ИСТИНА

Оценки экологического состояния атмосферы и изменений природной среды в регионах высокой антропогенной активности сильно усложнены существующим недостатком знаний об источниках эмиссий, количестве и составе аэрозольных загрязнений, определяющих степень воздействия на экосистему Арктики. Наибольшую актуальность представляют исследования климатически-опасных крупномасштабных эмиссий, ориентированные на аэрозоль горения как наиболее экологически и климатически значимую компоненту загрязненной атмосферы. Предлагаются фундаментальные исследования характеристик аэрозоля как трассера техногенных эмиссий, степени аэрозольного загрязнения атмосферы и снежного покрова в одном из индустриальных районов Российской Арктики. Анализ содержания черного углерода и климатически-активных аэрозольных составляющих загрязненной атмосферы методами аналитической химии и микроскопии определит вклад продуктов сжигания ископаемых топлив и природного газа. Особое внимание будет уделено эмиссии факельного сжигания попутного газа как основного и наиболее опасного источника черного углерода в нефтедобывающих индустриальных районах. Проведение фундаментальных исследований свойств и характеристики аэрозолей факельного горения эмиссии при моделировании факельного сжигания позволит впервые определить свойства и характеристики аэрозолей факельного горения, определить химические маркеры и микромаркеры наименее изученной и наиболее важной для экосистемы Арктики эмиссии Будет реализован современный научный подход количественного анализа источников эмиссий в районах наибольших антропогенных загрязнений Ямало-Ненецкого Автономного Округа. С целью решения актуальной экологической проблемы воздействия индустриальных эмиссий на степень аэрозольного загрязнения атмосферы и снежного покрова будет проведен сравнительный анализ экологического состояния заповедных зон, районов воздействия распределенных региональных источников и вблизи объектов топливно-энергетического комплекса. Проведение мобильных измерительных кампаний по анализу распределения черного углерода и аэрозольных характеристик в атмосфере и осадочном веществе позволит идентифицировать характерные маркеры влияния эмиссий факельного сжигания в составе аэрозолей. Будет проведена измерительная кампания «Ямальский меридиан» по анализу переноса эмиссии индустриальных районов ЯНАО через о. Белый в Арктику. На базе современного аэрозольного комплекса на о. Белый будет проведен мониторинг черного углерода совместно с отбором проб аэрозоля и анализом состояния атмосферы. Будут определены основные характеристики фонового арктического аэрозоля и тенденции сезонной варьируемости в период арктической дымки, во время интенсивных загрязнений шлейфами переноса продуктов факельного сжигания попутного газа и лесных пожаров, что впервые даст возможность количественно определить степень воздействия крупномасштабных индустриальных эмиссий на состояние атмосферы и климат экосистемы Арктики.

Assessments of the environment and climate change in the regions of high anthropogenic activity are strongly complicated by the existing lack of knowledge about emission sources, quantity and composition of the aerosol pollution defining the impacts on an Arctic ecosystem. The greatest relevance is represented by the research of climate-related and dangerous large-scale emissions focused on a combustion aerosol as most ecologically and climatic significant component of the polluted atmosphere. Basic researches of aerosol characteristics as a tracer of anthropogenic emissions are suggested, of an extent of aerosol air pollution and snow cover in one of industrial regions of the Russian Arctic. The analysis of black carbon and climate active aerosol components in the polluted atmosphere will define a contribution of combustion of fossil fuels and natural gas to the atmosphere chemistry. Special attention will be paid on emission of gas flaring of associated gas as the most dangerous source of black carbon in oil-extracting industrial areas. Carrying out the basic researches by simulation of gas flaring in a laboratory will allow to define for the first time the least studied properties and aerosol characteristics of gas flaring. Modern scientific approach of the quantitative analysis of emission sources in areas of the greatest anthropogenic pollution of the Yamalo-Nenets Autonomous Area will be realized. For the purpose of the solution of a current environmental problem of impact of industrial emissions on extent of aerosol air pollution and snow cover, the comparative analysis of an ecological condition of reserved zones, areas of influence of the distributed regional sources and near objects of a heat power complex will be carried out. Performance of mobile measuring campaigns for the analysis of black carbon and aerosol characteristics distribution in the atmosphere and snow sediment will allow to identify the characteristic markers of industrial influence in the aerosol composition. The campaign "Yamal Meridian" for the analysis of air masses transportation from the industrial areas of Yamal- Nenets District through the island Belyi to the Arctic will be conducted. On the basis of the developed aerosol technology, aerosol loading, black carbon as well as aerosol sampling will be carried out. The main characteristics of a background Arctic aerosol and tendency of a seasonal variability in the period of the Arctic haze will be determined. Assessment of intensive pollution by plumes from gas flaring regions and wildfires will provide at first time the qualification of impacts of large-scale emissions on atmosphere pollution and climate of Arctic ecosystem.

