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

Integrated technology for environment assessment of Moscow megacity based on chemical analysis of microparticle composition in the "atmosphere - snow - road dust - soil - surface water" system (Megacity)

Соисполнители НИР

МГУ имени М.В.Ломоносова Координатор

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 13 апреля 2023 г.-31 декабря 2023 г. Технология оценки экологического состояния Московского мегаполиса на основе анализа химического состава микрочастиц в системе «атмосфера–снег–дорожная пыль–почвы–поверхностные воды» (Мегаполис)
Результаты этапа: 1-3. Разработаны технологии оценки аэрозольной нагрузки на базе стационарного Аэрозольного комплекса МГУ, оборудованного современной системой отбора в стандартах GAW и инструментами высококачественного мониторинга. Ведутся непрерывные измерения углерода и продуктов сжигания топлив транспортными и промышленными системами (черного углерода), химического состава аэрозолей (элементов, водорастворимых ионов, ПАУ), а также числа частиц с распределением по размерам в субмикронном и микронном диапазонах. Проведены измерительные кампании с отбором суточных проб для определения вкладов источников загрязнения атмосферы и недельных проб для оценки варьируемости массовой концентрации ПАУ. Создана база данных 2018-2022 гг. сезонных и круглогодичных циклов для компонентов химического состава микрочастиц РМ10. Впервые проведен цикл исследований и апробирована рецепторная модель количественного анализа вкладов источников загрязнения в массовую концентрацию частиц РМ10. 4. В 2023 г. на МО МГУ отобраны пробы атмосферных осадков для каждого случая дождя, снегопада или смешанных осадков. Проанализировано сезонное распределение изотопного состава осадков за 2017–2019 гг. Для осадков Москвы и воды в р. Яуза выявлена сезонность изменения изотопного состава. В воде р. Яузы она связана с источниками питания и сезонными изменениями их вклада в сток реки. Сравнение изотопного состава слоёв снега с атмосферными осадками на территории МО МГУ зимой 2018/2019 гг. показало, что обогащение тяжелыми изотопами слоёв снега находилось в пределах 0–3,5 ‰ при средних значениях 1,3–2,5 ‰. Это указывает на пост-депозиционное изменение изотопного состава снега при его контакте с атмосферой. 5. Исследования состава глинистых минералов во фракции <1 мкм и кластогенных минералов во фракциях 1000-250, 250-50, 50-10 и 10-1 мкм в гумусовых горизонтах фоновых почв Смоленско-Московской возвышенности показали, что для фракции <1 мкм содержание минеральных фаз убывает в ряду: смешанослойные образования, иллит > каолинит > хлориты. Крупные фракции представлены кварцем, калиевыми полевыми шпатами, плагиоклазами, слюдами, магнезиально-железистым хлоритом и каолинитом. Кварц концентрируется в песчаных фракциях, максимальное содержание калиевых полевых шпатов отмечено во фракциях 250-50 и 50-10 мкм, а слюд и хлоритов – во фракции 10-1 мкм. В крупных фракциях кварц выступает в роли главного деконцентратора макро- и микроэлементов, другие минералы выступают в роли фаз-концентраторов. Изменчивость в содержании этих минералов влияет на пространственное распределение микроэлементов. Плагиоклазы обнаруживют тесную положительную связь с Al, Ca, Na, К и Тi, слюды – с Al, Mg, Li, Cs, Be, Ga, Zn, Sc, Tl, Pb, Ta, Rb, V, Co, плагиоклазы – с Ba, Sr, Th, U, Rb, Y, Nb, Tl, Sc, хлорит с Mg, Li, Сs, Ga, Be, Pb, каолинит с Li, Cs, калиевые полевые шпаты с Hf, Zr. 6. Выполнены натурные исследования уровней загрязнения и пространственной дифференциации пылевых выпадений внутри уличного каньона в ЮВАО Московского мегаполиса. Разработана и апробирована методика отбора проб пыли на разных высотных уровнях каньонов. Получен репрезентативный набор проб пылевых выпадений и их фракции РМ10 на разных высотах по обе стороны каньона и смешанных проб почв, дорожной пыли и их фракции РМ10. В ВАО Москвы проанализированы свойства почв, уровни накопления и пространственное распределение широкого спектра микроэлементов. Приоритетными поллютантами являются Cd, Zn, W. На 40% площади округа загрязнение почв относится к высокому, опасному и чрезвычайно опасному уровням, ПДК сильно превышены по Zn и Cd. Для оценки влияния железнодорожного транспорта на загрязнение окружающей среды Москвы выбраны два участка – на Ленинградском направлении Октябрьской железной дороги и Киевском направлении Московской железной дороги. Составлена картосхема ключевых участков, на которых запланирован отбор проб почв и дорожной пыли. 7. Сезонные наблюдения за