Эколого-геохимическая индикация влияния нефтегазового комплекса на окружающую среду Арктики: развитие системы анализа источников, полей распределения и потоков загрязняющих веществ (РНФ)НИР

Ecological and geochemical indication of the impact of oil and gas complex on the Arctic environment: development of the system of analysis of sources, distribution and fluxes of pollutants

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 16 мая 2022 г.-31 декабря 2022 г. Эколого-геохимическая индикация влияния нефтегазового комплекса на окружающую среду Арктики: развитие системы анализа источников, полей распределения и потоков загрязняющих веществ
Результаты этапа: Анализ данных непрерывных измерений, проведенных в мае-июле 2019 г. на научно-исследовательском аэрозольном комплексе «Обдорск» в 4 км от г. Салехарда, выявил диапазон концентраций черного углерода (BC) в городских эмиссиях. Оценка источников выбросов позволила отнести полученные уровни загрязнения к эмиссиям газа и дизельного топлива в теплоэнергетической системе и транспортной инфраструктуре г. Салехарда. В период сильных пожаров в июле 2019 г. среднемесячная концентрация BC возросла в несколько раз. Непрерывные измерения поглощающей способности аэрозолей в широком диапазоне солнечного излучения, выполненные на инструментальном комплексе полярной станции «Остров Белый», позволили впервые определить уровень аэрозольного загрязнения в Западно-Сибирском секторе Российской Арктики по концентрации черного углерода. Основной причиной загрязнения Арктики в зимне-весенний период явился дальний перенос воздушных масс с низких широт. Благодаря уникальному месторасположению аэрозольного комплекса на пути выноса крупномасштабных эмиссий из индустриально развитых регионов Евразии, определено пространственное распределение факельного сжигания газа как основного источника эмиссий черного углерода на территориях газовых и нефтяных месторождений Западной Сибири, Волго-Урала и Казахстана. Экспедиционные гидролого-геохимические исследования на водных объектах, относящихся к бассейнам рр. Надым, Пур и Таз, позволили получить данные о пространственно-временной изменчивости стока с исследуемых водосборов в периоды прохождения весеннего половодья и устойчивой летней межени. Уровни содержания тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) в речных водах в целом соответствуют среднемировым. На общем низком фоне ТММ повышенными концентрациями как растворенных, так и взвешенных форм выделяются Cu и Zn в р. Пур в створе у пгт Уренгой и р. Надым у г. Надым, что вероятно связано с загрязнением сточными водами. Уровни содержания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во взвесях были одного порядка – от 530 нг/г до 4200 нг/г в июне и немного ниже, от 480 нг/г до 4000 нг/г, в августе. Во взвеси Пура, Таза и Надыма подавляющее процентное количество ПАУ (93-98%) составили легкие полиарены, из которых в среднем больше половины приходится на долю нафталина. Содержание бенз(а)пирена в пробах речных взвесей Надыма, Пура и Таза было ниже предела обнаружения. В почвах изученных городов на отдельных участках отмечены повышенные концентрации Cu, Zn, Cd, Pb и Sb. Состав ассоциации накапливающихся элементов свидетельствует о преобладающем влиянии автотранспорта на загрязнение городских почв. Результаты исследований показали значительное сходство ассоциаций ПАУ в дорожной пыли и городских почвах Надыма и Ноябрьска.
