2020-07-12
372
Главным следствием антропогенного воздействия на природную среду является образование аномальных концентраций химических элементов и их соединений в результате загрязнения различных компонентов ландшафта ат-мосферы, вод, почв, снега, растений, донных осадков водоѐмов. Выявление техногенных аномалий в различных средах является одной из важнейших за-дач эколого-геохимических оценок состояния среды. Эту проблему приходит-ся решать специалистам в области контроля и охраны природной среды.
По размеру техногенные аномалии делятся на глобальные, охваты-вающие весь земной шар (повышенное содержание СО>2 в атмосфере, на-копление радиоактивных изотопов элементов после ядерных взрывов); ре-гиональные, формирующиеся в отдельных частях континентов, природных зонах и областях (аномалии в результате применения ядохимикатов, мине-ральных удобрений, подкисление атмосферных осадков выбросами соедине-ний серы и др.); локальные, образующиеся в атмосфере, почвах, водах, расте-ниях вокруг конкретных техногенных источников (заводов, рудников и т.п.). Сравнительно локальные по площади источники загрязнения, например круп-ные промышленные города и их агломерации, могут являться причиной воз-никновения техногенных аномалий регионального масштаба.
|
|
|
Как и природные, техногенные аномалии делятся на литохимические (в почвах, породах, донных осадках), гидрогеохимические (в водах), биогеохи-мические (в живых организмах) и атмогеохимические (в атмосфере).
Понятие аномальности химических элементов в природе тесно связано с представлениями о геохимическом фоне. При оценке техногенных аномалий фоновые территории выбираются по возможности на заведомом удалении от локальных источников загрязняющих веществ, как правило, более чем в 30-50 км. Одним из критериев аномальности служит коэффициент техно-генной концентрации Кс,представляющий собой отношение содержаний
64
элемента в рассматриваемом аномальном объекте к его фоновому содержа-нию в компонентах природной среды (почвах, водах, воздухе и др.). Коэффи-циенты техногенной концентрации в отходах и выбросах различных произ-водств и образующихся при этом аномалиях в природных ландшафтах в де-сятки, сотни и даже тысячи раз превышают геохимический фон. Наиболее контрастны техногенные аномалии ртути, сурьмы, кадмия, олова, серебра, свинца, связанные с заводами черной и цветной металлургии, лакокрасочной и металлообрабатывающей промышленности [21].
Особенно широко при оценке загрязнения природной среды в настоящее время используется опробование снежного покрова. Это связано с тем, что снежный покров является хорошим индикатором состояния среды, отражаю-щим состав атмосферных осадков, но с концентрацией загрязняющих веществ на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. Состав загрязнителей снежного покрова и связанные с ними аномалии в целом соответствуют тех-ногенным аномалиям в почвах.
|
|
|
Теория и методика мониторинга загрязнения по снежному покрову при-водится в работе В.Н.Василенко и др. [3]. В практике экологических исследо-ваний используются как твердая (пыль), так и растворимая составляющая сне-га, которые анализируются на различные компоненты. Наибольшее индика-ционное значение имеет количество и химический состав пыли, на долю кото-рой приходится обычно более 70-80% от общего баланса элементов в пробах снега. Поэтому при оценке загрязнения по снежному покрову рассчитывается показатель общей пылевой нагрузки Робщ.
Робщ. = С×Рn(г/см2 т/км2 или мг/км2сут.),
где С - концентрация химических элементов в снежной пыли, мг/кг; Рn - пылевая нагрузка, кг/(км2×сут.). Тогда коэффициент относительной тех-ногенной нагрузки Кр равен
Кр = Робщ./ Рфон.
Техногенные аномалии обычно имеют полиэлементный состав и ока-зывают комплексное, интегральное воздействие на живые организмы. По-этому в практике эколого-геохимических работ часто используются так назы-ваемые суммарные показатели загрязнения (СПЗ; Zс), характеризующие степень загрязнения целой ассоциацией элементов относительно фона [57],
n
Zc = åKc - (n -1),
i =1
ii где Кс - коэффициенты техногенной концентрации больше 1 (или 1,5); n - число элементов с Кс больше 1 (или 1,5).
Суммарные показатели загрязнения рассчитываются для различных ком-понентов ландшафта - почв, снега, растений, донных отложений. В практике экологических исследований считается, что аномальные зоны с СПЗ (Zc) бо-лее 50-60 характеризуют сильное техногенное загрязнение.
Во многих районах геохимический фон большинства элементов в почвах близок к кларкам литосферы или незначительно отличается от них. Лишь на участках с природно-аномальными концентрациями элементов, связанных с металлогенической, породной, рудогенной специализацией, или накоплением на ландшафтно-геохимических барьерах геохимический фон существенно выше кларковых значений.
