CC BY
139
которого создаются перед проведением наблюдений в рамках экологического мониторинга.
Формы требуют только ввода конкретной информации для обследуемой точки. Многие их окна заполняются из подстановочных списков, что значительно упрощает ввод данных. При необходимости непосредственно из окна формы можно получить доступ к текстовому файлу, который содержит рекомендации и разъяснения по их заполнению.
После проведения конкретного обследования формируется файл базы данных Microsoft Access и несколько текстовых документов (с описанием почвенных разрезов, и описанием некоторых характеристик фитоценозов). Все эти файлы сохраняются в единой электронной базе данных экологического мониторинга районов падения ОЧРН.
Заключение. Данные экологического мониторинга РП ОЧРН поступают руководству предприятий, осуществляющих их эксплуатацию, руководству космической отрасли (в Федеральное космическое агентство), а также природоохранным органам регионов, где расположены районы падения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального космического агентства и Федерального агентства по науке и инновациям, госконтракт 02.740.11.0337
Библиографический список
1. Израэль, Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидрометеоиздат, 1984.
2. Кондратьев, А.Д. Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации районов падения отделяющихся частей ракет-носителей / А.Д. Кондратьев. П.П. Кречетов, Т.В. Королева. - М.: «Пеликан», 2007.
3. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. Методика. - М.: Министерство природных ресурсов РФ, 1992.
4. ГИС-технологии при оценке воздействия пусков ракет-носителей на окружающую среду / О.В. Черницова, Н.С. Касимов, Т.В. Королева, П.П. Кречетов // Вестн. Москв. ун-та. - Москва. - 2010. - Сер. 5. - № 2.
Статья поступила в редакцию 15.10.10
УДК 502.573:631.421
П.П. Кречетов, зав. лаб., канд. биол. наук, доц., МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Е-mail: [email protected];
Т.В. Королева, зав. лаб., канд. географ. наук, МГУ, г. Москва, Е-mail: [email protected]; О.В. Черницова, н.с., г. Москва, Е-mail: [email protected]; Т.М. Дианова, с н.с., МГУ, г. Москва, Е-mail: [email protected]
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ В РАЙОНАХ ПАДЕНИЯ ОТДЕЛЯЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ
Предложен подход к экологическому нормированию ракетно-космической деятельности в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей. Приведены результаты оценки степени механических нарушений в районе падений первых ступеней. Изложена концепция критических нагрузок компонентов ракетных топлив для природных экосистем. Приведены результаты полевых и лабораторных экспериментов по изучению взаимодействия почв и растений с несимметричным диметилгидразином.
Ключевые слова: экологическое нормирование, ракетно-космическая деятельность, несимметричный диметилгидразин, компоненты ракетных топлив, экосистемы, почвы, деградация.
В настоящее время в системе нормирования антропогенного воздействия наряду с санитарно-гигиеническим активно развивается направление экологического нормирования. Под экологическим нормированием понимается разработка нормативов и регламентов, ограничивающих негативное воздействие хозяйственной деятельности на окружающую среду в соответствии с возможностями экосистем. Для достижения данной цели необходимо обоснование нормативов предельно допустимой антропогенной нагрузки, которые устанавливаются в соответствии с величиной допустимого совокупного воздействия всех источников на окружающую среду и (или) отдельные компоненты природной среды в пределах конкретных территорий и (или) акваторий.
Разработка нормативов воздействия на экосистемы проводится покомпонентно. Однако наиболее точная оценка качества окружающей среды дается на экосистемном уровне.
При этом используется комплекс показателей, отражающих состояние биоценоза. Такой подход позволяет учесть суммарный эффект от влияния всех форм техногенного воздействия.
По нашему мнению, обеспечение экологической безопасности должно гарантировать отсутствие деградации окружающей среды и уменьшение экологического риска в будущем. Необходимо, чтобы приоритет природоохранного нормирования сместился с человека на природные экосистемы. На основе этого можно предложить следующие общие подходы к разработке экологических нормативов.
1. Экологические нормативы в отличие от санитарно-
гигиенических должны иметь региональные особенности, т.е. должны учитывать характеристику природной среды регионов.