2 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Эколого-геохимическая индикация влияния нефтегазового комплекса на окружающую среду Арктики: развитие системы анализа источников, полей распределения и потоков загрязняющих веществ
Результаты этапа: Проведенные в 2023 году работы позволили получить новые количественные данные о городских, транспортных и производственных источниках эмиссии загрязняющих веществ (полициклических ароматических углеводородов, тяжелых металлов и металлоидов), а также оценить вклад региональных техногенных источников и пожарных эмиссий в межрегиональный перенос в Арктику. На основании результатов ранее проведенных исследований охарактеризованы уровни содержания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) в атмосферном аэрозоле г. Новый Уренгой, окружающего района и территории Уренгойского газоконденсатного месторождения. Разработана технология мобильного анализа состояния окружающей среды. В центральной части города Новый Уренгой в 7 км от Уренгойского газоконденсатного месторождения летом 2023 года установлен Аэрозольный комплекс МГУ, оснащенный инструментами непрерывного измерения числа частиц, их распределения по размерам от 5 нм до 10 мкм, массовой концентрации аэрозолей и черного углерода. Проведена измерительная кампания, в ходе которой в течение 100 дней в непрерывном режиме проводились измерения основных характеристик аэрозолей и метеорологических параметров. Автоматизированным способом осуществлен отбор проб аэрозолей для последующего анализа содержания химических элементов, ионов, полициклических ароматических углеводородов. Проведена обработка результатов, полученных на острове Белый, где круглогодично функционировала аэрозольная полярная станция, оснащенная инструментами непрерывного мониторинга состояния атмосферы и системой отбора аэрозолей. Для периода лесных пожаров 2022 г. зарегистрировано семь эпизодов загрязнений, значительно превышающих фоновый уровень, типичный для арктического лета. Продолжено наполнение базы данных по химическому составу снежного покрова, которая теперь включает результаты анализа проб, отобранных в 2018-2021 гг. в Надым-Пур-Тазовском регионе, на полуострове Ямал и о. Белый. В январе-феврале 2023 г. проведены зимние полевые исследования, направленные на эколого-геохимическую оценку состояния снежного покрова в городах ЯНАО. Сравнение средних содержаний ТММ в снеговой пыли городов с фоновыми значениями показало, что для Надыма, Нового Уренгоя и Ноябрьска характерны близкие ассоциации накапливающихся металлов и металлоидов. Количественный химический анализ микрочастиц PM 10 в почвах и дорожной пыли показал существенно более контрастное накопление ТММ в тонкодисперсных компонентах данных объектов городской среды по сравнению с валовыми содержаниями. Комплекс гидролого-геохимических исследований позволил получить результаты измерения расходов воды в створах при помощи допплеровских профилографов, физико-химические и химические характеристики речных вод в периоды половодья и межени. На основе данных о расходах воды в створах, концентрации взвешенных веществ, содержании химических элементов во взвешенной и растворенной формах получены количественные характеристики потоков тяжелых металлов и металлоидов. Проведен анализ продольной изменчивости потоков Fe, Mn, Pb, Zn, Cd, As, Sb в верхнем, среднем и нижнем течении р. Пур, составлены схемы продольного изменения потоков в различные фазы водного режима. Показано, что продольная изменчивость потоков связана в первую очередь с водностью реки в конкретном створе, а также с освоенностью локального водосбора. Промышленные и населенные пункты вносят важный вклад в транспорт ТММ.
3 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Эколого-геохимическая индикация влияния нефтегазового комплекса на окружающую среду Арктики: развитие системы анализа источников, полей распределения и потоков загрязняющих веществ
Результаты этапа: Исследования полей распределения загрязняющих веществ и состояния атмосферы, проведенные в г. Новый Уренгой в летне-осенний сезон 2023 года, продемонстрировали достижение развитой системы анализа источников аэрозольных эмиссий в промышленном центре Арктического региона. На базе мобильного Аэрозольного комплекса МГУ проведен всесторонний анализ данных непрерывного мониторинга основных характеристик аэрозолей и метеорологических параметров. В реальном времени измерены счетная концентрация частиц, массовые концентрации частиц размером менее 10 мкм (РМ10) и 2.5 мкм (РМ2.5), и черного углерода (ВС) - наиболее экологически значимой компоненты загрязненной атмосферы. Определены периоды низких концентраций городского фона и эпизоды загрязнения атмосферы продуктами сжигания природных топлив и биомасс. Накопленный опыт идентификации опасных компонентов и их химических маркеров стал основой для