3.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ФОНОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Фоновое загрязнение некоторого района прежде всего зависит от его географического положения. В среднем фоновое загрязнение Южного полушария ниже, чем Северного. Сравнительно высок уровень фонового загрязнения районов Европы, Северной Америки. Самый крупный континент Земли - Азия - отличается наличием районов как с очень низким уровнем фонового загрязнения, так и районов с высоким уровнем загрязнения. Низкий уровень фонового загрязнения атмосферы наблюдается над центральными частями Тихого и Индийского океанов.
Все это связано прежде всего с крайне неравномерным распределением как природных, так и антропогенных источников загрязнения.

Так, почти две трети действующих вулканов расположены на берегах и островах Тихого океана. Другой район сосредоточения вулканов - Атлантический океан.

Практически на всех материках встречается металлоносные провинции, отличающиеся повышенным содержанием того или иного металла (например, ртути, свинца, кадмия и т.п.). В районах, к ним прилегающих, фоновые концентрации соответствующего металла повышены. Наличие скоплений руд урана, тория и калия, а также их повышенное содержание в рудах других металлов и горных породах (например, в фосфоритах и гранитах) приводит к повышению радиационного фона в этих районах.

Наличие крупных пустынь в Азии, Африке и Южной Америке вызывает повышение запыленности воздуха на больших прилегающих территориях, а соответственно и к росту фоновых концентраций различных металлов в атмосфере этих районов.

На территории Среднеазиатских республик СССР, теперь суверенных государств, из-за непродуманной человеческой деятельности «высохла» значительная часть Аральского моря и почти вся территория залива Кара-Богаз-Гол, что привело к засолению почв и переносу солей в атмосфере на большие расстояния и, следовательно, росту фонового загрязнения окружающей среды этих регионов [8].

Антропогенные источники загрязнения сосредоточены в основном в крупных городах и промышленных центрах, которые размещены прежде всего в промышленно развитых странах Европы, Северной Америки и Азии. При этом в Северной Америке значительная доля промышленности расположена в восточной части США и Канады, а также вблизи Тихоокеанского побережья США. В Азии наблюдается концентрация антропогенных источников загрязнения в Японии, восточной части Китая и на некоторых территориях азиатской части России.
Размещение сельскохозяйственных регионов связано с наличием плодородных почв и благоприятных климатических условий, что и определяет их неравномерное распределение по континентам и странам Земного шара.

Все вышесказанное подтверждается приведенными ниже данными о фоновых уровнях загрязнения различных регионов мира.

Наиболее высоки концентрации диоксида серы и сульфатов в северо-западном и центральном районах Европы и на востоке США, самыми низкими концентрациями этих соединений характеризуются Тихий океан и Антарктида.

В большинстве случаев наибольшими концентрациями характеризуются Европа и Северная Америка, хотя по некоторым металлам в числе «лидеров» следует отметить и Азию, и Африку. Наиболее «чистыми» по тяжелым металлам атмосфера и осадки наблюдаются над Тихим океаном, а вот над Северной Атлантикой содержание свинца может достигать весьма существенных значений. Особое внимание следует уделить сравнению фоновых концентраций тяжелых металлов над Арктикой и Антарктидой. В большинстве случаев атмосфера и осадки над Антарктидой содержат наименьшее количество тяжелых металлов, и лишь в случае для ртути такой вывод не однозначен.

Фоновое загрязнение окружающей среды, а следовательно, и его формирование зависит от временных факторов и характеризуется наличием годовых, сезонных, месячных, суточных и внутрисуточных колебании. Так, средняя концентрация свинца в осадках в холодный сезон на территории Приокско-Террасного биосферного заповедника (БЗ) составляла в 1980-1986 гг. 19 мкг/л, в 1989 г. - 78 мкг/л, в 1993 г. - 16 мкг/л. Последний результат обычно связывают с очень малым количеством осадков, выпавших в этом году.

В Кавказском БЗ концентрация свинца в воздухе в 1978 г. была равна 6 нг/м³, в 1982 г. - 12-27 нг/м³, а в 1993 г.- 3-15 нг/м³.

Концентрации и выпадения ДДТ из атмосферы в Северном полушарии проходят через максимум в 1960-1970 гг., что хорошо коррелируется с динамикой производства и применения ДДТ.
В приведенные годы в развитых странах вводятся ограничения вплоть до запрета на потребление ДДТ. Развивающиеся страны Южного полушария продолжают широкое использование ДДТ, поэтому его содержание во всех средах продолжает расти. Соответственно, выпадения ДДТ в Арктике были максимальны в 60-х годах (около 600 т/год), а в Антарктиде продолжают расти и по прогнозам к 2000 г. должны были составить 20-25 т/год.

