Влияние пожаров растительности на состояние атмосферы на юге Дальнего Востока России

УДК 630*43

ВЛИЯНИЕ ПОЖАРОВ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА ЮГЕ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ

INFLUENCE VEGETATION FIRES ON THE ATMOSPHERE IN SOUTH FAR

EAST OF RUSSIAN

Коган Р. М

Исследована эмиссия поллютантов при пожарах растительности на территории Среднего Приамурья; показано ее влияние на экологическое состояние и физические свойства атмосферы

Investigated the emission of pollutants by vegetation fires in the Middle Amur, revealed their influence on the ecological condition and the physical properties of the atmosphere

Ключевые слова: пожары, растительность, эмиссия, поллютанты, атмосфера

Key words: fire, vegetation, emissions, pollutants, atmosphere

Пожары растительности во многом определяют локальную, региональную и даже глобальную экодинамику, поскольку оказывают воздействие на все компоненты геосистем. Одним из направлений такого воздействия является поступление в атмосферу химически и оптически активных газовых компонентов. Непосредственными источниками выбросов химических соединений служат первичные процессы образования нагретых газообразных и дисперсных продуктов во время сгорания биомассы (целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и т.п.) и медленного освобождения углерода в результате разложения органического вещества на горельниках, а также вторичные процессы коагуляции, конденсации, хемосорбции-десорбции, термокрекинга и термоконденсации органических соединений. Суммарная «пожарная» аэрозольная эмиссия является смесью частиц как минерального, так и органического происхождения, и она может существенно отличающейся по концентрации, дисперсному и химическому составу от обычных атмосферных аэрозолей [1 ].

Объем выбросов в атмосферу зависит от массы сгоревшего органического вещества, его химического состава, условий воспламенения и распространения огня, типа и интенсивности пожара [2,3].

Методы расчета выбросов поллютантов можно разбить на две группы: определение валового и текущего объемов. Для каждого из них необходимы данные о количестве сгоревших материалов (ГМ), удельных коэффициентах эмиссий на единицу их массы (Ка); для второго требуются дополнительные сведения о скорости распространения пожара, теплофизических характеристиках кромки, температурно-влажностных параметрах атмосферы.

Для определения общей эмиссии загрязнителей, поступивших в атмосферу за определенный промежуток времени, например, за пожароопасный сезон, используются методики, отличающиеся набором исходных данных, коэффициентами и допущениями [3 - 8]. Каждая из них дает возможность с различной степенью достоверности рассчитать объем эмиссии, но не позволяет оценить ее влияние на экологическое состояние объектов окружающей среды, например,

атмосферы, поскольку в них не учитываются различие в этоксикологических свойствах и степени воздействия эмитантов на физические свойства атмосферы. Поэтому в данной работе нами предпринята попытка не только провести количественный анализ эмиссии поллютантов при пожарах растительности, но и исследовать их влияние на экологическое и физическое состояние атмосферы на примере территории юга Дальнего Востока России.

Для расчетов использованы данные о лесных пожарах за 10-летний период (2000 - 2009 гг.) на территории филиалов ОГБУ «Лесничество ЕАО» в Еврейской автономной области (ЕАО). На территории лесного фонда в рассматриваемый период преимущественно происходили низовые, беглые пожары слабой интенсивности, наибольшее количество которых, а также сгоревшей древесины, наблюдалось в 2003, 2004 и 2009 гг. в Облученском и Бирском и Кульдур-ском филиалах лесничеств.

Масса сгоревших растительных материалов рассчитана по формуле:

тг = т0рК ,

где т0 -потеря горючего материала, м , р - плотность ГМ, принята равной

-5

0,8 кг/м , К -коэффициент, учитывающий недожог, равен 20% от массы сгоревшего материала [3].

Масса 1- того поллютанта определена как: Ы\= тг Ка, или в % от количества образовавшегося оксида углерода (IV) [9].

Реестр парниковых газов установлен согласно Приложению А к Киотско-му протоколу; для определения их кумулятивного действия объемы выражены в единицах СО2-эквивалента, т.е. умножены на коэффициенты глобального потепления со столетним коэффициентом осреднения [10].

В суммарном объеме эмитантов (табл.) преобладают соединения IV класса опасности (оксиды углерода II и IV, метан, аммиак), которые влияют на углеводородный, фосфорный, липидный, водно-солевой обмен; оказывают раздражающее действие. Наиболее токсичны оксиды азота и сажа, проявляющие наркотическую, гемолитическую, алергенную и мутагенную активность, вызывающие патологию дыхательных путей, нервной системы, сердечной мышцы, желудочно-кишечного тракта [11].Выбросы составляют не более 10% от общего количества загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу на территории автономии. Но следует иметь в виду, что это кратковременные выбросы, происходят на небольшой площади, где они могут привести к значительному увеличению концентрации токсичных соединений в воздухе. Большинство пожаров в ЕАО происходит на расстоянии не многим более 10 км от населенных пунктов, и вполне вероятно влияние эмитантов на качество атмосферы урбанизированных территорий, поэтому актуальным является включение наблюдений за объемом и составом пожарной эмиссии в общую систему экологического мониторинга.

