Химический состав атмосферных осадков

Атмосферные осадки, как твердые, так и жидкие являются чувствительным индикатором загрязнения атмосферы. Данные о содержании загрязняющих веществ в атмосферных осадках являются основным материалом для оценки регионального загрязнения атмосферы промышленных центров, городов и сельской местности.

Отбор проб атмосферных осадков проводили в 19 пунктах наблюдений. На станции фонового мониторинга Березинский заповедник (далее – СФМ Березинский заповедник) в соответствии с рекомендациями Всемирной метеорологической организации анализировались недельные пробы атмосферных осадков, на остальных – месячные пробы атмосферных осадков. В пробах атмосферных осадков определяли кислотность, содержание компонентов основного солевого состава и удельную электропроводность.

Содержание отдельных компонентов в атмосферных осадках, прежде всего, зависит от количества осадков: чем больше осадков, тем меньше их уровень загрязнения. Существенное влияние оказывают направление ветра и интенсивность осадков, а также предшествующие выпадению погодные условия (длительность периода без осадков).

За 2019 год в среднем по стране выпало 574 мм осадков или 89% нормы 1981-2010 гг. Для 5 из 12 месяцев на протяжении года были характерны суммы осадков, равные или превышающие норму. Наибольшая сумма осадков отмечена в июле и составила 90,0 мм или 106% нормы. Самым сухим месяцем был апрель, за который в среднем по Беларуси выпало 7,0 мм осадков, что составило 18% климатической нормы. Такого сухого апреля на территории страны не отмечалось ни разу за послевоенный период. Существенный недобор осадков отмечался также в феврале, июне и октябре.

Общая минерализация. В 2019 г. в районах пунктов, на которых проводятся наблюдения за региональным переносом загрязняющих веществ, величина общей минерализации атмосферных осадков (сумма ионов) варьировалась в диапазоне от 9,24 мг/дм³ (Мозырь) до 25,92 мг/дм³ (Пинск).

В 7 пунктах выпадали осадки с малой минерализацией (не более 15,00 мг/дм³). В остальных пунктах среднегодовая минерализация находилась в пределах от 17,40 мг/дм³ до 25,92 мг/дм³.

По сравнению с предыдущим годом, минерализация атмосферных осадков в Полоцке, Пинске, Нарочи, Гомеле, Борисове, Березино, Жлобине, Лиде и Орше повысилась на 10-19%, Мозыре – на 35%. Снижение минерализации осадков (на 19%) отмечено только в Минске. В остальных пунктах минерализация осадков сохранялась на прежнем уровне: отклонения не превышали ± 7%. 

В большинстве пунктов наблюдений минимальные значения минерализации зафиксированы в декабре, Могилеве и Полоцке – в марте, в Борисове и Орше – в мае, в Гомеле, Жлобине, Лиде, Пинске – июне-июле, в Бобруйске и Пружанах – в августе-сентябре, в Березино – в ноябре. Абсолютные минимальные значения минерализации (5,40-6,06 мг/дм³) зарегистрированы в Минске, Гомеле и Мозыре.

Максимальные значения минерализации (54,74-58,02 мг/дм³) отмечены в осадках, выпавших в июне на Нарочи и в Барановичах.

На СФМ Березинский заповедник минимальное содержание сульфат-иона в атмосферных осадках отмечено в июле-августе и октябре, нитратов – в апреле и сентябре . Максимальные концентрации большинства загрязняющих веществ зафиксированы в марте.

Основные компоненты. Как и в предыдущие годы, качественный состав атмосферных осадков характеризовался существенным разнообразием, однако доминирующая роль по-прежнему принадлежала гидрокарбонатам. Осадки гидрокарбонатного типа отмечены на 72% пунктов наблюдений. В Барановичах, Березино, Гродно, Пружанах и Пинске вклад гидрокарбонатов в общую минерализацию составлял 44-50%. Минимальный вклад гидрокарбонатов в общую минерализацию (17-18%) характерен для Могилева, Орши и Полоцка.   

