Реферат: Атмосферная циркуляция и химическое загрязнение ледников Тянь-Шаня
Ледники Тянь-Шаня – один из стокоформирующих элементов природной среды Центральной Азии. Максимально их влияние на водность рек проявляется в теплую часть года, количественно завися от площади оледенения речного бассейна и интенсивности таяния.
Начиная со второй половины ХIХ столетия размеры ледников направленно сокращаются и немалое количество их растаяло или образовались мелкие за счет распада крупных ледников. Только на северной периферии Тянь-Шаня за период с 1955 по 1990 годы исчезло 57 ледников, а при распаде 56 крупных образовалось 131 новых ледников, при этом площадь оледенения сократилась на 29,2% [4].
Причинами деградации оледенения являются происходящее потепление климата и увеличение загрязненности поверхности ледника, повышающее интенсивность таяния. Загрязнение ледника обусловлено несколькими факторами, но в данной работе рассматривается проявление только одного – циркуляции атмосферы.
Располагаясь в центре Азиатского материка и поднимаясь до 5000-7000 м, горная система Тянь-Шань активизирует циркуляционные процессы, связанные с вторжениями воздушных масс с различных направлений. Содержащиеся в атмосфере аэрозоли выпадают главным образом с осадками, но нередко оседают и в сухом виде. Количественный и качественный состав аэрозолей не одинаков в воздушных массах, пришедших из различных регионов земного шара, и обусловлен физико-географическими условиями районов формирования и прохождения воздушных масс. Поступление аэрозолей в атмосферу происходит как за счет естественных процессов (выветривание пород), так и антропогенных выбросов. Только в результате усыхания Аральского моря подъем пыли в атмосферу с 1975 по 1990 год возрос в два раза и достиг 90 млн. т в год [8]. Важным при этом является не столько общая величина поступающей в атмосферу пыли, сколько ее доля, достигающая ледников Тянь-Шаня. По результатам натурных исследований дальность выноса аэрозолей зависит от их веса и высоты слоя перемешивания атмосферы. Мелкие взвеси в атмосфере могут переноситься на расстояние несколько тысяч километров. По наблюдениям на станциях “Северный полюс” выявлен принос в Российскую Арктику тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов даже из районов юго-восточной Азии и Северной Америки, хотя выбросы промышленных предприятий городов Архангельск, Воркута, Норильск распространяются на расстоянии 80-100 км, а иногда до 250 км [6].
Пыль, поднимаемая в районе Аральского моря, доходит до Хорезма и Ташкента [10]. Исключительное влияние на загрязнение атмосферы оказывают извержения вулканов, когда столб пепла поднимается до 15-35 км, а в отдельных случаях и до 70-80 км, растекается впоследствии по значительной части всех континентов. Так, облако от извержения вулкана Эль-Чичон в 1982 г обошло земной шар за 21 день [5]. На ледниках Тянь-Шаня осаждалась сажа после нефтяных пожаров в Кувейте, возросло количество радиоактивных веществ после Чернобыльской аварии [7]. Большое влияние на загрязнение поверхности льда оказывает перенос пыли из пустынных районов Такла-Макана и Тарима в виде мглы. После ее прохождения от осевшей пыли зона аккумуляции ледника приобретает желтоватый цвет, а интенсивность таяния резко возрастает. На примере изменения повторяемости количества дней с мглой по мере удаления от южной и юго-восточной периферии Тянь-Шаня к северной и северо-западной можно говорить о снижении массы выпадающих аэрозолей в этом же направлении. Если на южной окраине Тянь-Шаня в среднем за год отмечается 9,3 дней с мглой (ГМС Чатыр-Куль), то к северу их повторяемость уменьшается до 8,1 дней (ГМС Тянь-Шань) и 5,7 дней (ГМС Пржевальск) [9].
Число отдельных типов синоптических процессов значительно больше и в целом они должны определять химическую загрязненность поверхности ледников, хотя в их проявлении отмечаются значительные внутри- и межгодовые колебания. Синоптические процессы Средней Азии исследованы достаточно детально и результаты представлены в капитальном труде В.А.Бугаева, В.Н.Джорджио и др. [2]. Со времени выхода этой монографии прошел большой срок и выяснилось, что, несмотря на масштабность процессов, когда в сфере их деятельности оказываются огромные территории, интенсивность вторжения воздушных масс и, соответственно их последствия, в горных регионах не всегда одинаковы. Исходя из этого, для Кыргызстана была скорректирована [11] общая типизация синоптических процессов, в которых нашли отражение региональные особенности. В последние годы конструктивны исследования И.А.Павловой [12, 13], результаты которых являются одной из основ данной работы.
Над территорией Кыргызстана проявляются 17 типов синоптических процессов, повторяемость которых изменяется от 0,1% (широкий вынос теплого воздуха) до 15,1% (западное вторжение). Если учесть, что на высотах более 3000 м, т.е. в зоне распространения оледенения, воздушные потоки всех подтипов периферии Сибирского антициклона характеризуются западным или близким к нему направлением, то повторяемость этих воздушных течений достигает 47,5% [13]. В среднем за год смена синоптических процессов происходит 239 раз, что соответствует средней продолжительности процесса в 1,5 суток. В отличие от повторяемости вторжений, количество которых изменяется в широких пределах, продолжительность их проявления однотипна как для часто, так и для редко повторяющихся процессов. Для первых средние значения составляют 1-2 суток, для вторых 0,86–2,59 суток [13].
Для оценки интенсивности загрязнения и его элементного состава кроме рассмотренных средних показателей проявления синоптических процессов важна и их временная изменчивость. Смена преобладающих направлений с широтной на долготную обусловливает изменения в величинах накопления различных химических элементов. Обратимся к данным таблицы 1, в которой представлены результаты определения загрязнения металлами поверхности ледников, расположенных в различных регионах Центральной Азии. Эти данные позволяют выявить временные и пространственные особенности приноса различных аэрозолей в регион. В таблице 1 помещены результаты анализа проб, отобранных различными исследователями [7, 15] и наши данные, полученные при работе по проекту Международного научно-технического центра (МНТЦ)
Анализ величин химических содержащихся во льду и сезонном снеге свидетельствует о значительной временной и пространственной изменчивости геохимической загрязненности ледников. К сожалению, представленные данные к настоящему времени не позволяют сделать однозначный вывод о проявлении превалирующего фактора в годовой аккумуляции металлов на ледниках. За период с 1973 по 1984 год резко возросло содержание химических элементов на леднике Энилчек:: от 3,2 раза свинца до 13,1 раза никеля. Несмотря на значительное повышение величины накопления металлов в годовом слое, за исключением железа, их концентрация была значительно ниже предельно допустимой концентрации (ПДК.) Такую высокую концентрацию элементов в годовом слое можно связать только с неблагоприятным балансовым состоянием ледника и низкой высотой места отбора пробы.
Таблица 1
Содержание металлов в ледниках Центральной Азии, мкг/л
| Ледник | год | Ni | Fe | Cu | Zn | Pb | Cr |
| Энилчекх | 1973-74 | 5,4 | 1800 | 3,0 | 69 | 6,0 | 5 |
| Энилчек | 1980-81 | 15,6 | 3000 | 6,5 | 70 | 2,4 | 17 |
| Бадамистон | 1980-81 | 3 | 1450 | 8,5 | 20 | 15 | < 9 |
| Карасу | 1980-81 | 1,0 | 830 | 4,4 | 9 | 9 | < 2 |
| Энилчек | 1983-84 | 71 | 21200 | 37 | 335 | 19,5 | 21 |
| Бадамистон | 1983-84 | 7,0 | 542 | 8,4 | 8 | 25 | 12 |
| Карасу | 1983-84 | 1,5 | 340 | 13 | 21 | 13 | < 2 |
| Бадамистон | 1987-88 | 151 | 3030 | < 5 | 216 | 176 | 79 |
| Карасу | 1987-88 | 5,3 | 1840 | 7,8 | 50 | 22 | < 2 |
| Карасу | 1990-91 | 4,9 | 541 | 6,4 | 70 | 29 | < 2 |
| Айлама | 1991-92 | 1,9 | не обн. | 5,79 | 4,7 | не обн. | 1,3 |
| Ашутер северный | 1991-92 | 1,0 | не обн. | 8,02 | 2,4 | не обн. | 1,3 |
| Айлама | 1992-93 | не обн. | 3 | 1 | 4 | 0,8 | не обн. |
| Ашутер северный | 1992-93 | не обн. | 3,9 | 0,7 | 8 | 1,0 | не обн. |
| Голубина | 1998-99 | 1 | 60 | 3 | 4 | 1,27 | 4,6 |
| Джеруй | 2000-01 | 1,85 | 50 | 2,9 | 90 | 0,77 | 3,5 |
| Голубина | 2000-01 | 1,20 | 40 | 2,8 | 240 | 0,32 | 4,4 |
| Григорьева | 2000-01 | 2,9 | 260 | 3,9 | 170 | 1,24 | 15 |
| Сары-Бет | 2000-01 | 1,14 | 320 | 2,7 | 180 | 0,78 | 5 |
| ПДК | 100 | 500 | 1000 | 1000 | 30 | 500 |
Примечание: расположение ледников и высота места отбора проб – Энилчек - массив пиков Победа и Хантенгри, 4000 м; Бадамистон – юго-западная часть Гиссарского хребта, 3700 м; Карасу – Туркестанский хребет, 4200 м; Айлама – северный склон хребта Терскей Ала-Тоо, 3930 м; Ашутер северный – северный склон хребта Терскей Ала-Тоо, 4000 м; Джеруй – Таласский хребет, 4050 м; Голубина – Хребет Киргизский Ала-Тоо, 4180 м; Григорьева – южный склон хребта Терскей Ала-Тоо, 4280 м; Сары-Бет – хребет Адыр-Тор, 4160 м.
