Атмосферный перенос как источник загрязнения экосистем западного сектора Российской Арктики

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-77-10074

НазваниеАтмосферный перенос как источник загрязнения экосистем западного сектора Российской Арктики

Руководитель Котова Екатерина Ильинична, Кандидат географических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-711 - Геоэкология и природопользование

Ключевые слова Атмосферный перенос, снежный покров, Арктика, тяжелые металлы, сажевый углерод, воздушные массы

Код ГРНТИ39.01.94

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на изучение роли атмосферного переноса антропогенных примесей в процессе загрязнения окружающей среды арктических территорий. Реализация поставленной научной задачи будет способствовать пониманию закономерностей процессов воздействия эмиссий атмосферных примесей (тяжелых металлов, взвеси, сажи) на экосистемы арктических территорий, а также способствовать более точной оценке экологических последствий их поступления. Актуальность изучения атмосферного переноса примесей определяется экологическими последствиями антропогенного воздействия крупных индустриальных районов Европы и Европейской территории РФ на экосистемы западного сектора Российской Арктики. Арктика в виду климатических особенностей очень уязвима к антропогенному воздействию. Атмосферный перенос – это быстрый путь поступления веществ (в том числе поллютантов) в окружающую среду удаленных районов. Новизна проекта состоит, прежде всего, в комплексности подхода к изучению атмосферного переноса антропогенных примесей и их влияния на окружающую среду арктических территорий РФ, и объединении данных натурных, аналитических и модельных исследований. Природные архивы аэрозольных поступлений способны накапливать материал, поступающий из атмосферы, а изучение природных архивов дает нам возможность произвести реконструкцию атмосферного переноса в различных временных масштабах. Так, снежный покров, накапливает материал, который поступает в окружающую среду в течение периода снегозалегания, в то время как наземная растительность (в частности, лишайники) дает представление об атмосферной поставке во временных границах жизни растения (несколько лет, как правило). Данные натурных наблюдений дополненные моделированием атмосферного переноса от источников эмиссий позволят более точно оценить состояние окружающей среды западного сектора Российской Арктики под воздействием антропогенной нагрузки.Кроме того, в рамках экспедиционных работ будут получены натурные данные по ранее не исследованным территориям. Конкретными задачами проекта являются: изучение элементного и вещественного состава эолового вещества, которое накапливается в природных архивах (снежный покров, эпигейные и эпифитные лишайники), атмосферных аэрозолей. По итогам работ будут определены пространственные и временные особенности формирования состава компонентов окружающей среды территории, связанные с атмосферными процессами и их изменениями. Будет выполнена оценка потоков взвешенного вещества, тяжелых металлов, сажи на поверхность. Полученные расчетные концентрации примесей в приземном воздухе, а также их потоки на поверхность будут сопоставлены с данными натурных наблюдений. Это позволит оценить точность модельных расчетов и возможность использования расчетных данных для оценки загрязнения окружающей среды отдаленных труднодоступных территорий. Будут выявлены наиболее значимые источники антропогенных примесей для выбранных пунктов. Полученные в рамках исследования пространственные распределения функции потенциальных источников загрязнения помогут выявить районы, которые являются особенно значимыми, с точки зрения загрязнения окружающей среды рассматриваемых пунктов, при размещении в них антропогенных источников загрязнения атмосферы. Это практически важный результат не только для оценки влияния уже имеющихся источников, но и для прогнозирования возможных экологических последствий новых проектируемых антропогенных источников, в частности, при размещении на севере России предполагаемых объектов нефтедобывающей и газовой промышленности. Будут определены территории, попадающие под воздействие переноса загрязняющих веществ от объектов нефтегазовой отрасли, что позволит уточнить ущерб, наносимый окружающей среде.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Котова Е.И., Топчая В.Ю., Новикова Ю.В. Геобиохимические характеристики снежного покрова побережья Белого моря в 2021 и 2022 гг. Лед и снег, №1, Том 63, с. 60-70 (год публикации - 2023)
10.31857/S207667342301009X

2. Виноградова А.А., Иванова Ю.И. Вклады антропогенных источников и лесных пожаров в содержание черного углерода в приземной атмосфере Российской Арктики: пространственные и сезонные вариации Аэрозоли Сибири. XXIХ Конференция: Тезисы докладов., Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2022. – 102 с. ISBN 978-5-94458-193-8. С. 78. (год публикации - 2022)

