферный осадкам - 1800-3700 раз. Последнее обстоятельство делает возможным их использование п регионе для мониторинга атмосферных выпадений.

Содержание металлов и пестицидов в компонентах природной среды гольцов Прибайкалья находится на фоновом для Северного полушария уровне (Кабата-Пендилс, Пендиас, 1987; Петрухин и др., 1989; Ровннский и др., 1991; Афанасьев и др., 1991; Обзор фонового состояния..., 1989-1993).

4. ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ ВЫСОКОГОРИЙ

Для оценки вклада источников загрязнения атмосферы в загрязнение высокогорий использовалось балансовое соотношение "выброс-выпадение".

(},= Е 2 СЗ'ет • , где (4)

к=1 1

<5, = выпадение /'-го ЗВ на высокогорья Прибайкалья

— средняя плотность выпадешш 1-го ЗВ в т-м подтипе высокогорий (табл. 3); З^к — площадь т-го подтипа высокогорий к-го горного хребта (табл. 1), / = количество хребтов, п =число подтипов высокогорий.

Различие от 27 до 50% в содержании в атмосферных осадках высокогорий севера и юга ТВЧ, серы, нитратного азота и свинца и их. выпадений обусловлено влиянием выбросов Иркутско-Черемховской промзоны.

Используя уравнение (4) и объем выбросов этих веществ предприятиями промзоны, можно получить, что 0,3-1,9% атмосферного выброса пыли, БОг, N0* и свинца выпадает в гольцах Хамар-Дабана.

Влияние дальнего переноса на высокогорья Прибайкалья изучалось при помощи трассера Се-134, присутствующего преимущественно в продуктах аварии на Чернобыльской АЗС. В результате исследования, проведенного в 1990г., было определено, что уровни содержания Сз-137 и Сб-134 в окружающей природной среде высокогорий могут считаться фоновыми: плотность загряз нения территории С$-137 составила в среднем 100-127

мКи/км2, Cs-134 - 6,6-10,2 мКи/км2; воды озер Cs-137 - 16,5-56,0 пКи/м3 и Cs-134 - 2,2 - 4,4 пКл/м3 (в пересчете на 1 мая 1986г.).

Отношение Cs-137/Cs-134 в продуктах аварии примерно равно 2 (Информация об аварии на Чернобыльской АЭС..., 1986). Использование этого факта позволило установить, что 13-16% Cs-137 в почвах высокогорий и 23-34% в воде озер имеют чернобыльское происхождение. Сравнение с данными обследования низкогорий Прибайкалья 1987г. (Ветров и др., 1991) показало, что наибольшему воздействию аварии подверглись высокогорья барьерные к западному переносу: плотность загрязнения их территории продуктами аварии в 2-7 раз выше, чем низкогорий.

Выброс Cs-134 во время аварии составил 500 кКи (Информация об аварии на Чернобыльской АЭС..., 1986). Учитывая это и общее выпадение на высокогорья ближайшего горного обрамления Байкала, вычисленное при помощи уравнения (4), получим долю чернобыльского выброса, выпавшего на высокогорья за период 1986-1990гг., равную 0,05%.

Влияние локальных источников загрязнения атмосферы (удаление до 100 км от высокогорий, рис. 1) на высокогорья изучалось на примере самого мощного из них - Байкальского ЦБК. Исследование загрязнения снежного покрова, проведенное в 1989-1991гг. в его окрестностях, показало, что его влияние распространяется только до верхнегорной тайги.

Большое значение для оценки состояния природных комплексов имеет определение экологической значимости выпадений ЗВ путем сравнения с критическими значениями (Израэль, 1984). Выпадения соединений серы, как правило, оценивают с точки зрения их влияния на закисление поверхностных вод и почв. В нашем случае для оценки критических нагрузок по сере на озера мы использовали эмпирическое соотношение Ca/S=94 (где Са в мкг-экв./л воды озера, a S - годовое выпадение в кг-экв./га), которое отделяет закисленные водоемы от нсзакисленных (Battarbee et al., 1993). Соотношение получено на основе анализа сообществ диатомовых водорослей, чутко реагирующих на изменение кислотности среды, в донных осадках горных озер Великобритании. Модель широко применяется для определения критических нагрузок (Critical loads of acidity in U.K., 1993). Преимущества этой модели в нашем случае над остальными (Sverdrup et al., 1990; Henricksen et al., 1992) обсуждаются во 2 разделе 4 главы.

