WWW.DOC.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные документы
 

«АТОМАРНАЯ РТУТЬ В ПРИВОДНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ МОРЕЙ РОССИИ В ЛЕТНЕ-ОСЕННИЙ ПЕРИОД ...»

На правах рукописи

Калинчук Виктор Васильевич

АТОМАРНАЯ РТУТЬ В ПРИВОДНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ МОРЕЙ РОССИИ В ЛЕТНЕ-ОСЕННИЙ ПЕРИОД

25.00.28 – Океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Владивосток – 2016

Диссертация выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук и Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель: Астахов Анатолий Сергеевич, доктор геологоминералогических наук, заведующий лабораторией геохимии осадочных процессов ТОИ ДВО РАН, г.

Владивосток

Официальные оппоненты: Шулькин Владимир Маркович, доктор географических наук, заведующий лабораторией геохимии ТИГ ДВО РАН, г. Владивосток Машьянов Николай Романович, кандидат геологоминералогических наук, главный специалист Института наук о Земле СПбГУ, г. Санкт-Петербург

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Дальневосточный федеральный университет, г.



Владивосток

Защита состоится «16» декабря 2016 г. в 13:00 на заседании диссертационного совета Д005.017.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук по адресу: г. Владивосток, ул. Балтийская 43.

Факс: (4232) 31-25-73 E-mail: viktor_v@poi.dvo.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Тихоокеанского океанологического института им. В.И.

Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук и на сайте http://www.poi.dvo.ru Отзывы просим присылать в 2-х экземплярах с заверенной подписью по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская 43, ТОИ ДВО РАН, приемная

Автореферат разослан «14» октября 2016 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук Храпченков Федор Фомич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время существуют две причины, которые обуславливают необходимость изучения особенностей распределения ртути и процессов, которые с ней происходят в окружающей среде. Первая – «экологическая»

причина заключается в том, что ртуть является одним из наиболее значимых параметров химического загрязнения окружающей среды. Ее концентрацию необходимо контролировать во всех компонентах биосферы. Это связано с высокой токсичностью почти всех форм и соединений ртути, особенно органических, и усугубляется способностью менее реакционных и токсичных форм и соединений ртути трансформироваться в более реакционные и токсичные формы, а также способностью ртути биоаккумулироваться в организмах и биомагнифицироваться в пищевых цепях различных экосистем. Вторая причина – «геологическая», связана с поступлением ртути из недр Земли, и особыми физико-химическими свойствами этого элемента, вследствие которых в районе обогащенных ртутью геологических объектов и структур образуются более или менее контрастные био- и геохимические ореолы ее рассеяния, что, в свою очередь, может быть использовано при решении различных прогнозно-поисковых и геологических задач.





Сюда же можно отнести возможность использования знаний о присутствии той или иной формы ртути и/или ее повышенного содержания в горных породах, минералах и полезных ископаемых для определения их генезиса, а также изучение распределения ртути в депонирующих компонентах природной среды с целью реконструкции ее состояния в прошлом. Развитию ртутометрических исследований способствует создание новых высокоточных экспрессных методов определения различных форм и соединений ртути во всех компонентах окружающей среды.

Необходимость изучения ртути в атмосфере обусловлена рядом причин. Вопервых, от ее состава и состояния прямо либо опосредованно зависит жизнедеятельность всех организмов. Во-вторых, только в этой среде на Земле происходят самые быстрые миграции вещества на дальние расстояния. В-третьих, в приземном слое в атмосферы могут образовываться контрастные атмохимические ореолы рассеяния ртути над источниками ее поступления (как природными, так и антропогенными).

Выбор в качестве объекта исследования именно атомарной формы ртути обусловлен ее особыми физико-химическими свойствами, следствием которых является ряд обстоятельств. Во-первых, в основном именно в этой форме происходит эмиссия ртути в атмосферу, как от антропогенных, так и природных источников, а также в результате реэмиссии. Во-вторых, именно в атомарной форме ртуть может наиболее продолжительное время существовать в атмосфере с момента своего поступления в нее (по разным данным до 2 лет). В результате основная масса ртути, содержащаяся в атмосфере, находится в атомарной форме. Таким образом, именно атомарная форма ответственна за атмосферный перенос ртути на дальние расстояния (порядка тысяч и десятка тысяч километров) и загрязнение значительно удаленных от источников поступления районов в результате окисления и осаждения на поверхность Земли. И в третьих, именно атомарная форма ртути способна образовывать контрастные газовые ореолы рассеяния в приземном слое атмосферы над источниками ее поступления.

К настоящему моменту на суше проведено относительно большое количество ртутометрических исследований атмосферы. Однако на морских акваториях число подобных работ весьма ограничено, хотя стоит отметить, что оно растет с каждым годом и, в результате, все более увеличивается объем данных и знаний об источниках поступления ртути в атмосферу над морями и процессах, которые происходят с этим элементом в системе море-атмосфера. Ранее в дальневосточных морях России было проведено несколько исследований [Ганеев и др., 1983; Степанов, Калягин, 1997;

Аксентов, 2009; Колесник, 2009; Астахов и др., 2011; Kang, Xie, 2011], целью которых являлось изучение распределения ртути в атмосфере. Тем не менее, на сегодняшний день пространственно-временная изменчивость содержания атомарной ртути в атмосфере данного региона остается, все же, недостаточно изучена. А между тем, дальневосточные моря России обладают важным рыболовным значением. Именно здесь ведется один из самых результативных промыслов в мире. Кроме того, они расположены по соседству с азиатскими странами, откуда, как будет показано в данной работе, в глобальном масштабе в атмосферу поступает наибольшее количество антропогенной ртути. Помимо этого регион дальневосточных морей России, характеризуется интенсивной сейсмичностью и активными магматическими (вулканическими) процессами, которые также могут служить поставщиками ртути в атмосферу.

