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 | 3 ||

Физико-химические характеристики аэрозолей приводного слоя атмосферы

-- [ Страница 4 ] --

Кинетика рассеяния наночастиц в водной среде и атмосфере отличается от обычных (надмикронных) дисперсных систем пренебрежимо малой скоростью седиментации и наличием химических и физических процессов старения наночастиц, связанных с их укрупнением и коагуляцией. Так, в частности, большинство наночастиц, полученных при выветривании алюмосиликатов отличаются повышенной реакционной способностью, приводящей к активной сорбции органических (гуминовые кислоты, протеогликаны и другие) и неорганических веществ и нанокатализу многих оксидоредуктазных процессов. Наиболее мощными источниками наночастиц являются водная поверхность морей и водоемов суши (путь переноса наночастиц вода-воздух) и минералы при их «вымывании» подземными и поверхностными водами. Следующий по мощности источник – аридные зоны.

Необходимо подчеркнуть, что возможны сложные комбинации между перечисленными группами наночастиц. Часто адсорбированные соединения или окклюзия примесей при укрупнении наночастиц могут изменить доминирующий компонент в их химической композиции. В районах сброса сточных вод коммунального хозяйства, промышленных предприятий, горных выработок возможно формирование групп наночастиц, не относящихся к указанным группам.

Определенны приблизительные интервалы размеров природных наночастиц морских аэрозолей за счет комбинирования различных методов светорассеяния и химического анализа, что позволило снять проблему разнородности коэффициента преломления у групп наночастиц различного происхождения. Концентрация наночастиц, оцененная по данным интерферометрии Фабри-Перо, методов количественного определения аэрозолированной ДНК морского гетеротрофного бактериоплантона, пептидного анализа может составлять на открытых участках океанских акваторий - не менее 1015 м-3. В местах некоторыми ограничениями по турбулентной диффузии (например, щхеры птичьих базаров) эти значения могут быть еще выше и достигать для вирусных частиц контагиозного уровня (уровня концентрации, достаточного для заражения человека и животных).

Согласно перечисленным механизмам генерации наночастиц в природных и технологических средах и нашим данным по аэрозолю открытого океана и прибрежных зон внутренних морей их основные фракции по доминирующему химическому составу следующие:

1 группа. Алюмосиликатные и силикатные наночастицы. Алюмосиликатные наночастицы включают d-элементы в соотношениях отражающих их кларки в минерале. Тяжелые металлы, аналитически открываемые при кислотной пробоподготовке природных вод, очищенных от взвесей и суспензий являются количественными индикаторами присутствия алюмосиликатных наночастиц. Этот подход применен нашим коллективом для экспресс-обнаружения алюмосиликтаных микроэлемент-содержащих наночастиц. 1 группа наноарозолей– полидисперсна на всем интервале размеров от 10 нм и до 200 нм (приведен пример использования DLS-метода):

2 группа. Биогенные наночастицы. 2 группа может иметь несколько популяций с одномодальным распределением. Химически крайне разнородны, что отражает разнообразие биополимеров. Необходимо отметить полипетид-содержащие наночастицы и нуклеопротеидные частицы, постоянно генерируемые в местах активной биогеохимической деятельности живого вещества (лесные биоценозы, планктонные и бентосные сообщества, скопления птиц и млекопитающих, а также городские урбоэкосистемы). Ниже приведен пример пептидных наночастиц в умеренном поясе Аталнтического океана (рис. 7). По молекулярной массе пептидов можно оценить спектры размеров пептидных наночастиц.

Рис. 7. Масс-спектрометрический анализ пробы петидов из поверхностного микрослоя океана в отражательном режиме (МАЛДИ). Цифрами указаны молекулярные массы отдельных фракций (пиков).

3 группа. Неорганические наночастицы включают в основном оксиды железа и других металлов. 3 группа - полидисперсна на всем интервале размеров на интервале от 10 нм и до 200 нм. 4 группа - углеродные наночастицы естественного (в том числе и биогенного) и техногенного происхождения. 4 группа – полидисперсна на всем интервале размеров на интервале от 10 нм и до 200 нм, но при наличии значимой техногенной составляющей может иметь несколько популяций с одномодальным распределением.

