Факультет

Студентам

Посетителям

Масштабы миграции тяжелых металлов и искусственных радионуклидов при лесных пожарах в Сибири

Данные показывают активное участие некоторых элементов в аэрозольно-пылевых выбросах лесных пожаров.

Среди них важная роль принадлежит таким высокотоксичным элементам из рассмотренных нами, как ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, сурьма, селен и долгоживущие искусственные радионуклиды — радиоцезий, радиостронций (период полураспада около 30 лет) и плутоний (около 24 тыс. лет). Понятно, что пылевая часть дымовых шлейфов осаждается в прилегающей к пожарищам зоне или внутри гари, а более тонкие частицы переносятся на расстояния, определяемые их размерами и атмосферными условиями: чем тоньше частица, тем дольше она может пребывать в атмосфере и тем значительнее будет путь до ее выпадения на земную поверхность. В соответствующих разделах упоминались аэрозольные исследования, показавшие, что эти расстояния могут составлять тысячи километров.

Очень важным для понимания роли лесных пожаров в трансформации геохимического фона той или иной части ландшафта, особенно в пожароопасных регионах, служит установление масштабов эмиссии как отдельных элементов, так и их групп. В принципе, опосредованно через имеющиеся сведения о количестве пирологических выбросов это можно сделать, и подобные попытки в научной литературе существуют. Например, есть данные, свидетельствующие о поступлении в атмосферу при лесном пожаре около 5 % радиоцезия, содержащегося в лесной подстилке [Уваров и др., 1996; Процак и др., 1997]. Нам такая оценка представляется весьма осторожной, поскольку приведенные в главе 8 сведения дают более высокое значение. Она неоднозначна и может варьировать в самых широких пределах. Выше было показано, что, с одной стороны, при низовом беглом пожаре радиоцезий (как и другие мигранты) может накопиться в площади пожарища, с другой — его количество, вовлеченное в атмосферную миграцию при верховых повальных пожарах может составлять больше половины его исходного содержания в наземных компонентах лесного биогеоценоза. Все зависит от перечисленных выше причин, самой результативной из которых служит сила огня.

Возможность загрязнения элементами-мигрантами новых площадей не вызывает сомнения. Она отмечена многими исследователями и подтверждена нашими натурными наблюдениями. Это позволяет рассмотреть одну из самых важных проблем лесной пирологии — определение количественной стороны атмосферной миграции химических элементов. Решение этой проблемы имеет не только научный, но и практический интерес. Попытки такого рода в научных исследованиях существуют. Это можно сделать опосредованно, например, для ртути через эмиссию СО. Полученные таким образом оценки ежегодной эмиссии Hg для некоторых стран Средиземноморском региона Европы (Италия, Португалия, Испания, Франция и Польша) составляют от 400 кг до 4 т/год. Для России эта оценка варьирует в пределах 3,4-24,8 т/год [Sinnerella, Pirrone, 2006; Pirrone, Mason, 2009]. Как видно, разброс оценок настолько велик, невозможно представить себе даже приблизительное среднее значение.

Между тем, учитывая площадь выгоревшего леса и зная содержание элементов на фоновой площади и на пожарище, нетрудно вычислить количество искусственных радионуклидов или тяжелых металлов, вовлеченных в атмосферную эмиссию. Приведенные выше оценки из литературных источников по радионуклидам, на наш взгляд, существенно занижены. Поэтому мы попытаемся дать свою оценку эмиссии элементов на конкретных объектах с применением нашего метода подсчетов. Напомним ее смысл.

Стальное кольцо залавливается в почвенно-растительный покров. При этом в пробу попадают лесные подстилки, мхи и лишайники, т. е. все наземные ЛГМ и верхний слой почвы (пески, суглинки или делювий). На пожарище в кольцо попадают продукты горения и минеральная часть.

Пожаром органическая часть уничтожается, превращается в золу или выносится с дымовым шлейфом. Сравнение содержания элементов на тех и других площадях дает показатель их выноса или накопления в горелой площади. Для определения количества вовлеченного в эмиссию элемента необходимы также площадь пожарища и запасы наземных ЛГМ, в нашем случае — подстилок (10,8 т/га). Для стабильных элементов, содержание которых в верхних 5 см (п, г/т), количество на одном га составляет пх10,8 г/т, а на всем пожарище полученное значение умножается на его площадь. Активность искусственных радионуклидов измеряется в Бк/кг, поэтому на 1 га она будет найдена умножением средней активности на 1000 и на 10,8.

Пример первый, дающий представление о количестве выносимых при пожаре тяжелых металлов и искусственных радионуклидов — Ракитовское пожарище, самое большое из обследованных в ленточных борах. Его исходные данные: год возникновения — 1997, год обследования — 2000, размеры — 26 тыс. га, тип пожара — повальный верховой.

Пример второй (это Бастан-Николаевское пожарище) приведен для рассмотрения более широкого круга элементов. Напомним исходные данные из главы 8: размер гари — 10 тыс. га, средние запасы лесной подстилки в борах — 10,8 т/га, то есть на всей площади пожарища запасы подстилки составляли 108 тыс. т. Однако 10 тыс. га — это только на российской территории, поэтому к площади пожарища надо приплюсовать еще 3 тыс. га, выгоревших на казахстанской площади, итого — 13 тыс. га. Тогда в результате Бастан-Николаевского пожара в атмосферу с дымовым шлейфом было вынесено кадмия 13,8 кг, ртути — 3,6 кг, селена — 36,5 кг, мышьяка — 54,5 кг, свинца — 650 кг, цинка — 2,2 т, марганца — 28 т.

