Сезонная изменчивость физико-химических характеристик атмосферного аэрозоля на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база Мыс Баранова» (арх. Северная Земля)

Представлено обобщение данных многолетних (2017–2023 гг.) измерений физико-химических характеристик аэрозоля на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база Мыс Баранова»: концентраций ионов, микроэлементов, органического и элементного углерода (ОС, ЕС), а также изотопного состава углерода δ13C. Основной вклад (73 %) в ионный состав аэрозоля вносят морские ионы Na+ и Cl-, а в элементный состав — терригенные Fe и Al (71 %). У элементов Se, Sn, Sb, Mo, As, Zn, Cu, Cr, Pb и Cd выявлены высокие коэффициенты обогащения, указывающие на техногенное происхождение. По характеру годового хода ионы и элементы разделились на три группы: 1) с зимним максимумом; 2) с летним или осенним максимумом; 3) со слабо выраженной изменчивостью. Годовой ход концентраций ОС и ЕС характеризуется общим максимумом в зимне-весенний период. Среднемесячные значения изотопного состава углерода в аэрозоле изменяются в диапазоне от –28,3 ‰ (февраль) до –27,3 ‰ (май).

1. Kondratyev K.Ya., Ivlev L.S., Krapivin V.F., Varotsos C.A. Atmospheric aerosol properties, formation processes, and impacts: from nano- to global scales. Chichester: Springer/PRAXI; 2006. 572 p.

2. Physics and Chemistry of the Arctic Atmosphere. Alexander Kokhanovsky A., Tomasi C. (eds). Springer Cham; 2020. 717 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-33566-3

3. Haywood J., Boucher O. Estimates of the direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols: a review. Rev. Geophys. 2000;38(4):513–543. https://doi.org/10.1029/1999RG000078

4. Abbatt J.P.D., Leaitch W.R., Aliabadi A.A., Bertram A.K., Blanchet J.-P., Boivin-Rioux A., Bozem H., Burkart J., Chang R.Y.W., Charette J., Chaubey J.P., Christensen R.J., Cirisan A., Collins D.B., Croft B., Dionne J., Evans G.J., Fletcher C.G., Gal M., Ghahremaninezhad R., Girard E., Gong W., Gosselin M., Gourdal M., Hanna S.J., Hayashida H., Herber A.B., Hesaraki S., Hoor P., Huang L., Hussherr R., Irish V.E., Keita S.A., Kodros J.K., Kollner F., Kolonjari F., Kunkel D., Ladino L.A., Law K., Levasseur M., Libois Q., Liggio J., Lizotte M., Macdonald K.M., Mahmood R., Martin R.V., Mason R.H., Miller L.A., Moravek A., Mortenson E., Mungall E.L., Murphy J.G., Namazi M., Norman A.-L., O’Neill N.T., Pierce J.R., Russell L.M., Schneider J., Schulz H., Sharma S., Si M., Staebler R.M., Steiner N.S., Thomas J.L., von Salzen K., WentzellJ.J.B., Willis M.D., Wentworth G.R., Xu J.-W., Yakobi-Hancock J.D. Overview paper: New insights into aerosol and climate in the Arctic. Atmospheric Chemistry and Physics. 2019;19:2527–2560. https://doi.org/10.5194/acp-19-2527-2019

5. Шевченко В.П. Влияние аэрозолей на среду и морское осадконакопление в Арктике. М.: Наука; 2006. 226 с.

6. Shindell D., Kuylenstierna J.C.I., Vignati E., van Dingenen R., Amann M., Klimont Z., Anenberg S.C., Muller N., Janssens-Maenhout G., Raes F., Schwartz J., Faluvegi G., Pozzoli L., Kupiainen K., HöglundIsaksson L., Emberson L., Streets D., Ramanathan V., Hicks K., Oanh N.T.K., Milly G., Williams M., Demkine V., Fowler D. Simultaneously mitigating near-term climate change and improving human health and food security. Science. 2012;335(6065):183–189. https://doi.org/10.1126/science.1210026

7. Schmale J., Arnold S., Law K.S., Thorp T., Anenberg S., Simpson W., Mao J., Pratt K.A. Local Arctic air pollution: A neglected but serious problem. Earth’s Future. 2018;6:1385–1412. https://doi.org/10.1029/2018EF000952