В 6 пунктах наблюдений доля сульфат-иона составляла от 10% до 15%, в Бобруйске, Орше, Полоцке и Могилеве – 18-20%. В Барановичах, Борисове, Гродно, Жлобине, Лиде, Минске, Пинске и на Нарочи доля сульфат-иона была ниже 10%. Максимальный вклад нитрат-иона в общую минерализацию атмосферных осадков (23-28%) характерен для Гомеля, Бреста, Лиды, Нарочи и Новогрудка. Минимальный (1-4%) вклад ионов аммония отмечен в Бобруйске, Жлобине, Могилеве, Гомеле, Орше, Полоцке и на Нарочи. В остальных пунктах доля ионов аммония варьировалась в диапазоне от 6% до 11%. 

В катионах по-прежнему основную долю занимал кальций: в Бресте, Жлобине, Гомеле и на Нарочи от 12% до 15%, в других пунктах – от 7% до 10%. В большинстве пунктов вклад катионов калия и магния был ниже 5%, натрия – 9%.

На СФМ Березинский заповедник доминирующая роль принадлежала гидрокарбонатам и нитрат-ионам. Вклад сульфат-иона был на порядок ниже. В катионах по-прежнему основную долю занимал кальций. 

Кислотность осадков. Кислотность осадков обусловлена распределением вклада основных кислотообразующих ионов (SO^2-₄ и NO^-₃) и ионов НСО^-₃.

Среднегодовая величина рН объединенных проб осадков на Нарочи составляла 5,42, в остальных пунктах среднегодовые величины рН варьировались в диапазоне – от 5,83 до 6,46.

В 2019 г. выпадения кислых осадков (рН<4,0) не отмечены ни одном из пунктов наблюдений. Осадки со слабокислой средой выпадали в 7 городах и СФМ Березинский заповедник. Так, слабокислые осадки в течение 1-4 дней отмечены в Минске, Орше, Бресте и Гомеле, в течение 9-11 дней – в Могилеве и на СФМ Березинский заповедник, в течении 15 дней – в Бобруйске. Наибольшее количество дней со слабокислыми осадками зафиксировано в Мозыре – 38 дней, что составляет 30% от общего количества проб атмосферных осадков, в которых производились измерения водородного показателя. Большая часть выпадений слабокислых осадков в Мозыре зарегистрирована в холодный период года (январь, ноябрь-декабрь). В других городах преобладающая часть слабокислых осадков приходится на зимние и летние месяцы.

Минимальные значения рН составляли: в Могилеве – 4,08 (1 февраля); Мозыре – 4,16 (11 января); Бобруйске – 4,19 (12 августа); СФМ Березинский заповедник – 4,46 (28 июля), Бресте – 4,67 (30 января), Минске – 4,82
(12 августа), Гомеле – 4,87 (26 июня), и Орше – 4,92 (3 февраля).

Для большинства пунктов наблюдений характерны выпадения нейтральных осадков. В Жлобине и Мозыре повторяемость их составила
47-70%, в Бобруйске, Гомеле, на СФМ Березинский заповедник, Могилеве и Полоцке – 79-90%, в Барановичах, Борисове, Минске, Бресте, Орше, Пинске и Пружанах – более 94%. В 6 городах зафиксированы выпадения слабощелочных осадков (рН>7,0). Самая низкая повторяемость выпадений слабощелочных осадков (2,5-4%) характерна для Борисова и Минска. Чаще всего выпадения щелочных осадков отмечались в Гомеле, Могилеве и Полоцке (в 12-20% проанализированных проб). Самая высокая повторяемость выпадений слабощелочных осадков (58%) наблюдалась в Жлобине. Максимальные значения рН составляли: в Полоцке – 8,01 (17 июля); Жлобине – 7,89
(19 сентября); Гомеле – 7,49 (22 января), Могилеве – 7,35
(4 ноября), Минске и Борисове – 7,26 (24 мая и 20 декабря соответственно).

