Patterns of mercury concentration in annual tree rings in Siberia (Russia) and the Republic of Vietnam

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время загрязнение окружающей среды увеличивается прямо пропорционально человеческой деятельности. Повышенные концентрации химических веществ в компонентах окружающей среды имеют двойную природу: естественный геохимический фон и антропогенное воздействие. В результате антропогенной деятельности, воздействие которой сохраняется в течение длительного времени, меняется химический состав и уровень накопления химических веществ в компонентах окружающей среды.

Одним из наиболее эффективных и экономичных методов мониторинга являются биологические индикаторы. В настоящее время для мониторинга качества окружающей среды используется множество биологических индикаторов, таких как кольца и листья деревьев, мхи, лишайники, хвоя, кораллы, а также шерсть животных и др. [1–8]. Для анализа динамики загрязнения окружающей среды широко применяются годовые кольца сосны, что обусловлено широким ареалом ее распространения и простотой датировки годовых колец.

Методы дендрохронологии и дендрогеохимии используются для оценки различных факторов, влияющих на качество окружающей среды, и позволяют проводить реконструкцию исторических событий и загрязнений окружающей среды в природных компонентах [9]. Ртуть является глобально токсичным элементом. Уделяется всё больше внимания содержанию ртути в окружающей среде. Газообразная ртуть является одной из наиболее распространенных её форм, составляя более 95 % от общего количества ее эмиссии. Данная форма ртути может переноситься на дальние расстояния из-за относительно длительного времени нахождения паров ртути в атмосферном воздухе (от пяти месяцев до двух лет), а затем выпадать на подстилающую поверхность в результате влажного и сухого осаждения [10]. Растительность играет важную роль в биогеохимическом цикле Hg, который представлен тремя механизмами ассимиляции Hg: через корни, листву и кору [11].

В 1975 г. N.W. Lepp провел краткий обзор путей поглощения и факторов, регулирующих поступление металлов в растения. В гипотезе B.E. Cutter and R.P. Guyette и S.A. Watmough показано, что в области дендрохимии химический состав кольца дерева отражает часть химического компонента окружающей среды [11–13]. На накопление элементов в годовом кольце влияют не только условия окружающей среды, но и физиологические процессы в самом дереве [14, 15]. В настоящее время учёные уделяют особое внимание использованию древесины, хвои деревьев, лишайников в качестве биоиндикаторов для пространственного и временного мониторинга концентраций загрязняющих веществ [4–6].

Предыдущие литературные исследования показали, что при последовательном формировании химического состава годовых колец они фиксируют информацию об изменениях в биосфере за длительный период времени [10, 16, 17]. Однако возможно перераспределение элементов между годовыми кольцами, которое в значительной степени зависит от путей поглощения и подвижности химических элементов в тканях растений [18].

Ртуть поступает в древесину деревьев в результате естественных процессов (дегазация земной коры и геологические особенности территорий) или в результате антропогенной деятельности (рис. 1, а). Данные о содержании ртути в годовых кольцах деревьев могут быть использованы для создания глобальной карты распределения ртути, что внесёт вклад в архив данных. Для прогнозирования будущих изменений в цикле ртути в лесных экосистемах необходимо более глубокое понимание механизмов поступления и трансформации ртути в древесных растениях.

В литературе описаны такие пути поступления ртути в годовые кольца деревьев, как: поглощение из почвы корнями; поглощение из воздуха листвой и транслокация через флоэму в кольцо; перенос через кору [11]. В настоящее время исследователи в основном согласны с тем, что ртуть в годовые кольца деревьев поступает из атмосферного воздуха [3, 10, 17, 18, 24].

В последнее время был проведен ряд исследований на предмет динамики накопления ртути годовыми кольцами (рис. 1, б) [1, 3–10, 17, 18, 23, 25]. В качестве природных источников Hg можно назвать вулканическую деятельность, эрозию, дегазацию земной коры [1, 4, 5, 26], а также поступление в результате землетрясений, ураганов и наводнений [27, 28].

