6.4.2. Изучение техногенного загрязнения нижних слоев атмосферы. Изучение техногенного загрязнения нижних слоев атмосферы может осуществляться в целях установления источников и состава промышленных выбросов, их пространственного распространения, зависящего от метеорологических условий, а также для непосредственной эколого-геофизической оценки физического воздействия, оказываемого различными видами атмосферного загрязнения на экосистемы различных уровней.

При пространственном картировании и мониторинге техногенных выбросов чаще всего применяются дистанционные методы исследований в различных диапазонах электромагнитного спектpa,

183

лазерные (лидарные) съемки, методика которых описана в разд. 4.3. Широкое применение получил комплекс дистанционного аэромониторинга, в состав которого входят газовая аэросъемка с определением концентрации NO₂, SO₂, CH₄ в приземном слое атмосферы; аэрозольная съемка с определением концентраций элементов-загрязнителей в атмосферном аэрозоле; измерение объемного содержания радиоактивных элементов в приземном слое атмосферы (Аэрокосмические и геолого-геофизические исследования..., 1986).

При выполнении газовой аэросъемки используются чувствительные газоанализаторы; измеряется суммарная концентрация газов вдоль трассы полета и определяется средняя концентрация по длине этой трассы. Погрешность составляет около 15%. Аэрозольная аэросъемка осуществляется путем отбора проб аэрозоля; одна проба характеризует пространственный элемент площадью от 1 до 4 км². Проба содержит от одного до четырех фильтров. Время экспозиции каждого фильтра составляет 60 с, что обеспечивает широкий диапазон исследований состава аэрозолей-загрязнителей. Отобранный на фильтры аэрозоль анализируется в лабораторных условиях атомно-адсорбционным и атомно-эмиссионным методами, позволяющими выделять до 60 химических элементов.

По данным газовой и аэрозольной аэросъемок строятся карты концентраций анализируемых газовых компонентов, карты элементов-загрязнителей в атмосферном аэрозоле и карты суммарного аэрозольного компонента. Эта информация позволяет выявить особенности загрязнения воздушной среды исследуемого региона в период проведения съемки.

Аэрогаммаспектрометрическая съемка выполняется с помощью цифровых спектрометров, позволяющих изучать содержание в приземной атмосфере естественных (К, U, Th, ²²²Rn) и искусственных (¹³⁷Cs) радионуклидов (см. п. 4.3.4).

Изучение физического воздействия техногенного загрязнения приземных слоев атмосферы на геобиоценозы, биоту, здоровье людей является сравнительно новой задачей. Так, например, исследуются атмосферные электрические поля различного знака и интенсивности, которые создаются электрически заряженными аэрозолями промышленных выбросов. Эти поля определяют формирование состава газовых и аэрозольных компонентов биосферы и могут оказывать непосредственное воздействие на интенсивность биологических процессов, происходящих в организме человека. Обычно ответная реакция организма остается практически неизменной до частот порядка 1000 Гц и напряженности поля в сотни вольт на метр. В то же время, если биосистему за счет

184

эндогенных или экзогенных факторов привести в состояние пониженной резистивности (устойчивости), то действие полей может вызвать патологии различной степени, вплоть до летального исхода. Взаимодействие земной атмосферы с электромагнитными полями имеет важный эколого-геофизический аспект. Так, если влияние атмосферы на геомагнитные свойства Земли практически отсутствует, то влияние геомагнитной обстановки на перенос и распределение электрических зарядов, а в связи с этим и многих нейтральных компонентов, оказывается весьма существенным. В результате электрические поля наряду с гравитационными, тепловыми и магнитными играют важную роль в управлении процессами, происходящими в атмосфере.

Напряженность электрического поля атмосферы (НЭП) в нормальных условиях уменьшается с высотой по экспоненциальному закону. В среднем она меняется от 80 В/м над океанами и 130 В/м над сушей в приземном слое до нескольких вольт на метр на высоте 50 км. Эта верхняя граница электросферы представляет собой сильно проводящий слой и ограничивает воздействие на ионосферу электрических процессов, происходящих в нижних слоях атмосферы. Электрическое поле атмосферы существенно зависит от широты местности. Градиент потенциала электрического поля имеет минимальную величину на экваторе и монотонно увеличивается в сторону полюсов, что объясняется изменением интенсивности космического излучения с широтой. Существуют суточные и годовые вариации НЭП атмосферы, синхронные для всех наблюдательных пунктов на Земле и связанные с изменением электрического заряда Земли.в целом. Кроме того, существуют локальные вариации, связанные с наличием и распределением по высоте объемных электрических зарядов в данном районе. Именно эти локальные вариации тесно связаны с такими погодообразующими и эколого-геофизическими факторами, как содержание и высотное распределение атмосферного аэрозоля, интенсивность турбулентного перемешивания и др.

Исследования спектральных характеристик электрического шума приземной атмосферы в диапазоне частот 0,2 Гц указывают на то, что источниками низкочастотных флуктуации являются такие природные факторы, как перемещение заряженных аэрозолей, электризация частиц облаков, туманов, осадков, трансформация сложной структуры атмосферы, а также изменение состояния магнитосферы за счет флуктуации корпускулярных потоков. В диапазоне спектра низкочастотных флуктуации НЭП 1 - 50 Гц могут содержаться частоты, совпадающие с биологически значимыми для человека (2,5 - 40 Гц - ритмы головного мозга, 0,8 - 2,5 Гц - ритмы сердца).

185

В настоящее время эколого-геофизический контроль атмосферных процессов, изучение унитарных вариаций напряженности, связанных с изменением электрического заряда Земли в целом, осуществляются в региональных центрах мониторинга атмосферного электричества.

Среди постоянно контролируемых параметров в первую очередь исследуются напряженность электрического поля, проводимость атмосферы, их спектральные характеристики, плотность тока и зарядовый состав ионизированного воздуха. Результаты наблюдений подвергаются статистической и спектральной обработке и используются для проведения комплексного эколого-геофизического анализа, в том числе для анализа и прогнозирования влияния физических характеристик атмосферы на биосистемы и человеческий организм.

186