В результате получено, что критическая нагрузка серы для наиболее чувствительных к закислеиию каровых на гранитном основании озер Хамар-Дабана в среднем равна 1,4 r/м2 п год, что в 1,6 раза выше фактической. Для достижения критической нагрузки антропогенная составляющая должна возрасти в 2,8 раза. Учитывая ее прямую зависимость от выбросов Иркутско-Черемховской промзоны, получим значение предельно допустимого выброса SOj для ее предприятий в 2,8 раза выше уровня 1990г.

Значения годового выпадения азота в высокогорьях Прибайкалья в 5-15 раз ниже критических значений, принятых для экосистем аналогов (Critical loads for nitrogen, 1992).

Для металлов не существует алгоритма расчета критических нагрузок. ДДТ запрещен к применению в России, но устойчиво определяется в атмосферных ссадках региона Байкала (Ровинский и др., 1990; Мониторинг состояния озера Байкал, 1991). И металлы, и ДДТ способны накапливаться в компонентах геосистем. Поэтому для оценки влияния их выпадений на высокогорья мы рассчитали годовую аккумуляцию в геосистеме А (мкг/м2) для случая максимальных выпадений:

А = Оат. - QCM . где (5)

QaT. - годовое выпадение ЗВ из атмосферы, мкг/м2 Qcm - годовой смыз ЗВ плюс разложение для ДДТ, мкг/м2 Расчеты показали, что аккумуляция ДДТ в геосистеме на 1991г. равна 2 мкг/(м2-год). Для достижения принятого значения ПДК ДДТ в почвах 0,1 мг/кг, при нынешнем темпе его аккумуляции, потребуется более 4500 лет.

Металлов же выносится из геосистемы больше! чем поступает в нее из атмосферы. Время удвоения запаса металлов в почвах без учета тзыноса из геосистемы составило бы от 2300 до 6700 лет.

Использованные Зфптические параметры ¡я методы их расчета необходимо уточнять с учетом уникальности ¡геосистем 'бассейна Байкала и их природных условий. Но уже сейчас можно 'Отметить, 'что 'серьезную опасность для высокогорий Прибайкалья может представлять увеличение региональных выбросов S02.

Многолетние тенденции в загрязнении ¡высокогорий 'исследовались с помощью донных осадков каровых озер •с атмосферным питанием (ключевые участки 1 н 4 рис. 1) и высокогорных торфяников (ключевой участок 3). Основные результаты исследования представлены на рис. 2 а-д.

Концентрация, мкг/г 150 200 250

Кошиглрацит, чзспщ/г

Концентрация, мкг/г 1 2 3 4 5 6

Концентрация, мкг/г 9 12 15 18 21

Концентрация, частиц/г 1000 2000 3000

Рис. 2 Изменение содержания металлов (а) и частиц сажи (6, д) в датированных слоях донных осадков и металлов в слоях торфяника (в, г) с глубиной

Начало. загрязнения свинцом донных осадков высокогорий датируется началом 20-го столетия (рис. 2 а). С этого времени и по 70-е годы рост содержания свинца и цинка в донных осадках наших озер, по-видимому, связан с действием двух факторов: развитием региональной промышленности и увеличением в этот период глобальной эмиссии металлов. Начало прогрессивного действия последнего фактора регистрируется в слоях Гренландского льда и донных осадках европейских озер, датируемых серединой 18, началом 19 столетия (ВанагЬее ее а1., 1988; Воиегоп ее а!., 1991).

Появление в донных осадках сферических углеродных частиц (сажа, рис. 2 б, д), преимущественно продукта неполного сгорания угля (\Vhatt, ТИоте, 1965), совпадает с бурным ростом региональной промышленности в 50-60-е годы: строительство химического комплекса в Ангарске, начало производства аллюминия и т.д., сопровождавшиеся появлением множества ТЭС в регионе (Григорьева, 1973). Дальнейшее увеличение содержания углеродных сфер в осадках связано с развитием тепловой энергетики в регионе.

С конца 60-х отмечается падение содержания свинца и цинка во льдах Гренландии, связанное с жесткими природоохранными мероприятиями в США и Западной Европе (Воиегоп, 1991). С этого момента увеличение выпадения металлов в высокогорьях Прибайкалья связано, по-видимому, с ростом по стране автомобильного парка, развитием промышленности соседних областей и дальним переносом от металлургических центров бывшего СССР. Подтверждением этому является рост в 1,4 раза концентраций свинца в воздухе на С1СФМ Баргузинский заповедник с 1983 по 1989гг. (Петрухин и др., 1991).

