Повышенное внимание к атмосферным аэрозолям исследователи начали проявлять не столь давно — в середине прошлого века. Стремительно разворачивающийся объем работ оформлялся в национальные и международные проекты, увеличивающееся количество научных форумов.
Дело в том, что именно аэрозоли, природного ли, антропогенного происхождения, заподозрили в том, что они не лучшим способом влияют на качество окружающей среды и климат. Соответственно, начались исследования, цель которых — побольше узнать о мельчайших частицах, что находятся во взвешенном состоянии в воздухе, выдать их полные характеристики. Монография «Аэрозоли Сибири», подготовленная по итогам интеграционного проекта, содержит более 500 страниц оригинальных результатов, наработок, выводов, рекомендаций примерно двух десятков разнонаправленных научных коллективов.
На актуальную тему побеседуем с координатором проекта «Аэрозоли Сибири» главным научным сотрудником Института химической кинетики и горения СО РАН профессором К. П. Куценогим.
— Константин Петрович, какие конкретные обстоятельства способствовали появлению Сибирского интеграционного аэрозольного проекта?
— Конечно же, обострившийся во всем мире интерес к вопросам экологии, беспокойство о сохранении чистоты воды, воздуха, почв и т.д. У нас в России мониторинг окружающий среды, а особенно атмосферы, находится на очень низком уровне — мы отстаем лет так на 20. Выдаются в основном общие цифры, без подробностей.
Вот и была поставлена задача — поучаствовать в исправлении ситуации. Известно, что все в мире взаимосвязано — это еще доказал великий Вернадский. А когда дело касается аэрозолей, не признающих границ, проблема становится особенно актуальной.
Я приведу один веский аргумент. Человек потребляет в сутки около трех килограммов пищевых продуктов, выпивает примерно столько же литров воды и вдыхает 20 кубометров воздуха. Всюду — и в пище, и в воде, и в воздухе — присутствуют аэрозоли, причем многокомпонентного состава. Те, что попадают с воздухом, быстрее всего проникают в кровь и разносятся по организму. Конечно же, надо знать, что при этом происходит в природе, что испытывает человек.
Возникновение любой из проблем, как правило, имеет свою предысторию. Адрес аэрозольной тематики — промышленные районы Северной Америки.
Интенсивное развитие там металлургических и прочих производств, сельского хозяйства с применением ядохимикатов вызвало появление большого количества атмосферных аэрозолей антропогенного происхождения. В Лондоне, Лос-Анджелесе образовались фотохимические смоги, неконтролируемые применения ядохимикатов приводили к отравлениям, гибели леса и рыбы в озерах, выпадали кислотные дожди и прочее.
Со временем особенно ярко обозначилась проблема загрязнения Арктического бассейна выбросами крупных промышленных центров Европы, Северной Америки, России.
— В результате и появился международный проект «Арктическая дымка»?
— Представляете, на чистейших северных территориях — грязь от промышленных предприятий! Необходимо было выяснить последствия этих трансграничных переносов. К тому времени как мы создали свой интеграционный проект «Аэрозоли Сибири» на территории США, Канады и Европы была организована система наземного мониторинга для изучения газоаэрозольных выбросов. Как показали результаты, свой весомый вклад в загрязнение удаленных от всех промышленных районов территорий вносят многие, в том числе Урал и Сибирь.
С начала 90-х мы активно занялись изучением собственных аэрозолей, сведения о которых были очень скудны, и поставили задачу оценить их влияние на многие атмосферные и биосферные процессы локального, регионального и глобального масштабов.
В проекте приняли участие 14 институтов Сибирского отделения — итоги их многотрудной работы отражены в монографии; ряд организаций Академии наук, в частности, Институт океанологии им. П. П. Ширшова. Мы поддерживали постоянную связь со всеми регионами Сибири, специалистами разного профиля — организовали мониторинг, участвовали в экспедициях.
— К чему сводились основные пункты программы?
— Изучение закономерностей образования, трансформации и переноса аэрозолей в Сибирском регионе на локальном, региональном и глобальном уровнях для выявления их основных источников и стоков. Ведь Сибирь рассматривалась как источник материалов для дальнего переноса, в Арктику.
Взялись также оценить влияние атмосферных аэрозолей на качество атмосферного воздуха, уровни загрязнения растительности, почвы и воды, скорости миграции различных веществ и элементов в объектах окружающей среды.
Предстояло выяснить воздействие атмосферных аэрозолей различной природы на атмосферные процессы, здоровье людей и животный мир.
