Том 38, номер 06, статья № 4

Аннотация:

Морфология и состав аэрозольных частиц определяют реакционную способность аэрозолей, обусловливающую их активность в атмосферных гетерогенных процессах, влияющих на оптические, радиационные и химические свойства атмосферы. Кроме того, строение и минеральный состав частиц служат индикаторами антропогенных и природных источников эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду. Однако сведений о морфологических характеристиках атмосферных аэрозолей все еще недостаточно. В данной работе исследованы минерально-вещественные характеристики пылевых аэрозольных частиц, что позволило выявить и идентифицировать природные и техногенные образования в составе аэрозолей в приземном слое атмосферы в Московском мегаполисе в зимний период. Обнаружены микрочастицы, содержащие широкий спектр потенциально токсичных элементов – тяжелых металлов и металлоидов техногенного или смешанного происхождения. Выделены наиболее распространенные группы металлосодержащих микрочастиц в приземном аэрозоле: 1) сульфаты (преимущественно Ba, Sr); 2) сульфиды (Fe, Sb, Pb); 3) оксиды (Fe, W, Cu, As, Cd, Pb); 4) интерметаллиды (Pb–Sn–Zn, Pb–Zn, Cu–Zn, Cu–Pb, Te–Sb–Al–Bi, Fe–Ni–Cu–SnFe–Cr–Ni); 5) самородные металлы (Fe, Ni, Zn, Zr, Te, W, Pb). Оценено распределение элементов на поверхности фильтра с аэрозольной пробой и установлено, что большая часть микроминералов в пылевых частицах аэрозолей зимой в Москве представлена кальциевыми фазами, меньшая – силикатными и алюмосиликатными. Полученные результаты дополняют сведения о морфологии и микроминеральном составе аэрозолей в приземном воздухе мегаполиса и могут быть полезными как для уточнения роли аэрозольных частиц в атмосферных гетерогенных процессах, приводящих к изменению климата, так и для решения прикладных экологических задач.

Ключевые слова:

атмосфера, аэрозоль, антропогенные и минеральные частицы, морфология, концентрация, метеорологические параметры, зима, Москва