Цель работы заключалась в изучении пространственно-временной изменчивости содержания атомарной ртути (Hg0) в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России в летне-осенний период и установлении причин этой изменчивости.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определение содержания Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России в летне-осенний период года.

2. Выявление географических районов-источников поступления ртути, влияющих на ее содержание в атмосфере над дальневосточными морями России.

3. Оценка влияния переноса воздушных масс из районов-источников на содержание ртути в атмосфере дальневосточных морей России

4. Оценка влияния подводных эндогенных источников ртути на ее содержание в приводном слое атмосферы.

Научная новизна. На основании многолетних исследований определены средние содержания Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России в летне-осенний период. На основании многочисленных зарегистрированных эпизодов переноса воздушных масс из высокоиндустриального региона Желтого моря оценено их влияние на содержание Hg0 в приводном слое атмосферы в Японском море.

Установлен перенос Hg0 воздушными потоками из региона Желтого моря в атмосферу над Охотским морем. В зоне сопряжения Центральной глубоководной котловины Японского моря с впадиной Татарского пролива над разломом обнаружен контрастный газовый ореол рассеяния Hg0 в атмосфере. Дана оценка влияния переноса воздушных масс от извергавшегося вулкана Плоский Толбачик на содержание Hg0 в атмосфере над Охотским морем и прикамчатским сектором Тихого океана. Обнаружен атмосферный перенос Hg0 из района Северного Ледовитого океана в район Берингова моря.

Практическая значимость. Морские ртутометрические исследования атмосферы являются важным дополнением к подобным исследованиям, проводимым на суши, в частности на стационарных станциях мониторинга. Они способны охватывать значительные расстояния, и позволяют проводить изучение в районах, удаленных от мощных источников поступления ртути (как природных, так и антропогенных) и в которых отсутствует мониторинговая сеть. Данные полученные в результате натурных измерений ртути в атмосфере над дальневосточными морями России могут помочь улучшить существующие модели глобального распределения атмосферной ртути. Кроме того, результаты данной работы могут быть применены для обоснования морских ртутометрических исследований приводного слоя атмосферы как дополнительного метода при морской геофизической съемке для геологического картирования и, возможно, поисков углеводородных и рудных залежей.

Основные защищаемые положения:

1. В летне-осенний период наблюдается тенденция увеличения средней концентрации Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России в юго-западном направлении от 1,1 нг/м3 в Беринговом море до 1,7 нг/м3 в Японском.

Содержание Hg0 увеличивается в результате переноса загрязненных воздушных масс из высокоиндустриальных районов восточной Азии.

2. В дальневосточных морях России в приводном слое атмосферы отмечается заметное увеличение содержания Hg0 в результате переноса воздушных масс от действующих наземных вулканов данного региона и в результате поступления ртути через толщу воды от подводных геологических источников.

3. Летом, в период разрушения ледяного покрова, воздушный бассейн Северного Ледовитого океана является поставщиком Hg0 в атмосферу Берингова моря.

Исходные материалы. В основу диссертации легли данные ртутометрических исследований атмосферы, проведенные автором совместно с коллегами в летне-осенний период года с 2010 по 2013 год включительно на НИС «Академик М.А. Лаврентьев»

(рейсы №52, 53, 54, 58, 59, 62, 63, 64), НИС «Академик Опарин» (рейс №44), НИС «Луговое» (рейс №1) в Японском, Охотском, Беринговом морях и северо-западной части Тихого океана в районе Курило-Камчатского желоба.

Личный вклад автора состоит в организации и проведении ртутометрических исследований атмосферы в дальневосточных морях России. Анализ литературных данных, все расчеты, интерпретация полученного фактического материала и обобщения сделаны лично автором. Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором, либо на равных правах с соавторами.

Обоснованность и достоверность полученных результатов определяются рядом факторов:

все измерения содержания Hg0 были выполнены одним методом на одном анализаторе ртути: современном прецизионном атомно-абсорбционном спектрометре РА-915+ (ООО «Люмэкс», г. Санкт-Петербург) c ежегодной поверкой анализатора;

для генерирования траекторий движения воздушных масс в точки измерения была использована общедоступная и широко применяемая в научных исследованиях модель HYSPLIT (NOAA, США);

на всех акваториях дальневосточных морей России получены большие, статистически значимые объемы, как судовых данных о содержании Hg0 в атмосфере, так и данных о траекториях движения воздушных масс в точки измерения;

результаты исследования согласуются с мировым уровнем знаний об особенностях пространственно-временного распределения Hg0 в атмосфере.

Публикации и апробация работы По теме диссертации опубликованы 11 работ, в том числе 4 статьи, в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на ряде совещаний и конференций, в том числе: на семинарах лаборатории исследования загрязнения и экологии ТОИ ДВО РАН, на всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России» (Владивосток, 2012), на конференции молодых ученых «Океанологические исследования» (Владивосток, 2013 г.), на международной научной конференции по морской геологии «Геология морей и океанов» (Москва, 2011, 2013, 2015), на региональной конференции «Океанография залива Петра Великого и прилегающей части Японского моря» (Владивосток, 2013), на Втором международном симпозиуме «Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты» (Новосибирск, 2015).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 208 страницах, содержит 72 рисунка, 38 таблиц и список литературы из 304 наименований.

Благодарности.

Работа выполнена в ТОИ ДВО РАН и ТПУ под научным руководством д.г.-м.н. А.С. Астахова, которому автор выражает свою искреннюю благодарность. Диссертант признателен за ценные консультации и обсуждение, поддержку и конструктивную критику к.х.н. В.Ф. Мишукову, к.г.-м.н. К.И. Аксентову, д.х.н. П.Я. Тищенко, д.ф-м.н. М.С. Пермякову, д.б.н. П.М. Жадану, д.г.-м.н. А.И.

Обжирову, к.г.-м.н. Ю.П. Василенко, д.г.-м.н. А.Н. Деркачеву, к.ф.-м.н. В.И.

Пономареву.

Работа по теме диссертации была выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Мировой океан», Правительства Российской Федерации (грант № 14.Z50.31.0012), а также грантов, в которых автор являлся руководителем: гранты РФФИ: №12-05-31000 мол_а «Источники и миграция ртути в атмосферном воздухе северо-западной части Тихого океана и его окраинных морей», №14-05-00723_а «Пространственно-временное распределение ртути в дальневосточных морях России и атмосфере над ними»; грант ДВО РАН «Ртуть в атмосфере над дальневосточными морями России: источники, пути миграции, особенности распределения».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности выбранной темы, определены цель и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость полученных результатов и их обоснованность и достоверность, приведены выносимые на защиту положения, показано как была проведена апробация работы, представлена структура и объем диссертации.

Глава 1. Ртуть в окружающей среде В данной главе рассмотрены физико-химические и токсикологические свойства ртути, особенности ее распределения в различных компонентах окружающей среды, источники и формы поступления ртути в атмосферу.

На основании литературных данных сделан обзор о физико-химических процессах, происходящих в атмосфере с различными формами ртути и, в частности, с атомарной. Дана оценка изученности распределения ртути в атмосфере над дальневосточными морями России.

Глава 2. Физико-географические характеристики и гидрометеорологические условия дальневосточных морей России Рассмотрены физико-географические, климатические и гидрометеорологические условия для всего района исследований в связи с тем, что некоторые из них, как следует из предыдущей главы, могут оказывать влияние на пространственно-временное распределение ртути в атмосфере.

Глава 3. Фактический материал и методика исследований Фактический материал, который лег в основу данной диссертационной работы, был получен в результате ртутометрических исследований атмосферы, проведенных в 10 морских экспедициях на НИС «Академик М.

А. Лаврентьев», НИС «Академик Опарин», НИС «Луговое» с 2010 по 2013 год включительно, в летне-осенние периоды года в Японском, Охотском, Беринговом морях и в северо-западной части Тихого океана.

Всего было выполнено 41135 5-минутных измерений содержания Hg0 в атмосферном воздухе в течение 224 дней. На рисунке 1 представлен район исследования и маршруты НИС.

Содержание Hg0 в воздухе определялось с помощью атомно-абсорбционного спектрометра РА-915+ (ООО «Люмэкс», г. Санкт-Петербург). Метрологическое обеспечение анализатора осуществлялось ежегодно фирмой-изготовителем. Отбор воздуха осуществлялся с носовой части судна на уровне около 1,5 м над поверхностью воды. Одновременно с определением содержания ртути в воздухе с помощью метеостанций Davis Weather Wizard III и Davis Vantage Pro (Davis Instruments Corp., США) регистрировались различные метеорологические параметры - температура и относительная влажность воздуха, атмосферное давление, интенсивность солнечного излучения, скорость и направление ветра, количество атмосферных осадков. В соответствии с методическим руководством к анализатору [Методика…, 2000] все замеры содержания ртути в воздухе были приведены к нормальным условиям.

Методы обработки включали в себя статистический анализ полученных данных, графическое представление пространственного распределения содержания ртути в воздухе и визуализацию динамики содержания ртути и метеопараметров.

Для выявления возможной зависимости между изменением концентрации ртути в приводном слое атмосферы и перемещением воздушных масс были сгенерированы их траектории движения с помощью модели HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model), разработанной Лабораторией воздушных ресурсов Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA, США), с использованием метеорологической информации из базы метеорологических данных GDAS (Global Data Assimilation System) на регулярной пространственной сетке с шагом 0,5° [Draxler, Rolf, 2013; Rolf, 2013].

Дополнительно, для выявления районов-источников поступления ртути в атмосферу над дальневосточными морями России, были проанализированы спутниковые изображения распределения SO2 в 8-километровом слое атмосферы районов, откуда воздушные массы с повышенным содержанием ртути приходили в точки измерения. Такой подход обусловлен тем, что поступление в атмосферу ртути и диоксида серы происходит во многих случаях от одних и тех же источников (сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, при выплавке металлов, от вулканических газов, лесных пожаров). Спутниковые изображения были взяты с сайта NASA http://so2.gsfc.nasa.gov/. Они получены со спутников AURA (США) и SUOMI NPP (США) с помощью установленных на них спектрометров, измеряющих интенсивность отраженного и рассеянного в атмосфере солнечного излучения.

Рисунок 1 – Район исследования и маршруты НИС

Глава 4. Пространственно-временное распределение атомарной ртути в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России В данной главе рассмотрены особенности пространственно-временного распределения Hg0 в приводном слое атмосферы, как в целом, за все время исследования для всего района работ, так и в отдельности для каждого рейса и каждой акватории дальневосточных морей России.

В результате проведенных ртутометрических исследований и последующего анализа полученных данных, была выявлена значительная изменчивость вариационного ряда значений содержания Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России, обусловленная неравномерным пространственно-временным распределением. Диапазон изменения зарегистрированных концентраций Hg0 составил 0,3 – 5,1 нг/м3, среднее – 1,5 нг/м3, коэффициент вариации – 33%. Минимальные значения наблюдались в Беринговом море, максимальные – в Японском.

Как видно из табл. 1 и рис. 2 в дальневосточных морях наблюдается тенденция уменьшения содержания Hg0 с юга на север и с запада на восток, то есть от Японского моря к Берингову.

–  –  –

Глава 5. Факторы, определяющие пространственно-временную изменчивость содержания ртути в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России Известно, что ртуть в атомарной форме в силу своих особых физико-химических свойств может переноситься на большие расстояния от места своего непосредственного попадания в атмосферу, как от природных, так и антропогенных источников.

Ранее различными исследователями в результате физико-химических моделирований и подтверждающих их натурных наблюдений было установлено, что Hg0 из высокоиндустриальных районов восточной Азии может переноситься воздушными массами на большие расстояния и тем самым увеличивать свое содержание в удаленных районах [Travnikov, Ryaboshapko, 2002; Dastoor, Larocque, 2004; Jaffe et al., 2005]. Результаты исследований, проведенные непосредственно на акваториях морей восточной Азии свидетельствуют о том, что наибольшее количество ртути в данном регионе поступает из районов юго-восточной части Китая [Nguyen et al., 2007; Nguyen et al, 2010; Sheu et al., 2010; Ci et al., 2011]. Данные о глобальной антропогенной эмиссии ртути также показывают, что ее наибольшее количество поступает в атмосферу из восточной части Китая [Streets et al., 2005; Pacyna et al., 2006; AMAP/UNEP, 2008; Li et al., 2009].

В результате настоящих исследований было установлено, что содержание Hg0 в приводном слое атмосферы над Японским и Охотским морями увеличивается в результате переноса воздушных масс из региона Желтого моря, в том числе с тайфунами [Калинчук, и др. 2013]. На рис. 3 - рис. 5 представлен один из эпизодов переноса воздушных масс из региона Желтого моря в центральную часть Японского моря в ноябре 2010 г., сопровождаемый в среднем двукратным увеличением содержания Hg0 в приводном слое атмосферы относительно среднего для дальневосточных морей [Аксентов, Калинчук, 2012].

–  –  –

Штриховая линия – среднее содержание Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России, определенное в результате настоящих исследований;

горизонтальная светло-серая линия – стандартное отклонение от среднего; горизонтальная темно-серая линия – фоновый диапазон содержания Hg0 в приземном слое атмосферы Северного полушария по данным [Lindberg et al., 2007]. Вертикальные серые линии – моменты времени (А-Г), для которых на рис. 5 соответственно отображены обратные траектории движения воздушных масс в точки измерения.

Рисунок 4 – Динамика содержания Hg0 и метеопараметров (T и P) в приводном слое атмосферы в Японском море в октябре-ноябре 2010 г., по ходу движения НИС «Академик М.А.

Лаврентьев»

Дата/время – UTC. Обратные траектории движения воздушных масс в точки измерения (звездочки) на высоте 500 м для четырех (А-Г) моментов времени (см. рис. 4) за предыдущие 4 сут в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Спутниковые изображения распределения SO2 в 8-километровом слое атмосферы региона Желтого моря представлены за те даты, перенос воздушных масс от которых обусловил увеличение содержания Hg0 в точках измерения Рисунок 5 – Перемещение воздушных масс в точки измерения в Японском море в ноябре 2010 г.

–  –  –

В связи с муссонным климатом в регионе и периодической сменой направления преобладающего переноса воздушных масс, наибольшее количество случаев атмосферного переноса ртути из региона Желтого моря на акватории дальневосточных морей России, вероятно, происходит в летний период, когда преобладают ветра южных румбов. В это время загрязненные антропогенной ртутью воздушные массы могут распространяться на все Японское море и на некоторые районы Охотского. Зимой, когда над акваториями господствуют ветра северных румбов, и в периоды смены летнего (апрель-июнь) и зимнего муссона (сентябрь-ноябрь) загрязненные ртутью воздушные массы из региона Желтого моря проникают в атмосферу над этими морями вероятно только с наиболее активными тропическими циклонами.

В результате исследований проведенных летом 2013 г. в Беринговом море был выявлен еще один регион, перенос воздушных масс из которого способен увеличивать содержание Hg0 в приводном слое атмосферы. В ходе исследований было зарегистрировано несколько периодов длительностью от нескольких часов до суток, во время которых наблюдалось увеличение содержания Hg0 в приводном слое атмосферы (рис. 6, рис. 7). Анализ обратных траекторий движения воздушных масс из точек измерения показал, что содержание ртути начинало увеличиваться одновременно с приходом арктического воздуха из нижних слоев тропосферы центральной части Северного Ледовитого океана (рис. 8). Средняя концентрация Hg0 (1,5 нг/м3) в эти периоды не превышала фоновый диапазон для приземной атмосферы Северного полушария – 1,5-1,7 нг/м3 [Lindberg et al., 2007]. Однако относительно среднего значения (1,0 нг/м3), установленного для периодов, когда воздушные массы приходили в Берингово море из других районов, концентрация ртути была выше на 50%.