составом почвенных растворов и биологической активностью (БА) почв проведены на двух ключевых участках ЗАО: в зоне влияния МКАД и в районе МГУ. БА определялась по целлюлозолитической активности (ЦА) и биологическому потреблению кислорода (БПК). Выявлена корреляционная связь между БПК и ЦА в почвах парка и почвах лесных сообществ на участке «МКАД» и ее отсутствие вблизи дорог на участке «МГУ». Изменение уровня БА может быть вызвано поступлением в придорожные почвы трудноразлагаемых техногенных углеводородов. В зоне влияния транспорта почвы характеризуются ростом рН в 1,2-1,5 раза. Минерализация растворов в почвах газонов вблизи автомагистралей на участке МГУ по сравнению с фоном увеличивается в 4,5 раза, а на участке МКАД в 8-10 раз. РФА-анализ выявил увеличение содержания в придорожных почвах Са, Cu, Zn, S, Fe, Sr, Pb. 8. Анализ социально-демографических характеристик населения г. Москвы показал, что детское население в возрасте до 14 лет тяготеет к периферийным районам города. Территориальные различия в уровне образования практически отсутствуют, но выражены в экономическом статусе населения. Воздействие автотранспорта на места проживания населения выше в центре города. Для расчета рисков от загрязнения почв на детских площадках определены параметры адаптированной модели US EPA, включая потенциальную среднесуточную дозу частиц почвы и пыли; концентрацию в них загрязняющих веществ и норму их поступления; частоту и продолжительность воздействия. Проведено опробование почв на 97 площадках, которые находятся в буферной зоне автомагистралей и в парках. 9. Развернута сеть из 8 станций мониторинга стока воды и наносов на рр. Сетуни и Чертановке с контрастными условиями на водосборах. Разработаны технологии отбора интегральных проб воды и взвеси для анализа потоков химических элементов в реках, получен непрерывный ряд наблюдений в различные фазы водного режима. Выявлены различия между реками по условиям прохождения коротких паводков. Сеть мониторинга оснащается датчиками концентрации взвешенных веществ. Вынос химических веществ с водосбора оценивается датчиками Analite NEP-495 и In-Situ Aqua Troll 600. На основе полученных данных проведена настройка 5 моделей машинного обучения для прогноза стока наносов с разрешением 30 мин. и 1 сут. Наилучшие результаты показала рекуррентная нейросеть LSTM RNN для прогноза мутности воды. По результатам обзора методов оценки экологического риска для поверхностных вод обосновано совместное использование для Москвы методов оценки загрязненности воды, речной взвеси и донных отложений с расчетом экологического риска на основе метода Хакансона. Их апробация будет выполнена по данным мониторинга 2019-2023 гг. в бассейне р.Сетуни. 10. Оценка размещения промышленных предприятий показала, что их закрытие сочеталось с тенденцией реиндустриализации за счет производства мебели, электротехники, холодильного оборудования. Создана карта размещения промышленности, на которой 3/4 предприятий находятся за пределами промзон, что говорит об их дезинтеграции. Промышленность Москвы становится более разнообразной. Периферийные промзоны у МКАД сократили занятость на 45%, несмотря на близость источников тепла и энергии. Пояс промзон в центре уже не существует. Немного меньше снижалось производство в промзонах машиностроительной специализации, сформировавшихся вдоль железных дорог. Наиболее устойчивыми оказались промзоны в периферийном поясе вдоль магистралей. 11. Динамика загрязнения мегаполиса определялась спадом производства и потребления топлива в период эпидемии и ростом в последние годы, когда потребление газа выросло на 20% при сокращении мазута и угля. Выбросы от ТЭЦ сократились на 30-40% в 2019-2020 гг. и на 10-20% в 2021-2022 гг. Сейчас объем выбросов изменяется из-за снижения расхода топлива за счет оптимизации загрузки оборудования и снижения собственных нужд ТЭЦ. Объем выбросов от них стабилен, но нарастает децентрализация теплоснабжения, контрасты между муниципальными районами снижаются. Промышленная структура загрязнения максимально упростилась, но увеличение разнообразия стационарных непромышленных источников нередко вызывает расширение спектра загрязняющих веществ.
2 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Технология оценки экологического состояния Московского мегаполиса на основе анализа химического состава микрочастиц в системе «атмосфера–снег–дорожная пыль–почвы–поверхностные воды» (Мегаполис)
Результаты этапа:

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".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен