Том 38, номер 12, статья № 5

Аннотация:

В последнее время проблема аэрозольного загрязнения атмосферы и связанных с ним климатических изменений становится все более актуальной. Особый интерес представляет изучение физико-химических свойств и структуры атмосферных аэрозолей. Являясь важной компонентой загрязненного воздуха, аэрозоли влияют на различные атмосферные процессы, окружающую среду и здоровье человека. Анализ морфологии и состава аэрозольных частиц позволяет выявить особенности их поведения в атмосфере и установить происхождение. В настоящей работе представлены результаты исследования состава и морфологии частиц приземного атмосферного аэрозоля на станции круглогодичного мониторинга (г. Иркутск) в разные сезоны 2024 г., полученные методом сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа. Определены основные типы аэрозольных частиц (сажа, летучая зола, минеральные, биогенные частицы), показаны их форма и размеры. Установлено, что в составе приземного атмосферного аэрозоля г. Иркутска в теплый период доминируют минеральные и биогенные частицы, в холодный – частицы летучей золы и сажи. Впервые в составе приземного аэрозоля урбанизированной станции Иркутск обнаружены брохосомы – фуллереноподобные структуры биологических углеродсодержащих частиц. Результаты настоящего исследования расширяют сведения о морфологических свойствах и составе отдельных частиц приземного атмосферного аэрозоля урбанизированной территории Южного Прибайкалья.

Ключевые слова:

элементный состав, морфология частиц, биоаэрозоль, сканирующая электронная микроскопия