— Какой период исследовательских работ отражен в монографии?
— С 1991 по 2005 годы. Это комплексные экспериментальные и теоретические исследования, показывающие, как изменяются в зависимости от времени и пространства микрофизические и химические характеристики атмосферных аэрозолей.
Материал сформирован по главам. В первой приводятся результаты экспериментальных исследований в природных условиях; во второй отражены специальные лабораторно-стендовые и полигонные исследования; третья освещает результаты теоретического анализа закономерностей образования, трансформации и переноса атмосферных аэрозолей, модели разных процессов, в том числе и математические. И, наконец, в последней части рассмотрены современные методики сбора, анализа и хранения огромной и разнообразной информации о характеристиках атмосферных аэрозолей с использованием космического мониторинга, цифровой фотограмметрии, ГИС-технологий и интернет-технологий для создания баз данных.
— Сейчас вы можете с точностью назвать, что из Сибири долетает до Арктики?
— Не только назвать, но и дать полную характеристику!
— Проект «Арктическая дымка» и сегодня существует?
— Более того, регулярно проходят научные встречи по проблеме, мы в них активно участвуем, докладываем свои материалы.
— У «Арктической дымки» ведь есть младшая сестра — «Сибирская дымка»?
— Проект, в какой-то мере инициированный нашими зарубежными коллегами.
В 1989 году проходила международная европейская аэрозольная конференция. Совет по геофизике Академии наук послал на нее большую делегацию, в числе членов которой был и я. На конференции доложил о работах с аэрозолями (технологии защиты). Президент Европейской аэрозольной ассоциации попросил меня подготовить информацию по аэрозолям по всей стране. С помощью сотрудника института Ю. Я. Ефимова, который был на конференции переводчиком-синхронистом, я сумел обнародовать данные. После профессор Кеннет Ран, один из инициаторов проекта «Арктическая дымка», попросил посодействовать в организации поездки авторитетных иностранных специалистов в Сибирь — требовалось приглашение от СО РАН.
Поездка состоялась. Люди в делегации были очень известные. В частности, профессор Янике, преемник профессора Юнге. Профессор Юнге — знаменитый атмосферный физик. Юнге открыл аэрозольный слой на высоте 20 км, который носит его имя и очень сильно влияет на изменение концентрации озона. А началось все с того, что ученые стали изучать распространение радиоактивных аэрозолей в атмосфере. Профессор Янике из университета Майнца — аэрозольщик с большим стажем.
Ученые побывали в ряде регионов Сибири — на Байкале, на Алтае. Пролетая над Сибирью, наблюдали «сибирскую дымку» воочию. Высказали желание провести совещание «Сибирская дымка», что и было затем осуществлено.
Собственно, с этого времени и началось очень тесное взаимодействие с иностранными коллегами. Мы обменивались сотрудниками. Аспирант ИХКГ Петр Куценогий стажировался у зарубежных аэрозольщиков; аспирантка проф. Янике вела работы на озере Байкал. Провели первую экспедицию на Байкал — мы давали оборудование, всячески помогали коллегам.
— А правда, что при ведении мониторинга вы обнаруживали явления совершенно парадоксальные: в абсолютно чистых, далеких от производства регионах, например, в тундре, было довольно «грязно»?
— В этом нет ничего удивительного. Мы уже говорили о том, что аэрозоли — субстанция многокомпонентная, легко преодолевающая многотысячные расстояния. В зависимости от дальности распространения (что связано с размером аэрозольных частиц) выделяют аэрозольные фракции, характеризующие загрязнение. В ходе экспериментов мы показали, что спектры размеров атмосферных аэрозолей в Новосибирске и в биосферном заповеднике на Байкале совпадают. Аналогичная закономерность была обнаружена и в чистом Арктическом регионе. Субмикронная фракция атмосферных аэрозолей чистых арктических территорий определяет глобальное загрязнение.
Когда в 1970 году американцы начали определять состав аэрозольных частиц арктической дымки, он ничем не отличался от смогов Лондона и Лос-Анджелеса. В Северный регион попадают только субмикронные частицы, в основном связанные с промышленными выбросами. От общей массовой концентрации атмосферных аэрозолей их доля составляет несколько процентов. Сами северные (арктические) районы очень чистые. Поэтому техногенная нагрузка в Арктике выше, чем в промышленно развитых странах.
То есть хотя антропогенное воздействие по абсолютной величине меньше, количество компонентов, которые формируют загрязнение, антропогенных частиц образуется больше.
