VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Москва характеризуется кризисной экологической ситуацией. Интенсивное промышленное развитие привело ко многим нежелательным последствиям — загрязнению атмосферного воздуха, воды и почв, нарушению водного режима

Впервые метод мхов-биомониторов, хорошо зарекомендовавший себя в программе Комиссии ООН по воздуху Европы [1], был использован на территории города Москвы.

Характеристика района пробоотбора

Рис. 1 Карта точек пробоотбора

Район Очаково–Матвеевское расположен в Западном административном округе Москвы. В Очаково-Матвеевском районе расположены полигон утилизации снесенных 5-этажных домов, Очаковский кирпичный завод, пивзавод «Очаково» и другие менее значимые источники загрязнения окружающей среды. В этом районе действует тепловая электростанция ТЭЦ-25. На рис.1 приведена карта пробоотбора мхов-биомониторов с учетом розы ветров.

Пробоотбор и пробоподготовка

Пробоотбор мхов производился осенью 2011 года в районе Очаково-Матвеевское города Москвы. Всего было собрано 25 проб мхов-биомониторов Pleuroziumschreberi по методике программы ООН [2]. Каждый образец мха упаковывали отдельно в бумажные пакеты, маркировали с регистрацией географических координат пробоотбора с помощью GPS и тщательно запечатывали для предотвращения загрязнения во время транспортировки. Для сбора каждого образца использовали одноразовые полиэтиленовые перчатки.

Анализ

Определение элементного состава образцов мха осуществлялось с помощью инструментального нейтронного активационного анализа (ИНАА). НАА проводится на импульсном реакторе ИБР-2 ЛНФ ОИЯИ в Дубне с использованием как полного спектра нейтронов, так и активации эпитепловыми нейтронами [6]. Измерение наведенной гамма-активности проводили с помощью спектрометров на основе детекторов из сверхчистого германия (НPGe) с разрешением 1,9 кэВ для гамма-линии 1332 кэВ ⁶⁰Со. Для обработки гамма-спектров и расчета концентраций элементов использовали пакет программ, разработанный в Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка [3]. Контроль качества осуществляли с помощью набора международных стандартов и эталонов.

Результаты и обсуждение

Было определено 35 элементов, присутствующих в атмосферных выпадениях. Среди них:

• тяжелые металлы (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Sr, Mo);

• анионогенные элементы (As);

• галогены (Cl, Br, I);

• ряд редкоземельных элементов (Sc, La, Ce, Sm, Tb, Tm, Yb);

• щелочноземельные элементы (Mg, Ca, Ba);

• щелочные металлы (Na, Al, K, Rb, Cs);

• рассеянные элементы (Sb, Hf, Ta);

• актиниды (U и Th);

• а также Ti и Au.

По результатам анализа мхов-биомониторов были построены карты распределения концентраций следовых элементов с помощью стандартной программы «Surfer».

Выбор интервалов для построения карт распределения концентраций тяжелых металлов осуществлялся с помощью метода описательной статистики, выполненного в программе «Excel». Результаты визуализации соответствуют территориальному кластерному анализу.

Рис. 2 Карта распределения значений концентраций ванадия во мхах, мг/кг

Рис. 3 Карта распределения значений концентраций хрома во мхах, мг/кг

В качестве примеров атмосферных выпадений тяжелых металлов, являющихся токсикантами I группы, приведены данные по некоторым из них. Так значения концентрации ванадия во мхах находятся в интервале от 6.77 до 34.7 мг/кг (рис. 2). Среднее значение — 18.6 мг/кг. Наибольшие концентрации наблюдаются в точках 6, 10, 15, расположенных в пределах 1 км от ТЭЦ. Максимальные концентрации наблюдаются в точках 2 и 25 на расстоянии 2,6 и 2.3 км, соответственно, попадая в зону задымления от ТЭЦ. Точки расположены в направлении преобладающих ветров, при этом на пути движения воздушных масс отсутствует высотная застройка. Одним из источников поступления ванадия в атмосферу является сжигание нефтепродуктов, таким образом, высокое содержание ванадия во мхах может быть связано с выбросами ТЭЦ-25.

Значения концентрации хрома во мхах находятся в интервале от 5.68 до 42.5 мг/кг (рис. 3). Среднее значение — 20.2 мг/кг. Максимальное значение концентрации наблюдается в точке 2. Повышенные значения в интервале от 27 до 33 мг/кг выявлены в точках 15, 17, 21, 25.

В точках 15, 17 и 25 источником загрязнения является ТЭЦ. Точка 17 также находится между железнодорожных путей и Кутузовским проспектом. В точке 21 источник не выявлен. Возможно, повышенная концентрация связана с проходящей рядом автомобильной дорогой.

