КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 19-77-30004

НазваниеТехнология оценки экологического состояния Московского мегаполиса на основе анализа химического состава микрочастиц в системе «атмосфера–снег–дорожная пыль–почвы–поверхностные воды» (Мегаполис)

РуководительКошелева Наталья Евгеньевна, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2025 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (33).

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-705 - География почв, геохимия ландшафтов

Ключевые словаэмиссия загрязняющих веществ, мегаполис, промышленные выбросы, транспортные выбросы, атмосферные аэрозоли, микрочастицы, снег, наземные ландшафты, почвы, дорожная пыль, поверхностные воды, загрязнение, тяжелые металлы, полиароматические углеводороды, оценка вклада источников загрязнения

Код ГРНТИ87.15.03

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Воздушная миграция и осаждение концентрирующихся в микрочастицах токсичных элементов и соединений приводит к формированию их аномалий в почвах, снеге и дорожной пыли высокой контрастности и площади. Это делает актуальными дальнейшие исследования, направленные на выявление источников поллютантов, изучение их накопления–рассеяния в атмосфере, наземных ландшафтах и речной системе Московского мегаполиса. Главной целью проекта является апробация разработанной технологии в разных частях Москвы, отличающихся уровнем геохимической нагрузки и составом приоритетных загрязнителей. Важной чертой проекта станет оценка экологических рисков для биоты и населения. Планируется развитие инструментальной базы путем расширения измеряемых параметров микрочастиц, удлинение рядов наблюдений, проведение 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 Московского мегаполиса и ее экологическая опасность Развитие технологии наблюдений на Аэрозольном комплексе МГУ предполагает непрерывные измерения микрофизических свойств, числа частиц и массовой концентрации аэрозолей и анализ их химического состава с распределением по размерам. Соотношение городских и региональных источников загрязнения будет установлено путем одновременных измерений в городе и пригородной зоне. Загрязнение микрочастиц в уличных каньонах будет исследовано в зависимости от параметров застройки и интенсивности движения автотранспорта. Оценка опасности вдыхаемой фракции аэрозолей для населения будет основана на концентрациях частиц РМ2.5 и черного углерода, а также окислительного потенциала, определяющего способность атмосферных частиц окислять легочную среду. 2. Фракционирование потенциально токсичных элементов и соединений в компонентах наземных ландшафтов Изучение гранулометрического фракционирования химических элементов в почвах будет расширено путем привлечения данных о минералогическом составе фракций. Будет проанализирована большая группа элементов, включая редкоземельные и слабо изученные Li, Be, Ga, Rb, Tl, Pt и т.д. В функциональных зонах города планируется исследовать взаимодействия загрязненных микрочастиц с компонентами городских почв, определяющие эффективность реализации ими экологических функций в биосфере. Распределение элементов и ПАУ в микрочастицах подсистемы «снег–дорожная пыль–почвы» будет изучено на основе данных по отдельным округам и зонам города. Экологическая опасность загрязнения этих сред будет оцениваться с учетом антропометрических и возрастных характеристик населения и сценариев его активности. 3. Миграция микрочастиц в речной системе с оценкой интегрального экологического риска Собранные данные о содержании химических элементов в воде, микрочастицах взвеси и донных отложений в притоках р. Москвы позволят установить факторы, определяющие специфику и вариабельность их химического состава. Оценка потоков микрочастиц и поллютантов в речной сети обеспечит ландшафтно-функциональное районирование всего бассейна и апробацию методики оценки экологических рисков, связанных с качеством поверхностных вод, взвесей, донных и пойменных отложений. 4. Количественная оценка вклада источников микрочастиц в загрязнение городской среды В условиях множественности источников микрочастиц их идентификация будет выполнена с помощью технологии Source Apportionment (SA) на основе данных измерений микрофизических свойств и химического состава аэрозолей. Будут определены вклады промышленных, транспортных источников, отопительной системы жилого сектора, выдувания почвы и дорожной пыли в городе, дымовых шлейфов от пожаров в пригородах. Для валидации результатов SA будут привлечены официальные данные об интенсивности эмиссий от стационарных и передвижных источников загрязнения.

Ожидаемые результаты
Основным результатом проекта является развитие технологии оценки экологического состояния городской среды на основе анализа химического состава микрочастиц в системе «атмосфера–снег–дорожная пыль–почвы–поверхностные воды», впервые проведение на ее основе количественного анализа воздействия основных источников эмиссий на загрязнение окружающей среды Московского мегаполиса. На основе базы данных непрерывных сезонных и круглогодичных измерений многокомпонентного химического состава и микрофизических свойств аэрозолей с распределением по размерам, полученной на созданном ранее Аэрозольном стационарном комплексе МГУ, и современных рецепторных моделей будут определены вклады основных источников загрязнения воздуха: транспорта, промышленности, дорожной пыли, засоления почв противогололедными реагентами, сжигания биомасс и вторичных аэрозолей. Значительный прогресс будет достигнут в исследованиях уровней и неоднородности аэрозольной нагрузки атмосферы вследствие особенностей транспорта, отопительной системы жилого сектора и промышленной деятельности населения в центральных частях (город) и на прилегающих территориях (пригород) с помощью Аэрозольного мобильного комплекса МГУ. Практическое использование ожидаемых результатов определяется возможностью получения научно-обоснованных оценок пространственной и временной изменчивости аэрозольной нагрузки и источников загрязнений атмосферы в Московском мегаполисе и прилегающем регионе. Данный проект создаст предпосылки для дальнейшего развития сети станций наблюдений за аэрозольным загрязнением в Московском мегаполисе и оценкой его влияния на экологическое состояние атмосферы. Получаемая база данных о физико-химических характеристиках вдыхаемой фракции аэрозолей и маркерах влияния на здоровье может быть использована при организации и проведении исследований воздействия загрязнений на здоровье населения в мегаполисе. Полученная экспериментальная информация будет необходима при разработке мероприятий по уменьшению опасных последствий загрязнения атмосферы, с ее помощью можно определить, какие изменения в аэрозольной нагрузке атмосферы Московского мегаполиса следует ожидать в результате изменений хозяйственной деятельности и каковы могут быть их социальные последствия. Общественная значимость предполагаемых результатов проекта согласуется с положениями Постановления Правительства Российской Федерации от 8 февраля 2022 г. № 133 «Об утверждении Федеральной научно-технической программы в области экологического развития Российской Федерации и климатических изменений на 2021-2030 годы», в котором указывается на «необходимость повышения эффективности научно-технической деятельности в области экологического развития Российской Федерации и климатических изменений». Количественный анализ вкладов источников экологически и климатически опасных эмиссий имеет первостепенное значение и особую общественную и экологическую значимость, поскольку позволяет идентифицировать опасные загрязнения атмосферы, выявить наиболее значительные и разработать меры по уменьшению и предотвращению воздействия эмиссий на окружающую среду и климат. В настоящее время отсутствие стандартизованных методик количественной оценки техногенных воздействий аэрозольных эмиссий на городскую среду не позволяет принимать обоснованные решения в управлении природопользованием мегаполиса и региона в целом. Из Положений Постановления Правительства Российской Федерации: «Российская система мониторинга атмосферного воздуха в отличие от ряда зарубежных стран в настоящее время не включает мониторинг содержания … "черного углерода" – продукта неполного сгорания топлива». Таким образом, исследования, проводимые на Аэрозольном комплексе МГУ, отвечают ожидаемым результатам реализации Постановления Правительства Российской Федерации в части разработки системы мониторинга черного углерода. Исследования состава атмосферных аэрозолей будут дополнены данными об изотопном составе осадков в Москве с характеристикой сезонности хода значений δ18О и δ2Н и ее обусловленности температурой приземного слоя воздуха и возможным влиянием дальнего переноса, который будет выявляться методом обратных траекторий по модели переноса HYSPLIT. В воде р. Москвы и ее притоков Сетуни, Сетуньки, Яузы будет определена степень отражения изотопно-кислородного и дейтериевого сигнала атмосферных осадков 2019-2020 гг. и его взаимосвязь со свойствами снега в период весеннего половодья. Динамические наблюдения на юго-западе Москвы позволят установить характер изменений изотопного состава снежной толщи в течение зимнего периода. В фокусе современных геохимических исследований городских почв находится проблема гранулометрического фракционирования металлов и металлоидов (ММ) и других поллютантов, связанная с выделением и использованием при экологическом мониторинге фракций-носителей максимального загрязнения, что определяется необходимостью прогнозировать поведение потенциально токсичных элементов в окружающей среде и прослеживать пути их поступления в живые организмы. В современной литературе существует недостаток информации как о фоновых концентрациях элементов в гранулометрических фракциях разных почв, так и о связи гранулометрического фракционирования элементов с минералогическим составом фракций, в то время как подобная информация крайне необходима для правильной интерпретации природы ассоциаций химических элементов в загрязненных почвах и выделения среди них ассоциаций преимущественно антропогенного происхождения. Разные минералы, присутствующие в почвенных фракциях, обладают характерными кристаллическими структурами, химическим составом и свойствами; они определяют ассоциации и общие запасы химических элементов. В фоновых для Московского мегаполиса дерново-подзолистых и дерновых почв Смоленско-Московской возвышенности будет выявлен минералогический состав отдельных гранулометрических фракций гумусового горизонта и установлены факторы, контролирующие его пространственную изменчивость. Эти данные дадут возможность генетической интерпретации