Правда в воздухе: как пожары влияют на Байкал

Специалисты Лимнологического института изучают последствия лесных пожаров

26.11.2019 в 11:25, просмотров: 664

Бушевавшие этим летом в нескольких регионах Сибири и в Якутии лесные пожары могут негативно повлиять на экосистему озера Байкал. Продукты горения леса попали в воду с дымными аэрозолями и кислотными дождями, которые прошли после пожаров.

Правда в воздухе: как пожары влияют на Байкал

Таково мнение сотрудников лаборатории гидрохимии и химии атмосферы Лимнологического института Сибирского отделения наук. Сейчас они завершают анализ проб, взятых в полевой сезон во время экспедиции по Священному морю. Сомневаться в выводах гидрохимиков ЛИНа сложно: их работа высоко ценится в профессиональном научном сообществе, в октябре заведующая лабораторией, доктор географических наук Тамара Ходжер была отмечена престижной наградой российских химиков – Золотой медалью имени академика Игоря Петрянова. А старшему научному сотруднику лаборатории Людмиле Голобоковой была вручена почетная медаль «За экологическую безопасность» от оргкомитета VII Международного форума «Здоровье человека и экология».

«Лед из Антарктиды. Не открывать»

Образцы в холодильнике лаборатории снабжены подобными предупреждающими табличками, чистота экспериментов для ученых – прежде всего.

– Да, у нас и из Антарктиды есть лед, – улыбается научный сотрудник лаборатории, кандидат химических наук Ольга Хуриганова. – Мы режем ледяной керн на части по два сантиметра, растапливаем их и исследуем с помощью приборов. Вот американский хроматограф (IСS 3000). Очень чувствительный, позволяет определять концентрацию веществ до четвертого знака после запятой – микрограммы, нанограммы. Это очень низкие концентрации, их способны анализировать далеко не все лаборатории в России и даже в мире.

Еще одна гордость лимнологов – высокоэффективный жидкостный хроматограф (Милихром-АО2), который разрабатывался в Новосибирске при участии сотрудников Лимнологического института.

На нем можно при малом количестве пробы – от двух микролитров – определять химический состав, например, атмосферных осадков.

Ежегодно в лабораторию поступают стандартные образцы из аналитических центров США, Японии, Норвегии, в которых надо точно определить неизвестное содержание элементов. Иркутские гидрохимики делают это в соответствии с международными программами тестирования. Это подразделение ЛИНа 16 лет аккредитовано в системе Росаккредитации как испытательная лаборатория на техническую компетентность и независимость.

Экспедиция в дыму

Этим летом к сотрудникам ЛИНа в экспедиции по Байкалу присоединились коллеги из Московского инженерно-физического института, Института оптики атмосферы из Томска, Института физического материаловедения из Улан-Удэ. Научно-исследовательское судно «Академик В. А. Коптюг» с учеными на борту проходило по всей акватории с 24 июля по 4 августа – как раз во время больших лесных пожаров по всей Сибири.

Ученые вооружились газоанализаторами, спектрометром и другим современным оборудованием, которое требовалось для оценки того, как на атмосферу над озером Байкал влияют антропогенные источники и лесные пожары. С собой участники экспедиционного отряда взяли лидары, с их помощью зондируют атмосферу до 10 километров по горизонтали и вертикали. Один лидар поместили на борту, другой – стационарный – установили на восточном берегу Байкала у стационара «Боярский». На самой верхней палубе судна развернули мобильный аэрозольный комплекс.

Атмосферный воздух в пути анализировался непрерывно. Особое внимание уделялось газовым примесям и аэрозолю – мелким взвешенным частицам, содержащимся в воздухе. Он прокачивался насосами через фильтры, на которые и оседали эти частицы, а их химический состав позднее анализировался в лаборатории ЛИНа. Составляющие аэрозоля в чистой атмосфере Байкала обычно очень маленькие. Однако в этот раз они были намного больше.

Тамара Ходжер.

