Химический состав атмосферных осадков в окрестностях г. Улаанбаатара

УДК 614.76-074:616-00

Г. Туваанжав, Ж. Халзанхуу

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ г. УЛААНБААТАРА

Институт Геоэкологии Академии Наук

Исследование по изучению химического состава атмосферных осадков в окрестностях г. Улаанбаа-тара началось лишь в 1976—1977 гг. Величины, концентрации водородных ионов (рН) и минерализации воды атмосферных осадков района находятся в широких пределах, которые составляют, соответственно рН = 5,2—9,9 и 15,7—333,0 мг/л.

Ключевые слова: атмосферные осадки, компоненты, загрязнение, минерализация, экология

CHEMICAL COMPOSITION OF AIR PRECIPITATION IN ENVIRONS OF ULAANBAATAR

G. Tuvaanjav, J. Khalzankhuu

Institute of Geoecology by Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia Рublic Health Institute under the Ministry of Health, Ulaanbaatar, Mongolia

We studied chemical composition, of precipitation, air, which fall down on the in environs of city Ulaanbaatar. The result shows that hydrogen concentration of air precipitation is between pH 5.2, pH 9.9 and general mineralization is 15.7—333.0 mg/1.

Key words: air precipitation, components, pollution, mineralization, ecology

Атмосфера г. Улаанбаатара, где проживает 1/ 3 всего населения Монголии и производится более половины промышленной продукции страны, заметно загрязняется. Загрязнение достигает такого уровня, что в определенной степени может оказать влияние на здоровье жителей и природную среду. Исследования химического состава атмосферных осадков в Монголии начаты совсем недавно и в настоящее время находятся в начальной стадии.

Лишь в 1976— 1977 гг. началось изучение химического состава атмосферных осадков данного района [2, 7]. Район г. Улаанбаатара находится в долине р. Толы и ее некоторых притоков. Климат исследуемого района резко-континен-

тальный. Среднегодовая температура — 3,5 °С, в период с ноября до июня на почве наблюдается снежный покров. Среднемноголетнее количество осадков, выпавших на территории — 257,45 мм [7].

Атмосферные осадки вызывают существенные изменения минерализации и состава поверхностных и подземных вод. Кроме того, изучение химического состава атмосферных осадков необходимо в санитарно-гигиенических целях и для оценки загрязненности воздуха городов и промышленных районов [1].

Выявление вышеперечисленных факторов, влияющих на химический состав атмосферных осадков изучаемого района, — цель нашего иссле-

дования. В данном сообщении мы представляем его результаты.

Количество взятых проб составляет 73, из них проб дождевой воды — 19, проб снега — 54. Пробы были отобраны в разных участках г. Улаанбаа-тара (рис. 1).

Пробы дождевых вод были собраны в хорошо промытую эмалированную посуду, а проба снега в холодный период отбирались с поверхностной части снежного покрова полиэтиленовой и стекляной посудой в разные сроки после его выпадения.

Химические анализы проб проводились в гидрохимической лаборатории института Г еоэколо-гии, где определялся уровень рН, минерализация, содержание главных компонентов, азотистых соединений. Были использованы стандартные методы химического анализа воды, анализ микроэлементов проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре (ААС).

Величина концентрации ионов водорода (рН) колебалась в достаточно широких пределах (рН = 5,02 — 9,9). Понижению уровня рН до 5,02 — 5,44 способствовало присутствие в атмосфере оксидов серы, азота и углерода, которые реагировали с водой в атмосфере и образовали сильние кислоты. Анализ отобранных проб показал, что значения рН в основном относится к нейтральной среде (табл. 1).

Средняя минерализация атмосферных осадков в районе г. Улаанбаатара составляла 78,4 мг/ л, наибольшие значения (333,0 мг/л) отмечены зимой (26.01.99) в районе промышленных предприятий, а наименьшие значения (15,7 мг/л) — в Яр-гайте (12.08.75). Годовое изменение величины минерализации и содержания главных компонентов обратно пропорционально количеству осадков, выпавших на территории столицы (рис. 2).

Состав воды в атмосферных осадках формируется в зависимости от их среды (рН). В частно-

Рис. 1. Схематическая карта по отбору проб атмосферных осадков, выпавших на территории г. Улаанбаатар. Примечание: • - пункты отбора проб.

Таблица 1

Зависимость между значениями рН и распределением проб

Группировка значения рН* Количество проб % содержание Кислотность

< 6,5 13 17,8 слабокислые-кислые

6,5-7,5 52 71,2 нейтральные

> 7,5 8 11,0 слабощелочные-щелочные

Примечание: * - по классификации Е.В. Посохова [6].

