Landscape and geochemical monitoring of atmospheric precipitation in the forest-steppe zone of European Russia (using the example of Kursk Oblast)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of long-term geochemical monitoring of atmospheric precipitation on the territory of the Kursk Biosphere Station (KBS) of the IG RAS are being discussed. The landscapes of KBS have the status of natural landscapes. The chemical composition of snow cover has been studied since 2013, surface aerosols since 2015, and rainfall since 2017. 2020 was chosen as the main reference year for the study of liquid precipitation, during which anthropogenic activity was reduced due to COVID-19. Mineralization and pH were measured in snow and rain waters, and the geochemical composition of precipitation and aerosols was determined using ICP-MS and ICP-AES methods. The dynamics in the geochemical composition of the snow cover is considered on the basis of the identification of a series of chemical elements, the concentrations of which in the snow of the natural landscapes of the KBS show a positive trend (increase). Concentration coefficients for aerosols and rain precipitation have been calculated to reveal the intensity of the accumulation of chemical elements. The analysis of the dynamics of the geochemical composition of rainfall was carried out on the basis of calculations of the excess coefficients for each year of study and taking into account the movement of the air masses. During the study period, an increase in the contents of Na, Ca, Ti, Cd, Ni, Zn, Pb, Cu, Sb, Co, La, Mo, Sr, Li, Sn, W, Hg, S, Ag, Bi, Cr was found in snow cover, surface aerosols, and precipitation. The range of chemical elements, which detected in atmospheric precipitation, indicates the influence of regional and transboundary air masses on the geochemical composition of this precipitation. The maximum concentrations of Ni, Pb, Li, Sn and W were observed with the predominant western moving of air masses. High concentrations of Zn, Cu and Ag are associated with southeastern atmospheric invasions. The precipitation concentrations of Cd, Ni, Zn and Pb are associated with air masses coming from the north, which indicates the role of local emission sources from Kursk enterprises in the formation of the geochemical composition of the landscapes components on the KBS. The calculation results showed that a noticeable increase in the content of chemical elements in aerosols and rains is observed in May and in August—September and is due to an increase in atmospheric dust during agricultural work. Studies of the autumn-winter period revealed increased concentrations of S and Sr, probably related to the heating period (coal), as well as long-range transport of salts and dust particles. Increased concentrations of most chemical elements in precipitation and aerosols were recorded after prolonged anticyclones, which contributed to an increase in the intensity of their accumulation in the surface atmosphere.

About the authors

T. M. Kuderina

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: kuderina@igras.ru
Moscow, Russia