–  –  –

Буквами от А до Д обозначены эпизоды прихода в точки измерения воздушных масс из центральной части Арктики. Для данных эпизодов на рис. 8 соответственно отображены обратные траектории движения воздушных масс в точку измерения. Остальные условные обозначения см. рис. 4.

Рисунок 7 – Динамика содержания Hg0 и метеопараметров в приводном слое атмосферы в Беринговом морем в августе 2013 г., по ходу движения НИС «Академик М.А. Лаврентьев»

Число месяца и время в точке измерения– UTC. Буквами от А до Д обозначены эпизоды прихода в точки измерения воздушных масс из центральной части Арктики, соотносящиеся с рис. 7. На графике для вертикальной плоскости по оси абсцисс – время, месяц/число; по оси ординат – расстояние от уровня моря (м).

Рисунок 8 – Обратные траектории движения воздушных масс в точки измерения (звездочки) в Беринговом море в августе 2013 г. за предыдущие 10 суток (треугольники, кружки, квадраты для высот 100, 500 и 1000 м, соответственно) в горизонтальной (вверху) и вертикальной (внизу) плоскостях.

Необходимо отметить, что ранее в результате ртутометрических исследований проведенных в Северном Ледовитом океане в летний период в 2004 г. [Aspmo et al., 2006] и в 2005 г. [Andersson et al., 2008] в районах покрытых льдом регистрировались повышенные концентрации Hg0 в поверхностном слое воды и в приземном слое атмосферы. При этом, в периоды, когда ледокол проламывал лед, содержание ртути в воздухе увеличивалось до 10 нг/м3. Кроме того, сравнение данных по многолетнему сезонному содержанию Hg0 в приземном атмосфере на трех арктических станциях с соответствующими данными со станций расположенных в умеренных широтах в США свидетельствует о том, что в летние месяцы в атмосфере Арктики концентрация Hg0 выше, чем в атмосфере более низких широт [Fisher et al., 2012].

Были предложены различные объяснения, за счет чего в летний период может происходить рост содержания Hg0 в поверхностном слое воды и приземном слое атмосферы в Северном Ледовитом океане. Например, в работе [Aspmo et al., 2006] было выдвинуто предположение, что рост содержания Hg0 в воздухе происходит в результате повышенной эмиссии Hg0 из океана, которая обусловлена повышенным восстановительным потенциалом морской воды в высоких широтах в течение полярного лета, а также в результате реэмиссии ртути выпавшей в течение весны во время так называемого «атмосферного истощения ртути». Андерсон с соавторами [Andersson et al., 2008] предположили, что морской лед является барьером, через который в зимний период летучая Hg0 не может быстро попасть в атмосферу, но с разрушением льда эмиссия становиться возможной. Результаты физико-химического моделирования выполненного Фишером с соавторами [Fisher et al., 2012] показали, что восстановление ртути из снега и льда не может обеспечить наблюдавшийся летний максимум содержания ртути в приземном слое арктической атмосферы, авторами было сделано предположение, что рост содержания ртути связан с летним речным стоком, и последующим испарением ртути с поверхности океана.

Таким образом, наиболее вероятная причина летнего роста концентрации Hg0 в приземном слое атмосферы, покрытой льдами центральной части Северного Ледовитого океана, представляется в протекании прямо, либо опосредовано индуцированных солнечной энергией процессов в слое «поверхностный слой воды – верхняя граница льда или снега». В результате чего, образуется и/или высвобождается ртуть в атомарной форме, которая поступает в приземный слой атмосферы.

Следует отметить, что выявленный в результате настоящих исследований атмосферный перенос ртути из Северного Ледовитого океана в Берингово море, подтверждает выдвинутую в вышеупомянутых работах гипотезу о том, что летом воздушный бассейн центральной части Арктики является экспортером атомарной ртути в более низкие широты.

Помимо этого было установлено еще несколько факторов, которые оказывают влияние на содержание Hg0 в приводном слое атмосферы в дальневосточных морях России. Как известно, этот регион, характеризуется интенсивной сейсмичностью и активными магматическими (вулканическими) процессами. Здесь находится множество спящих и действующих подводных и наземных вулканов. Содержание ртути в вулканических газах обычно на несколько порядков превышает ее содержание в атмосфере [Ferrara et al., 1994; Алехин и др., 2009; Zambardi, et al., 2009; Aiuppa et al., 2007]. В конце ноября 2012 г. на полуострове Камчатка, в юго-западной части Ключевской группы вулканов началось извержение вулкана Плоский Толбачик, продолжавшееся до конца августа 2013 г.

В результате переноса воздушных масс от извергавшегося вулкана в район Охотского моря и северо-западную часть Тихого океана (рис. 9) в приводном слое атмосферы над этими акваториями с 24 по 27 июля 2013 г. наблюдались повышенные содержания Hg0 в интервале от 0,9 до 2,4 нг/м3, среднее было на уровне 1,6 нг/м3 (рис.

10, рис. 11). Это значение соответствует фоновому диапазону содержания Hg0 в приземной атмосфере Северного полушария (1,5 – 1,7 нг/м3) [Lindberg et al., 2007] и незначительно превышает среднее значение для приводного слоя атмосферы над дальневосточными морями России. Однако, следует отметить, что за исключением данного эпизода в остальное время исследований в 63 рейсе НИС «Академик М.А.