2. В качестве объекта исследований рассматривается
экосистема (биогеценоз).
3. Современное состояние биогеоценоза (за исключени-
ем сильно нарушенных систем) принимается в качестве эталонного (фонового).
4. При установлении нормативов доминантой выступа-
ют натурные наблюдения с использованием при необходимости результатов лабораторных эксперимен-
Предприятия, обеспечивающие эксплуатацию районов падения, используют эту информацию при планировании природоохранных мероприятий в районах падения и для разработки новых технологий их проведения. Руководство отрасли обеспечивает учет этих данных при проектировании новой ракетно-космической техники, контролирует правильность проведения и оценивает достаточность мероприятий, направленных на сохранение окружающей среды. Природоохранные органы используют результаты мониторинга для контроля соблюдения требований природоохранного законодательства.
В целом, результаты экологического мониторинга могут служить не только основанием для принятия неотложных мер по улучшению экологической обстановки, но и использоваться при разработке рекомендаций, позволяющих оптимизировать затраты на природопользование, а также принятию превентивных мер, исключающих сверхнормативное загрязнение окружающей среды.
тов; одновременно оценивается состояние не только биотической компоненты, но и целого ряда абиотических характеристик среды.
Ракетно-космическая деятельность (РКД) - один из видов техногенных нагрузок, оказывающих влияние на значительных по площади участках земной поверхности (от десятков метров до сотен квадратных километров) в различных природных зонах. Характер нагрузок неоднороден по составу и различается для территорий, с которых осуществляется запуск ракет-носителей, и районов падения отделяющихся частей ракет-носителей (РП ОЧ РН). Данный вид деятельности требует разработки экологических нормативов допустимой техногенной нагрузки.
В первую очередь необходимо установить следующие экологические нормативы: допустимого механического повреждения почвенного и растительного покрова; предельно допустимых (критических) нагрузок загрязняющих веществ -компонентов ракетных топлив (КРТ) на ландшафты территорий, подверженных РКД (или почвы, растения и т.д.).
Можно выделить следующие экологические последствия физического воздействия РКД: механическое повреждение почвенного и растительного покровов; механическое загрязнение поверхности фрагментами ОЧ РН. Химическое воздействие РКД проявляется в загрязнении экосистем (почв, растительности, приземного слоя атмосферы и т.д.) как компонентами ракетных топлив, так и продуктами их трансформации или сгорания.
Оценка физической деградации почвы в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей. При падении первой ступени ракеты-носителя, в результате удара о грунт и наземного взрыва остатков компонентов ракетного топлива, происходит разрушение корпуса ступени и загрязнение территории металлическими фрагментами. Радиус разброса фрагментов ступени составляет около 100 м. На месте падения образуются воронки. Механическая трансформация строения почвенного профиля при падении ОЧ РН или в результате рекультиваци-онных работ в местах падений определяется по степени нарушения строения почвенного профиля (отсутствие или уменьшение мощности гумусового горизонта, степень техногенной турбированности почвенного профиля) или по изменению физических свойств.
Авторами была проведена оценка степени физической деградации на местах падений первой ступени РН «Протон» в РП-25 ОЧ РН (Республика Казахстан). При оценке повреждений почвенного покрова установлено, что основное нарушение отмечается в местах падений двигательных установок. При падении двигательной установки в штатном режиме при ударе образуется воронка диаметром до 10 м. Ее площадь составляет около 40-80 м2. В воронке наблюдается уменьшение на 75 % от исходного мощности почвенного профиля (А+В). Поэтому именно на местах падений двигательных установок отмечается максимальная степень физической деградации почвы.
По периметру воронки образуется полоса шириной 0,5-1 м, засыпанная залегающим под гумусовым малоплодородным горизонтом или даже почвообразующей породой. Мощность наноса колеблется от 5 до 20 см. Данная почва может быть охарактеризована как средне- и сильнодеградированная. Площадь таких участков составляет от 39 до 100 м2. Наименьшее механическое воздействие наблюдается на местах падений, расположенных на скалистых и плотных породах. При очистке территории от фрагментов ОЧ РН интенсивное воздействие на экосистемы оказывает автомобильный транспорт.