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. 2nd еd. N.-Y.: Wiley, 2006. 1232 p.
2. Кондратьев К.Я., Ивлев Л.С., Крапивин В.Ф. Атмосферные аэрозоли: свойства, процессы образования и воздействия. От нано- до глобальных масштабов. СПб.: ВВМ, 2007. 858 с.
3. China S., Mazzoleni C. Preface: Morphology and internal mixing of atmospheric particles // Atmosphere. 2018. V. 9, N 7. P. 249. DOI: 10.3390/atmos9070249.
4. Murphy D.M., Cziczo D.J., Froyd K.D., Hudson P.K., Matthew B.M., Middlebrook A.M., Peltier R.E., Sullivan A., Thomson D.S., Weber R.J. Single-particle mass spectrometry of tropospheric aerosol particles // J. Geophys. Res. 2006. V. 111, N D23S32. DOI: 10.1029/2006JD007340.
5. Ramanathan V., Carmichael G. Global and regional climate changes due to black carbon // Nat. Geosci. 2008. V. 1. P. 221–227. DOI: 10.1038/ngeo156.
6. Pósfai M., Buseck P.R. Nature and climate effects of individual tropospheric aerosol particles // Annual Rev. Earth Planetary Sci. 2010. V. 38. P. 17. DOI: 10.1146/annurev.earth.031208.100032.
7. Longoria-Rodríguez F.E., González L.T., Mancilla Y., Acuña-Askar K., Arizpe-Zapata J.A., González J., Kharissova O.V., Mendoza A. Sequential SEM-EDS, PLM, and MRS microanalysis of individual atmospheric particles: A useful tool for assigning emission sources // Toxics. 2021. V. 9, N 2:37. DOI: 10.3390/toxics9020037.
8. Pachauri T., Singla V., Satsangi A., Satsangi A., Lakhani A., Kumari K.М. SEM-EDX Characterization of individual coarse particles in Agra, India // Aerosol Air. Qual. Res. 2013. V. 13. P. 523. DOI: 10.4209/aaqr.2012.04.0095.
9. Choël M., Deboudt K., Flament P., Aimoz L., Mériaux X. Single-particle analysis of atmospheric aerosols at Cape Gris-Nez, English Channel: Influence of steel works on iron apportionment // Atmos. Environ. 2007. V. 41, N 13. P. 2820–2830. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.11.038.
10. Weinbruch S., Wiesemann D., Ebert M., Schütze K., Kallenborn R., Ström J. Chemical composition and sources of aerosol particles at Zeppelin Mountain (NyÅlesund, Svalbard): An electron microscopy study // Atmos. Environ. 2012. V. 49. P. 142–150. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2011.12.008.
11. Barroso A., Mogo S., Silva M.M.V.G., Cachorro V., de Frutos Á. Morphology, mineralogy, and chemistry of atmospheric aerosols nearby an active mining area: Aljustrel mine (SW Portugal) // Atmosphere. 2021. V. 12. P. 333. DOI: 10.3390/atmos12030333.
12. Karaca F., Anil I., Yildiz A. Physicochemical and morphological characterization of atmospheric coarse particles by SEM/EDS in new urban central districtsof a megacity // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26. P. 24020–24033. DOI: 10.1007/s11356-019-05762-2.
13. Поповичева О.Б., Киреева Е.Д., Тимофеев М.А., Шония Н.К., Могильников В.П. Углеродсодержащие аэрозоли в эмиссиях авиации и морского транспорта // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2010. Т. 46, № 3. С. 368–375.
14. Поповичева О.Б., Козлов В.С., Рахимов Р.Ф., Шмаргунов В.П., Киреева Е.Д., Персианцева Н.М., Тимофеев М.А., Engling G., Elephteriadis K., Diapouli L., Панченко М.В., Zimmermann R., Schnelle-Kreis J. Оптико-микрофизические и физико-химические характеристики дымов горения сибирских биомасс: эксперименты в аэрозольной камере // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 4. С. 323–331. DOI: 10.15372/AOO20160410; Popovicheva O.B., Kozlov V.S., Rakhimov R.F., Shmargunov V.P., Kireeva E.D., Persiantseva N.M., Timofeev M.A., Engling G., Eleftheriadis K., Diapouli E., Panchenko M.V., Zimmermann R., Schnelle-Kreis J. Optical-microphysical and physical-chemical characteristics of Siberian biomass burning: Experiments in aerosol chamber // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 5. P. 492–500.
15. Поповичева О.Б., Кистлер М., Киреева Е.Д., Персианцева Н.М., Тимофеев М.А., Шония Н.К., Копейкин В.М. Состав и микроструктура аэрозоля задымлённой атмосферы г. Москвы в условиях экстремальных пожаров августа 2010 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2017. Т. 53, № 1. С. 56–65. DOI: 10.7868/S0002351517010096.
16. Шевченко В.П., Коробов В.Б., Лисицын А.П., Алешинская А.С., Богданова О.Ю., Горюнова Н.В., Грищенко И.В., Дара О.М., Завернина Н.Н., Куртеева Е.И., Новичкова Е.А., Покровский О.С., Сапожников Ф.В. Первые данные о составе пыли, окрасившей снег на Европейском севере России в желтый цвет (март 2008 г.) // Докл. РАН. 2010. Т. 431, № 5. С. 675–679.
17. Топчая В.Ю., Чечко В.А., Шевченко В.П. Вещественный состав эолового материала, содержащегося в снежном покрове береговой зоны юго-восточной части Балтийского моря // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 6. С. 518–522.
18. Володина Д.А., Таловская А.В., Язиков Е.Г., Девятова А.Ю., Еделев А.В. Оценка пылеаэрозольного загрязнения в зоне влияния цементного завода на основе изучения снегового покрова (Новосибирская область) // Изв. Том. политех. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333, № 10. С. 69–85. DOI: 10.18799/24131830/2022/10/3704.
19. Таловская А.В., Володина Д.А., Язиков Е.Г. Макроэлементный и минерально-фазовый состав пыли в зоне воздействия цементного завода по данным изучения снегового покрова (Кемеровская обл.) // Химия в интересах устойчивого развития. 2019. Т. 27, № 2. С. 201–210. DOI: 10.15372/KhUR2019126.
