ДИНАМИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ГОРОДЕ ЕКАТЕРИНБУРГЕ: 20 ЛЕТ МОНИТОРИНГА ДИОКСИДА СЕРЫ И ДИОКСИДА АЗОТА

DYNAMICS OF ATMOSPHERIC AIR POLLUTION IN YEKATERINBURG: 20 YEARS OF MONITORING OF SULFUR DIOXIDE AND NITROGEN DIOXIDE

Khalikova Alina Yurievna

Student, Ural State Forestry University, Russia, Ekaterinburg

Kupchinskaya Elena Vyacheslavovna

Scientific supervisor Associate Professor, Candidate of Sciences chem. sciences, Ural State Forestry University, Russia, Ekaterinburg

Аннотация. В статье представлены результаты многолетнего мониторинга среднегодовых концентраций диоксида серы и диоксида азота в атмосферном воздухе города Екатеринбурга за двадцатилетний период. На основе данных сети пунктов наблюдения (ПНЗ) проведен сравнительный анализ изменения техногенной нагрузки города Екатеринбург.

Abstract. The article presents the results of long-term monitoring of average annual concentrations of sulfur dioxide and nitrogen dioxide in the atmospheric air of the city of Yekaterinburg over a twenty-year period. Based on the data of the network of observation points (PNZ), a comparative analysis of changes in the technogenic load of the city of Yekaterinburg is carried out.

Ключевые слова: сеть мониторинга атмосферного воздуха, посты наблюдения, диоксид азота, диоксид серы.

Keywords: atmospheric air monitoring network, observation posts, nitrogen dioxide, sulfur dioxide.

Одной из наиболее актуальных экологических угроз для современных мегаполисов выступает деградация качества атмосферного воздуха. Особую опасность в структуре техногенных выбросов представляют диоксиды серы и азота. Высокая реакционная способность и токсичность данных соединений обуславливают их комплексное поражающее воздействие не только на здоровье населения, но и на состояние природных экосистем. Екатеринбург, как ведущий индустриальный узел Уральского региона, подвергается интенсивному «антропогенному прессингу». Промышленный профиль города формируют предприятия металлургии, энергетического комплекса, машиностроения и химического производства. Параллельно с индустриальной нагрузкой фиксируется непрерывный рост интенсивности транспортных потоков. Совокупность этих факторов создает уникальную динамику загрязнения воздушной среды, что диктует необходимость непрерывного мониторинга и глубокой аналитической работы. Представленное исследование базируется на массиве данных государственного экологического контроля, осуществляемого специалистами ФГБУ «Уральское УГМС». Временной горизонт анализа охватывает два десятилетия (2004–2024 гг.). Определение концентраций многих вредных примесей в атмосфере производится лабораторными методами. Отбор проб осуществляется путем аспирации определенного объема атмосферного воздуха через поглотительный прибор, заполненный жидким или твердым сорбентом для улавливания вещества, или через аэрозольный фильтр, задерживающий содержащиеся в воздухе частицы. Определяемая примесь из большого объема воздуха концентрируется в небольшом объеме сорбента или на фильтре. Параметры отбора проб, такие как расход воздуха и продолжительность его аспирации через поглотительный прибор, тип поглотительного прибора или фильтра, устанавливаются в зависимости от определяемого вещества. При наблюдениях за уровнем загрязнения атмосферы используются следующие режимы отбора проб: разовый, продолжающийся 20 – 30 мин; дискретный, при котором в один поглотительный прибор или на фильтр через равные промежутки времени в течение суток отбирают несколько (от 3 до 8) разовых проб, и суточный, при котором отбор в один поглотительный прибор или на фильтр производится непрерывно в течение суток. В нашем исследовании производились разовые отборы. Отбор проб атмосферного воздуха осуществляется на стационарных или передвижных постах, укомплектованных оборудованием для проведения отбора проб воздуха и автоматическими газоанализаторами для непрерывного определения концентраций вредных примесей. Одновременно с проведением отбора проб непрерывно измеряются скорость и направление ветра, температура воздуха, атмосферное давление, фиксируется состояние погоды и подстилающей поверхности почвы [2]. Количество стационарных постов наблюдений за состоянием атмосферного воздуха Екатеринбурга на данный момент представлено всего 8 единицами. В основном, в городах устанавливаются посты наблюдений трех категорий: стационарные, маршрутные, передвижные (подфакельные). Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. В г. Екатеринбург все 8 постов государственной наблюдательной сети являются стационарными (рис. 1). Ответственным за сеть является ФГБУ «Уральское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Наблюдения выполняются в соответствии с требованиями «Руководства по контролю загрязнения атмосферы» [2].

