Оценки негативного влияния за

Н. В. Карманова
инженер отдела региональных экологических проблем
ОАО "НИИ "Атмосфера"
Оценка негативного влияния загрязнений атмосферного воздуха на
объекты культурного наследия, расположенные на открытом воздухе, на
территории Санкт-Петербурга и его окрестностей
Физическое состояние значительной части памятников истории и культуры
страны, находящихся под охраной государства, постоянно ухудшается и характеризуется в настоящее время как неудовлетворительное. По данным Национального Центра Опеки, около 70% от общего числа памятников нуждается в принятии
срочных мер по спасению от разрушения, повреждения и уничтожения в результате проявления разных негативных явлений и процессов, особую роль среди которых играют экологические, в том числе и загрязнение воздушного бассейна.
Исторический центр Санкт-Петербурга и связанные с ним группы памятников внесены в список всемирного наследия Организации Объединённых Наций по
вопросам образования, науки и культуры - ЮНЕСКО. По данным Комитета по
культуре Санкт-Петербурга, в городе "сосредоточено уникальное культурноисторическое наследие:
•
Объекты культурного наследия, охраняемые государством – 8464
•
более 80% памятников XVIII-XIX веков – подлинники;
•
Санкт-Петербург как территория включен тридцатью шестью ком-
плексными объектами, объединяющими около четырех тысяч выдающихся памятников архитектуры, истории и культуры в список Всемирного культурного
наследия ЮНЕСКО"1.
По данным федерального портала2 за 2007 год, в Ленинградской области
общее число памятников составляло 3431, из них на госохране 1521, утрачено было 30 объектов культурного наследия. Число памятников, находящихся под нега-
1
2
http://www.spbculture.ru/ru/statistics.html
http://www.protown.ru/information/hide/2648.html
1
тивным воздействием экологических факторов, составило 1682, из них антропогенного происхождения, от загрязнения воздушного бассейна – 1537.
В Государственном докладе "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации в 2008 году" говорится, что "под негативным воздействием
экологических факторов в 2008 в России году находилось более 36,1 тыс. памятников истории и культуры, в том числе под воздействием факторов естественного
происхождения – около 9,7 тыс., а факторов антропогенного происхождения – более 26,5 тыс. объектов" 3.
В последнее время воздействие загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух, на объекты культурного наследия усиливается, количество
поврежденных от загрязнений атмосферного воздуха памятников истории и культуры, расположенных на открытом воздухе, каждый год увеличивается, а также
увеличиваются и затраты на их сохранение и восстановление.
ОАО "НИИ "Атмосфера" уже несколько лет занимается оценкой воздействия
загрязняющих веществ на различные компоненты окружающей среды. Оценка
негативного воздействия загрязнения атмосферы на памятники культуры и истории является одним из новых направлений в деятельности института. Объекты
культурного наследия рассматриваются при этом как отдельная составляющая
окружающей среды, испытывающая воздействие загрязнений окружающей среды.
Проведённый анализ нормативно-правовой базы Российской Федерации показал, что по состоянию на сегодняшний день, защита объектов культурного
наследия от неблагоприятного воздействий окружающей среды и иных негативных воздействий закреплена в ФЗ № 73 "Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации" (ред. от
30.11.2010), ФЗ № 7 "Об охране окружающей среды" (ред. от 29.12.2010) и ФЗ №
96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (ред. от 18.10.2010).
В соответствии со статьей 33 ФЗ № 73 (ред. от 18.10.2010): "Объекты культурного наследия подлежат государственной охране в целях предотвращения их
повреждения, разрушения или уничтожения, изменения облика и интерьера,
www.ntrust.ru Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в
2008 году".
3
2
нарушения установленного порядка их использования, перемещения и предотвращения других действий других действий, могущих причинить вред объектам
культурного наследия, а так же в целях их защиты от неблагоприятного воздействия окружающей среды и от иных негативных воздействий"4.
Исходя из Федерального Закона № 7 (ред. от 29.12.2010) "Об охране окружающей среды" глава 1, статья 4, "Особой охране подлежат объекты, включенные в
Список всемирного культурного наследия и Список всемирного природного
наследия…объекты, имеющие особое природоохранное, научное, историкокультурное, эстетическое, рекреационное…и иное ценное значение..."5. Выполняя
требования данного закона необходимо производить государственный контроль,
нормирование и наблюдение объектов, оказывающих негативное воздействие на
окружающую среду, и классифицировать их в зависимости от уровня и объема
негативного воздействия на окружающую среду, в которую входят памятники истории и культуры.