– Сначала мы поймали загрязнения от локальных источников возле Байкальска, где проходят автомагистраль и железная дорога, – рассказывает руководитель экспедиции Тамара Ходжер. – Потом, по дороге на север, атмосфера относительно очистилась. Но когда судно подошло к Ольхону, лидар впервые зафиксировал заполнение дымовым аэрозолем, на высоте два с половиной-три километра над поверхностью воды. С тех пор дымовой аэрозоль начал фиксироваться и другими приборами. Увеличивались массовая концентрация веществ, размеры частиц. Это наблюдалось даже в таких обычно чистых, фоновых районах, как окрестности мысов Елохин и Мужинай.

Чем дальше на север, тем больше задымление. Порой чад лесных пожаров смешивался с туманом, и видимость была практически нулевой. Дымы переносились из северных районов Прибайкалья и других регионов Сибири. Дальние переносы регистрировались на большой высоте – до пяти километров.

Что лесу гибель, то спирогире еда

В районе Баргузинского залива дымовой аэрозоль спустился на водную поверхность; приборы ученых сигнализировали об очень высоких содержаниях оксидов азота и серы, их называют трассерами лесных пожаров. Не лучше было и в Чивыркуйском заливе, где экспедицию в полный штиль застала почти непроницаемая завеса, сквозь которую проглядывал красный диск солнца. В итоге путь длиной 636 километров с юга на север Байкала судно проходило сквозь дымовой шлейф. Такого ученые со стажем не припомнят.

– В тот день,31 июля, в Иркутской области, Красноярском крае, Якутии было порядка 400 отдельных пожаров. Горело около трех миллионов гектаров тайги. Плюс неблагоприятная синоптическая ситуация: отсутствие осадков. У нас впервые за годы проведения этого мониторинга на Байкале фиксировалось такое полное заполнение атмосферы дымовым аэрозолем, – говорит Тамара Ходжер.

Дым не просто стоял коромыслом – в воду озера попали продукты горения леса. А это значит, что в ней увеличивается содержание серы, азота, калия, сажи – черного углерода. Часть веществ дают дополнительную кормовую базу тем же водорослям, например, сине-зеленым (они же цианобактерии), способным выделять опасные для здоровья животных и человека токсины. После лесных пожаров на Байкале 2015 года ученые выяснили, что там, где в озере оказались продукты горения, качество воды ухудшилось. В том числе – из-за полиароматических углеводородов, известных как ПАУ. Некоторые из этих соединений относятся к первому классу опасности – канцерогенам – и могут вызывать онкозаболевания.

– Тогда наши приборы четко показали увеличение содержания ПАУ в поверхностных водах ряда мест Байкала, их накопление в зоо- и фитопланктоне. Кроме того, продукты дымового аэрозоля, которые не осели сразу и оставались в воздухе, потом укрупнились и выпали кислотными дождями, подкисляя поверхностные слои воды. В том, как они могут повлиять, мы лишний раз убедились, например, в апреле 2018 года вместе с коллегами из Японии, когда наблюдали динофитовые водоросли на тающих льдах Байкала. Одна маленькая колония этих водорослей после прохождения кислотного дождя, который мы зафиксировали приборами, сразу расцвела пышным цветом.

Но не всегда кислотные дожди способствуют такому развитию жизни. Есть данные, что они уже уничтожили более половины организмов почти в 20% небольших озер и рек Канады, Швеции, Норвегии в 60-80-х годах прошлого века. А байкальские виды, среди которых множество эндемиков, особенно чувствительны к изменениям в окружающей среде. К счастью, их спасает сам химический состав воды озера – от поверхности до дна она насыщена кислородом. И гидрохимики предупреждают: даже небольшое сокращение его количества может привести к тяжелым последствиям.

Загрязнения фиксируются даже на фоновых станциях

Проблему кислотных дождей Тамара Ходжер исследует на международном уровне, она эксперт по атмосферным осадкам Всемирной метеорологической организации.

С 2011 года лаборатория ЛИНа участвует в международной программе EANET «Сеть станций мониторинга кислотных выпадений в Восточной Азии», куда входят 13 государств. Непосредственно у Лимнологического института есть три своих поста наблюдений за атмосферой.

