ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА. 2018. T. 17, № 3. С. 18–44. DOI 10.21455/GPB2018.3-2

УДК 502.07, 504.3.054, 550.423, 631.41

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ
В АТМОСФЕРЕ СЕМИАРИДНЫХ ЛАНДШАФТОВ КАЛМЫКИИ
2. ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ

1 Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова,
Государственный научный центр РФ, Государственная корпорация
по атомной энергии «Росатом», г. Москва, Россия

2 Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, г. Москва, Россия

3 Институт географии РАН, г. Москва, Россия

4 Институт космических исследований РАН, г. Москва, Россия

Исследован химический состав аэрозольных частиц в приземном слое атмосферы в семиаридных районах Калмыкии. При изучении фоновых ландшафтов сухих степей, песчаных массивов и солончаков использовался ландшафтно-геохимический подход. Рассмотрены и обобщены результаты многолетних комплексных экспериментальных исследований (2002–2016 гг.) элементного состава приземных аэрозолей, морфологии и химического состава почв, элементного состава аэрозольных частиц в приземном слое атмосферы. Выявлена идентичность элементного состава почв. Подтверждено, что основными источниками эмиссии аэрозольных частиц в семиаридных районах являются почвы. Выполнена оценка аккумуляции химических элементов в почвах и аэрозольных частицах, рассчитаны кларки концентрации, коэффициенты аэрозольной концентрации и местной аэрозольной концентрации. Обнаружено высокое содержание в аэрозолях серы и некоторых тяжелых металлов, которые поступают в атмосферу не только за счет выноса с подстилающей поверхности, но и за счет локальных антропогенных источников.

Ключевые слова: фоновые ландшафты, почвы, пески, сухая степь, солончаки,
аэрозольные частицы, химический состав, кларки концентрации, коэффициенты аэрозольной концентрации.

PACS 92.60.Mt, 82.33.Tb

Литература

Агроклиматические ресурсы Калмыцкой АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 172 с.

Адерихин П.Г., Егоренков Л.И. К минералогическому составу почв Калмыцкой АССР // Почвоведение и проблемы сельского хозяйства. Минералогический состав и свойства почв. Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1973. С. 108–128.

Андронова А.В., Минашкин В.М., Иорданский М.А., Невский И.А., Яблоков М.Ю., Обвинцев Ю.И., Зудин Б.В., Иванов Ю.Н., Лебедев В.А., Чижикова Н.П. Исследования процесса солепылепереноса с вновь осушенных территорий: Экспериментальные исследования // Материалы Междунар. конф. «Естественные и антропогенные аэрозоли», г. Санкт-Петербург, 29 сентября – 4 октября 1998 г. СПб.: НИИ химии СПбГУ, 1998. С. 414–446.

Артамонова М.С., Губанова Д.П., Иорданский М.А., Лебедев В.А., Максименков Л.О., Минашкин В.М., Обвинцев Ю.И., Чхетиани О.Г. Вариации массовой концентрации и состава приземного аэрозоля степной зоны юга России в летний период // Геофизические процессы и биосфера. 2016. Т. 15, № 1. С. 5–24.

Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных пород земной коры // Геохимия. 1962. № 7. С. 555–571.

Виноградов Б.В., Сорокин А.Д., Федотов П.Б. Картографирование климатической аридности территории Калмыкии // Биота и природная среда Калмыкии / Под ред. С.В. Зонна, В.М. Неронова. М.: ТОО «Коркис», 1995. С. 253–258.

Гаврилов А.М., Вакулин А.А. Химико-минералогический состав песчаных почв Северного Прикаспия // Тез. докл. Междунар. конф. почвоведов. Астрахань, 1994. С. 158–160.

Гинзбург А.С., Губанова Д.П., Минашкин В.М. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный и региональный климат // Рос. хим. журн. 2008. № 52, № 5.
C. 112–119.

Глазовская М.А. Геохимические особенности типологии и методики исследования природных ландшафтов. Смоленск: Ойкумена, 2002. 288 с.

Гледзер E.Б., Гранберг И.Г., Чхетиани О.Г. Конвективные потоки аэрозоля вблизи поверхности почвы // Докл. Акад. наук. 2009. Т. 426, № 3. С. 380–385.

Гледзер Е.Б., Гранберг И.Г., Чхетиани О.Г. Динамика воздуха вблизи поверхности почвы и конвективный вынос аэрозоля // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2010. Т. 46, № 1. С. 35–47.

Горчакова И.А., Мохов И.И., Рублев А.Н. Радиационный и температурный эффекты мощного выноса пылевого аэрозоля в атмосферу // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51, № 2. С. 131–145.

Гранберг И.Г. Физические механизмы и экологические проблемы загрязнения атмосферного пограничного слоя над неоднородными поверхностями: Дис. … д-ра физ.-мат. наук.
М., 2009. 339 с.