Федеральный Закон № 96 (ред. от 18.10.2010) "Об охране атмосферного воздуха" предписывает "в целях определения критериев безопасности и (или) безвредности воздействия химических, физических и биологических факторов на
людей, растения и животных, особо охраняемые природные территории и объекты, а также в целях оценки состояния атмосферного воздуха устанавливаются гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха и предельно допустимые уровни физических воздействий на него"6.
В соответствии с Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г., среди прочих выделяются следующие направления развития: «создание единой информационной системы общероссийского мониторинга состояния и использования объектов культурного наследия, памятников истории и культуры»7. Установлены целевые ориен-
ФЗ № 73 (ред. от 30.11.2010) "Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации", ст. 33
5
ФЗ № 7 (ред. от 29.12.2010) "Об охране окружающей среды"
6
ФЗ № 96 (ред. от 18.10.2010) "Об охране атмосферного воздуха"
7
Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020года
Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. N 1662-р
4
3
тиры развития сферы культуры к 2012 году, среди которых стоит задача «обеспечения сохранности объектов культурного наследия и их популяризация»8.
Таким образом, опираясь на количество памятников истории и культуры,
подверженных негативному воздействию загрязняющих веществ, федеральным
законам и концепции развития, можно сделать вывод о необходимости развития
исследований по оценке негативного воздействия загрязняющих веществ атмосферы на объекты культурного наследия. Тем более, что нормативов, описывающих степень вредного воздействия загрязнений атмосферного воздуха на объекты
культурного наследия, не существует.
Загрязнение воздушного бассейна выбросами от промышленных предприятий и автотранспорта способствует формированию химически агрессивной среды
и обуславливает разрушение естественных строительных материалов, а также
кирпичной кладки, покрасочных слоев, штукатурки, декора. При воздействии загрязняющих веществ атмосферного воздуха на материал памятника происходит
химическая реакция, последствия которой в каждом отдельном материале индивидуальны.
Скорость и степень коррозии напрямую зависит от климата, влажности, температурного и ветрового режимов, агрессивности воздушной среды, химических и
физических характеристик материала, структуры поверхности памятника.
При атмосферном воздействии для всех видов металла характерны различные коррозийные разрушения: равномерное, язвенное, питтинговое, щелевое,
межкристальное, коррозийное растрескивание и другие.
Для металлов агрессивными примесями воздуха являются сернистый газ,
хлористый натрий, сероводород, аммиак, пары соляной кислоты.
Сероводород также является сильным реагентом при повышенной влажности. Кроме газов и паров кислот, на процесс коррозии большое влияние оказывают твердые частицы, осаждающиеся на поверхность металла из воздуха. Коррозийно-активные твердые частицы оказывают прямое воздействие на металл, другие (например, частички угля), приводят к ускорению коррозии благодаря тому,
что они способствуют адсорбции на поверхности металла сернистого газа.
Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020года
Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. N 1662-р
8
4
Степень деструкции материала памятника зависит от места его расположения. Так, например, скорость коррозии меди в сельской местности гораздо ниже,
чем на промышленной территории. При воздействии загрязняющих веществ атмосферного воздуха на материал памятника происходит химическая реакция, последствия которой в каждом отдельном материале индивидуальны. Поэтому, для
сохранения памятников истории и культуры необходимы принципы экологического нормирования, которое будет гарантировать сохранность исследуемых элементов экосистемы.
Наибольшее воздействие на объекты культурного наследия и строительные
конструкции оказывают сернистые соединения (SO2, H2S), которые входят в состав выбросов многих предприятий. Химическое воздействие таких выбросов на
известняк, мрамор, песчаник, доломит приводит к непоправимым повреждениям
поверхности камня вследствие растворения карбоната кальция, слагающего вышеперечисленные породы, и превращения его в гипс. Процессы огипсования
кальцитных пород еще более ускоряются из-за наличия в воздухе окислов углерода, азота, озона, соединений тяжелых металлов.
Так, в частности, древесина не подвержена воздействию слабых растворов
щелочей, солей, различных органических и минеральных кислот. Хвойные породы более стойки к коррозии, чем лиственные породы.
Отрицательное влияние на древесину оказывают главным образом неорганические средства, увеличивающие ее гигроскопичность, что, как следствие, приводит к снижению стойкости или твердости древесины. В сухих условиях и при
надлежащем проветривании древесина сохраняется долго. Химическая стойкость
древесины к действию кислот и щелочей неодинакова для различных древесных
пород. Разрушение древесины зависит от концентрации и длительности воздействия растворов. Слабодиссоциированные кислоты (уксусная, молочная и т. п.) не
разрушают древесину, так же как и слабощелочные растворы. Сильные кислоты
(серная, фосфорная и т. п.) дегидратируют древесину, вызывая явление, подобное
обугливанию.
