На правах рукописи

Малыгина Наталья Сергеевна

РЕКОНСТРУКЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ АЛТАЯ

ПО ЛЕДОВОМУ КЕРНУ СЕДЛОВИНЫ Г. БЕЛУХА

25.00.31 – гляциология и криология Земли

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН Научные руководители:

Доктор географических наук, профессор Винокуров Юрий Иванович Доктор химических наук Папина Татьяна Савельевна

Официальные оппоненты:

Доктор географических наук Михаленко Владимир Николаевич Кандидат географических наук Чижова Юлия Николаевна

Ведущая организация Арктический и Антарктический научно - исследовательский институт

РОСГИДРОМЕТ

Защита состоится 20 марта 2009 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д.002.046.04 при Учреждении Российской академии наук Институт географии РАН по адресу: 119017, Москва, Старомонетный пер., 29; факс (495)9590033; e-mail:[email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институте географии РАН

Автореферат разослан 18 февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук Зайцева И.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Основными методами оценки Актуальность работы.

современного уровня загрязненности атмосферы являются проведение прямых мониторинговых наблюдений и теоретические расчеты эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу (EMEP, 2007; МГЭИК, 2007). Для получения обобщенной информации об экологическом состоянии атмосферы, как для прошлых эпох, так и для современного отрезка времени используются различные стратифицируемые природные накопители. Среди них особое место отводится высокогорным ледникам, хорошо отражающим палеоклиматические и палеоэкологические изменения. Повышенный интерес именно к этим наземным стратифицируемым накопителям обусловлен, также наблюдающейся их интенсивной деградацией, которая может привести в ближайшем будущем к полному отсутствию возможности их использования в качестве «палеоархивов».

Большой интерес высокогорные ледники представляют для оценки уровня загрязнения атмосферы веществами, способными переноситься на значительные расстояния, типичными представителями которых являются твердые аэрозольные частицы, а также ртуть, глобальное распространение которой обусловлено ее долгим временем жизни в атмосфере. Ртуть является приоритетным загрязнителем для Алтайского региона, так как на его территории находятся крупные природные и антропогенные источники ее эмиссии. Твердые аэрозоли, охлаждающее действие которых частично компенсирует влияние на климат парниковых газов, в последнее время привлекают пристальное внимание исследователей.

Немногочисленными палеоархивными индикаторами поступления твердых аэрозольных частиц и ртути в атмосферу ЦентральноАзиатского региона могут выступать высокогорные ледники ТяньШаня, Памира и Алтая, так как значительные по площади высокогорные ледники Тибета и Гималаев в большей степени испытывают на себе влияние муссонной циркуляции. При этом высокогорные ледники Алтая могут давать дополнительную информацию о региональной составляющей поступления загрязняющих веществ в атмосферу Алтайского региона.

Объект исследования. Ледовый керн, отобранный в июле 2001 года совместной Российско-Швейцарской экспедицией в седловине г.

Белуха, Катунский хребет, Алтай (49048'26.3'' с.ш., 86034'42.8'' в.д., высота 4062 м) на глубину 140 метров. В работе использованы данные, полученные для части ледового керна, сформированной с 1840 по 2001 гг.

Цель и задачи исследования. Цель - определение источников поступления твердых аэрозольных частиц (пыли) и оценка уровня загрязнения атмосферы Алтая ртутью по результатам послойного анализа высокогорного ледового керна седловины г. Белуха.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

Разработать способ количественной оценки региональной и глобальной составляющих атмосферного загрязнения территории с использованием данных послойного химического анализа высокогорных ледовых кернов;

Оценить масштаб загрязнения атмосферы Алтая ртутью, выявив приоритетные источники ее эмиссии;

Определить приоритетные факторы, влияющие на процессы переноса загрязняющих веществ и твердых аэрозольных частиц в горных районах Алтая.

Научная новизна работы. Предложен способ количественной оценки вклада различных составляющих атмосферного загрязнения с использованием данных послойного химического анализа высокогорных ледовых кернов, с помощью которого впервые оценен вклад глобальной и региональной составляющих эмиссии ртути в атмосферу Алтайского региона.

Впервые установлено, что влияние мощного локального источника эмиссии ртути - Акташского ртутного комбината - на загрязнение атмосферы Западной части Алтая незначительно; основной вклад, в формирование ртутного загрязнения данной территории наряду с глобальными оказывают региональные природные (Алтае-Саянская ртутная провинция) и антропогенные (промышленные металлургические центры Восточного Казахстана) источники ртути.