При падении фрагментов ОЧ РН, а также при их ликвидации может происходить уплотнение почв. Плотность горизонтов для фоновой бурой пустынно-степной песчаной почвы составляет 1,4-1,5 кг/дм3, для техногенно-трансформированной - 1,5-1,7 кг/дм3. В целом увеличение плотности на
местах падений носит локальный характер,. Общая площадь почв, подвергшихся физической деградации на одном месте падения колеблется от 60 до 3000 м2 (в среднем около 140 м2).
Оценка химического воздействия на почвы в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей. Среди компонентов ракетных топлив, загрязняющих экосистемы, наиболее опасным является несимметричный диметилгидразин (НДМГ). Особенности состава и химических свойств НДМГ определяют его активное влияние на следующие свойства природных объектов: изменение кислотно-основных свойств; изменение окислительно-восстановительных свойств; изменение содержания соединений азота; появление и миграция в почвенном профиле токсичных веществ (в частности, НДМГ и продуктов его трансформации).
Эколого-геохимические исследования позволили установить формирование точечных локальных аномалий НДМГ в почвах и его отсутствие (в почвах, воде и снеге) вне мест обнаружения обломков ступеней [1-4]. Средние концентрации НДМГ на различных местах падений в первые часы после падений колеблются от 3,5 до 22 мг/кг. Как правило, загрязнение топливом обнаруживается в воронках на местах падения до глубины 20-30 см. Со временем концентрация загрязнителя в почве постепенно уменьшается и за 1-3 года достигает предельно допустимого уровня.
Изучение влияния различных нагрузок НДМГ на почвы проводилось в условия лабораторных модельных экспериментов. На различные типы почв, находящихся в зоне влияния космодрома «Байконур», оказывалось воздействие различных нагрузок НДМГ от 1 мг/кг до 5 г/кг. Установлено, что для щелочных почв достоверное влияние на рН почвы оказывают нагрузки уже с 10 мг/кг. Внесение НДМГ до 1 г/кг приводит к повышению рН, как правило, не более чем на 0,3-0,5 ед. При максимальной нагрузке в 5 г/кг изменение величины рН достигает 1,2-1,5 ед. На кислых почвах до 100 мг/кг изменение рН статистически не значимо, однако при нагрузке в 1 г/кг увеличивается на 1, а при 5 г/кг - до 2,5 единиц.
Так же как и для рН щелочных почв, достоверное влияние на окислительно-восстановительный потенциал оказывают нагрузки уже с 10 мг/кг, а при увеличении нагрузки потенциал меняется более чем на 50-100 мВ в зависимости от нагрузки. Максимальное снижение потенциала (на 250 и 400 мВ) наблюдается при нагрузке в 1 и 5 г/кг. На кислых почвах при нагрузке до 100 мг/кг изменение окислительно-восстановительного потенциала статистически не значимо, но при нагрузке в 1 г/кг и 5 г/кг так же, как и в щелочных почвах, падение потенциала составляет 250 и 400 мВ.
В почве НДМГ способен накапливаться, оказывая сильное влияние на его свойства. От устойчивости почвы к воздействию НДМГ во многом зависит судьба экосистемы в целом. Если почвы не обладают достаточной буферностью к воздействию НДМГ, то возникает эффект ухудшения условий существования биоты. Под буферностью понимается способность почв обеспечивать минимальный уровень содержания НДМГ в почвенном растворе.
Для определения степени загрязнения почвы НДМГ с атмосферными осадками на местах падений вторых ступеней РН «Протон» был проведен модельный колоночный лабораторный эксперимент, целью которого была оценка способности поступления водных растворов НДМГ в нижележащие горизонты почвы с гравитационными водами, а также степень его окисления и закрепления в твердой фазе почв. Для определения количественных характеристик данных процессов на образцах гумусовых горизонтов почв были проведены опыты с водными растворами НДМГ с различной концентрацией загрязнителя (0,1 мг/литр (50 ПДК) и 5 мг/л) и с дозами, эквивалентными максимально возможной суточной и годовой норме осадков.