3. Стародымова Д.П., Котова Е.И. Поступление тяжелых металлов из атмосферы на водосбор Белого моря в зимний период Морские исследования и образование (MARESEDU)-2022 : Труды XI Международной научно-практической конференции, Москва, 24–28 октября 2022 года., Том I (IV). Тверь: Общество с ограниченной ответственностью "ПолиПРЕСС", 2022. С. 319-322. (год публикации - 2022)

4. Топчая В.Ю., Котова Е.И. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СНЕГОВОМ ПОКРОВЕ ПОБЕРЕЖЬЯ БАРЕНЦЕВА МОРЯ Арктика: история и современность : сборник трудов Международной научной конференции, 20 –21 октября 2022 г., СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. С. 245-252. (год публикации - 2022)

5. Шевченко В.П., Саввичев А.С., Болотов И.Н., Стародымова Д.П., Клювиткин А.А. Накопление тяжёлых металлов кустистыми эпифитными лишайниками водосбора Онежского залива Белого моря Морские исследования и образование (MARESEDU)-2022 : Труды XI Международной научно-практической конференции, Москва, 24–28 октября 2022 года., Том I (IV). Тверь: Общество с ограниченной ответственностью "ПолиПРЕСС", 2022. С. 306-309. (год публикации - 2022)

6. Шевченко В. П., Стародымова Д. П., Белоруков С. К., Коробов В. Б., Котова Е. И., Лохов А. С., Чульцова А. Л., Чупаков А. В., Яковлев А. Е. Геохимия снежного покрова Приморского района Архангельской области в конце зимнего периода Морские исследования и образование (MARESEDU)-2022 : Труды XI Международной научно-практической конференции, Москва, 24–28 октября 2022 года., Том I (IV). Тверь: Общество с ограниченной ответственностью "ПолиПРЕСС", 2022. С. 268-271. (год публикации - 2022)

7. Виноградова А.А., Иванова Ю.И. Атмосферный перенос черного углерода в российскую Арктику от различных источников: зима и лето 2000–2016 годов Оптика Атмосферы и океана (год публикации - 2023)

8. Котова Е.И., Мискевич И.В. Влияние состава снега на состав донных отложений малой реки на примере реки Лапа в дельте Северной Двины Успехи современного естествознания, 2023, № 4, с. 49-54 (год публикации - 2023)

9. Е.И. Котова, В.Б. Коробов Береговая зона арктических морей как специальный объект экологического мониторинга Проблемы региональной экологии, №1. С. 44-51 (год публикации - 2023)
10.24412/1728-323X-2023-1-44-51

10. Котова Е.И., Лохов А.С., Топчая В.Ю., Чибисова В.Г. Атмосферный перенос свинца и кадмия на территорию Арктической зоны РФ по данным модельных расчетов Геология морей и океанов: Материалы XXV Международной научной конференции (Школы) по морской геологии, Т. IV. – М.: ИО РАН, 2023. – с. 202-205 (год публикации - 2023)

11. Котова Е.И., Стародымова Д.П., Нецветаева О.П. Состав нерастворимого вещества снежного покрова западного сектора Российской Арктики: результаты экспедиции 2023 года Геология морей и океанов: Материалы XXV Международной научной конференции (Школы) по морской геологии, Т. IV. – М.: ИО РАН, 2023. – с. 206-209 (год публикации - 2023)

12. Котова Е.И., Нецветаева О.П., Титова К.В. ИОННЫЙ СОСТАВ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ЭСТУАРИЯ РЕКИ ИНДИГИ (БАССЕЙН БАРЕНЦЕВА МОРЯ) Снежный покров, атмосферные осадки, аэрозоли: материалы V Байкальской международной научной конференции - стратегической сессии (19 – 23 июня 2023 г.)., Иркутск: Репроцентр А1, 2023. – С. 114-116. (год публикации - 2023)

13. Котова Е.И., Нецветаева О.П., Новикова Ю.В., Титова К.В. Физико-химические характеристики и альгологический состав снежного покрова устьев рек бассейна Баренцева моря Арктика: экология и экономика, Т. 14, № 1. - С. 127-134 (год публикации - 2024)
10.25283/2223-4594-2024-1-127-134

14. Губанова Д.П., Виноградова А.А., Котова Е.И. Long-Range Atmospheric Transport of Dust from the Caspian Sea Region to the Arctic Zone of the European Part of Russia in December 2023 Doklady Earth Sciences (год публикации - 2024)
10.1134/S1028334X24602852