сти, при кислых средах

— гидрокарбонат-кальциевый состав. Кроме того, как в кислой, так и в щелочной среде между минерализацией и доминирующими в осадках ионами существует корреляционная связь (табл. 2).

I

5Н

Рис. 2. Изменение минерализации и химического состава атмосферных осадков, выпавших на территории г У-лаанбаатор. Примечание: 1 - осадки (мм); 2 - минерализация (мг/л); а - НС03-; б - Б042-; в - С1-; г -Са2+; д - Мд2+; е - (№+ + К+); 2-11а - минерализация

(у ), рассчитанная по формуле у = а0 + а^ + а2Г2 .

Таблица 2

Корреляционные связи между минерализацией и главными компонентами в метеорных водах в окрестности г. Улаанбаатара

Некоторые химические компоненты Минерализация

В кислой среде В щелочной среде

Na + + K+ 0,83 0,50

Ca2+ 0,34 0,77

SO42- 0,87 0,63

CO32-/HCO3- 0,71 0,88

Как видно из таблицы, в кислой среде повышение минерализации осадков, выпавших на территории исследуемого района, зависело в основном от сульфат-натрия, а в щелочной среде — от гидрокарбонат-натрия.

Для характеристики химического состава атмосферных осадков района использовалась классификация О.А. Алекина [1]. Атмосферные осадки столицы в основном относились к сульфатно-гидрокарбонатному классу, группе натрия и кальция второго типа (рис. 3). Формирование такого состава осадков зависит от выбросов ТЭЦ, частных топок, работающих на каменном угле, а также от выхлопных газов автомобилей. Кроме того, определенный вклад в осадки вносят взвешенные вещества, образующиеся из некоторых строительних материалов (цемент, известь и др.) [4, 5].

Ученые установили, что в США каждый легковой автомобиль ежегодно выбрасывает в атмосферный воздух в среднем 800 кг оксида углерода, 220 кг углеводородов и 40 кг оксидов азота (№Эх) [8].

Сегодня в городе Улаанбаатар насчитывается более 80000 автомашин. Следовательно, ежегодно они выделяют в воздух города около 72000 т оксида углерода, 17600 т углеводородов, 3200 т оксидов азота. В последние годы в некоторых удаленных от центра города местах (Шарга морьт, Налайх, Ойн булаг и др.) неоднократно наблюдалось выпадение кислотных осадков, что может быть связано с вышеперечисленными загрязнениями атмосферы.

В весенний период (с февраля по май) увеличивается содержание HCO3- и Са2+ в осадках, выпадающих на территории изучаемого района, которые совпадают со сходом снежного покрова и усилением ветра, а также с необильными осадками. Режим сульфатов (SO42-) близок к режиму натрия-калия (Na+ + K + ), а режим гидрокарбонатов. (HCO3-) — к режиму кальция (Ca2 + ).

Из вышесказанного видна обратная зависимость минерализации и содержания главных компонентов от количества выпадающих осадков (рис. 2). Кратковременное увеличение (Na+ + K + ), Ca2+ и HCO3- осенью может быть связано с их высвобождением из опавшей листвы [3]. Листья деревьев и кустарниковых растений собирают и удерживают пыль в огромных количествах. Это можно видеть из данных химического анализа (табл. 3) [8].

Нами был проведен подсчет количества различных веществ, выпадающих с атмосферными осадками на 1 км2 площади территории г. Улаанбаатара (табл. 4).

Из таблицы 4 видно, что вместе с осадками на поверхность земли выпадают в огромных количествах растворенные вещества, которые являются одним из основных факторов формирования химического состава природных вод района.

Жесткость осадков составляла 0,12—1,11 мг-экв/л, а перманганатная окисляемость —

Рис. 3. График химического состава атмосферных осадков, выпавших на территории г Улаанбаатор.

Таблица 3

Сравнительные результаты химического анализа проб дождевой воды, взятых на открытом месте (1)*

и под осиной (2) *

№ рН 2А+К мг/л Жесткость

№++К+ Са2+ Мд2+ С1- БО42- НСОз- 1ЧН4+ 1Ю2- 1Юз-

1 6,70 42,3 0,1 9,4 1,5 0,3 3,6 11,5 15,2 1,4 0,03 4 2,24

2 6,72 63,3 0,4 3,0 8,0 - 5,3 7,0 33,6 5,55 - - 18,56

Микроэлементы

№ Со Си Мо 2п Ад Cd Мп Сг РЬ V Сб Бг N1

1 - 6,69 0,06 84,2 1,01 0,2 - 0,4 - 0,21 3,76 139,6 1,9

2 0,3 49,32 - 36,3 0,23 - - 1,3 - 0,13 2,10 186,8 9,9

Примечание: * - порядковый номер таблицы.