Один находится прямо возле института. Фиксирует городские выбросы, главным образом ТЭЦ, котельных и машин, а также загрязненные воздушные массы со стороны Иркутско-Черемховского промышленного узла. Порой по розе ветров сюда доходят переносы загрязнений от предприятий Красноярского края.

Второй пост установлен в Листвянке. Там воздух чище, чем в Иркутске, но когда в прибайкальском поселке был бум копчения омуля, канцерогенные дымы давали о себе знать повышенным содержанием нитратов.

Третья – фоновая станция атмосферы на азиатской территории России – расположена в Мондах, у границы с Монголией. Высота – две тысячи метров, вокруг горы, никакой промышленности и крупных населенных пунктов.

– Но бывает, что в Мондах регистрируется увеличение концентраций хлоридов, натрия, калия. Это происходит, когда в пустынях Монголии и Китая случаются пыльные бури. И их количество в последние годы возросло. Вообще, из Китая переносится много загрязняющих веществ. Но, как правило, переносы идут не к нам, а в районы дальневосточных морей и таких стран, как Япония, Корея. Эти примеси попадают и в Тихий океан, – поясняет старший научный сотрудник лаборатории, кандидат технических наук Людмила Голобокова.

Людмила Голобокова.

Чем выше к полюсу, тем чище воздух

Людмила Голобокова пришла работать в Лимнологический институт в 1977 году. Диссертацию, по ее словам, защитила поздно – в 50 лет. Тем не менее сейчас ее знают коллеги из разных стран. Основной научный интерес для ученого представляют дымовые аэрозоли. Образцы для исследований ей присылают отовсюду. Не так давно она анализировала пробы со Средиземного моря, атмосферу над которым загрязняют многочисленные суда. Она дважды была в Арктике – в 2012 и 2017 годах. За участие в первой экспедиции ей даже вручили благодарственное письмо от Артура Чилингарова.

– Я в основном изучаю ионный состав атмосферного аэрозоля. И чем севернее широта Земли, тем чище воздух, тем меньше суммарное содержание ионов в аэрозоле. В районе Берингова моря, на обратном пути, нас застала непогода. Тогда проливными дождями атмосфера настолько очистилась, что количество аэрозольных частиц было нулевым, за бортом была идеально чистая атмосфера. Часа через полтора-два количество частиц в воздухе стало увеличиваться.

В 2017 году Людмила Голобокова работала на одной из самых отдаленных северных земель нашей планеты – архипелаге Шпицберген. Казалось бы, там должен быть чистый воздух. Однако измерения ученых, которые проводились с 2011 года, показывали, что по некоторым параметрам воздух был сопоставим с атмосферой небольшого промышленного центра. Потом показатели вдруг снизились.

– Позже выяснилось, что в начальный период наших исследований в поселке Баренцбург проводился капитальный ремонт существующей инфраструктуры и строительство новой. Значительное загрязнение поступало в атмосферу от выбросов угольной ТЭС, состав их во много раз превышал нормативы, введённые Норвежской государственной службой по вопросам климата и загрязнения окружающей среды. По настоятельной рекомендации этой службы в 2012 году норвежцы обязали привести в соответствие со своими экологическими нормами и нашу ТЭС, что сразу отразилось на состоянии воздуха.

Но в какой-то момент над Шпицбергеном снова появились дымные аэрозоли – дали знать пожары на Аляске. В общем, все в мире взаимосвязано, он тесен и хрупок. Кому как не химикам это знать.

Поэтому сотрудники лаборатории гидрохимии и химии атмосферы активно участвуют в защите природы. Когда в нынешнем году у Минприроды России появились планы изменить приказ № 63, регулирующий нормативы сбросов вредных веществ со сточными водами в Байкал, иркутских ученых обеспокоило, что власти немотивированно разрешат сбрасывать в озеро больше опасных для экосистемы стоков. Подготовленные с их помощью доводы о том, к каким неблагоприятным последствиям это может привести, на разных площадках излагал директор Лимнологического института Андрей Федотов. Пока новая редакция приказа не опубликована и надежда быть услышанными остается.

Фото автора.