ассоциаций ММ на основе сопряженного анализа элементного и минералогического составов фракций. Этот тип анализа будет способствовать лучшему пониманию закономерностей накопления экологически опасных элементов в гранулометрических фракциях и послужит основой для оценки потенциального риска загрязнения и восстановления городских почв. Кроме обычно анализируемых будет исследована большая группа микроэлементов, которым ранее при оценке загрязнения городов не уделялось достаточного внимания (Li, Be, Ga, Rb, Zr, Tl, Pt и др.) и значение которых в последнее время возросло в связи с расширением сфер их применения в различных отраслях промышленности и включением в биогеохимические круговороты. Изучение гранулометрического фракционирования и форм ММ, а также органических поллютантов (ПАУ) позволит выявить наиболее экологически опасные фракции дорожной пыли, твердой фазы снега и почв и охарактеризовать их локализацию в пределах тех или иных функциональных зон города в зависимости от ландшафтных и антропогенных факторов. Генезис полиаренов во фракциях PM1 и PM1-10 городских почв будет определен с использованием индикаторных соотношений. Это даст возможность определить те сочетания факторов в городских ландшафтах, которые создают максимальное загрязнение в депонирующих средах, и разработать рекомендации по его уменьшению. Результаты экспериментального изучения взаимодействия поллютантов с органическим веществом почв будет содействовать более глубокому пониманию механизмов мобилизации, миграции и аккумуляции ММ в различных геохимических обстановках, а также процессов биогеохимической трансформации специфичных для города органических соединений, определяющей экологическое состояние городских почв. Будут определены информативность показателей биологической активности почв и устойчивость органического вещества почв урбанизированных территорий к окислительной трансформации при воздействии загрязненных токсичными веществами микрочастиц. С использованием этих данных будут разработаны подходы к оценке эффективности реализации био- и гидропротекторных функций почв при их загрязнении экологически опасными элементами. Будет получена оценка хронического воздействия накопившихся в микрочастицах городских почв и пыли неканцерогенных и канцерогенных элементов на организм человека в соответствии с разработанными репрезентативными сценариями для населения Москвы, включая возраст и антропометрические характеристики. Будут выявлены приоритетные поллютанты в окружающей среде Московского мегаполиса, которые определяют характер и вероятность неблагоприятных последствий для здоровья человека. Это позволит количественно оценить воздействие на наиболее высокочувствительную группу среди населения, а также определить уязвимые территории города. Полученные результаты послужат основой для разработки локальных профилактических мер по оздоровлению городской среды, а также могут быть использованы при адаптации методики оценки воздействия для других крупных городов. Будет получена общая картина изменения в размещении промышленности г. Москвы в новых условиях, когда реновация многих промышленных зон практически завершена и размещение промышленных объектов при сокращении их числа имеет более дискретный характер. В результате появится возможность показать, как размещение предприятий сказывается на пространственных особенностях химического состава микрочастиц в атмосфере. Будут определены изменения в ареалах рассеяния от стационарных источников сжигания топлива путем расчета максимальных разовых и среднегодовых концентраций основных видов загрязняющих веществ с использованием гостированных моделей, утвержденных МПР РФ. Будут выделены зоны с различным характером пространственного распределения концентраций загрязняющих веществ, образовавшиеся при рассеянии выбросов от разных типов источников сжигания топлива (котельных и ТЭЦ). Объемы и плотности выбросов в атмосферу от автомобильного транспорта будут рассчитаны с учетом интенсивности движения и структуры выбросов, что обеспечит выявление факторов формирования ареалов повышенной концентрации загрязняющих веществ, среди которых будут рассмотрены особенности расселения, топологии транспортной сети, нового дорожного строительства и др. Анализ интенсивности транспортных потоков, динамики объемов и структуры выбросов в атмосферу железнодорожного транспорта в период 2012-2023 гг. даст представление об уровне воздействия на городскую среду железнодорожного транспорта. Это позволит более надежно и объективно провести идентификацию источников техногенного загрязнения атмосферы и компонентов наземных ландшафтов и сформировать рекомендации для правительства Москвы по размещению сети наблюдений. Главными результатами исследования речной системы в Московской агломерации станут: оценка степени преобразования водосборов притоков р. Москвы и русловой сети; количественная характеристика поступления ММ и органических веществ во время интенсивных дождей в городские водотоки, отличающиеся степенью преобразования русловой сети; система определения интегрального экологического риска для качества поверхностных вод, речных наносов и донных отложений. Будет проведено ранжирование факторов антропогенного преобразования городских ландшафтов, определяющих формирование поверхностного стока (воды, наносов, загрязняющих веществ), и выполнена классификация факторов загрязнения поверхностных вод. Для прогнозирования концентраций ММ и органических веществ в русловой сети в периоды максимального стока будут разработаны статистические модели. Будет выполнена сравнительная оценка вклада паводочного стока в суммарный перенос загрязнителей (взвешенного вещества, ММ, органических веществ) для разных функциональных видов городских территорий. На основе определения интегрального экологического риска для качества поверхностных вод, речных наносов и донных отложений будет проведено районирование бассейна р. Москвы по современному уровню экологических рисков и их опасных изменений.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---