IV. Применение полученных научных результатов в системе контроля качества воздуха. Одним из дополнительных, практических значений результатов, полученных в описываемых исследованиях, является разработка и апробация в тестовом режиме системы контроля качества воздуха прибрежных зон. Система позволяет отслеживать уровень аэрозольного загрязнения прибрежной атмосферы городов и курортных областей. На основе получаемых данных появляется возможность различать источники поступления аэрозольного вещества, дистанционно выявить уровни концентраций ТМ в составе аэрозолей. Поскольку имеет место линейная зависимость между химическим составом аэрозоля и его физическими характеристиками, возможно, с заданной точностью, и для данных гидрометеорологических условий, определить состав аэрозоля по характеристикам дисперсности. Система сконструирована на базе прибора, разработанного в ИКХХВ НАН Украины совместно с ГОИН - лазерном измерителе дисперсности ИДЛ – 1 (Паспорт № 52.18.40-ПС). Прибор позволяет измерять счетную концентрацию частиц на единицу объема (шт/м3). Также с помощью прибора может быть измерена объёмная концентрация частиц (в единицах объёма частиц на единицу объёма) и др. Измерения производятся путем светорассеяния с последующей обработкой полученного сигнала с помощью специально разработанного программного обеспечения. Передача данных происходит в автоматическом режиме по удаленному каналу связи (интернет) в центр обработки информации. Устройство формирует пакет данных, и раз в час отсылает файл по GSM-каналу. Дискретность измерений может задаваться произвольно, в зависимости от задач. В нашем случае дисперсные характеристики измеряются с интервалом в 4 минуты. В центре обработки данных формируются базы данных, поступающие на сервер ФГУ ГОИН, которые могут быть доступны пользователям сети интернет. Существующая база данных постоянно пополняется, что позволяет выявлять режимные характеристики дисперсности аэрозолей.

Подобная экспериментальная система была запущена в тестовом режиме в Санкт-Петербурге. Сейчас она функционирует в г. Севастополь. В перспективе данная научная разработка может лечь в основу системы мониторинга и контроля качества воздуха в приморских городах и курортах. Работавший в автономном режиме счетчик аэрозолей передавал информацию в автоматическом режиме по удаленным каналам связи, с дальнейшей обработкой и анализом данных непосредственно в лаборатории (рис. 8, 9). Данные о распределении загрязняющих взвесей в виде графиков и электронных карт заданного масштаба размещены на Интернет-ресурсах и электронно-справочных пособий ЕСИМО – Единой системы информации о Мировом океане - esimo.oceanography.ru/itf – в разделах «Загрязнение морей» и «Аэрозоли».

 Пример результатов применения технологии оперативного контроля качества-54

Рис. 8. Пример результатов применения технологии оперативного контроля качества воздуха в приморских городах и курортных зонах: суммарная концентрация Cd в морских аэрозолях. Финский залив, Васильевский остров. 31.08.08 — 02.09.08. Горизонтальная линия — фоновое содержание Cd в воздухе (данные ЕМЕР 2006 г.). Данные получены с дискретностью 4 минуты.

Рис. 9. Пример результатов применения технологии оперативного контроля качества воздуха в приморских городах и курортных зонах: массовая концентрация аэрозолей, Финский залив, Васильевский остров. 08.12.08 Пунктирной линией обозначена среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК) взвешенного вещества в воздухе населенных пунктов. Данные получены с дискретностью 4 минуты.

На основе описанной технологии разработана система мониторинга техногенного загрязнения воздуха морских городов и курортов, включающая:

1. Экспериментально получаемые данные о распределении загрязняющих взвесей и суспензий акваторий для указанных тестовых полигонов должны быть представлены в виде электронных карт заданного масштаба на Интернет-ресурсах и электронно-справочных пособий ЕСИМО – Единой системы информации о Мировом океане (esimo.oceanography.ru/itf).

2. Экспериментально получаемые данные о количественном загрязнении межфазных зон акваторий этих полигонов должны быть представлены в виде электронных карт заданного масштаба на Интернет-ресурсах ГОИН и электронно-справочных пособий ЕСИМО

3. Функциональные связи между дисперсными характеристиками аэрозоля, поверхностного микрослоя (концентрацией, размерными спектрами частиц) и содержанием токсических веществ в морском аэрозоле для различных гидрометеорологических условий, сезонов, для рассматриваемых тестовых полигонов также будут опубликованы на указанных Интернет-ресурсах в виде графиков.

4. Комплект научно-технической документации и проект технического задания на разработку конструкторской документации, описывающие прототип технологии оперативного контроля состояния воздуха прибрежных зон, включающие:

4.1. Паспорта, инструкции по эксплуатации и схемы размещения на полигонах установок удаленного контроля дисперсности ПМС и воздуха.

4.2. Научно-техническое описание и программное обеспечение для реализации способа определения источников генерации аэрозолей: морской, терригенный, точечные городские.

4.3. Научно-техническое описание и комплект программных продуктов для реализации комплекса моделей по восполнению недостающих данных о пространственно-временной изменчивости содержания токсических соединений, включающие: 1) модельное описание переноса аэрозоля в приводных и приземных слоях атмосферы в прибрежной зоне; 2) ветро-волновую модель, 3) модель сорбционного слоя, 4) модель генерации аэрозольных частиц с водной поверхности.

5. Электронные карты о загрязнении воздуха тяжелыми металлами, неполярными углеводородами, биотоксинами, а также о вкладе в загрязнение морского источника для выбранных полигонов. Электронные карты с указанием вклада различных источников (морской, терригенный, городской, дальний атмосферный перенос) в формирование состава приземного и приводного аэрозоля прибрежной морской зоны.