Таким образом, определение интенсивности коррозийного процесса, будет
являться инструментом для обеспечения эффективной и действенной политики в
области охраны объектов культурного наследия.
5
Необходимость проведения оценки негативного воздействия загрязнения
атмосферного воздуха на объекты культурного наследия, расположенные на открытом воздухе, продиктована экономическими, эстетическими и иными ценными значениями.
Целью оценки негативного влияния загрязнений атмосферного воздуха на
объекты культурного наследия, расположенные на открытом воздухе, на территории Санкт-Петербурга и его окрестностей является определение временного коэффициента между сроками реставрации объекта культурного наследия.
Основные задачи оценки негативного влияния загрязнения атмосферного
воздуха на объекты культурного наследия:
►
определение наиболее опасных загрязняющих веществ в атмосферном
воздухе для исследуемых объектов, имеющих особое историко-культурное, эстетическое и иное ценное значение;
►
определение оптимальных условий для их сохранения;
►
определение территориально наиболее подверженные воздействию
загрязняющих веществ материалы и места расположения памятников;
►
проведение экологического мониторинга материала памятника.
►
оценка степени воздействия загрязняющих веществ на объекты куль-
турного наследия и их материалы.
Работа по оценке базируется на рассмотрении как частного (определенного)
объекта культурного наследия, так и проведения исследований на необходимой
территории.
Для определения жизненного цикла памятника используется принцип
наблюдения за материалами, идентичными материалу объекта культурного
наследия. Проводятся многолетние исследования по оценке негативного воздействия загрязнений атмосферы на материал благодаря экспозиционной мониторинговой станции. Установлением и эксплуатацией таких площадок занимается программный координационный центр международной совместной программы по
оценке негативного воздействия загрязняющих веществ в атмосферном воздухе
на материалы, включая объекты культурного наследия. Представители этой организации – международная рабочая группа по воздействию на материалы, включая
объекты культурного наследия, следят за процессом воздействия загрязняющих
6
веществ в атмосферном воздухе на исследуемый материал. В Российской Федерации таких станций нет. В 2010 и 2011 году ОАО "НИИ "Атмосфера" принимала
участие во встрече международной рабочей группы. И в 2011 году планирует
совместно со специалистами этой группы установить экспозиционную пробную
площадку на территории Санкт-Петербурга, а также стать участником данной
группы и представителем Российской Федерации в ней.
На Рисунке 1, представлена схема экспозиционной пробной площадки по
оценке негативного воздействия загрязнений атмосферного воздуха на материал,
включая объекты культурного наследия.
Рис. 1.
Схема экспозиционной пробной площадки9.
Данная площадка состоит из стенда для крепления образцов материалов и
металлического держателя, на котором под двумя дождевыми щитами, прикрепленными на данной схеме с левой стороны, размещающими пассивные пробоотборники для твердых и газообразных веществ.
За экспонируемыми образцами исследуемых материалов располагается специальная закрытая коробка для крепления в ней образцов стекла.
На Рисунке 2 представлена фотография экспозиционной площадки, расположенной в Толедо, Испания, на которой можно рассмотреть исследуемые образцы материалов, за которыми располагается коробка с образцом стекла.
9
Report No 51: Technical manual for the trend exposure programme 20052006, March 2006, Johan Tidblad and Vladimir Kucera Corrosion and Metals Research Institute, стр. 18.
7
Рисунок 2.
Фотография экспозиционной площадки (Толедо, Испания)10.
При проведении исследований по экспозиционной площадке, проводятся
наблюдения по следующим показателям: температура, относительная влажность,
осадки, SO2 и NO2, O3 и HNO3, твердые частицы. В таблице 1 представлены измеряемые параметры, место проведения и частота снятия показаний.
Таблица 1.
Измеряемые параметры, место проведения и частота снятия показаний11
Параметры
температура
место проведения
частота
рядом с площадкой < 10 км
ежедневно
рядом с площадкой < 10 км
ежедневно
осадки
на площадке
ежемесячно
ионоосаждение
на площадке
ежемесячно
SO2 и NO2
на площадке
O3 и HNO3
Твердые частицы
на площадке
ежемесячный пассивный отбор проб
пассивный
отбор
проб раз в 3 месяца
относительная влажность
В ходе проведении экологического мониторинга экспозиционных площадок,
исследования материалов, представители международной рабочей группы при-
10
Report No 58: Technical manual for the trend exposure programme 20082009, 2009, Johan Tidblad Corrosion and Metals Research Institute, стр. 11.
