Ученые определили основные источники озона в воздухе над Челябинском

Схема двух режимов формирования приземного озона.

© Татьяна Крупнова.

Ученые с помощью спутниковых данных определили содержание диоксида азота и формальдегида — основных источников опасного приземного озона — в атмосфере Челябинска. Оказалось, что в зимний сезон озон формируется преимущественно из оксида азота, который выбрасывается в воздух отопительными предприятиями. В теплое время года источником озона служат в основном летучие органические соединения, образующиеся в результате окисления природных веществ, а также сгорания топлива. Полученные данные помогут разработать эффективные стратегии по очистке воздуха в крупных промышленных центрах России. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса».

Приземный озон считается одним из наиболее опасных загрязнителей атмосферного воздуха. В отличие от своего «собрата», находящегося в высоких слоях атмосферы и защищающего нас от ультрафиолетового излучения, озон, накапливающийся в непосредственной близости от поверхности Земли, вредит здоровью человека. В высоких концентрациях он приводит к заболеваниям дыхательной системы и способствует развитию астмы.

Бороться с озоновым загрязнением сложно, поскольку это соединение не выбрасывается напрямую промышленными предприятиями и выхлопными системами автомобилей. Приземный озон образуется в воздухе в результате реакций между оксидами азота и летучими органическими веществами, которые как раз имеют преимущественно антропогенное происхождение. Поэтому, чтобы контролировать уровень озона в приземных слоях атмосферы, нужно знать, на какие из его источников — оксиды азота или летучие органические соединения (в частности, формальдегид) — в первую очередь нужно обратить внимание.

Ученые из Южно-Уральского государственного университета (Челябинск), Института физико-технических проблем Севера имени В.П. Ларионова СО РАН (Якутск) и Челябинского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Челябинск) определили, как и в каком режиме образуется приземный озон в воздухе на территории Челябинска. Этот город был выбран как пример крупного промышленного центра: здесь расположено несколько металлургических предприятий, а также развита транспортная сеть.

«Мы работали с данными спутника Sentinel-5P, запущенного в 2017 году Европейским космическим агентством с космодрома Плесецк в рамках международной миссии по наблюдению за химическим составом атмосферы с орбиты Земли. На борту этого спутника установлен инструмент TROPOMI, который позволил измерить концентрации ключевых источников озона — диоксида азота и формальдегида. Математически обработанные данные со спутника мы сверяли с наземными замерами, которые получили от Челябинского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Татьяна Крупнова, кандидат химических наук, доцент кафедры «Экология и химическая технология» Южно-Уральского государственного университета.

Ученые вычислили, как менялось соотношение этих веществ в воздухе на протяжении четырех лет — с 2019 по 2022 год. Так, если формальдегида накапливается в воздухе намного больше, чем диоксида азота, это значит, что озон образуется в основном из-за избытка летучих органических соединений и бороться с ним нужно, сокращая их выбросы. Если, напротив, в воздухе содержится преимущественно диоксид азота, значит, проблема в первую очередь в нем.

Оказалось, что количества формальдегида и диокисда азота в воздухе Челябинска меняются в зависимости от сезона. Максимальные уровни диоксида азота наблюдались в зимнее время, что связано с активной работой теплоэлектростанций в отопительный сезон. В летний период количества этого соединения оказались минимальными.

Формальдегид накапливался в атмосфере по противоположной динамике — преимущественно летом. Это связано с тем, что основные его источники — летучие органические соединения, выделяемые растениями. Однако, помимо растений, к образованию формальдегида приводят и выбросы от сжигания топлива, поэтому в зимний период небольшие количества этого соединения также сохранялись. Весной и осенью на образование озона в равной степени влияли как органические соединения, так и оксид азота.

«Важно не просто снижать выбросы оксидов азота и летучих органических соединений, а находить между ними оптимальное соотношение, для каждого города свое. В дальнейшем мы планируем использовать анализ спутниковых данных в другом проекте — чтобы разработать методику для оценки эффективности природоохранной деятельности на территории особо охраняемых территорий по заказу Министерства экологии Челябинской области», — подводит итог Татьяна Крупнова.

Источник: indicator.ru