Поступление антропогенного материала (аэрозолей) с атмосферными осадками в виде снега на акваторию Таганрогского залива

УДК 551.35

ПОСТУПЛЕНИЕ АНТРОПОГЕННОГО МАТЕРИАЛА

С АТМОСФЕРНЫМИ ОСАДКАМИ В ВИДЕ СНЕГА НА АКВАТОРИЮ

ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА

© 2004 г. О.В. Ивлиева

The larger half of aerosol emission on the water surface of Taganrog Bay are generated by the black metallurgy enterprises of Mariupol and Taganrog. The technogenic component of snow in areas near to these cities is presented by ore, graphite and carbonaceous particles. Annual volume of their falling with atmospheric precipitation estimates about 59,6 thousand tons.

Наличие полупустынных областей, окружающих Азовское море, значительные скорости ветра, беспрепятственность воздушной транспортировки способствуют поступлению на его акваторию громадных масс эолового материала [1, 2]. В период пыльных бурь только за февраль 1969 г. на поверхность ледового покрова водоема выпало 50 млн т аэрозоля, а в марте 1984 г. - 11 млн т. Объем привнесенного осадочного материала под действием эпизодически повторяющихся пыльных бурь в несколько (иногда в десятки) раз превышает среднегодовое поступление взвешенных и влекомых частиц со стоком рек Дона и Кубани - основных водных артерий Азовского моря. Тонко-зернистость и обогащенность аэрозолей органическим веществом способствовали выносу на акваторию большого количества тяжелых металлов, что привело к загрязнению как водной толщи, так и донных осадков водоема. Вещественный состав привнесенного техногенного материала не был изучен, поэтому в настоящей статье предпринята попытка определить роль техногенного материала, выпадающего с атмосферными осадками, в загрязнении экосистемы водоема, а также изучить его вещественный состав.

Методика исследований

Для определения количества осадочного материала, осевшего со снегом, а также получения вещества для исследования на разных участках (преимущественно на полигонах, расположенных близ основных источников поступления техногенного материала таких крупных промышленных центров, как Мариуполь, Таганрог) прибрежной зоны моря были отобраны пробы свежевыпавшего снега с площади 50*50 см весом 600 - 650 г. Мощность отбираемого снежного покрова составила 3-3,5 см. После таяния снега полученная вода фильтровалась через мембранные фильтры № 3 и 4. Осадок на фильтре высушивался до постоянного веса и взвешивался. Изучение вещественного состава техногенного материала проводилось оптико-иммерсионным методом под бинокуляром с использованием микроскопических реакций и в специально приготовленных иммерсионных препаратах под микроскопом ПОЛАМ-Л-211. Поступление техногенного материала после взвешивания пересчиты-

валось на слой снега мощностью 3 см на 1 м2 площади.

В настоящей статье приведены сведения преимущественно о техногенном материале в снежном покрове близ городов Мариуполь и Таганрог, где вещественный состав его характеризуется чрезвычайным разнообразием, а атмосфера наиболее интенсивно загрязнена.

Обсуждение результатов

В Мариуполе максимальная запыленность атмосферы отмечается в районе ТЭЦ завода «Азовсталь», где на 1 м2 в трехсантиметровом слое со снегом накапливается 3049,9 мг/м2 в сутки осадочного материала (таблица). На расстоянии 1,5 км к юго-востоку от ТЭЦ, в 200 м от зоны складирования отходов предприятия (таблица, ст. 2), интенсивность аккумуляции твердого стока уменьшается почти в 2,2 раза, составляя 1217,4 мг/м2 в сутки. Однако концентрация техногенного материала при этом практически не убывает. В 2 км в юго-западном направленииот завода (таблица, ст. 3) в прибрежной зоне Таганрогского залива количество осевшего осадочного вещества со снегом также достаточно велико - 1041 мг/м2-в сутки, что объясняется расположением этой зоны по основному траверзу выбросов металлургического комбината. На юго-западной окраине города на расстоянии 10 км от предприятия (таблица, ст. 4) содержание твердого осадка в снегу уменьшается до 136,5 мг/м2 в сутки

Вещественный спектр осадочного материала достаточно разнообразен. В состав его входят как природные, так и антропогенные компоненты. Содержание минеральной части твердого остатка снега варьирует от 30 до 73 %, в среднем составляя 46,4 %. Представлена она глинистыми минералами - 13,3 %, кальцитом - 7,2, кварцем - 20,3, полевым шпатом - 1,6 и растительными волокнами - 0,3 %.