11
Report № 1 Technical manual. Swedish Corrosion Institute, Stockholm, Sweden, 1993, стр. 62.
8
шли к "Функциональной зависимости "доза-реакции" - взаимоотношение показателей коррозии и ухудшения состояния и уровней или нагрузок загрязняющих
веществ с учетом климатических факторов»12.
В результате исследований Международной Объединенной Программы по
воздействию на материалы (1987-1995) были полученные функциональные зависимости, связанные с процессом коррозии. Выведены следующие уравнения
функциональной зависимости для минеральных материалов, с учетом доминирования SO2:
Известь
R = 2.7[SO2]0.48exp{-0.018T}t0.96 + 0.019Rain[H+]t0.96
Песчаник (Белый доломитовый песчаник из г Мансфилд)
R = 2.0[SO2]0.52exp{f(T)}t0.91 + 0.028Rain[H+]t0.91
f(T) = 0 при T≤10°C, в другом случае -0.013(T-10)
Портландский известняк
R = 4.0 + 0.0059[SO2]Rh60 + 0.054Rain[H+] + 0.078[HNO3]Rh60 + 0.0258PM10
где
R = рецессия (понижение) поверхности, мкм
t = время воздействия, год
Rh = относительная влажность, % - среднегодовое значение
T = температура, среднегодовая, 0С
[SO2] = концентрация, мкг/м3 - среднегодовая
Rain = количество осадков, м/год – среднегодовое значение
[H+] = концентрация, в мг/л – среднегодовая
Rh60 = Rh – 60 при Rh >60, 0 – в другом случае
3
PM10 = концентрация, мкг/м – среднегодовая13
Данные уравнения отражают полученные новые знания о физико-химических
механизмах, связанных с процессом коррозии, включая воздействие SO2 и кислотных дождей, а также воздействие твердых частиц. Данные функциональные
зависимости были впервые выведены с включением времени в качестве независимой переменной. Тем не менее, расчет допустимых уровней загрязнения дол12
13
Watt,J.(Eds):The Effects of Air Pollution on Cultural Heritage, стр. 76
Watt,J.(Eds):The Effects of Air Pollution on Cultural Heritage, стр. 77-78
9
жен основываться на воздействии в течение одного года. Таким образом, данные
функциональные зависимости приводятся только для данного периода времени.
Посредством наблюдения за изменением состояния материала в течение нескольких лет, можно выйти к определению критической нагрузки на памятник из
минеральной породы.
По результатам Международной Объединенной Программы по воздействию
на материалы (1987-1995) разработаны следующие уравнения для материалов
расположенных на открытом воздухе:
Нержавеющая сталь (C<0.12%, Mn 0.3-0.8%, Si 0.25-0.7%, P 0.07-0.15%,
S<0.04%, Cr 0.5-1.2%, Ni 0.3-0.6%, Cu 0.3-0.55%, Al<0.01%)
ML = 34[SO2]0.13exp{0.020Rh + f(T)}t0.33
f(T) = 0.059(T-10) при T≤10°C, в другом случае -0.036(T-10)
Цинк
ML = 1.4[SO2]0.22exp{0.018Rh + f(T)}t0.85 + 0.029Rain[H+]t
f(T) = 0.062(T-10) при T≤10°C, в другом случае -0.021(T-10)
Алюминий
ML = 0.0021[SO2]0.23Rh·exp{f(T)}t1.2 + 0.000023Rain[Cl-]t
f(T) = 0.031(T-10) при T≤10°C, в другом случае -0.061(T-10)
Медь
ML = 0.0027[SO2]0.32[O3]0.79Rh·exp{f(T)}t0.78 + 0.050Rain[H+]t0.89
f(T) = 0.083(T-10) при T≤10°C, в другом случае -0.032(T-10)
Бронза
(Cu Sn6Pb7Zn5, ISO/R 1338 (Cu 81%, Sn 5.8%, Pb 6.7%,
Zn 4.5%, Ni 1.6% + элементы, присутствующие в небольшом количестве)
ML = 0.026[SO2]0.44Rh·exp{f(T)}t0.86 + 0.029Rain[H+]t0.76+ 0.00043Rain[Cl-]t0.76
f(T) = 0.060(T-11) при T≤11°C, в другом случае -0.067(T-11)
где
ML = потеря массы, гр/м2
t = время воздействия, год
Rh = относительная влажность, % - среднегодовое значение
T = температура, среднегодовая, 0С
[SO2] = концентрация, мкг/м3 - среднегодовая
10
[O3] = концентрация, мкг/м3 – среднегодовая
Rain = количество осадков, м/год – среднегодовое значение
[H+] = концентрация, в мг/л – среднегодовая
[Cl-] = концентрация, в мг/л– среднегодовая"14.