S. B. Suslova

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

O. V. Kaidanova

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

G. S. Shilkrot

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

V. N. Lunin

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. V. Kudikov

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Baranov D.Yu., Moiseenko T.I., Dinu M.I. Geochemical trends in the formation of atmospheric precipitation in the conditionally background area of the Valdai national park. Geokhim., 2020, vol. 65, no. 10, pp. 1–16. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0016752520100039
  2. Bayramoğlu Karşi M.B., Yenı̇soy-Karakaş S., Karakaş D. Investigation of washout and rainout processes in sequential rain samples. Atmosph. Env., 2018, vol. 190, pp. 53–64.
  3. Deriglazova G.M, Boeva N.N. Dynamics of weather conditions in Kursk region over the last 50 years. Vestn. Kursk. Gos. Sel’skokh. Akad., 2020, no. 7, pp. 15–21. (In Russ.).
  4. Doklad o sostoyanii i ispol’zovanii zemel’ v Kurskoi oblasti za 2020 g. [Report on the State and Use of Land in the Kursk Region for 2020]. Kursk, 2021. 119 p.
  5. Eremina I.D. Chemical composition of atmospheric precipitation in Moscow and trends of its long-term changes. Vestn. Mosk. Univ., Ser. 5: Geogr., 2019, no. 3, pp. 3–10. (In Russ.).
  6. Garmo O.A., Skjelkvale B.L., de Wit H.A., Colombo L., Curtis C., Folster J., Hoffmann A., Hruška J., Hogasen T., Jeffries D.S., Keller W.B., Krám P., Majer V., Monteith D.T., Paterson A.M., Rogora M., Rzychon D., Steingruber S., Stoddard J.L., Vuorenmaa J., Worsztynowicz A. Trends in surface water chemistry in acidified areas in Europe and North America from 1990–2008. Water Air Soil Poll., 2014, vol. 225, no. 3, pp. 1–14.
  7. Gubanova D.P., Chkhetiani O.G., Kuderina T.M., Iordanskii M.A., Maksimenkov L.O., Artamonova M.S. Long-term variability of the composition of near-surface aerosol over desertified and arid zones in southern Russia. Atmos. Ocean. Opt., 2022, vol. 35, no. 6, pp. 680–690.
  8. Ivanov V.V. Ekologicheskaya geokhimiya elementov: Spravochnik. Kn. 2: Glavnye r-elementy [Ecological Geochemistry of Elements: A Reference Book. Books 2: Main R-Elements]. Burenkov E.K., Ed. Moscow: Nedra Publ., 1994. 303 p.
  9. Kaidanova O.V., Suslova S.B., Kuderina T.M., Zamotaev I.V., Kudikov A.V. Geochemical monitoring of forest-steppe landscapes of the Kursk Biosphere Station. Probl. Reg. Ekol., 2020, no. 4, pp. 37–42. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/1728-323X-2020-14037
  10. Kaidanova O.V., Suslova S.B., Kuderina T.M., Shil’krot G.S., Lunin V.N. Geochemical characteristics of atmospheric precipitation in the background forest-steppe landscapes of the European territory of Russia. Probl. Reg. Ekol., 2024, no. 5, pp. 72–78. (In Russ.). https://doi.org/10.24412/1728-323X-2024-5-72-78
  11. Kondrat’ev I.I., Kubai B.V., Semykina G.I., Kachur A.N. Impact of transboundary and natural factors on chemical composition of precipitation in the Far East of Russia. Russ. Meteorol. Hydrol., 2013, vol. 38, pp. 681–687. https://doi.org/10.3103/S1068373913100051
  12. Korobka O.V., Ovcharenko E.A., Eirikh A.N., Serykh T.G., Dryupina E.Yu., Papina T.S. Chemical composition of atmospheric precipitation of the city of Barnaul. Polzunovskii Vestn., 2014, vol. 2, no. 4, pp. 80–83. (In Russ.).
  13. Kuderina T.M., Kaidanova O.V., Suslova S.B., Lunin V.N., Shil’krot G.S., Kudikov A.V. Geochemical monitoring of atmospheric precipitation in landscapes of the forest-steppe zone at the Kursk biosphere station in 2020. In Trendy sovremennoi geografii i geograficheskogo obrazovaniya: materialy V Mezhdunar. nauchno-prakt. konf., posvyashchennoi 90-letiyu Kurskogo gos. un-ta i desyatiletiyu nauki i tekhnologii (19 aprelya 2024g., g. Kursk) [Trends in Modern Geography and Geographical Education: Proceedings of the 5th Int. Sci. and Pract. Conf. Dedicated to the 90th Anniversary of Kursk State University and the Decade of Science and Technology (April 19, 2024, Kursk)]. Goneev I.A., Batrachenko E.A., Eds. Kursk: KGU, 2024, pp. 191–210. (In Russ.).
  14. Kuderina T.M., Lunin V.N., Suslova S.B. Geochemical content of precipitation in forest-steppe landscapes of Kursk biosphere station. Probl. Reg. Ekol., 2018, vol. 2, pp. 78–83. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/1728-323X-2018-12078
  15. Kuderina T.M., Suslova S.B., Lunin V.N., Kudikov A.V. Atmospheric moisture as a factor of land degradation neutrality in forest–steppe landscapes. Arid Ecosyst., 2020, vol. 10, pp. 156–160. https://doi.org/10.1134/S2079096120020079
  16. Kuderina T.M., Suslova S.B, Zamotaev I.V., Kaidanova O.V., Shil’krot G.S., Lunin V.N. Atmogeochemical state of forest-steppe landscapes at Kursk biosphere station of the IG RAS. In Landshaftovedenie: teoriya, metody, landshaftno-ekologicheskoe obespechenie prirodopol’zovaniya i ustoichivogo razvitiya: materialy XII Mezhdunar. landshaftnoi konf., Tyumen’-Tobol’sk, 22–25 avgusta 2017 g. T. 1 [Landscape Science: Theory, Methods, Landscape and Environmental Management and Sustainable Development: Proc. of the 12th Int. Landscape Conf., Tyumen-Tobolsk, August 22–25, 2017. Vol. 1]. D’yakonov K.N., Merekalov K.A., Kharitonov T.I., Eds. Tyumen: Izd-vo TGU, 2017, pp. 295–297. (In Russ.).
