Vol. 35, issue 06, article # 4

Gubanova D. P., Chkhetiani O. G., Kuderina T. M., Iordanskii M. A., Maksimenkov L. O., Artamonova M. S. Long-term variability of the composition of near-surface aerosol in deserted and arid zones of the south of Russia. // Optika Atmosfery i Okeana. 2022. V. 35. No. 06. P. 456–464. DOI: 10.15372/AOO20220604 [in Russian].
Copy the reference to clipboard

Abstract:

The results of long-term (2007–2021) complex experimental studies of microphysical parameters, mass concentration and elemental composition of aerosol particles in the surface air layer of semiarid zones in the south of European Russia are presented. Background values of the daily average mass concentration of near-surface aerosols in the deserted areas of Kalmykia and dry-steppe zone of Rostov region are estimated for the hot summer period: 125 and 34 mg/m3, respectively. The particle size distribution functions typical for atmospheric aerosols of the regions under study are determined. The processes of aerosol particle removal are studied in connection with the main atmospheric processes. Insignificant variations in the mass concentration of only Cd, Hg, and Cu are revealed in aerosols in Rostov region. The elemental composition of Kalmykia aerosols is more variable in both natural and man-made elements, mainly in chemical elements of salt balance and heavy metals. It is shown that most elements are weakly accumulated in aerosols, and their differentiation depends more on the mosaic of the underlying surface. During the long-term period under study, a trend toward purifying the deserted territories of the south of European Russia from harmful atmospheric impurities is found, presumably as a result of reducing climate aridization and/or anthropogenic effect.

Keywords:

semiarid zone, south of the ETR, near-surface aerosol, mass concentration, particle size distribution function, elemental composition, meteorological conditions, synoptic situation, long-term variability

Figures:

References:

1. United Nations Framework Convention on Climate Change. URL: https://unfccc.int/event/cop-26#eq-32 (last access: 21.02.2022).
2. Kuderina T.M. Atmosfernyj aerozol' kak indikator opustynivaniya v aridnyh i subaridnyh landshaftah ETR // Stepi Severnoj Evrazii: Materialy VII Mezhdunar. simpoz. Orenburg: IS UrO RAN; Dimur, 2015. P. 442–443.
3. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. New York: Wiley, 2006. 1232 p.
4. Kondrat'ev K.Ya., Ivlev L.S., Krapivin V.F. Atmosfernye aerozoli: Svojstva, protsessy obrazovaniya i vozdejstviya. Ot nano- do global'nyh masshtabov. SPb.: VVM, 2007. 858 p.
5. Semenov O.E. Vvedenie v eksperimental'nuyu meteorologiyu i klimatologiyu peschanyh bur'. Almaty, 2011. 580 p.
6. Zhulanov Yu.V., Zagajnov V.A., Lushnikov A.A., Lyubovtseva Yu.S., Nevskij I.A., Stulov L.D. Vysokodispersnyj i submikronnyj aerozol' aridnoj zony // Izv. AN SSSR. Fiz. atmosf. i okeana. 1986. V. 22, N 5. P. 488–495.
7. Sovetsko-amerikanskij eksperiment po izucheniyu aridnogo aerozolya / G.S. Golitsyn (red.). SPb.: NPO «Tajfun », 1992. 208 p.
8. Abdullaev S.F., Nazarov B.I., Shukurov A.H., Zhuraev A.M. Mikrofizicheskie svojstva pylevogo aerozolya aridnoj zony // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 1995. V. 38, N 7–8. P. 5–9.
9. Abdullaev S.F., Nazarov B.I., Shukurov A.H., Zhuraev A.M. Izmenchivost' prozrachnosti atmosfery pod vozdejstviem vynosa pylevogo aerozolya v usloviyah vysokogornoj aridnoj zony Tadzhikistana // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 1995. V. 38, N 7–8. P. 9–14.
10. Nazarov B.I., Maslov V.A., Abdullaev S.F. Opticheskie i mikrofizicheskie parametry aridnogo pylevogo aerozolya // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2010. V. 46, N 4. С. 5-511.
11. Nazarov B.I., Abdullaev S.F., Maslov V.A. Issledovaniya temperaturnyh effektov pylevyh bur' // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2010. V. 46, N 4. P. 512–518.
12. Gorchakov G.I., Shishkov P.O., Kopejkin V.M., Emilenko A.S., Iskakov A.A., Zaharova P.V., Sidorov V.N., Shukurov K.A. Lidarno-nefelometricheskoe zondirovanie aridnogo aerozolya // Optika atmosf. i okeana. 1998. V. 11, N 10. P. 1118–1123.
13. Gorchakov G.I., Koprov B.M., Shukurov K.A. Vihrevoj vynos aridnogo submikronnogo aerozolya // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2003. V. 39, N 5. P. 596–608.
14. Gubanova D.P., Chkhetiani O.G., Kuderina T.M., Iordanskij M.A., Obvintsev Yu.I., Artamonova M.S. Eksperimental'nye issledovaniya aerozolej v atmosfere semiaridnyh landshaftov Kalmykii. 1. Mikrofizicheskie parametry i massovaya kontsentratsiya aerozol'nyh chastits // Geofiz. protsessy i biosfera. 2018. N 1. P. 5–29.
15. Malinovskaya E.A., Chkhetiani O.G., Panchishkina I.N., Petrova G.G., Petrov A.I. O svyazi prizemnogo elektricheskogo polya i aridnogo aerozolya pri razlichnyh vetrovyh usloviyah // Dokl. RAN. Nauki o Zemle. 2022. V. 502, N 2. P. 115–124.
16. Malinovskaya E.A., Chkhetiani O.G., Maksimenkov L.O. Vliyanie napravleniya vetra na raspredelenie eolovyh mikrochastits po razmeram // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2021. V. 57, N 5. P. 539–554.
17. Gorchakov G.I., Buntov D.V., Karpov A.V., Kopejkin V.M., Mirsaitov S.F., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Alevritovaya fraktsiya sal'tiruyushchih chastits v vetropeschanom potoke na opustynennoj territorii // Dokl. AN. 2019. V. 488, N 2. P. 193–196.
18. Gorchakov G.I., Buntov D.V., Karpov A.V., Kopeikin V.M., Mirsaitov S.F., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Vliyanie vetra na raspredelenie sal'tiruyushchih chastits po razmeram // Optika atmosf. i okeana. 2019. V. 32, N 10. P. 848–855; Gorchakov G.I., Buntov D.V., Karpov A.V., Kopeikin V.M., Mirsaitov S.F., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Wind effect on the size distribution of saltating particles // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 2. P. 198–205.
19. Gorchakov G.I., Ermakov V.N., Kopejkin V.M., Isakov A.A., Karpov A.V., Ul'yanenko A.V. Elektricheskie toki sal'tatsii v vetropeschanom potoke // Dokl. AN. 2006. V. 410, N 2. P. 259–262.
20. Chkhetiani O.G., Gledzer E.B., Artamonova M.S., Iordanskii M.A. Dust resuspension under weak wind conditions: Direct observations and model // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 11. P. 5147–5162.
21. Gorchakov G.I., Titov A.A., Buntov D.V. Parametry nizhnego sloya sal'tatsii na opustynennoj territorii // Dokl. AN. 2009. V. 424, N 1. P. 102–106.