При оценке состояния материала объектов культурного наследия и самих
памятников истории и культуры, получение данных по оценке уровня загрязнения
атмосферного воздуха возможно следующими подходами:

Путем получения данных от стационарных и передвижных станций
мониторинга атмосферного воздуха, установкой непрерывного газоанализатора в
районе размещения исторического памятника, строительной конструкции;

путем проведения сводных расчетов, расчетов рассеивания на вы-
бранные территории города с определением вкладчика, то есть определение группы загрязняющих веществ и их концентрации в воздухе.
Данные по оценке загрязнения атмосферного воздуха должны быть обработаны и дополнены результатами экологических изысканий на территории расположения памятника и информацией, получаемой при экомониторинге повреждений памятников и их материалов.
Принимая во внимание масштабы Санкт-Петербурга и его окрестностей,
встает необходимость оценки влияния негативного воздействия атмосферного
воздуха на памятники культурного наследия с учетом физико-географических
условий территории, что можно сделать и для всей территории Российской Федерации.
Таким образом, мы планируем объединить данные по комплексной оценке
выбросов загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и данные по состоянию
объекта культурного наследия и его материала с данными по расположенности к
деструкции различных материалов, что позволит прийти к определению межреставрационного срока. В дальнейшем, возможно внесение этих данных в Географическую Информационную Систему (ГИС) и, при изменении, отслеживать смену состояния определенного (конкретного) объекта.
Сравнение полученных при изысканиях данных с полем информации ГИС,
экологическими картами системы служб городского мониторинга за состоянием
14
Watt,J.(Eds):The Effects of Air Pollution on Cultural Heritage, стр. 79
11
среды и её изменениями позволит повысить объективность оценки нагрузок на
памятник со стороны этих сред. Такая оценка позволяют подойти к прогнозированию риска появления разрушений, накапливания скрытых дефектов, которые
могут некоторое время не проявляться как видимые повреждения.
Для решения вопросов оценки воздействия загрязняющих веществ атмосферного воздуха на памятники культурного наследия в ОАО "НИИ "Атмосфера" планирует вступить в программу координационного центра Международной совместной программы по воздействию загрязняющих веществ на материалы, включая
объекты культурного наследия. В планах института осенью 2011 года стать членом
международной рабочей группы по воздействию на материалы, и, поставить на
территории Санкт-Петербурга экспозиционную пробную площадку.
Также ОАО "НИИ "Атмосфера" проводит работы по подготовке "Методики
оценки негативного влияния загрязняющих веществ атмосферного воздуха на памятники истории и культуры, расположенные на открытом воздухе". В совокупности с результатами экологических изысканий на территории расположения памятника и информации, получаемой при экомониторинге повреждений памятников,
методика позволит получить объективные данные по оценке влияния загрязнения
атмосферного воздуха на памятники культурного наследия. На основе полученной информации можно будет установить допустимые уровни загрязнения атмосферы для материалов, выраженные среднегодовыми концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Оценка негативного воздействия загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на объекты культурного наследия, расположенные на открытом воздухе,
необходима в городах, подверженных негативному влиянию выбросов автотранспорта и промышленных предприятий, тем более таким мегаполисам как СанктПетербург. Такой подход позволит выбрать наилучший способ определения процесса реставрации и сроков для её повторов. Используя оценку негативного влияния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на объекты культурного
наследия, расположенные на открытом воздухе можно будет прийти к нормативу
по оценке негативного воздействия загрязняющих веществ в атмосферный воздух
на памятники культурного наследия, расположенные на открытом воздухе.
12
Объединение данных по комплексной оценке выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и данных по состоянию объекта культурного наследия и его материалов, позволит оценить степень воздействия загрязняющих веществ на памятники истории и культуры, определить интенсивность коррозийного процесса и временного коэффициента между сроками реставрации объекта
культурного наследия.
Разрабатываемая оценка негативного влияния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на объекты культурного наследия, позволит оптимизировать
процесс управления проектами по сохранению культурного наследия и исторической среды, что соответствует требованиям международной концепции "устойчивого развития" и "устойчивой реставрации".
13