Рисунок 1. Карта-схема расположения сети мониторинга в г. Екатеринбург

В зависимости от расположения и доминирующего источника техногенного воздействия, пунктам мониторинга присваиваются дополнительные категории: автотранспортные, промышленные, а также городские или региональные фоновые. В структуре наблюдательной сети Екатеринбурга выделяются две основные группы объектов. К «промышленным» (посты №1–5 и №9 на рис. 1) относятся пункты, размещенные в зонах влияния крупных индустриальных площадок. «Автотранспортную» категорию представляют посты №8 и №14, локализованные вблизи наиболее загруженных городских магистралей. Стоит отметить, что подобное разделение является в определенной степени условным. Плотная городская застройка, специфика дорожной сети и близость производственных мощностей к жилым кварталам зачастую создают смешанный фон загрязнения, что затрудняет однозначную идентификацию ключевого источника для конкретного поста. Динамика изменения среднегодовых концентраций диоксида азота и диоксида серы по каждому из указанных пунктов представлена в таблице ниже.

Таблица 1.

Среднегодовые концентрации по диоксиду азота и диоксиду серы за 2004-2024 года

Рисунок 2. Динамика годовых концентраций диоксида азота в атмосферном воздухе в г. Екатеринбург ( ПНЗ 1-4)

Рисунок 3. Динамика годовых концентраций диоксида азота в атмосферном воздухе в г. Екатеринбург ( ПНЗ 5, 8, 9, 14)

В течение всего исследуемого периода (2004–2024 гг.) среднегодовые значения на всех пунктах наблюдения за загрязнением оставались ниже уровня максимально разовой ПДК. Максимальные зафиксированные значения не превышали 1300 мг/м³, что обозначает отсутствие критических превышений норматива по диоксиду азота в долгосрочной динамике. Наблюдаются два выраженных пика загрязнения — в 2008 и 2013 годах, когда средние значения на ПНЗ №8 и №9 достигали своего максимума. После 2013 года прослеживается устойчивое снижение показателей. Межгодовая амплитуда колебаний сужается, а средние значения на большинстве постов стабилизируются в одном диапазоне. В 2023 году были отмечены самые низкие концентрации за 20 лет, предполагаемые причины этому сочетание благоприятных метеорологических условий, способствующих рассеиванию примесей и системное снижение транспортной нагрузки на улично-дорожную сеть города после ввода в полную эксплуатацию Екатеринбургской кольцевой автодороги (ЕКАД) в 2022 году. За исследуемый период в Екатеринбурге достигнуто радикальное снижение содержания  в атмосферном воздухе диоксида азота. На 2024 год качество воздуха по данному показателю характеризовалось как высокое, при этом центральные районы остались зонами повышенного внимания, так как они имеют низкую проветриваемость, в это же время районы с открытым ландшафтом и водными объектами демонстрируют максимальную экологическую устойчивость.

Рисунок 4. Динамика годовых концентраций диоксида серы в атмосферном воздухе в г. Екатеринбург (ПНЗ 1-4)

Рисунок 5. Динамика годовых концентраций диоксида серы в атмосферном воздухе в г. Екатеринбург (ПНЗ 5, 8, 9, 14)

За 20 лет наблюдений не было превышений по ПДК ни по одному ПНЗ. Атмосферный воздух Екатеринбурга по показателю «диоксид серы» характеризуется высоким уровнем чистоты. Риск развития патологий, связанных с воздействием серы, для населения города на основе этих данных оценивается как пренебрежимо малый. Возможно, такая ситуация сложилась с переходом города на природный газ, так как выделение SO₂ — это в первую очередь продукт сжигания угля и серосодержащего мазута. По текущим данным за 20-летнего наблюдения за диоксидом азота и серы можно сделать вывод, что менее благоприятными районами являются центральные, а именно ПНЗ 8 и 9 (районы южного и северного автовокзалов). Пересечение магистралей общегородского транспорта и близость автовокзалов создают сверхвысокую плотность потока, в том числе дизельного транспорта. Плотная многоэтажная застройка в данном районе препятствует горизонтальному проветриванию. При неблагоприятных метеоусловиях вредные примеси остаются в приземном слое атмосферы, что приводит к локальным всплескам концентраций. Благоприятная экологическая обстановка в районах ПНЗ №3 и №14 объясняется их наветренным географическим положением и высокой долей естественных ландшафтов. Лесные массивы и водные объекты здесь служат эффективными барьерами, которые предотвращают накопление диоксидов азота и серы, поддерживая концентрации выбросов на приемлемых уровнях даже в условиях интенсивной урбанизации. Вопреки стереотипам, район ПНЗ №2 (Уралмаш) характеризуется относительно низким уровнем атмосферного загрязнения. Это объясняется эффективным рассеиванием промышленных газов в верхних слоях атмосферы и благоприятным аэрационным режимом территории. Наличие развитого «зеленого щита» и специфика ветрового переноса позволяют поддерживать качество воздуха на Уралмаше на более высоком уровне, чем в районах с интенсивным движением транспорта и плотной центральной застройкой. На текущий момент атмосферная среда Екатеринбурга по показателям диоксида азота и диоксида серы характеризуется как стабильно благоприятная с выраженной тенденцией к снижению рисков для здоровья населения. Но приоритетом все же остается контролирование диоксида азота, так как он является наиболее чувствительным индикатором городской транспортной активности.