Помню, был у нас международный проект с болгарами. Вместе занимались эффектами воздействия на облака, предотвращением града. Потом попросили нас, зная о работах в области охраны окружающей среды, о создании приборов специального назначения, «померить» в одном особо чистом местечке на Черном море, в районе Золотых песков. Две недели работали там. Концентрация аэрозолей оказалась необычайно высокой!
— Объяснение феномену нашли?
— Я считал, что это связано с бризовой циркуляцией. Но ведь и в экспедиции на Байкале этот цикл подтвердился! Там по суткам получалось так: с восходом солнца сначала появляются наночастицы, которые и определяют суммарную счётную концентрацию. Через час наночастицы исчезают, их сменяют другие, более крупные и т.д. Материалы Байкальской экспедиции подробно обсуждались на рабочем совещании в Вене. Они опубликованы в материалах Австрийской академии наук.
— Скажите, каким способом аэрозольные частицы чаще всего попадают в организм и как на него влияют?
— Влияют по-разному. Самое главное, сейчас мы можем достаточно однозначно сказать, что, независимо от того, в каком биосубстрате определяется многоэлементный состав — ткань, кровь, волосы — он тесно связан с многоэлементным составом атмосферных аэрозолей.
— Медицинский аспект занимает в ваших работах значительное место?
— Более того, имеет четко выраженную практическую направленность. Когда говорят о воздействии аэрозолей на здоровье человека, то считают, что основная доля радионуклидов, тяжелых металлов попадает с питанием. Это стандартная концепция ВОЗ.
В 1983 году опубликован обзор о связи между многоэлементным составом крови людей, проживающих в Англии, и аэрозолями, собранными на ее территории; исследованы аналогичные зависимости в индустриально развитых странах Европы и США. Важный вывод публикации, с позиций глобальных биохимических циклов: наиболее значимый фактор влияния на здоровье — атмосферные аэрозоли.
На региональном уровне выявлена высокая корреляционная зависимость между содержанием химических элементов в крови и в атмосферных аэрозолях. Мы поспорили с ВОЗ и доказали свою правоту: именно аэрозоли — главный источник поступления химических элементов в кровь.
Более того, участники интеграционного проекта определяли изменчивость многоэлементного состава крови и волос жителей Новосибирска, тундровых ненцев, якутов, чукчей, эскимосов. И выводы всюду подтверждались.
— На эту тему, в частности, по тундровым ненцам, интереснейшие работы у Л. П. Осиповой из Института цитологии и генетики...
— С Людмилой Павловной много взаимодействуем, не раз вместе бывали в экспедициях. Каждый сезон наши приборы стояли в тундре, непрерывно измеряли характеристики атмосферных аэрозолей, химический состав.
Существенный момент — можно в любом из биосубстратов определять до 20 элементов. Сразу! Измерение концентраций элементов в образцах проводится методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения на станции элементного анализа Института ядерной физики СО РАН. С ИЯФ работаем вместе с момента формирования интеграционного проекта. Раз в два года проходят научные конференции института по синхротронному излучению — обязательно принимаем в них участие.
— Сегодня аэрозольная тематика развернута в стране широко?
— Считаю, что основное внимание уделяют аэрозолям в Сибирском отделении. Много занимается проблемой Институт оптики атмосферы СО РАН в Томске. С 1984 года проходит рабочее совещание — регулярно в ноябре в Томске собираются исследователи. Действует семинар, теперь уже всесоюзный, руководит им М. В. Панченко.
Важная деталь — расширяется круг специалистов, задействованных на выявлении того влияния, что аэрозоли оказывают на объект, его «образ и период жизни» — генетики, лесоводы, геохимики, почвоведы. Их участие объяснимо. Речь идет о круговороте веществ в природе, замкнутых цепочках. Скажем, когда степень воздействия определяется по одному элементу, может не быть объективной картины, ибо в каждом объекте сбалансирована вся таблица Менделеева — это закон геохимии. В России зародилось и интенсивно развивается целое направление — микроэлементозы человека.
Так что, повторюсь, в орбиту аэрозольной тематики вовлекается все больше коллективов. В 2003 году создана совместная научно-образовательная лаборатория с кафедрой геоэкологии Сибирской геодезической академии. Руководитель лаборатории Л. К. Трубина в 2002 году защитила докторскую диссертацию.
Хочется повторить высказывание В. И. Вернадского — все в мире взаимосвязано.
Л. Юдина,
<p align=right><a target=_blank href=http://www-sbras.nsc.ru/HBC/article.phtml?nid=522&id=7>«НВС»</a></p>