Техногенные геохимические аномалии

Таким образом, в понятие устойчивости природного комплекса должны входить его способность сопротивляться внешним воздействиям и способность к восстановлению нарушенных этим воздействием свойств.

Устойчивость природных ландшафтов к техногенным геохимическим нагрузкам

Интенсивность и скорость изменения природных процессов в зоне техногенного воздействия в значительной степени определяются устойчивостью к ним исходных природных ландшафтов и составляющих их компонентов: почв, вод, фитоценоза и т.д.

В наиболее общем виде устойчивость можно определить как потенциал сохранения режима функционирования ландшафта[ 26 ].

Устойчивость - это особое, специфическое свойство природных систем, определяющее характер их функционирования во времени. Устойчивость нельзя измерить и количественно оценить, т.к. в настоящее время не существует каких - либо единиц измерения устойчивости.

Из-за двуединого понятия устойчивости в настоящее время сформировалось два направления в научных исследованиях, связанных с устойчивостью природных комплексов к техногенным нагрузкам [ 26 ].

Первое направление. Выявление буферных свойств природных систем (почв, биоценозов, ландшафтно-геохимических систем в целом) к техногенному воздействию, т.е. изучение устойчивости 1-го рода.

При этом основным является анализ и определение пороговых нагрузок, при достижении которых могут происходить изменения нормального функционирования данной системы.

Количественная оценка такой нагрузки (для каждой составляющей ландшафта) важна для целей охраны окружающей среды и для определения необходимой дозы воздействия при плановом антропогенном воздействии на природную систему.

Главными задачами этого направления исследований являются:

· выявление географических закономерностей устойчивости разных групп элементарных ландшафтно-геохимических систем (определение региональных пороговых значений техногенных нагрузок);

· выявление этапов и форм возможной деградации объектов ландшафта при таких нагрузках;

· выявление этапов и форм положительных (восстанавливающих) воздействий на окружающую среду.

Естественными объектами для реализации исследований в этом направлении являются серии эталонных природно-техногенных объектов, максимально близких в природном отношении, но различных по интенсивности техногенных воздействий, или различных по природным свойствам, но близких по видам и интенсивности техногенного воздействия.

Второе направление. Связано с выявлением самоочищающей способности природных систем (устойчивость 2-го рода). Основным в направлении исследований является анализ устойчивости возникающих природно-техногенных образований, определение устойчивости трансформации отдельных геохимических процессов (групп процессов), устойчивости трансформации геохимической структуры ландшафта. При этом прогнозируется посттехнегенное развитие ландшафта и обосновывается частота и интенсивность планового антропогенного воздействия на ландшафт для устойчивого улучшения его свойств (рекультивация ландшафта).

Основными задачами исследований по этому направлению являются:

· выявление возможности и интенсивности восстановления исходного характера функционирования природных объектов после снятия техногенного воздействия;

· выявление соответствующих этапов, форм, времени восстановления природных процессов;

· выявление устойчивости целенаправленных антропогенных положительных воздействий.

Наиболее важные характеристики, от которых зависят типы ответных реакций природных систем (геохимический эффект их трансформации), связаны с тем, что и сколько вводится в природно-территориальный комплекс или что изымается из него. Деструктивная активность техногенных воздействий зависит от свойств поступающих в природный (ландшафтный) круговорот веществ.

При оценке деструктивной активности для биоценоза ландшафта все поступающие в природный комплекс вещества можно разделить на три группы:

· геохимически инертные - соединения элементов с высокими кларками, что отражает природную способность адаптации к ним биоценоза;

· геохимически активные - соединения элементов с низкими кларками, что отражает невозможность быстрой адаптации биоценоза к превышению их концентраций в объектах окружающей среды;

· вещества, неизвестные в природной обстановке, которые попадают в объекты окружающей среды вследствие несовершенства современных технологий.

Одни и те же соединения в зависимости от характера их поступления в природные комплексы могут оказывать на них совершенно разные воздействия (табл.3.4) [26].

