Трансграничный перенос загрязняющих веществ

Загрязняющие вещества, поступающие в окружающую среду на суверенной территории государства, в результате процессов переноса могут пересекать национальные границы и загрязнять территории других государств. Источниками поступления этих загрязняющих веществ в окружающую среду являются выбросы их в атмосферу, сбросы в поверхностные воды суши (реки, озера), в морские воды в пределах национальной акватории (свалки и захоронения на суше). Основную роль в трансграничном загрязнении практически повсеместно играют атмосферные выбросы. Это связано с тем, что именно в этом случае наиболее часто реализуются возможности дальнего, в том числе трансграничного, переноса загрязняющих веществ. В ряде районов России проблема трансграничного атмосферного переноса загрязняющих веществ носят локальный, но в то же время весьма острый, характер. Это связано с непосредственной близостью к национальной границе России отдельных предприятий, выбрасывающих в атмосферу значительные количества загрязняющих веществ. Такие предприятия могут находиться как в России, так и в соседних странах. Ярким примером, соответствующим локальному уровню, является проблема трансграничного переноса выбросов горнометаллургического комбината ОАО “ГМК Печенганикель” на территорию Норвегии и Финляндии. Основными факторами, определяющими роль загрязняющих веществ в атмосферном трансграничном переносе, являются:

  • характер распространения этих веществ и продуктов их превращения в атмосфере,
  • объем выбросов,
  • последующая миграция и трансформация в других средах после выпадения из атмосферы,
  • воздействие на природные процессы и экосистемы.

Важнейшим обобщенным параметром, определяющим пространственный масштаб распространения в атмосфере загрязняющих веществ, является их время жизни (нахождения) в атмосфере. Исходя из этих предпосылок, можно выделить три основных типа выбросов загрязняющих веществ в атмосферу:

1. Приводящие к загрязнению в глобальном масштабе, независимо от места выброса, и охватывающему все страны.

2. Приводящие к загрязнению в региональном масштабе обычно нескольких стран, в том числе не имеющих общих границ.

3. Приводящие к загрязнению в локальном масштабе, в том числе и трансграничному, обычно двух, иногда трех, сопредельных стран в приграничных районах.

В проблеме трансграничного переноса загрязняющих веществ можно выделить три аспекта: экологический, экономический и политический. Негативное влияние переносимых загрязняющих веществ при трансграничном переносе может охватывать огромные пространства. Хотя, как правило, при переносе на большие расстояния концентрации загрязняющих веществ невелики, экологический ущерб в масштабах страны может быть огромным. С точки зрения экономики необходимо принимать во внимание не только потери от экологического ущерба, но и возможность потерь от необоснованного снижения выбросов в тех случаях, когда необходимость снижения диктуется политическими обстоятельствами при недостаточной научной проработке вопроса. Важным является политический аспект, поскольку в условиях экономической и политической интеграции Европы Россия не может не координировать свои действия по охране природы с остальными странами. С другой стороны, при наличии веских доказательств негативного влияния трансграничного переноса на природу России этот аспект является средством политического давления на соседние страны.

Проблему широкомасштабного закисления связывают с выбросом в атмосферу и переносом на большие расстояния кислотообразующих оксидов, прежде всего оксидов серы и азота. Закисляющие вещества могут поступать из атмосферы не только с дождем или снегом, но и путем поглощения подстилающей поверхностью газообразных и аэрозольных веществ.

Существующие уровни загрязнения атмосферы тяжелыми металлами требуют пристального внимания к проблеме их атмосферного загрязнения и трансграничного переноса. Термин “тяжелые металлы” достаточно условен. Как правило, к ним относят те металлы четвертого и последующих периодов периодической системы, которые могут оказывать негативное воздействие на биоту. Проблема трансграничного переноса в явной форме проявляется на территории Мурманской области, где выброс ряда тяжелых металлов осуществляется в непосредственной близости от национальной границы.

Доказано, что максимальное загрязнение вод металлами ограничивается 30 км зоной вокруг плавильных цехов, охватывая приграничную территорию Норвегии.

Наряду с региональным загрязнением металлами в Мурманской области сказывается влияние трансграничных потоков, как, например, увеличение содержания свинца, которое характерно для всего северного полушария. Эти выбросы потенциально могут приводить к возникновению трансграничных проблем трех уровней:

  • локальный (поражение наземных экосистем в районе предприятий);
  • региональный (закисление окружающей среды Северной Фенноскандии);
  • глобальный (изменение радиационно-оптических свойств аэрозоля в Арктике).

С точки зрения интересов России, безусловно, приоритетной является первая проблема. Ущерб на локальном уровне для России и для Норвегии несопоставим. Прежде всего, на локальном уровне страдает население российских городов и поселков, а также природные экосистемы на российской территории. Решение этой проблемы может быть достигнуто, в первую очередь, за счет снижения низких неорганизованных выбросов. При приведении в норму экологических условий в Мурманской области автоматически исчезнут локальные экологические проблемы на территории Норвегии. Финансирование таких мероприятий главным образом и прежде всего должно осуществляться из российских источников на уровне предприятий и области.

Проблема регионального закисления окружающей среды Северной Фенноскандии в настоящее время находится в стадии интенсивного научного изучения. Эффект закисления на региональном уровне может быть вызван как действием удаленных европейских источников, так и источников на территории Мурманской области.

В настоящее время исследованиями показано, что в пределах Мурманской области развиваются процессы закисления вод, которые проявляются в снижении рН воды малых озер (из 470 обследованных озер 10.3% имеют рН < 6 и 30% находятся в критическом состоянии - НСО3 < SO4), в стремительном и повсеместном снижении рН на малых ручьях в период половодья и снижении буферной емкости крупных речных водосборов. При этом закисление вод проявляется не только в зонах локального воздействия выбросов, но и в отдаленных тундровых и высокогорных районах, где чувствительность территории к закислению вод высока.

Влияние кислотообразующих выбросов ОАО “ГМК Печенганикель” сказывается на северо-восточной территории Норвегии. Моделирование развития данного процесса (Норвежского института исследования воды, NIVA) на примере закисления водосбора Далева (север Норвегии) показало, что при сохранении существующих объемов выбросов ОАО “ГМК Печенганикель” закисление вод будет развиваться. Расчеты института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН по тренду снижения буферной емкости крупных водосборов (для рек: Поной, Варзуга, Умба, Терриберка. Ура, Лотта) показали, что каждые 10 лет буферная емкость снижается на 20 мкэкв/л и к 2100 году достигнет критического значения.

Проблема глобальных изменений, в частности климатических изменений в Арктике под воздействием сульфатного аэрозоля, находится в стадии теоретических оценок. Несомненно, что выбросы диоксида серы предприятиями Мурманской области дают заметный вклад в концентрации сульфатных частиц в арктической атмосфере. Финансирование исследований должно осуществляться главным образом из российских федеральных или международных источников.

Основная доля выброса диоксида серы на территории Мурманской области связана с деятельностью предприятий цветной металлургии – ОАО “Комбинат Североникель” и ОАО “ГМК Печенганикель” В научной литературе принято, что негативное влияние на самые чувствительные виды растений начинает наблюдаться при среднегодовых концентрациях диоксида серы, превышающих 20 мкг/м3. Расчет полей концентраций диоксида серы на территории Мурманской области, выполненный с использованием модели климатического типа, показал, что превышение уровня в 20 мкг/м3 может наблюдаться на площади около 7700 кв. км вокруг металлургических комбинатов. На территории Норвегии эта зона охватывает 1400 кв. км, но не затрагивает территорию Финляндии.

Для оценки возможного воздействия выбросов соединений серы на окружающую среду в региональном масштабе, большое значение имеет сравнение величины выпадений с допустимыми критическими нагрузками. Для чувствительных к закислению арктических экосистем принято, что критической является среднегодовая величина выпадений серы, равная 0.3 г/м2. Зоны, где величина выпадений превышает критическую нагрузку, составляют по площади около 150000 кв.км, в том числе 18800 кв.км - на территории Норвегии и 31500 кв.км - на территории Финляндии. Основная часть выпадений (от 50 до 90%) обусловлена поглощением газообразного диоксида серы подстилающей поверхностью.

Из приведенной ниже таблицы следует, что основной вклад в трансграничный перенос, особенно на участке российско-норвежской границы, дают выбросы ОАО “ГМК Печенганикель”. Наиболее высокая плотность потока - до 2000 т серы на 1 км границы в год - реализуется на участке границы к северу от п. Никель. Вклады от Мурманской области в выпадении серы составляют: в Финляндии - 13%, в Норвегии - 9%, в Швеции - 4% от суммарных выпадений в этих странах, что соответствует 59%, 25%, 44% от российских выпадений.

Трансграничные потоки серы от источников
Мурманской области, тыс.т/год

Участок границы От всех источников области От ОАО “ГМК Печенганикель”
Российско-финская граница
Российско-норвежская граница
В целом

 

Основным поражающим агентом в выбросах комбината является диоксид серы. Влияние диоксида серы можно условно разделить на прямое и косвенное. Под косвенным понимается воздействие не собственно диоксида серы, а продуктов химической трансформации, прежде всего, серной кислоты, кислых сульфатов, сульфатных частиц, образующих аэрозольную дымку.

