авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Физико-химические характеристики аэрозолей приводного слоя атмосферы

-- [ Страница 3 ] --
Элемент Физ. Хар-ка Вид корреляции Формула R, R2* географический объект
Al V1.5/V4.9 Polyn Y=450+254x-8.5x2 0.97 Черное море
Al V4.3/V4.9 Polyn Y=453+594x-41x2 0.93 Черное море
Ni V4.3 Line Y=3925x-21 0.99 Черное море
Ni V1.4 Line Y=1610x-25 0.98 Черное море
Ni V1/V3.1 Line Y=504x-842 0,94 Черное море
Ni V4.9 Polyn Y=225-45699x+2x2 0.93 Черное море
Ni V1/V3.7 Line Y=119+18x 0,92 Черное море
Cu V1.5 Line Y=446x-43 0.97 Баренцево море
Cu V1.5 Line Y=44.5+339x 0.97 Белое море
Cu V5.5 Line Y=48.7+226x 0.95 Белое море
Cu PM5.5 Line Y=0.17x-7.4 0.94 Черное море
Cu V3.7/V4.3 Line Y=5.2+6.7x 0.87 Черное море
Zn V1.5/V3.7 Line Y=184=56x 0.99 Черное море
Zn V5.5 Line Y=4.5+252x 0.95 Белое море
Cd V1.5/V5.5 Line Y=49x-2 0.95 Черное море
Cd V1.4 Line Y=49x-2 0.95 Черное море
Cd PM1.5 Line Y=1.5x-1 0.93 Черное море
Cd V3.7/V4.3 Polyn Y=10.5-13x+4x2 0.89 Черное море
Cd V1.5 Line Y=4x-0.35 0.85 Баренцево море
Pb V5.5 Line Y=18.4x-0.3 0.99 Белое море

а) б)

Рис.2. а) Зависимость между содержанием Меди и Кадмия в морском аэрозоле (нг/м3) Баренцева моря и долей объемной концентрации частиц диаметром 1,5 мкм в 1 м3 (Vol 1,5=Vol 1.5/Voltot) Уравнение зависимости для Cu Y= 446x-43; =0.97 Уравнение зависимости для Cd Y=4x-0,35; Коэффициент корреляции = 0.85. б) Зависимость между содержанием Меди и Кадмия в морском аэрозоле (нг/м3) Баренцева моря. Уравнение зависимости для Cu и Сd Y=0,03+0,009x; =0.97

На Черном море, по данным, собранным в ходе рейса 2004 года, наиболее часто встречались корреляции между физическими характеристиками м.а. и концентрацией такого тяжелого металла как Ni. В большинстве случаев зависимость носила характер прямой, с коэффициентами от 0.99 до 0.85, встречались также графики, второго и третьего порядка. Уровни концентрации Никеля в м.а. Черного моря при определенных гидрометеорологических условиях, могут достигать значений ПДК (для воздуха жилых зон) (Рис. 3). Согласно гигиеническим нормативам РФ по ПДК ЗВ в атмосферном воздухе населенных мест (ГН 2.1.6.1338-03), ПДК для никеля составляет 1000 нг/м3 в некоторых случаях, ПДК может быть превышен. Далее по частоте встречаемости зависимостей следуют цинк и кадмий (табл.1).

а) б)

Рис. 3. a) Зависимость между содержанием никеля и кадмия в морском аэрозоле (нг/м3) Черного моря и долей объемной концентрацией частиц диаметром 4,3 мкм в 1 м3.(Vol 4,3); Уравнение зависимости ля Cd = 35x-1,6; Коэффициент корреляции =0.68; Уравнение зависимости для Ni =3925x-21; =0.99. б) Зависимость между содержанием Никеля и Кадмия в морском аэрозоле (нг/м3). Уравнение зависимости Y = 0.5x-0.61; =0.82

Аэрозоли размером 4,3 мкм относятся к частицам, попадающим в организм, минуя гортань (Отчет ВОЗ, 2001). Никель, поступающий в организм через дыхательные пути, в зависимости от концентрации и времени экспозиции может вызывать рак полостей горла, носа, легких. Взаимные корреляции с частицами диаметром 4,3 мкм найдены также для Меди и Кадмия. Таким образом, ситуация отраженная на графике наглядно демонстрирует, что при определенных гидрометеорологических условиях аэрозоль, генерируемый ПМС, может нести угрозу для здоровья жителей побережья. Данное подтверждение иллюстрируют и более ранние исследования сотрудников ЛПГАХ ГОИН на акваториях Финского залива и на Черного моря (Сыроешкин А.В., Шокина О.И., 2002; Сыроешкин А.В., Попов П.И., 2005).