Антропогенные выбросы Hg в окружающую среду связаны с металлургической, химической промышленностью, сжиганием твёрдых бытовых и биомедицинских отходов, электронной, бумажной, фармацевтической промышленностью и сжиганием углеводородов.

 

Рис. 1. Соотношение вклада основных источников в глобальную эмиссию ртути: a) [19–22]; б) концентрации Hg в годовых кольцах разных видов сосны в различных районах исследования [3, 5, 7, 10, 23]

Fig. 1. Ratio of the contribution of the main sources to global mercury emissions: a) [19–22]; b) concentrations of Hg in annual rings of different pine species in different study areas [3, 5, 7, 10, 23]

 

На основе анализа керна деревьев было установлено, что содержание ртути в годовых кольцах деревьев зависит от расстояния между точкой отбора проб и источником выбросов [3, 29].

Обзор научных работ, в которых были систематизированы данные о распространении и возможном источнике эмиссии ртути, связанной с твёрдыми аэрозолями в различных регионах, таких как Северная Америка, Европейский союз и страны Азии (Китай, Япония, Южная Корея, Турция, Израиль, Индия и Непал), даёт представление о содержании Hg в атмосфере. Концентрации Hg в северном полушарии примерно на порядок выше, чем в южном, и её распределение тесно коррелирует с исходными регионами и транспортными путями [30]. Большая часть промышленных предприятий расположена в северном полушарии, что приводит к преобладанию выбросов ртути в данном регионе. Китай, Индия, Соединенные Штаты, Япония и Южная Корея – страны, характеризующиеся быстрой индустриализацией и повышенными концентрациями ртути в компонентах окружающей среды [31].

Глобальное загрязнение ртутью можно связать с четырьмя основными источниками: антропогенная деятельность (2220 т/год) [19], пожары (600 т/год) [20–22], поверхностная геобиоактивность, испарения из почвы и растительности (1300 т/год) [20, 22], а также испарение с поверхности мирового океана (2300 т/год) [20, 22]. Статистические данные показывают, что растительность поглощает примерно четверть общего количества Hg в глобальной атмосфере, что составляет от 4400 до 5300 т/год [24].

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования выбраны два вида сосны. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), отобранная на территории России (Томская и Иркутская области и Республика Бурятия). Этот вид имеет обширный ареал распространения на Евроазиатском материке: от Атлантического океана на западе до Тихого океана на востоке, от Заполярья на севере до Черноморского побережья на юге. В России сосна обыкновенная распространена по всей территории. Сосна далатская, или пятиигольчатая сосна (Pinus dalatensis Ferré), произрастающая в высокогорных районах Лаоса и Вьетнама на высоте от 600 до 2600 м над уровнем моря, является эндемиком Вьетнама. На протяжении десятилетий ареал обитания этого вида сокращается вследствие индустриализации и урбанизации [32]. В связи с этим Международный союз охраны природы предложил включить далатскую сосну в список приоритетных видов для сохранения [33].

Данные виды сосен, произрастают в разных географических регионах, каждый из которых характеризуется различными климатическими и геологическими условиями. Тем не менее оба вида обладают чётко и хорошо различимыми границами годовых колец (рис. 2). Значительное количество предыдущих исследований продемонстрировало эффективность использования видов сосны для решения задач в области дендрохронологии и дендрогеохимии [1, 5, 7, 16, 32, 34, 35].

 

Рис. 2. Фотография возрастного керна сосны далатской (Pinus dalatensis Ferré) (а) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) из Томской области (б) (справа – кора; слева – сердцевина)

Fig. 2. Photo of an age core of Pinus dalatensis Ferré (a) and Scots pine (Pinus sylvestris L.) from the Tomsk Region (b) (bark is on the right; heartwood is on the left)

 

В период с 2021 по 2023 гг. были отобраны образцы кернов деревьев в конце вегетационного периода в трёх регионах России (Томской, Иркутской областях и Республике Бурятия) и в двух регионах центрального нагорья Социалистической Республики Вьетнам (г. Далат и провинции Даклак). Выбор мест отбора проб проводился с учетом расположения промышленных обьектов. В районах, где поток Hg зависит от естественных процессов, таких как сейсмическая активность, точки отбора проб располагаются вдоль и накрест простирания разломов рифтовой зоны.

Томская, Иркутская области и Республика Бурятия представляют собой три крупных региона Сибири. На территории Томской области были найдены россыпные месторождения золота в долинах рек. Однако при разведке коренных месторождений золота типичные примеси ртути (0,12–0,6 %) были обнаружены на правом берегу нижнего течения р. Тугояковки, в среднем и верхнем течении рек Ушайки и Киргизки, а также в районе острова Айдаковский р. Томи. Все эти объекты рассматриваются как естественные источники поступления ртути в компоненты окружающей среды, в том числе и в растения.

Территория Томской области считается спокойной в сейсмотектоническом отношении.

Однако наблюдаются техногенные землетрясения с промышленными взрывами разного назначения (сила толчка достигала 3–4 баллов) [36]. Также были установлены обширные ореолы с повышенным содержанием ртути в компонентах окружающей среды (почвы, твердый осадок снега, годовые кольца деревьев, биосубстраты человека) на территории Сибирского промышленного узла (г. Томск) [2, 9, 16, 37–42].

Как известно, Иркутская область и Республика Бурятия расположены на стыке двух тектонических образований от южной части Сибирской платформы до Байкальской рифтовой зоны, что создает сильную сейсмическую активность и землетрясения, которые являются природным источником эманации ртути [43, 44]. В акватории озера Байкал часто происходят землетрясения высокой интенсивности. По статистическим данным в мае 1981 г. произошло сильное землетрясение (К=14,0, М=5,4), с июня по ноябрь 2022 г. зафиксировано шесть землетрясений (К=9,5–14,2) с эпицентрами в 5 км друг от друга и также землетрясения с меньшей интенсивностью (К=4) в населённом пункте Тунка [45].

С 1970-х гг. в Иркутской области были размещены ведущие промышленные комплексы России, включая тепловые электростанции, металлургические предприятия, химическую и целлюлозно-бумажную промышленности. Вследствие чего сформировалась техногенная зона ртутного загрязнения [46]. Высокие уровни содержания Hg были отмечены в разных природных объектах Иркутской области [47].

Наибольший вклад в суммарные выбросы Hg на территории Республики Бурятия вносят предприятия теплоэнергетики (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2), котельные (доля угля составляет 75–85 %), авиастроение, печное отопление, выбросы автотранспорта, чёрная и цветная металлургия, добыча золота, коксохимическое производство, производство цемента, извести и целлюлозно-бумажная промышленность [48].

Город Далат расположен в центральном нагорье в южно-центральной части Вьетнама, на плато Лангбианг. Экономика территории характеризуется в основном туризмом, сельским хозяйством (выращивание цветов, кофе и чая), где отсутствуют крупная промышленная деятельность и потенциальные источники выбросов ртути. Во Вьетнаме основными источниками ртути, вносящими вклад в глобальный биогеохимический цикл, являются сжигание ископаемого топлива и кустарная золотодобыча. Кроме того, зафиксирован трансграничный перенос ртути с Восточно-Азиатского континента в районы, расположенные ниже по морскому течению, такие как Япония, Тайвань и северная часть Восточного моря [49]. Однако потоки ртути из Восточной Азии изучаются в основном в регионах с умеренным климатом, поэтому необходимо больше данных для сравнительного анализа в тропических регионах, таких как Вьетнам [50]. Последние исследования показывают, что присутствие ртути в воздушных массах из Китая может значительно превышать уровни содержания связанной с PM2.5 и газообразной элементарной ртути в Хошимине [50–52].

Для проверки предположений предыдущих исследований о главных факторах потоках поступления Hg в годовые кольца на каждой территории нами были созданы схематические карты отбора проб. Иркутская область и Республики Бурятия характеризуется природными [1, 4, 5]; Томская область – антропогенными источниками [6, 38]. Республика Вьетнам относится к развивающимся странам, экономическое развитие которой началось только после окончания войны с 80-х гг. прошлого века. Схема отбора проб составлена с учетом расположения относительно источников антропогенного воздействия, хроники военных действий, а также влияния трансграничного переноса экотоксикантов в подветренные регионы [49, 50, 52].

