Экологи РУДН разработали новые модели для определения источника загрязнения природных сред

IndustryAndTravel/Getty Images

Экологи РУДН обнаружили, что полициклические ароматические углеводороды могут служить индикаторами загрязнения и перемещения веществ в компонентах окружающей среды - почве, растениях, воде. Для этого экологи провели масштабное исследование, которое впервые включило в себя разнородные образцы почв, воды и растительности от Китая до Антарктиды. Результаты опубликованы в Applied Geochemistry.

Геохимические барьеры (ГХБ) — это «границы», на которых резко сменяется характер переноса веществ. Например, в месте выхода грунтовых вод на поверхность резко повышается концентрация кислорода — химические элементы окисляются и «оседают» на барьере. Экологи РУДН впервые предложили модель, которая описывает энергетику «переноса масс» — перемещения веществ в экосистеме. Маркером для отслеживания перемещения веществ могут служить полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Это в основном токсичные органические вещества, которые накапливаются в почве — экологи показали, как по их составу можно отследить загрязнения и найти его источник. Для этого ученые рассчитали физические и химические характеристики ПАУ и составили их классификацию.

«Мы предложили модель того, как ПАУ накапливаются, трансформируются и мигрируют. Модель основана на количественных оценках, которые дают более последовательные результаты по сравнению с описательными представлениями о поведении веществ. Это позволило выяснить, как физико-химические характеристики ПАУ влияют на их накопление в окружающей среде», — доктор геолого-минералогических наук Александр Хаустов, профессор кафедры прикладной экологии РУДН.

ПАУ образуются и в природе — например, при лесных пожарах, — и в результате деятельности человека — в отходах химический и нефтяной промышленности. Экологи РУДН изучили 142 образца воды, растительности, почвы и ила различного географического и природного происхождения — из водных систем Керченского полуострова, регионов с развитой кожевенной промышленностью вблизи реки Аоцзянь в Китае, зоны влияния Иркутского алюминиевого завода, разных областей Антарктиды и Арктики и, наконец, образцы снега из кампуса РУДН в Москве. Собранные данные привели к одному формату и рассчитали количество ПАУ в каждом из образцов. Затем результаты проанализировали в рамках термодинамической теории — рассчитали изменение энтропии, энтальпии и энергии Гиббса. Первая величина описывает отклонение реального процесса от идеального, вторая показывает, сколько энергии выделяется или поглощается, последняя характеризует возможность переноса масс.

«Такой набор, казалось бы, генетически неоднородных образцов позволяет в реальных условиях применить термодинамический анализ к переносу вещества и энергии в естественных диссипативных системах», — доктор геолого-минералогических наук Александр Хаустов, профессор кафедры прикладной экологии РУДН.

Экологи выяснили, какие факторы в большей степени влияют на накопление ПАУ. Например, в экосистеме вблизи кожевенных заводов в Китае ключевым фактором оказалось изменение энтропии, а в кампусе РУДН — изменение энергии Гиббса. Всего экологи выделили три типа процессов: а первом случае все три термодинамических параметра уменьшаются, во втором остаются неизменными, в третьем увеличиваются. По этой классификации, а также по составу ПАУ можно проследить загрязнение и определить его источник.