Рассматривая вместе данные о повышенном фоне концентраций ТМ и элементов, для которых найдены взаимозависимости, можно предположить, что антропогенный прессинг и сброс ТМ в морские акватории отражаются непосредственно на механизме переноса вещества в береговые ландшафты. Прибрежные города и курорты получают повышенные дозы ТМ. Другими словами, частицы, выносящие ТМ в аэрозоль включают в себя металлы, в не характерных количествах для природного круговорота в данной области.

Для акватории Южной Атлантики, исследованной в рейсе «Меридиан плюс» в 2006 и 2008 годах, по маршруту п. Монтевидео – пролив Дрейка, по концентрации ТМ в морском аэрозоле ярко выделяются две области. Это – переход вдоль побережья Аргентины от Монтевидео до Фолклендских островов, соответствующий Фолклендско-Патагонскому мелководью, лежащий в области континентального шельфа, глубина которого не превышает 200м. Гидрологический режим района характеризуется наличием смены теплых и холодных водных масс.

а) б)

Рис. 4. а) Зависимость между содержанием марганца и железа в морском аэрозоле (нг/м3) Южной части Атлантического океана (переход вдоль патагонии) и отношением долей объемных концентраций частиц диаметром 0,3 мкм и5 мкм в 1 м3 (Vol 0.3/Vol 5. Уравнение зависимости для Mn Y =3х-0,1; =0,8; Уравнение зависимости для Fe Y =302х+70; =0,83; б) Зависимость между содержанием марганца и железа в морском аэрозоле (нг/м3) Южной части Атлантического океана (переход вдоль патагонии). Уравнение зависимости Y = 95х+85; =0,96.

Этот район известен своими россыпными месторождениями монацита, повышенным биоразнообразием в области стыка с Фолклендским течением, которое исчезает при переходе к водным массам Бразильского течения (Леонтьев О.К., 1977). Следуя по маршруту вдоль побережья патагонии были найдены зависимости линейного характера для Fe и Mn (рис.4.). Данные микроэлементы имеют высокие кларки и активно включены в биологические круговороты вещества, что отражает природную ситуацию. Они являются жизненно необходимыми для большинства организмов, по этому сильно связаны с живым веществом, находящимся в данной области. Также найдены зависимости для следующих элементов: Cu, Pb, Cd. Зависимости, в основном, носят линейный характер, с коэффициентами корреляции от 0,9 до 0,6. Данная область сильно отличается от акватории пролива Дрейка. Этот пролив относится к зоне южного квазистационарного полярного гидрологического фронта, зоне подъема глубинных антарктических вод, в которой проходит граница раздела между холодными тяжелыми антарктическими водами, погружающимися здесь на глубину около 400м, и теплыми, солеными поверхностными водами, дрейфующими из района моря Беллинсгаузена (Леонтьев, 1977; Деминицкая Р.Н., 1974). Корме того, изучаемые районы резко отличаются по глубинам, в проливе Дрейка глубина достигает 3 500м, тогда как у берегов Патагонии глубины составляют около 200м.

II. Макро- и мезомасштабная изменчивость содержания тяжелых металлов в морском аэрозоле. В этом разделе дается обзор уровней концентраций ТМ в морских аэрозолях изучаемых акваторий, основанный на материалах, полученных в рейсах начиная с 2000 года. Исследования показали, что для высокоширотных районов Северного ледовитого океана характерно практически полное совпадение значений концентраций элементов, измеренных в разные годы. Наименьшими уровнями концентраций обладают Cd и Pb около 10-2нг/м3. Наибольшими концентрациями характеризуются Al, Fe, Zn порядок значений составляет 102 нг/м3. Все значения лежат в пределах от 10-2 до 102 нг/м3. Эти районы отличаются наилучшей повторяемостью значений между годами, что объясняется глобальным смешением частиц в данной области. Уровни концентраций элементов в высокоширотной области Северного ледовитого океана, представлены здесь в качестве фоновых значений. Наименьшими концентрациями характеризуются Cd, As максимальными Al, Fe, Zn. Концентрации элементов находятся в пределах значений от 10-2 до 103 нг/м3.

