Краткий отчет по экспедиции на НИС «Г.Ю. Верещагин» с 05.08.23 по 15.08.2023

С 5 по 15 августа 2023 г состоялась комплексная экспедиция на НИС «Верещагин» в рамках проекта РНФ № 19-77-20058-П «Исследования состава и пространственно- временного-распределения аэрозольно-газовых примесей атмосферы в акватории оз. Байкал» и темы государственного задания Института № 0279-2021-0014 «Исследование роли атмосферных выпадений на водные и наземные экосистемы бассейна озера Байкал, идентификация источников загрязнения атмосферы» (рук. д.г.н. г.н.с., Ходжер Т.В.). Маршрут экспедиции проходил по всему периметру озера Байкал с остановками в районе крупных локальных источников загрязнения атмосферы на побережье озера, устьевых участках крупных притоков и заливах.

Происходящие в современный период значительные изменения климата, к причинам которых относят и антропогенные факторы, лесные пожары оказывают большое влияние на процессы в атмосфере и гидросфере земли. Поступление из атмосферы различных загрязняющих веществ (ПАУ сажи, биогенных элементов, тяжелых металлов и др.) на акваторию Байкала является важным показателем для контроля качества его вод, что предопределяет необходимость контроля за их динамикой.

Цель экспедиции - с использованием комплексных непрерывных измерений газовых примесей, аэрозоля, метеопараметров оценить вклад антропогенных источников Прибайкалья, опасных природных явлений (лесные пожары) в загрязнение атмосферы над оз. Байкал в летний период и дать прогноз возможных последствий атмосферных выпадений на качество его вод.

При участии сотрудников четырех институтов СО РАН (ЛИН, ИФМ, ИОА, ИСЗФ) в ходе экспедиции проведены экспериментальные непрерывные измерения в атмосфере озера с использованием мобильного аэрозольно-рамановского лидара «ЛОЗА-М2», газоанализаторов, счетчиков частиц, проведен отбор проб аэрозоля на различные химические анализы.

Лидар «ЛОЗА-М2» - многочастотная лидарная система, использующая в качестве источника излучения Nd:YAG-лазер, использовался для измерения атмосферных аэрозольных полей над озером (рис.1). В период измерений приемная система получает сигналы, обусловленные упругим рассеянием для длин волн (532, 1064 нм) с вертикальным разрешением 6 м, что позволяет подробно рассматривать изменения тропосферного аэрозоля до высот 10-12 км. Во время экспедиции в дневные часы отчетливо проявлялся характерный суточный ход за счет турбулентного обмена, в результате которого приземный слой аэрозоля приподнимался до высот 600-800 м (внутренний слой перемешивания (рис. 2,а). Выше выделялись слои планетарного пограничного слоя до 1600 м со слабо выраженной стратификацией вследствие размытия инверсных градиентов в условиях циклональной погоды в этот период. Более выраженные аэрозольные слои наблюдались в период захода судна в Баргузинский залив (рис. 2,в). По мере продвижении корабля к п. Усть-Баргузин плотность заполнения аэрозоля, особенно внутри пограничного слоя (до высот 1500 м), заметно увеличилась. Кроме того, наблюдался второй устойчивый слой на высотах от 1800 до 2400 м, вероятно, связанный с дальним переносом аэрозоля в условиях заноса воздушных масс западного и северо-западного направлений на акваторию Баргузинского залива.

Исследована пространственно-временная изменчивость малых газовых (SO2, NOx, O3) и аэрозольных примесей различных размерных фракций (PM1, PM2.5, PM10). Концентрации частиц РМ10 изменялись в пределах от 1 до 12 мкг/м3 с наибольшими значениями в Южной котловине Байкала (10-12 мкг/м3). В Средней котловине изменения были в пределах от 3 до 4 мкг/м3, в Северной от 1 до 2 мкг/м3. В целом, массовые концентрации аэрозоля, полученные в период экспедиции были соизмеримы с результатами 2022 г., и значительно ниже, полученных при крупных пожарах в 2020 г. Проведена методическая работа по сличению результатов измерений между газоанализаторами, установленными на восточном (ст. Боярский) и западном (ст. Листвянка) побережьях озера.

В ходе экспедиции не было обнаружено значительных аномалий концентрации газообразной ртути в воздухе над озером. Концентрация ртути в атмосферном воздухе по акватории изменялась в пределах 0,5-1,2 нг/м3 и была ниже чем на западном побережье в районе ст. «Листвянка» (1,44—1,75 нг/м3). Отобраны пробы воды на содержание ртути в термальных источниках на побережье для исследования возможной ртутной эманации из глубинных зон озера.

Массовая концентрация поглощающего вещества в атмосферном аэрозоле (сажа, черный углерод) в приводной атмосфере определялась аэталометром МДА разработки ИОА СО РАН. Калибровка прибора осуществлялась частицами черного углерода, поглощение излучения приводилось к эквиваленту массовой концентрации черного углерода в воздухе eBC(мкг/м3). Концентрации ВС в приводной атмосфере озера изменялись от 0.07 до 6.3 мкг/м3. В Северной котловине зарегистрированы концентрации ВС в диапазоне 0.2-0.3 мкг/м3, с минимумом в ночные часы 10 августа в бухте Аяя - 0.07-0.1 мкг/м3. Полученные значения характеризуют фоновые величины, встречаемые над морями Российской Арктики. Наибольшие концентрации черного углерода зарегистрированы в устье р. Ангары и вблизи крупных населенных пунктов, с максимальной величиной 6.3 мкг/м3 6 августа в 22 часа рядом с г. Слюдянка.

С использованием акустического метеокомплекса «Метео-2» проанализированы метеорологические и турбулентные характеристики атмосферы. Исследован процесс подавления турбулентных процессов над поверхностью озера. Данные будут использованы для последующего анализа их влияния на пространственно-временную изменчивость аэрозольных и газовых полей.

Во время экспедиции отобрано 25 проб атмосферного аэрозоля на ионный, элементный состав, ПАУ, сажу, анализ которых будет выполнен в лаборатории. Запланированные экспедиционные работы проведены в полном объеме, последующая обработка результатов комплексной экспедиции будет проведена в Институтах – участниках.