CC BY
93
УДК 550.42.556.124 (571.53)
1 2 Л.А. Филиппова , И.В. Юркова
ГЕОХИМИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ МАЛЫХ СВАЛОК НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Приведены результаты изучения влияния малых свалок на загрязнение природных компонентов на примере бытовой свалки пригородного п. Пивовариха Иркутской области. Изучен макро- и микроэлементный состав (36 элементов) почв, растительности и свалочного фильтрата на территории свалки и за ее границей. Установлено, что почва, растительность и фильтрат характеризуются высокими коэффициентами накопления большинства элементов, в т.ч. и тяжелых металлов - Pb, Ag, Zn, Cu, Sn, V, Cd и др. Показано пространственное распределение элементов и их ассоциаций в почве и растительности. Установлено, что загрязнение распространяется в пойме в направлении движения вод и ветра.
Ключевые слова: химические элементы, ассоциации, миграция, свалка, загрязнение, аномалии тяжелых металлов.
Библиогр. 19 назв. Ил. 6. Табл. 4.
GEOCHEMICAL INFLUENCE OF THE SMALL DUMPS ON THE ENVIRONMENT
L.A. Filippova1, I.V. Yurkova2
The article gives the results of the research of the influence of the small dumps on the pollution of natural components on the example of the domestic dump of the Irkutsk suburban settlement - Pivovariha. The authors study the macro - and microelement composition of the soil (36 elements), vegetation and dump filtrate on the territory of the dump. The authors determined that the soil, vegetation and filtrate are characterized by the high coefficients of the accumulation of the most of elements including heavy metals such as Pb, Ag, Zn, Cu, Sn, V, Cd and others. The article shows the spatial distribution of elements and their associations in the soil and vegetation. The authors specify that the pollution is extended in the flood-lands in the wind and water-flow direction.
Key words: chemical elements, associations, migration, dump, pollution, aperiodicities heavy metals
19 sources. 6 figures. 4 tables.
Одной из серьезных экологических проблем урбанизированных территорий являются места складирования промышленных и бытовых твердых отходов -свалки, которые, как показывают исследования [2, 4], представляют собой мощный источник загрязнения окружающей природной среды (ОПС) и несут опасность здоровью человека. В последнее время этой проблеме придается большое значение. Обезвреживаются и рекультивируют-
ся старые свалки, новые строятся с учетом природоохранных нормативов, проводятся исследования по оценке опасности их для окружающей среды (ОС), населения и т.д. Однако это касается в основном крупных городских свалок. Свалки же более мелких поселений (поселковые, деревенские, хаотично замусоренные территории, т.н. неконтролируемые свалки; будем называть их «малые» свалки), которые состоят в основном из бытовых отходов и мусора,
1Филиппова Людмила Александровна - кандидат геолого-минералогических наук, доцент Иркутского государственного технического университета, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, тел..: (3952) 40-52-73.
2Юркова Ирина Владимировна - аспирант кафедры геологии и геохимии полезных ископаемых Иркутского государственного технического университета, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. тел.: (3952) 40-52-73.
1Filippova Liydmila Aleksandrovna - candidate of geological and mineralogical sciences, an associate professor of Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, tel.: (3952) 40-52-73
2Yurkova Irina Vladimirovna, a postgraduate of the Chair of Geology and Geochemistry of minerals of Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, tel.: (3952) 40-52-73.
остаются без должного внимания, хотя они не только портят эстетический вид ландшафта, но могут оказывать и геохимическое воздействие на ОС.
Наблюдения показывают, что малые свалки, как правило, не отвечают современным санитарным и техническим нормам. Они сооружаются обычно в придорожных карьерных выемках, низинных частях рельефа, чаще в поймах рек, т.е. в геологической среде, наименее устойчивой к загрязнению продуктами разложения свалочного материала. При этом складирование отходов происходит хаотично, без контроля их состава, без пересыпки изолирующим материалом, часто без дренажных канав, что усиливает геохимические процессы разложения и распространения загрязнения. Интенсивная миграция химических элементов и их соединений, в т.ч. токсичных и канцерогенных, вызванная процессами активного геохимического выветривания и разложения свалочного материала, приводит к перераспределению и накоплению их во всех компонентах ОС.
Для оценки геохимического влияния на ОПС малых свалок проведено детальное геохимическое картирование бытовой свалки п. Пивовариха, которая находится в пригородной рекреационной зоне [5] г. Иркутска (рис. 1). Полигон свалки расположен у левого борта поймы р. Ушаковка, ширина которой в районе поселка составляет примерно 2000 м. Он вытянут в северном направлении от поселка примерно на 1000 м вдоль грунтовой дороги, идущей на правый борт реки, в зону отдыха. Свалка действующая, неизолированная, открытая, в южной наиболее старой ее части со слоем разложившегося свалочного материала мощностью до 1,5 м; северная половина отличается свежим свалочным материалом. Свалка имеет дренажные канавы по ее восточной и южной границам, однако они находятся в запущенном состоянии. Материал свалки представлен пищевыми остатками, бумагой, разным упаковочным материалом, металлом, резиной, стеклом, древесиной, тканью, синтетическим веществом, в том
числе токсичным и многими другими отходами разного состава.