Губанова Д.П., Чхетиани О.Г., Кудерина Т.М., Иорданский М.А., Обвинцев Ю.И., Артамонова М.С. Экспериментальные исследования аэрозолей в атмосфере аридных ландшафтов Калмыкии. 1. Микрофизические параметры и массовая концентрация аэрозольных частиц // Геофизические процессы и биосфера. 2018. Т. 17, № 1. С. 5–29.

Добровольский В.В. Избр. труды. Т. III. Биогеохимия мировой суши. М.: Науч. мир, 2009. 440 с.

Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справ. В 6 кн. М.: Недра, 1994. Кн. 2. Главные р-элементы. 303 с.

Ивлев Л.С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982. 368 с.

Карандашев В.К., Туранов А.Н., Орлова Т.А., Лежнев А.Е., Носенко С.В., Золотарева Н.И.,
Москвина И.Р. Использование метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой в элементном анализе объектов окружающей среды // Завод. лаб. Диагностика материалов. 2007. Т. 73, № 1. С. 12–22.

Касимов Н.С., Власов Д.В. Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2015. № 2. С. 7–17.

Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

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.

Кудерина Т.М. Геохимические ландшафты Калмыкии // Геология, география и глобальная энергия. 2006. № 1. С. 204–218.

Кудерина Т.М. Атмосферный аэрозоль как индикатор опустынивания в аридных и субаридных ландшафтах ЕТР // Степи Северной Евразии: Материалы VII междунар. симп. / Под науч. ред. А.А. Чибилёва. Оренбург: Печат. дом «Димур», 2015. С. 442–443.

Кудряшов В.И. Анализ элементного состава атмосферных аэрозолей физическими методами // Проблемы физики атмосферы: Межвуз. сб. Вып. 20. Физика и химия атмосферных аэрозолей. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1997. С. 97–130.

Перельман А.И. Атомы-спутники. М.: ЛЕНАНД, 2017. 176 с.

Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 610 с.

Сангаджиева Л.Х. Микроэлементы в ландшафтах Калмыкии и биогеохимическое районирование ее территории. Элиста: АПП Джангр, 2004. 119 с.

Сангаджиева Л.Х. Ландшафтно-биогеохимическое районирование территории Калмыкии // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естествен. науки. Прил. 2006. № 1. С. 89–97.

Сангаджиева Л.Х., Даваева Ц.Д., Кикильдеев Л.Е., Цомбуева Б.В., Самтанова Д.Э., Сангаджиева О.С. Биогеохимическая миграция микроэлементов в аридных экосистемах Калмыкии // Вестн. ТГУ. 2013. Т. 18, вып. 3. С. 1007–1011.

Ташнинова Л.Н., Ташнинова А.А. Почвы аридных зон Калмыкии // Вестн. Южн. науч. центра РАН. 2010. Т. 6, № 1. С. 52–61.

Хабаров А.Т. Гипергенез минералов в легких песках «Черных Земель» Калмыкии // Почвоведение. 1976. № 9. С. 98–111.

Церен-Убушиева Д.В., Сангаджиева Л.Х. Оценка экологического состояния почвенно-земельных ресурсов Республики Калмыкия // Наука и молодежь: Материалы Х Междунар. науч.-практ. конф. молодых исследователей, г. Волгоград, 15–17 марта 2016 г. Волгоград: Волгоград. ГАУ ИПК «Нива», 2016. Ч. I. С. 139–142.

Цомбуева Б.В. Влияние деятельности нефтедобывающего комплекса на загрязнение земель юго-востока Республики Калмыкия: Дис. … канд. хим. наук. Элиста, 2016. 156 с.

Эрхардт Х. Рентгенофлуоресцентный анализ: Применение в заводских лабораториях. М.: Металлургия, 1985. 256 с.

Andronova A.V., Granberg I.G., Gubanova D.P., Zudin B.V., Iordanskii M.A., Minashkin V.M., Nevskii I.A., Obvintsev Yu.I., Osipov V.P., Cherlina I.E. Ozone accommodation on aerosol particles: Estimation of the accommodation coefficient from the TROICA-5 experimental data // Izvestiya. Atmosp. and Ocean. Physics. 2002. V. 38, suppl. 1. P. S132–S137.

Chkhetiani O.G., Gledzer E.B., Artamonova M.S., Iordanskii M.A. Dust resuspension under weak wind conditions: Direct observations and model // Atmosph. Chem. and Physics. 2012. V. 12, N 11. P. 5147–5162.

Lohmann U., Feichter J. Global indirect aerosol effects: A review // Atmosph. Chemistry and Physics. 2005. V. 5, N 3. P. 715–737.

Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. 2nd еd. N.Y.: Wiley, 2006. 1232 p.