Рис. 4 Карта распределения значений концентраций никеля во мхах, мг/кг

Рис. 5 Карта распределения значений концентраций мышьяка во мхах, мг/кг

Значения концентрации никеля во мхах находятся в интервале от 3.14 до 13.4 мг/кг (рис. 4). Среднее значение — 8.75 мг/кг. Наибольшие значения концентраций наблюдаются в точках 1A, 2, 6, 9, 15, 21 и 25. Максимальные значения находятся в точках 1A и 2.

Выбросы ТЭЦ являются источником поступления никеля в атмосферу, но для более точного определения источника загрязнения необходимо увеличить площадь пробоотбора.

Значения концентрации мышьяка во мхах находятся в интервале от 0.45 до 3.53 мг/кг (рис. 5). Среднее значение — 1.64 мг/кг. Наибольшие значения концентраций наблюдаются в точках 2 и 21. Повышенные значения наблюдаются в точках 6,15,17 и 25. Данные точки расположены в направлении преобладающих ветров.

Одним из источников поступления мышьяка в атмосферу является

сжигание нефтепродуктов, вследствие чего основное влияние на загрязнение оказывает ТЭЦ.

Для ранжирования данных по результатам анализа было проведено сравнение значений концентраций следовых элементов во мхах отобранных в районе Очаково-Матвеевское города Москва со значениями в следующих регионах России: Сергиев Посад [5], на Южном Урале [7], Тульской области [4]. Значения максимальных концентраций в исследуемом районе превышают таковые других регионов (Сергиев Посад, Урал, Тульская область) по натрию, кальцию, скандию, брому, стронцию, молибдену, сурьме, барию, цезию, самарию, тербию и гафнию. В то время как по значениям минимальных концентраций превышает значения других регионов по всем элементам, кроме марганца, мышьяка, и золота, что говорит о том, что район Очаково-Матвеевское испытывает высокую техногенную нагрузку.

Заключение

Полученные в работе данные могут представлять интерес для специалистов-экологов и руководителей администраций района Очаково-Матвеевское и города Москва.

По результатам работы установлена повышенная концентрация элементов в образцах мха. Район Очаково-Матвеевское расположен в зоне влияния источников загрязнения (ТЭЦ-25, Очаковский кирпичный завод, полигон утилизации снесенных 5-этажных домов, пивзавод Очаково и др.). Основным источником поступления следовых элементов в окружающую среду в исследуемом районе является ТЭЦ-25. Для установления вклада других источников загрязнение, необходимо увеличение площади пробоотбора, сравнение полученных данных с результатами мониторинга атмосферного воздуха в городе Москва.

Исходя из полученных в работе данных, можно говорить о необходимости дальнейшего продолжения работ на всей территории города Москва с целью детального изучения состояния атмосферы этого региона.

Литература

1.  
   1.  
      1.  

         1. International Cooperative Programme on Effects of Air Pollution on Natural Vegetation and Crops — URL: http://icpvegetation.ceh.ac.uk/

         2. Moss survey protocol —URL: http://icpvegetation.ceh.ac.uk/manuals/moss_survey.html

         3. Дмитриев А.Ю., Павлов C.C.. Автоматизация количественного определения содержания элементов в образцах методом нейтронного активационного анализа на реакторе ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ. Письма в ЭЧАЯ. Том 10, № 1(178), 2013, с. 58-64

         4. Ермакова Е.В., Фронтасьева М.В., Стейннес Э. Изучение атмосферных выпадений тяжелых металлов и других элементов на территории Тульской области с помощью метода мхов-биомониторов. Экологическая химия, ТЕЗА,Санкт-Петербург, том 13, вып. 3, 2004, с. 167-180

         5. Вергель К.Н., Фронтасьева М.В., Каманина И.З., Павлов С.С. Биомониторинг атмосферных выпадений тяжелых металлов на северо-востоке Mосковской области с помощью метода мхов-биомониторов. Экология урбанизированных территорий, вып. 3, 2009, с. 88-95

         6. Фронтасьева М.В. Нейтронный активационный анализ в науках о жизни. Обзор. «Физика элементарных частиц и атомного ядра», 2011, Том. 42, № 2 p. 636-716

         7. Панкратова Ю.С., Зельниченко Н.И., Фронтасьева М.В., Павлов С.С. Атмосферные загрязнения на территории Удмуртской Республики – оценки на основе анализа мхов-биомониторов. Общественно-научный журнал «Проблемы региональной экологии», № 1, 2009, с. 57-63