Вещественный состав твердофазных выпадений дождевых осадков на урбанизированной территории г. Калининграда



Ключевые слова : твердофазные выпадения, дождь, Калининград

Введение

Атмосферные осадки, в частности дожди, играют важную роль в процессе очищения воздуха от различных примесей, в том числе и загрязнений. К атмосферной примеси относятся твердые частицы неоднородные по своему составу, которые состоят из литогенной пыли, органические частицы и антропогенных частиц [3]. Эти частицы очень маленького размера и коагулируют на себе различные загрязняющие вещества, в том числе и токсичные. И попадая в экосистемы с дождевыми осадками способствуют миграции токсичных веществ в окружающей среде.

По литературным источникам было обнаружено, что изучению вещественного состава твердофазных выпадений в составе дождевых осадков в городе Калининграде уделено недостаточно внимания. То есть данная тема является весьма актуальной для района исследования.

Цель исследования: проанализировать вещественный состав твердофазных выпадений дождевых осадков в городе Калининграде.

Для достижения поставленной цели были выполнены задачи:

1. Изучить литературу по теме исследования.
2. Собрать образцы дождевых осадков на территории ГАУ КО ОО ШИЛИ.
3. Изучить вещественного состава твердофазных выпадений дождевых осадков.

Объект исследования: твердофазные выпадения дождевых осадков в г. Калининграде.

Предмет исследования: качественный состав твердофазные выпадения дождевых осадков.

Материалы и методы

В ходе исследований собрано четыре образца атмосферных осадков — дождь в ноябре 2024 г. и дождь в декабре 2024 г. (даты отбора проб — 27.11.2024, 29.11.2024, 15.12.2024 и 20.12.2024 г.). Дождь собирали специальной ловушкой (рис. 1) установленной во внутреннем дворе ГАУ КО ОО ШИЛИ на высоте 3 метров над уровнем земли.

Рис. 1. Общий вид специальной ловушки для сбора атмосферных осадков

Собранная дождевая вода доставлялась в лабораторию, где далее фильтровалась методом ультрафильтрации [1] через ацетат-целлюлозные фильтры. После фильтрования, фильтры с выделенными на него твердофазными частицами высушивали при комнатной температуре.

Методы сканирующей электронной микроскопии. Полученные на фильтрах нерастворимые вещества изучались методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) при использовании микроскопа HITACHI TM4000 PLUS в лаборатории материаловедения ГАУ КО ОО ШИЛИ.

СЭМ HITACHI TM4000 PLUS позволяет изучать особо мелкие частицы до 2 мкм благодаря достаточно большому диапазону увеличения от х10 до х100 000. Функционирование микроскопа осуществляется в режиме низкого вакуума, при этом исследуемые объекты не претерпевают никаких изменений или повреждений [2]. Данным методом определен состав, размер частиц.

Результаты исследования

Анализ вещественного состава твердофазных атмосферных выпадений дождевых осадков, собранных в ноябре 2024 г. показал, что в осеннем дожде содержатся частицы преимущественно естественного происхождения (рис. 2) и в целом нерастворимого вещества в осенних дождях не много. Размер частиц в изученных пробах варьировал от 10 до 30 мкм. Вероятно, это связано с большим количеством атмосферных осадков в течении ноября, а образцы были нами получены только в конце месяца, что доказывает способность атмосферных осадков хорошо очищать атмосферный воздух от различных примесей.

а)	б)
в)	г)
д)	е)
Рис. 2. Вещественный состав дождевых осадков в ноябре 2024 г.: а) — растительное волокно и две минеральные частицы; б) пепел; в) минеральная частица; г) растительные волокна и пыльца сосны приморской; д) пыльца; е) слепок глинистых частиц

В дождевых осадках декабря 2024 г. выявлено уже большее количество твердофазных выпадений различного происхождения (рис. 3). В декабре в составе дождей преобладали антропогенные частицы, представленные различными пеплами и сажей, и минеральными частицами различного размера (от 5 до 20 мкм), биогенных частиц обнаружено крайне мало, в основном отдельные растительные волокна (длиной до 150 мкм), единичные споры и пыльца растений. Споры и пыльца на представленных фотографиях (рис. 3) деформированы, вероятно во время фильтрования проб под вакуумом (–0,6 атм.).

а)	б)
в)	г)
д)	е)
Рис. 3. Вещественный состав дождевых осадков в декабре 2024 г.: а) общий вид пробы, растительное волокно и большое скопление различных частиц; б) споры (деформированные) и мелкие обломки минералов; в) пористый «летучий» пепел [4]; г) обрывок растительности и крупная частица пепла; д) сажевый агрегат, минеральные частицы; е) пыльца (деформированная)

Большее, по сравнению с ноябрем, количество твердофазных выпадений в дождевых осадках с преобладанием в их составе антропогенных частиц предположительно связано с продолжительным (более 10 дней) периодом без атмосферных осадков и поступлением различных продуктов сгорания (сажи, пеплов) с преобладающим, на период сбора образцов, направлением ветра со стороны частного сектора, расположенного на сравнительно небольшом удалении от ГАУ КО ОО ШИЛИ. Так как известно, что выбросы твердотопливных систем отопления частного жилого сектора являются одним из источников сажевых частиц и пепла в атмосфере [5].

Заключение

В результате анализа вещественного состава твердофазных выпадений дождевых осадков в городе Калининграде сделаны следующие выводы:

1. Дождевые осадки ноября менее насыщены нерастворимыми частицами, по сравнению с осадками декабря.
2. В вещественном составе осенних дождей преобладают биогенные и минеральные частицы, а в начале зимнего периода — антропогенные.
3. Состав и количество твердофазных выпадений атмосферных осадков очень сильно зависит от объема выпадающих атмосферных осадков, преобладающего направления ветра и близости основных источников вещества.

Автор выражает благодарность администрации ГАУ КО ОО ШИЛИ за оказанную помощь при проведении данного исследования.

Литература:

1. Богданов Ю. А., Лисицын А. П. Распределение и состав взвешенного органического вещества в водах Тихого океана // Океанологические исследования. 1968. № 18. — С. 75–155.
2. Нарина Н. В., Страгис В. Б., д.м.н.. профессор Макаров И. Ю., Деханов Д. В., к.х.н. Чистяков И. В. Применение настольного электронного микроскопа HITACHI TM4000 PLUS при исследовании огнестрельных и иных повреждений // Криминалистика, оборудование. 2020. Электронный журнал.
3. Топчая В. Ю., Котова Е. И., Стародымова Д. П., Чечко В. А. Распределение, вещественный и химический состав осадочного вещества дождя, поступающего на территорию Калининградской области РФ // Успехи современного естествознания. 2020. № 1. — с. 47–53. DOI: 10.17513/use.37320
4. Шевченко В. П. Влияние аэрозолей на среду и морское осадконакопление в Арктике. М.: Наука, 2006. — 226 с.
5. Шевченко В. П., Воробьев С. Н., Кирпотин С. Н., Крицков И. В., Манасыпов Р. М., Покровский О. С., Политова Н. В. Исследование нерастворимых частиц в снежном покрове Западной Сибири на профиле от Томска до эстуария Оби // Оптика атмосферы и океана. 2015. T. 28. № 6. — С. 499–504.