Существуют явные аномалии, контрастность которых составляет десятки
и сотни единиц геохимического фона, выявление и интерпретация которых производится сравнительно просто, и слабые аномалии, для идентификации которых привлекаются статистические критерии. В практике геохимических работ для определения аномальных значений (Са) применяется правило трех стандартных отклонений [30]. В случае нормального распределения аномаль-ные значения рассчитываются по формуле
Са = Сф±3 S,
где Сф - фоновое (среднее арифметическое или модальное) содержание эле-мента, S - среднее квадратичное отклонение. Для логнормального распреде-ления
Са = Сф×Ɛ3,
где Сф - фоновое (среднее геометрическое) содержание элемента, стандарт-ный множитель, равный ant lg S.
Правило трех стандартов обычно употребляется для выделения еди-ничных аномальных точек. Если имеется группа смежных точек (т = 2, 3, 4...)
с повышенными содержаниями элемента, то пороговое значение аномально-сти снижается согласно критерию
Са=Сф×Ɛ3/√¯m.
Учитывая статистические критерии выделения слабых геохимических аномалий, показателем их контрастности γ следует считать амплитуду анома-лии Сшах за вычетом фона Сф, с учетом величины стандартного отклонения фона [30].
γ=Cmax – Cф / Sф.
Практические занятия
Методы эколого-геохимической сценки состояния окружающей среды на практических занятиях раскрываются путем определения фоновых содержа-ний одного из элементов - загрязнителей и параметров техногенной аномалии этих элементов в почвах города; площадного изображения выявленных ано-малий; расчета суммарного показателя загрязнения почв рядом элементов - продуктов выброса одного из предприятий; сопоставления полученных пока-зателей с эталонными величинами опасности загрязнения почв.
|
|
|
Исходные материалы. Таблицы с аналитическими данными результатовопробования почв на территории города; графическое изображение сети ме-таллометрического опробования с номерами пикетов; табличные данные по степени опасности загрязнения почв тяжелыми металлами.
Задания строятся на основании работ, проведенных в г.Вологде с раз-личными видами производства.
Задание 1.Выявление техногенных аномалий в почвах.Имеются резуль-таты распределения свинца в верхних горизонтах почв на территории города, полученные в результате опробования по сети 500x 500 м (табл. 21), а также параметры содержания свинца в фоновых ландшафтах. Требуется определить параметры городского фона Сг и техногенной аномалии Са в почвах города и
ее контрастность Ɣ на нескольких профилях опробования по приведенным выше формулам. При этом следует помнить, что при изучении городских ландшафтов техногенные аномалии выделяются на уже повышенном фоне.
Для определения относительного (условного) городского фона свинца в почвах требуется отделить явно аномальные значения, учитывая фоновые со-держания, полученные на значительном удалении от техногенных источников загрязнения. Допустим, были получены следующие параметры местного гео-
химического фона: Сф =7.0×10-4 %; Ɛ=1.5. Тогда в таблице условный фон ог-раничен примерно значениями свинца до 10×10-4%, которые определяются го-ризонтальными штрихами от явно аномальных значений и по этим данным рассчитываются параметры городского фона.
Методика определения параметров геохимического фона и аномальных со-держаний элементов в поисковой и "техногенной" геохимии основывается на одних и тех же статистических приемах. Поэтому студентам рекомендуется самостоятельно познакомиться с имеющейся учебной литературой по этому вопросу [30], используя теоретические данные из гл.1 этого пособия.
|
|
|
Задание 2.Вынести данные табл. 21на миллиметровую бумагу и,учиты-вая сеть опробования, а также фоновые и аномальные значения, оконтурить изолиниями техногенную аномалию.
| Таблица 21 | |||
| Распределение в почвах грунта Рb, n-10-4% (по профилям) | |||
| Номер пикетов | Профили | ||
| 9 | 10 | 11 | |
| 1 | 10 | 8 | 5 |
| 2 | 8 | 10 | 20 |
| 3 | 5 | 15 | 30 |
| 4 | 15 | 25 | 40 |
| 5 | 10 | 40 | 25 |
| 6 | 25 | 50 | 15 |
| 7 | 30 | 30 | 8 |
| 8 | 30 | 20 | 5 |
| 9 | 15 | 12 | 8 |
| 10 | 15 | 5 | 10 |
| 11 | 10 | 8 | 8 |
| 12 | 5 | 10 | 10 |
| 13 | 8 | 8 | 10 |
| 14 | 10 | 6 | 6 |
| 15 | 8 | 5 | 8 |
Задание 3. Рассчитать суммарный показатель загрязнения почв Zc в тех-ногенной аномалии для 5 элементов (свинца, цинка, меди, хрома, никеля) по формуле Zс = ∑ Kc - (n-1), используя следующие/значения. Кс; Рb - 6,5; Zn - 6,4; Сu - 11,1; Cr - 13,4; Ni - 18,5. Сравнить полученные показатели со степенью опасности загрязнения почв тяжелыми металлами (табл.22).
Таблица 22
