Суточная динамика в летний период.

Уникальные случаи истощения ртути зафиксированы летом 2003 г. в период с июня по 20 августа включительно. Подобный эффект не характерен для летнего сезона и связан с отсутствием как основного снежного покрова, так и фотохимических реакций, протекающих в приземном слое атмосферы. Необходимо отметить, что в течение лета регистрируются повышенные концентрации ртути вследствие активного испарения различных её форм при интенсивном прогреве поверхности тундры. Тем не менее, было зафиксировано 5 случаев истощения ртути для данного временного периода.

Следует отметить, что для этих случаев характерна общая тенденция. Во время истощения ртути наблюдается понижение значений температуры и относительной влажности. В то же время эти значения варьируются в широком диапазоне (температура:

от 3 до 14,50С; относительная влажность: от 62 до 98%). Для рассчитанных значений коэффициентов корреляции между концентрацией ртути, температурой и относительной влажностью (рис. 7 а,б) был рассмотрен случай с наиболее длительным периодом истощения (34 часа, с 09.08.–11.08.). Получена статистически значимая линейная характеристика, следовательно, для данного случая существует корреляционная зависимость. Большинство значений для рассчитанных парных регрессий находиться в области истощения ртути и минимальные значения концентрации находятся в области температур (от 2,3 до 7,10С) (рис. 7,б). Это указывает на то, что определяющими факторами активизации процессов истощения ртути являются пониженные значения температуры и относительной влажности.

Рис. 7. Парная регрессия для значений концентрации ртути (10.08, 34 часа) в период AMDEs: а) влажности и б) температуры в приземном слое атмосферы; область AMDEs (вертикальная зеленая линия); с) роза ветров (направление – красная и скорость ветра – фиолетовая диаграмма) рассчитанная для данного случая.

Анализ данных направления и скорости ветра показал, что для зарегистрированных случаев истощения ртути наблюдается общая тенденция. Во всех случаях зафиксирован перенос воздушных масс с южного и юго-восточного направлений (рис. 7,с). В этом секторе российской Арктики находится Воркутинский угольный бассейн и установки по сжиганию попутного газа. Соответственно, частицы сажи, образующиеся при сжигании органического топлива, могут служить центрами сорбции ртути, что в дальнейшем приводит к ее выводу из приземного слоя атмосферы и осаждению на подстилающую поверхность.

Суточная динамика в зимний период.

В зимний сезон (декабрь-январь) 2010–2011 г.г. (рис. 8,а) было зарегистрировано максимальное количество пониженных значений ртути (495) и случаев истощения ртути (32 случая), которые до этого времени наблюдались только в зимний сезон 2006–2077 г.г.

(13 случаев). Возможно, выведение ртути из атмосферы было вызвано другими физикохимическими процессами, не связанными с фотохимическими реакциями. В зимний период времени отсутствует прямое солнечное излучение, в связи с этим (в графическом представлении) склонение солнца над горизонтом имеет отрицательное значение (красная линия на уровне оси периода времени). С середины января начинает увеличиваться продолжительность дня, но солнечной энергии недостаточно для активизации фотохимических реакций, т.к. доминирует рассеянная, а не прямая солнечная радиация (рис.8 а, фиолетовая линия). Однако в это время были зарегистрированы случаи истощения ртути. Максимальное количество случаев зарегистрировано в январе 2011 г.

(18 случаев, наибольшая продолжительность – 46 час). Весной, начиная со второй половины марта (рис. 8,б), увеличивается угол склонения солнца над горизонтом и поступающей солнечной энергии достаточно для активизации фотохимических реакций.

Однако весной (март – май) не наблюдается линейной зависимости между увеличением количества солнечной энергии (красная сплошная линия) и количеством случаев истощения ртути (рис. 8,б).

Рис. 8. Количество пониженных значений ртути в течение суток (столбчатая диаграмма), долгота дня (час, фиолетовая линия), и склонение солнца ( - красная линия) над горизонтом: (а) декабрьянварь 2010-2011 г.г. и (б) март-май 2011 г.

Максимальное количество пониженных значений (300) и случаев истощения ртути (21 случай) с максимальной продолжительностью (до 66 часов) было зарегистрировано в апреле, хотя в это время фиксируется не самая высокая интенсивность солнечной радиации. Подобные случаи вывода ртути из приземного слоя атмосферы, и регистрация случаев истощения ртути, предположительно связаны с наличием больших концентраций морского аэрозоля.

Динамика случаев истощения и увеличения ртути.

