Снег обладает высокой поглотительной способностью и осаждает из атмосферы на поверхность земли значительную часть продуктов деятельности человека. По результатам многолетнего анализа снежного покрова можно выделить пространственно-временные особенности распределения элементов, выявить новые очаги загрязнений и определить путь развития в изменении качества окружающей среды.
Цель работы является оценка аэрогенного загрязнения г. Воронежа на основе изучения химического состава снежного покрова.
В ходе полевых работ в период, предшествующий снеготаянию, в декабре-январе 2015 и 2016 годов были отобраны 50 проб снега (по 25 проб в каждом году) в различных функциональных зонах г. Воронежа с разной степенью техногенного воздействия: 6 проб – в жилой зоне, 6 – в промышленной зоне, 6 – в транспортной зоне, 6 – в рекреационной зоне и 1 фоновая проба в 15 км от города (с. Новая Усмань, Воронежская область).
Отбор проб проводился по единой методике в период максимального накопления влаги в снеге при помощи пластиковой трубки, которую врезали на всю толщину снежного покрова. Отобранные усредненные пробы помещали в подписанные пакеты и затем пересыпали в чистую посуду для полного таяния.
Снег растапливали при комнатной температуре и далее талую воду фильтровали. По осадку, образованному на фильтре, определялось количество взвешенных частиц в каждой отобранной пробе, а в фильтрате определяли следующие показатели: NH4+, NO3-, NO2- (колориметрический метод); минерализация (кондуктометрический); общая жесткость, Са2+, Cl-, SO42-, HCO3- (титриметрический); Mg2+ (расчетный); рН (потенциометрический); Cd2+, Pb2+, Cu2+, Zn2+ (вольтамперометрический).
Анализ загрязнений снежного покрова на территории города Воронежа показал, что наблюдается тенденция увеличения минерализации снежных проб, содержания в них основных анионов и катионов (SO42-, HCO3- , NH4+, NO3-, NO2-), а также взвешенных веществ. Это говорит о росте человеческой деятельности на городскую среду. В тоже время снизились рН талой воды, а также содержание Cl--ионов.
В порядке убывания вклада в минерализацию, ионный состав снеговых вод г. Воронежа можно представить в виде следующего геохимического ряда: SO42- > HCO3- > Cl- > NO3- > NO2- для анионов и Ca2+ > Mg2+ > NH4+ – для катионов, что вполне соответствует зональным характеристикам.
Полученные ряды коэффициентов аномальности говорят о том, что в отобранных пробах снега всех зон г. Воронежа значительное превышения над фоном имеют: в 2015 году – Cl- > NO2- > SO42- -ионы, в 2016 году – NO3- > NO2- > Cl- – ионы, что косвенно показывает состав техногенных выбросов в атмосферу.
Практически во всех исследуемых пробах «лежалого» снега присутствуют цинк и свинец, в некоторых пробах обнаруживается незначительное количество меди и кадмия. Содержание тяжелых металлов в снежном покрове можно расположить в следующий убывающий ряд: Zn2+ > Pb2+ > Cu2+ > Cd2+. Пробы снега, отобранные в транспортной и промышленной зонах, в наибольшей степени загрязнены медью и свинцом по сравнению с другими городскими зонами. Связь между содержанием в снеге кадмия и цинка и принадлежностью к той или иной функциональной зоне не обнаружена.
Выявлено, что главным источником загрязнения нижних слоев атмосферы и снежного покрова города является автотранспорт, а городские зоны в которых проводились исследования можно расположить в следующий ряд по убыванию в зависимости степени загрязненности: транспортная зона > промышленная зона > жилая и рекреационная зоны > фоновая территория.
Для того чтобы косвенно оценить степень загрязнения атмосферного воздуха, мы рассчитали суммарные показатели загрязнения снежного покрова (Zc) в каждой исследуемой точке по формуле
Zc = Сi/Сф – (n – 1),
где Сi – содержание элемента в исследуемом объекте, Сф – среднее фоновое содержание элемента, n – число определяемых элементов с Сi/Сф>1. Согласно полученным результатам, уровень нагрузки на воздушную среду в зимний период в среднем по городу оценивается как низкий (в 2013 году) и средний (в 2014 году) и ежегодно повышающийся. Загрязнение возросло во многих точках жилой зоны (с низкого до среднего уровня) и транспортной зоны (со среднего до высокого уровня). Все точки рекреационной зоны характеризуются низким загрязнением воздуха за весь период исследования.
Таким образом, анализ проведенных исследований показал, что изучение химического состава снежного покрова г. Воронежа можно использовать как вполне достоверный метод экспрессной индикации загрязнения атмосферного воздуха городской среды.