В результате проведенного модельного лабораторного эксперимента обнаружено, что после фильтрации модельных
атмосферных осадков через почву, концентрация НДМГ в гравитационных водах приближается к ПДК хозяйственнобытовых вод (0,02 мг/л) только в аллювиальной почве и в подзоле при суточной норме осадков и при концентрации вводимого раствора, равной 5 мг/л. При концентрации вводимого раствора, равной 0,1 мг/л НДМГ, содержание в гравитационных водах будет ниже рыбо-хозяйственного ПДК для вод во всех почвах. При концентрации НДМГ в модельных осадках 0,1 мг/ л валовое содержание загрязнителя ниже ОБУВ (0,1 мг/кг) во всех почвах.
Поступление НДМГ в почвы приводит к изменению в них соотношения форм азота. Однако достоверные отличия в содержании нитратов и аммония наблюдаются только при нагрузках 60-600 г/м2.
Для оценки остаточных количеств НДМГ при разливах топлива также было выполнено полевое моделирование загрязнения. Полевое моделирование поведения чистого НДМГ в условиях, имитирующих пролив топлива при падении ступени ракеты-носителя, впервые позволило установить, что:
- при нагрузках НДМГ, не превышающих 4 кг/м2, через год в почвенном профиле дерново-среднеподзолистой почвы обнаруживается не более 0,02 % от внесенного количества НДМГ, в профилях пустынных почв - 0,1 %; остаточные концентрации НДМГ в исследованных почвах, достигающие от 17,8 мг/кг (в дерново-среднеподзолистой) до 68,6 мг/кг (в серо-бурой пустынной), превышают ОБУВ;
- максимальное содержание НДМГ на протяжении года обнаруживается в наиболее обогащенных органическим веществом верхних 15 см почвы;
- глубина фронтального проникновения НДМГ, определяемого сорбционными свойствами почв, при установленной нагрузке составляет 30-40 см;
- проникновение загрязнителя на глубины более 40 см обусловлено наличием и количеством каналов миграции (трещин, корней растений, ходов червей).
Оценка воздействия на фитоценоз. В ходе полевых работ проводилось изучение нарушений биотического компонента экосистем на местах падения ступеней различной давности. Трансформация естественного растительного покрова в пределах района падения связана с формированием пионерных группировок на нарушенных механически участках при падении первых ступеней ракет-носителей. В дальнейшем происходит восстановление растительного покрова.
Наиболее резко растительность реагирует на импульсное ударно-термическое воздействие при взрыве и разрушении ступеней ракет-носителей, что приводит к полной или частичной гибели фитоценозов в радиусе 50-150 м. Более широкие нарушения растительного покрова могут быть связаны с распространением возникших при взрыве пожаров и выгорании надземной части фитоценозов на значительных площадях. В целом выявленные нарушения носят узко локальный характер и могут быть индицированы по комплексу геоботанических показателей, рассмотренных выше. Растительный покров территории характеризуется фоновым состоянием при отсутствии видимых нарушений флористического состава, пространственной и горизонтальной структуры, а также показателей биологической продуктивности.
Кроме простого механического и пирогенного воздействия фитоценозы могут испытывать также химическое воздействие. Спустя определенный срок, накопление токсикантов может сказаться на приросте и продуктивности отдельных видов растений, а большие их дозы могут вызвать морфологические изменения и трансформацию структуры фитоценозов.
В связи с этим были проведены полевые вегетационные опыты. В результате проведённых экспериментальных исследований выявлено, что загрязнение почвы при нагрузке 0,16; 1,6; 16,0 и 160 грамм НДМГ на 1 м2 почвы на разных стадиях
вегетации растений не оказало влияния на рост и развитие растений независимо от величины техногенной нагрузки.
Анализ содержания НДМГ в растения, выращенных на загрязненных площадках, выявил особенности видового накопления загрязнителя. Так содержание НДМГ в люцерне не меняется в течение 4 месяцев вегетации и определяется различиями в задаваемой первоначальной нагрузке. Тимофеевка в течение вегетации накапливает НДМГ. Максимальные концентрации обнаружены при нагрузке 160 г/м2 и составили 3 и 3,66 мг/кг для люцерны и 3,32 и 4,5 мг/кг для тимофеевки (через 1 и 4 месяца, соответственно). При малых нагрузках межвидовые различия несущественны.