22. Gorchakov G.I., Karpov A.V., Sokolov A.V., Buntov D.V., Zlobin I.A. Eksperimental'noe i teoreticheskoe issledovanie traektorij sal'tiruyushchih peschinok na opustynennyh territoriyah // Optika atmosf. i okeana. 2012. V. 25, N 6. P. 501–506; Gorchakov G.I., Karpov A.V., Sokolov A.V., Buntov D.V., Zlobin I.A. Experimental and theoretical study of the trajectories of saltating sand particles over desert areas // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 6. P. 423–428.
23. Gorchakov G.I., Karpov A.V., Kopejkin V.M., Zlobin I.A., Buntov D.V., Sokolov A.V. Issledovanie dinamiki sal'tiruyushchih peschinok na opustynennyh territoriyah // Dokl. AN. 2013. V. 452, N 6. P. 669.
24. Gorchakov G.I., Kopejkin V.M., Karpov A.V., Buntov D.V., Sokolov A.V. Udel'nyj zaryad sal'tiruyushchih peschinok na opustynennyh territoriyah // Dokl. AN. 2014. V. 456, N 4. P. 476–480.
25. Gorchakov G.I., Kopeikin V.M., Karpov A.V., Titov A.A., Buntov D.V., Kuznetsov G.A., Gushchin R.A., Dazenko O.I., Kurbatov G.A., Seregin A.O., Sokolov A.V. Variatsii udel'nogo zaryada sal'tiruyushchih peschinok v vetropeschanom potoke na opustynennoj territorii // Optika atmosf. i okeana. 2016. V. 29, N 1. P. 31–39; Gorchakov G.I., Kopeikin V.M., Karpov A.V., Titov A.A., Buntov D.V., Kuznetsov G.A., Gushchin R.A., Dazenko O.I., Kurbatov G.A., Seregin A.O., Sokolov A.V. Variations in the specific charge of saltating sand in a windsand flux over a desertified area // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 3. P. 244–251.
26. Gledzer E.B., Granberg I.G., Chkhetiani O.G. Konvektivnye potoki aerozolya vblizi poverhnosti pochvy // Dokl. AN. 2009. V. 426, N 3. P. 380–385.
27. Gledzer E.B., Granberg I.G., Chkhetiani O.G. Dinamika vozduha vblizi poverhnosti pochvy i konvektivnyj vynos aerozolya // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2010. V. 46, N 1. P. 35–47.
28. Gorchakov G.I., Shishkov P.O., Kopejkin V.M., Emilenko A.S. Sidorov V.N., Zaharova P.V., Shukurov K.A. Aerozol' v konvektivnom pogranichnom sloe atmosfery // Estestvennye i antropogennye aerozoli: materialy mezhdunar. konf. Sankt-Peterburg, 29 september – 4 october 1998 year SPb.: NII himii SPbGU, 1998. P. 408–413.
29. Gorchakov G.I., Shukurov K.A. Fluktuatsii kontsentratsii submikronnogo aerozolya v konvektivnyh usloviyah // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2003. V. 39, N 1. P. 85–97.
30. Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I. Issledovanie pylevoj mgly aridnoj zony // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2013. V. 49, N 3. P. 304–313.
31. Nazarov B.I., Abdullaev S.F., Maslov V.A., Aburasulova N.A., Abdullaeva M.S. Issledovaniya funktsii raspredeleniya aerozol'nyh chastits i variatsiya sazhevogo aerozolya v atmosfere // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 2010. V. 53, N 5. P. 358–363.
32. Abdullaev S.F., Shukurov T., Marupov R., Nazarov B.I. Issledovanie prob pochv i pylevogo aerozolya metodom IK-spektroskopii // Optika atmosf. i okeana. 2013. V 26, N 2. P. 166–171.
33. Nazarov B.I., Abdullaev S.F., Maslov V.A. Izmenenie dispersnogo sostava aerozolya v period pyl'nyh bur' // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 2007. V. 50, N 5. P. 431–435.
34. Nazarov B.I., Abdullaev S.F., Maslov V.A. O vliyanii pylevogo aerozolya na temperaturu vozduha // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 2007. V. 50, N 4. P. 340–344.
35. Maslov V.A. Nazarov B.I., Abdullaev S.F. Vliyanie izmenenie kontsentratsii aerozolya na prozrachnost' atmosfery // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 2007. V. 50, N 3. P. 241–247.
36. Nazarov B.I., Abdullaev S.F., Maslov V.A. Izmenenie opticheskih parametrov sil'no zapylennogo vozduha v usloviyah aridnoj zony // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 2007. V. 50, N 7. P. 598–606.
37. Nazarov B.I., Abdullaev S.F., Maslov V.A., Abdurasulova M.A. Abdullaeva M.S. Opticheskie parametry pylevogo aerozolya dlya AERONET // Dokl. AN Respubliki Tadzhikistan. 2010. V. 53, N 9. P. 685–689.
38. Artamonova M.S., Gubanova D.P., Iordanskij M.A., Lebedev V.A., Maksimenkov L.O., Minashkin V.M., Obvintsev Yu.I., Chkhetiani O.G. Variatsii massovoj kontsentratsii i sostava prizemnogo aerozolya stepnoj zony Yuga Rossii v letnij period // Geofiz. protsessy i biosfera. 2016. V. 15, N 1. P. 5–24.
39. Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I., Madvaliev U., Davlatshoev T. Soderzhanie elementov v probah pochv i pylevogo aerozolya v Tadzhikistane // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 2. P. 143–152; Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I., Madvaliev U., Davlatshoev T. The elemental composition of soils and dust aerosol in the south-central part of Tajikistan // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 4. P. 347–358.
40. Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I., Madvaliev U., Davlatshoev T. Elementnyj sostav pochv i pylevogo aerozolya yugo-tsentral'noj chasti Tadzhikistana // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 3. P. 246–255.
41. Abdullaev S.F., Maslov V.A., Nazarov B.I., Madvaliev U., Dzhuraev A.A., Davlatshoev T. Dinamika raspredeleniya tyazhelyh metallov i radioaktivnyh izotopov v obraztsah pochvy i pylevogo aerozolya yuga Tadzhikistana // Optika atmosf. i okeana. 2014. V. 27, N 3. P. 207–214.
42. Gubanova D.P., Kuderina T.M., Chkhetiani O.G., Iordanskij M.A., Obvintsev Yu.I., Artamonova M.S. Eksperimental'nye issledovaniya aerozolej v atmosfere semiaridnyh landshaftov Kalmykii. 2. Landshaftno-geohimicheskij sostav aerozol'nyh chastits // Geofiz. protsessy i biosfera. 2018. V. 17, N 3. P. 18–44.
43. Chkhetiani O., Vazaeva N.V., Chernokulsky A.V., Shukurov K.A., Gubanova D.P., Artamonova M.S., Maksimenkov L.O., Kozlov F.A., Kuderina T.M. Analysis of mineral aerosol in the surface layer over the caspian lowland desert by the data of 12 summer field campaigns in 2002–2020 // Atmosphere. 2021. V. 12. P. 985. DOI: 10.3390/atmos12080985.
44. Andronova A.V., Minashkin V.M., Iordanskij M.A., Nevskij I.A., Yablokov M.Yu., Obvintsev Yu.I., Zudin B.V., Ivanov Yu.N., Lebedev V.A., Chizhikova N.P. Issledovaniya protsessa solepyleperenosa s vnov' osushennyh territorij. Eksperimental'nye issledovaniya // Estestvennye i antropogennye aerozoli: materialy mezhdunar. konf. Sankt-Peterburg, 29 september–4 october 1998 year SPb.: NII himii SPbGU, 1998. P. 414–446.
45. Perel'man A.I., Kasimov N.S. Geohimiya landshafta. M.: Astreya -2000, 1999. 610 p.
46. Dobrovol'skij V.V. Biogeohimiya mirovoj sushi / Izbrannye trudy. M.: Nauchnyj mir, 2009. V. III. 440 p.
47. Stein A.F., Draxler R.R., Rolph G.D., Stunder B.J.B., Cohen M.D., Ngan F. NOAA's HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system // Bull. Am. Meteor. Soc. 2015. V. 96. P. 2059–2077. DOI: 10.1175/BAMS-D-14-00110.
48. Rolph G., Stein A., Stunder B. Real-time Environmental Applications and Display system: READY // Environ. Model. Software. 2017. V. 95. P. 210–228. DOI: 10.1016/j.envsoft.2017.06.025.
49. NOAA Air Resources Laboratory. URL: www.arl.noaa.gov. (last access: 21.02.2022).
50. Balahanov M.V. O sozdanii sistemy metrologicheskogo obespecheniya izmerenij dispersnyh parametrov aerozolej i vzvesej (I) // Al'manah sovremennoj metrologii. 2014. N 1. P. 185–232.
51. Fil'try AFA – analiticheskie aerozol'nye. [Электронный ресурс]. URL: https://niki-mlt.ru/article/filtry-afa-analiticheskie-aerozolnye.html (data obrashcheniya: 21.02.2022).
52. Karandashev V.K., Turanov A.N., Orlova T.A., Lezhnev A.E., Nosenko S.V., Zolotareva N.I., Moskvina I.R. Ispol'zovanie metoda mass-spektrometrii s induktivno-svyazannoj plazmoj v elementnom analize ob"ektov okruzhayushchej sredy // Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2007. V. 73, N 1. P. 12–22.
53. Kudryashov V.I. Analiz elementnogo sostava atmosfernyh aerozolej fizicheskimi metodami // Problemy fiziki atmosfery: sbornik. SPb.: Izd-vo SPbGU, 1997. Iss. 20. P. 97–130.
54. Erhardt H. Rentgenofluorestsentnyj analiz. Primenenie v zavodskih laboratoriyah. M.: Metallurgiya, 1985. 256 p.
55. Vinogradova V.V. Vozdejstvie klimaticheskih uslovij na cheloveka v zasushlivyh zemlyah Evropejskoj Rossii // Izv. RAN. Ser. Geograficheskaya. 2012, N 2. P. 68–81.
56. Zolotokrylin A.N., Titkova T.B., Cherenkova E.A. Uvlazhnenie zasushlivyh zemel' Evropejskoj territorii Rossii: nastoyashchee i budushchee // Aridnye ekosistemy. 2014. V. 20, N 2. P. 5–11.
57. Golitsyn G.S., Granberg I.G, Aloyan A.E., Andronova A.V., Arutyunyan V.O., Vinogradov B.V., Gabunshchina E.B., Gorchakov G.I., Dobryshman E.M., Ponomarev V.M. Issledovanie termokonvektivnyh vynosov aridnogo aerozolya v Chernyh Zemlyah Kalmykii / Estestvennye i antropogennye aerozoli: materialy mezhdunar. konf. Sankt-Peterburg, 29 september – 4 october 1998 year. SPb.: NII himii SPbGU, 1998. P. 342–348.
58. Ivanov V.V. Ekologicheskaya geohimiya elementov: v 6 kn. M.: Nedra, 1994. Kn. 2: Glavnye p-elementy. 303 p.
59. Vinogradov A.P. Srednee soderzhanie himicheskih elementov v glavnyh tipah izverzhennyh porod zemnoj kory // Geohimiya. 1962. N 7. P. 555–571.