Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Основная цель экологического мониторинга городов заключается в оптимизации процессов взаимодействия человека с природой, для этого необходимо объединение и интеграция обширных различных баз данных об экологическом состоянии, чтобы выработать устойчивые подходы к производственной деятельности и организации городской среды. Даже несмотря на рост экономики в мегаполисах, современные города становятся все более недружественными к человеку, а урбанистические экосистемы несут различные проблемы – загрязнение атмосферного воздуха, воды, почвы, рост заболеваемости инфекционными болезнями в связи с высокой плотностью населения, повышенный риск развития серьезных психических заболеваний по сравнению с сельской местностью, проблемы доступа бедных слоёв населения к качественному и полноценному питанию, в результате чего появляются проблемы со здоровьем. Помимо вышеперечисленных проблем, немалую роль играет превышение уровней шума из-за ежегодно растущего автотранспорта и других источников, которые нередко приводят к повышенному уровню стресса и раздражительности. Существующие методы мониторинга городской среды не дают полного представления об угрозах и рисках для здоровья. Так, при мониторинге состояния воздуха необходимо четко понимать, что, оценивая его состояние только по концентрациям стандартизированных загрязнителей, нельзя в полной мере установить степень опасности для здоровья человека и окружающей среды. Например, главной проблемой PM2.5 и PM10 частиц является не только их концентрация в атмосферном воздухе, но и состав присутствующих в них различных токсикантов, в том числе металлоидов. Присутствие в PM2.5 и PM10 тяжелых металлов, таких как As, Cr, Co, Cd, Ni и Pb значительно повышает риск возникновения раковых заболеваний, а хроническое воздействие этих частиц может вызвать различные проблемы со стороны желудочно-кишечного тракта в виде дисбактериоза, а также привести к нарушению метаболизма глюкозы и другим негативным изменениям для организма на клеточном уровне. В настоящее время недостаточно мониторить концентрацию PM2.5 и PM10, необходимо знать количество металлоидов и других веществ, входящих в PM2.5 и меньше. Основная задача проекта – выявить закономерности распределения потенциально токсичных элементов, таких как As, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sr, V и Zn и идентифицировать их источники в различных объектах окружающей городской среды (почвы, городская пыль, снежный покров, атмосферные аэрозоли) на примере типичного промышленного российского города – Челябинска. Целью проекта является разработка единого методического подхода к анализу состава и механизмов распределения потенциально токсичных элементов в различных объектах окружающей городской среды. Разработаны методические рекомендаций для проведения эколого-геохимического мониторинга загрязнения городской среды потенциально токсичными элементами. Определены основные антропогенные источники загрязнения (транспорт, промышленность) для каждого изученного металл(оид)а. Полученные данные позволят городским властям разработать мероприятия по минимизации загрязнения городской среды металл(оидам)и и связанных с этим экологических рисков. На территории города Челябинска собраны образцы проб из воздуха, содержащие частицы РМ10 и РМ2.5. Собранные частицы изучены методом сканирующей электронной микроскопии. Составлены карты пространственного распределения концентраций свинца в PM2.5 со всех мест отбора проб. В рамках выполнения проекта проведены исследования, позволяющие разобраться существует ли достоверная связь между загрязнением урбанизированной территории тяжелыми металлами и онкологической заболеваемостью населения. Оценка корреляционных связей показала, что социально-экономические характеристики вносят существенный вклад в формирование заболеваемости злокачественными новообразованиями населения исследуемого региона. С помощью регрессионного анализа уточнено, что при включении в регрессионную модель факторов выбросов металлов и их соединений, модель так же остается статистически значимой. По результатам выполнения проекта опубликовано три статьи в рецензируемых научных журналах, в том числе одна - в журнале первого квантиля, результаты доложены на четырех международных научных конференциях, члены коллектива выступили в общей сложности с 6-тью устными докладами по теме исследования.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
