ИЗМЕНЕНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА СНЕЖНЫЙ ПОКРОВ ЮЖНОГО БАЙКАЛА В СВЯЗИ С ЗАКРЫТИЕМ БАЙКАЛЬСКОГО ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО КОМБИНАТА

ИЗМЕНЕНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА СНЕЖНЫЙ ПОКРОВ ЮЖНОГО БАЙКАЛА В СВЯЗИ С ЗАКРЫТИЕМ БАЙКАЛЬСКОГО ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО КОМБИНАТА

Научная статья

Парадина Л.Ф.^1, *, Хахураев О.А.², Сутурин А.Н.³

³ ORCID^: 0000-0002-6805-5986,

^{1, 2, 3} Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, Россия

* Корреспондирующий автор (paradina[at]lin.irk.ru)

Аннотация

Представлены результаты снеговой съемки (2011, 2012, 2015 гг.), проведенной на территории Южного Байкала до и после закрытия Байкальского ЦБК. Пробы снега отобраны как на суше, так и с поверхности водоема. Содержание 64 микроэлемента от Li до U в пробах талой снеговой воды измерены на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой PlasmaQuad PQ2⁺. Выявлено значительное понижение концентраций ряда элементов на территории г. Байкальска, что позволяет определить долю антропогенной нагрузки комбината на озеро Байкал от общего воздействия населенных пунктов береговой зоны.

Ключевые слова: снеговая съемка, зона загрязнения, концентрация элементов, антропогенная нагрузка, Южный Байкал. 

CHANGE OF ANTHROPOGENIC IMPACT ON SNOW COVER OF SOUTHERN BAIKAL DUE TO CLOSURE OF BAIKAL PULP AND PAPER PLANT

Research article

Paradina L.F.^1, *, Khakhuraev O.A.², Suturin A.N.³

³ ORCID: 0000-0002-6805-5986,

^{1, 2, 3} Limnological Institute of SB RAS, Irkutsk, Russia

* Corresponding author (paradina[at]lin.irk.ru)

Abstract

The results of the snow survey (2011, 2012, 2015), conducted on the territory of Southern Baikal before and after the closure of the Baikal pulp and paper plant are presented in the paper. Snow samples were taken both on land and the surface of the reservoir. The content of 64 microelements from Li to U in the samples of thawed snow water was measured on a mass spectrometer with inductively coupled plasma PlasmaQuad PQ2⁺. A significant decrease in the concentrations of a number of elements in the territory of the city of Baikalsk was revealed, which made it possible to determine the share of the anthropogenic impact of the industrial complex on Lake Baikal from the total impact of settlements in the coastal area.

Keywords: snow survey, pollution zone, concentration of elements, anthropogenic impact, South Baikal. 

В течение нескольких десятков лет промышленные узлы Байкальской природной территории (БПТ) выбрасывают в окружающую среду различные химические соединения, влияние которых в разной степени принимает на себя озеро Байкал, единственное по своим размерам и качеству воды, с неповторимой флорой и фауной, которое «хранит» четверть мировых запасов пресной воды. Попадая в воду, почву и воздух выбросы предприятий мигрируют на различные расстояния, смешиваются и образуют общую массу загрязняющих веществ. Использование снежного покрова в качестве косвенного индикатора экологического состояния крупной урбанизированной зоны с множеством источников загрязнения доказано экспериментальными исследованиями, проведенными ИМГРЭ совместно с ИПГ на территории крупного города [1], [2], [3]. Снежный покров, ежегодно обновляющийся, дает возможность сравнивать результаты по годам, отображать уровень нагрузки на объект во времени. Отбор проб можно проводить как на суше, так и с поверхности водоемов, не нарушая намеченного маршрута. И что самое главное, при снежной съемке фиксируется приток загрязнений из труб, цехов, рабочих помещений, исключая поступление вещества при сильных ветрах с поверхности земли. Следовательно, витающие в воздухе частицы имеют преимущественно техногенное происхождение, поэтому химический состав снежного покрова отражает его техногенное загрязнение. Изучение снегового покрова позволяет установить пылевую нагрузку, а также определить источник загрязнения.