В Томском районе выбраны четыре точки отбора проб, которые находятся под воздействием крупнейшего промышленного центра Томской области – северного промышленного узла (рис. 2). Две точки расположены в ближней зоне: в непосредственной близости от исследовательского ядерного реактора Томского Политехнического университета («Реактор») и ООО «Томскнефтехим» («Нефтехим»). Другие две точки находятся с противоположной стороны от города: в населенном пункте Пашино («Пашино») и мкр. Тимирязево («Тимирязево») [8].

В Иркутской области и Республике Бурятия точки выбраны в удалённых районах за пределами городов, в зоне эпицентров землетрясений высокой интенсивности (Байкальская рифтовая зона) (рис. 2). На территории Иркутской области выбраны две точки: кордон Харгино («Харгино») на территории Прибайкальского национального парка, а также вблизи посёлка Песчаное («Песчанка») на острове Ольхон. На территории Республики Бурятия керны сосны отобраны рядом с р. Жохой (база «Снежный барс» Тункинского района («Тунка»)).

В Республике Вьетнам принцип выбора точек отбора проб обусловлен историей техногенного воздействия на природную среду (рис. 3). В рамках данного исследования были выбраны две локации на юго-востоке города Далат, где с 1930 г. активно функционировали чайные плантации и лесопильные предприятия. Также во внимании оказалась единственная железнодорожная линия, связывающая г. Далат с г. Тхапчам в провинции Ниньтхуан в военный период с 1932 по 1972 гг. На сегодняшний день в юго-восточном регионе республики расположены зоны сельскохозяйственного производства и предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, в то время как в других районах в основном развивается туризм. Кроме того, контрольная проба отобрана в провинции Даклак, которая расположена в 250 км к северу от центра г. Далат. На данной территории отсутствует промышленное воздействие на окружающую среду, что позволяет оценить глобальный уровень выпадения Hg.

 

Рис. 3. Карта-схема размещения точек отбора проб: а) Томская область; б) Иркутская область и Республика Бурятия; в) г. Далат

Fig. 3. Map-scheme of the sampling points location: a) Tomsk region; b) Irkutsk region and the Republic of Buryatia; c) c. Dalat

 

Древесный керн извлекался с помощью возрастного бурава, согласно установленным рекомендациям [53], из двух рядом стоящих деревьев примерно одинакового возраста, высоты дерева и диаметра ствола. Всего было отобрано и изучено 10 древесных кернов. Извлечённые керны помещались в бумажные пеналы с указанием номера точки, времени и места отбора. Процесс пробоподготовки включал в себя: высушивание кернов при комнатной температуре до постоянной массы, размещение в деревянных пеналах. Годовые кольца были разделены по годам, согласно [53], и проанализированы. Измерение ширины годового кольца выполнено с точностью до 0,01 мм с помощью прибора LINTAB с программным обеспечением TSAP-Win в лаборатории динамики и устойчивости экосистем в Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск).

Измерение содержание Hg в кольцах деревьев проводилось атомно-абсорбционным методом на анализаторе ртути РА-915+ c приставкой ПИРО-915 (предел обнаружения Hg – 5 нг/г, точность определения – 5 нг/г, концентрации элемента рассчитаны на 1 г сухого вещества) в учебно-научной лаборатории на базе Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета. Биологическая матрица пробы разлагалась методом пиролиза при температуре 580 °С. Всего проанализировано 830 проб.

В рамках исследования был проведён анализ содержания ртути в кернах на рассматриваемых территориях за период с 1930 по 2023 гг. Продолжительность временного ряда варьировалась от 80 до 93-х лет. Для удобства предоставления полученных данных концентрации ртути приведены с усреднением за 10 лет: 1930–1939, 1940–1949, 1950–1959, 1960–1969, 1970–1979, 1980–1989, 1990–1999, 2000–2009, 2010–2019 и 2020–2023.

