Ученые лаборатории геохимии наночастиц Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН) выделили и изучили наночастицы пепла вулканов Камчатки и обнаружили, что концентрация токсичных и потенциально токсичных элементов в наночастицах пепла может в десятки и даже сотни раз превышать их концентрацию в микрочастицах. Полученные результаты важны при оценке миграции токсичных элементов в окружающей среде и потенциальных рисков для экосистем и здоровья человека. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Геохимия».

Вулканические извержения являются одним из основных источников природных наночастиц в окружающей среды. По оценкам, ежегодно в результате вулканических извержений в атмосферу выбрасывается порядка 22 млн тонн наночастиц. Во время извержения наночастицы вулканического пепла могут быть выброшены на высоту десятков километров и достигать стратосферы, где затем распространяются вокруг всего Земного шара, годами воздействуя на различные его регионы. В результате извержений происходит загрязнение наночастицами не только воздушных, но и наземных и водных экосистем. Наночастицы вулканического пепла могут также оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. За счет высокой проникающей способности в организм человека при дыхании наночастицы могут вызывать различные заболевания органов дыхания.

При помощи разработанного сотрудниками лаборатории геохимии наночастиц ГЕОХИ РАН комплексного подхода к выделению и анализу наночастиц окружающей среды был изучен элементный состав пеплов некоторых камчатских вулканов, таких как Ключевской, Толбачик, Кизимен и Шивелуч (Рис. 1). Показано, что в наночастицах вулканического пепла со средним размером около 100 нм концентрация токсичных и потенциально токсичных элементов, таких как никель, медь, мышьяк, кадмий, олово, ртуть, таллий, свинец, висмут, от 10 до 535 раз превышает их концентрацию в исходных образцах пепла со средним размером частиц около 50 мкм. Для наиболее летучих элементов, таких как мышьяк, теллур, ртуть, висмут выявлены самые высокие коэффициенты концентрирования (более 100). На основании данных, полученных с помощью уникального метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой в режиме анализа единичных частиц, сделано предположение, что концентрирование перечисленных элементов во фракции наночастиц вулканического пепла происходит, в основном, в результате конденсации данных элементов или их соединений из газовой фазы и образования индивидуальных (отдельных) минеральных фаз, средний размер которых согласно результатам анализа варьируется от 12 до 74 нм.

Полученные результаты имеют не только фундаментальное значение для геохимии, но и могут быть востребованы при оценке рисков для человека, связанных с вдыханием наночастиц вулканического пепла.

Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Публикация: М. С. Ермолин, С. Н. Шилобреева, П. С. Федотов (2023) Изучение химического состава наночастиц пепла вулканов камчатки. Геохимия, 68 (4), 367-378, doi:10.31857/S0016752523040040.

Источник: ГЕОХИ РАН.