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Griessbach S., Hoffmann L., Höpfner M., Riese M., Spang R. Scattering in infrared radiative transfer: A comparison between the spectrally averaging model JURASSIC and the line-by-line model KOPRA // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 127. P. 102–118. URL: DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.05.00.
2. Исмаилов Ф. Атмосферный аэрозоль. Beau Bassin: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2019. 455 с.
3. Colbeck I., Lazaridis M. Aerosols and environmental pollution // Naturwissenschaften, 2010. V. 97. P. 117–131. DOI: 10.1007/s00114-009-0594-x.
4. Wu Z., Chen J., Wang Y., Zhu Y., Liu Y., Yao B., Zhang Y., Hu M. Interactions between water vapor and atmospheric aerosols have key roles in air quality and climate change // Natl. Sci. Rev. 2018. V. 5. P. 452–454. DOI: 10.1093/nsr/nwy063.
5. Kibet J., Bosire J., Kinyanjui T., Lang’at M., Rono N. Characterization of Forest Fire Emissions and Their Possible Toxicological Impacts on Human Health // J. Forest Environ. Sci. 2017. V. 33, N 2. P. 113–121. DOI: 10.7747/JFES.2017.33.2.113.
6. Ohlwein S., Kappeler R., Joss M.K., Künzli N., Hoffmann B. Health effects of ultrafine particles: A systematic literature review update of epidemiological evidence // Int. J. Public Health. 2019. V. 64. P. 547–559. DOI: 10.1007/s00038-019-01202-7.
7. Bhattacharjee A., Mandal H., Roy M., Kusz J., Hofmeister W. Physical characteristics of fly ashes from three thermal power plants in West Bengal, India: A comparative study // Int. J. ChemTech Res. 2013. V. 5, N 2. P. 836–843.
8. Vallabani N.V.S., Gruzieva O., Elihn K., Juarez-Facio A.T., Steimer S.S., Kuhn J., Silvergren S., Portugal J., Pina B., Olofsson U., Johansson C., Karlsson H.L. Toxicity and health effects of ultrafine particles: towards an understanding of the relative impacts of different transport modes // Environ. Res. 2023. V. 231, N 116186. DOI: 10.1016/j.envres.2023.116186.
9. Kumar S., Dwivedi S.K. Physicochemical characterization and health risk modeling of atmospheric particulate matter // Phys. Chem. Earth. 2025. V. 138, N 103863. DOI: 10.1016/j.pce.2025.103863.
10. Стародымова Д.П., Шевченко В.П., Боев А.Г. Вещественный и элементный состав нерастворимых частиц в снеге северо-западного побережья Кандалакшского залива Белого моря // Успехи современного естествознания. 2016. № 12–2. С. 449–453.
11. Голохваст К.С., Чапленко Т.Н., Памирский И.Э. Вещественный анализ атмосферных взвесей города Благовещенска // Экология человека. 2014. № 4. С. 16–21. DOI: 10.17816/humeco17243.
12. Шевченко В.П., Белоруков С.К., Боев А.Г., Булохов А.В., Карпова Е.И., Коробов В.Б., Саввичев А.С., Яковлев А.Е. Нерастворимые частицы в снежном покрове Архангельской области в конце зимнего периода // Научный альманах. 2016. Т. 26, № 12–2. С. 405–414. DOI: 10.17117/na.2016.12.02.405.
13. Topchaya V.Y., Chechko V.A. Study of insoluble atmospheric material of the snow cover of the coastal zone of the southeastern Baltic Sea // Reg. Stud. Mar. Sci. 2022. V. 52, N 102399. DOI: 10.1016/j.rsma.2022.102399.
14. Поповичева О.Б., Кистлер М., Киреева Е.Д., Персианцева Н.М., Тимофеев М.А., Шония Н.К., Копейкин В.М. Состав и микроструктура аэрозоля задымленной атмосферы г. Москвы в условиях экстремальных пожаров августа 2010 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2017. Т. 53, № 1. C. 56–65. DOI: 10.7868/S0002351517010096.
15. Popovicheva O., Kireeva E., Shonija N., Zubareva N., Persiantseva N., Tishkova V., Demirdjian B., Moldanov J., Mogilnikove V. Ship particulate pollutants: Characterization in terms of environmental implication // J. Environ. Monit. 2009. V. 11. P. 2077–2086. DOI: 10.1039/b908180a.
16. Губанова Д.П., Садовская Н.В., Иорданский М.А., Авилов А.С., Минашкин В.М. Морфология частиц приземного аэрозоля в Москве по результатам анализа методом растровой электронной микроскопии // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87, № 10. С. 1374–1380. DOI: 10.31857/S036767652370240X.
17. Губанова Д.П., Ильенок С.С., Таловская А.В. Микроминеральный состав и морфология пылевых частиц приземного аэрозоля в Московском мегаполисе зимой // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 6. С. 439–450. DOI: 10.15372/AOO20250604.
18. Li D., Yue W., Gong T., Gao P., Zhang T., Luo Y., Wang C. A comprehensive SERS, SEM and EDX study of individual atmospheric PM_2.5 particles in Chengdu, China // Sci. Total Environ. 2023. V. 883, N 163668. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.163668.
19. Berrellez-Reyes F., Schiavo B., Gonzalez-Grijalva B., Angulo-Molina A., Meza-Figueroa D. Characterization of soot and crystalline atmospheric ultrafine particles // Environ. Pollut. 2025. V. 364, N 1. 125314. DOI: 10.1016/j.envpol.2024.125314.
20. Xu L., Lingaswamy A.P., Zhang Y., Liu L., Wang Y., Zhang J., Ma Q., Li W. Morphology, composition, and sources of individual aerosol particles at a regional background site of the YRD, China // J. Environ. Sci. 2019. V. 77. P. 354–362. DOI: 10.1016/j.jes.2018.09.011.
21. Mushtaq Z., Bangotra P., Banerjee S., Ashish A., Suman. Study of elemental concentration, surface morphology and chemical characterization of atmospheric aerosols and trace gases in an urban environment (India) // Urban Clim. 2023. V. 47, N 101377. DOI: 10.1016/j.uclim.2022.101377.