Все статистические анализы и графические представления выполнены с помощью программного пакета Microsoft Excel. Методы пакета Statistica использованы для выявления связи содержания Hg в зависимости от территориальной принадлежности.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Распределение концентраций Hg в древесных кернах исследованных территорий и отдельных сосен крайне неравномерно, что подтверждается результатами расчета коэффициента вариации (73–331 %). Cредние содержания Hg характеризуются широким размахом и значительно различаются между регионами: Иркутская область – 20±1,6 нг/г, Республика Бурятия – 13±2,7 нг/г, Республика Вьетнам – 582±180 нг/г, Томская область – 118±36 нг/г (табл. 1). Следует отметить, что годовые кольца сосны Вьетнама и Томской области выделяются повышенными значениями (табл. 1).

 

Таблица 1. Сравнительная характеристика содержаний Hg (нг/г) в годовых кольцах деревьев исследуемых территорий

Table 1. Compared statistics of Hg concentrations (ng/g) in annual tree rings in different study areas

Точка Point		Возраст, лет Age, years	Среднее Mean	мин-макс медиана min-max median	Стандартное отклонение Standard deviation	Коэффициент вариации Variation coefficient
Томская область Tomsk Region	Тимирязево Timiryazevo	80	133,7±23,9	5–1170 47,0	214,7	161
	Пашино Pashino	80	127,6±47,2	5–3505 17,7	424,5	332
	Реактор Reactor	93	67,3±21,6	5–1953 27,0	207,9	309
	Нефтехим Neftekhim	81	146,1±51,2	5–3986 29,0	463,4	317
Республика Бурятия Republic of Buryatia	Тунка Tunka	93	12,6±2,7	5–101 7,3	16,7	132
Иркутская область Irkutsk Region	Песчанка Peschanka	87	26,2±2,1	5–100 21,1	19,3	73
	Харгино Khargino	93	13,3±1,1	5–67 10,5	10,5	80
Вьетнам Vietnam	Даклак Daklak	93	12,4±1,1	5–65 10	10,9	88
	ДЛ03 DL03	93	882,9±207,1	5–11380 12,3	2017,4	227
	ДЛ04 DL04	82	876,4±272,9	5–11510 6,7	2471,5	282

 

Концентрации Hg в Республике Вьетнам находятся в пределах 5–11510 нг/г. Максимальными содержаниями Hg характеризуются две точки г. Далат, где содержание Hg в годовых кольцах сосны фиксируется свыше 870 нг/г. Минимальное содержание Hg отмечается в точке, расположенной в 280 км к юго-западу от центра г. Далат.

На территории Томской области концентрации Hg колеблются в пределах 5–3986 нг/г, максимальное содержание наблюдается в точке «Нефтехим», минимальное – в точке «Реактор».

На территории Иркутской области концентрации Hg меняются в переделах 5–100 нг/г. Максимальное содержание Hg отмечается в точке «Песчанка», и минимальное – в точке «Харгино». Точки, расположенные в Республике Бурятия, характеризуются содержанием элемента в пределах от 2–101 нг/г, в керне точки «Тунка» средние содержания ртути равны 13,0±2,7 нг/г.

Расхождение в средних содержаниях Hg в древесине сосны, отобранной на территории Вьетнама и России, может быть связано с особенностями промышленной нагрузки, естественными геохимическими условиями, а также климатом (тропический и умеренный, соответственно).

Изучение характера накопления ртути на каждой из территорий мы объясняем с точки зрения геоэкологической обстановки, формирующейся в ходе исторического развития. Из рис. 4 следует, что поступление Hg в керны сосны Томской области достигло своего пика в 1940–1949 гг., за исключением точки «Реактор».

 

Рис. 4. Динамика хронологии содержания ртути в древесине сосны на территории исследования

Fig. 4. Dynamics of mercury chronology in pine wood in the study area

 

Накануне Великой Отечественной войны (1941–1945 гг.) промышленный сектор Томской области оставался слаборазвитым и включал в себя такие отрасли, как производство строительных материалов, пищевая, лесная и деревообрабатывающая промышленности. На начальном этапе войны в Томской области была проведена конверсия производства для обеспечения фронта предметами первой необходимости и вооружением. Вследствие чего из европейской части страны в Томск было эвакуировано более 30 промышленных предприятий, и уже к концу 1941 г. половина эвакуированных предприятий начала выпускать продукцию [54].