Содержание техногенного материала в снеге достаточно велико и часто превышает 50 % твердого осадка. Наиболее загрязнен снег вблизи завода «Азовсталь» (таблица ст. 1, 2), где оседает 823,3 - 772,9 мг/м2 в сутки, на расстоянии 2 км количество его составляет 562,1 мг/м2 в сутки при процентном содержании 54 %, а при удалении на 10 км объем уменьшается практически в 8 раз - 95,5 мг/м3 в сутки.

8і

Содержание техногенного материала в свежевыпавшем снеге г. Мариуполя

Состав техногенного материала Станция наблюдений

1 2 3 4

Запыленность атмосферы

% мг/м2 в сутки % мг/м2 в сутки % мг/м2 в сутки % мг/м2 в сутки

Рудная пыль 7 213,4 26 316,5 16 166,6 17 23,2

Частицы угля 5 152,5 4 48,7 5 52,1 4 5,4

Сажистые сгустки 5 152,5 4 48,7 4 41,6 8 10,9

Графит 5 152,5 4 48,7 7 72,9 13 17,8

Нефтепродукты 3 91,4 8 97,4 3 31,2 6 8,2

Оксиды и гидроксиды железа и марганца 1 30,5 7 85,2 4 41,6 6 8,2

Кирпич 1 30,5 2 24,3 3 31,2 8 10,9

Частицы цветных металлов ед.зн. ед.зн. 0,5 6,1 - - ед.зн. ед.зн.

Шлаки ед.зн. ед.зн. - - 1 10,4 - -

Искусственные волокна ед.зн. ед.зн. - - 1 10,4 2 2,7

Стекло ед.зн. ед.зн. 2 24,3 - - ед.зн. ед.зн.

Зола ед.зн. ед.зн. 2 24,3 4 41,6 3 4,1

Всего техногенного материала 27 823,3 63,5 772,9 54 562,1 70 95,5

Общий вес твердого осадка снега 3049,2 1217,4 1041 136,5

Вещественный состав техногенного материала достаточно разнообразен (таблица). Наиболее интенсивно снег загрязнен «рудной пылью», содержание которой изменяется от 7 до 26 %. Представлена она различными морфологическими разновидностями. Это в первую очередь угловато-обломочные и микро-сферические образования черно-серого цвета с яркой побежалостью. Размер их преимущественно соответствует песчаной и крупноалевритовой фракциям. Наиболее крупные листоватые частицы часто окислены. Наличие обильного количества бурых разновидностей и частиц с ржавым цветом обусловлено, по-видимому, не длительностью транспортировки и окислением, а высокотемпературной обработкой их в доменных печах. Очень много в осадках крупных (до 0,3 мм) скорлуповатых частиц, образовавшихся, вероятно, при разрушении крупных полых сферических форм. Среди рудной составляющей часто встречаются магнитные удлиненно-пластинчатые металлические частицы, образующие агрегаты размером 0,1-0,4 мм. Наиболее интенсивно рудным материалом загрязнен снег вблизи завода «Азовсталь» (таблица, ст. 1, 2), где осаждается 213,0 - 316,5 мг/м2 в сутки рудной пыли. На расстоянии 2 км от завода концентрация его уменьшается в 1,5 - 2 раза (166,6 мг/м2 в сутки), а 10 км - в 10 раз (23,2 мг/м2 в сутки). Характерно, что по мере удаления от источника поступления рудных частиц в атмосферу - металлургического завода «Азовсталь» - изменяется их крупность. Если вблизи завода преобладают частицы размером 0,05 - 0,1 мм и более, то на расстоянии 10 км от него основу рудного материала составляют сферические образования размером 0,01 - 0,05 мм и мельче.

Повсеместное распространение в твердом остатке снега получили оксиды и гидроксиды железа, реже -марганца. К ним отнесены продукты окисления рудных частиц, характеризующихся более темно-бурой окраской с красноватым оттенком. Микроскопически они представлены гематитом и гетитом. Размер их

колеблется преимущественно от 0,02 до 0,2 мм. Интенсивность осаждения оксидов и гидроксидов в районе металлургического комбината и на ближайших стационарах варьирует от 85,2 до 30,5 мг/м2. На югозападной окраине Мариуполя количество их уменьшается до 8,2 мг/м2.