Наиболее изученным механизмом косвенного влияния является закисление атмосферных осадков, т.е. “мокрое” выведение из атмосферы свободных ионов водорода. Этот феномен изучается, как в Европе в целом, так и в северной Фенноскандии, более двух десятков лет. Наиболее представительные ряды данных мониторинга закисления осадков данного региона получены в рамках международных программ ЕМЕП и ВАПМоН. По данным, полученным на станциях мониторинга в Норвегии, Швеции, Финляндии и России, можно видеть, что осадки данного региона классифицируются как среднекислые.

Многочисленными измерениями и модельными расчетами установлено, что влияние комбината на поле концентраций диоксида серы простирается, по меньшей мере, на десятки километров. На локальном уровне при неблагоприятных метеорологических условиях концентрации SO2 кратковременно могут достигать нескольких мг/м3. при среднегодовых значениях в десятки мкг/м3. Факелы выбросов комбината прослеживаются на расстояниях до сотен километров на территории Финляндии. Типичные значения концентраций SO2 в факеле на станции Янискоски (80 км от Никеля) составляют десятки микрограмм на кубометр, но продолжительность таких пиковых концентраций весьма мала. Среднегодовые концентрации SO2 c расстоянием резко снижаются и на станции Янискоски составляют около 5 мкг/м3, что примерно соответствует фону в умеренных широтах Европы.

Сравнение измеренных концентраций SO2 со значениями пороговых воздействий показывает, что зона превышения предельно допустимых разовых концентраций (500 мкг/м3) ограничивается радиусом 10 - 15 км от источников в Заполярном и Никеле. Примерно такое же расстояние характерно для зоны превышения среднесуточных и среднегодовых концентраций (50 мкг/м3) в расчете на человека как объект воздействия. Если принять для высокочувствительных северных экосистем пороговую величину воздействия равной 10 мкг/м3, то зона воздействия будет иметь протяженность около 30 км от каждого из источников.

Известно, что кроны хвойных деревьев, которые доминируют в лесах Севера, характеризуются значительной сорбирующей поверхностью, что способствует осаждению сульфатов, в том числе и на значительных расстояниях от источников загрязнения. В подкроновых пространствах и на лесных территориях в целом наблюдается существенная интенсификация потоков кислотообразующих агентов. Это приводит к активному выносу из почв основных катионов, что свидетельствует о возрастании уровня кислотности почв. В результате обеднения почв элементами питания нарушается питательный режим лесов, наблюдается дефолиация ели и сосны.

Интенсификация потока кислотообразующих веществ также приводит к нарушению функционирования важнейшего компонента лесов Севера - зеленомошно-лишайникового покрова.

В результате дефолиации деревьев и отмирания лишайников и мхов увеличивается количество опада. На этой стадии трансформации в процесс подкисления наземных экосистем включается более интенсивное биогенное кислотообразование. Снижаются значения рН почвенных вод, в которых обнаруживаются повышенные концентрации органического углерода. Наблюдаются существенные изменения состава органического вещества органогенных горизонтов почв. Интенсификация потока протонов из верхних горизонтов приводит к увеличению подвижности алюминия в минеральной толще почв.

Таким образом, процесс подкисления в лесах Севера обнаруживается на значительных расстояниях от комбината. Измерения состава атмосферных выпадений в лесу позволяет идентифицировать процесс подкисления на более ранних стадиях.

Загрязнение атмосферы в районе расположения ОАО “ГМК Печенганикель” определяется действием собственных источников, количество которых ограничено и поддается учету. Вклад дальнего переноса загрязняющих веществ со стороны Скандинавских стран и центральных областей России пренебрежимо мал и в 30-км зоне составляет не более 5%. Вклад ОАО “Комбинат Североникель” не превышает 10%.

В рамках Российско - Финляндского сотрудничества по охране окружающей среды проблема охраны атмосферного бассейна от загрязнения рассматривается как самая приоритетная. Основной целью сотрудничества по этой проблеме является обеспечение выполнения обеими странами обязательств, вытекающих из Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. Для достижения указанной цели в приграничных районах были организованы станции атмосферного мониторинга на базе существующих метеостанций. На Кольском полуострове была создана совместная станция для мониторинга соединений серы и озона (Финская сторона поставила аппаратуру, российская - обеспечивает эксплуатацию). Прорабатывается вопрос о создании еще одной совместной станции в центральной части Кольского полуострова.