Опубликованные нами ранее данные по количественному подсчету миграции некоторых тяжелых металлов и искусственных радионуклидов в среднем для Сибири [Shcherbov, Lazareva, 2010; Щербов, 2011, 2012] основывались на анализе 20 объектов. За исходные данные были приняты: минимальная ежегодная площадь пожарищ в Сибири — 5 млн га [Валендик, 1996]; среднее значение запасов лесной подстилки — 11 т/га [Курбатский, 1970]. Те же арифметические действия, что были показаны выше для конкретных пожарищ, дали следующие значения ежегодной атмосферной эмиссии от пожаров в Сибири (т): Cd — 5,2, Pb — 145, Zn — 511,5, Mn — 8,1 (тыс.), Sb — 4,2, Hg — 2,7, Cs137 — 1,82х1012 Бк или 49,3 Ки, Sr90 — 4,75×1011 Бк, или 12,8 Ки. При подсчете среднего по Сибири нами не учитывались те объекты, в которых искусственные радионуклиды накапливались в площади пожарища от низовых пожаров. Как отмечалось выше, миграция их все-таки имела место, однако выпадение ограничивалось лишь различными ярусами леса. Об этом свидетельствовало увеличение содержания элементов-мигрантов в эпифитных лишайниках на деревьях выше нагара (4-6 м от почвы) и в хвое.

К настоящему времени увеличилось количество аналитических данных, прибавились в основном объекты по низовым пожарам. Естественно, подсчитать эмиссию по таким объектам практически невозможно, но показатели немного уменьшились. Полученные значения эмиссии элементов с учетом низовых пожаров получились в среднем в два раза ниже. Но даже в этом случае ежегодная эмиссия кадмия, ртути и селена составляет единицы тонн, для других — десятки и сотни и даже тысячи тонн (Mn). Эти значения, во-первых, минимальны, поскольку основываются на аналитических данных только по подстилкам, а во-вторых, не означают, что все это количество было перенесено на большие расстояния. К этому необходимо добавить, что мы взяли минимальные среднегодовые площади лесных пожаров (5 млн га) без их учета в тундре, лесотундре и в степях, где они не регистрируются [Валендик. 1996]. Следует добавить общие данные по фитомассе 100-летних ельников в регионах Северной Евразии, которые показывают, что запасы надземной фитомассы, в которой решающая роль принадлежит лесным подстилкам, во всех регионах Сибири на 1-2 порядка выше запасов хвои [Усольцев, 2003]. Поэтому следует думать, что приводимые нами данные незначительно отличаются от истинных значений. Вклад в эмиссию тяжелых металлов от остальных ЛГМ (мелкие сучья, кора) учесть трудно, поскольку для Сибири средние их запасы в литературе не приводятся. Но свидетельства повышенной радиоактивной загрязненности лишайников, мхов и хвои в северных районах Западной Сибири дают основание считать эти компонент биогеоценоза как солидный дополнительный источник поступления искусственных радионуклидов в дымовые шлейфы. Можно лишь утверждать, что запасы лишайников в северных районах также выше, чем в средних и южных регионах Сибири.

Мы не стали пересматривать данные по искусственным радионуклидам, поскольку их удельная активность постоянно снижается из-за самопроизвольного распада. И даже к первому варианту подсчетов следует относиться как к очень неустойчивой оценке, поскольку сведения собирались коллективом нашей лаборатории с 1991 по 2014 г. Калий и торий обычно накапливаются в пожарищах, поэтому из радионуклидов в таблице присутствует только уран как один их элементов-мигрантов.

Дальний перенос мигрирующих элементов возможен только при верховых пожарах, а соотношение их количества с низовыми пожарами — величина эфемерная и далеко не постоянная. Несомненно, для огромных пространств Сибири длительное нахождение в атмосфере этих количеств ртути, кадмия, свинца и других стабильных элементов и искусственных радионуклидов само по себе вряд ли опасно, с санитарно-гигиенической точки зрения. Однако решение этой проблемы лежит за рамками нашей компетенции. Мы лишь позволим обсудить свое отношение к ней в отдельном разделе.

В заключение отметим, что подсчет масштабов миграции из пожарищ каких-то конкретных элементов или их групп — дело достаточно сложное и требующее большого количества информации. Поэтому обычно приводятся данные с очень широким варьированием оценок. Примером тому служит приведенная в начале главы ссылка на работу Синнереллы и Перроне, где оценка ежегодной эмиссии ртути от лесных пожаров в России различается в 7,3 раза (3,4-24,8 т/г). Наша оценка ниже начального значения, приведенного этими авторами. Но, во-первых, повторим, что она минимальна, поскольку дана только на основе выгорания лесных подстилок, а все остальные ЛГМ в наших расчетах не участвуют. Во-вторых, наши значения относятся только к пожарам Сибири, но можно быть уверенным в том, что Уральский регион и северные районы европейской территории России также охватываются пожарами, иногда в неменьшей степени. Однако содержание, например, радионуклидов в тех ландшафтах выше, поскольку они больше пострадали от Чернобыльской аварии. Подобное замечание и к тяжелым металлам относится в такой же степени: промышленная и антропологическая нагрузка на ландшафты ЕТР гораздо выше, чем в Сибири. К тому же и преимущественное движение воздушных масс с запада на восток в северном полушарии позволяет переносить тяжелые металлы от промышленных районов европейских стран главным образом на западные регионы нашей страны.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: