CC BY
169
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 4 (17)
ГЕОХИМИЯ, ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 504:550.4
Эколого-геохимические закономерности и аномалии содержания микроэлементов в почвах и снежном покрове Приуралья и города Перми
И.С. Копылов
Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4. E-mail: [email protected]
(Статья поступила в редакцию 12 мая 2012 г.)
Рассмотрены вопросы комплексной эколого-геохимической оценки состояния ландшафтов Пермского Приуралья. Приводятся результаты геохимического картирования территории г. Перми. Изучены закономерности пространственного распределения микроэлементов в почвах и снежном покрове. Построены экологогеохимические карты Перми и Пермского края с выделением аномальных зон. Установлено комплексное влияние геодинамики и техногенеза на формирование геохимических аномалий, установлена их связь с участками повышенной заболеваемости населения. Дана экологическая оценка состояния окружающей среды по геохимическим критериям.
Ключевые слова: геохимическое картирование, городские ландшафты, почвы, снежный покров, микроэлементы, аномальные зоны, здоровье населения, Приуралье, г. Пермь.
На Западном Урале и в Приуралье (тер- малий многих компонентов геологической ритория Пермского края) за 50-летний пе- среды. Материалы этих исследований риод геохимического изучения верхней обобщены автором при проведении ланд-части литосферы накоплен огромный шафтно-геохимического анализа и карти-объем геохимических данных. Наиболее рования, где были изучены закономернокачественный геохимический материал сти распределения фоновых значений был получен в последнее десятилетие при основных геохимических параметров (ма-проведении многоцелевого геохимическо- кро- и микроэлементов) в почвах, грунтах, го картирования (МГХК-1000), региональ- донных осадках, породах, подземных и ных геохимических и геоэкологических поверхностных водах, снежном покрове; исследований и картографирования выполнена типизация и установлены гео-(ГЭИК-500), а также геолого-съемочных химические особенности природных и (ГДП-200) и поисковых работ, различных техногенных ландшафтов; проведено специализированных исследований, осо- ландшафтно-геохимическое районирова-бенно нефтепоисковых и экологических, в ние; сделан общий минерагенический результате которых было установлено прогноз и выделены площади, перспек-большое количество геохимических ано- тивные на поиски полезных ископаемых
© Копылов И.С., 2012
(рудные, редкие элементы, драгметаллы и др.); проведен эколого-геохимический анализ и выделены геохимические аномальные зоны [4, 5, 7]. В пространствен-
ном отношении основные аномалии сгруппированы в 21 комплексную литогеохимическую (эколого-геохимическую) аномальную зону (рис. 1).____________
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КАРТА ПЕРМСКОГО КРАЯ
Масштаб 1: 500 ООО составитель: И.С. Копылов 2011 г.
Комплексные литогеохимические аномальные зоны
1 - Косинская
2 - Иньвинская
3 - Чермозская
4 - Яйвинская
5 - Косьвинская
6 -Усьвинская
7 - Койвинская
8 - Среднечусовская'
9 - Обвинская
10 - Добрянская
11 - Среднекамская
12 -Шаквинская
13 - Верхнесылвинская
14 - Очерская
15 - Иреньская
16 - Тулвинская
17 - Буйская
18 - Веслянская
19 - Северокамская
20 - Березовская
21 - Верхневишерская
Экологическая
обстановка
относительно
удовлетворительная
о напряженная ш критическая
| I кризисная
*---* (чрезвычайная)
Р, ва, V, N1 РЬ, Тп, Си
Аномальные зоны ИХ номер
Ассоциации аномальных элементов в почвах с площадным распространением
Рис. 1. Эколого-геохимическая обстановка Пермского Приуралья и Урала
Непосредственно на территории г. Перми тяжелые металлы в почвах и других средах изучались несколько десятилетий, на это были направлены различные тематические и специализированные исследования Пермского университета (Р.Г. Ибламинов, Б.М. Осовецкий,
Е.А. Ворончихина, Н.Г. Максимович, С.М. Блинов и др.) [1, 3], работы геологических, гидрогеологических, экологических и других организаций и служб города, в которых также принимали участие студенты и школьники.
Наибольший объем геохимической информации был получен при проведении эколого-геохимической съемки масштаба 1:50 000 территории г. Перми (с изучением почвенного и снежного покрова, где было отобрано более 1 тыс. проб), гидрогеологического доизучения, геоэкологического картографирования масштаба 1:200 000-1:500 000, проведенных в последнее десятилетие на территории города ПГНИУ и ФГУП «Геокарта-Пермь». Результаты этих исследований показали, что по всем компонентам природной и геологической среды во многих местах города наблюдаются локальные аномалии с высоким уровнем концентрации. Выполнена комплексная эколого-геохимическая
оценка состояния городской среды [6].
Согласно эколого-геохимической карте Пермского края территория г. Перми расположена в пределах Среднекамской литогеохимической аномальной зоны с площадью около 4 тыс. км2 [7]. Выделяется площадная аномалия по Р (100% площади АЗ), № (95%), Си (90%), Ga (90%), РЬ (75%), V (40%), Zn (30%) с локальным и точечным распространением Мп (15%), Сг (10%), Zr (10%), Т (5%), Мо (5%), Ва (5%), Ве (5%), Cd (3%), Со (3%), Sn (3%). Генетическая природа этой аномальной зоны в основном комплексная, значительные ее части в пределах промзон классифицируются как природно-техногенные. В целом по комплексу геоэкологических критериев Пермь (Пермско-Краснокамская промзона) в региональном плане (масштаб 1:500 000-1:200 000) классифи-
цируется как территория с катастрофическим экологическим состоянием природной среды и отвечает категории экологического бедствия. Однако территория города неоднородна по факторам и уровням воздействия на окружающую среду и при детализации изучения эколого-геохимиче-скими и другими методами дифференцируется на участки с различной степенью экологического состояния.
Содержания микроэлементов в почвах и снежном покрове приведены в табл. 1 и
2.
В почвах Перми отмечается превышение средних концентраций микроэлементов в 1,5-15 раз по сравнению с фоном. Наиболее опасны следующие элементы: 1-го класса опасности - РЬ и Cd (оба - до 1000 ПДК), Zn (27), Ве (10); 2-го класса опасности - Со (400), № (250), Си (106), Мо (100), Сг (23). Все они имеют высокий фон - 1,2-4 ПДК (кроме Со) и создают контрастные аномалии. Малоопасные и нелимитируемые элементы - Мп, Zr, Т (преимущественно до 3 ПДК), имеют широкое распространение, но невысокие концентрации, другие элементы - Sb (до 22 ПДК), As (20) - создают точечные высококонтрастные аномалии. Особое внимание обращают на себя техногенные аномалии в почвогрунтах по свинцу, установленные практически повсеместно. Крупнейшая аномалия расположена в центральной части Индустриального района и совпадает с аномалией по снежному покрову, причем по максимальным точкам. Далее свинцовые аномалии протягиваются в север-северо-восточном направлении в Дзержинский, Ленинский и Мотовилихинский районы. Несколько аномалий с высокими содержаниями свинца установлены на юге и юго-востоке города в Свердловском районе. Четко прослеживается увеличение содержания свинца около автомагистралей. «Ураганные» значения свинца (а также кадмия, кобальта, никеля, хрома, мышьяка, сурьмы) установлены на трёхкилометровом участке ул. Героев Хасана.
Таблица 1. Содержание микроэлементов в почвах г. Перми (п ■ 10-3 %)
Элемент Содержание медиана тах
тіп тах среднее медиана пдк пдк
Марганец 18 990 123,6 100 0,7 6,6
Никель 0,5 1000 15,2 5 1,3 250
Кобальт 0,5 2000 7,1 2 0,4 400
Ванадий 5 10 6,1 6 0,4 0,7
Титан 200 1500 402,9 400 0,8 3,0
Хром 10 900 50,0 50 1,3 23,7
Цирконий 10 100 55,0 60 2,0 3,3
Вольфрам 0 100 0,29 0 - -
Молибден 0,1 100 2,0 1,5 1,5 100
Медь 0 1000 13,7 7 1,1 151,5
Цинк 0 300 7,0 5 0,5 27,3
Свинец 0 3000 9,7 2 0,7 1000
Олово 0 100 1,7 1 0,03 3,3
Серебро 0 0 0 0 - -
Висмут 0 10 0,02 0 - -
Кадмий 0 100 0,8 0 0 1000
Сурьма 0 10 0,02 0 0 22,2
Мышьяк 0 20 0,05 0 0 100
Фосфор 0 0 0 0 - -
Бериллий 0 10 1,1 0,6 0,6 10
Барий 10 100 37,3 40 0,6 1,6
Германий 0 1 0,4 0,5 - -
Галлий 0 5 0,9 0,9 0,9 5
Иттрий 0 7 3,2 3 - -
Стронций 10 50 10,7 10 0,2 0,8
Скандий 0 7 0,6 0,5 - -
Ниобий 0 5 0,7 0 - -
Комплексные аномалии в почвах группируются в трех крупных аномальных геохимических зонах: в западной части города в Индустриальном районе, в центральной части в Ленинском и Мотовилихинском районах и в южной части в Свердловском районе, они отображены на эколого-геохимической карте г. Перми масштаба 1:50 000 (рис. 2).