Аэрогенное загрязнение растений при тех же нагрузках приводит к резкому увеличению содержания НДМГ. Видовое различие в накоплении загрязнителя наблюдается в первые три дня до 46,5 и 35,1 мг/кг для тимофеевки и люцерны, соответственно. Через 10 дней концентрация в зеленой массе снижается вдвое и через 2 месяца межвидовые различия в концентрации становятся недостоверными.
Данные, полученные в результате полевых и лабораторных исследований, позволили приступить к количественной оценке уровня допустимого воздействия через определение и картографирование величин критических нагрузок. Под критической нагрузкой понимается максимальное количество загрязняющего вещества, поступление которого не сопровождается необратимыми изменениями в биогеохимической структуре, биоразнообразии и продуктивности экосистем в течение длительного времени.
Входные параметры модели рассчитываются на основании данных о почвенных, геоботанических, геологических, климатических, гидрологических, гидрохимических и других условиях, а также данных о поступлении загрязнителей с неспецифическими техногенными потоками при существующем уровне загрязнения рассматриваемых природных наземных и водных экосистем.
Ведущую роль в балансовых моделях расчета критических нагрузок играют лабораторные и натурные эксперименты по изучению процессов трансформации ракетного топлива и его воздействия на живые организмы. Предлагаемый нами алгоритм для расчета критических нагрузок несимметричного диметилгидразина (НДМГ) на наземные экосистемы представляет собой следующее уравнение:
СЦВДМЛ = НДМГ 8оШ + НДМГ ох + НДМГ е1иа4 + НДМГ ЬюЬ где
НДМГдам - допустимое поглощение прочно связанных форм в составе твердой фазы почв, не вызывающее нарушения функционирования экосистем (критерием служит отсутствие структурно-функциональных изменений в живых организмах или накопление НДМГ до уровня ПДК, установленной для сельскохозяйственной продукции); НДМГох - количество НДМГ, окисляемое кислородом и восстановленными формами химических элементов, НДМГЫо1 - биогенная иммобилизация; НДМГе1иа4 - допустимое вымывание НДМГ из наземных экосистем без возможного загрязнения почвенногрунтовых и поверхностных вод. Критическая нагрузка СЦНДМГ) выражается в кг/га/год, г/м2/год.
Таблица
Расчет вероятных выпадений и концентраций НДМГ в средообразующих компонентах экосистем в районах падений вторых ступеней
Мощность слоя атмосферы или почвы Площадь выпадения Норматив (ПДК, ОБУВ, КН)
3 км х 6 км 6 км х 9 км
Расчетная концентрация НДМГ в толще атмосферного воздуха мг/м3
25 км 0,00000071 0,00000024 0,001
100 м 0,0002 0,0001 0,001
Расчетная концентрация в почве мг/кг в толще слоя
0-5 см 0,0004 0,000098 0,1
0-20 см 0,0001 0,000033 0,1
Расчетные выпадения НДМГ на поверхность почвы, мг/м2
0,02 0,01 70-90
Величины рассчитанных критических нагрузок загрязняющих веществ на экосистему сравниваются с реальными или смоделированными величинами их выпадений. Это позволяет рассчитать, насколько критические нагрузки превышены или нет для определенной территории. Рассчитанные величины превышений могут быть использованы в экологоэкономических моделях для выбора различных сценариев оптимизации осуществления РКД.
На основании проведенных исследований были выполнены расчеты допустимых нагрузок для РП ОЧРН вторых ступеней. Полученные результаты показали, что допустимые нагрузки НДМГ для экосистем Западной Сибири в зависимости от их типа колеблются от 73 до 1509 мг/м2, а для СевероВосточного Алтая находятся в диапазоне 90-2318 мг/м2.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального космического агентства и Федерального агентства по науке и инновациям, госконтракт 02.740.11.0337.