20. Таловская А.В., Симоненков Д.В., Филимоненко Е.А., Белан Б.Д., Язиков Е.Г., Рычкова Д.А., Ильенок С.С. Исследование состава пылевого аэрозоля на фоновой и городской станциях наблюдения в Томском регионе зимой 2012/13 г. // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 11. С. 999–1005.
21. Kok J.F., Storelvmo T., Karydis V.A., Adebiyi A.A., Mahowald N.M., Evan A.T., He C., Leung D.M. Mineral dust aerosol impacts on global climate and climate change // Nat. Rev. Earth Environ. 2023. V. 4. P. 71–86. DOI: 10.1038/s43017-022-00379-5.
22. Klingmüller K., Lelieveld J., Karydis V.A., Stenchikov G.L. Direct radiative effect of dust–pollution interactions // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 7397–7408. DOI: 10.5194/acp-19-7397-2019.
23. Kasimov N.S., Vasil’chuk J.Yu., Tereshina M.A., Chalov S.R., Erina O.N., Kosheleva N.E., Shinkareva G., Sokolov D.I., Vlasov D., Konoplev A.V. Metals and metalloids pollution levels, partitioning, and sources in the environmental compartments of a small urban catchment in Moscow megacity // Environ. Pollut. 2025. V. 367. P. 125552. DOI: 10.1016/j.envpol.2024.125552.
24. Vlasov D., Kosheleva N., Kasimov N. Spatial distribution and sources of potentially toxic elements in road dust and its PM₁₀ fraction of Moscow megacity // Sci. Total Environ. 2021. V. 761. P. 143267. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143267.
25. Власов Д.В., Кукушкина О.В., Кошелева Н.Е., Касимов Н.С. Уровни и факторы накопления металлов и металлоидов в придорожных почвах, дорожной пыли и их фракции РМ₁₀ в западном округе Москвы // Почвоведение. 2022. № 5. С. 538–555. DOI: 10.31857/S0032180X22050112.
26. Ivaneev A.I., Brzhezinskiy A.S., Karandashev V.K., Ermolin M.S., Fedotov P.S. Assessment of sources, environmental, ecological, and health risks of potentially toxic elements in urban dust of Moscow megacity, Russia // Chemosphere. 2023. V. 321. P. 138142. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.138142.
27. Касимов Н.С., Кошелева Н.Е., Поповичева О.Б., Власов Д.В., Шинкарева Г.Л., Ерина О.Н., Чалов С.Р., Чичаева М.А., Ковач Р.Г., Завгородняя Ю.А., Лычагин М.Ю. Загрязнение московского мегаполиса: мониторинг химического состава микрочастиц в системе «атмосфера – снег – дорожная пыль – почвы – поверхностные воды» // Метеорол. и гидрол. 2023. № 5. С. 5–19. DOI: 10.52002/0130-2906-2023-5-5-19.
28. Gubanova D.P., Vinogradova A.A., Sadovskaya N.V. Brochosomes and other bioaerosols in the surface layer of the atmosphere of Moscow Metropolis // Atmosphere. 2023. V. 14, N 3. P. 504. DOI: 10.3390/atmos14030504.
29. Губанова Д.П., Садовская Н.В., Виноградова А.А., Иорданский М.А. Морфология частиц биоаэрозолей в приземном слое атмосферы Московского мегаполиса // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 509, № 2. С. 276–282. DOI: 10.31857/S2686739723700093.
30. Губанова Д.П., Садовская Н.В., Иорданский М.А., Авилов А.С., Минашкин В.М. Морфология частиц приземного аэрозоля в Москве по результатам анализа методом растровой электронной микроскопии // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87, № 10. С. 1374–1380. DOI: 10.31857/S036767652370240X.
31. Губанова Д.П., Виноградова А.А., Лезина Е.А., Иорданский М.А., Исаков А.А. Условно-фоновый уровень аэрозольного загрязнения приземного воздуха в Москве и пригороде: сезонные вариации // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2023. Т. 59, № 6. С. 754–773. DOI: 10.31857/S0002351523060056.
32. Погода в Москве (центр, Балчуг)]. URL: https://rp5.ru/ (дата обращения: 29.01.2025).
33. Январь в Москве удивил большой изменчивостью и гололедицей. URL: https://www.gismeteo.ru/news/weather/yanvar-2023-v-moskve-udivil-bolshoj-izmenchivostju-i-gololedicej/ (дата обращения: 17.01.2025).
34. Чурюлин Е.В., Жданова Е.Ю. Пространственная и временная изменчивость характеристик снежного покрова на территории Московского региона в последние десятилетия (2000–2018 гг.) // Уч. зап. Рос. гос. гидромет. ун-та. 2019. № 55. С. 43–58. DOI: 10.33933/2074-2762-2019-55-43-58.
35. 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. Meteorol. Soc. 2015. V. 96. P. 2059–2077. DOI: 10.1175/BAMS-D-14-00110.1.
36. ГН 2.1.6.3492-17. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений: Гигиенические нормативы, с изменениями, утв. постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации 31.05.2018 № 37. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2019. 55 с.
37. Gubanova D.P., Vinogradova A.A., Iordanskii M.A., Skorokhod A.I. Variability of near-surface aerosol composition in Moscow in 2020–2021: Episodes of extreme air pollution of different genesis // Atmosphere. 2022. V. 13, N 4. P. 574–599. DOI: 10.3390/atmos13040574.
38. Gubanova D., Chkhetiani O., Vinogradova A., Skorokhod A., Iordanskii M. Atmospheric transport of dust aerosol from arid zones to the Moscow region in the fall 2020 //AIMS Geosci. 2022. V. 8, N 2. P. 277–302. DOI: 10.3934/geosci.2022017.
39. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise Geochem. V. 4 / H.D. Holland, K.K. Turekian (eds.). Oxford: Elsevier Science. 2014. P. 1–51. DOI: 10.1016/b978-0-08-095975-7. 00301-6.
40. Касимов Н.С., Власов Д.В., Кошелева Н.Е., Никифорова Е.М. Геохимия ландшафтов Восточной Москвы. М.: АПР, 2016. 276 с.