В снежном покрове селитебной зоны города химический макрокомпонентный состав и минерализация снеговых вод (талой воды) в целом близки к фоновым по Пермскому краю, но несколько выше (примерно на 20-25 %). Минерализация снега изменяется от 30,1 до 118,1 мг/ дм3, в среднем составляя 53,4 мг/ дм3. Химический состав гидрокарбонатно-натриевый. Преобладающим анионом является гидрокарбонат-ион с содержанием 6,1-42,7 мг/ дм3. На втором месте хлор-ион с содержанием 3,6-42,6 мг/ дм3. На третьем месте сульфат-ион с содержанием 1,2-12,3 мг/ дм3
Среди катионов преобладает натрий, его содержание изменяется от 6,6 до 32,1 мг/ дм3. Содержание кальция и магния примерно одинаково - соответственно 1,0-6,0 и 0,0-6,0 мг/ дм3. Содержание хлор-иона (элемента-индикатора, показывающего загрязнение снега) в лесопарковых районах города составляет 3,6-5,3 мг/ дм3, во всех других точках (при условии отбора из чистых мест) - 3,6-42,6 мг/ дм3. На участках вблизи автодорог отмечается резкое повышение количества хлор-иона, которое увеличено в 100-280 раз по сравнению с фоном и составляет 500-1030 мг/ дм3. Средние содержания микроэлементов (по сравнению с фоном на контрольных участках и в среднем по Пермскому краю) превышают фон: Cd - в 120, Сг - 109, Sn - 82, № - 37, РЬ - 27, Sr -21, Ва - 25, Си -13, Р - 10, Со - 9, Zn, Мп, V - в 4 раза.
Анализ распределения химических элементов в снежном покрове показывает,
Таблица 2. Содержание микроэлементов в снежном покрове г. Перми (п ' 10 3 %)
Элемент тт - тах среднее ПДК и ОДК (для почв) среднее (г.Пеомь) ПДК тах (г.Пеюмь) ПДК
г. Пермь Фон (запад Пермского края)
Марганец 30-400 124,3 10-70 32,4 150 0,8 2,7
Никель 1-300 37,0 м 1,0 4 9,6 75
Кобальт 0.5-100 3,6 0-1,8 0,39 5 0,7 20
Ванадий 5-20 6,6 0-7 1,9 15 0,4 1,3
Хром 5-1000 173,7 0-15 1,6 38 4,6 26,3
Цирконий 10-30 12,8 0-50 6,8 30 0,4 1
Молибден 0.0-0.7 0,1 0-1,5 0,06 1 0,1 0,7
Медь 2-500 25,3 0-9 2,0 6,6 3,8 75,8
Цинк 50-70 19,0 0-9 4,8 11 1,7 6,3
Свинец 0,5-90 10,9 0-0,9 0,41 3 3,6 30
Олово 0,5-20 4,9 0-0,06 0,06 30 0,2 0,7
Кадмий 0-7 2,4 0-0,2 0,02 0,1 24 70
Фосфор 0-600 60,4 0-150 5,9 20 3,0 30
Барий 0-50 87,7 0-20 3,5 62,5 1,4 8
Стронций 10-200 39,6 0-30 1,9 60 0,6 3,3
что наиболее опасными для г. Перми являются следующие элементы (по степени уменьшения опасности): Cd (до 70 ПДК), РЬ (30), Р (30); Zn (6), № (75), Си (75), Сг (26), Со (20), Ва (8), Мп (3), Sr (3).
Наиболее контрастные аномалии по самым опасным химическим элементам установлены в районе Осинцовского про-музла; в центральной части Индустриального района; в районе Мотовилихинских заводов; в центральной и северо-восточной части Свердловского района. Аномалии по снегу хорошо коррелируются с почвенными аномалиями, довольно устойчивы во времени.
В изучении природы геохимических полей и их формирования важную роль может играть линеаментно-геодина-миче-ский анализ (аэрокосмогеологических, геофизических и других исследований). Данный вид исследований, проведенный
автором в 2010-2011 гг. на территории г. Перми на основе дешифрирования современных цифровых космических снимков и геоинформационных технологий обработки дистанционных данных, показал приуроченность многих геохимических аномалий к геодинамическим активным зонам с очень высокой плотностью трещиноватости, что свидетельствует о комплексном воздействии геодинамики и техногенеза на городскую среду.
Важнейшим показателем экологической ситуации урбанизированных территорий является состояние здоровья людей, поэтому для экологической оценки важен медико-геоэкологический анализ. Согласно данным медицинской статистики заболеваемости населения г. Перми наблюдается постоянный рост различных видов болезней детей и взрослых.