В верхних горизонтах торфяника (рис. 2 в, г) также отмечается рост содержания свинца (в 3 раза) и цинка (в 2,5 раза). Рост поступления металлов из атмосферы с начала столетня по 1991г., с учетом данных о загрязнении торфов, составит, по-видимому» 2-4 раза.

Наблюдаемое увеличение содержания металлов и сферических углеродных частиц й современных отложениях территорий Хамар-Дабана, удаленных друг от друга на расстояние 20-70 км, говорит о прогрессивном загрязнении всей высокогорной зоны Южного Прибайкалья.

В конце главы с учетом полученных в ходе исследования результатов даются рекомендации по совершенствованию системы мониторинга высокогорий Прибайкалья как составной части бассейна озера Байкал.

В ходе исследования нами получены следующие основные результаты

1. Высокогорный тип ландшафта в Прибайкалье представлен 5 основными подтипами: скальный, тундровый, луговой, заросли кедрового стланика и ерники, выделяющиеся комплексом природных условий, особенностями распространения по территории региона и характером загрязнения природной среды. Пространственная структура высокогорных ландшафтов Южного и Северного Прибайкалья различна: Хамар-Дабан отличается наибольшим в регионе развитием луговых и ерниковых высокогорий и значительной ролью горных тундр; на хребтах Байкальский и Баргузинский преобладают горные тундры, заросли кедрового стланика и скалы.

2. Региональные источники атмосферного загрязнения оказывают различное влияние на высокогорья Южного и Северного Прибайкалья: 30 -50% содержащихся в снеге южных гольцов сульфатной серы, нитратного азота, а также ТВЧ и связанных с ними РЬ, 2п, Ре, Мп, Си и № и их выпадений из атмосферы обусловлены влиянием выбросов Иркутско-Черемховской промышленной зоны. Это составляет 0,3-2% от совокупного выброса этих веществ предприятиями промзоны.

Поступление этих веществ в высокогорья Северного Прибайкалья связано с дальним атмосферным переносом и действием природных источников. Различия в выпадениях ЗВ в аналогичных высокогорных ландшафтах Южного ' и Северного Прибайкалья составляют от 1,3 до 2,5 раз. Вследствие влияния пылевых выбросов промышленной зоны кислотность снега высокогорий Южного Прибайкалья ниже (рИ=5,3), чем Северного (рН=4,9).

3. В Южном Прибайкалье вследствие влияния рельефа в высокогорьях альпийского типа с удалением от озера Байкал наблюдается снижение до 2,7 раз содержания в снеге и до 5 раз зимнее выпадение из атмосферы ТВЧ, сульфатной, серы и нитратного азота. Нагрузка на высокогорья находится в зависимости от ландшафтных условий и географического положения: наибольшее количество ЗВ получают альпийские луговые высокогорья передовых отрогов Хамар-Дабана, наименьшее горные тундры и скалы Северного Прибайкалья, различия достигают 35 раз за зиму и 7 раз за год.

4. 80-90% Ре и РЬ и до 50% 2п, Си, N1 и Мп, содержащихся в снеге высокогорий Прибайкалья, связано с ТВЧ диаметром более 0,4 мкм. От 10 до 50% ТВЧ, обнаруживаемых в сйеге высокогорий Южного Прибайкалья и менее 5% в снеге высокогорий Северного Прибайкалья представлены

сферическими микрочастицами золы, диаметром от 0,3-1 мкм до 20 мкм, в составе которой более 90% соединений Э] и А1; до 4% соединений Са (среднее содержание 1%), до 4% Бе (среднее содержание 0,8%), до 1% К, Ыа, Г^ и до 0,5% Си и "П. Зола - продукт деятельности тепловых станций, индикатор влияния промышленной зоны к западу от Байкала на'его бассейн.

5. Содержание в природной среде высокогорий Прибайкалья ДДТ, Се-137 и Сз-134 определяется глобальными процессами загрязнения атмосферы и находится на фоновом для Северного полушария уровне. Доля чернобыльского Ся-137 в его общем содержании в объектах природной среды высокогорий Прибайкалья составила на 1990 г. 13-34%, а выпадение достигло сотых долей процента от его поступления в атмосферу п результате аварии на Чернобыльской АЭС.