Сравнение полученных данных о концентрации ТМ в составе морских аэрозолей с предельно допустимыми концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест, согласно ГН 2.1.6.1338-03 приведены рисунке 10: видно, что многолетние среднегодовые концентрации таких ТМ как Mn, Ni, Cr, Pb достигают, а в некоторых случаях и превышают ПДК.

 а) б) 1 2 3 4 а - Сравнение средних многолетних уровней-60

 а) б) 1 2 3 4 а - Сравнение средних многолетних уровней-61

а) б)

1 2 3 4

Рис.10. а - Сравнение средних многолетних уровней содержания элементов в аэрозолях с ПДК по ГН 2.1.6.1338-03, б – Сравнение максимальных концентраций элементов в морских аэрозолях с ПДК по ГН 2.1.6.1338-03; 1.- ПДК; 2.- Каспийское море; 3.- Черное море; 4.- Балтийское море.

ВЫВОДЫ

  1. Впервые показано, что существует взаимно-однозначное соответствие между содержанием тяжелых металлов (Cr, Mn, Ni, Fe, Co, Zn, Cu, Cd, Pb) в составе морского аэрозоля и размерами аэрозольных частиц.
  2. Описана макро- и мезомасштабные закономерности в распределении содержания тяжелых металлов в морских аэрозолях приводного слоя атмосферы.
  3. Обнаружено, что перенос биогенных частиц – потенциальных ядер конденсации – в открытом океане и зонах с ограниченной турбулентной диффузией по пути «поверхностный микрослой – приводный слой атмосферы» позволяет достигать концентрации субмикронных частиц не менее 1015 м-3.
  4. Выявлено, что за счет ассоциирования таких тяжелых металлов как Ni, Cd, Cr b Pb с частицами группы РМ2,5 и РМ5,5, аэрозоли морского происхождения могут загрязнять воздух прибрежных зоны выше ПДК для воздуха населенных мест.
  5. Создан прототип системы контроля качества воздуха прибрежных городов и курортов на основе непрерывного контроля аэродисперсных параметров приводного слоя атмосферы.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Сыроешкин А.В., Балышев А.В., Гребенникова Т.В., Успенская Е.В., Чичаева М.А, Плетенев С.С., Лапшин В.Б. Потепление климата как новая медико - экологическая проблема для населения Западной Арктики // Вестник РУДН – 2008. -№6.– С. 616 - 618.
  2. M. Chichaeva, A. Syroeshkin. Physicochemical characteristics of marine aerosols of Western Arctic, Russian coastal seas and of southern Atlantic // AAAR 28th Annual Conference. -2009. – P. 890. http://aaarabstracts.com/AAAR/viewabstract.php?paper=890&cf=1
  3. Сыроешкин А.В., Кондранин Т.В., Лапшин В.Б., Полевщиков Д.М., Чичаева М.А. Создание системы мониторинга техногенного загрязнения воздуха морских прибрежных городов и курортов // Вестник РУДН – 2009. - №4. – С. 723-724.
  4. Лапшин В.Б., Чичаева М.А., Полевщиков Д.М., Матвеева И.С., Гребенникова Т.В., Колесников М.В., Чиквизадзе Г.Н., Плетенев С.С., Сыроешкин А.В. Разработка научных основ и создание экспериментального образца технологии оперативного контроля качества воздуха в приморских городах и курортных зонах// Труды ГОИН. - 2009. - Вып. 212. - С. 308-322
  5. A.V. Syroeshkin, M.A. Chichaeva. Physicochemical characteristics of marine aerosols of Western Arctic // European Aerosol Conference 2009, Karlsruhe. - T160A11.
  6. Сыроешкин А.В., Чичаев А.Н., Чичаева М.А., Грузинов В.М. «Некоторые результаты работы экспедиционной группы ФГУ ГОИН на полярной станции «Барнео» в составе «ПАЛЭКС-2009» // Новости Международного полярного года - 2010. - №26. - С. 11-26.
  7. A.V. Syroeshkin, M.A. Chichaeva. Concentration level of heavy metals within marine aerosols of Western Arctic seas, Southern Atlantic and Arctic ocean // Trace elements in medicine. – 2010. – Т. 11. – Вып. 2. – С. 15.
  8. Лапшин В.Б., Чичаева М.А., Матвеева И.С., Чичаев А.Н., Колесников М.В., Сыроешкин А.В. Тяжелые металлы, алюминий и мышьяк в аэрозолях Атлантического, Северного Ледовитого океанов и европейских морей России// Электронный журнал "Исследовано в России", 34, 393-403, 2010. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2010/034.pdf
  9. Лесников Е.В., Чичаева М.А., Лапшин В.Б., Гребенникова Т.В., Сыроешкин А.В. Биоаэрозоль Атлантического океана и способ мониторинга аэрозоля в нанодиапазоне размерностей// Естественные и технические науки - 2010. – №5. – С.


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 





 
© 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.