Том 29, номер 04, статья № 10

Аннотация:

В Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН проведен цикл экспериментов по изучению влияния режимов сгорания типичных сибирских биомасс на оптико-микрофизические и физико-химические свойства дымовых аэрозолей. Комплексный анализ данных продемонстрировал определяющее воздействие температурного режима сгорания биомассы сосны сибирской и хвойного лесного опада на формирование и временную динамику всех характеристик дымов. Из поляризационных спектронефелометрических исследований светорассеяния определены распределения по размерам и показатели поглощения частиц в диапазонах микро-, среднедисперсной и крупной фракций частиц и показано, что в дымах тления все частицы являются слабопоглощающими, однако смешанные дымы содержат сильнопоглощающую микродисперсную компоненту частиц, обусловленную генерацией сажи в режиме открытого горения. Исследованы микроструктурные характеристики аэрозолей, на основе анализа морфологии и элементного состава группы сажи и органических частиц определены как микромаркеры эмиссий в режимах открытого горения и тления. Содержание органического и элементного углерода, природа и концентрация химических соединений и водорастворимой фракции ионов проявляют сильную зависимость от режима сгорания. Ангидрид сахаров (левоглюкозан) определен в дымах тления как стабильный молекулярный маркер горения сибирской сосны. Среди химических соединений идентифицирован ряд специфичных маркеров горения хвойной древесины. При старении дымов происходят конденсация органических и неорганических соединений, трансформация химии поверхности и формирование группы частиц, богатых калием, демонстрирующие комплексность и изменчивость химического состава и микроструктуры аэрозольных загрязнений атмосферы во время лесных пожаров Сибири.

Ключевые слова:

тление, открытое горение, смешанное горение, сибирские биомассы, Большая аэрозольная камера, дымы, характеристики дымовых частиц

Список литературы:

1. Lavoúe D.C., Liousse C., Cachier H., Stocks B.J., Goldammer J.G. Modelling of carbonaceous particles emitted by boreal and temperate wildfires at northern latitudes // J. Geophys. Res. A. 2000. V. 105, N D22. P. 26871–26890.
2. Paris J.-D., Stohl A., Nedelec P., Arshinov M.Yu., Panchenko M.V., Shmargunov V.P., Law K.S., Belan B.D., Ciais P. Wildfire smoke in the Siberian Arctic in summer: Source characterization and plume evolution from airborne measurements // Atmos. Chem. Phys. 2009. N 9. P. 9315–9327. DOI: 10.5194/acp9-9315-2009.
3. Diapouli E., Popovicheva O., Kistler M., Vratolis S., Persiantseva N., Timofeev M., Kasper-Giebl A., Eleftheriadis K. Physicochemical characterization of aged biomass burning aerosol after long-range transport to Greece from large scale wildfires in Russia and surrounding regions, Summer 2010 // Atmos. Environ. 2014. V. 96. P. 393–404. DOI: 10.1016/j.atmosenv. 2014.07.055.
4. Agarwal S., Aggarwal S.G., Okuzawa K., Kawamura K. Size distribution of dicarboxylic acids, ketoacids, a-dicarbonyls, sugars, WSOC, OC, EC and inorganic ions in atmospheric particles over Northern Japan: Implication for long-range transport of Siberian biomass burning and East Asia polluted aerosols // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 5839–5858. DOI: 10.5194/ acp-10-5839-2010.
5. Reid J., Koppmann R., Eck T., Eleuterio D. A review of biomass burning emissions. Part 2: Intensive physical properties of biomass burning particles // Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5. P. 799–825. DOI: 10.5194/ acp-5-799-2005.
6. Bruns E.A., Krapf M., Orasche J., Huang Y., Zim-mermann R., Drinovec L., Mocnik G., El-Haddad I., Slowik J.G., Dommen J., Baltensperger U., Prevot A.S.H. Characterization of primary and secondary wood combustion products generated under different burner loads // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 5. P. 2825–2841. DOI: 10.5194/acp-15-2825-2015.
7. Elsasser M., Busch C., Orasche J., Schön C., Hartmann H., Schnelle-Kreis J., Zimmermann R. Dynamic changes of the aerosol composition and concentration during different burning phases of wood combustion // Energy Fuels. 2013. V. 27, N 8. P. 4959–4968.
8. Popovicheva O., Kistler M., Kireeva E., Persiantseva N., Timofeev M., Kopeikin V., Kasper-Giebl A. Physicochemical characterization of smoke aerosol during large-scale wildfires: Extreme event of August 2010 in Moscow // Atmos. Environ. 2014. V. 96. P. 405–414. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2014.03.026.
9. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Yausheva E.P. Mass fraction of Black Carbon in submicron aerosol as an indicator of influence of smokes from remote forest fires in Siberia // Atmos. Environ. 2008. V. 42, N 11. P. 2611–2620. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2007.07.036.
10. Panchenko M.V., Sviridenkov M.A., Terpugova S.A., Kozlov V.S. Active spectral nephelometry as a method for the study of submicron atmospheric aerosols // Int. J. Remote Sens. 2008. V. 29, iss. 9. P. 2567–2583.
11. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Yausheva E.P. Diurnal behavior of the submicron aerosol and Black Carbon in the ground layer // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 1. P. 30–38.
12. Поповичева О.Б., Киреева Е.Д., Тимофеев М.А., Шония Н.К., Могильников В.П. Углеродосодержащие аэрозоли в эмиссиях авиации и морского транспорта // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2010. Т. 46, № 3. С. 368–375.
13. Orasche J., Schnelle-Kreis J., Schoen C., Hartmann H., Ruppert H., Arteaga-Salas J.M., Zimmermann R. Comparison of Emissions from Wood Combustion. Part 2: Impact of Combustion Conditions on Emission Factors and Characteristics of Particle-Bound Organic Species and Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH)-Related Toxicological Potential // Energy Fuels. 2013. V. 27, N 3. P. 1482–1491.
14. Samsonov Y.N., Ivanov V.A., McRae D.J., Baker S.P. Chemical and dispersal characteristics of particulate emissions from forest fires in Siberia // Int. J. Wildland Fire. 2012. V. 21, N 7. P. 818–827.
15. Engling G., Lee J.J., Sie Hao-Jyun, Wu Yi-Chih, Yet-Pole I. Anhydrosugar characteristics in biomass smoke aerosol-case study of environmental influence on particle-size of rice straw burning aerosol // J. Aerosol Sci. 2013. V. 56. P. 2–14. DOI: 10.1016/j.jaerosci. 2012.10.001.
16. Reisen F., Duran S.M., Flannigan M., Elliott C., Rideout K. Wildfire smoke and public health risk // Int. J. Wildland Fire. 2015. V. 24, N 8. P. 1029–1044.
17. Bolling A.K., Totlandsdal A.I., Sallsten G., Braun A., Westerholm R., Bergvall C., Boman J., Dahlman H.J., Sehlstedt M., Cassee F., Sandstrom T., Schwarze P.E., Herseth J.I. Wood smoke particles from different combustion phases induce similar pro-inflammatory effects in a co-culture of monocyte and pneumocyte cell lines // Part. Fibre Toxicol. 2012. V. 9. P. 45–60. DOI: 10.1186/1743-8977-9-45.
18. Kozlov V.S., Yausheva E.P., Terpugova S.A., Panchenko M.V., Chernov D.G., Shmargunov V.P. Optical-microphysical properties of smoke haze from Siberian forest fires in summer 2012 // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N 15. P. 5722–5741.
19. Hopkins R., Levis K., Desyaterik Y., Wang Z., Tivanski A.V., Arnott W.P., Laskin A., Gilles M.K. Correlation between optic, chemical and physical properties of biomass burn aerosols // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. L18806. DOI: 10.1029/2007GL030502.
20. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Tumakov A.G. Influence of regimes of burning hydrocarbon fuels on the optical properties of smoke aerosols // Atmos. Ocean. Opt. 1993. V. 6, N 10. P. 733–738.
21. Kozlov V.S., Panchenko M.V. Investigation of optical characteristics and particle-size distribution of wood-smoke aerosols // Combust., Explos. Shock Waves. 1996. V. 32, N 5. P. 577–588.
22. Popovicheva O.B., Kozlov V.S., Engling G., Diapouli E., Persiantseva N.M., Timofeev M.A., Fan T.-S., Saraga D., Eleftheriadis K. Small-scale study of Siberian biomass burning: I. Smoke microstructure // Aerosol Air Qual. Res. 2015. V. 15. P. 117–128. DOI: 10.4209/aaqr.2014.09.0206.
23. Rakhimov R.F., Kozlov V.S., Shmargunov V.P. Time dynamics of the complex refractive index and particle microstructure according to data of spectronephelometer measurements in mixedcomposition smokes // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 1. P. 51–61.
24. Rakhimov R.F., Makienko E.V. Some methodic additions to the solution of the inverse problem for the reconstruction of the parameters of the disperse structure of mixed smokes // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 4. P. 259–265.
25. Popovicheva O.B., Kireeva E.D., Shonija N.K., Vojti-sek-Lom M., Schwarz J. FTIR analysis of surface functionalities on particulate matter produced by off-road diesel engines operating on diesel and biofuel // Environ. Sci. Pollut. Res. 2015. V. 22, N 6. P. 4534–4544.
26. Zhang Z.S., Engling G., Chan C.Y., Yang Y.H., Lin M., Shi S., He J., Li Y.D., Wang X.M. Determination of isoprene-derived secondary organic aerosol tracers (2-methyltetrols) by HPAEC-PAD: Results from size-resolved aerosols in a tropical rainforest // Atmos. Environ. 2013. V. 70. P. 468–476. DOI: 10.1016/ j.atmosenv.2013.01.020.
27. Orasche J., Schnelle-Kreis J., Schoen C. Hartmann H., Ruppert H., Arteaga-Salas J.M., Zimmermann R. Comparison of Emissions from Wood Combustion. Part 2: Impact of Combustion Conditions on Emission Factors and Characteristics of Particle-Bound Organic Species and Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH)-Related Toxicological Potential // Energy Fuels. 2013. V. 27, N 3. P. 1482–1491.