15. Котова Е.И., Лохов А.С., Коробов В.Б. Пространственная изменчивость поступления тяжелых металлов через атмосферу в устьевую область Северной Двины (модельные данные) Успехи современного естествознания, № 9. – С. 19-25. (год публикации - 2024)
10.17513/use.38305

16. Туфанова О.П., Котова Е.И. Исследование динамики изменений и атмосферного переноса выбросов свинца и кадмия с территорий объектов нефтегазодобывающей промышленности (на примере месторождений северной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции) Успехи современного естествознания, № 5. – С. 51-56. (год публикации - 2024)
10.17513/use.38265

17. Котова Е.И., Стародымова Д.П., Титова К.В. Геохимические особенности снежного покрова центральной части Ненецкого автономного округа в марте 2023 года LXXVII Герценовские чтения. География: развитие науки и образования : Материалы Международной научно-практической конференции. В 2-х томах, Санкт-Петербург, 22–26 апреля 2024 года., С. 120-124. (год публикации - 2024)

18. Котова Е.И., Туфанова О.П. Распространение примесей от источников нефтегазодобывающей отрасли Севера Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции Региональное сотрудничество БРИКС: современные проблемы экологии и природопользования : Материалы второй международной научно-практической конференции: тезисы докладов, Петрозаводск, 18–20 сентября 2024 года., С. 89-90. (год публикации - 2024)

19. Котова Е.И., Стародымова Д.П., Лохов А.С., Нецветаева О.П. Состав взвеси в снежном покрове западного сектора Российской Арктики Лёд и снег, Т. 64, № 4. – С. 591-601. (год публикации - 2024)
10.31857/S2076673424040097

20. Виноградова А.А., Губанова Д.П., Котова Е.И., Зметная М.И. Эпизод дальнего атмосферного переноса пыли из Прикаспия через центр европейской части России в декабре 2023 III Юдахинские чтения : сборник научных материалов, Архангельск, 25–28 июня 2024 года., С. 104-109. (год публикации - 2024)

21. Виноградова А.А., Котова Е.И., Лохов А.C. Высота слоя перемешивания в атмосфере над квазиоднородными климатическими территориями и арктическими морями России Оптика атмосферы и океана (год публикации - 2025)

22. Стародымова Д.П., Котова Е.И., Шевченко В.П., Титова К.В., Лукьянова О.Н. Winter atmospheric deposition of trace elements in the Arkhangelsk region (NW Russia): Insights into environmental effects Atmospheric Pollution Research, Vol. 15, No. 12. – P. 102310. (год публикации - 2024)
10.1016/j.apr.2024.102310

23. Лохов А.С., Котова Е.И., Чибисова В.Г. Определение границ климатических сезонов для параметризации модели переноса атмосферных примесей на территории российской Арктики Арктика: экология и экономика, Т. 15, № 1(57). – С. 27-36. (год публикации - 2025)
10.25283/2223-4594-2025-1-27-36