Таблица 3.4. Возможные типы изменения природных систем при различных видах техногенных воздействий

Характеристика воздействия	Примеры	Реакция природных систем
Постоянные, ниже предельно допустимого для данной системы уровня воздействия, без выраженного кумулятивного эффекта	Глобальные выпадения соединений углерода	Природные системы активно справляются с нагрузкой. Нарушения функционирования не происходит, варьирование свойств укладывается в рамки природных (сезонных, годовых) колебаний
Постоянные, ниже уровня допустимого для данной системы воздействия, с выраженным кумулятивным эффектом	Глобальные выпадения соединений серы	Изменение исходного функционирования системы из-за постепенного нарастания интенсивности воздействия. Частичная деградация свойств природных систем
Постоянные, выше уровня допустимого для данной системы воздействия, без выраженного кумулятивного эффекта	Воздействие гидроэлектро-станций	Изменение характера первичного геохимического функционирования, устойчивое сохранение нового геохимического режима природных систем
Постоянные, выше уровня допустимого для данной системы воздействия, с выраженным кумулятивным эффектом	Воздействие металлургических заводов	Устойчиво нарастающая деградация исходных природных систем вплоть до их полного разрушения

Характеристика воздействия	Примеры	Реакция природных систем
Эпизодические, ниже уровня допустимого для данной системы воздействия, без выраженного кумулятивного эффекта	Воздействие удобрений при внесении их в физиологически оправданных дозах	Нарушение геохимического режима функционирования природных систем не происходит
Эпизодические, ниже уровня допустимого для данной системы воздействия, с выраженным кумулятивным эффектом	Воздействие отдельных групп пестицидов	Постепенное изменение геохимического режима функционирования природных систем из-за повторяющихся воздействий
Эпизодические, выше уровня допустимого для данной системы воздействия,без выраженного кумулятивного эффекта.	Воздействие высокоминерализованных сточных вод и сырой нефти в районах нефтедобычи	Изменение характера геохимического режима с последуюшим возвратом в исходное состояние, но при устойчивом характере остаточных признаков техногенного воздействия
Эпизодические, выше уровня допустимого для данной системы воздействия, с выраженным кумулятивным эффектом	Воздействие отвалов токсичных пород горных предприятий	Устойчивое изменение характера геохимического режима и невозможность возврата в исходное состояние

Выявление техногенных аномалий является одной из важнейших эколого-геохимических задач при оценке состояния окружающей среды. Эти аномалии образуются в компонентах ландшафта в результате поступления различных веществ от техногенных источников и представляют собой некоторый объем, в пределах которого значения аномальных концентраций элементов (Са) больше фоновых значений (Сф).

Сильные аномалии, контрастность которых составляет десятки и сотни единиц геохимического фона, выявляются и интерпретируются сравнительно просто.

Для оценки слабых аномалий используются статистические критерии («правило трех сигма» и др.). Техногенные аномалии искусственных веществ (пестицидов и др.) выделяются в основном по санитарно-гигиеническим, а не геохимическим критериям.

Если техногенная аномалия имеет четкую пространственную и генетическую связь с конкретным источником загрязнения, то такая аномалия называется техногенным ореолом рассеяния. Они фиксируются главным образом в депонирующих средах - почвах, донных отложениях, растениях, снежном покрове. В транзитных средах - воздухе, водах, частично донных отложениях, аномалии именуются техногенными потоками рассеяния.

По распространенности выделяются следующие техногенные аномалии:

· глобальные - охватывающие весь земной шар (повышенное содержание СО2 в

атмосфере, накопление искусственных радионуклидов);

· региональные - формирующиеся в отдельных частях континентов, природных зонах и областях в результате применения ядохимикатов, минеральных удобрений, подкисление атмосферных осадков выбросами соединений серы и др.;

· локальные - образующиеся в атмосфере, почвах, водах, растениях вокруг местных техногенных источников (заводы, рудники и т.д.) Локальные источники загрязнения, сливаясь, могут привести к образованию техногенных аномалий регионального масштаба (крупные промышленные города, их агломерации).

По влиянию на окружающую среду техногенные аномалии делятся на три типа [ Перельман ].

Полезные аномалии улучшают состояние окружающей среды. Это известкованные кислые почвы, добавки NaI и KI к поваренной соли в районах развития эндемического зоба, фторированная питьевая вода, микроудобрения, подкормка домашних животных Со и т.д.