8. Schmale J., Sharma S., Decesari S., Pernov J., Massling A., Hansson H.C., von Salzen K., Skov H., Andrews E., Quinn P.K., Upchurch L.M., Eleftheriadis K., Traversi R., Gilardoni S., Mazzola M., Laing J., Hopke P. Pan-Arctic seasonal cycles and long-term trends of aerosol properties from 10 observatories. Atmospheric Chemistry and Physics. 2022;22:3067–3096. https://doi.org/10.5194/acp-22-3067-2022

9. Quinn P.K., Bates T.S., Schulz K., Shaw G.E. Decadal trends in aerosol chemical composition at Barrow, Alaska: 1976–2008. Atmospheric Chemistry and Physics. 2009;9:8883–8888. https://doi.org/10.5194/acp9-8883-2009

10. Sirois A., Barrie L.A. Arctic lower tropospheric aerosol trends and composition at Alert, Canada: 1980–1995. J. Geophys. Res. 1999;104(D9):11599–11618. https://doi.org/10.1029/1999JD900077

11. Fenger M., Sørensen L.L., Kristensen K., Jensen B., Nguyen Q.T., Nøjgaard J.K., Massling A., Skov H., Becker T., Glasius M. Sources of anions in aerosols in northeast Greenland during late winter. Atmospheric Chemistry and Physics. 2013;13:1569–1578. https://doi.org/10.5194/acp-13-1569-2013

12. Sakerin S.M., Kabanov D.M., Makarov V.I., Polkin V.V., Popova S.A., Chankina O.V., Pochufarov A.O., Radionov V.F., Rize D.D. Spatial distribution of atmospheric aerosol physicochemical characteristics in Russian sector of the Arctic Ocean. Atmosphere. 2020;11(11):1170. https://doi.org/10.3390/atmos1111170

13. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Бердашкинова О.И., Голобокова Л.П., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Онищук Н.А., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В., Ходжер Т.В. Состав воздуха над Российским сектором Арктики в сентябре 2020 г. 4. Атмосферный аэрозоль. Оптика атмосферы и океана. 2024;37(3):214–224. https://doi.org/10.15372/AOO20240305

14. Bond T.C., Streets D.G., Yarber K.F., Nelson S.M., Woo J.-H., Klimont Z. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res. 2004;109:D14203. https://doi.org/10.1029/2003JD003697

15. Hirdman D., Sodemann H., Eckhardt S., Burkhart J.F., Jefferson A., Mefford T., Quinn P.K., Sharma S., Strom J., Stohl A. Source identification of short-lived air pollutants in the Arctic using statistical analysis of measurement data and particle dispersion model output. Atmospheric Chemistry and Physics. 2010;10:669– 693. https://doi.org/10.5194/acp-10-669-2010

16. Виноградова А.А., Иванова Ю.А. Тяжелые металлы в атмосфере над северным побережьем Евразии: Межгодовые вариации зимой и летом. Геофизические процессы и биосфера. 2016;15(4):5–17. https://doi.org/10.21455/GPB2016.4-1

17. Виноградова А.А., Иванова Ю.А. Перенос воздушных масс и загрязнений к арктическим островам России (1986–2016 гг.): долговременные, межгодовые и сезонные вариации. Геофизические процессы и биосфера. 2017;16(4):5–20. https://doi.org/10.21455/GPB2017.4-1

18. Quinn P.K., Shaw G., Andrews E., Dutton E.G., Ruoho-Airola T., Gong S.L. Arctic haze: Current trends and knowledge gaps. Tellus. 2007;59B:99–114. https://doi.org/10.1111/j.1600-0889.2006.00238.x

19. Shaw G.E. The Arctic haze phenomenon. Bull. Am. Meteor. Soc. 1995;76:2403–2414. https://doi.org/10.1175/1520-0477(1995)0762.0.CO;2

20. Arnold S.R., Law K.S., Brock C.A., Thomas J.L., Starkweather S., von Salzen K., Stohl A., Sharma S., Lund M., Flanner M.G., Petäjä T., Tanimoto H., Gamble J., Dibb J.E., Melamed M., Johnson N., Fidel M., Tynkkynen V.-P., Baklanov A., Bozem H. Arctic air pollution: Challenges and opportunities for the next decade. Elementa: Science of the Anthropocene. 2016;4:000104. https://doi.org/10.12952/journal.elementa.000104

21. Голобокова Л.П., Бердашкинова О.И., Лоскутова М.А., Ризе Д.Д., Онищук Н.А., Сакерин С.М., Турчинович Ю.С. Результаты многолетних исследований химического состава аэрозоля в атмосфере на стационаре «Ледовая база Мыс Баранова». Оптика атмосферы и океана. 2023;36(11):874–882. https://doi.org/10.15372/AOO20231102