разделения вклада в состав атмосферного аэрозолей индустриальных выбросов (сжигания попутного газа) и транспортной эмиссии, выделить влияние эмиссий факельных установок сжигания природного газа и газоконденсата на УГКМ и периоды лесных пожаров. Анализ отобранных проб аэрозолей на содержание полиароматических углеводородов (ПАУ), металлов и металлоидов) указал на повышенные концентрации ПАУ и обогащение Sb, S, Pb, Ва в периоды загрязнений, что указывает на УНГКМ как общий источник увеличенной аэрозольной нагрузки города. В комплексных измерениях оптических свойств и химического состава арктических аэрозолей проведены оценки загрязнения атмосферы западносибирского сектора Арктики, последствий дальнего переноса крупномасштабных эмиссий нефтегазодобывающих регионов и лесных пожаров. Анализ непрерывных четырехлетних измерения поглощающей способности аэрозолей в широком диапазоне солнечного излучения, выполненные на Аэрозольном комплексе МГУ «Остров Белый», позволил определить сезонные уровни аэрозольного загрязнения атмосферы и годовые тренды климатического трассера – черного углерода, характеризующиеся высокими концентрациями зимой в период Арктической дымки и низкими – летом. Благодаря уникальному месторасположению Аэрозольного комплекса на пути выноса крупномасштабных эмиссий из индустриально - развитых регионов Евразии, изучена основная причина загрязнения Арктики в зимне-весенний период, определено пространственное распределение факельного сжигания газа как основного источника эмиссий черного углерода на территориях газовых и нефтяных месторождений Западной Сибири, Волго-Урала и Казахстана в холодный период года. Выявлено влияние продуктов сжигания биомасс в эмиссиях сельскохозяйственных и лесных пожаров на территории Красноярского края, Республики Саха, Центральной и Южной Сибири в теплое время года. Проведен сравнительный анализ экологической обстановки в городах ЯНАО (Новом Уренгое, Надыме, Ноябрьске, Салехарде) на основе содержаний тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в снежном покрове, почвах и дорожной пыли. В Новом Уренгое и Надыме наибольшие значения коэффициентов концентрации ТММ выявлены для дорожной пыли, в Ноябрьске – для снежного покрова. Значения суммарного показателя загрязнения Zc для снежного покрова во всех городах в целом характеризуют низкий уровень загрязнения и неопасную экологическую обстановку. Значения Zc в городских почвах и дорожной пыли выше, особенно в Новом Уренгое, где оба компонента среды характеризуются высоким уровнем загрязнения. Наименьшие показатели загрязнения компонентов городской среды отмечены в Салехарде. Проведен анализ содержания 16 ПАУ в компонентах городской среды. Наименьшие коэффициенты концентрации ПАУ выявлены в снежном покрове. В дорожной пыли и городских почвах всех городов преимущественно накапливаются тяжелые ПАУ (флуорантен, пирен, бенз[а]антрацен, хризен), при этом в Новом Уренгое и Надыме больше накапливается пирен, а в Ноябрьске бенз[а]антрацен и хризен. В рамках гидролого-геохимического блока выполнена камеральная обработка результатов ранее проведенных исследований. Интерпретация массива данных комплексных гидролого-геохимических исследований, полученных по проекту, позволила охарактеризовать пространственные и сезонные различия химического состава речных вод, выявить участки водотоков, испытывающие антропогенное воздействие, выявить приоритетные поллютанты, определить уровень загрязнения воды и речной взвеси, оценить соотношение форм миграции химических элементов в речных потоках. Гидролого-геохимические исследования в бассейне р. Пур показали, что воды реки Пур и ее притоков характеризуются в целом низким содержанием растворенных металлов и металлоидов, не превышающим среднемировых значений, за исключением Fe и Zn. Наблюдается высокая изменчивость содержания Al, Fe, Mn, Co, Cu, Zn, Pb и Cd, обусловленная сезонным фактором и антропогенным воздействием. Уровни содержания металлов и металлоидов во взвешенном веществе реки Пур ниже среднемировых значений, за исключением Fe и Mn. По сезонной динамике можно выделить две группы элементов: первая группа - Fe, Mn, Ni, Co, As, Sb, Cd, Sr и Ba - характеризуется ростом концентраций в периоды маловодья, вторая группа - Al, V, Pb, Sn, Bi, U и Rb - в периоды многоводья. Вблизи городов максимальные концентрации Zn, Cd, Cu и других металлов во взвешенном веществе в 3-5 и более раз превышают фоновые значения. Анализ значений EF позволил выделить ассоциацию элементов со значительным и высоким обогащением взвешенного вещества: Fe, Mn, Sb, As, Cd и Zn. На основе метода PCA/APCS-MLR определены 4 фактора, которые вносят основной вклад в общее содержание металлов и металлоидов в речной взвеси: литогенный, окисление железа, городские сточные воды и выбросы автотранспорта.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".