Однако расчеты ожидаемых выпадений по различным сценариям дали результаты не выше 0,01-0,02 мг/м2. Это ниже минимально возможных критических нагрузок в 3500-9000 раз (табл.).
Таким образом, выполненные исследования по оценке воздействия ракетно-космической деятельности на экосистемы РП ОЧРН показали, что при существующем уровне нагрузки физическая и химическая деградация наблюдается только на местах падений первых ступеней и в среднем не превышает 140 м2. Достоверных изменений в состоянии экосистем в районах падений вторых ступеней не выявлено, что обусловлено их высокой экологической емкостью. Предложенный подход позволит провести экологическое нормирование воздействия ракетно-космической деятельности, как на местах пусков ракет-носителей, так и в районах падения первых и вторых ступеней ракет.
Библиографический список
1. Ландшафтно-геохимический анализ районов падений первых ступеней космических ракет / Н.С. Касимов, А.П. Ворожейкин, Т.В. Королева, Ю.В. Проскуряков // Вестник Московского университета, серия 5, география. - 1994. - № 1.
2. Поведение ракетного топлива в почвах, водах и растениях / Н.С. Касимов, В.П. Гребенюк, Т.В. Королева, Ю.В. Проскуряков // Почвоведение. - 1994. - № 9.
3. Геохимическое воздействие ракетно-космической техники на окружающую среду / А.П. Ворожейкин, Н.С. Касимов, Т.В. Королева, Ю.В. Проскуряков // Геохимия ландшафтов и география почв. - М.: «Ойкумена», 2002.
4. Факторы миграции и концентрации несимметричного диметилгидразина в ландшафтах / А.П. Ворожейкин, Н.С. Касимов, Т.В. Королева, Ю.В. Проскуряков // Геохимические барьеры в зоне гипергенеза. - М.: Изд-во МГУ, 2002.
Статья поступила в редакцию 15.10.10
УДК 502.5/.6:504.5:665.6/.7
И.А. Кузнецова, с.н.с., канд. биол. наук, Институт экологии растений и животных УрО РАН, г. Екатеринбург,
E-mail: kuznetsova@ipae. uran.ru.
ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ РАЙОНА ПАДЕНИЯ ОТДЕЛЯЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ «СОЮЗ» НА ТЕРРИТОРИИ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
В результате работ, проведенных на территории РП-401 в период с 2006 по 2010 гг. определено фоновое содержание нефтепродуктов в атмосферных осадках (суммарном снежном покрове), водах водных объектов и почвах. Разработана схема комплексного экологического экспресс-мониторинга, включающая контроль фонового содержания нефтепродуктов в основных депонирующих средах (почвах, воде водных объектов и снежном покрове), а также состояния биоиндикаторов (мохово-лишайникового покрова и водных беспозвоночных -личинки ручейников).
Ключевые слова: экологический мониторинг, загрязнение, нефтепродукты, снежный покров, вода водных объектов, почва, биоиндикаторы.
Район падения (РП-401) располагается на границе Свердловской области и Пермского края, включая водораздельный Уральский хребет и предгорные гряды на востоке и западе.
В качестве контрольных точек наблюдений на территории района падения выбраны наибольшие высоты (хр. Кваркуш, Казанский Камень, Сенные Горы, Ольвинский Камень, хр. Сосьвинский и Еловая Грива) и максимальные понижения. Контрольные наблюдения проведены в условно ненарушенных территориях Северного Урала: хребты Главный уральский хребет, Молебный Камень, Мань-Пупы-Нёр, горы Хо-
латчахль и Ауспи-Тумп (на севере от РП) и горы Конжаков-ский и Серебрянский Камни (на юге). Проведен анализ загрязнения суммарного снежного покрова, почвы, воды водных объектов, а также исследованы индикаторные виды (мхи и лишайники, водные беспозвоночные, виды млекопитающих).
Атмосферное загрязнение. Результаты химического анализа проб снежного покрова РП и прилегающих территорий свидетельствуют о низкой степени загрязнения его нефтепродуктами в целом по всей территории (табл. 1). ПДК нефтепродуктов в воде водных объектов Сан ПиН составляет 1мг/дм3