На этом леднике фирновая линия практически нигде не опускается ниже 4200 м, а летом 1984 года она поднялась до 4600 м. При таком режиме таяния происходит освобождение склонов от снега и возрастает перенос выветренной породы на ледник. В данном случае проба бралась с самого верхнего горизонта, а на других ледниках, где слой 1983-84 годов был перекрыт более поздними отложениями, содержание элементов было далеким от экстремальных величин. Но общая тенденция увеличения концентрации отдельных металлов достаточно четкая. На леднике Бадамистон с 1980 по 1988 годы за исключением меди возросло содержание всех элементов, представленных в таблице 1. Подобный процесс с некоторыми нюансами проявляется и на леднике Карасу. Кроме хрома здесь увеличилось накопление всех металлов, а концентрация цинка и свинца возрастала до 1991 г.
В условиях происходящего потепления климата и устойчивом с 1972 года отрицательном балансе массы ледников [16] следует предположить, что из-за происходящей миграции элементов из верхних слоев в нижние и даже выноса их за пределы ледника, разновременной отбор проб повлиял на результаты оценки содержания металлов в слоях каждого конкретного года. Тем не менее, основные особенности накопления, свойственные регионам, сохраняются и отражают геологию района и режим циркуляции атмосферы тех лет, в которые формировался конкретный годовой слой.
Установлено, что химизм льда [3, 7] в значительной степени соответствует составу атмосферных осадков, отражающих уровень химического и радиоактивного загрязнения тех районов, над которыми они сформировались или проходили воздушные массы. Поэтому при постоянстве геологического строения различия в загрязненности долины должны связываться с изменениями циркуляционных процессов. Важным является не только годовое, но и внутригодовое проявление повторяемости одних или других процессов, так как в зависимости от прохождения воздушных масс над территориями покрытыми снеговым покровом, или свободными от него, содержание аэрозолей в атмосфере будет неодинаковым. Поступление металлов на поверхности ледников Тянь-Шаня следует связать с такими предприятиями Казахстана как свинцово-цинковый комбинат в Усть-Каменогорске, свинцово-фосфатным в Чимкенте, хромовым в Актюбинске [14] и Кыргызстана – ртутным производством в Хайдаркане и сурьмяным в Кадамжае. В связи с этим привнос тяжелых металлов в высокогорную зону Тянь-Шаня происходит с разной интенсивностью при западных, юго-западных, северо-западных и северных вторжениях. При этом следует учесть, что вторжения с южных направлений приурочены к холодному периоду и в районы Внутреннего Тянь-Шаня почти не проникают, сокращая возможное значительное поступление аэрозолей.
Исследованиями [12] определена средняя величина повторяемости различных типов синоптических процессов как за год, так и отдельные сезоны. Учитывая, что отбор проб, проводимый лабораторией гляциологии института геологии НАН КР, приурочивался к периоду максимального снегонакопления, к анализу привлечены данные по циркуляции атмосферы за зимне-весенний период 1998, 1999, 2001 годов и накоплению химических элементов на леднике Голубина.