Сведения об авторах

ГУБАНОВА Дина Петровна – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова, Государственный научный центр РФ, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»; 105064, г. Москва, ул. Воронцово Поле, д. 10. Тел.: +7 (495) 916-10-42 (доб. 112);
старший научный сотрудник, Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН. 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 3. Тел.: +7 (495) 915-55-65. E-mail: dgubanova@mail.ru

КУДЕРИНА Татьяна Маратовна – кандидат географических наук, старший научный сотрудник, Институт географии РАН. 119017, г. Москва, Старомонетный пер., д. 29. Тел.: +7 (495) 959-00-27. E-mail: kuderina@igras.ru

ЧХЕТИАНИ Отто Гурамович – доктор физико-математических наук, заместитель директора, заведующий лабораторией, Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 3; Институт космических исследований РАН. 117997, Москва, Профсоюзная ул., 84/32. Тел.: +7 (495) 951-84-80. E-mail: lgg@ifaran.ru

ИОРДАНСКИЙ Михаил Алексеевич – кандидат технических наук, ведущий научный
сотрудник, Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова, Государственный научный центр РФ, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом». 105064, г. Москва, ул. Воронцово Поле, д. 10. Тел.: +7 (495) 916-10-42
(доб. 112). E-mail: miordan@mail.ru

ОБВИНЦЕВ Юрий Иванович – кандидат химических наук, старший научный сотрудник,
Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова, Государственный научный центр РФ, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»; 105064, г. Москва, ул. Воронцово Поле, д. 10; Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3. Тел.: +7 (495) 916-10-42 (доб. 112). E-mail: obvintyu@mail.ru

АРТАМОНОВА Мария Стеленовна – ведущий математик, Институт физики атмосферы
им. А.М. Обухова РАН. 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 3. Тел. +7 (495) 953-21-58. E-mail: artamonova@ifaran.ru

EXPERIMENTAL STUDIES OF AEROSOLS IN THE ATMOSPHERE OF SEMIARID LANDSCAPES OF KALMYKIA
2. LANDSCAPE-GEOCHEMICAL COMPOSITION
OF AEROSOL PARTICLES

D.P. Gubanova1, 2, T.M. Kuderina3, O.G. Chkhetiani 2, 4, M.A. Iordanskii1,
Y.I. Obvintsev1, 2, M.S. Artamonova2

1 Karpov Research Physical-Chemical Institute, State Scientific Center of the Russian Federation,
State Corporation «Rosatom», Moscow, Russia

2 Obukhov Institute of Physics of Atmosphere, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

3 Institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

4Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Abstract. The chemical composition of aerosol particles in the surface layer of the atmosphere in the semiarid regions of Kalmykia is studied. When studying the background landscapes of dry steppes, sandy massifs and salt marshes, a landscape-geochemical approach was used. The results of long-term complex experimental studies (2002–2016) of the elemental composition of surface aerosols, the morphology and chemical composition of soils, the elemental composition of aerosol particles in the surface layer of the atmosphere are reviewed and summarized. Identity of elemental composition of soils is revealed. It was confirmed that the main sources of emission of aerosol particles in the semiarid regions are soils. The estimation of accumulation of chemical elements in soils and aerosol particles is performed. Concentration clarks, aerosol concentration coefficients and local aerosol concentration are calculated. A high content of sulfur and some heavy metals in aerosols is detected, which enter the atmosphere not only due to removal from the underlying surface, but also from local anthropogenic sources.

Keywords: background landscapes, soils, sands, dry steppe, salt marshes, aerosol particles, chemical composition, concentration clarks, aerosol concentration coefficients.

About the authors

GUBANOVA Dina P. – Cand. Sci. (Phys. and Math.), leading researcher, Karpov Research Physical-Chemical Institute, State Scientific Center of the Russian Federation, State Corporation «Rosatom»; leading researcher, Obukhov Institute of Physics of Atmosphere, Russian Academy
of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 916-10-42 (extension number 112). E-mail: dgubanova@mail.ru

KUDERINA Tatiana M. – Cand. Sci. (Geogr.), senior researcher, Institute of Geography, Russian Academy of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 959-00-27. E-mail: kuderina@igras.ru

CHKHETIANI Otto G. – Dr. Sci. (Phys. and Math.), deputy director, head of laboratory, Obukhov Institute of Physics of Atmosphere, Russian Academy of Sciences. Moscow, Russia. Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Tel.: +7 (495) 951-84-80. E-mail: lgg@ifaran.ru

IORDANSKII Mikhail A. – Cand. Sci. (Tech.), leading researcher, Karpov Research Physical-Chemical Institute, State Scientific Center of the Russian Federation, State Corporation «Rosatom». Tel.: +7 (495) 916-10-42 (extension number 112). E-mail: miordan@mail.ru

OBVINTSEV Yurii I. – Cand. Sci. (Chem.), senior researcher, Karpov Research Physical-Chemical Institute, State Scientific Center of the Russian Federation, State Corporation «Rosatom».
Moscow, Russia. Obukhov Institute of Physics of Atmosphere, Russian Academy
of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 916-10-42 (extension number 112). E-mail: obvintyu@mail.ru

ARTAMONOVA Maria St. – leading mathematician, Obukhov Institute of Physics of Atmosphere, Russian Academy of Sciences. Moscow, Russia. Tel.: +7 (495) 953-21-58. E-mail:
artamonova@ifaran.ru