22. Vester B.P., Ebert M., Barnert E.B., Schneider J., Kandler K., Schütz L., Weinbruch S. Composition and mixing state of the urban background aerosol in the Rhein-Main area (Germany) // Atmos. Environ. 2007. V. 41. P. 6102–6115. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2007.04.021.
23. Marina-Montes C., Pérez-Arribas L.V., Anzano J., de Vallejuelo S.F., Aramendia J., Gómez-Nubla L., de Diego A., Manuel Madariaga J., Cáceres J.O. Characterization of atmospheric aerosols in the Antarctic region using Raman spectroscopy and scanning electron microscopy // Spectrochim. Acta A. 2022. V. 266, N 120452. P. 1386–1425. DOI: 10.1016/j.saa.2021.120452.
24. Sevimoğlu O., Kuzu S.L. Characterization of trace elements in size-segregated atmospheric particles: Insights from SEM-EDS analysis // Urban Clim. 2025. V. 62, N 102517. DOI: 10.1016/j.uclim.2025.102517.
25. Kinase T., Adachi K., Hayashi M., Hara K., Nishiguchi K., Kajino M. Characterization of aerosol particles containing trace elements (Ga, As, Rb, Mo, Cd, Cs, Tl, and others) and their atmospheric concentrations with a high temporal resolution // Atmos. Environ. 2022. V. 290, N 119360. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2022.119360.
26. Weinbruch S., Wiesemann D., Ebert M., Schütze K., Kallenborn R., Ström J. Chemical composition and sources of aerosol particles at Zeppelin Mountain (Ny Ålesund, Svalbard): An electron microscopy study // Atmos. Environ. 2012. V. 49. P. 142–150. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2011.12.008.
27. Государственные доклады. Иркутск, 2012–2025. URL: https://irkobl.ru/sites/ecology/picture/ (дата обращения: 26.03.2025).
28. Государственные доклады. Иркутск, 2012–2025. URL: https://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/ (дата обращения: 03.04.2025).
29. Ван Мальдерен Х., ван Грикен Р., Ходжер Т.В., Буфетов Н.С., Куценогий К.П. Анализ индивидуальных аэрозольных частиц в Сибирском регионе. Предварительные результаты // Оптика атмосф. и океана. 1994. T. 7, № 8. C 1154–1162.
30. Van Malderen H., van Grieken R., Khodzher T., Obolkin V., Potemkin V. Composition of individual aerosol particles above Lake Baikal, Siberia // Atmos. Environ. 1996. V. 30, N 9. P. 1453–1465. DOI: 10.1016/1352-2310(95)00430-0.
31. Голобокова Л.П., Ходжер Т.А., Ходжер Т.В. Современная оценка сухих осаждений химических веществ на подстилающую поверхность в разных районах азиатской территории России // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 6. C. 512–516.
32. EANET: Acid Deposition Monitoring Network in East Asia. Japan, 2025. URL: https://www.eanet.asia/location/irkutsk/ (last assess: 15.04.2025).
33. Leikauf G.D., Kim S.-H., Jang A.-S. Mechanisms of ultrafine particle-induced respiratory health effects // Exp. Mol. Med. 2020. V. 52. P. 329–337. DOI: 10.1038/s12276-020-0394-0.
34. Das A., Pantzke J., Jeong S., Hartner E., Zimmermann E.J., Gawlitta N., Offer S., Shukla D., Huber A., Rastak N., Meščeriakovas A., Ivleva N.P., Kuhn E., Binder S., Gröger T., Oeder S., Delaval M., Czech H., Sippula O., Schnelle-Kreis J., Di Bucchianico S., Sklorz M., Zimmermann R. Generation, characterization, and toxicological assessment of reference ultrafine soot particles with different organic content for inhalation toxicological studies // Sci. Total Environ. 2024. V. 951, N 175727. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.175727.
35. Ежегодники «Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России». М., 2025. URL: https://www.meteorf.gov.ru/product/infomate-rials/ezhegodniki/ (дата обращения: 04.04.2025).
36. Omidvarborna H., Kumar A., Kim D.-S. Recent studies on soot modeling for diesel combustion // Renewable Sustainable Energy Rev. 2015. V. 48. P. 635–647. DOI: 10.1016/ j.rser.2015.04.019.
37. Правительство Иркутской области. Официальный портал. Иркутск, 2012–2025. URL: https://irkobl.ru/news/3951263/?type=special (дата обращения: 27.03.2025).
38. Кизильштейн Л.Я., Дубов Н.В., Шпицглуз А.Л., Парада С.Г. Компоненты зол и шлаков ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1995. 176 с.
39. Gubanova D.P., Vinogradova A.A., Sadovskaya N.V. Brochosomes and other bioaerosols in the surface layer of the atmosphere of Moscow metropolis // Atmosphere. 2023. V. 14, N 504. DOI: 10.3390/atmos14030504.
40. Xie W., Li Y., Bai W., Hou J., Ma T., Zeng X., Zhang L., An T. The source and transport of bioaerosols in the air: A review // Front. Environ. Sci. Eng. 2021. V. 15, N 3: 44. DOI: 10.1007/s11783-020-1336-8.
41. Shailaja G.S.J., Ramakodi M.P., Ramakrishna T.V.B.P.S. Review of bioaerosols from different sources and their health impacts // Environ. Monit. Assess. 2023. V. 195, N 1321. DOI: 10.1007/s10661-023-11935-x.
42. Rakitov R., Moysa A.A., Kopylov A.T., Moshkovskii S.A., Peters R.S., Meusemann K., Misof B., Dietrich C.H., Johnson K.P., Podsiadlowski L., Walden K.K.O. Brochosomins and other novel proteins from brochosomes of leafhoppers (Insecta, Hemiptera, Cicadellidae) // Insect Biochem. Mol. Biom. 2018. V. 94. P. 10–17. DOI: 10.1016/j.ibmb.2018.01.001.
43. Wittmaack K. Brochosomes produced by leafhoppers – a widely unknown, yet highly abundant species of bioaerosols in ambient air // Atmos. Environ. 2005. V. 39. P. 1173–1180. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2004.11.003.