6. Антропогенный пресс на высокогорья Прибайкалья, начавшийся в начале столетия, значительно возрос за последние два десятилетия как итог промышленного развития региона и глобального загрязнения атмосферы. Показано, что трассерами этого процесса являются РЬ, 2.П (выпадения из атмосферы которых по данным изучения донных осадков высокогорных озер и торфяника выросли в 2-4 раза) и сферические углеродные частицы (сажа). Первое появление сажи в донных осадках, датируемых 50-ми годами, и последующий рост ее содержания в верхних слоях донных осадков связаны с интенсивным развитием тепловой энергетики региона.

7. Содержание загрязняющих веществ в компонентах природной ■ среды высокогорий Прибайкалья находится на фоновом для Северного полушария уровне и определяется процессами как глобального, так и регионального загрязнения атмосферы. Локальные источники загрязнения атмосферы на состояние высокогорий не оказывают влияния. Современные нагрузки на высокогорья Прибайкалья ниже критических. Серьезную опасность может представлять увеличение региональных выбросов диоксида серы.

При проведении мониторинга необходимо учитывать выявленные особенности загрязнения высокогорий и их связь с ландшафтными условиями. Наблюдения предлагается сконцентрировать в районах каровых озер и высокогорных торфяников.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы: ■ Политов С.В. Высокогорные ландшафты Забайкалья и Прибайкалья. -ВИНИТИ No 3593 от 26.01.84, Деп. от Вестника МГУ серия "География", 1984, N 5 - 18 с.

Политов С.В. Пространственные особенности поступления вещества в наземные экосистемы озера Байкал//Мониторипг и оценка состояния Байкала и Прибайкалья. - J1.: Гидрометеоиздат, 1991, с. 97-102

Кокорин А.О., Политов С.В. Поступление загрязняющих веществ из атмосферы с осадками в Южном Прибайкалье//Метеорология и гидрология, 1991, N 1, с. 48-55.

Анохин Ю.А., Куликова И.Л., Политов С.В., Сурнин В.А. Миграция и баланс микроэлементов в трофических цепях водной и наземной экосистем// Мониторинг и оценка состояния Байкала и Прибайкалья. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991, с. 120-135.

Анохин А.О., Кокорин А.О., Политов С.В., Вижин В.В., Гоголев А.З. Дисперсионный состав частиц в атмосферных осадках и речных водах Прибайкалья//Мстеорология и гидрология, 1992, N 4, с. 28-36.

Политов С.В., Сурнииа Н.Н. Загрязнение хлорорганическими соединениями атмосферных осадков и поверхностных вод Прибайкалья// Проблемы социально-экологического мониторинга. Материалы VII Байкальской школы-семинара. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993, с. 175-181.

Политов С.В., Анохин Ю.А., Никитин А.И., Бовкун Л.В. Содержание чернобыльских радиоизотопов Cs-137 и Cs-134 в объектах природной среды Прибайкалья//Проблемы социально-экологического мониторинга. Материалы VII Байкальской школы-семинара. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993, с. 143-150.

Политов С.В., Шевченко В.П., Северина О.В. Антропогенные частицы в атмосферных выпадениях района озера Байкал//Атмосферные аэрозоли. Материалы международного симпозиума по аэрозолям. Москва, март 21-25, 1994. - М.: Аэрозоль Технология, 1994, т. 1, с. 87-88.

Flower R.J., Politov S.V., Solovieva N., Rose N., Battarbee R.W., Rippey В., Appleby P.G. & Rose C.L. A palaeolimnological evaluation of the extent and impact of atmospheric contamination and recent environmental change in two remote highland lakes in SE Siberia. Final report for NERC small research grant GB9/1032. - London: Environmental Change Research Centre, Department of Geography, University College London, 1994, Research report No 9. - 53 pp.

Политов C.B., Шевченко В.П. Антропогенные частицы в снеге региона озера Байкал//Аэрозоли. Материалы международного симпозиума по аэрозолям. Москва, июль 10-14, 1995. - М.: Аэрозоль Технология, 1995, т. 1, N 2, с. 20.

Политов C.B., Роуз Н.Л. Первые результаты исследования элементного состава микрочастиц неорганической золы о атмосферных выпадениях в высокогорьях региона озера Байкал//Аэрозоли. Материалы международного симпозиума по аэрозолям. Москва, июль 10-14, 1995. - М.: Аэрозоль Технология, 1995, т. 1, N 2, с. 76.

Политов C.B. Выпадение из атмосферы металлов на снег в высокогорьях региона озера Байкал//Аэрозолн. Материалы международного симпозиума по аэрозолям. Москва, июль Ю-14, 1995. - М.: Аэрозоль Технология, т. 3', N 2 1995, с. 77-78.