Рис. 2. Эколого-геохимическая обстановка г. Перми
Детский контингент более чувствителен к антропогенным нагрузкам, менее адаптирован к изменениям условий окружающей среды. Наиболее высокие уровни экологически обусловленных заболеваний детей установлены в Индустриальном, Свердловском, Дзержинском районах города. При сопоставлении медицинских данных и геохимических аномалий анализ показал, что участки с повышенной заболеваемостью населения, как правило, приурочены к участкам с концентрацией токсичных элементов, хотя границы меж-
ду ними не совсем совпадают. Более высокая сходимость геохимических аномалий в почвах и снежном покрове отмечается с результатами анализов содержания химических элементов в биосредах детей (по материалам ПНИКИДЭП). В Индустриальном районе установлены компоненты, являющиеся химическими факторами риска, - РЬ, №, Zn, Мп; в Мотовилихинском - Мп, №, Сг, Zn, Си; в Свердловском - Мп, Сг, Zn, №; в Дзержинском - Мп, №, РЬ. Таким образом, медико-геоэкологический анализ показал,
что для аномальных зон характерна пространственно-корреляционная связь между геохимическими параметрами геологической среды и уровнем содержания токсикантов в биосредах людей, а также отмечаются тенденции увеличения заболеваемости населения и изменения ее структуры, позволяющие рассматривать геохимические критерии в комплексе важнейших показателей при оценке социальноэкологического риска.
По классификации ИМГРЭ [2] участки с развитием химических элементов 1-го класса опасности - РЬ, Zn, Cd и др. - с концентрациями, превышающими ПДК, характеризуются следующей экологической ситуацией: удовлетворительная (<1), напряженная (1-1,5), критическая (1,6-2), чрезвычайная (2,1-3), экологическое бедствие (>3). Следуя этой классификации, участки в пределах значительной части Индустриального района (кроме лесопар-
Библиографический список
1. Ворончихина Е.А., Запоров А.Ю. Тяжелые металлы в почвенно-растительном покрове г.Перми // Вопросы физической географии и геоэкологии Урала / Перм. ун-т. Пермь, 2000. С. 134-132.
2. Головин А.А., Ачкасов А.И. и др. Требования к производству и результатам многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:1 000 000 / ИМГРЭ. М., 1999. 104 с.
3. Ибламинов Р.Г. Тяжелые металлы в донных отложениях рек г. Перми // Экологическая безопасность зон градопромышленных агломераций Западного Урала: тез. докл. регион. конф. / Перм. ун-т. Пермь, 1993. С. 27-28.
4. Копылов И.С. Особенности геохимических
ковых зон), Мотовилихинского и Свердловского районов в бассейне р. Его-шихи и низовий рек Ивы и Мотовилихи, а также некоторые другие небольшие участки могут классифицироваться как участки с чрезвычайной экологической ситуацией или экологическим бедствием. На остальной части города экологическая обстановка напряженная и критическая и лишь на окраинах города к юго-востоку и северу - удовлетворительная.
Таким образом, выполненные работы показывают, что почвы и снежный покров являются хорошими объектами для эколо-го-геохимической оценки и медико-геоэкологического анализа, поэтому необходимо продолжать их изучение по более плотной сети опробования (масштаб 1:10 000-1:25 000) с охватом всего Пермского мегаполиса.
полей и литогеохимические аномальные зоны Западного Урала и Приуралья // Вестн. Перм. ун-та. Геология. Пермь, 2011. Вып. 1 (10). С. 26-37.
5. Копылов И.С. Литогеохимические закономерности пространственного распределения микроэлементов на Западном Урале и Приуралье // Вестн. Перм. ун-та. Геология. 2012. Вып. 2 (15). С. 16-34.
6. Копылов И.С. Эколого-геохимическая оценка территории города Перми и проблемы геологической безопасности // Геолого-гео-химические проблемы экологии: тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф. ИМГРЭ. М., 2012. С. 10-11.
7. Копылов И.С. Региональный ландшафт-
но-литогеохимический и геодинамический анализ: монография. LAP LAMBERT
Academic Publishing. Saarbrucken, Germany. 2012. 152 с.
Ecological and Geochemical Regularities and Anomalies on Microelements in Soils and Snow Cover of the Priurals and the City of Perm
I.S. Kopylov
Natural-Science Institute of the Perm State National Research University, 614990, Perm, Gencel st., 4. E-mail: [email protected]
Problems of ecological and geochemical assessment of landscape state in the Perm Priurals are discussed. Results of geochemical mapping in the city of Perm are presented. Laws and spatial distribution of chemical elements in soils and snow cover are studied. Ecological-geochemical maps of Perm city and Perm region with allocation of anomal zones are constructed. Complex influence of geodynamics and technogenesis on formation of geochemical anomalies is established. Their connection with of increased sick rate of population is proved. The ecological assessment of environment conditions by geochemical criteria is executed.
Keywords: geochemical mapping, urban landscapes, soils, snow cover, elements, anomal zones, public health, Priurals, city of Perm.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук Р.Г. Ибламинов