Таким образом, результаты исследования химического состава атмосферных осадков позволили сделать следующие выводы:

- в Мозыре, Минске, Бресте, Борисове, Лиде, Гомеле и на Нарочи выпадали осадки с малой минерализацией (не более 15,00 мг/дм³). В остальных пунктах наблюдений среднегодовая минерализация осадков находилась в пределах от 17,40 мг/дм³ до 25,92 мг/дм³;

- по сравнению с предыдущим годом, минерализация атмосферных осадков в Полоцке, Пинске, Нарочи, Гомеле, Борисове, Березино, Жлобине, Лиде, Орше и Мозыре повысилась. Некоторое снижение минерализации осадков отмечено только в Минске. В других пунктах наблюдений существенного снижения/увеличения минерализации осадков не отмечено;

- в осадках, выпавших в Барановичах, Бресте, Борисове, Гомеле, Жлобине, Лиде, Новогрудке, Мозыре и на Нарочи доминировали гидрокарбонаты и нитраты, в Бобруйске и Орше – гидрокарбонаты и сульфаты. В Гродно, Березино, Минске, Могилеве, Пинске, Полоцке и Пружанах вклад нитратов и сульфатов в общую минерализацию почти равнозначен;

- наибольшая повторяемость (30%) выпадений слабокислых осадков характерна для Мозыря, слабощелочных осадков – для Жлобина (58%).

Химический состав атмосферных осадков на станциях

Высокое, Браслав и Мстиславль

В 2019 г., в рамках Программы ЕМЕП, на станции Высокое (западная граница республики) продолжались работы по наблюдениям за химическим составом атмосферных осадков. Кроме того, проводились наблюдения за суточными выпадениями атмосферных осадков на станциях Мстиславль (восточная граница республики) и Браслав (северная граница республики).

На станции Высокое значения рН атмосферных осадков варьировались в диапазоне от 6,10 до 6,90, при среднем годовом 6,63. Из чего следует, что в течение года выпадали нейтральные осадки. На станции Мстиславль, как и в предыдущем году, диапазон значений рН более широкий и варьируется в диапазоне от 4,47 до 8,20, при среднем годовом 6,06. На станции Браслав – от 4,46 до 6,88, при среднем годовом 5,47. На станции Мстиславль выпадения слабокислых осадков зафиксированы в единичных пробах в январе-феврале, октябре и декабре. Минимальное значение (рН=4,47) отмечено в осадках, выпавших 10-11октября. Максимальное значение (рН=8,20) зарегистрировано в осадках, выпавших 14-15 июня. Значительная доля проб атмосферных осадком имела нейтральную среду, доля слабокислых осадков составляла 4,7%, слабощелочных – 10,4%.

Содержание загрязняющих веществ в атмосферных осадках, выпавших на станции Мстиславль, сохранялось на уровне предыдущего года. На станциях Высокое и Браслав отмечено увеличение содержания в атмосферных осадках сульфатной серы, азота окисленного и азота восстановленного.

Как и в предыдущие годы, диапазон минимальных и максимальных концентраций загрязняющих веществ весьма значителен (таблица 1). На станциях Высокое и Мстиславль по некоторым компонентам максимальные концентрации на несколько порядков выше минимальных концентраций.

Таблица 1 – Минимальные и максимальные концентрации сульфатной серы, окисленного и восстановленного азота на трансграничных станциях в
2019 году, мг/дм³

На станции Высокое максимальное содержание сульфатной серы зарегистрировано в августе, азота окисленного – в ноябре, на станции Браслав – сульфатной серы – в ноябре-декабре, азота окисленного – в июле; на станции Мстиславль – сульфатной серы – в марте, азота окисленного – в июне и августе. Следует отметить, что в 2019 г. максимальные концентрации азота окисленного в районах станций Высокое, Браслав и Мстиславль были значительно выше, чем в 2018 г. Увеличение концентраций азота восстановленного на станции Мстиславль зафиксировано в марте, на станции Высокое – в августе, на станции Браслав – в декабре.

Динамика среднегодовых взвешенных концентраций серы и азота на станции Высокое по-прежнему очень неустойчива. Однако, по сравнению с 2008 г., в 2019 г. концентрации сульфатной серы понизились в 1,4 раза,
азота окисленного – повысились в 1,4 раза, азота восстановленного – были на уровне 2008 г. В 2019 г. наблюдалась тенденция увеличения концентраций указанных компонентов по сравнению с результатами, полученными в 2016-2018 гг. (таблица 2).  

Таблица 2 – Динамика среднегодовых взвешенных концентраций серы и азота (мг/дм³) и величины рН в атмосферных осадках на ст. Высокое в 2008 - 2019 гг.