WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Малыгина Наталья Сергеевна РЕКОНСТРУКЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ АЛТАЯ ПО ЛЕДОВОМУ КЕРНУ СЕДЛОВИНЫ Г. БЕЛУХА 25.00.31 – гляциология и криология Земли

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН Научные руководители:

Доктор географических наук, профессор Винокуров Юрий Иванович Доктор химических наук Папина Татьяна Савельевна

Официальные оппоненты:

Доктор географических наук Михаленко Владимир Николаевич Кандидат географических наук Чижова Юлия Николаевна Ведущая организация Арктический и Антарктический научно - исследовательский институт РОСГИДРОМЕТ

Защита состоится 20 марта 2009 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д.002.046.04 при Учреждении Российской академии наук Институт географии РАН по адресу: 119017, Москва, Старомонетный пер., 29; факс (495)9590033; e-mail:igras@geonet.igras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институте географии РАН

Автореферат разослан 18 февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук Зайцева И.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными методами оценки современного уровня загрязненности атмосферы являются проведение прямых мониторинговых наблюдений и теоретические расчеты эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу (EMEP, 2007; МГЭИК, 2007). Для получения обобщенной информации об экологическом состоянии атмосферы, как для прошлых эпох, так и для современного отрезка времени используются различные стратифицируемые природные накопители. Среди них особое место отводится высокогорным ледникам, хорошо отражающим палеоклиматические и палеоэкологические изменения. Повышенный интерес именно к этим наземным стратифицируемым накопителям обусловлен, также наблюдающейся их интенсивной деградацией, которая может привести в ближайшем будущем к полному отсутствию возможности их использования в качестве «палеоархивов».

Большой интерес высокогорные ледники представляют для оценки уровня загрязнения атмосферы веществами, способными переноситься на значительные расстояния, типичными представителями которых являются твердые аэрозольные частицы, а также ртуть, глобальное распространение которой обусловлено ее долгим временем жизни в атмосфере. Ртуть является приоритетным загрязнителем для Алтайского региона, так как на его территории находятся крупные природные и антропогенные источники ее эмиссии. Твердые аэрозоли, охлаждающее действие которых частично компенсирует влияние на климат парниковых газов, в последнее время привлекают пристальное внимание исследователей.

Немногочисленными палеоархивными индикаторами поступления твердых аэрозольных частиц и ртути в атмосферу ЦентральноАзиатского региона могут выступать высокогорные ледники ТяньШаня, Памира и Алтая, так как значительные по площади высокогорные ледники Тибета и Гималаев в большей степени испытывают на себе влияние муссонной циркуляции. При этом высокогорные ледники Алтая могут давать дополнительную информацию о региональной составляющей поступления загрязняющих веществ в атмосферу Алтайского региона.

Объект исследования. Ледовый керн, отобранный в июле 2001 года совместной Российско-Швейцарской экспедицией в седловине г.

Белуха, Катунский хребет, Алтай (49048'26.3'' с.ш., 86034'42.8'' в.д., высота 4062 м) на глубину 140 метров. В работе использованы данные, полученные для части ледового керна, сформированной с 1840 по 2001 гг.

Цель и задачи исследования. Цель - определение источников поступления твердых аэрозольных частиц (пыли) и оценка уровня загрязнения атмосферы Алтая ртутью по результатам послойного анализа высокогорного ледового керна седловины г. Белуха.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

Разработать способ количественной оценки региональной и глобальной составляющих атмосферного загрязнения территории с использованием данных послойного химического анализа высокогорных ледовых кернов;

Оценить масштаб загрязнения атмосферы Алтая ртутью, выявив приоритетные источники ее эмиссии;

Определить приоритетные факторы, влияющие на процессы переноса загрязняющих веществ и твердых аэрозольных частиц в горных районах Алтая.

Научная новизна работы. Предложен способ количественной оценки вклада различных составляющих атмосферного загрязнения с использованием данных послойного химического анализа высокогорных ледовых кернов, с помощью которого впервые оценен вклад глобальной и региональной составляющих эмиссии ртути в атмосферу Алтайского региона.

Впервые установлено, что влияние мощного локального источника эмиссии ртути - Акташского ртутного комбината - на загрязнение атмосферы Западной части Алтая незначительно; основной вклад, в формирование ртутного загрязнения данной территории наряду с глобальными оказывают региональные природные (Алтае-Саянская ртутная провинция) и антропогенные (промышленные металлургические центры Восточного Казахстана) источники ртути.