22. Сакерин С.М., Голобокова Л.П., Кабанов Д.М., Калашникова Д.А., Козлов В.С., Круглинский И.А., Макаров В.И., Макштас А.П., Попова С.А., Радионов В.Ф., Симонова Г.В., Турчинович Ю.С., Ходжер Т.В., Хуриганова О.И., Чанкина О.В., Чернов Д.Г. Результаты измерений физико-химических характеристик атмосферного аэрозоля на «Ледовой базе Мыс Баранова» в 2018 г. Оптика атмосферы и океана. 2019;32(6):421–429. https://doi.org/10.15372/AOO20190601

23. Golobokova L.P., Kruglinsky I.A., Pochufarov A.O., Marinaite I.I., Onishchuk N.A., Kravchishina M.D., Flint M.V., Shikhovtsev M.Yu., Khuriganov O.I. Chemical composition of atmospheric aerosol in Arctic Regions in summer 2021. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2023;59(1):S70–S80. https://doi.org/10.1134/S000143382313008X

24. Makarov V.I., Koutsenogii K.P., Koutsenogii P.K. Daily and seasonal changes of organic and inorganic carbon content in atmospheric aerosol Novosibirsk region. J. Aer. Sci. 1999;30:S255–S256. https://doi.org/10.1016/S0021-8502(99)80139-6

25. Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия для анализа объектов окружающей среды. М.: Техносфера; 2013. 632 с.

26. Полькин В.В., Щелканов Н.Н., Голобокова Л.П., Панченко М.В. Сравнение методик оценки вклада континентальных и морских источников в ионный состав приводного аэрозоля Белого моря. Оптика атмосферы и океана. 2008;21(1):23–26.

27. Tsunogai S., Saito O., Yamada K., Nakay S. Chemical сomposition of oceanic aerosol. J. Geophys. Res. 1972;77(27):5283–5292. https://doi.org/10.1029/JC077i027p05283

28. Xu G., Gao Y. Atmospheric trace elements in aerosols observed over the Southern Ocean and coastal East Antarctica. Polar Res. 2014;33:23973. https://doi.org/10.3402/polarv.33.23973

29. Pratt K.A., Custard K.D., Shepson P.B., Douglas T.A., Pöhler D., General S., Zielcke J., Simpson W.R., Platt U., Tanner D.J., Huey L.G., Carlsen M., Stirm B.H. Photochemical production of molecular bromine in Arctic surface snowpacks. Nature Geoscience Letters. 2013;6:351–356. https://doi/org/10.1038/NGEO1779

30. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Лоскутова М.А., Ризе Д.Д., Чернов Д.Г., Турчинович Ю.С. Характеристики аэрозоля на Научно-исследовательском стационаре «Ледовая база Мыс Баранова» в 2018–2023 гг. Проблемы Арктики и Антарктики. 2023;69(4):421–434. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2023-69-4-421-434

31. Полькин В.В., Голобокова Л.П., Онищук Н.А., Сакерин С.М., Шевченко В.П., Шиховцев М.Ю. Статистическое обобщение ионного и элементного состава аэрозоля в Евразийском секторе Северного Ледовитого океана. Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы. Труды XXX Международного симпозиума. С-Петербург, 1–5 июля 2024 г. В90-В93.

32. Виноградова А.А., Котова Е.И., Топчая В.Ю. Атмосферный перенос антропогенных тяжелых металлов в районы севера Европейской России. География и природные ресурсы. 2017;1:108–116. https://doi/org/10.21782/GIPR0206-1619-2017-1(108-116)

33. Attri P., Mani D., Satyanarayanan M., Reddy D.V., Kumar D., Sarkar S., Kumar S., Hegde P. Atmospheric aerosol chemistry and source apportionment of PM10 using stable carbon isotopes and PMF modelling during fireworks over Hyderabad, southern India. Heliyon. 2024;10(5):E26746. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e26746

34. Mouteva G.O., Czimczik C.I., Fahrni S.M., Wiggins E.B., Rogers B.M., Veraverbeke S., Xu X., Santos G.M., Henderson J., Miller C.E., Randerson J.T. Black carbon aerosol dynamics and isotopic composition in Alaska linked with boreal fire emissions and depth of burn in organic soils. Global Biogeochem. Cycles. 2015;29(11):1977–2000. https://doi.org/10.1002/2015GB005247