Наблюдения за состоянием озера Байкал ведутся на протяжении многих лет, фиксируя устойчивый приток элементов, чей состав и количество изменяется во времени. Вредное воздействие промышленных выбросов на озеро напрямую зависит от территориального расположения объекта в какой-либо из экологических зон БПТ, каждая из них фиксирует свой комплекс путей транспортировки загрязнений и экологический риск для Байкала. Южная часть озера наиболее подвержена техногенному влиянию и требует особого внимания. Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат (БЦБК), главный источник загрязнения озера, был расположен непосредственно на берегу, что обуславливало постоянный контакт с озером независимо от времени года, суток и погодных условий. В 2013 г. комбинат прекратил работу. Изменение экологического состояния южной оконечности Байкала оценено по результатам снегогеохимических съёмок, выполненных в 2011-2015 гг.

Целлюлозное производство - источник большого набора атмосферных выбросов как газообразных, так и аэрозольных серосодержащих соединений, которые следует разделить на две группы:

1. первая – это газовые примеси - CO_2, СО, SO₂, NO_x, зольные и сажевые частицы, которые являются типичными для процессов горения, они поступают через высокие трубы ТЭЦ, цехов, сжигающих кору и лигнин, и содорегенерирующих котлов;
2. вторая – специфические дурно пахнущие соединения сероводорода, метилсернистых соединений (меркаптаны, метилмеркаптан, диметилсульфид и диметилдисульфид, метанол и др.), а также большое количество водяного пара и специфичных аэрозольных примесей (прежде всего сульфаты и сульфиды натрия, сода и др.) из низких вентиляционных труб цехов завода, где производится варка целлюлозы.

В результате деятельности Байкальского ЦБК образовалось 6,2 млн. м³ шлам-лигнина и 2,8 млн. т золы углей ТЭЦ [12].

Для Байкальска характерен большой объем снега. Мощность его достигает в прибрежной зоне 0,8-1,2 м, в долинах рек хребта Хамар-Дабан -  3 м. Пробы снега, отбирали с учетом климатических особенностей региона в феврале-марте 2011, 2012 и 2015 гг. до периода интенсивного снеготаяния, по заранее спланированному маршруту (рис. 1). Снеговое опробование производили на всю мощность снежного покрова, за исключением 3-5 см слоя над почвой, с помощью пробоотборника цилиндрической формы из полиэтилентерефталата. методом «треугольника» В каждой точке отбирали одну объединенную пробу, состоящую из суммы единичных проб (кернов) снега. Количество кернов определяли на месте, исходя из обязательного условия получения общего объема одной пробы не менее 3 литров талой воды. Керны отбирали на расстоянии 3-5 м друг от друга и располагали по углам «треугольника» или «конверта». Оптимальное количество кернов для одной пробы – 3-5. Координатную привязку точек проводили с помощью GPS. Всего было отобрано 144 пробы.

 

Рис. 1 – Расположение пунктов экспедиционной снегогеохимической сети

 

В лаборатории пробы снега рассыпали в пластмассовые ведра, накрывали полиэтиленовыми пакетами и оставляли на сутки таять при комнатной температуре. Снеготалую воду фильтровали через фильтр «синяя лента», с помощью воронки Бюхнера, колбы Бунзена и водоструйного насоса. Фильтры с нерастворимым осадком снега высушивали в сушильном шкафу при температуре 60ºС до постоянного веса. Из фильтратов с помощью шприцевого насоса, снабженного ацетат-целлюлозным мембранным фильтром с диаметром пор 0,2 мкм (ВЛАДИСАРТ/VLADISART ФМАЦ-0,20-25-11106), отбирали в двух повторностях пробы, которые консервировали 2%-й азотной кислотой (квалификация ОСЧ, дважды перегнанной) и вносили внутренний стандарт индия (In = 10 ppb).