Показано, что основной причиной формирования пылевых слоев, визуально фиксируемых в ледовом керне г. Белуха, являются атмосферные процессы регионального масштаба, которые приводят к возникновению в аридных районах Алтая и северо-восточного Казахстана смерчей и пыльных бурь, способствующих переносу пыли воздушными течениями на значительные расстояния.

Практическая значимость работы. Полученные результаты по оценке уровня загрязнения и вклада региональных источников в общий баланс поступления ртути в атмосферу Алтая могут быть использованы при разработке мероприятий по снижению поступления ртути в окружающую среду Центрально-Азиатского региона. Наряду с исследованиями уровня ртутного загрязнения других высокогорных ледников Северного полушария (Монблан, Франция и Верх-Фремонт, США) результаты работы могут быть использованы в рамках выполнения важного международного проекта «Global Mercury Project».

Идентификация источников поступления аэрозольных частиц в атмосферу Алтая может быть использована для оценки трансграничного переноса и верификации моделей изменения климата Центральной Азии.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на региональной научно-практической конференции «Вопросы горного страноведения» (Барнаул, 2005), на международном семинаре «Ice meeting» (Швейцария, 2005), Международной школе ERCA (Франция, 2007), рабочей группе Аэрозоли Сибири XIV (Томск, 2007), Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов» (Тюмень, 2008), XIV Гляциологическом симпозиуме (Иркутск, 2008), Международной конференции «Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее» (Горно-Алтайск, 2008).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в публикациях, в том числе 3 из них в журналах, рекомендованных ВАК.

Фактический материал и личный вклад автора. В основу работы положены данные гляциологических и гляциохимических исследований ледового керна, выполненные в лаборатории радиохимии и химии окружающей среды Института им. Поля Шеррера (Швейцария), и материалы, собранные автором в редком фонде Алтайской краевой универсальной научной библиотеки им.

В.Я. Шишкова, в управлении архивного дела Алтайского края и Государственном архиве Республики Алтай. Личный вклад автора состоял в поиске разноплановых архивных материалов (проанализировано более 150 первоисточников), сборе и анализе метеорологической и синоптической информации (более тысячи синоптических карт из архива ИВЭП СО РАН, а также дневники погоды метеостанций края за 1985-1986 гг.), систематизации типов циркуляции атмосферы для юга Западной Сибири с учетом орографических особенностей региона. Интерпретация гляциохимических данных, обсуждение результатов работы и подготовка публикаций проводились совместно с научными руководителями и соавторами.

На защиту выносятся:

1. Способ количественной оценки региональной и глобальной составляющих атмосферного ртутного загрязнения территории на основе данных высокогорного кернового бурения.

2. Оценка вклада Акташского ртутного комбината в загрязнение атмосферы Алтая.

3. Обоснование основной причины возникновения пылевых (dust) слоев в высокогорном ледовом керне седловины г. Белуха, как результата региональных атмосферных процессов (пыльные бури, смерчи, шквалы).

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 115 страницах, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 129 наименований, содержит 36 рисунков и 7 таблиц.

Благодарности. Считаю своим долгом высказать слова благодарности проф. Х. Гаггелеру и доктору М. Швиковски за приглашение и возможность участия в работе по выполнению совместного Российско-Швейцарского проекта; д-ру С. Оливер и д-ру К. Хендерсону за предоставленные материалы; к.х.н. С. С. Эйрих за предоставленные материалы, обсуждения и ценные замечания, высказанные в ходе выполнения и оформления работы; с.н.с. ИВЭП СО РАН Г. С. Зинченко за предоставление метеоданных и помощь в их обработке и анализе. Особую благодарность выражаю своим научным руководителям д.г.н., профессору Юрию Ивановичу Винокурову и д.х.н. Татьяне Савельевне Папиной за идею работы и постоянную помощь при ее выполнении.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы (цель, новизна, апробация, практическая значимость), описан объект исследования и используемый фактический материал, выделен личный вклад автора при выполнении работы.