На основе данных долговременного мониторинга можно получить представление о сложных физико-химических процессах, протекающих в приземном слое атмосферы и на которые потепление в Арктическом регионе оказывает значительное воздействие. Для обозначения случаев, когда в течение длительного времени (не менее 2 часов) в приземном слое атмосферы регистрируются повышенные значения концентрации ртути (> 1,8 нг/м3) аналогично термину «истощения» используется термин «увеличения» ртути (AMEEs -Atmospheric Mercury Enhancement Events – события увеличения атмосферной ртути). В период с 2001 по 2004 г. (рис. 9) для этих случаев были зарегистрированы близкие значения (2001 г. – 58, 2002 г. – 56 и 2003 г. – 54 случая соответственно) что говорит об отсутствии для арктического региона характерной тенденции к уменьшению концентрации в приземном слое атмосферы. В тоже время при расчете длительности случаев увеличения ртути отмечается умеренная тенденция к росту (13 час/год) в летние сезоны (2001–2003 г.г.). Для всех других рассматриваемых сезонов (весна, осень и зима) отмечается динамично понижающая тенденция (-51час/год, -34час/год и -14час/год соответственно). Максимальная длительность периодов увеличения ртути зарегистрирована для весны 2002 г. – 110 часов. В весенние сезоны для случаев истощения ртути наблюдается слабая тенденция к уменьшению (-16 случаев/год). Однако для длительности этих случаев зимой (2002–2003 г.г.) зафиксирована обратная тенденция (+60 час/год). Максимальная длительность истощения ртути зарегистрирована для весны 2003 г. – 111 часов, но максимальное количество случаев истощения (37) получено для весны 2002 г.

Рис. 9. Сезонная динамика AMDEs и AMEEs в период проведения мониторинга (2001 – 2013 г.г., синусоидальная выделенная область); длительность событий AMDEs и AMEEs (столбчатая диаграмма; красный цвет – лето, зеленый – весна, темно-желтый – осень, синий - зима); линейная аппроксимация тренда для длительности AMEEs для весеннего периода времени (зеленая штриховая линия) и AMDEs, для зимнего периода времени (фиолетовая штриховая линия), для всех случаев AMEEs (коричневая штрихпунктирная с двумя точками) и для всех случаев AMDEs (фиолетовая штрихпунктирная с двумя точками).

Для периода 2005–2010 г.г. (точка №2 - 2,5 км от побережья Карского моря) наблюдается тенденция с интенсивно протекающими процессами истощения ртути. Для весенних сезонов с 2005 по 2008 г. при регистрации событий увеличения ртути наблюдается тенденция к росту (18 случаев/год). В то же время весной 2008–2010 г.г.

была зарегистрирована обратная тенденция к резкому уменьшению (-34 случая/год) соответственно. Весной 2008 г. было зафиксировано максимальное количество событий увеличения ртути (80 случаев), что в 1,5 раза больше чем максимальное количество рассчитанное для аналогичного сезона в 2001 г. В то же время ход сезонных значений длительности этих событий для зимнего периода (2005–2008 г.г.) показывает тенденцию к интенсивному росту (60 час/год) и для 2008 г. была отмечена максимальная длительность (213 ч.) событий увеличения ртути. Максимальное значение для этого периода более чем в 4 раза превышает по длительности значение, полученное для периода 2001–2004 г.г. Для случаев истощения ртути ход среднегодовых значений в весенний период 2005–2010 г.г.

показывает незначительную тенденцию к росту (3 случая/год). Максимальное количество случаев истощения зарегистрировано весной 2006 г. (30 случаев), а зимой 2008–2009 г.г.

максимальную длительность (70 ч.). Также необходимо отметить интенсивное увеличение (32 час/год) длительности этих случаев в осенние сезоны (2008–2010 г.г.).

Для случаев увеличения ртути в летние сезоны с июня 2010 по июль 2013 г.

отмечается тенденция к наиболее интенсивному росту (45 случаев/год). Максимальное количество случаев увеличения ртути (75 случаев) зафиксировано в летний сезон 2013 г., но максимальная продолжительность (112 часов) была получена для лета 2011 г. В тоже время для случаев истощения ртути наблюдается тенденция к умеренному росту в весенние сезоны (7 случаев/год) и осенью (5 случаев/год). Для данного периода (2010г.г.) весной 2011 г. было рассчитано максимальное (62) количество случаев истощения. Однако, самое низкое среднее значение концентрации ртути (0,84 нг/м3) за весь 12 летний период наблюдений получено для весны 2013 г. Следует отметить, что для зим (декабрь – февраль 2012–2013 г.г.) впервые было зафиксировано увеличение событий истощения ртути и рассчитано максимальное значение (31 случай). Для весны 2013 г.

обращает на себя внимание резкое увеличение (до 145 час.) длительности этих событий во время истощения. Это в 5 раз больше чем для аналогичного периода в 2006 г. (31 час.) и в 10 раз больше чем было зарегистрировано для периода мониторинга в точке №1 (2001– 2004 г.г.). Данные (для периода 2010–2013 г.г.) подтверждают тенденцию к смещению процессов истощения ртути в область зимних сезонов, что приводит к возникновению дополнительного фактора осаждения ртути в различные экосистемы Арктики. Однако, для случаев увеличения ртути зарегистрировано смещение с весенних в летние сезоны. Также, зимой 2010–2013 г.г. отмечается тенденция к увеличению количества событий истощения ртути (в 8 раз возросла интенсивность по сравнению с предыдущими годами).

Необходимо также отметить тенденцию к увеличению (более чем в 2 раза) случаев истощения ртути в летние и осенние сезоны (2010–2013 г.г.) относительно всего периода мониторинга (2001–2013 г.г.). Подобная динамика ртути может вызвать дополнительное, как минимум двукратное увеличение поступления ртути в различные экосистемы российской Арктики.

Сезонная динамика количества случаев повышенных и пониженных значений концентрации ртути.

Результаты статистической обработки данных мониторинга (с июня 2001 по май 2013 г.г.) для двух диапазонов значений концентрации ртути ( 1,8 нг/м3 – повышенные и < 1,0 нг/м3 – пониженные концентрации) позволили выделить три временных периода.

Для первого периода с июня 2001 по март 2004 г. наблюдается тенденция, когда количество повышенных значений концентрации ртути остаётся практически на одном уровне (см. рис. 10), особенно в весенне-летние сезоны 2002–2003 г.г., что характерно для динамики ртути в средних широтах. Необходимо отметить, что зимой не были зафиксированы пониженные значения концентрации ртути. Однако весной 2002–2003 г.г.

отмечается умеренная тенденция к незначительному уменьшению (-38 случаев/год) случаев с пониженными концентрациями. В то же время в весенние и осенние сезоны было зафиксировано незначительное количество пониженных значений концентрации ртути.

Рис. 10. Сезонная динамика повышенных (Nmax - 1,8 нг/м3) и пониженных (Nmin - < 1,0 нг/м3) значений концентрации ртути в период проведения мониторинга (столбчатая диаграмма);

количество значений Nmax и Nmin (столбчатая диаграмма; красный цвет – лето, зеленый – весна, темно-красный – осень, синий - зима); линейная аппроксимация тренда для максимальных (Nmax) в весенний период времени (зеленая штриховая линия) и пониженных (Nmin), в зимний период времени (темно-зеленая штриховая линия), и для повышенных (Nmax) в период с 2009 по 2012 г.

(красная штриховая линия).

Второй и наиболее длительный период мониторинга (2005–2010 г.г.) можно охарактеризовать как более динамичный, чем предыдущий период. Для весенних сезонов 2005–2008 г.г. наблюдалось устойчивое увеличение (117 случаев/год) количества повышенных значений концентрации ртути. Следует отметить, что в 2008 г. было зарегистрировано максимальное (724) число таких случаев. Динамика в летние сезоны 2005–2009 г.г. показывает тенденцию к уменьшению (-81 случай/год) количества случаев повышенных значений. Однако для зим 2006–2009 г.г. прослеживается тенденция к их увеличению (137 случаев/год), достигая максимального количества случаев (556) в зимний сезон 2008–2009 г.г. В тоже время для пониженных значений концентрации ртути в весенние сезоны была зарегистрирована следующая динамика: 2005–2007 г.г.

отмечается тенденция к уменьшению (-42 случая/год), однако в 2007–2010 г.г.

зафиксирована тенденция к росту (116 случаев/год) этих событий. При этом в 2009 г.

зарегистрировано максимальное (711) число таких случаев.

Третий период (с июня 2010 по июль 2013 г.г.) можно охарактеризовать как наиболее динамичный по отношению ко всему периоду мониторинга. Анализатор был установлен на расстоянии около 200 м от побережья Карского моря. В 2010–2012 г.г.

основной повышающий тренд связан с регистрацией большого количества ( случаев/год) повышенных значений концентрации ртути в летние сезоны. В 2012 г. было зарегистрировано максимальное (1197) для всего периода мониторинга количество подобных значений (рис. 10). Столь интенсивный рост связан с тем, что над местом проведения измерений прошло вулканическое облако активно действующих в это период времени вулканов Eyjafjallajkull и Grmsvtn (Исландия). Для весенних (-5 случаев/год) и осенних (-61 случай/год) сезонов отмечается тренд на понижение. В зимние месяцы повышенные значения концентрации ртути не регистрировались. Однако для периода (2010–2013 г.г.) отмечается резкое увеличение количества пониженных значений концентрации ртути и был зафиксирован повышающий тренд для следующих сезонов:

весеннего (179 случаев/год), летнего (58 случаев/год), осеннего (52 случая/год) и зимнего (23 случая/год) соответственно. Весной 2013 г. для минимальных значений концентрации ртути зарегистрировано максимальное количество эпизодов (1155), что является абсолютным максимумом для всего периода мониторинга.

Межгодовая изменчивость концентрации ртути.

Результаты долговременного мониторинга ртути в атмосфере российской Арктики показали, что различные процессы, которые приводят к эффекту уменьшения концентрации ртути в атмосфере, связаны как с природными явлениями, так и с антропогенной деятельностью. На (рис. 11) представлен ход среднегодовых максимальных, средних и минимальных значений концентрации ртути в период наблюдений с 2001 по 2013 г. в районе п. Амдерма. Средние значения концентрации ртути в приземном слое атмосферы составили: 2001–2004 г.г. – 1,65 ± 1,91 нг/м3; с апреля по июнь 2010 г.г. – 1,48 ± 0,39 нг/м3 и с июня 2010 по октябрь 2013 г.г. – 1,38 ± 0,84 нг/м3.

Наблюдаемые концентрации элементарной ртути в приземном воздухе соответствуют глобальным фоновым уровням для арктических регионов (1,5–1,7 нг/м3) и наблюдается устойчивый тренд на уменьшение концентрации ртути. Аналогичная тенденция изменения концентрации ртути в атмосфере наблюдались на полярной станции «Алерт»

(Канада) и полярной станции «Барроу» (США) на Аляске.

Рис.11. Среднегодовые максимальные, средние и минимальные значения концентрации ртути в период наблюдений с 2001 по 2013 г. в районе п. Амдерма.

Максимальное значение зарегистрировано для зимнего сезона 2001 г. (75,5 нг/м3). В летние периоды времени в 2003 г. и 2007 г. зарегистрированы повышенные значения концентрации ртути 17,1 нг/м3 и 14,5 нг/м3 соответственно. Особо следует отметить зарегистрированное летом 2013 г. повышенное значение концентрации ртути 94,5 нг/м3наибольшее относительно всего долговременного периода наблюдений. Динамика средних значений концентрации ртути, рассчитанная для всего периода проведения мониторинга (с июня 2001 по май 2013 г.), показывает устойчивый отрицательный тренд (-0,4 нг/м3/период). Динамика минимальных значений показывает незначительный отрицательный тренд (-0,17 нг/м3/период). На фоне устойчивой тенденции уменьшения концентрации ртути в приземном слое атмосферы и за счет увеличения числа случаев истощения происходит интенсивное осаждение ртути на подстилающую поверхность. Для этих событий рассчитан положительный тренд (11 AMDEs/2001–2013), что подтверждает изменения, происходящие в приземном слое атмосферы российской Арктики, вызванные климатическими факторами.

Максимальное количество случаев истощения ртути зарегистрировано в 2012 г.

(131 случай), но необходимо учесть, что только за весенний период 2013 г. было зарегистрировано 58 случаев истощения и возможно в 2013 г. количество этих случаев будет зафиксировано большее, чем в 2012 г. Учитывая, что истощение является основным процессом вывода ртути из атмосферы, приходится констатировать на основании анализа полученных данных, что в последние годы резко возросло поступление ртути в растительность, и различные биологические объекты в высоких широтах Арктики.

Для более полного понимания процессов глобального поступления ртути необходимо учитывать и вклад речных систем северного полушария, но эти процессы еще до конца не изучены и представлены только модельными оценками.

Динамика метеорологических параметров Анализ долговременного ряда значений температуры воздуха в приземном слое атмосферы за весь период наблюдений (рис. 12,а) показал, что положительный тренд характерен как для средних значений температуры (0,220С/год), так и для минимальных значений (0,040С/год). В 5,5 раз быстрее происходит увеличение средних значений температуры относительно минимальных значений. Это свидетельствует о повышении температуры в приземном слое атмосферы российской Арктики.

Рис. 12. (а) Временной ряд значений температуры (T0C) и (б) влажности (RH%) (линейная апроксимация тренда минимальных значений температуры – штриховые линии и влажности – штрих-пунктирны линии, линейная апроксимация тренда максимальных значений температуры точечная линя и влажности - штрих-пунктирные линии) для всего периода измерений, с июня по май 2013 г.

Следует отметить повышение температуры в 2012 г., и подобная динамика была зарегистрирована в 2003 г. и в 2008 г. Однако для максимальных значений температуры наблюдается отрицательный тренд (-0,180С/год). Анализ временного ряда значений относительной влажности воздуха в приземном слое атмосферы показывает аналогичную тенденцию (рис. 12,б). Наблюдается положительный тренд для средних значений относительной влажности (0,5%/год) и еще более интенсивное увеличение для минимальных значений. В то же время для максимальных значений относительной влажности зафиксирован незначительный положительный тренд. Таким образом, на протяжении всего периода наблюдений количество влаги в воздухе арктических районов увеличивается, что характерно для периодов потепления.

В пятой главе на основании расчета обратных траекторий с использованием модели HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model) были определены области, где могли находиться вероятные источники загрязнения ртути, как в средних широтах, так и в области полярного круга. Для случаев, когда были зарегистрированы большие концентрации ртути в приземном слое атмосферы в период активной фазы извержения вулканов в Исландии (2011 и 2012 г.) были построены обратные траектории.

Анализ единичных случаев с высокими значениями концентрации.

ртути. Для этого применяется метод траекторного моделирования с расчетом обратных траекторий. Большие значения концентрации атмосферной ртути, для всего периода наблюдений (2001–2013 г.г.), можно соотнести с переносом воздушных масс из областей, где расположены антропогены или природные источники ртути (рис. 13). Они могут находиться как непосредственно за полярным кругом, так и в средних широтах. Оценка поступления ртути из южных широт, а также из антропогенных и природных источников в Арктику, была сделана на базе построения обратных траекторий с использованием метеорологических данных реанализа REANALYSIS CDC1, и модели HYSPLIT.

При проведении модельных оценок возможно исследование воздушного переноса от различных географических регионов до п. Амдерма, (Югорский п-ов). Цели состоят в том, чтобы определить: (i) Вероятность и продолжительность атмосферного переноса из различных потенциальных источников до станции измерения в районе п. Амдерма; (ii) Временное (год, сезонный, ежемесячно) и пространственное (на разных высотах в пограничном слое атмосферы) распределение атмосферной ртути в воздушном потоке во время переноса; (iii) Определение регионов и источников, которые вносят наибольший вклад в загрязнение арктических территорий; (iv) Роль воздушных масс в ежемесячном и ежегодном потоке, и роль атмосферной ртути в этом атмосферном переносе.

25 января 2002 г., были зарегистрированы повышенные значения концентрации ртути и для этого эпизода (рис. 13,а) были построены обратные траектории с различным вертикальным профилем. На основе траекторий можно предположить, что вероятный источник в данном случае, может находиться как в районе Норильского металлургического комбината, так и на п-ове Ямал, где происходит интенсивное сжигание попутного газа. Построенные обратные траектории для второго случая (4 апреля 2002 г.) (рис.13,б) показывают, что вероятный источник поступления ртути в Арктику может находиться на Кольском п-ове, где расположены промышленные предприятия.

Считается, что траектория атмосферного переноса представляет наиболее вероятную историю движения предполагаемого загрязнителя по истечении некоторого временного промежутка. Это можно представить как модельную оценку ветровой характеристики при перемещении воздушных масс как в случае с прогнозом, так и в случае построения обратной траектории перемещения для выбранной точки и местоположения.

Эпизоды вулканической деятельности.

Анализ данных долговременного мониторинга ртути показал, что в течение 2001 – 2013 г.г., за исключением последних трех лет (2010 – 2013 г.г.), наблюдается тенденция к снижению концентрации ртути в приземном слое (рис. 14,a). При этом среднее значение концентрации за весь период наблюдения составляет 1,49±0,45 нг/м3. В то же время для периода с 2010 по 2012 г. характерно увеличение концентрации и её значительная вариабельность, но в период с 2001 по 2009 г. наблюдалась устойчивая тенденция к уменьшению концентрации ртути.

Рис. 14. Сезонная динамика долговременного мониторинга (2001 – 2012 г.г.) концентрации атмосферной ртути в приземном слое атмосферы на полярной станции; линейные тренды для периодов: (a) 2001 – 2012 г.г., (b) 2001 – 2009 г.г., и (c) 2010 – 2012 г.г.

Следует отметить, что наибольшее среднее значение концентрации ртути составило 1,67±0,31 нг/м3 (2001 г.) и наименьшее 1,32±0,31 нг/м3 (2009 г.). Для периода времени (2001–2009 г.г.) наблюдался отрицательный тренд концентрации ртути (-0, нг/м3/год) (рис. 14,b), однако, для периода (2010–2012 г.г.) наблюдается значительная положительная динамика поведения ртути в приземном слое атмосферы и высокая вариабельность (рис. 14,c). В 2010 г. среднее значение концентрации составило 1,43±0, нг/м3, а в 2012 г. - 1,55±0,7 нг/м3 соответственно. Впервые за последние годы для периода времени (с 2010 по 2012 г.) зарегистрирован положительный тренд (+0,04 нг/м3/год).

Данный факт объясним, если принять во внимание, что вулканическое облако как в одном, так и в другом случае (извержение вулкана Eyjafjallajkull (2010 г.) и вулкана Grmsvtn (2011 г., Исландия)) прошло над местом проведения мониторинга ртути.

Соответственно, зарегистрированное увеличение концентрации ртути является следствием дальнего атмосферного переноса в полярную область российской Арктики вулканического облака состоящего из газов и аэрозоля. Для детального изучения этого явления были проанализированы полученные данные во время активных фаз извержений вулканов Eyjafjallajkull и Grmsvtn (Исландия). Отметим что в период извержения вулкана Eyjafjallajkull с марта по май 2010 г. наблюдалось постепенное повышение средних значений концентрации ртути (0,22 нг/м3/3 мес) (рис. 15,б), что в четыре раза выше при сравнении с тем же периодом для 2009 г., (-0,66 нг/м3/3 мес) (рис. 15,а).

Рис. 15. Динамика поведения концентрации ртути за период (март - май): a) 2009 г., б) 2010 г., в) за период март - июнь 2011 г. в периоды активных фаз извержения вулканов: б) Eyjafjallajkull, в) Grmsvtn (серые прямоугольники) и в период атмосферного переноса вулканического облака над Югорским полуостровом (красные прямоугольники);

В то же время существует общая тенденция повышения концентрации ртути в весенний период времени, однако до 2010 г. подобной положительной динамики не наблюдалось. Также с апреля по май 2010 г. (рис.15,б) была зарегистрирована высокая вариабельность, = ± 0,52 нг/м3. Анализ данных (с 2001 по 2012 г.) показал, что в апреле наибольший положительный тренд зафиксирован в 2010 г., (+0,92 нг/м3/мес) и похожая динамика наблюдалась в 2005 г., а наибольший отрицательный тренд рассчитан для г., (-0,88 нг/м3/мес). Возрастание концентрации ртути было отмечено в мае - июне 2011 г.

(рис. 15,с). Положительный тренд для этого периода времени составил +0,49 нг/м3/мес (наибольший в течение всего периода наблюдений), в то же время была зафиксирована и высокая вариабельность = ±0,53 нг/м3, а для 2006 г. был рассчитан наибольший предположить, что повышенные концентрации ртути, наблюдаемые на полярной станции «Амдерма» в период с апреля по май 2010 г. являются следствием дальнего атмосферного переноса вулканического облака. Оно могло образоваться во время активной фазы извержения вулкана Eyjafjallajkull (рис. 15,б; серый прямоугольник) и состоять из газообразных компонентов и аэрозольных фракций. Повышение концентрации ртути в мае-июне 2011 г. также являются следствием переноса облака образовавшегося в период активной фазы извержения вулкана Grmsvtn (рис.17,в; серый прямоугольник).

Для периодов времени, когда регистрировались повышенные концентрации, были построены обратные траектории, что дает возможность определить происхождение воздушных потоков приходящих к месту измерения атмосферной ртути (рис. 18 а,б).

Рассчитанные обратные траектории показывают, что источником поступления ртути в полярную область российской Арктики и вследствие этого регистрация высоких концентраций могут являться действующие вулканы в Исландии. Следовательно, осажденная на частицах аэрозоля ртуть может повлиять на увеличение концентрации ртути как в месте проведения измерений (полярная станция «Амдерма») так и в целом за полярным кругом северного полушария.

Регистрация высоких концентраций ртути в 2010 г. и 2011 г. определялась дальним атмосферным переносом в основном с северо-западного направления, однако необходимо отметить, что в этом секторе российской Арктики нет потенциальных источников ртути (рис. 16). Следовательно, в арктический регион могло происходить поступление различных форм ртути только за счет дальнего атмосферного переноса в период активной фазы извержения вулканов Eyjafjallajkull и Grmsvtn, что и было впервые зарегистрировано в процессе проведения долговременного мониторинга на полярной станции «Амдерма».

ВЫВОДЫ

2. Анализ многолетних (2001– 2013 г.г.) данных мониторинга показал, что зафиксированы случаи истощения ртути на полярной станции «Амдерма». Это коррелирует с наблюдениями, полученными на Арктических международных полярных станциях «Алерт» (Канада) и «Ню Олесунн» (Норвегия). Зарегистрировано увеличение интенсивности истощения ртути (для 2010–2013 г.г. относительно периода 2001– г.г.): в 2 раза для весеннего, в 3 раза для летнего и в 8 раз для зимнего периода. В тоже время отмечается сезонное смещение интенсивности истощения ртути с весеннего в зимний а для случаев увеличения ртути с весеннего в летний сезон. Следует отметить что, подобные процессы могут проявляться за счет изменений климатических условий происходящих в российской Арктике.

3. Зафиксировано изменение концентрации и интенсивности процессов истощения ртути при различном удалении анализатора от береговой линии Карского моря.

Подтверждено, что процессы истощения ртути активно протекают только в узкой области вдоль береговой полосы арктических морей с незначительным расширением этой зоны (около 10 км), как в сторону суши, так и в сторону открытого моря.

4. Показано, что метеорологические величины, такие как температура воздуха, относительная влажность и скорость ветра существенно влияют на процессы истощения ртути в приземном слое атмосферы как в весенне-летний сезон во время максимальной солнечной активности, так и в период полярной ночи при полном отсутствии солнечной радиации и фотохимических реакций.

5. Впервые в российской Арктике зарегистрировано влияние природных источников на динамику ртути за счет дальнего атмосферного переноса. Применение метода траекторного моделирования с расчетом обратных траекторий подтверждает предположение о том, что увеличение концентрации ртути в приземном слое атмосферы в 2010 г. и 2011 г. было вызвано прохождением вулканического облака через Югорский п-ов, в период интенсивного извержения вулканов Eyjafjallajkull и Grmsvtn (Исландия).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статьи в изданиях перечня ВАК РФ по теме диссертации:

1. Коноплёв А.В., Панкратов Ф.Ф., Рычков А.М. Уменьшение концентраций ртути в атмосфере российской Арктики весной // Метеорология и Гидрология. – 2005 г., № 9., 2. Панкратов Ф.Ф., Махура А., Кац О.В., Коноплев А.В. Анализ данных долговременного мониторинга концентрации атмосферной ртути и метеовеличин на полярной станции Амдерма // Метрология и гидрология. – 2013 г., № 6., с. 56 - 67.

3. Pankratov F., Mahura A., Reiersen L.O., Steffen A., Wilson S. Elevated atmospheric mercury at the Russian polar station Amderma during Icelandic volcanoes’ eruption // Journal of Atmospheric Environment. – 2013 (в редакции).

Другие публикации:

4. Коноплев А.В., Панкратов Ф.Ф. Мониторинг элементарной ртути в атмосферном воздухе российской Арктики // Экспедиционная деятельность в рамках Международного Полярного Года 2007/08. Экспедиция 2008 г. – Санкт-Петербург, ААНИИ. – 2009 г. – Том 2., с. 120 - 121.

5. Панкратов Ф.Ф., Коноплев А.В. Зависимость событий истощения атмосферной ртути на полярной станции Амдерма от сезонных изменений метеорологических параметров // Материалы международного симпозиума «Ртуть в биосфере: Эколого-геохимические аспекты», 7-9 сентября 2010 г. – М., ГЕОХИ РАН. – 2010 г., с. 61 – 66.

6. Коноплев А.В., Панкратов Ф.Ф. Долговременный мониторинг атмосферной ртути в атмосферном воздухе Российской Арктики // Материалы международного симпозиума «Ртуть в биосфере: Эколого-геохимические аспекты», 7-9 сентября 2010 г. – М., ГЕОХИ РАН. – 2010 г., с. 114 – 119.

7. Панкратов Ф.Ф., Коноплев А.В. Мониторинг ртути в атмосферном воздухе российской Арктики // Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за г. – М., Росгидромет, 2011 г., с. 175 - 176.

8. Панкратов Ф.Ф. Мониторинг ртути в атмосферном воздухе российской Арктики // Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2011 г. – М., Росгидромет, 2012 г., с. 236 - 239.

9. Панкратов Ф.Ф. Мониторинг ртути в атмосферном воздухе российской Арктики // Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2012 г. – М., Росгидромет, 2013 г., с. 166 - 168.

Материалы и тезисы конференций 10. Панкратов Ф.Ф. Коноплев А.В. Исследование эффекта уменьшения концентрации атмосферной ртути в атмосфере российской Арктики // Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды, 28 июня – 6 июля: Труды конференции. – г. Томск, ENVIROMIS, 2008 г.

http://www.scert.ru/enviromis/2008/presentation/Presentation/Conference/Session_7._Environment_a nd_Climatic_Change_Assessment_and_Modeling/Short_reports/4-Pankratov.pdf 11. Коноплев А.В., Панкратов Ф.Ф. Исследование эффекта уменьшения атмосферной ртути в атмосфере российской Арктики // Научная конференции «Вклад России в МПГ», 2-8 октября 2008 г.: Тез. докл. – г. Сочи, 2008., с. 98.

12. Панкратов Ф.Ф., Коноплев А.В. Влияние температуры на уменьшение концентрации атмосферной ртути весной в атмосфере российской Арктики // Сборник трудов по материалам молодежной школы-конференции в рамках III Международного Полярного Года (МПГ) «Изменение климата как глобальная экологическая проблема» 11-14 ноября 2008. СПб., изд. РГГМУ, 2008 (УДК 551.583: 502.1 (063)).

13. Панкратов Ф.Ф., Махура А., Кац О.В., Коноплев А.В. Динамика элементарной ртути в приземном слое атмосферы российской Арктики и во время извержения вулкана Eyjafjallajkull в Исландии // Школа молодых ученых и международная конференция по вычислительноинформационным технологиям для наук об окружающей среде “CITES-2011”, 3 – 12 июля г.: Тез. докл. и постер. – г. Томск, 2011. – http://www.scert.ru/conferences/cites/2011/presentation/ ConferenceEng.html 14. Konoplev A., Pankratov F., Lars-Otto R., Steffen A., Simon W. Monitoring of mercury of ambient air of the Russian Arctic impact of Eyjafjallajokull volcano eruption // Synopsis and Poster 10th International Conference on Mercury as a Global Pollutant, July 24-29, 2011. Halifax, Nova Scotia, Canada: RS1-P2, P. 168.

15. Pankratov F., Mahura A., Katz O., Konoplev A. Long-term continuous monitoring of GEM in the ambient air on the Russian Arctic. Impact of the Eyjafjallajkull and Grimsvtn volcanic eruptions in Iceland. // Synopsis and Poster, Boundary Layers in High Latitudes: Physical and Chemical Processes Including Atmosphere-Ice Chemical Interactions (AICI). European Geosciences Union General Assembly 2012. April 22-27, 2012, Vienna, Austria: Abstract. http://meetingorganizer.copernicus.org /EGU2012/poster_programme/9022/XY130/EGU2012- 16. Pankratov F., Mahura A., Lars-Otto R., Steffen A., Simon W. Impact of Icelandic volcanoes eruptions on background mercury concentration levels in the Russian Arctic // Synopsis and Poster 11th International Conference on Mercury as a Global Pollutant, 28th July -2nd August, 2013. Edinburg, Scotland: Abstract.

Публикации не по теме диссертации:

17. Попов В.Е., Моршина Т.Н., Семёнова И.В., Панкратов Ф.Ф., Дородонова Ю.А., Самолазова А.В. Оценка минеральных ресурсов Калужской области в качестве компонентов органоминеральных сорбентов для реабилитации загрязненных 137Cs территорий // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. – Калуга:

Издательский дом «Эйдос». – 2007. – Вып. 12, с. 364-377. http://www.science-kaluga.ru/books /?content=article&id= 18. Семенова И.В., Булгаков А.А., Коноплев А.В., Попов В.Е., Алексеева Л.Б., Панкратов Ф.Ф.

Оценка выноса загрязняющих веществ с водосбора реки Печеры в Северный Ледовитый океан при возможных изменениях климата // Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды, 28 июня – июля: Труды конференции. – г. Томск, ENVIROMIS, 2008. http://www.scert.ru/enviromis /2008/presentation/Presentation/Conference/Session_5.Hydrology_and_Climate/Oral_reports/4Semenova.pdf 19. Семенова И.В., Коноплев А.В., Марков М.Л., Попов В.Е., Панкратов Ф.Ф.. Оценка выноса загрязняющих веществ в Северный Ледовитый океан с водосбора реки Северная Двина // Проблемы гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды / Обнинск: ГУ «ВНИИГМИМЦД», 2010 г. – Том II., с. 200–217.

20. Konoplev A., Gusarov A., Il’echeva N., Lee S.D., Maslova K., Pankratov F., Popov V., Stepina I.

Fate and transport of radiocesium, radioostronceum and radiocobalt in urban building materials // INSINUME-2012, 6th International symposium on in situ nuclear metrology as a tool for radioecology, Brussels, Belgium, June 11-15, 2012. Abstract. – Brussels, 2012., P. 45.

21. Maslova K., Stepina I., Konoplev A., Popov V., Gusarov A., Pankratov F., Lee S.D., Il’echeva N.

Fate and transport of radiocesium, radioostronceum and radiocobalt in urban building materials // Journal of Environmental Radioactivity. – 2013, http://dx.doi.org/10.1016/ j.jenvrad.2013.01.

ДИНАМИКА АТМОСФЕРНОЙ РТУТИ В РОССИЙСКОЙ АРКТИКЕ ПО

РЕЗУЛЬТАТАМ ДОЛГОВРЕМЕННОГО МОНИТОРИНГА