Аэрозоли - влияние на осадконакопление и условия среды в Арктике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.10, кандидат геолого-минералогических наук Шевченко, Владимир Петрович

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Шевченко, Владимир Петрович

АЭРОЗОЛИ АРКТИКИ (литературный обзор)

1.1. Географическая характеристика Северного Ледовитого океана

1.2. Аэрозоли Арктики

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ

2*2. Методы экспедиционных исследований

2.2.1. Отбор аэрозолей

2.2.1.1. Сетевой метод

2.2.1.2. Фильтрация воздуха через фильтры

2.2.2. Измерение гранулометрического состава аэрозолей in situ

2.3. Изучение состава аэрозолей в лабораторных условиях

2.3.1. Определение гранулометрического состава с помощью электро-оптического счетчика

2.3.2. Оптическая микроскопия

2.3.3. Сканирующая электронная микроскопия

2.3.4. Атомно-абсорбционная спектрофотометрия

2.3.5. Нейтронно-активационный анализ КОЛИЧЕСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОЗОЛЕЙ АРКТИКИ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ АЭРОЗОЛЕЙ ВЕЩЕСТВЕННО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ СОСТАВ АЭРОЗОЛЕЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ АЭРОЗОЛЕЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АЭРОЗОЛЕЙ

7.1. Химический состав индивидуальных аэрозольных частиц

7.2. Элементный состав нерастворимых аэрозолей

7.3. Элементный состав аэрозолей (с учетом морских солей) ПОТОКИ АЭРОЗОЛЕЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО

ЖЕАНА И ИХ РОЛЬ В ОСАДКОНАКОПЛЕНИИ

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Геология океанов и морей», 04.00.10 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аэрозоли - влияние на осадконакопление и условия среды в Арктике»

Арктика оказывает огромное влияние на природную среду всей Земли. Очень хрупкое равновесие между ее физическими, химическими и экологическими параметрами, определяемое очень низкими скоростями восстановления биологических ресурсов, делают Арктику индикатором глобальных изменений, регионом, где эти изменения дают знать о себе раньше, чем в других районах [Roederer, 1991; Bienfang, Ziemann, 1992; Кондратьев, Грассль, 1993; Кондратьев, Йоханнессен, 1993; Shaw, 1994; Vilchek et al., 1996; Гудкович и др., 1997; Arctic ., 1997; Адаменко, Кондратьев, 1998; Израэль, 1998; Матишов, 1998].

Характерными особенностями Арктики являются низкие температуры и ярко выраженная сезонность, что отражается на составе и распределении воздушной и водной взвеси и на процессах осадконакопления [Лисицын, 1994]. Центральная часть Арктики круглый год покрыта льдом, шельфовые моря покрыты льдом большую часть года [Захаров, 1996; Морской лёд ., 1997]. Максимальный сток рек, в том числе таких больших как Обь, Енисей, Лена и т.д., приходится на 1-2 весенних месяца [Telang et al., 1991; Gordeev et al., 1996]. В это время в море поступает основная часть стока минеральной взвеси и аллохтонного органического вещества [Gordeev et al., 1996]. В течение 2-3 месяцев, когда моря освобождаются ото льда, наиболее активно происходит абразия берегов, приводящая к поставке в шельфовые моря большого объема терригенной взвеси [Арэ, 1980; Каплин и др., 1991]. На это же время приходится и максимум биологической активности (сначала "цветение" фитопланктона, особенно у кромки ледового поля, а затем массовое развитие зоопланктона) [Ширшов, 1937; Богоров, 1938; Усачев, 1968; Smith, Sakshaug, 1990], связанной с максимумом солнечной радиации [Тимерев, 1981; Andersen, 1989]. Сочетание максимального поступления терригенных компонентов (речной сток, абразия берегов) и биогенных компонентов (планктон) приводит к высоким содержаниям взвеси в летнее время, в то время как в зимнее время они минимальны. Однако, максимальные концентрации аэрозолей в Арктике отмечены зимой и ранней весной (в декабре-апреле) [Rahn, McCaffrey, 1980; Barrie, 1986, 1996; Barrie, Barrie, 1990; Shaw, 1991, 1994; Mosher et al., 1993; Heintzenberg, Leck, 1994; Polissar et al., 1998 a, b].

Аэрозоли Арктики изучены крайне слабо. Между тем сравнительно с другими климатическими поясами здесь существуют особые условия, определяющие количество, свойства и состав аэрозольного материала. Прежде всего, это положение в высоких широтах - в области глобальной дивергенции в ячейках вертикальной циркуляции. Здесь происходит выход аэрозольного материала стратосферы (максимум содержания на высотах около 20 км), его смешение с материалом тропосферы и опускание в приземные слои с развитой облачностью, откуда этот материал осаждается. Эта модель подтверждается изучением радиоактивных выпадений после ядерных испытаний [Лавренчик, 1965].