Подготовленные растворы анализировали методом ICP-MS на квадрупольном спектрометре Agilent 7500 ce в рамках полуколичественного анализа [13] В качестве калибровочных стандартов использовали: многоэлементные растворы (CLMS-1, CLMS-2, CLMS-4, USA) и стандартный образец байкальской бутылированной воды [14]. В водных пробах достоверно определяли 64 элемента от Li до U. Относительные среднеквадратичные отклонения вблизи предела обнаружения не превышали 0,30.

Результаты снеговой съемки побережья Южного Байкала за период 2012-2015 гг. показали, что на территории выделяются 3 зоны загрязнения: п. Солзан-Байкальск, г. Слюдянка, п. Листвянка. Для этих городов и поселков характерны повышенная пылевая нагрузка (рис. 2) и максимальные значения концентраций большинства элементов (рис. 3). Так как основное направление ветров в районе Южного Байкала в зимнее время по данным многолетних метеорологических наблюдений идет вдоль побережья с юго-запада на северо-восток, поэтому наибольшая степень загрязнения снега от выбросов БЦБК отмечалась в п. Солзан. Зона воздействия БЦБК характеризовалась снижением содержаний В, Ва, Са, Na, V, Pb, Th и U в снеге за период с 2011 года по 2012 год, когда интенсивность производства целлюлозы снижалась, и к 2015 году, когда на промышленной площадке БЦБК в сокращенном варианте работала ТЭЦ, обеспечивая только теплоснабжение города. Тогда как остановка цехов по производству целлюлозы и содорегенерирующих котлов улучшила экологическую обстановку на территории г. Байкальска не только по дурно пахнущим газам, но и по всем другим компонентам, поступающим в атмосферу. Угольная ТЭЦ БЦБК продолжает выдерживать параметры, заданные прошлыми требованиями к ПДВ, её выбросы в незначительной мере изменяют нагрузку на снежный покров. Предложение о замене ТЭЦ для теплоснабжения г. Байкальска угольной котельной обусловлено экономическими, а не экологическими причинами. Такое решение может привести к значительному усилению воздействия на территорию выбросов сажи, пыли и CO. Что видно на примере города Слюдянка, который не имеет промышленных объектов, однако, в частности из-за наличия угольных котельных, является одним из самых загрязненных. При работе БЦБК в 2011 году г. Слюдянка делил с г. Байкальском представление о загрязненных территориях на побережье Байкала. Данные 2015 года показывают, что снег в районе г. Слюдянка отличается повышенным содержанием B, Ba, Ca, V, Pb, S. Причем наблюдается рост загрязнения снега в последние годы.

Рис. 2 – Уровень пылевого загрязнения снегового покрова Южного Байкала до и после закрытия БЦБК: 1 - 2015 г., 2 – 2012 г. 3 - низкая степень загрязнения, равная 250 мг/(м²*сут), предложенная в [2]

 

Третий участок повышенного загрязнения снежного покрова на побережье Южного Байкала – это береговая зона п. Листвянка. Для элементов Ba, As, V, B, Pb отмечается устойчивый рост их концентраций в снеге. Этот факт можно объяснить возросшей интенсивностью автомобильного движения, работой мелких котельных, печным отоплением частного сектора. Более детально относительная роль различных источников загрязнения снежного покрова в п. Листвянка рассмотрена в специальной статье [15].