  17. Lukashova O.P., Dmitrova E.S., Bogatyreva M.A. Features of snow cover as a natural prerequisite for the geochemistry of forest-steppe landscapes of the Kursk region. In Materialy VI mezhdunar. nauchn. konf. (k 100-letiyu so dnya rozhdeniya professora V.A. Dement’eva) [Proc. of the 6th Int. Sci. Conf. (Dedicated to the 100th Anniversary of the Birth of Prof. V.A. Dementiev)]. Vitchenko A.N., Ed. Minsk: BGU, 2018, pp. 209–211. (In Russ.).
  18. Lobkovskii V.A., Kust G.S., Andreeva O.V., Lobkovskaya L.G. Ways of choosing indicators for assessing the land degradation neutrality taking into account the local and regional characteristics of Russia. Ekol. Urban. Territor., 2020, no. 3, pp. 75–82. (In Russ.).
  19. NSAM № 520-AES/MS, Opredelenie elementnogo sostava prirodnykh, pit’evykh, stochnykh i morskikh vod atomno-emissionnym i mass-spektral’nym metodami s induktivno svyazannoi plazmoi [NSAM No. 520-AES/MS, Determination of the Elemental Composition of Natural, Drinking, Wastewater and Marine Waters by Atomic Emission and Mass Spectral Methods with Inductively Coupled Plasma], 2017.
  20. Obzor sostoyaniya i zagryazneniya okruzhayushchei sredy v Rossiiskoi Federatsii za 2023 god [Overview of the State and Pollution of the Environment in the Russian Federation for 2023]. Chernogaeva G.M., Ed. Moscow: Rosgidromet, 2024. 218 p.
  21. Pang X., Li D., Peng A. Application of rare-earth elements in the agriculture of China and its environmental behavior in soil. Env. Sci. Poll. Res., 2002, vol. 9, no. 2, pp. 143–148.
  22. Park S.-M., Seo B.-K., Lee G., Kahng S.-H., Jang Y.W. Chemical composition of water soluble inorganic species in precipitation at Shihwa Basin, Korea. Atmosph., 2015, vol. 6, pp. 732–750.
  23. Prozhorina T.I., Nefedova E.G. Investigation of meteorological and chemical parameters of atmospheric precipitation in the autumn-winter period as an indicator of air pollution in Voronezh. Vestn. Voronezh. Gos. Univ., Ser.: Geogr. Geoekol., 2013, no. 1, pp. 145–149. (In Russ.).
  24. RD 52.04.186–89. Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery [RD 52.04.186–89. Guidelines for Air Pollution Control]. Moscow: Rosgidromet, 2006. 532 p.
  25. Robertus Yu.V., Udachin V.N., Rihvanov L.P., Kivackaya A.V., Lyubimov R.V., Yusupov D.V. Indication by the components of the natural environment of the transboundary transfer of pollutants to the territory of Gorny Altai. Izv. Tomsk. Politekhn. Univ. Inzhinir. Georesur., 2016, vol. 327, no. 9, pp. 39–48. (In Russ.).
  26. Ryzhkova I.V. Climatic features of 2020 in the Streletsky section of the Central Chernozem Reserve. In Flora i rastitel’nost’ Tsentral’nogo Chernozem’ya — 2021: materialy mezhregion. nauchn. konf., posvyashchennoi 50-letiyu Muzeya prirody Tsentral’no-Chernozemnogo gos. prir. biosf. zapovednika im. prof. V.V. Alekhina (24 aprelya 2021 g.) [Flora and Vegetation of the Central Chernozem Region — 2021: Materials of the Interregional Sci. Conf. Dedicated to the 50th Anniversary of the Museum of Nature of the Alekhine Central Chernozem State Biological Reserve]. Ryzhkov O.V., Ed. Kursk: VIP Publ., 2021, pp. 194–197.
  27. Sadeghi M., Petrosino P., Ladenberger A., Albanese S., Andersson M., Morris G., Lima A., De Vivo B. Team Ce, La and Y concentrations in agricultural and grazing-land soils of Europe. J. Geochem. Explor., 2013, vol. 133, pp. 202–213.
  28. Stein A.F., Draxler R.R., Rolph G.D., Stunder B.J.B., Cohen M.D., Ngan F. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system. Bull. Am. Meterol. Soc., 2015, vol. 96, pp. 2059–2077.
  29. Svistov P.F., Pershina N.A., Pavlova M.T. Precipitation: Chemical composition and acidity. Priroda, 2015, no. 6, pp. 28–36. (In Russ.).
  30. Svistov P.F., Polishchuk A.I., Pershina N.A. The background level of the atmosphere according to long-term data on the chemical composition of atmospheric precipitation. In Trudy Glavnoi geofizicheskoi observatorii im. A.I. Voeikova [Proc. of the Main Geophysical Observatory Named After A.I. Voeikov], 2009, pp. 116–142. (In Russ.).
  31. Topchaya V.Yu., Kotova E.I., Chechko V.A. Contribution of transboundary atmospheric transport of heavy metals to environmental pollution of the Kaliningrad region. Uspekhi Sovrem. Estestv., 2021, no. 9, pp. 65–69. (In Russ.). https://doi.org/10.17513/use.37687
  32. Vlasov D.V., Eremina I.D. Influence of rain parameters on the intensity of leaching of potentially toxic elements from the atmosphere in Moscow. In Sovremennye tendentsii i perspektivy razvitiya gidrometeorologii v Rossii: materialy III Vseros. nauchno-prakt. konf. [Current Trends and Prospects of Hydrometeorology Development in Russia: Materials of the 3d All-Russian Sci. and Pract. Conf.]. Irkutsk: Izd-vo IGU, 2020, рр. 380–388. (In Russ.). https://doi.org/10.26516/978-5-9624-1874-2.2020.1-465
  33. Zamotaev I.V., Kaidanova O.V., Kuderina T.M., Kurbatova A.N., Suslova S.B., Shil’krot G.S. The dynamics of heavy metal pollution of urban landscapes of Kursk region. Geopol. Ekogeodin. Reg., 2014, vol. 10, no. 2, pp. 322–327. (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».