Показано, что основной причиной формирования пылевых слоев, визуально фиксируемых в ледовом керне г. Белуха, являются атмосферные процессы регионального масштаба, которые приводят к возникновению в аридных районах Алтая и северо-восточного Казахстана смерчей и пыльных бурь, способствующих переносу пыли воздушными течениями на значительные расстояния.

Практическая значимость работы. Полученные результаты по оценке уровня загрязнения и вклада региональных источников в общий баланс поступления ртути в атмосферу Алтая могут быть использованы при разработке мероприятий по снижению поступления ртути в окружающую среду Центрально-Азиатского региона. Наряду с исследованиями уровня ртутного загрязнения других высокогорных ледников Северного полушария (Монблан, Франция и Верх-Фремонт, США) результаты работы могут быть использованы в рамках выполнения важного международного проекта «Global Mercury Project».

Идентификация источников поступления аэрозольных частиц в атмосферу Алтая может быть использована для оценки трансграничного переноса и верификации моделей изменения климата Центральной Азии.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на региональной научно-практической конференции «Вопросы горного страноведения» (Барнаул, 2005), на международном семинаре «Ice meeting» (Швейцария, 2005), Международной школе ERCA (Франция, 2007), рабочей группе Аэрозоли Сибири XIV (Томск, 2007), Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов» (Тюмень, 2008), XIV Гляциологическом симпозиуме (Иркутск, 2008), Международной конференции «Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее» (Горно-Алтайск, 2008).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в публикациях, в том числе 3 из них в журналах, рекомендованных ВАК.

Фактический материал и личный вклад автора. В основу работы положены данные гляциологических и гляциохимических исследований ледового керна, выполненные в лаборатории радиохимии и химии окружающей среды Института им. Поля Шеррера (Швейцария), и материалы, собранные автором в редком фонде Алтайской краевой универсальной научной библиотеки им.

В.Я. Шишкова, в управлении архивного дела Алтайского края и Государственном архиве Республики Алтай. Личный вклад автора состоял в поиске разноплановых архивных материалов (проанализировано более 150 первоисточников), сборе и анализе метеорологической и синоптической информации (более тысячи синоптических карт из архива ИВЭП СО РАН, а также дневники погоды метеостанций края за 1985-1986 гг.), систематизации типов циркуляции атмосферы для юга Западной Сибири с учетом орографических особенностей региона. Интерпретация гляциохимических данных, обсуждение результатов работы и подготовка публикаций проводились совместно с научными руководителями и соавторами.

На защиту выносятся:

1. Способ количественной оценки региональной и глобальной составляющих атмосферного ртутного загрязнения территории на основе данных высокогорного кернового бурения.

2. Оценка вклада Акташского ртутного комбината в загрязнение атмосферы Алтая.

3. Обоснование основной причины возникновения пылевых (dust) слоев в высокогорном ледовом керне седловины г. Белуха, как результата региональных атмосферных процессов (пыльные бури, смерчи, шквалы).

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 115 страницах, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 129 наименований, содержит 36 рисунков и 7 таблиц.

Благодарности. Считаю своим долгом высказать слова благодарности проф. Х. Гаггелеру и доктору М. Швиковски за приглашение и возможность участия в работе по выполнению совместного Российско-Швейцарского проекта; д-ру С. Оливер и д-ру К. Хендерсону за предоставленные материалы; к.х.н. С. С. Эйрих за предоставленные материалы, обсуждения и ценные замечания, высказанные в ходе выполнения и оформления работы; с.н.с. ИВЭП СО РАН Г. С. Зинченко за предоставление метеоданных и помощь в их обработке и анализе. Особую благодарность выражаю своим научным руководителям д.г.н., профессору Юрию Ивановичу Винокурову и д.х.н. Татьяне Савельевне Папиной за идею работы и постоянную помощь при ее выполнении.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы (цель, новизна, апробация, практическая значимость), описан объект исследования и используемый фактический материал, выделен личный вклад автора при выполнении работы.