В интервале 1940–1949 гг. объем производства продукции вырос во всех отраслях, кроме пищевой промышленности. В послевоенные 1950–1959 гг. основными отраслями промышленности были машиностроение и металлообработка, лесная, деревообрабатывающая и пищевая, на долю которых приходилось 59,2, 15,6 и 10,1 % соответственно. С 1940 по 1960 гг. работала железнодорожная линия Асино–Томск–Тайга, связывавшая областной центр с тремя соседними административными районами [54].

Интересно отметить, что керн сосны в точке «Реактор» является самым «старым» из четырёх собранных образцов. Максимальное содержание Hg в точке «Реактор» отмечено в период 1930–1939 гг. со средним содержанием 308 нг/г.

Как свидетельствуют данные табл. 1, выявлено заметное несоответствие амплитуды среднего содержания в одном из районов Иркутской области по сравнению с двумя другими районами. Как в точке «Песчанка», так и в точке «Харгино» содержание Hg было относительно равномерным во все периоды. Однако в период с 1940 по 1989 гг. содержание ртути заметно увеличилось и достигло 37 и 16 нг/г, соответственно. Тенденция локальных эмиссий Hg характеризуется местными факторами, связанными с региональной сейсмической активностью, антропогенной деятельностью. Во время Великой Отечественной войны промышленность Западной Сибири была ориентирована на мощное развитие. В районе озера Байкал были построены крупные заводы, но после распада Советского Союза развитие затормозилось [54, 55]. В точке «Тунка» поступление ртути в керн сосны имеет идентичный тренд в период с 1940 по 1949 гг., который отмечается максимальным всплеском содержания ртути, наблюдаемый в керне сосны Томской области и Республике Вьетнам.

Пиковые значения содержания элемента в юго-западном Прибайкалье совпадают также с датами сильных землетрясений (рис. 5): 1912 (M=5,3), 1924 (M=4,9), 1926 (M=4,8), 1928 (М=5), 1950 (M=7), 1956 (M=4,5; 5), 1975 (М=8,1); 1959 (M=9); 1963 (M=4,5), 1967 (M=7,8); 1973 (M=4,5), 1980 (M=4,5), 1981 (M=5), 1982 (M=4,1–4,6), 1986 (M=4,1), 1988 (M=4,1), 1989 (M=4,7), 1994 (М=6,5); 1995 (M=5,9),1999 (M=6), 2008 (М=6,3), 2014 (M=6), 2019 (M=6), 2021 (М=6,7).

Поток ртути в годовые кольца сосны в Центральном нагорье Вьетнама имеет максимальные концентрации в период 1940–1969 гг. До 1940 г. было завершено строительство инфраструктуры, включая электростанцию (1927 г.), дороги, соединяющие город Далат с соседними районами (1937 г.), железнодорожный вокзал Далат (1938 г.), университет Далат (1939 г.). Кроме того, в этот период население города заметно увеличилось, в основном за счет притока рабочих и туристов. Если в 1923 г. население составляло 1500 человек, то к 1940 г. оно достигло 11500 человек. Кроме этого, геохимические условия местности и проявления рудного золота, сопровождаемые примесями Ag, Pb-Zn, Cu и As, также могут способствовать синхронизации поступления Hg в атмосферу [56].

На рис. 6 (ДЛ03, ДЛ04) показана корреляция между динамикой содержания ртути в сосновых кернах и историческим периодом войны за защиту Отечества против японского империализма (1940–1945 гг.), Первой Индокитайской войны против Французского колониализма (1946–1954 гг.) и Второй Индокитайской войны против Американского империализма (1955–1975 гг.). Очевидно, что количество пиковых концентраций и периоды их локализации во временном интервале совпадают с хронологией военных конфликтов.