Главная часть Арктики занята морем, но данных о закономерностях распределения аэрозольного вещества над морями высоких широт практически нет - большая часть наблюдений проведена на полярных станциях, расположенных на суше или на крупных островах.

Изучение аэрозолей проводилось ранее в Сибири, а также на островах Врангеля, Северная Земля, Земля Франца-Иосифа, на Шпицбергене и в Гренландии, а также в .полярной части Канады, на Аляске [Rahn, 1981; Виноградова и др., 1987, 1993; Расупа, 1991; Rovinsky et al., 1995; Куценогий и др., 1998].

Аэрозоли Арктики изучались ранее в основном как воздушный источник загрязнений экосистемы [Barrie, 1986; 1996; Виноградова и др., 1988; Ровинский и др., 1989; Расупа, 1991; Виноградова, 1992; Rovinsky et al., 1995]. Большинство авторов считает роль аэрозолей в поставке вещества в Арктику ничтожной [Darby et al., 1989; Macdonald et al., 1998].

Целью настоящей работы является изучение аэрозолей Арктики и определение роли аэрозольного материала в современном осадконакопле-нии и в формировании природной среды.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Исследование количественного распределения аэрозолей в приводном слое над Северным Ледовитым океаном.

2. Изучение гранулометрического состава аэрозолей Арктики и определение влияния различных факторов на распределение аэрозольных частиц по размерам.

3. Исследование вещественно-генетического состава аэрозолей: определение соотношения минеральной, биогенной и антропогенной составляющих, морфологии частиц для выявления источников эолового вещества.

4. Изучение минерального состава нерастворимых частиц для определения регионов - источников аэрозольного материала.

5. Изучение химического состава аэрозолей (как индивидуальных частиц, так и проб в целом), определение источников эолового материала по трассерным отношениям, оценка степени антропогенного загрязнения арктической атмосферы.

6. Определение потоков аэрозолей и сопоставление аэрозольной поставки с другими механизмами поставки. Оценка роли аэрозолей в формировании природной среды Арктики.

Для решения поставленных задач автором были изучены материалы, полученные в экспедиции 1991 г. по международной норвежско-французско-российской программе изучения арктической и сибирской акватории (8РА81ВА-91) (руководитель экспедиции А.П. Лисицын). Пробы в этой экспедиции были отобраны на переходе из Архангельска в Тикси на борту НИС "Яков Смирницкий", а также в нижнем течении и в дельте р.

Лена на борту НИС "Ольхон". В августе-октябре 1993 г. в 49-м рейсе НИС "Дмитрий Менделеев" (начальник рейса - А.П. Лисицын) отрядом взвеси, которым руководил автор, было продолжено систематическое изучение аэрозолей в Карском море и в эстуариях Енисея и Оби. Пробы в Баренцевом море были получены, в основном, в августе-октябре 1994 г. в 9-м рейсе НИС "Профессор Логачёв" (научный руководитель рейса - Г.И. Иванов, начальник рейса - В.Н. Иванов) и в 11-м рейсе НИС "Академик Сергей Вавилов" в августе-октябре 1997 г. (начальник рейса - Ю.А. Иванов). В июле-сентябре 1995 г. аэрозоли были изучены в море Лаптевых во время экспедиции ARK-XI/1 немецкого научно-исследовательского ледокола "Polarstern" (руководитель экспедиции - Е. Rachor). Пробы аэрозолей в Норвежском и Гренландском морях были получены в 15-м рейсе НИС "Профессор Логачёв" в июле-августе 1996 г. (начальник рейса - Г.А. Чер-кашев). Аэрозольные исследования в проливе Фрама и в центральной части Северного Ледовитого океана были проведены автором в экспедициях ледокола "Polarstern" ARK-XIII/2 (июль-август 1997 г., руководитель рейса -R. Stein) и ARK-XIV/la (июль 1998 г., руководитель рейса - W. Jokat).

В ходе экспедиционных и лабораторных исследований применен комплекс новых приборов и методов, использованы аналитические возможности не только отечественных, но и зарубежных институтов. Изучение аэрозолей в Арктике проводилось по единой для Мирового океана программе [Lisitzin, 1972; Живаго, Богданов, 1974; Лисицын, 1978] и по единой методике, что дает материал для сопоставления с другими климатическими зонами.