В первой главе «Реконструкция загрязнения атмосферы по данным ледникового кернового бурения» сделан обзор литературных данных о возможности оценки масштабов атмосферного загрязнения с использованием данных послойного химического анализа высокогорных ледовых кернов, а также проведен анализ факторов, контролирующих процесс поступления загрязняющих веществ на поверхность ледников. Сделан вывод, что метеорологические и орографические факторы, наряду с особенностями источника загрязнения являются основными факторами, контролирующими поступление, распространение и осаждение загрязняющих веществ в атмосфере горных регионов.

Описаны методы, применяемые для исследования и датирования ледовых кернов. Показана необходимость сопоставления различных методов датирования ледового керна для получения надежной временной шкалы. Рассмотрены возможности и проблемы при интерпретации данных высокогорных ледовых кернов для реконструкции палеоклиматических и палеоэкологических условий изучаемых территорий.

Во второй главе «Обоснование района и объекта исследования»

показано, что в течение XX столетия из-за глобального потепления объемы ледников в Центральной Азии значительно сократились (МГЭИК, 2007), особенно интенсивно процесс потепления протекал в Сибири (Henderson, 2006). Сохранившиеся высокогорные (высота выше 4000 м) ледники Азии, включая горные районы Алтая, являются хорошими природными палеоархивами, в первую очередь, региональных климатических и экологических изменений (Aizen, 2004; Fujita, 2004; Thompson, 2000).

Алтай является орографическим барьером для западного переноса воздушных масс. Он расположен на северо-западной периферии Центральной Азии, на границе между Восточным Казахстаном, югом Западной Сибири, северо-западным Китаем и Западной Монголией (рис. 1).

Этот регион представляет значительный интерес для исследований палеоклиматических и палеоэкологических изменений, как территория с резко континентальным климатом, расположенная на границе раздела между тайгой, пустынными и полупустынными районами Центральной Азии.

Наиболее крупные высокогорные ледники Алтая сосредоточены в горном массиве г. Белуха. В 2000 г. совместно Институтом им. Поля Шеррера (Швейцария) и Институтом водных и экологических проблем СО РАН (Россия) была проведена экспедиция с целью выбора места глубинного кернового бурения ледника в седловине г.

Белуха. Для этого на высоте 3895 м (49048'49'' с.ш., 86032'29'' в.д.) был отобран шестиметровый фирновый керн, а также образцы снега.

Температура в буровой скважине была измерена на глубине шести метров, она составила -1,4 0С. В лабораторных условиях в отобранных образцах фирна и снега были определены концентрации основных ионов и соотношение стабильных изотопов (18О и D). Несмотря на относительно высокую температуру фирна, определенную во время его отбора, и наличие ледяных прослоев (максимальная мощность см на глубине 2,5 м), стратиграфия проанализированных химических элементов не показала существенных изменений.

На основании результатов первой экспедиции, в июле 2001 г.

второй совместной Российско-Швейцарской экспедицией в седловине г. Белуха, (49048'26.3'' с.ш., 86034'42.8'' в.д., высота 4062 м) был отобран ледовый керн на глубину 140 м. Затем он в замороженном виде был доставлен в лабораторию радиохимии и химии окружающей среды Института им. Поля Шеррера (Швейцария) для дальнейшего гляциохимического анализа. Датировка слоев отобранного ледового керна была проведена с использованием первичного подсчета годовых слоев по одному или более сезонно-варьируемым сигналам и стратиграфических маркеров (1963 и 1945 гг. – по максимальной концентрации соответственно трития и плутония), измерения активности 210Pb, извержения вулканов Тамбора и Катмай в 1815 и 1912 гг. В настоящее время большая часть отобранного ледового керна г. Белуха отдатирована и проанализирована на послойное содержание в ней ртути, а также основных веществ, связанных с биогенной (NH4+, COOH-), почвенной (Ca2+, Mg2+, Cl-, Na+) и антропогенной (SO42-, NO3-, NH4+) эмиссией в атмосферу.

В третьей главе “Оценка вклада локальных, региональных и глобальных источников эмиссии ртути в общий баланс ее поступления в атмосферу Алтая” дана характеристика региональных и локальных источников эмиссии ртути на Алтае; представлен анализ климатических особенностей региона, влияющих на распространение ртути от источников ее эмиссии; обоснован способ и представлены результаты расчетов вклада различных источников ртути в загрязнение атмосферы Алтая.

Методика атомно-флуоресцентного определения ртути, включающая соблюдение всех требований техники «ультрачистого протокола» (Ferrari, 2000; Boutron, 1990) и позволяющая определять ртуть в слоях ледника с пределом обнаружения 0,025 нг/кг, была разработана и использована С.С. Эйрих для послойного определения ртути в ледовом керне седловины г. Белуха (Eyrikh, 2005).

Полученные результаты показали, что содержание ртути в слоях ледового керна, сформировавшихся в индустриальное время, изменяется в широких пределах от 0,2 до 6,3 нг/кг (рис. 2).

Рис. 2. Концентрация ртути в ледовом керне г. Белуха 1925-2001 гг.

Для оценки уровня загрязнения и вклада региональных источников в общий баланс поступления ртути в воздушный бассейн Алтайского региона полученные данные химического послойного анализа ледового керна ледника Белуха были сопоставлены нами с существующими надежными литературными данными по содержанию ртути в снеге (табл. 1) и слоях кернов льда (табл. 2) других ледников Северного полушария. К надежным литературным данным были отнесены результаты исследований, проведенных с соблюдением техники «ультрачистого протокола». Многочисленные данные, полученные до середины 1980-х годов, большей частью признаны несостоятельными в связи с проблемами загрязнения проб на стадии пробоотбора и анализа (Sheppard, 1991).

Содержание ртути в снеге различных ледников и удаленных мест *Hg общ. – общая ртуть; **Hg р. – ртуть реакционно-активная; n – число Сопоставление данных показало, что содержание ртути в поверхностном снеге и в верхних слоях фирна ледника Белуха, отражающем современное загрязнение атмосферы изучаемого региона (табл. 1), находится на невысоком уровне, сравнимом с концентрациями для других высокогорных ледников и удаленных регионов (таких как Центральная Гренландия) Северного полушария.

Это свидетельствует о том, что в настоящее время уровень загрязненности окружающей среды Алтая Центрально-Азиатского региона в целом определяют глобальная эмиссия ртути и перенос ее на дальние расстояния.

При сравнении ледовых кернов по содержанию ртути за индустриальный период (табл. 2) можно отметить, что из всех рассмотренных высокогорных ледников самые низкие концентрации ртути наблюдались в слоях ледника Белуха, близкие к ним значения определены в леднике Монблан.

Сравнение данных по содержанию ртути в кернах льда различных ледников мира в индустриальное время Ледник Белуха, (Алтай, 4062 м) (Альпы, 4250 м) Ледник Верх-Фремонт (США, 4100 м) Центральная Гренландия (Саммит, 3238 м) * среднее содержание ртути вычислено из среднегодовых значений за указанный период; n – число усредняемых значений Для количественной оценки региональной составляющей ртутного загрязнения нами была предложена следующая методика расчета. За глобальный фоновый современный (индустриальное время) уровень ртути Северного полушария можно принять ее концентрацию в атмосфере, которая отражена в ледниках Центральной Гренландии – районе, находящемся на значительном удалении от индустриальных центров нашей планеты. Поэтому, сравнивая концентрацию ртути в слоях ледника Белуха, сформированных в индустриальное время, с ее концентрацией в аналогичных слоях снежного керна Гренландии, можно оценить вклад региональной и глобальной составляющих в эмиссию ртути в атмосферу Алтайского (Центрально-Азиатского) региона. Так как общий вклад ртути в атмосферу изучаемого региона характеризуется концентрацией 1,95 нг/кг (усредненная величина за указанный период), а глобальная составляющая – концентрацией 0, нг/кг, то региональная составляющая может быть оценена как разность этих двух величин, а именно - 1,52 нг/кг. Таким образом, вклад региональной составляющей в ~3,5 раза превышает вклад глобальной составляющей в общий современный уровень загрязнения ртутью атмосферы Алтайского (Центрально–Азиатского) региона.

Аналогично, для Центрально-Европейского региона современный вклад региональной составляющей превышает вклад глобальной составляющей в ~4 раза, а для США в ~22 раза.

Для характеристики региональной составляющей эмиссии ртути в атмосферу Алтая были рассмотрены основные локальные и региональные ее источники. Среди локальных источников ртутного загрязнения наибольшее значение для района исследования может иметь Акташский ртутный комбинат, расположенный в непосредственной близости (~ 80 км) от места отбора керна, что может напрямую влиять на содержание ртути в слоях ледникового керна г. Белуха. Значимыми региональными источниками ртути в данном районе могут выступать Алтае-Саянская ртутная провинция, а также промышленные металлургические центры Восточного Казахстана и Юго-Западной Сибири.

При оценке современного уровня загрязнения окружающей среды Алтайского региона наибольшее значение до сих пор отводят Акташскому ртутному комбинату, т.к. до “перестройки” этот комбинат был одним из крупнейших по производству ртути в бывшем СССР. Акташский рудник начал свою работу в 1941 году. На первом этапе работы рудника возгонку ртути вели в примитивных ретортных печах без улавливающих устройств, коэффициент извлечения ртути составлял всего 30 - 35 %. С конца 60-х годов XX вв. после введения в строй более производительных роторных печей на Акташском ртутном комбинате начинается интенсивное увеличение объемов производства. Пик, которого (120-130 тонн/год) приходится на 1970 гг. С началом “перестройки” наблюдается резкий спад производства, который в 1990 г. приводит к остановке горных работ, а к 1995 г. все выработки Акташского ртутного комбината «законсервированы».

Для выявления вклада Акташского ртутного комбината на масштаб атмосферного ртутного загрязнения изучаемого региона нами было проведено графическое сопоставление концентраций ртути в керне льда г. Белуха и объемов производства ртути на Акташском ртутном комбинате за период 1940-1991 гг. (рис. 3).

Только на начальном этапе работы комбината (когда несовершенство технологии производства приводило к значительным выбросам ртути в атмосферу) наблюдается определенная корреляционная зависимость между объемами производства и изменением концентрации ртути в ледовом керне. В последующие годы корреляция не прослеживается.

Рассмотрим основные причины, которые ограничивают влияние Акташского ртутного комбината на ртутное загрязнение слоев керна ледника Белуха.

Рис. 3. Объемы производства ртути на Акташском ртутном комбинате и концентрации ртути в керне ледника горы Белуха в 1940-2001 гг.

Для того чтобы загрязняющие вещества от источников их эмиссии достигли поверхности ледника и захоронились в нем, необходимо благоприятное воздействие метеорологических и физико-географических (орографических) условий. Для горных территорий влияние метеорологических условий целесообразно рассматривать в рамках регионального масштаба, так как рамки локального масштаба часто ограничены условиями горно-долинной циркуляции. Поэтому для оценки влияния метеорологических условий на высокогорный ледник нецелесообразно использовать данные ближайших к леднику метеостанций, в первую очередь из-за разности высот нахождения метеостанции и ледника. Учитывая это, были систематизированы атмосферные процессы и рассчитана повторяемость 8 типов циркуляции по сезонам года. При этом использовались карты барической топографии и сборнокинематические карты естественного синоптического периода для изучаемого региона за период 1951 – 1990 гг. (табл. 3).

Повторяемость типов циркуляции на юге Западной Сибири (%) При преимущественном движении воздушных масс с запада, югозапада и северо-запада максимальное влияние на ледник будут оказывать источники, находящиеся на пути их перемещения, то есть западнее г. Белуха. Влияние источников, расположенных на востоке (к которым относится Акташский ртутный комбинат), будет ограничено.

Орографические барьеры (условия) Алтая - это разнообразные формы рельефа, образующие препятствия на пути движения воздушных течений общей циркуляции атмосферы. Чем выше барьеры, тем интенсивней их воздействие, при прочих равных условиях, на движение воздушных масс.

Отсутствие значительного влияния мощного локального загрязнителя воздушного бассейна Алтайского региона - Акташского ртутного комбината на загрязнение поверхности ледника г. Белуха обусловлено, во-первых, редким (около 9 %) переносом воздушных масс от комбината к леднику, во-вторых, наличием орографических барьеров, которые двойным кольцом закрывают ледник и всю северо-западную территорию Алтая от влияния Акташского ртутного комбината (рис. 4).

С учетом выявленных метеорологических и орографических особенностей послойный анализ ледового керна г. Белуха позволяет сделать оценку регионального ртутного загрязнения в основном северо-западной части территории Алтая.

Рис. 4. Влияние метеорологических и орографических условий Отсутствие орографических барьеров и преимущественное направление движения воздушных масс с запада на восток должны способствовать распространению ртутного загрязнения от Акташского ртутного комбината на районы, расположенные восточнее и юго-восточнее комбината.

В четвертой главе “Идентификация пылевых слоев в ледовом керне седловины г. Белуха” обсуждаются возможные источники происхождения твердых частиц (пыли), которые визуально фиксируются в слоях ледового керна седловины г. Белуха.

Тренды концентрации водорастворимых форм Ca и Mg, которые являются основными трассерами эмиссии почвенных частиц в атмосферу, показывают, что в слоях керна льда седловины г. Белуха, датированных 1815-2001 гг., происходит существенное увеличение концентраций этих элементов во второй половине ХХ века, с максимальным пиком в 60-70-е годы. При этом в изученной части керна визуально выделяются пять слоев пыли (dust), приходящиеся на 1842, 1906, 1925, 1985 и 1986 годы, из которых наиболее ярко проявляется девятисантиметровый слой, датированный 1842 годом. Химический анализ пылевых слоев показал, что все пять слоев имеют сходный минеральный ионный состав (водорастворимые формы).

Сравнение слоев пыли в ледовом керне седловины г. Белуха с аналогичными слоями в ледовых кернах, отобранных на леднике Коле Гнифетти в Альпах, показало их существенное различие, как по составу, так и по времени их проявления. Потому события и процессы регионального масштаба являются наиболее вероятными источниками поступления твердых аэрозольных частиц на поверхность ледника г.

Белуха.

Швейцарскими коллегами на основе данных по исследованию пыльных бурь, возникших в пустынных и полупустынных районах Китая за последние 40 лет, было сделано следующее предположение.

Пылевые слои, датированные 1985-1986 гг., могли быть сформированы в результате мощной пыльной бури, зафиксированной спутником Земли в районе пустыни Такла-Макан 18-19 мая 1986 года (Olivier, 2004). На наш взгляд, это предположение является малообоснованным по нескольким причинам. Во-первых, прямому переносу загрязняющих веществ из района Такла-Макан в район г.

Белуха препятствует наличие значительных орографических барьеров (рис. 5).

Рис. 5. Гипсометрический профиль по 86 градусу в.д.

С севера пустыня Такла-Макан ограничена цепью Тянь-Шаня, высота которого превосходит высоту Катунского хребта, в систему которого входит г. Белуха. Поэтому крупнодисперсные частицы песка и пыли, поднятые в воздух, даже при благоприятных циркуляционных условиях должны оседать на южном склоне Тянь-Шаня.

Во-вторых, анализ синоптического материала (синоптический архив ИВЭП СО РАН) и данные спутникового зондирования 18- мая 1986 г показывают (рис. 6), что поднятое в пустыне облако вначале смещалось на запад в направлении озера Балхаш, а затем его верхняя часть, достигшая высоты более 5 км, изменяет направление на северо-восточное. К этому моменту переноса в облаке могли остаться преимущественно мелкодисперсные частицы песка, значительное выпадение которых при прохождении над Белухой маловероятно, так как данное пылевое облако продолжало фиксироваться спутником на всем пути его продвижения от Балхаша до озера Байкал и далее - до северо-восточных районов Китая.

Рис.6. Траектория смещения пылевого облака 18-19 мая 1986 года Поэтому, более реальным нам представляется образование пылевых слоев в керне ледника седловины г. Белуха в результате каких-то иных событий, которые могли возникнуть над северовосточным Казахстаном или Алтайским краем, т.е. на пути преимущественного перемещения воздушных масс на территорию Горного Алтая.

В результате архивного поиска было найдено сообщение Алтайского Гидрометцентра о чрезвычайном природном явлении смерче, наблюдавшемся 7 августа 1985 г. в селе Долино Рубцовского района Алтайского края. Смерч, прошедший через село Долино, отличался чрезвычайной для Сибири мощью. По подсчетам специалистов скорость ветра в смерче превышала 50 м/сек.

К моменту возникновения смерча над Алтайским краем наблюдались атмосферные процессы, характерные для формирования мощной кучево-дождевой облачности, гроз, шквалистого усиления ветра. Проведенный нами анализ архивного синоптического материала показал, что в течение двух суток, предшествующих смерчу, Алтайский край находился на северной периферии СреднеАзиатской депрессии. С северо-востока на юго-запад его пересекал холодный фронт, на волне которого к 6.00 СГВ 07.08.85 образовался локальный циклон с давлением в центре 1000 Мб (рис. 7). Во второй половине дня на фронте сформировалась мощная кучево-дождевая облачность.

Рис. 7. Атмосферный процесс 07.08.85 (фрагменты синоптических карт): приземные карты за 0600СГВ(а) и 1500СГВ(б); карты барической топографии АТ500(в) и АТ200(г) за 0600СГВ В приземном слое, в узкой фронтальной полосе, отмечалась сходимость воздушных потоков. На высоте (до уровня АТ200), в зоне фронта - их расходимость (рис. 7). Таким образом, в крае, особенно в его южных районах, создались условия, благоприятные для возникновения интенсивных восходящих потоков воздуха и образования мощной конвективной облачности. Согласно расчетам специалистов скорость вертикальных потоков превышала 20 м/сек. По данным радиолокационных наблюдений верхняя граница облаков в зоне динамически значимого фронта к 12.00 СГВ достигала 10-12 км.

Холодный фронт по воздушному потоку смещался со скоростью 35-40 км/час на восток, в сторону Горного Алтая. После 15.00 СГВ мощный облачный массив накрыл Теректинский и Катунский хребты, начались ливневые дожди, грозы. В течение часа на метеостанции АкКем выпал 1 мм осадков, в последующие сутки их количество составило 8 мм, на метеостанции Кара-Тюрек – 17 мм.

Высотное барическое поле на Алтае сохранялось без существенных изменений в течение последующей недели. Однако, 15 августа все метеостанции Горного Алтая отметили выпадение мокрого снега, понижение ночных температур до – 30С, в результате чего осевшее на поверхность ледника загрязнение было «зафиксировано».

С целью расшифровки слоя, относящегося к 1986 году, были проанализированы данные метеонаблюдений и синоптические карты для территорий Алтайского Края и Республики Алтай за летний период этого года. В результате было выявлено четыре случая развития региональных атмосферных процессов, которые способствовали возникновению пыльных бурь: 13 июня и 1 октября в Угловском районе, 19 июля и 15 августа в Ключах. Каждый из случаев внес определенный вклад в формирование пылевых слоев ледового керна седловины г. Белуха, так как пыль, понятая в воздух в аридных районах края, переносилась облачностью в направлении Горного Алтая, затем вымывалась осадками на подстилающую поверхность, и «фиксировалась» в результате последующего понижения температуры воздуха.

Интерпретация возникновения слоев, относящихся к 1842, 1906 и 1925 годам представляет определенные трудности, так как сохранилось незначительное количество информации. Наиболее полное описание 1842 года дается в работе Чихачева П. «Путешествие в Восточный Алтай»: «29 сентября (11 октября) я выехал из Змеиногорска, при очень сильном юго-восточном ветре, который, к счастью, не сопровождался ни снегом, ни градом. Тем не менее, мы не могли открыть глаза из-за несущейся пыли, что очень мешало нам продвигаться… Свирепый ураган вынудил нас сделать остановку в деревне Шаманаиха…».

Для 1906 и 1925 гг. есть лишь отрывочные данные: «100 лет назад, в 1906 году, март был аномально теплым и малоснежным – среднемесячная температура воздуха была на + 4,20С выше средней многолетней, осадков выпало менее 30 % нормы…». «15 июня года - над Чумышским и Белоярским районами Алтая пронесся сильнейший ураган».

Анализ синоптических ситуаций над Алтаем и архивных метеоданных позволяет сделать заключение о том, что определяющим условием поступления твердых аэрозольных частиц в слои ледника седловины г. Белуха является формирование на юге Западной Сибири и севере Казахстана атмосферных процессов, способствующих обострению холодных фронтов и приводящих к возникновению в регионе пыльных бурь, шквалов и смерчей. Пыль, поднятая в воздух в аридных районах, переносится на значительные расстояния и вымывается осадками на подстилающую поверхность по пути перемещения барических образований на восток, в том числе и на поверхность ледников массива г. Белуха.

1. На основе предложенного способа количественной оценки региональной и глобальной составляющих атмосферного загрязнения территории показано, что вклад региональной составляющей в современный уровень загрязнения ртутью атмосферы Алтая в ~3,5 раза превышает вклад глобальной составляющей.

2. Наличие орографических барьеров и преобладание западных типов циркуляции препятствует значительному влиянию на западную часть Алтая мощного локального загрязнителя воздушного бассейна Алтайского региона - Акташского ртутного комбината.

3. Региональные атмосферные процессы юга Западной Сибири и Восточного Казахстана способствуют обострению холодных фронтов, которые, в свою очередь, приводят к возникновению пыльных бурь, шквалов и смерчей, являющихся источниками поступления твердых аэрозольных частиц в слои ледника г. Белуха.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Olivier S., Blaser C., Brtsch S., Frolova N. (Malygina N.), Gggeler H.W., Henderson K.A., Palmer A. S., Papina T. and Schwikowski M.