Рис. 3 – Распределение элементов в снежном покрове побережья Южного Байкала: 1 - п. Выдрино устье реки Новоснежная, 2 - п. Мурино, мыс Тонкий, 3 - п. Солзан, 4 - г. Байкальск (мыс Немчинова), 5 - п. Утулик, 6 - Ореховая Падь, 7 - п. Мангутай, 8 - г. Слюдянка, 9. п. Култук, 10. Мыс Лиственничный

 

По результатам снежных съемок 2011, 2012, 2015 гг. и их сравнения, между понижением концентраций ряда элементов в анализируемых пробах и закрытием Байкальского ЦБК установлена связь, которая носит не случайный характер. С момента ввода в эксплуатацию БЦБК и до его остановки, уровень содержания отдельных элементов был относительно постоянным и менялся от «раза к разу» за счет погодных условий, интенсивности работы комбината, организации отбора проб и т.д., что отражало случайное отклонение от среднего уровня. Принципиальное отличие результатов снежной съемки 2015 г. от предыдущих, заключается в понижении концентраций группы элементов в большинстве отобранных проб, чего не наблюдалось ранее. Данное исследование впервые после закрытия БЦБК подтвердило ожидаемое понижение нагрузки промышленного объекта на экосистему озера Байкал.

Финансирование Работа выполнена в рамках госбюджетного проекта «Влияние изменяющихся природных и антропогенных факторов на биогеохимические процессы на каменистой литорали оз. Байкал» (90345-2016-0010).	Funding The work was carried out within the framework of the state budget project "Influence of changing natural and anthropogenic factors on biogeochemical processes on the rocky littoral of the lake. Baikal " (90345-2016-0010).
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Василенко В. Н. Мониторинг загрязнения снежного покрова / В.Н. Василенко, И. М. Назаров, Ш. Д. Фридман. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 185 с.
2. Ревич Б.А. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве / Б. А Ревич, Ю. Е. Сает, З. С. Смирнова. – М.: ИМГРЭ, 1990. – 15 с.
3. Бортникова С. Б. Методы анализа данных загрязнения снегового покрова в зонах влияния промышленных предприятий (на примере г. Новосибирска) / С. Б. Бортникова, В. Ф. Рапута, А. Ю. Девятова и др. // Геоэкология. – 2009, - № 6. – С. 515–525.
4. Королева Г. К. Исследование загрязнения снежного покрова как депонирующей среды (Южное Прибайкалье) / Г. К. Королева, А. Г. Горшков, Т. П. Виноградова и др. // Химия в интересах устойчивого развития. – 1998. - № 6. – С. 327-337.
5. Королева Г. П. Геохимический мониторинг загрязнения снежного покрова металлами – экотоксикантами (Южное Прибайкалье) / Г. П. Королева, А. В. Верхозина, А. Е. Гапон // Инженерная экология. – 2005. – № 3. – С. 22-35.
6. Нецветаева О. Г. Экспериментальные и теоретические исследования ионного состава атмосферных осадков в регионе Южного Байкала / О. Г. Нецветаева, Л. П. Голобокова, В. Л. Макухин и др. // Оптика атмосферы и океана. – 2003. – Т. 16. – № 5-6. – С. 432-437.
7. Оболкин В. А. Динамика серосодержащих примесей в атмосфере вокруг точечного источника – Байкальского целлюлозного-бумажного комбината (Юго-Восточное побережье оз. Байкал) / В. А. Оболкин, В. Л. Потемкин, Т. В. Ходжер и др. // Оптика атмосферы и океана. – 2009. – Т. 22. – № 9. – С. 853-858.
8. Оболкин В. А. Результаты многолетних исследований кислотных выпадений в районе Южного Байкала / В. А. Оболкин, О. Г. Нецветаева, Л. П. Голобокова и др. // География и природные ресурсы. – 2013. – № 2. – С. 66-73.
