Ученые МГУ и ИОА создали уникальный фотохимический реактор

Ученые НИИ ядерной физики МГУ и Института оптики атмосферы (ИОА) СО РАН (г. Томск) создали уникальный инструмент – самый большой в мире экспериментальный фотохимический реактор ФОТО-БАК. Реактор применяется для исследования дымов пожаров с моделированием солнечного излучения на базе большой аэрозольной камеры (1800 м³) ИОА СО РАН. Исследование поддержано совместным российско-немецким проектом РФФИ (№20-55-12001). Его результаты опубликованы в журнале Environmental Science Processes & Impacts.

Изменение частоты и масштаба лесных пожаров за последние десятилетия во всем мире и, в частности, в Сибири стимулировало развитие новых технологий. Эти технологии призваны исследовать эмиссии и влияние транспортирующихся на значительные расстояния дымовых шлейфов на экосистему Арктики, экологическое состояние городов и здоровье населения.

ФОТО-БАК оснащен современным комплексом аппаратуры анализа газового и аэрозольного состава атмосферы, образующегося в процессе горения и пиролиза лесных горючих материалов. В ходе исследования были разработаны инструментальные и методические основы комплексного исследования свойств аэрозолей природных пожаров. Также была проведена всесторонняя характеристика ФОТО-БАК, оценены важнейшие параметры камеры, такие как скорость потерь частиц и летучих органических соединений, скорость фотолиза NO₂, инициирующего дневную фотохимию атмосферы, способность генерировать вторичные органические аэрозоли, а также однородность распределения дымов в камере.

Важнейшим результатом реализации проекта стало проведение комплексного микрофизико-химико-биологического эксперимента по моделированию дымовых эмиссий пожаров сибирских лесов и торфяников при контролируемых условиях горения в течение длительного времени. Впервые изучена эволюция аэрозолей горения сибирских биомасс (сосны, опада, торфа), образующихся в условиях тления и открытого горения, и трансформирующихся во время последовательного стимулированного солнечным излучением фотохимического и темнового старения дымов, моделирующего дневные и ночные условиях распространения шлейфа пожара в окружающей среде.

«В ряде кампаний по сжиганию биомасс в ФОТО-БАК проведен отбор проб больших объемов микрочастиц для комплексного физико-химического анализа состава и токсикологического воздействия на клеточном уровне. Показано, что химический состав аэрозолей существенно варьируется в зависимости от типа биомассы, режима горения и возраста дыма. В темновых условиях дымы открытого горения отличаются от тления существенно более низким суммарным содержанием наиболее токсичных соединений полиароматических углеводородов. Суммарная концентрация соединений ПАУ в дымах сосны выше, чем опада в 6.5 и 2.5 раз для режима тления и горения. Значения токсического эквивалента смеси ПАУ по бензпирену свидетельствуют о существенно более высокой степени канцерогенной опасности дымов тления по сравнению с дымами открытого горения, а также дымов от сжигания древесины сосны по сравнению с дымами от сжигания опада хвойных деревьев», – рассказала руководитель проекта, ведущий научный сотрудник НИИЯФ МГУ Ольга Поповичева.

Разработанная в рамках создания ФОТО-БАК методология адаптируется в настоящее время в проекте РНФ «Мегаполис» (№19-77-3004-П), который реализуется на географическом факультете МГУ. Проводится анализ влияния дымовых шлейфов на московский мегаполис в период рязанских пожаров августа 2022 года. Софинансирование и поддержка физико-химических анализов предоставлены Институтом экологического проектирования и изысканий (АО «ИЭПИ»).