Temporal variations of mineral dust, biogenic tracers, and anthropogenic species during the past two centuries from Belukha ice core, Siberian Altai // J. Geophys. Res., 2006, 111, - Р. D05309, doi:10.1029/2005JD005830.

2. Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.), Зинченко Г.С., Папина Т.С.

Влияние региональных атмосферных процессов на формирование слоев пылевого загрязнения в ледниковых отложениях г. Белуха // Метеорология и гидрология. - 2007. - №3 - С. 93-100.

3. Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.), Эйрих С.С., Папина Т.С., Швиковски М. Пространственно-временная оценка изменения уровня загрязнения атмосферы Алтая ртутью по данным послойного анализа высокогорного ледникового керна горы Белухи // Химия в интересах устойчивого развития. – 2008. - № 2 - С. 229–236.

и тезисы докладов на научных конференциях 1. Olivier S., Blaser C., Schwikowski M., Gggeler H.W., Brtsch S., Hendorson K., Palmer A.S., Papina T., Frolova N. (Malygina N.) History of aerosol species over the past two centuries from the Belukha ice core, Siberian Altai // Ann. Rep. Univ. Bern & PSI, 2004. - Р. 2. Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.), Эйрих С.С. Анализ влияния локального ртутного источника при реконструкции атмосферного загрязнения (1940-1991гг.) по керну льда (г. Белуха) // Вопросы горного страноведения: Материалы региональной конференции.

Барнаул, 12 марта 2005 года. – Барнаул: АлтГУ, 2005. - С. 164 - 168.

3. Frolova N. (Malygina N.), Papina T.S. Spatio-temporal analysis of the sources and level of atmospheric pollution in the Altai region using the chemical analysis of an ice core from Belukha glacier // European Research Course on Atmospheres (ERCA) 2007. Grenoble, France. 2007.

4. Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.), Зинченко Г.С., Папина Т.С.

Анализ региональных атмосферных процессов, способствующих формированию слоев пылевого загрязнения в леднике г. Белуха // Аэрозоли Сибири. XIV рабочая группа: Тезисы докладов. Томск:

Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2007. - С. 45.

5. Frolova N. (Malygina N.), Papina T.S. Transport and precipitation of Atmosphere Aerosols (Altai Region as a Case Study) // AIS-2008:

Atmosphere, ionosphere, safety: Book of Abstracts; Supported by Russian Foundation of Basic Research / Editor I. V. Karpov. Kalinigrad, 2008. - Р. 59-61.

6. Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.) История изучения высочайшей вершины Русского Алтая – горы Белухи // География, геоэкология, Международной научной конференции студентов и аспирантов, посвященной 90-летию Днепропетровского национального университета / Под ред. проф. Л.И. Зеленской. - К.: ГНПП «Картография», 2008. - Вып. 5. - С. 361-364.

7. Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.) Высокогорные ледники как источники палеоклиматической информации (на примере изучения Алтая) // Международная конференция «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы современного мерзлотоведения». Материалы. 21-24 апреля 2008 г.

Тюмень. 2008 - С. 362-364.

8. Безуглова Н.Н., Зинченко Г.С., Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.) Влияние меридиональных циркуляционных процессов на формирование условий засушливости на юге Западной Сибири // Контроль и реабилитация окружающей среды: Материалы симпозиума. Под общ. ред. М. В. Кабанова, А. А. Тихомирова. VI Международный симпозиум, Томск, 3-5 июля 2008 г. - Томск:

Аграф-Пресс, 2008. - С. 227.

9. Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.) Высокогорный ледниковый керн как источник палеогеографической информации // Гляциология от Международного геофизического года до Международного полярного года / Тезисы докладов XIV Гляциологического симпозиума (Иркутск, 2-9 сентября 2008 г.). - Иркутск: Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2008. - С.131.

10.Фролова Н.С. (Малыгина Н.С.), Эйрих С.С., Зинченко Г.С. Анализ атмосферных процессов, влияющих на поступление ртути на территорию Алтая (на примере ледника г. Белуха) // Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее. Материалы международной конференции. Часть 2. 22-26 сентября 2008, г.

Горно-Алтайск. – Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2008. - С. 129-131.