В южной части Атлантического океана концентрации ТМ, усредненные за период наблюдений, также характеризуются схожестью. В отличие от предыдущей ситуации здесь разница значений немного существеннее, и составляет примерно порядок для большинства элементов. Наименьшими концентрациями обладают Cd, Mn. Наибольшими – Al, Fe, Zn. Интервал значений, в пределах которого находятся концентрации, составляет от 10-1 до 103 нг/м3. В связи с активностью ветро - волнового взаимодействия в районе исследований большой вклад в образование аэрозолей вносит прямой ветровой срыв капель. Кроме того, это зона столкновения водных масс холодного Фолклендского и теплого Бразильского течений, в связи с чем, образуются зоны конвергенции. Эти процессы также отражаются на повторяемости состава морского аэрозоля, поскольку присутствуют и действуют здесь постоянно.

Уровни концентрации рассматриваемых элементов для Черного моря характеризуются крайней неоднородностью и непохожестью, что объясняется высокой освоенностью района изучения и гидрологическим режимом самого моря. Значения концентраций находятся в пределах от 102 до 105 нг/м3. В некоторых случаях концентрации таких элементов как Ni, Fe и Cr достигают величин ПДК для воздуха населенных мест (ГН 2.1.6.1338-03).

Исследования на Каспийском море охватывают северную часть акватории. Ветра северного направления, частые штормовые явления и небольшие глубины формируют на северном Каспии условия способствующие переносу морских аэрозолей в прибрежные ландшафты. Разброс значений концентраций ТМ составляет от 10 до 106 нг/м3. Данные за разные годы отличаются значительно, что связанно с изменением гидрометеорологических условий, которые влияют на интенсивность выноса аэрозольных частиц с морской поверхности. Максимальными концентрациями отличаются Cr, Mn, Ni, что не совпадает с указанными элементами для других морей. Минимальными значениями обладает Cd. Общим же для ситуации на Черном и Каспийском морях можно считать значительную амплитуду концентраций и их более высокий фон, а также заметную разницу в межгодовых содержаниях элементов в аэрозолях.

Рис.5. Сравнение содержания ТМ в морских аэрозолях южных и северных морей.

- Южная Атлантика

- высокоширотные области СЛО

- Карское море

- Балтийское море

- Азовское море

- - - Средиземное море

Сравнивая уровни концентраций средних содержаний элементов в рассмотренных морях за периоды наблюдений, можно сделать заключение о том, что по мере движения от высоких широтных областей к акваториям южных морей России концентрации элементов в составе аэрозолей возрастают. Самыми минимальными уровнями концентрации ТМ обладают аэрозоли высокоширотных областей, собранные на полярной станции «Барнео». Далее по возрастанию следуют моря Западной Арктики (Белое, Баренцево, Карское). Балтийское море (Финский залив) географически занимает промежуточное положение, уровни концентрации ТМ приближаются к значениям Черного и Каспийского моря, в большей степени, исключение составляют лишь Zn, Cd и Pb. Максимальными концентрациями элементов характеризуются аэрозоли Черного и Каспийского морей. Рассматривая концентрации таких элементов как Mn и Pb можно отметить, что в группу морей с высокими содержаниями элементов попадает Балтийское море, а по концентрации Mn еще и Белое море (см. рис. 6). Для северных морей характерно пониженное содержание свинца в составе морского аэрозоля. Это обусловлено как физико-географическими закономерностями, такими как, например, донные отложения, состав взвеси, выносимой реками в морские экосистемы, климатическими особенностями. В составе донных отложений Белого, Баренцева и Карского морей преобладающими осадочными породами являются хлорит, смектит и минералы группы иллита в составе которых Pb отсутствует. (М.А. Левитан, Ю.А. Лаврушин, 1968). В объемной воде в растворенной форме концентрация Pb незначительна. Район удален от центров промышленности, использующей свинец, как основной или побочный продукт функционирования. Наибольшими концентрациями этого элемента, по данным за изучаемый период, обладают морские аэрозоли Черного, Азовского и Средиземного морей.