9. Онищук Н. А. Элементный состав атмосферных выпадений на Байкальской природной территории / Н. А. Онищук, Т. В. Ходжер // Оптика атмосферы и океана. – 2009. – Т. 22. № 6. – С. 579 – 584.
10. Сороковикова Л. М. Химический состав снеговых и речных вод юго-восточного побережья оз. Байкал / Л. М. Сороковикова, В. Н. Синюкович, О. Г. Нецветаева и др. // Метеорология и гидрология. – 2015. – № 5. – С. 71 –83.
11. Белозерцева И. А. Загрязнение атмосферы и содержание фтора в снеге на акватории оз. Байкал / И. А. Белозерцева, И. Б. Воробьева, Н. В. Власова и др. // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2. – С. 1-24.
12. Сутурин А. Н. Рекультивация карт-шламонакопителей Байкальского ЦБК / А. Н. Сутурин, А. И. Гончаров, Ю. А. Дамбинов // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2015. – № 6. – С. 2-4.
13. Chen H. Evaluation of semiquantitative analysis mode in ICP-MS / Heidi Chen., Ewa Dabek-Zlotorzynska, Pat E. Rasmussen and others // Talanta. – – V. 74. – P. 1547–1555.
14. Suturin A. N. Preparation and assessment of a candidate reference sample of Lake Baikal deep water / N. Suturin, L. F. Paradina, V. N. Epov and others // Spectrochimica Acta. – Part B. – 2003. – V. 58. – P. 277–288.
15. Чебыкин Е. П. Источники поступления химических элементов в снежный покров береговой зоны п. Листвянка (оз. Байкал) / Чебыкин Е. П., Дамбинов Ю. А., Хахураев О. А. и др. // География и природные ресурсы. – 2018. - № 3. – С. 74-85.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Vasilenko V. N. Monitoring zagrjaznenija snezhnogo pokrova [Monitoring of snow cover pollution] / V.N. Vasilenko, I. M. Nazarov, Sh. D. Fridman – L.: Gidrometeoizdat, 1985. – 185 p. [in Russian]
2. Revich B.A. Metodicheskie rekomendacii po ocenke stepeni zagrjaznenija atmosfernogo vozduha naselennyh punktov metallami po ih soderzhaniju v snezhnom pokrove i pochve [Guidelines for assessing the degree of air pollution of populated areas by metals according to their content in snow cover and soil] / B. A Revich, Ju. E. Saet, Z. S. Smirnova. – M.: IMGRJe, 1990. – 15 p. [in Russian]
3. Bortnikova S. B. Metody analiza dannyh zagrjaznenija snegovogo pokrova v zonah vlijanija promyshlennyh predprijatij (na primere g. Novosibirska) [Methods of the analysis of data of pollution of a snow cover in zones of influence of the industrial enterprises (on an example of of Novosibirsk)] / S. B. Bortnikova, V. F. Raputa, A. Ju. Devjatova and others // Geojekologija [ Geoecologiya]. – 2009, - № 6. – P. 515–525. [in Russian]
4. Koroleva G. K. Issledovanie zagrjaznenija snezhnogo pokrova kak deponirujushhej sredy (Juzhnoe Pribajkal'e) [Research of pollution of a snow cover as depositing environment (Southern Pribaikalye)] / G. K. Koroleva, A. G. Gorshkov, T. P. Vinogradova and others // Himija v interesah ustojchivogo razvitija [Chemistry for Sustainable Development]. – 1998. - № 6. – P. 327-337. [in Russian]
5. Koroleva G. P. Geohimicheskij monitoring zagrjaznenija snezhnogo pokrova metallami – jekotoksikantami (Juzhnoe Pribajkal'e) [Geochemical monitoring of pollution of a snow cover by metals - ecotoxicants (Southern Pribaikalye)] / G. P. Koroleva, A. V. Verhozina, A. E. Gapon // Inzhenernaja jekologija .[Engineering Ecology]. – 2005. – № 3. – P. 22-35. [in Russian]