Подобные годовые колебания характерны и для концентраций многих других загрязнителей. К сожалению, далеко не всегда можно найти более или менее достоверное их объяснение.
Увеличение концентраций диоксида серы, свинца, кадмия и 3,4-БП в холодный сезон по сравнению с теплым обычно связывают с увеличением мощности топливно-энергетического комплекса и соответствующим ростом выбросов названных загрязнителей. Обратная закономерность для ДДТ объясняется ростом его использования в летний период. Что касается увеличения концентраций ртути в теплый сезон для ряда биосферных заповедников, то оно может быть связано с увеличением летучести ртути при повышении температуры и, как следствие, испарением ее из различных источников. Информация по сезонным изменениям фоновых уровней загрязнения в литературе весьма обширна.

Таблица
Средние концентрации в воздухе некоторых биосферных заповедников в холодный (х) и теплый (т) сезоны 1980-1986 гг.

Месячные колебания фонового загрязнения являются по существу детализацией сезонных. Причинность месячных колебании может быть та же, что и сезонных, но влияющий на концентрацию фактор меняется более плавно, например мощность топливно-энергетических комплексов постепенно нарастает осенью и уменьшается весной. Так, по наблюдениям в ряде биосферных заповедников концентрации диоксида серы, свинца и 3,4-БП в воздухе максимальны в декабре-январе, минимальны - в июне-июле, а в остальные периоды плавно падают или возрастают. Аналогично по наблюдениям в 1980 г. в районе Лос-Анджелеса изменялись концентрации оксида углерода (II) и свинца. При этом максимальные концентрации свинца (декабрь-январь) составляли около 3 мкг/м³, минимальные (июнь-июль) - около 1 мкг/м³, а СО - 8 млн^-1 и 2 млн^-1 соответственно. По данным 1990 г., концентрации сульфатов в воздухе в Арктике были максимальны в феврале (примерно 0,3 мкг/м³), минимальны в июле (0,1 мкг/м³). Максимумы и минимумы в годовых циклах могут изменяться по абсолютным значениям, а могут оставаться неизменными.

Так, наблюдения на станции Боровое в 1977-1982 гг. показали, что минимумы концентраций летом стабильны, а зимние максимумы для диоксида серы возросли в 3 раза, а для свинца - в 1,5 раза.

Суточные изменения фонового загрязнения могут носить очень сложный характер, часто не поддающийся объяснению. Так, среднесуточная концентрация диоксида азота в воздухе в пригородной зоне Будапешта в сентябре 1979 г. менялась по сложной «пилообразной» зависимости в пределах от4 мкг/м³ (17 сентября) до 30 мкг/м³ (1 сентября).
Наличие внутрисуточного изменения фонового загрязнения делает необходимым непрерывное или хотя бы многократное в течение суток измерение концентраций для получения истинных среднесуточных величин. Исследования, проведенные в августе 1981 г. в Центрально-черноземном БЗ, показали, что максимум содержания двуокиси серы в воздухе достигается в период 9-13 ч (5 мкг/м ), а в остальное время суток ее концентрация практически постоянна (около 2 мкг/м³). Вблизи больших городов картина может быть иная. Например, в районе Венеции летом максимальная концентрация диоксида серы в воздухе наблюдается в 19 ч (6000 млн^-1), а минимальная - в 1 ч (1000 млн^-1), зимой же концентрация диоксида в течение суток мало изменяется (4000 ± 500 млн^-1). Внутрисуточный ход концентрации оксида углерода (II) в крупных городах характеризуется двумя максимумами, которые наблюдаются в начале и конце рабочего дня, и двумя минимумами: небольшим - в середине дня и глубоким - около полуночи.
Большое влияние на формирование фонового загрязнения оказывает дальний и местный перенос загрязняющих веществ.

Общие проблемы переноса загрязняющих веществ достаточно глубоко рассмотрены в первой части пособия по курсу «Мониторинг окружающей среды».

Вклад дальнего переноса загрязнителей в значительной мере зависит от господствующего направления ветров.

Так, фоновое загрязнение воздуха на фоновой станции Боровое на 57% определяется северо-западным ветром. В этом направлении в 700 км от Борового находится Уральский промышленный район, а в 70 км -г. Кокчетав. Северо-восточные ветра дают вклад в 21% (г. Омск, 300 км), ветра южного направления - 22% (г. Караганда, 400 км).
Океанская станция «С» (52°45' с.ш., 35°30' з.д.), входящая в Объединенную глобальную систему океанского обслуживания, многие годы обеспечивалась научно-исследовательскими судами Госкомгидромета СССР. Наибольшие концентрации свинца обусловлены воздушными массами, поступающими с северо-востока США, одного из наиболее промышленно развитых регионов этой страны. Самые чистые воздушные массы поступают из центра Атлантики. Уровень концентраций радона близок для всех воздушных масс, поступающих с суши.

Данные на примере разных районов Атлантики в общем подтверждают утверждения о том, что воздушные массы, формирующиеся в промышленно развитых районах, обусловливают более высокий уровень фонового загрязнения воздуха свинцом.

Существенное влияние на величины фоновых загрязнений оказывают различные природные (например, извержения вулканов) и антропогенные экстремальные (например, крупные аварии, военные конфликты, лесные пожары) факторы, примеры которых в последние годы хорошо известны.

Все описанные выше факторы, определяющие фоновое загрязнение, могут быть отнесены не только к атмосфере, но и к другим природным средам.
Остановимся на некоторых факторах, определяющих фоновое загрязнение гидросферы, литосферы и биоты.

Диапазоны концентраций фонового загрязнения поверхностных вод и донных отложений тяжелыми металлами, пестицидами и 3,4-бенз(а)пиренатакже объясняются видами и интенсивностью антропогенной деятельности, а кроме того, характером и составом горных пород в районах протекания рек и расположения озер и климатическими условиями этих местностей. Уровни концентраций пестицидов определяются развитием сельскохозяйственного производства.

Загрязненные воды рек несут тяжелые металлы и другие загрязнители в Мировой океан. Объем выноса отдельных металлов реками США определяется видами и мощностью производств, характером выщелачивания горных пород в соответствующих бассейнах, а также интенсивностью стока.

Кроме того, фоновое загрязнение гидросферы и литосферы (в частности, почв) зависит от возврата загрязняющих веществ из атмосферы. Плотность выпадения тяжелых металлов на акваторию Мирового океана и некоторые регионы суши зависит от района формирования атмосферных осадков, площади региона выпадения, годового количества осадков. Те же факторы определяют годовые объемы поступления загрязняющих веществ из атмосферы на территории основных крупных регионов мира.

При рассмотрении выноса загрязнителей реками в Мировой океан следует учитывать, что в речных водах более 90% свинца, 30-50% мышьяка и кадмия, около 20% ртути, 20-30% 3,4-бенз(а)пирена и пестицидов находится во взвешенном состоянии, и лишь остальная их доля - в виде истинных растворов.

Формирование фонового загрязнения почв достаточно сложный процесс, так как оно прежде всего связано с составом матрицы почвы, зависящим, в свою очередь, от состава образующих почву данного района минералов. Кроме того, на фоновое загрязнение почвы оказывают влияние прямой сброс в нее антропогенных загрязняющих веществ, загрязнение атмосферных осадков, сухие выпадения из атмосферы, выщелачивание различных веществ атмосферными осадками и поверхностными водами и т.д.

Фоновое загрязнение биоты является производным фонового загрязнения атмосферы, поверхностных или морских вод, почв в месте произрастания или обитания данного представителя биоты. Часто также на концентрации различных загрязнителей оказывает существенное влияние способность данного вида биоты концентрировать данный загрязнитель.
И, наконец, во всех случаях на формирование фонового загрязнения оказывает влияние целый комплекс физико-химических свойств загрязняющего вещества. Такие свойства для некоторых загрязнителей приведены в таблице. Обратим особое внимание на время «жизни» (пребывания) загрязнителя в определенной среде, которое вычисляется как отношение общего количества данного вещества в среде (ед. массы) к его поступлению в эту среду (ед. массы/ед. времени). Время «жизни» зависит от свойств загрязнителя (состояние, химическая активность и т.д.) и свойств самой среды. Оно определяет возможную скорость самоочищения среды и концентрацию в состоянии стационарного равновесия, когда скорость самоочищения и скорость поступления вещества извне равны.

Таблица Физико-химические характеристики основных загрязняющих веществ