Вредные аномалии ухудшают состояние природной среды в результате появления повышенных концентраций токсичных веществ, отрицательно влияющих на живые организмы. Большинство техногенных аномалий относятся к этому типу.

Нейтральные аномалии не оказывают влияния на качество окружающей среды (золото в банках, железо в городах и др.).

По среде образования техногенные аномалии делятся на:

· литохимические (в почвах, породах, строениях)

· гидрогеохимические (в водах);

· атмогеохимические (в атмосфере, снеге);

· биогеохимические (в организмах), которые последние подразделяются на фито-, зоо- и антропогеохимические аномалии.

Как правило, техногенные аномалии образуются в нескольких компонентах ландшафта. По длительности действия источника загрязнения они делятся на: кратковременные (аварийные выбросы и т.д.), средневременные (с прекращением воздействия - разработка месторождений полезных ископаемых), долговременные стационарные (аномалии заводов, городов, агроландшафтов).

Понятие аномальности тесно связано с представлениями о геохимическом фоне. При оценке техногенных аномалий фоновые территории выбираются вдали от локальных техногенных источников загрязняющих веществ, как правило, более чем в 30 - 50 км. Одним из критериев аномальности служит коэффициент техногенной концентрации или аномальности Кс, представляющий собой отношение содержания элемента в рассматриваемом аномальном объекте к его фоновому содержанию в компонентах ландшафта.

Техногенные аномалии обычно имеют полиэлементный состав, в связи с чем Ю.Е. Саетом [ ]предложен суммарный показатель загрязнения (Zc), характеризующий степень загрязнения ассоциации элементов относительно фона:

,

где Кс - коэффициенты техногенной концентрации больше 1;

n — число элементов с Кс > 1.

Суммарные показатели загрязнения рассчитываются для различных компонентов ландшафта - почв, снега, растений, донных отложений.

В практике эколого-геохимических исследований для оценки состояния среды используются ориентировочные оценки опасности загрязнения в аномальных зонах (таблица 3.5). Для каждого уровня характерны специфические виды заболеваемости населения, особенно детей:

I уровень — увеличение общей заболеваемости;

II уровень — увеличение частоты хронических заболеваний органов дыхания, функциональных отклонений (количества лейкоцитов и др.);

III уровень — увеличение нарушений репродуктивных функций, иммунной системы и других отдаленных последствий.

Таблица 3.5. Шкала оценки аэрогенных очагов загрязнения (по Ю.Е. Саету и Б.А. Ревичу) [ ]

I уровень – средний, умеренно опасный.	Превышение ПДК отдельных загрязняющих веществ (пыль, оксиды углерода и азота, сернистый ангидрид); содержание тяжелых металлов выше фона.	1.Средний уровень загрязнения по Zc: · почв 16— 32; · снега 64— 128. 2.Повышенная запыленность снежного покрова (среднесуточная нагрузка 250 - 450 кг/км2). 3.Содержание Рb в почве более 100 мг/кг
II уровень – высокий, опасный	Превышение ПДК. комплекса загрязняющих веществ (пыль, оксиды углерода и азота, сернистый ангидрид); содержание отдельных металлов I класса опасности (As, Cd, Se, Hg, Pb, F) выше ПДК	1.Высокий уровень загрязнения почв (Zc = 32— 128) и снежного покрова (Zc = 128—256). 2.В составе аномалий присутствуют химические элементы I класса опасности (Рb, Hg, Cd) с Кс > 10. 3.Содержание Рb в почве более 250 мг/кг. 4. Среднесуточное вы- падение пыли 450— 800 кг/км2.
III уровень – очень высокий, чрезвычайно опасный	Превышение ПДК. (иногда многократное) комплекса загрязняющих веществ, в том числе ряда тяжелых металлов	1.Очень высокий уровень загрязнения почв (Zc > 128) и снега (Zc > 256). 2.Содержание Рb в почве > 400мг/кг и Hg > 2,1 мг/кг. 3.Среднесуточная нагрузка пыли > 800 кг/км2.