В первой главе «Реконструкция загрязнения атмосферы по данным ледникового кернового бурения» сделан обзор литературных данных о возможности оценки масштабов атмосферного загрязнения с использованием данных послойного химического анализа высокогорных ледовых кернов, а также проведен анализ факторов, контролирующих процесс поступления загрязняющих веществ на поверхность ледников. Сделан вывод, что метеорологические и орографические факторы, наряду с особенностями источника загрязнения являются основными факторами, контролирующими поступление, распространение и осаждение загрязняющих веществ в атмосфере горных регионов.

Описаны методы, применяемые для исследования и датирования ледовых кернов. Показана необходимость сопоставления различных методов датирования ледового керна для получения надежной временной шкалы. Рассмотрены возможности и проблемы при интерпретации данных высокогорных ледовых кернов для реконструкции палеоклиматических и палеоэкологических условий изучаемых территорий.

Во второй главе «Обоснование района и объекта исследования» показано, что в течение XX столетия из-за глобального потепления объемы ледников в Центральной Азии значительно сократились (МГЭИК, 2007), особенно интенсивно процесс потепления протекал в Сибири (Henderson, 2006). Сохранившиеся высокогорные (высота выше 4000 м) ледники Азии, включая горные районы Алтая, являются хорошими природными палеоархивами, в первую очередь, региональных климатических и экологических изменений (Aizen, 2004; Fujita, 2004; Thompson, 2000).

Алтай является орографическим барьером для западного переноса воздушных масс. Он расположен на северо-западной периферии Центральной Азии, на границе между Восточным Казахстаном, югом Западной Сибири, северо-западным Китаем и Западной Монголией (рис. 1).

Рис. 1. Район исследования Этот регион представляет значительный интерес для исследований палеоклиматических и палеоэкологических изменений, как территория с резко континентальным климатом, расположенная на границе раздела между тайгой, пустынными и полупустынными районами Центральной Азии.

Наиболее крупные высокогорные ледники Алтая сосредоточены в горном массиве г. Белуха. В 2000 г. совместно Институтом им. Поля Шеррера (Швейцария) и Институтом водных и экологических проблем СО РАН (Россия) была проведена экспедиция с целью выбора места глубинного кернового бурения ледника в седловине г.

Белуха. Для этого на высоте 3895 м (49048'49'' с.ш., 86032'29'' в.д.) был отобран шестиметровый фирновый керн, а также образцы снега.

Температура в буровой скважине была измерена на глубине шести метров, она составила -1,4 0С. В лабораторных условиях в отобранных образцах фирна и снега были определены концентрации основных ионов и соотношение стабильных изотопов (18О и D). Несмотря на относительно высокую температуру фирна, определенную во время его отбора, и наличие ледяных прослоев (максимальная мощность см на глубине 2,5 м), стратиграфия проанализированных химических элементов не показала существенных изменений.

На основании результатов первой экспедиции, в июле 2001 г.

второй совместной Российско-Швейцарской экспедицией в седловине г. Белуха, (49048'26.3'' с.ш., 86034'42.8'' в.д., высота 4062 м) был отобран ледовый керн на глубину 140 м. Затем он в замороженном виде был доставлен в лабораторию радиохимии и химии окружающей среды Института им. Поля Шеррера (Швейцария) для дальнейшего гляциохимического анализа. Датировка слоев отобранного ледового керна была проведена с использованием первичного подсчета годовых слоев по одному или более сезонно-варьируемым сигналам и стратиграфических маркеров (1963 и 1945 гг. – по максимальной концентрации соответственно трития и плутония), измерения активности Pb, извержения вулканов Тамбора и Катмай в 1815 и 1912 гг. В настоящее время большая часть отобранного ледового керна г. Белуха отдатирована и проанализирована на послойное содержание в ней ртути, а также основных веществ, связанных с биогенной (NH4+, COOH-), почвенной (Ca2+, Mg2+, Cl-, Na+) и антропогенной (SO42-, NO3-, NH4+) эмиссией в атмосферу.

В третьей главе “Оценка вклада локальных, региональных и глобальных источников эмиссии ртути в общий баланс ее поступления в атмосферу Алтая” дана характеристика региональных и локальных источников эмиссии ртути на Алтае; представлен анализ климатических особенностей региона, влияющих на распространение ртути от источников ее эмиссии; обоснован способ и представлены результаты расчетов вклада различных источников ртути в загрязнение атмосферы Алтая.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»