Таблица 2
Повторяемость типов синоптических процессов, %
| Тип процесса | 1998 | 1999 | 2001 | норма | |
| 1 | Южно-каспийский циклон | - | 3,3 | 0,9 | 2,6 |
| 2 | Мургабский циклон | 5,1 | 0,8 | 1,7 | 2,2 |
| 3 | Верхнеамударьинский циклон | 1,0 | 2,5 | 4,3 | 1,6 |
| 4 | Широкий вынос теплого воздуха | - | - | 0,9 | 0,2 |
| 5 | Северо-западное вторжение | 5,1 | 4,1 | 3,4 | 3,1 |
| 6 | Северное вторжение | 2,0 | 4,9 | 3,4 | 2,5 |
| 7 | Волновая деятельность | 16,7 | 4,1 | 4,3 | 8,5 |
| 8 | Малоподвижный циклон над Средней Азией | 4,0 | - | - | 3,7 |
| 9 | Юго-западная периферия антициклона | 10,2 | 11,5 | 15,4 | 13.4 |
| 9а | Южная периферия антициклона | 9,1 | 13,9 | 18,8 | 12,7 |
| 9б | Юго-восточная периферия антициклона | 10,1 | 8,2 | 8,5 | 7,9 |
| 10 | Западное вторжение | 16,2 | 18,0 | 15,4 | 14,7 |
| 12 | Малоградиентное поле пониженного давления | 2,0 | 2,5 | 5,1 | 5,8 |
| 12а | Малоградиентное поле повышенного давления | 8,1 | 9,0 | 3,4 | 6,4 |
| 13 | Центральная часть антициклона | - | - | - | 0,3 |
| 14 | Теплый сектор циклона или предфронтальное положение | 11,1 | 17,2 | 14,5 | 14,4 |
| Общее число случаев | 99 | 122 | 117 | 106 | |
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов в пробах снега на леднике Голубина, мкг/л
| Год | Al | Cr | Fe | Ni | Cu | Zn | Pb |
| 1998 | не обн. | < 1 | не обн. | не обн. | 52,6 | 4 | 14 |
| 1999 | 15 | 4,6 | 60 | 1 | 3 | 4 | 1,3 |
| 2001 | 8 | 4,6 | 40 | 1,20 | 2,8 | 240 | 0,32 |
Примечание: Результаты анализа проб для ледников Тянь-Шаня за исключением ледника Энилчек, представленные в таблице 1 и 3, получены методами атомно-абсорбционной спектрометрии и эмиссионного спектрального анализа.
Представленные в таблицах 2 и 3 данные позволяют сделать некоторые предварительные выводы о зависимости уменьшения или увеличения тяжелых металлов от изменения повторяемости отдельных типов синоптических процессов. Повышенное содержание меди и свинца в 1998 году связывается с увеличением повторяемости синоптических процессов с южного направления (Мургабский циклон, волновой деятельности и прихода воздушных масс с северо-запада). В 1999 году появление алюминия, рост аккумуляции хрома и железа следует отнести за счет увеличившихся вторжений с севера и запада. Возрастание хрома и особенно цинка в 2001 г. можно объяснить возросшими вторжениями верхнеамударьинского циклона, активностью южной периферии антициклона и большей повторяемостью северных вторжений. Повышение концентрации химических элементов на леднике может происходить и при числе случаев вторжений, не выходящих за пределы нормы, но в условиях обусловливающих высокий выброс аэрозолей в атмосферу. Примером могут быть значительные поступления сажи в атмосферу во время пожаров Ирако-Кувейтского конфликта [1] и радиоактивных элементов при Чернобыльской аварии [7]. В обоих случаях на ледниках Тянь-Шаня отмечено увеличение концентрации сажи, цезия, церия, лантана.
Завершая изложенное, необходимо обратить внимание на следующее. Полученные выводы являются предварительными, но позволяющие связать режим циркуляционных процессов над территорией Кыргызстана с аккумуляцией химических элементов на ледниках. Работа такого плана для ледников Тянь-Шаня выполнена впервые и ее необходимо продолжить. Результаты анализа проб взятых со снежных толщ накопленных за холодный период и весь год в сопоставлении с материалами наблюдений за синоптическими процессами позволят надежно определять загрязнение высокогорной зоны Республики различными аэрозолями с выявлением естественных и антропогенных, местных и внешних источников выбросов химических элементов.
Список литературы
Боконбаев К.Дж., Диких А.Н., Детыненко Л.А. Примеси в снежном покрове ледников Внутреннего Тянь-Шаня. //География и природные ресурсы, №2, Новосибирск. 1995, с. 181-183.
Бугаев В.А., Джорджио В.А., Козик Е.М. и др. Синоптические процессы Средней Азии. Ташкент, Изд-во АН Узб. ССР, 1957, 477 с.
Вилесов Е.Н., Токмагамбетов Г.А, Черкасов П.А. Химический состав и качество талых вод ледников Казахстана. //МГИ, вып. 38, М. 1980, с.162-166
Вилесов Е.Н., Уваров В.Н. Современная деградация оледенения северного склона Заилийского Ала-Тау. // МГИ, вып.84, М.1998, с.52-59
Вулканы, стратосферный аэрозоль и климат Земли. Л. ГИМИЗ, 1986, 256 с.
Глазов М.В., Горячкин С.В. Изменение природных зон Российской Арктики. //Природа, №5, 1997, с.32-47
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--