Таблица - Объем эмиссии поллютантов в атмосферу при пожарах расти-

тельности на территории Еврейской автономной области

Год Объем полютантов, т

С02, СО, СН4, КОх N20 № Сажа Альдегиды Угле-водо-

роды

2000 10,65 0,72 0,032 0,022 0,018 0,011 0,009 1,60 1,81

2001 21,5 0,83 0,037 0,027 0,021 0,012 0,100 3,22 3,65

2002 19,81 0,85 0,040 0,038 0,021 0,013 0,011 2,88 3,36

2003 6,30 0,27 0,012 0,008 0,007 0,004 0,004 0,95 1,07

2004 36,78 2,48 0,11 0,080 0,061 0,038 0,766 5,53 6,25

2005 9,05 0,92 0,027 0,020 0,024 0,093 0,008 1,35 1,53

2006 14,43 0,97 0,044 0,031 0,015 0,014 0,013 2,16 2,45

2007 9,20 0,98 0,030 0,002 0,006 0,009 0,007 1,38 0,99

2008 33,86 2,28 0,103 0,007 0,015 0,035 0,030 5,01 5,75

2009 36,78 2,48 0,112 0,110 0,061 0,052 0,032 5,52 6,25

Кроме того, оксиды углерода (IV) и азота (I), метан и сажа относятся к «парниковым» газам и их кумулятивное воздействие на физические параметры атмосферы показано переводом объемов в единицы СО2 эквивалента. Основной вклад вносят оксиды углерода (IV) и азота (I); они составляет 50,2 -66,6 и 15,230,5 % от всех выбросов соответственно, что согласуется с данными о том, что пожары растительности относятся к основным источникам несанкционированных и трудно контролируемых выбросов углекислого газа, а оксиды азота (I) при высокотемпературных процессах образуются в меньшей степени, чем при низких. Кроме того, происходящее при пожарах уничтожение и последующая дигрессия растительности снижает фотосинтез, что эквивалентно дополнительной эмиссии оксида углерода в атмосферу.

Приведенные данные относятся к прямым пожарным эмиссиям, в которых не учтены объемы газообразных веществ, выделяющихся сгорании опада, подстилки и при последующем разложении сгоревшей древесины.

Таким образом, анализ пожарной эмиссии твердых и газообразных соединений, показал, что большая плотность пожаров растительности на юге Дальнего Востока России может нанести значительный экологический ущерб, что требует принятия решений, направленных не только на улучшение противопожарного мониторинга, но и на проведение рекультивационных работ, которые позволят восстановить растительный покров и улучшить качество объектов окружающей среды вообще, и атмосферы в частности.

Список использованных источников

1. Куценогий К.П., Самсонов Ю.Н., Чуркина Т.В., Иванов А.В., Иванов В.А. Содержание микроэлементов в аэрозольной эмиссии при пожарах в бореальных лесах центральной Сибири // Оптика атмосферы и океана. - 2003. -Т. 16. -№ 5-6.-С.461-465.

2. Болтнева Л.И., Быстрова В.И. Региональные особенности лесных пожаров в России и возможные экологические последствия // Использование и охрана лесных ресурсов в России.- 2012.- №3. -С.30.

3. Кузнецов Г.В., Барановский Н.В. Прогноз возникновения лесных пожаров и их экологические последствия. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. -301 с.

4. Правила расчета выбросов при пожарах. -Минск: МПР, 2007. -47с.

5. Seller W., Crutzen P.J. Estimates of gross and net fluxes of carbon between the biosphere and the atmosphere from biomass burning // Climate change. -1980. -N.2. -C.207-247.

6. Korontzy S. Seasonal patters in burning emissions from Southern African vegetation fires for the year 2000 // Global Change Biology. -2005. -V.11, N.10. -P.1689-1700.

7. Швиденко А. З., Щепащенко Д. Г., Ваганов Е. А., Сухинин А. И. и др. Эмиссии парниковых газов вследствие природных пожаров в России в 1998-2012 гг. // Охрана атмосферного воздуха. Атмосфера. -2012. -№1. -С.6-13.

8. Dennis A., Fraser M., Anderson S., Allen D. Air pollutant emissions associated in forest, grassland and agricultural burning in Texas // Atmospheric Environment. - 2002. - Vol. 36, № 23. -P.3779 - 3792.

9. Методика определения и расчета выбросов загрязняющих веществ от лесных пожаров. Приказ Госкомэкологии России № 90 от 5 марта 1997 г.

10. Рабочая книга по инвентаризации парниковых газов. Пересмотренные Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов./ Под. ред. Д.Т. Хоутона, Л.Г. Майра и др. -М.:МГЭИК, 1996. -251 с.

11. Valette J.-C., Gomendy V., Gillon D. Heat transfer in the soul during very low-intensity experimental fires-the role of duff and soil-moisture content // International Journal of Wildland Fire. -1994. -V.4. -№4. -P. 225-237.