6. Necvetaeva O. G. Jeksperimental'nye i teoreticheskie issledovanija ionnogo sostava atmosfernyh osadkov v regione Juzhnogo Bajkala [Experimental and theoretical investigations into the ion composition of atmospheric precipitation in the Southern Baikal region] / O. G. Necvetaeva, L. P. Golobokova, V. L. Makuhin and others // Optika atmosfery i okeana [Atmos. Oceanic. Opt.]. – 2003. – T. 16. – № 5-6. – P. 432-437. [in Russian]
7. Obolkin V. A. Dinamika serosoderzhashhih primesej v atmosfere vokrug tochechnogo istochnika – Bajkal'skogo celljuloznogo-bumazhnogo kombinata (Jugo-Vostochnoe poberezh'e oz. Bajkal) [Dynamics of sulfur-containing admixtures in the atmosphere around the point source - the Baikal Pulp and Paper Plant (south-east of Baikal Lake)] / V. A. Obolkin, V. L. Potemkin, T. V. Hodzher and others // Optika atmosfery i okeana [Atmos. Oceanic. Opt.]. – 2009. – T. 22. – № 9. – P. 853-858. [in Russian]
8. Obolkin V. A. Rezul'taty mnogoletnih issledovanij kislotnyh vypadenij v rajone Juzhnogo Bajkala [The results of long-term studies of acid deposition in the area of Southern Baikal] / V. A. Obolkin, O. G. Necvetaeva, L. P. Golobokova and others // Geografija i prirodnye resursy [Geography and Natural Resources]. – 2013. – № 2. – P. 66-73. [in Russian]
9. Onishhuk N. A. Jelementnyj sostav atmosfernyh vypadenij na Bajkal'skoj prirodnoj territorii [Element composition of atmospheric depositions at the Baikal naturel territory] / N. A. Onishhuk, T. V. Hodzher // Optika atmosfery i okeana [Atmos. Oceanic. Opt.]. – 2009. – T. 22. № 6. – P. 579 – 584. [in Russian]
10. Sorokovikova L. M. Himicheskij sostav snegovyh i rechnyh vod jugo-vostochnogo poberezh'ja oz. Bajkal [Chemical composition of snow water and river water on the southeastern shore of lake Baikal] / L. M. Sorokovikova, V. N. Sinjukovich, O. G. Necvetaeva and others // Meteorologija i gidrologija [Russian Meteorology and Hydrology]. – 2015. – № 5. – P. 71 –83. [in Russian]
11. Belozerceva I. A. Zagrjaznenie atmosfery i soderzhanie ftora v snege na akvatorii oz. Bajkal [Atmospheric pollution and fluorine content in the snow in the lake. Baikal] / I. A. Belozerceva, I. B. Vorob'eva, N. V. Vlasova and others // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija [Modern problems of science and education]. – 2015. – № 2. – P. 1-24.
12. Suturin A. N. Rekul'tivacija kart-shlamonakopitelej Bajkal'skogo CBK [Recultivation of containers of sludge tanks of the Baikal Pulp and Paper Plant] / A. N. Suturin, A. I. Goncharov, Ju. A. Dambinov // Celljuloza. Bumaga. Karton [ Paper. Cardboard]. – 2015. – № 6. – P. 2-4. [in Russian]
13. Chen H. Evaluation of semiquantitative analysis mode in ICP-MS / Heidi Chen., Ewa Dabek-Zlotorzynska, Pat E. Rasmussen and others // Talanta. – 2008. – V. 74. – P. 1547–1555.
14. Suturin A. N. Preparation and assessment of a candidate reference sample of Lake Baikal deep water / A. N. Suturin, L. F. Paradina, V. N. Epov and others // Spectrochimica Acta. – Part B. – 2003. – V. 58. – P. 277–288.
15. Chebykin E. P. Istochniki postupleniya khimicheskikh elementov v snezhnyy pokrov beregovoy zony p. Listvyanka (oz. Baykal) [Sources of chemical elements in the snow cover in the shore zone of the settlement of Listvyanka (Lake Baikal)] / Chebykin E. P., Dambinov Ju. A., Hahuraev O. A. and others // Geografija i prirodnye resursy [Geography and Natural Resources]. – 2018. - № 3. – P. 74-85. [in Russian]