Таблица 4

Количество различных веществ, выпавших с атмосферными осадками на 1 км2 площади

Среднее количество осадков, мм Сумма веществ Компоненты

Nа+ + К+ Са2+ Мд2+ С1- Б042" НСОз- NH4+ N02"

257,45 20,54 2,94 2,34 0,31 1,36 6,03 6,81 0,39 0,03

2,36 — 11,96 мг-О/л. Аммиачный азот (ЫН4 + ) обнаружен во всех пробах в количестве до 4,5 мг/л, содержание азота нитритов и нитратов незначительно. Окисляемость (по КМпО4) составляла

0,16 — 9,71 мг-О/л, а содержание железа и оксида кремния (БЮ2) колебалось в пределах 0,04 —

0,78 мг/л и 0,12 — 6,5 мг/л соответственно. Свободной и агрессивной двуокиси углерода

— 9,0 мг-О/л.

Сведения о микроэлементах мы получили по ААС и спектрографическим методам (табл. 5).

Из таблицы 5 видно, что содержание некоторых микроэлементов, значительно повышено, и их поступление в атмосферу может быть связано с мелкими частицами, поднимающимися с поверхности земли. А источником многих других микроэлементов является загрязнение воздушной среды газовоздушными выбросами стационарных передвижных источников.

Таблица 5 Содержание микроэлементов в воде атмосферных осадков района

1974 г. 1978 г. 1991 г. 1999 г.

рН 7,60 7,45 7,08 7,40

Си 9,4 51,0 16,93 27,0

Мп 270,0 255,0 55,66 62,0

Бп 148,0 34,0 90,6 -

С(^ - - 0,66 3,0

Мо 5,7 1,7 1,87 -

РЬ 0,5 1,3 8,26 25,0

2п - - 65,56 645,0

Сг 9,25 8,5 5,59 14,4

Ад 8,85 0,85 0,33 -

Со 0,85 сл 1,63 -

N1 сл сл 10,05 -

А1 - - 95,93 588,0

V 2,2 1,7 1,57 -

Сб - - 2,22 -

2г 1,85 0,85 -

Ва 74,0 51,0 -

ва 1,85 0,85 -

ве 1,7 Сл -

И 37,0 25,5 -

Бе - 0,21

Аб - 1,0

ВЫВОДЫ

1. В составе атмосферных осадков исследуемого района доминировали ионы сульфата натрия и гидрокарбоната кальция, основным источником которых являлись промышленные и бытовые выб-

росы (ТЭЦ, частные топки, выхлопные газы автотранспорта), пыль, поднимающаяся с поверхности земли и растительного покрова.

2. Минерализация осадков, которая заметно влияет на формирование химического состава поверхностных и подземных вод, колебалась от 15,7 до 333,0 мг/л.

3. Минерализация и содержание главных компонентов атмосферных осадков района изменялись по сезоном года обратно пропорционально количеству выпавших осадков. А в последнее время минерализация осадков, выпавших на некоторых участках, удаленных от центра города, увеличивается.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алекина О.А. Основы гидрохимии / О.А. Алекина. — Л.: Гидрометеоздат, 1970.

2. Бадрах Д. Улаанбаатар хот хавийн цасны усны химийн найрлага / Д. Бадрах, Э. Нарантуяа.

— МУИС: Эрдэм шинжилгээний бичиг, 1977.

3. Древер Д.Ж. Геохимия природных вод: пер. с англ. / Д.Ж. Древер. — М.: Мир, 1985.

4. Зверев В.П. Геохимия подземных вод некоторых районов европейской части СССР / В.П. Зверев. - М.: АН СССР, 1963.

5. Колодяжная А.А Режим химического состава атмосферных осадков и их метаморфизация в зоне аерации / А.А. Колотяжная. — М., 1963.

6. Посохов Е.В. Общая гидрохимия / Е.В. Посохов. — Л.: Недра, 1975.

7. Туваанжав Г., Лувсандорж Ш. Улаанбаатар хот орчмын агаарын тунадасны химийн найрлага / Г. Туваанжав, Ш. Лувсандорж // ШУА Химийн хурээлэнгийн бутээл. № 14. — Улаанбаатар, 1975.

8. Экология: учебное пособие. — М.: Знание, 1999.