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведены экспедиционные исследования на территории Архангельской области, Кольского полуострова и Ненецкого автономного округа. В летний период отобрано 76 проб лишайников. Проведен их элементный анализ в АСИЦ ИПТМ РАН. Зимой проведен отбор 75 проб снега. Проведена их пробоподготовка и определение геохимических характеристик снега. Исследован состав лишайников на различном удалении от Харьягинского нефтяного месторождения, что позволило определить взаимосвязи между накоплением элементов лишайниками и геохимическими условиями окружающей среды. В частности, поступление литогенной пыли оказывает существенное влияние на содержание таких элементов как U, редкоземельные металлы, Ti, Cr. В непосредственной близости от месторождения отмечено обогащение лишайников Cu, Mo, Zn и Cd, что говорит о локальном загрязнении окружающей среды этими элементами. Загрязнение Zn и Cd имеет антропогенное происхождение, которое связано с выбросами автотранспорта, и имеет неоднородное пространственное распространение. Среднее содержание нерастворимого вещества в снеге для всего района исследования составило 2,9 мг/л, что соответствует значению для снега фоновых участков Арктики. Как и прошлые годы в районе Мончегорска в составе взвеси определено высокое содержание Ni (88756 мкг/г), Cu (9286 мкг/г), V (1522 мкг/г) и Pb (815 мкг/г). Повышенное содержание V (1383 мкг/г) характерно и для взвеси снега в районе пос. Ретинское. Терминал по перегрузке угля в порту Мурманска является здесь главным источником пыли, содержащей ванадий и другие токсичные соединения. Во взвеси снежного покрова вблизи Апатит отмечается высокое содержание редкоземельных металлов. Основной источник поступления взвеси – работа АНОФ-3 и АНОФ-2 Кировского филиала АО “Апатит”. На территории Ненецкого автономного округа в нерастворимом веществе снега незначительно выше содержание Pb и As, вблизи Харьягинского месторождения отмечено увеличение содержания во взвеси V, Mn и Zn. На основе наблюдений за выпадениями микроэлементов в составе зимних атмосферных осадков на Северо-Западе России выполнена оценка экологического риска в результате таяния снега с использованием коэффициента загрязнения и индекса нагрузки от загрязнения. Полученные значения геохимических показателей свидетельствуют о том, что сельские районы являются относительно незагрязненными. Территория вблизи небольших городов с местными котельными (например, г. Онега) характеризуется высоким и чрезвычайно высоким уровнем загрязнения марганцем. Промышленный центр Северодвинск характеризуется многоэлементным загрязнением от умеренного до значительного уровня, в том числе из-за выбросов топливно-энергетических комплексов, транспортных средств, зданий и строительной деятельности. Установлено, что для некоторых элементов (Li, V, Ni, Cu, Sr, Ba) выщелачивание из взвешенного вещества является важным источником поступления растворимых форм. Наиболее растворимыми элементами в снеге являются Cd, Zn, Sr. При этом более высокие доли растворенных элементов характерны для сельской местности, где уровень pH снега ниже. Сравнение данных о составе талых вод с составом речного стока в период половодья показало, что концентрации Cu, Zn, Cd и Pb в снеге равны или даже превышают концентрации в речной воде, что свидетельствует о том, что атмосферные осадки, накопленные за зиму, могут существенно влиять на геохимию речного стока по этим элементам. Установлено, что снежный покров устьевых областей рек юго-востока Баренцева моря (Индига, Пеша) формируется в условиях тесного взаимодействия как с воздушной, так и водной средой. В зимний период морские воды, просачивающиеся через лед, способны обогащать снежный покров солями, увеличивая минерализацию и уровень pH снега. При этом в составе снега увеличивается не только содержание морских ионов (хлорид, сульфаты, ионы натрия, магния), но и содержание растворимых форм Li, V, Mn, Co, Cu, As и Mo. Были выделены границы климатических сезонов для территории российской Арктики. Зимний сезон определен как период с установившимся снежным покровом (по данным о снежном покрове 182 метеостанции), летний — как активный вегетационный период (по индексу NDVI на основе спутниковых снимков с 1981 г. по 2023 года из архива NOAA CDR Program). Анализ межгодовых изменении метеопараметров и характеристик снегозалегания исследуемой территории позволил сделать вывод об уменьшении продолжительности зимнего периода на этой территории. Несмотря на практически равные средние значения изменения даты конца и начала зимы по рассматриваемой территории, длительность зимы в российской Арктике изменяется неравномерно. Так, конец зимы наступает раньше на прибрежных территориях арктических морей, в свою очередь, начало зимы наступает позже для европейской части российской Арктики, чем для ее восточной части, за исключением Чукотского автономного округа. Принято участие с устными докладами в 3 научных конференциях: Международная научно-практическая конференция «Региональное сотрудничество БРИКС: современные проблемы экологии и природопользования» (Карельский научный Центр РАН); Международная научно-практическая конференция LXXVIII Герценовские чтения «География: развитие науки и образования» (РГПУ им. А. И. Герцена); XXXI конференция "Аэрозоли Сибири", посвященная 100-летию со дня рождения академика Владимира Евсеевича Зуева (Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН). Опубликовано 6 статей в журналах, в том числе 4 в научных изданиях, индексируемых в зарубежных базах данных публикаций и/или RSCI. Информационным поводом стали результаты оценки степени загрязнения атмосферы микроэлементами и их влияние на химический состав речных вод: https://www.ocean.ru/index.php/novosti-left/novosti-instituta/item/3294-uchenye-obnaruzhili-vysokie-urovni-zagryazneniya-atmosfery-severo-zapadnykh-regionov-rossii. Новость о изменении продолжительности зимнего периода в Арктике, имела беспрецедентный успех: более 70 публикации: https://www.ocean.ru/index.php/novosti-left/novosti-instituta/item/3449-arkticheskaya-zima-stala-koroche.

Публикации