Мегаполис

Московский мегаполис – одна из наиболее загрязненных территорий Европейской части России с очень высокой концентрацией населения. Развитие дорожно-транспортной сети и многопрофильной промышленности, высокие темпы застройки приводят к масштабному экологическому воздействию на природные компоненты и ландшафтные системы и заметному ухудшению качества окружающей среды и условий жизни горожан. В этой связи чрезвычайно важно проследить судьбу загрязняющих веществ в городской среде, оценить их аккумуляцию в компонентах городских ландшафтов и экологическую опасность. Выполнявшийся в 2019-2022 гг. проект РНФ № 19-77-3004 был направлен на поиск информативных геохимических показателей (маркеров) наиболее опасных источников загрязнения городской среды на основе сопряженного анализа химического состава микрочастиц в системе «атмосфера–снег–дорожная пыль–почвы–поверхностные воды».

Всесторонняя характеристика химического состава аэрозолей дает возможность идентифицировать источники загрязнения, проследить потоки вещества в педосферу и гидросферу, оценить их экологическое состояние, а также влияние антропогенного загрязнения на здоровье людей. Для этого была разработана технология фракционного анализа основных химических составляющих аэрозольного состава атмосферы, речных вод и компонентов наземных ландшафтов в условиях мегаполиса.

Для развития инструментальной базы проекта на территории метеообсерватории МГУ создан Аэрозольный комплекс, оснащенный современными высокоточными приборами для определения массовых концентраций компонентов аэрозолей в стандартах Глобальной Сети Мониторинга атмосферы GAW. Данные Аэрозольного комплекса были использованы для выявления суточной, недельной, сезонной и многолетней динамики загрязнения атмосферы. Изучение влияния геометрии жилой застройки и городских каньонов (крупных автомагистралей и проспектов) на распространение и перераспределение загрязненных тяжелыми металлами микрочастиц дорожной пыли и почв позволило лучше понять закономерности формирования ландшафтно-геохимической структуры урбанизированных территорий. Мониторинг потоков загрязнителей в поверхностных водах мегаполиса дал возможность определить дальность переноса поллютантов и качество речных вод. На основе бассейнового подхода количественно охарактеризованы водные потоки микрочастиц и связанные с ними поллютанты в разных частях бассейна р. Москвы. Разработана единая концептуальная схема исследований речной миграции вещества.

Исследования микрочастиц в городской среде будут продолжены в 2023-2025 гг., так как коллектив проекта выиграл грант на его пролонгацию. Главной целью нового этапа работ является апробация разработанных технологий оценки поллютантов в разных частях Московского мегаполиса, отличающихся уровнем геохимической нагрузки и составом приоритетных загрязнителей. Важной составляющей исследований станет оценка экологических рисков для биоты и населения. Планируется развитие инструментальной базы путем расширения измеряемых параметров микрочастиц, удлинения рядов наблюдений, проведения натурных и модельных экспериментов. Особое внимание будет уделено характеристике источников загрязняющих веществ, включая автомобильный и железнодорожный транспорт.

Исследования будут выполняться по следующим направлениям:

1. Пространственно-временная изменчивость аэрозольной геохимической нагрузки на территорию мегаполиса и ее экологическая опасность. Планируется расширение цикла сезонных и годовых измерений микрофизических характеристик и химического состава аэрозолей, включая их первичные и вторичные органические и неорганические компоненты. Впервые поставлена задача сравнительного анализа уровней загрязнения и источников эмиссий в Московском мегаполисе и окружающем регионе. Загрязнение микрочастиц в уличных каньонах будет исследовано в зависимости от параметров застройки и интенсивности движения автотранспорта.
   
   

2. Фракционирование потенциально токсичных элементов и соединений в компонентах наземных ландшафтов, включая гранулометрическое фракционирование химических элементов в почвах, определение подвижности металлов и металлоидов в городских почвах, характеристику распределения металлов и металлоидов в микрочастицах подсистемы «снег–дорожная пыль–почвы». На основе репрезентативных сценариев для населения Москвы будет выполнена оценка воздействия загрязненных микрочастиц почвы и дорожной пыли на здоровье наиболее уязвимых групп населения.
   
   

3. Миграция микрочастиц в речной системе с оценкой интегрального экологического риска. Собранная в 2019-2022 гг. уникальная база данных о содержании нескольких десятков химических элементов в воде, в микрочастицах взвеси и донных отложениях рек-притоков р. Москвы позволит исследовать факторы, определяющие специфику и пространственно-временную вариабельность химического состава компонент поверхностного стока городских водотоков. Будет выполнена сравнительная оценка потоков микрочастиц и поллютантов в урбанизированных бассейнах притоков р. Москвы, отличающихся степенью антропогенной нагрузки и преобразованности водосбора и русловой сети в разные фазы водного режима. Для водной экосистемы будут даны оценки опасности как общего содержания загрязнителей в компонентах водной среды, так и их распределения в различных размерных фракциях.
   
   

4. Количественная оценка вклада источников микрочастиц в загрязнение городской среды. На основе накопленных в сезонных и годовых циклах данных непрерывных измерений микрофизических свойств и химического состава аэрозолей, которые включают точность и ошибки измерений различных компонентов состава, будут идентифицированы основные источники хозяйственной и транспортной активности и пылевых эмиссий города. Вклад отдельных источников в загрязнение атмосферы будет рассчитан по рецепторной модели положительной матричной факторизации PMF, являющейся признанным инструментом технологии Source Apportionment.