Вторая Индокитайская война удерживает исторический рекорд по самому большому количеству сброшенных бомб. ВВС США использовали 7662000 т взрывчатых веществ, что в 3,7 раза больше по сравнению с общим количеством взрывчатых веществ, использованных всеми странами во время Второй мировой войны (1939–1945 гг.). Во время войны в Юго-Восточной Азии гербициды широко применялись в военных целях, преимущественно для дефолиации густых тропических лесов с целью обнаружения вражеских военных и снабженческих подразделений и в меньшей степени – для уничтожения сельскохозяйственных культур и в различных других целях. Военное применение гербицидов в Южном Вьетнаме началось в 1962 г., значительно расширилось в 1965 и 1966 гг. и достигло пика в 1967–1969 гг. [57].

Возможно, что пик содержания Hg, фиксирующийся на период между 1940 и 1949 гг. и не совпадающий с периодом распыления США токсичных химикатов в Южном Вьетнаме, может объясняться либо глобальными выпадениями, либо внутренним перетоком. Тем не менее возможность переноса химических веществ между кольцами посредством радиальной диффузии остаётся гипотезой, которая пока не получила эмпирического подтверждения.

Следует отметить, что содержание Hg в кернах сосны на 2-й территории провинции Даклак во Вьетнаме, где диапазон содержания ртути колеблется от 6 до 25 нг/г, соответствует амплитуде колебаний в точке «Харгино» Иркутской области (5–27 нг/г).

Hа территории Сибири и во Вьетнаме максимальные значения ртути в кольцах приходятся на период 40-х и 60-х гг. ХХ в. Для данных периодов характерно активное промышленное развитие и наращивание военного производства. В результате исследования можно утверждать, что максимальные всплески на многих территориях отмечаются независимо от геологического фактора. Глобальная эмиссия ртути характерна именно в период 1940–1969 гг. [58, 59].

В результате исследования выявлено, что для большинства территорий, независимо от их особенностей, в период с 1930 по 1969 гг. отмечается максимальный всплеск концентрирования Hg. Сходство распределения Hg во времени заключается в том, что содержание Hg в период 1930–1969 гг. превышает среднее значение за весь исследуемый период во всех четырех районах: примерно в 2,2 раза в Томской области, в 1,5 раз в Республике Бурятия, в 1,3 раза в Иркутской области и в 2,7 раз во Вьетнаме (рис. 5).

 

Рис. 5. Концентрация ртути в древесных кернах на территории Юго-западного Прибайкалья (пунктир – землетрясения с М>4,0)

Fig. 5. Mercury concentration in wood cores in the territory of the South-Western Baikal region (dotted line – earthquakes with M>4.0)

 

Максимальное значение отмечается в керне сосны Вьетнама (1569 нг/г), что превышает содержание в период 1970–2023 гг. (8 нг/г) в 193 раза, и среднее значение за весь исследуемый период (582 нг/г) – в 2,7 раза. Минимальное содержание ртути в интервале 1930–1969 гг. отмечено в Республике Бурятия и в Иркутской области (20 и 25 нг/г, соответственно), что по сравнению с данными после 1970 г. и за весь исследуемый период выше в 3,3 и 1,5 раза, а также в 1,7 и 1,3 раза, соответственно. В Томской области среднее содержание ртути 260 нг/г (1930–1969 гг.), что в 6 раз ниже, чем во Вьетнаме, и в 10 раз выше, чем в Иркутской области. Примечательно, что период с 1930 по 1969 гг. совпадает со значительным ростом научно-технического прогресса.

 

Рис. 6. Концентрация ртути в древесных кернах на территории Республики Вьетнам: I – война за защиту Отечества против японского империализма (1940–1945 гг.); II – Первая Индокитайская война против Французского колониализма (1946–1954 гг.); III – Вторая Индокитайская война против Американского империализма (1955–1975 гг.)

Fig. 6. Mercury concentration in wood cores in the Republic of Vietnam: I – the War for the Defense of the Fatherland against Japanese imperialism (1940–1945); II – the First Indochina War against French colonialism (1946–1954); III – the Second Indochina War against American imperialism (1955–1975).