За отчетный 2023 год были определены концентрации растворенных и взвешенных форм металлов и металлоидов в снежном покрове. Наибольшая часть металлов концентрируется в твердой фазе, в то время как на жидкую приходится не более 10%. Фоновая пылевая нагрузка (9 кг/км2 в сутки) была близка к аналогичному показателю (~10 кг/км2) для равнинной континентальной территории умеренных широт, удаленной от урбанизированных зон. Наибольшая пылевая нагрузка в городе Челябинске составила 198-256 кг/км2 в сутки и была характерная для транспортных точек, что соответствует умеренному уровню экологического риска. Для точек, расположенных вблизи промышленных предприятий, пылевая нагрузка составила 158-187 кг/км2 в сутки, а для дворов и парков 95-115 и 35-67 кг/км2 в сутки, это менее 200 и соответсвует низкому уровню экологической опасности. Нерастворимая фракция снежного покрова была наиболее обогащена металлоидами в точках, расположенных вблизи металлургических предприятий. В снежном покрове были обнаружены высокие концентрации As, Bi, Cd, Cr, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn. Были построены карты пространственного распределения, которые показали, что для большинства тяжелых металлов, сконцентрированных в твердой фазе и имеющих антропогенное происхождение As, Bi, Cd, Cr, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn существуют “горячие точки” вблизи крупных промышленных предприятий городе, где происходит максимальное выпадение металлов. Для количественной оценки загрязнения снежного покрова металлами был применен спектр статистических методов многомерного анализа. Были рассчитаны коэффициенты корреляции Спирмена. Наибольшее количество значимых корреляций выявлено для металлоидов в твердой фазе, источниками которых являются промышленные предприятия города As, Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Sb, и Zn. Для выявления возможных источников загрязнений использовался факторный анализ - метод главных компонент. Были получены значения собственных векторов, которые рассматриваются как «следы» источников выбросов. Согласно критерию Кайзера, первые три компонента с собственными значениями выше 1 имеют доминирующее влияние. Эти три фактора составляют 89,46 % от общей дисперсии выборок. Процент объясненной дисперсии для первого компонента (PC1) наибольший и составляет 59,91 %, что свидетельствует о существовании одного доминирующего источника выброса или группы источников эмиссии некоторых элементов. Для остальных компонентов процент дисперсии составляет: PC2 –17.37%, РС3 –12.19 %. Выявлены три фактора, объясняющих дисперсию содержания металлоидов в нерастворенной форме в снежном покрове на территории города Челябинска. Первый фактор заметно влияет на распределение As, Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Sb, и Zn, второй – на Cr и Mn третий – на Co и V. На распределение стронция влияют первый и второй фактор. Предположительно первым источников является Челябинский цинковый завод, вторым – электрометаллургический комбинат, производящий феррохром и ферромарганец и третья группа представлена металлами, имеющими преимущественно природное происхождение. Была разработана комплексная методология мониторинга состояния снежного покрова территории индустриальной агломерации с использованием технологий дистанционного зондирования Земли и физико-химических методов анализа. Дистанционное зондирование может быть успешно интегрировано в мониторинг окружающей среды в умном городе. Мониторинг на региональном уровне позволяет выявить такие источники загрязнения, как энергетика, промышленность и транспорт. Строительство цифрового двойника и модели ведется на городском уровне. На региональном уровне реализуется подход «снизу вверх». Глобальный уровень сочетает в себе наземные измерения и дистанционное зондирование. Глобальный мониторинг реализует нисходящий подход. Объединение двух подходов позволяет разработать лучшую стратегию защиты городской среды. Были определены изотопные соотношения свинца, меди и цинка в частицах PM10 и РМ2.5, собранных различных точках города. Сравнение изотопных соотношений свинца, меди и цинка в PM10 и РМ2.5 с изотопными соотношениями, полученными для промышленных пылей, почв, дорожной пыли позволит с высокой надежностью определить доминирующие источники данных элементов. Была разработана модель, основанная на изотопных характеристиках основных источников загрязнения: транспорт (20%), промышленность (60%) и другая деятельность (20%) Мультиизотопные системы Pb, Cu и Zn могут быть использованы для поиска источников металлов в воздухе, почве и снеге. Была проведена оценка содержания биодоступных металлов и металлоидов в составе городских сред. Оценка общего канцерогенного риска, вызванного наличием в образцах As, Cr, Сo, Cd, Ni и Pb, показала, что индивидуальный риск в течение жизни соответствует от 1 до 100 дополнительному случаю серьезного заболевания или смерти на 1 млн. экспонированных лиц и зоне условно приемлемого (допустимого) риска. На этом уровне установлено большинство зарубежных и рекомендуемых международными организациями гигиенических нормативов для населения в целом. Уровни допустимого риска подлежат постоянному контролю и при тенденции к повышению требуются дополнительные мероприятия по их снижению. Результаты работы были освещены в СМИ. Экологи ЮУрГУ приняли участие в международной конференции в Таиланде. Сайт susu.ru. https://www.susu.ru/en/node/2057550 Челябинские ученые научились улавливать канцерогены от взаимодействия выхлопных газов и «дыхания» растений. Naked-science/ https://naked-science.ru/article/column/chelyabinskie-uchenye-nauchilis-ulavlivat