К числу специфических компонентов металлургических комбинатов следует отнести молибденит, применяемый для получения высокосортной стали. Встречается минерал в виде блестящих тонких, гибких чешуек листовато-овальной формы серо-черного цвета размером до 0,3 мм. Интенсивность его осаждения достаточно велика и составляет 48,2 - 62,5 мг/м2, уменьшаясь на расстоянии 10 км в 10 - 14 раз (до 4,1 мг/м2).

Кроме рудных частиц в составе техногенного материала твердого осадка снега существенную роль играют обломки угля, графита, а также сажа. Все они тесным образом связаны с выбросами металлургического комплекса, включающего в себя мощную ТЭЦ в прибрежной зоне Азовского моря и несколько коксохимических заводов. Для угля характерны блестящие частицы черного цвета обычно угловатой формы или агрегаты с коксовым пористым материалом. Основная масса графита представлена округлыми чешуйками размером 0,08 - 0,3 мм (преобладают 0,10 - 0,12 мм). Характерно для них присутствие графита в сростках с пластинками молибденита величиной до 0,08 мм. Как и для рудных частиц, оксидов и гидроксидов железа, максимальная аккумуляция углистых и графитовых отмечается в районе металлургического завода «Азовсталь» и ТЭЦ. На юго-западной окраине города интенсивность осаждения со снегом графита уменьшается в 8,5 раза (17,8 мг/м2), а частиц угля - в 28 раз (5,4 мг/м2). Можно сделать вывод, что графитовые, а также сажистые частицы обладают наибольшей транспортабельностью по сравнению с обломками угля.

Сажистые частицы встречаются, как правило, в виде черных, матово-бархатных сгустков неправильной формы размером 0,02 - 0,05 мм. Максимальная интенсивность аккумуляции и сажи отмечается в районе ТЭЦ завода «Азовсталь» (152,5 мг/м2- в сутки). По мере удаления от источников загрязнения количество ее убывает, и на расстоянии 1,5 км концентрация составляет 48,7 - 41,6 мг/м2 сутки. За пределами города (в 10 км от ТЭЦ) количество осевшей сажи уменьшается до 10,9 мг/м2 в сутки.

Значительна в твердом осадке снега доля нефтепродуктов, представленных в виде мелких пластичных воскообразных сгустковых образований оранжево-коричневого цвета с бурым оттенком и размером 0,1 - 0,18 мм. Максимальные концентрации (91,4 -97,4 мг/м2) отмечаются в прибрежной зоне металлургического комбината «Азовсталь». В юго-западном направлении на расстоянии 2 км интенсивность осаждения уменьшается до 31,2 мг/м2 и 10 км - до 8,2 мг/м2.

В твердом осадке снега встречаются частицы коричневых микропористых зерен размером 0,04 -

0,1 мм. Возможно, это обломки огнеупорного кирпича, используемого в металлургической промышленности. На это указывают максимальные количества (24,3 - 31,2 мг/м2) кирпичных остатков в прибрежной зоне Таганрогского залива около металлургического комбината и к юго-западу от него. На окраине города интенсивность аккумуляции уменьшается до 10,9 мг/м2.

Оседающий со снегом техногенный материал в меньшей степени содержит другие отходы металлургической промышленности: цветные металлы и шлаки (до 0,5 %). Невысокая интенсивность аккумуляции (6,1 - 10,4 мг/м2 в сутки) и редкая встречаемость характерна для коммунальных отходов: частиц стекла и искусственных волокон, содержание которых в твердом осадке снега не превышает 1 - 2 %.

Таким образом, основу техногенного материала, осевшего со снегом на территории г.Мариуполь составляют продукты металлургической деятельности: рудная пыль, оксиды и гидроксиды железа, углистые и графитовые частицы. Довольно велика загрязненность атмосферных осадков нефтепродуктами. Незначительная концентрация и интенсивность аккумуляции принадлежит коммунальным отходам. Максимальные содержания техногенного материала отмечаются в районе металлургического комбината « Азовсталь».