Ожидается получить следующие новые и значимые результаты проекта: 1. Реализация эффективной Системы МОбильного Комплексного анализа аэрозольных загрязнений (СМОК) атмосферы и снежного покрова. 2. Методика и действующий инструментальный комплекс мобильного мониторинга на базе портативных приборов он-лайн измерений и системы отбора проб аэрозоля и снега. 3. Современный подход, методика и измерения варьируемости массовой концентрации аэрозолей и черного углерода вблизи источников и в арктической зоне; оценка влияния климатического трассера аэрозольной компоненты атмосферы на степень загрязнения атмосферы и снежного покрова индустриальными эмиссиями. 4. Анализ химического состава и микроструктуры загрязненной индустриальными эмиссиями атмосферы и снежного покрова современным подходом, сфокусированным на основные источники и концентрацию наиболее экологически-опасных компонент. 5. Определение общих и особенных свойств аэрозолей, эмитируемых при факельном сжигании попутного газа, их химических маркеров и микромаркеров. 6. Определение типов частиц, состава, ионов и химических маркеров продуктов горения основных техногенных источников загрязнений в Арктике; физико-химический анализ эмиссий факельных источников сжигания в Ямало-Ненецком Автономном округе. 7. Развитие инфраструктуры современного мониторинга и научного подхода для анализа свойств и состава аэрозолей, включая климатический трассер - черный углерод, разработка АРктического Инструментального Аэрозольного Комплекса на базе научного стационара Российского Центра освоения Арктики. 8. Анализ процессов переноса, сезонного накопления черного углерода в Арктике, и изменчивости химии арктического аэрозоля в период Арктической Дымки. 9. Оценка экологических и климатических последствий эмиссий индустриальных источников, их вклада в состав и структуру арктического аэрозолей. 10. Идентификация и прогнозирование вклада эмиссий нефтеперерабатывающего комплекса в соотношении с эмиссиями от лесных пожаров в общий аэрозольный баланс региона и загрязнение экосистемы Арктики. Основные полученные результаты проекта будут использованы в дальнейшем для определения мер по оценке рисков и снижению выбросов индустриальных эмиссий, для контроля уровня черного углерода в атмосфере вблизи факельных установок сжигания ПНГ, тем самым обеспечивая проведение оценок климатических последствий эмиссии антропогенных источников горения и прогноза изменений окружающей среды и мероприятий рационального природопользования.

Основная деятельность исполнителей проекта из НИИЯФ МГУ посвящена изучению аэрозоля загрязненной атмосферы, анализу его формирования и свойств, и оценке возможных экологических последствий эмиссии климатически активных и токсичных компонентов в атмосферу. Имеется большой опыт в характеризации аэрозолей горения, в процессах их взаимодействия в атмосфере и в исследованиях последствий влияния эмиссий на формирование облачности и климат (Popovicheva, 2010). В результате десятилетней работы создана Лаборатория анализа аэрозолей на базе современных физико-химические методов, в том числе электронной микроскопии, ФТИР спектроскопии, аналитической химии и абсорбционных методов. Проводится всесторонний анализ морфологии, микроструктуры, размера, элементного состава, химии поверхности, состава органической/неорганической и водорастворимой фракций частиц.

Основным ожидаемым результатом проекта является развитие эффективной Системы МОбильного Комплексного анализа аэрозольных загрязнений (СМОК) и применение методологии современного научного подхода высококачественного мониторинга аэрозолей и осажденного вещества к анализу климатически-активных и опасных аэрозольных загрязнений источников антропогенных эмиссий. Впервые для одного из самых индустриально развитых регионов с лидирующей эмиссией выбросов в атмосферу продуктов горения будут проведены региональные экспедиции и составлены карты распределения массовой концентрации основного маркера продуктов сжигания природных топлив, короткоживущего климатического трассера – черного углерода как вблизи источников эмиссий нефте- и газодобывающего комплекса, так и в заповедной зоне. Наиболее значимым научным результатом проекта предполагается всесторонняя характеризация аэрозолей опасных дымовых эмиссий при высокотемпературном пламенном сжигании природного газа при моделировании в лаборатории и в факельных индустриальных установках. Впервые в мировых исследованиях будут проведены фундаментальные исследования и определены физико-химические свойства (размер, элементный состав, морфология), спектральная зависимость поглощения, содержание органического и элементного углерода, неорганических и органических ионов в продуктах сгорания природного газа. В рамках данного проекта впервые на базе российских месторождений будут определены общие и особенные свойства аэрозолей эмиссии факельного сжигания природного газа, их микроструктурные и химические маркеры, что явится большим достижением в ситуации отсутствия подобных исследований не только в России, но и во всем мире. Экологически опасные компоненты в составе аэрозолей индустриальных эмиссий, химические маркеры и микромаркеры аэрозольных составляющих источников определят ключевые характеристики состава атмосферы, что наряду с анализом концентрации черного углерода в наиболее чистых заповедных районах позволит получить количественное описание степени аэрозольного загрязнения атмосферы и снежного покрова индустриального региона. Сравнение уникальных характеристик эмиссии факельного сжигания со свойствами аэрозолей транспортных выхлопов и шлейфов лесных пожаров даст большой вклад в развитие моделей количественного определения вкладов источников, определяющих загрязнения объектов окружающей среды, характер которого определяет базовый сектор экономики региона нефте- и газодобычи. Наиболее значимыми результатами проекта для данного конкурса предполагаются данные о физико-химических свойствах, составе и микроструктуре арктических аэрозолей природного происхождения и техногенных загрязнений, переносимых в крупномасштабных эмиссиях из индустриального района в Арктику. Они будут служить основой для идентификации и разделения продуктов эмиссий при сжигании природного газа и горении биомасс как главных источников загрязнений, определят количественные оценки переносимых в шлейфах дальнего переноса загрязнений из индустриальных районов в регион Арктики.