Лаврентьев» в Охотском море и в северно-западной части Тихого океана средняя концентрация Hg0 в приводном слое воздуха составляла 1,1 нг/м3. Таким образом, относительно этого значения, содержание Hg0 в приводном слое атмосферы в период переноса воздушных масс от вулкана Плоский Толбачик увеличилось на 63% и 36% в Охотском море и северо-западной части Тихого океана соответственно, и в среднем в обеих акваториях на 45%.

На левом рисунке звездочкой обозначено местоположение вулкана Плоский Толбачик;

красные и синие линии – прямые траектории движения воздушных масс из высот 2000 и 2500 м, соответственно; красные треугольники и синие квадраты – местоположение маркеров, описывающих движение воздушных масс в 0:00 часов по UTC; серые ромбы – местоположение судна в 0:00 часов по UTC. На правом рисунке представлен спутниковый снимок распределения SO2 в 8-километровом слое атмосферы 21 августа 2013 г. в районе 2:00 по UTC.

Рисунок 9 – Перемещение воздушных масс от извергавшегося вулкана Плоский Толбачик за 8 суток от 2:00 21 июля 2013 г. (по UTC)

–  –  –

Вертикальной заливкой обозначен период, когда воздушные массы приходили в точки измерения из района извергавшегося вулкана Плоский Толбачик. Остальные условные обозначения см. рис. 4.

Рисунок 11 – Динамика содержания Hg0 и метеопараметров в приводном слое атмосферы в Охотском море и прикамчатском секторе Тихого океана в июле-августе 2013 г., по ходу движения НИС «Академик М.А. Лаврентьев»

Считается, что, помимо наземных вулканов, источниками ртути в атмосфере над морскими акваториями могут быть активные подводные геологические объекты, такие как: глубинные разломы [Ганеев и др., 1984; Озерова, 1999] и вулканы [Астахов и др., 2011]. Концепция о ртутной дегазации Земли предполагает, что ртуть по зонам глубинных разломов, в период их активизации мигрирует в потоке флюидов из недр Земли (мантии и/или внешнего ядра) к ее поверхности [Озерова, 2010]. Предполагается, что в литосфере ртуть, вследствие своих особых физико-химических свойств, мигрирует в, основном, в атомарной форме. Это позволяет ей формировать геохимические, гидрохимические и атмохимические ореолы рассеяния в почвах, водоемах и атмосфере, соответственно. Известно, что в районах гидротермальных полей различных спрединговых зон [Озерова и др., 2003; Lamborg et al., 2006], а также глубинных разломов [Лучшева и др., 2002] наблюдаются повышенные концентрации ртути в придонном слое морской воды. В работах [Лучшева и др., 2002; Лучшева и Обжиров, 2002] рассмотрено совместное поступление ртути и метана в поверхностные слои воды от подводных геологических источников – глубинных разломов, протягивающихся вдоль восточного берега о. Сахалин. Предполагается, что проникновение ртути сквозь водную толщу определяется ее поступлением в составе пузырьков газа или термальных вод, формирующихся над дегазирующими углеводородными залежами, гидротермальными источниками, активными подводными вулканами, активными глубинными разломами.

В результате настоящих исследований, проведенных осенью 2010 г. в районе северного замыкания Центральной глубоководной котловины Японского моря и ее сочленения с впадиной Татарского пролива в районе возвышенностей Витязь и Алпатова (рис. 12), в приводном слое атмосферы были зафиксированы повышенные содержания Hg0, образующие контрастные атмохимические ореолы рассеяния (рис. 13) [Калинчук, Астахов, 2014]. Содержание Hg0 внутри ореолов было на 35% выше относительно среднего содержания Hg0 в воздухе, за их пределами и на 53% выше относительно среднего содержания Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России.

Существует несколько причин, способных вызвать увеличение концентрации Hg0 в приводном слое атмосферы над морем. Это различные цикличные физико-химические процессы, атмосферный перенос ртути, либо ее поступление из воды, куда она может попасть от антропогенных, либо природных, главным образом, геологических источников. Анализ процессов, определяющих поступление и миграцию ртути в системе «море-атмосфера», показал, что ни один из вышеперечисленных факторов, за исключением поступления ртути от подводного геологического источника не мог быть ответственным за наблюдавшиеся контрастные газовые ореолы рассеяния Hg0 в приводном слое атмосферы. Полигон, на котором проводились исследования, расположен в регионе с высокой геодинамической активностью (см. рис. 12, рис. 13).

Участки с повышенными концентрациями Hg0 в приводном слое атмосферы находились над определенными геологическими структурами и вблизи участков с повышенным содержанием метана в поверхностном слое воды в период ртутометрических исследований [Мишукова и др., 2011], а также вблизи участков с повышенным тепловым потоком [Веселов, Липина, 1982]. Наиболее вероятным поставщиком ртути в данном районе исследований являются локальные водно-газовые источники на морском дне, связанные с вулканизмом либо дефлюидизацией осадочного чехла и земной коры по глубинным разломам.

–  –  –

1 – эоцен-плиоцен, осадочные и осадочно-вулканогенные породы; 2 – средний миоцен-плиоцен, вулканические породы основного состава, трахибазальтовый комплекс; 3 – средний миоценплиоцен, осадочные и осадочно-вулканогенные породы; 4 – олигоцен-нижний миоцен, вулканические породы смешанного состава, осадочные, осадочно-вулканогенные породы и трахиандезитовый комплекс; 5 – верхний мел, вулканические породы кислого состава, дациториолитовый комплекс; 6 – средний палеозой, метаморфические, осадочные и вулканогенноосадочные породы; 7 – позднемеловые гранитоиды; 8-10 - разрывные нарушения: 8 – сбросы; 9

– с переменной или неустановленной кинематикой; 10 – предполагаемые раздвиговые границы блоков (а – выходящие на поверхность или отраженные в рельефе дна, б – скрытые под более молодыми отложениями); 11 – геологические границы, установленные и предполагаемые; 12 – изопахиты эоцен-плиоценовых отложений (км); 13 – выходы на поверхность докайнозойский и кайнозойских вулканогенных пород (акустический фундамент); 14 – точки измерения теплового потока и его величина (мВт/м2, по [Веселов, Липина, 1982]); 15 – галсы и направление движения судна; 16 – дата и время (UTC) в точке замера.

Рисунок 13 – Пространственно-временное изменение содержания Hg0 в приводном слое атмосферы в районе возвышенностей Витязя и Алпатова в октябре 2010 г, и элементы геологического строения (по [Геологическая карта…, 1988]).

Заключение В приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России в летнеосенний период года выявлено неравномерное пространственно-временное распределение Hg0. Изменения концентрации Hg0 зарегистрированы в диапазоне 0,3 – 5,1 нг/м3, среднее значение определено на уровне 1,5 нг/м3.

На рост содержания Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными 2.

морями России главным образом влияют два фактора: глобальный перенос воздушных масс и поступление ртути от активных подводных геологических источников.

В целом содержание Hg0 в приводном слое атмосферы в летне-осенний период 3.

года над дальневосточными морями России уменьшается c юга на север и с запада на восток. Такая неравномерность в пространственном распределении обусловлена поступлением ртути из стран юго-восточной Азии, по большей части из Китая, и в частности переносом Hg0 воздушными массами из высокоиндустриального региона Желтого моря. При поступлении воздушных масс из этого региона концентрация Hg 0 в приводном слое атмосферы над Японским морем увеличивается в среднем на 40%, а над Охотским на 30%, относительно среднего для дальневосточных морей.

Перенос воздушных масс от активных вулканов, приводит к увеличению 4.

содержания Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России. В результате перемещения обогащенных Hg0 воздушных масс от извергавшегося камчатского вулкана Плоский Толбачик, было зафиксировано увеличение ее содержания в приводном слое атмосферы над Охотским морем и северо-западной частью Тихого океана, в среднем до 1,7 нг/м3. Относительно среднего значения (1,1 нг/м3) характерного для периодов, когда воздушные массы приходили в точки измерения из районов без активных и мощных источников поступления ртути в атмосферу, содержание Hg0 в приводном слое атмосферы с приходом воздушных масс от извергающегося вулкана увеличилось в среднем на 54%.

В дальневосточных морях России, характерной особенностью которых является 5.

интенсивная сейсмичность и магматические (вулканические) процессы, поступление ртути в атмосферу осуществляется сквозь водную толщу от подводных активных эндогенных геологических объектов. Например, в районе сопряжения Центральной глубоководной котловины Японского моря с впадиной Татарского пролива над разломом установлено поступление Hg0 в приводной слой атмосферы. Концентрации Hg0 в ореолах над источником были на 35% выше среднего содержания Hg0 в воздухе, за пределами ореолов и на 53% выше относительно среднего содержания Hg0 в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями.

В Беринговом море зафиксировано несколько эпизодов увеличения 6.

содержания Hg0 в приводном слое атмосферы обусловленных поступлением воздушных масс из центральной части Северного Ледовитого океана. Средняя концентрация Hg 0 (1,5 нг/м3) в эти периоды была на 50% выше, чем при поступлении воздушных масс в Берингово море из любых других районов. Это подтверждает гипотезу о том, что летом воздушные массы из центральной Арктики являются поставщиками ртути в более низкие широты.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ:

Статьи, опубликованные в научных изданиях из перечня ВАК Калинчук В.В., Аксентов К.И., Иванов М.В., Лопатников Е.А. Атомарная ртуть в 1.

приводном слое воздуха северо-западной части Японского моря осенью 2011 г. // Вестник ДВО РАН. 2012. № 3. С. 58-66.

Аксентов К.И., Калинчук В.В. Особенности распределения атомарной ртути в 2.

приводном слое атмосферного воздуха Японского моря осенью 2010 г. // Метеорология и гидрология. 2012. № 10. С. 44-52.

Калинчук В.В., Астахов А.С., Мишуков В.Ф., Аксентов К.И. Изменение 3.

концентрации атомарной ртути в приводном слое атмосферы над акваторией Уссурийского залива Японского моря во время прохождения тайфуна Болавен в 2012 г.

// Метеорология и гидрология. 2013. № 5. С. 26-36.

Калинчук В.В., Астахов А. С. Атмохимические ореолы рассеяния ртути над 4.

активными геологическими структурами северной части Японского моря // Геология и геофизика. 2014. № 12. С. 1728 - 1737.

Работы, опубликованные в сборниках научных трудов, материалах региональных и международных конференций:

Иванов М.В., Калинчук В.В., Астахов А.С. Ртутометрические исследования 5.

воздуха, воды и донных осадков в 54 рейсе (май-июнь 2011 г.) НИС «Академик М.А.

Лаврентьев» // Мат-лы XIX междунар. науч. конф. (Школы) по морской геологии «Геология морей и океанов». М.: Геос. 2011. Т.1. С. 217-222.

Калинчук В.В., Иванов М.В. Особенности распределения атомарной ртути в 6.

приводном слое воздуха Японского и Охотского морей весной 2011 г. // Мат-лы 4-й Всерос. конф. мол. уч. «Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России». Владивосток: Дальнаука. 2012. С. 182 -184.

Калинчук В.В., Аксентов К.И. Атомарная ртуть в приводном слое атмосферы над 7.

Японским морем (по результатам исследований за 2010-2012 гг.) // Тез. докл. VI конф.

мол. уч. «Океанологические исследования». Владивосток: Дальнаука. 2013. С. 80-81.

Калинчук В.В., Лопатников Е.А. Атмосферный перенос ртути из региона 8.

Желтого моря в Япономорский регион осенью 2012 г. // Тез. докл. 2-й науч. конф.

«Океанография залива Петра Великого и прилегающей части Японского моря».

Владивосток: Дальнаука. 2013. С. 15-16.

Калинчук В.В., Аксентов К.И., Лопатников Е.А. Трансграничный атмосферный 9.

перенос ртути в Японское море (по результатам исследований за 2010-2012 гг) // Мат-лы XX междунар. науч. конф. (Школы) по морской геологии «Геология морей и океанов».

М.: Геос. 2013. Т.4. С. 222-226.

10. Калинчук В.В. Особенности пространственно-временного распределения атомарной ртути в приводном слое атмосферы над дальневосточными морями России (по результатам исследований за 2010-2013 гг.) //Сб. тр. II междунар. симп. «Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты». Новосибирск: ИНХ СО РАН. 2015. С. 173 – 176.

11. Калинчук В.В. Пространственно-временная изменчивость концентрации атомарной ртути (Hg ) в приводном слое атмосферы в Беринговом море летом 2013 г. // Мат-лы XI междунар. науч. конф. (Школы) по морской геологии «Геология морей и океанов». М.: Геос. 2015. Т.4. С. 222 – 226.



Похожие работы:

«ТАТАРОВСКАЯ Ирина Геннадьевна МИФОЛОГИЯ НАРОДОВ ТРОПИЧЕСКОЙ И ЮЖНОЙ АФРИКИ. ЭПИСТЕМОЛОГИЯ И КАРТИНА МИРА 09.00.01Онтология и теория познания Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора философских наук Москва 2014 Работа выполнена на кафедре философии НАЧОУ ВПО Современная гуманитарная академия Научный консульт...»

«СМИРНОВ Сергей Захарович ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ МАГМАТИЧЕСКОГО ЭТАПА РАЗВИТИЯ РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫХ ГРАНИТНО-ПЕГМАТИТОВЫХ СИСТЕМ: ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ. Специальность 25.00.04 – петрология, вулканология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогически...»

«ГОЛОВКО Никита Владимирович ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ОПЕРАЦИОНАЛЬНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ В ЭПИСТЕМОЛОГИИ НАУКИ 09.00.01 – онтология и теория познания АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора философских наук Новосибирск, 2008 Работа выполнена на философском факультете Новосибирского...»

«ШУТАЛЕВА Анна Владимировна ПРОБЛЕМА ВИДЕНИЯ В КОНТЕКСТЕ КОНСТИТУТИВНОЙ ОНТОЛОГИИ СОЗНАНИЯ Специальность – 09.00.01Онтология и теория познания АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата философских наук Екатеринбург-2007 Работа выполнена на кафедре онтологии и теории познания Уральского государственного университета им. А.М.Горьког...»

«Дарда Валерия Николаевна ЖАНРОВО-СТИЛЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ АЛЬТОВОГО КОНЦЕРТА В ТВОРЧЕСТВЕ КОМПОЗИТОРОВ МАНГЕЙМСКОЙ ШКОЛЫ Специальность 17.00.02 – музыкальное искусство АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата искусствоведения Ростов-на-Дону – 2015 Работа выполнена на кафедре музыкальног...»

«ГОЛОШУМОВА Алина Александровна НОВЫЕ КРИСТАЛЛЫ СТРОНЦИЙСОДЕРЖАЩИХ ГАЛОГЕНИДОВ: ПОИСК, ВЫРАЩИВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ 25.00.05 – минералогия, кристаллография АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандида...»

«Комлева Елена Романовна ДИНАМИКА ЦЕННОСТНЫХ ОРИЕНТАЦИЙ СТАРШЕГО ПОКОЛЕНИЯ РОССИЯН В ТРАНСФОРМИРУЮЩЕМСЯ ОБЩЕСТВЕ Специальность 22.00.04 – социальная структура, социальные институты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата социолог...»

«Каменева Татьяна Николаевна Трансформация семейно-брачных практик в обществе риска 22.00.04 социальная структура, социальные институты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора социологических наук Белгород 2016 Диссертация выполнена на кафедре социологии и политолог...»

«ШАЛАГИНОВА НАТАЛЬЯ АЛЕКСЕЕВНА СОЦИАЛЬНАЯ МАРГИНАЛЬНОСТЬ: ХАРАКТЕРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТИПОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ 09.00.11 – социальная философия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата фило...»

«Семизорова Любовь Борисовна Особенности развития отечественного искусства гобелена (на примере творчества художников Екатеринбурга рубежа ХХ-ХХI вв.) Специальность 17.00.04 Изобразит...»

«БАРАНОВА Ольга Михайловна Социально-философский анализ феноменов любви и пола Специальность 09.00.11 социальная философия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата философских наук Уфа 1998 Работа выполнена на кафедре философии Башкирского государственного университета. Научные руководители: доктор философских наук, профессор А.В Лукьянов, Кандидат...»








 
2017 www.doc.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.