Менее загрязненным оказался снежный покров в Таганроге. В прибрежной зоне города интенсивность осаждения аэрозольного материала изменяется от 318,6 мг/м2 в сутки в приурезовой зоне Таганрогского залива до 212,4 мг/м2 в сутки в 200 м от уреза на его акватории. Основную массу осадочного вещества представляют глинистые минералы (20 - 34 %), древесные и растительные остатки (5 %), зерна кварца алевритовой размерности (5 - 6 %). Аэрозоль интенсивно загрязнена техногенным материалом, относительное содержание которого достигает 60 - 63,5 %, т.е. в несколько раз выше, чем в Мариуполе. В при-урезовой зоне залива осадок коричнево-черного цвета насыщен рудными частицами, углисто-графитовыми

и сажистыми сгустками, нефтепродуктами и другими ингредиентами антропогенной деятельности. Ведущее положение в осевшем со снегом техногенном материале занимает рудная пыль. Интенсивность осаждения рудных частиц достигает 54,2 мг/м2 в сутки на урезе залива и 38,2 мг/м2 в сутки в 200 м от него. Для них характерно преобладание бурых и черных сферических образований мелкоалевритовой и пелитовой размерности, доля которых в твердом осадке достигает 17 - 18 %. Они являются продуктами деятельности предприятий металлургической промышленности.

Для осаждающегося материала характерно обогащение его углисто-графитовыми и сажистыми частицами, суммарная концентрация которых колеблется от 22 до 28 %. Как показали исследования, по мере удаления от источников загрязнения интенсивность осаждения графитовых частиц уменьшается в 1,5 раза, углистых - в 1,8 и сажистых - 2,4 раза. Подобное явление можно объяснить различной размерностью и транспортабельностью данных ингредиентов. Углистые и сажистые частицы встречаются в виде сгустков алевритовой, а иногда и песчаной размерности. Для графита характерны чешуйки величиной, как правило, менее 0,01 мм. Поэтому они переносятся на более значительные расстояния от источников их поступления.

Необходимо отметить высокую интенсивность загрязнения снежного покрова нефтепродуктами. Твердый осадок содержит 12 - 18 % битуминозного вещества (38,2 мг/м2). Обычно твердый остаток на фильтре пропитан коричневым тонкодисперсным битумом; реже встречаются твердые сгустки, отнесенные к окисленным асфальтенам.

В малой степени твердый осадок снега Таганрогского района загрязнен искусственными, иногда спутанными, волокнами разного цвета, длиной до 4 мм. Содержание их изменяется от 1 % в приурезовой зоне до 5 % в 200 м в удалении от нее. Незначительная роль в аэрозольном загрязнении снежного покрова прибрежной зоны города Таганрога частицами цветных металлов, содержание которых не превышает 0,5 %.

В других населенных пунктах (Азов, Ейск), расположенных на побережье Азовского моря, интенсивность осаждения техногенного материала менее значительна, менее разнообразен и его вещественный состав.

Выводы

Ранее проведенные работы и современные исследования показали, что основные аэрозольные выбросы на акваторию Таганрогского залива осуществляют предприятия черной металлургии Мариуполя и Таганрога. Техногенная компонента твердого осадка снега вблизи городов представлена рудными, графитовыми и углистыми частицами, генетически связанными с металлургическими комбинатами. Определенную роль в поступлении загрязняющих атмосферу веществ играют выбросы промышленных и коммунальных предприятий Ростова-на-Дону, Новочеркасска, установить которую пока не представляется возможным. Если взять за расчетные данные по поступлению техногенного материала на акваторию Таган-

рогского залива по максимально удаленной от города станции, то ориентировочно поступление с атмосферными осадками составит 59,6 тыс.т в год,что сопоставимо с твердыми выносами техногенного материала р. Дон (73,8 тыс. т) [3]. Первый опыт натурных наблюдений и предварительный подсчет поступления антропогенных выбросов с осадками показал значительность вклада аэрозольных поступлений в техногенном загрязнении акватории залива.

Литература

Ростовский государственный университет_______________

1. Ивлиева О.В. Техногенная седиментация Таганрогского залива (Азовское море): Автореф. дис. ... канд. геол. наук. Ростов н/Д, 1997.

2. Хрусталев Ю.П., Грудинова Л.Я., Серова В.В.,

Жмурко В.Я. // Литология и полезные ископаемые. 1988. № 2.

С. 55 - 64.

3. Хрусталев Ю.П., Федюнина В.И. // Докл. АН СССР.

Т. 224. 1975. № 2. С. 434 - 436.

1 ? июня 200S г.