а) б)

 а -Сравнение содержания марганца и свинца в аэрозолях, б- Сравнение-50

 а -Сравнение содержания марганца и свинца в аэрозолях, б- Сравнение-51

Рис.6. а -Сравнение содержания марганца и свинца в аэрозолях, б- Сравнение содержания Кадмия в аэрозолях: 1.- Южной Атлантики; 2.- Северного полюса;3.- Белого моря; 4.- Карского моря; 5.- Баренцева моря; 6.- Балтийского моря;7.- Черного моря; 8.- Азовского моря; 9.- Средиземного моря;

Присутствие марганца в морских аэрозолях непосредственно связано с функционированием живого вещества. на данной акватории. Повышенные концентрации элемента обнаруживаются также в Белом море, причем превышающие показатели по Средиземному морю. Такое содержание марганца отчасти объясняется и тем, что в зоне смешения речных и морских вод он активно коагулирует со взвешенным веществом в водной толще и не всегда выпадает в осадок, основная часть марганца в зоне смешения вод представлена геохимически подвижными формами (Демина Л.А., 1982). Взвешенное вещество, обогащает границу раздела фаз вода-воздух этим элементом, который далее, в повышенном количестве, поступает в морской аэрозоль. Концентрация кадмия в морском аэрозоле указанного ряда морей планомерно возрастает от менее освоенных территорий к более освоенным. Размах концентраций составляет 2 порядка и наименьшей характеризуется Южная Атлантика, а наибольшие значения характерны для Балтийского и Средиземного морей.

III. Наноаэрозоли и биотоксины морских аэрозолей.

Основной вклад в массоперенос по пути «поверхностный микрослой – приводный слой атмосферы» вносит аэрозоль «надмикронного» диапазона размеров. Однако субмикронный аэрозоль и наноаэрозоль является основным фактором, влияющим на климатические характеристики. Наноаэрозоль (размеры - менее 200 нм) – основная транспортная форма морских биотоксинов, ставших угрозой здоровью человека при деградации прибрежных морских экосистем, как было показано при реализации программы США «Marine biotoxines», созданной в США для защиты населения прибрежных зон Мексиканского залива.

Наночастицы, содержащиеся в природных водах и приземном (приводном) слое атмосферы, генерируется по следующим основным механизмам: 1) Процессы диспергирования минералов (выветривания) при взаимодействии с атмосферой и водой. 2) Генерации аэрозолей водной поверхностью при ветро-волновом взаимодействии, а также иных видах механохимического возмущения поверхностного микрослоя (разрушения пузырьков, насыщение поверхностного микрослоя взвешенными частицами, явления электротермодифузии при колмогоровской диссипации кинетической энергии). 3) Биогенные пути, связанные с выделением живыми организмами продуктов метаболизма, субклеточных структур, специальных секреторных выделений. Значительная часть биогенных наночастиц представляют собою субклеточные структуры, полученные при гибели одноклеточных организмов (бактерии, микроводоросли, простейшие) и отмирании тканей многоклеточных организмов: от белков и липопротеидных комплексов до обломков полимеров клеточных стенок. Отдельной фракцией наночастиц являются нуклеопротеидные комплексы – в основном непатогенные для человека и животных вирусы – наименее изученный объект в природных водах. 4) Химические процессы формирования наночастиц связаны с хорошо известными механизмами образования коллоидных систем, которые в природных средах часто сопряжены с окислительными процессами и требуют – ядер конденсации, затравок при полимеризации или иных неоднородностей в условно гомогенном элементе объема среды.. Водные наноаэрозоли зарождаются при ионизации молекул газовой составляющей атмосферы. формирование коллоидных частиц в водных растворах наиболее часто сопряжено c уже имеющимися нанострукутрами, сформированными по пути 1-3. 5) Техногенные наночастицы начали активно поступать в водную среду и атмосферу после нанотехнологической революции на рубеже нашего века. Так загрязнение водной среды и воздуха углеродными наночастицами уже является одним из новых вызовов экологической безопасности.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.