 

Для выявления общих закономерностей поступления ртути в древесину сосны использовали корреляционный анализ. Значимость средних концентраций элемента между годами оценивалась с помощью нулевой гипотезы при 5 % уровне надежности. Выявлена связь в накоплении поллютанта древесиной на участках «Пашино»–«Тимирязево» (r=0,32; при P<0,05) и «Тимирязево»–«Реактор» (r=0,22; при P<0,05), «ДЛ03»–«ДЛ04» (r=0,3; при P<0,01), «Тунка»–«Песчанка» (r=0,35; при P<0,01).

Тенденция накопления Hg в годовых кольцах деревьев за весь период с 1930 по 2021 гг. проиллюстрирована на рис. 4. В данном исследовании была реконструирована история загрязнения и тенденция потока Hg в годовых кольцах деревьев. Кроме того, для выявления характера изменения концентраций Hg с течением времени применялся линейный регрессионный анализ. Графики линейной регрессии всех изученных точек отбора проб демонстрируют тенденцию к снижению концентраций за весь период исследования.

 

Рис. 7. Периоды накопления ртути древесиной сосны обыкновенной и далатской на исследуемых территориях: 1 – Томская область; 2 – Республика Бурятия; 3 – Иркутская область; 4 – Вьетнам

Fig. 7. Periods of mercury accumulation by Scots pine and Dalat pine cores in different territories: 1 – Tomsk region; 2 – Republic of Buryatia; 3 – Irkutsk region; 4 – Vietnam

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На аккумуляцию Hg древесиной сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и сосны далатской (Pinus dalatensis Ferré) на исследованных территориях влияние оказывают как природные, так и антропогенные факторы: естественная эманации Hg вследствие дегазации земной коры (Иркутская область и Республика Бурятия); локальный техногенез (Томская область), а также военные действия с применением химического оружия (Республика Вьетнам). В ходе исследования оценена динамика особенностей накопления Hg древесиной на протяжении 93 лет (1930–2021/2023 гг.). В период с 1930-х и до конца 1960-х гг. наблюдаются повышенные средние содержания элемента на всех исследованных территориях. Кратность превышения составляет от 1,7 до 196 раз по сравнению с последующим временным интервалом и от 1,3 до 2,7 раз относительно среднего по выборке. Повышенные концентрации Hg в период 1940–1969 гг. на территории республики Вьетнам обусловлены трансграничным переносом ртути из континентальной части Восточной Азии, а также применявшимся в ходе Вьетнамской войны химическим оружием, а на территории России – ростом промышленного производства в годы Великой Отечественной войны и послевоенного восстановления страны. Анализ хронологии ртути в древесине сосны всех исследованных деревьев указывает на уменьшение уровня содержания Hg с 1970-х гг. до современного периода. Наблюдается вариативность накопления элемента в зависимости от естественного геохимического фона, обусловленного сейсмичностью и геологическими условиями, техногенной нагрузкой и др.

 

***

Благодарности: Исследование проведено на базе Прибайкальского национального парка. Исследование выполнено за счёт грантов РНФ (№ 20-67-47005 и 20-67-47021). Обработка данных выполнена в рамках бюджетного проекта Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (г. Томск).

Acknowledgеments: The study was conducted at the Pribaikalsky National Park. The research was carried out using the RSF grants (no. 20-67-47005 and 20-67-47021). The data processing was carried out within the framework of the budgetary project of Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Tomsk).

About the authors

T. H.S. Le

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: thihongshang1@tpu.ru
ORCID iD: 0009-0004-6708-8825

Postgraduate Student

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Natalia V. Baranovskaya

National Research Tomsk Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: nata@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3729-800X

Dr. Sc., Professor

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Elena E. Lyapina

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS

Email: eeldv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6116-0567

Cand. Sc., Senior Researcher

Russian Federation, 10/3, Akademicheskiy avenue, Tomsk, 634055

Maria G. Krachnakova

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: mgk8@tpu.ru
ORCID iD: 0009-0006-0848-0645

Master Student

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

References

Supplementary files