Рис. 1. Схема расположения бытовой свалки п. Пивовариха:
1 - п. Пивовариха, 2 - дороги, 3
свалка
Проведено картирование ближайшего к поселку участка свалки протяженностью 500 м, который отличается наибольшим скоплением бытовых отходов и продолжительностью эксплуатации. Ширина свалки здесь порядка 160-180 м.
Геохимическое картирование велось по профилям, расположенным вкрест вы-тянутости свалки. Сеть картирования 50х20 м с выходом за границы свалки на 50 м, закартированная площадь составляет около 0,1 км .
В каждой точке отбиралась проба почвы из-под свалочного материала и растительности (пойменного кустарника, иногда луговой травы). Всего отобрано: почв около 80 проб, биоты - около 50 проб. Кроме того, опробован фильтрат из 5 мочажин, образующийся при просачивании атмосферных осадков через свалочный материал. В качестве фона воды опробована вода Ушаковки. Для оценки проникновения загрязнения на глубину проведено поинтервальное (20 см) опробование почвенного профиля мощностью
1,2 м, вскрытого в борту дренажной канавы (рис. 2) в южной части свалки, на месте наибольшего скопления свалочного материала; отобрано 7 проб почвенного мелкозема (фракция < 1 мм).
Все пробы почв и золы растительности проанализированы (табл. 1-4) приближенно-количественным эмиссионно-спектральным методом на 36 макро- и микроэлементов; содержания химических элементов в пробах воды определены химическим методом и методом элементно-
го ИСП-МС анализа также на широкий круг элементов. Результаты картирования обработаны методом «Статистика» и «Многомерное поле» с построением моно-и полиэлементных геохимических карт.
Наличие и степень загрязнения почвы и растительности определялись относительно среднефоновых и кларковых концентраций элементов. За среднефоно-вые концентрации взяты медианные значения статистических распределений, выведенные для каждого материала картиро-
Элемент Почва Растительность (зола)
Средний фон ( Сф ) Кларк [14] Средний фон ( Сф ) Кларк [14]
макроэлементы, %
Бе 2,5 3,8 0,4 1,0
& 30,0 33,0 5,0 15,0
А1 5,0 7,1 0,6 1,4
Мд 1,0 0,63 3,0 7,0
№ 1,0 0,63 1,0 2,0
Са 2,0 1,37 17,0 3,0
К 1,3 1,36 15,0 3,0
Р 0,06 0,08 3,0 7,0
3 микроэлементы, п •Ю" %
А& 10"6 20,0 10,0 200,0 100,0
Бп 0,07 0,45 [7] 0,07 0,5
2п 7,0 5,0 60,0 90,0
РЬ 3,0 1,0 30,0 1,0
Си 3,0 2,0 5,0 2,0 [6]
Мо 0,07 0.2 0,07 2,0
Мп 55,0 85.0 300,0 750,0
Бг 27,0 30.0 60,0 30,0
и 0,7 3.0 1,2 1,1
В 1,5 1.0 130,0 40,0
Со 1,0 1.0 0,5 1,5
N1 3,5 4.0 0,6 5,0
Сг 8,5 20.0 4,5 25,0
V 5,5 10.0 0,6 6,1
Т1 400.0 460.0 100,0 100,0
Ва 80.0 50.0 80,0 и10
Оа 1,3 3.0 [1] 0,5 0,06 [6]
Ое не опр. 0.2 0,1 2,0 [6]
Сё не опр. 0.05 0,2 0,001
Примечание: не опр. - не определялось.
Таблица 1
Среднефоновые и кларковые концентрации химических элементов в почве и золе растений свалки
вания (почвы и растительности) при построении геохимических карт.
Особенности комплексного полиэлементного загрязнения почв и растительности, а также распространение его по площади оценивались по геохимическим картам. При этом применялся суммарный показатель концентрирования (СПК) элементов в полях загрязнения почвы и биоты, который определялся как сумма превышений, накапливающихся в них химических элементов [12, 16]. Ниже приводятся результаты работ.
Как следует из табл. 1, рассчитанные при построении карт среднефоновые концентрации (Сф ) большинства элементов в
почве не превышают своих кларков и соответствуют региональному фону [17, 19]. Отмечается некоторое превышение их над кларком лишь для М^, Са в 1,5 раза и Л§, РЬ, Ва, В и Си в 1,5 - 3 раза, что обусловлено, несомненно, загрязнением верхнего почвенного (опробованного) слоя изученной площади, хотя, согласно [7], уровни их не выходят за пределы колебаний нормальных концентраций в данном материале в глобальном масштабе.
В растительности же полигона свалки превышения средних фонов ряда элементов над их кларками более значительны. Так, фоны Л§, Си, Бг, В превышают свои кларки в 2-3, Са, К, Оа - в 5-10, РЬ - в 30, а Сё - в 200 раз*, что, несомненно свидетельствует о загрязненности (обо-гащенности) этими элементами растительности всей изученной площади и за ее пределами. Среднефоновые концентрации остальных элементов в растительности полигона не выходят за пределы своих кларков.
Для оценки уровня загрязнения применены коэффициенты максимального концентрирования элемента в почве и растительности ( КК тах ), равные отношению
максимальной концентрации элемента (Cmax) к его Сф (табл. 2). Из анализа ККmax видно, что максимальное накопление в почве свалки имеют тяжелые металлы (Sn, Ag, Zn, Pb, Cu, Mo), а также P и В. Их ККmax колеблются в интервале от
14,3 до 285, причем наибольшие значения имеют Ag и Sn - 150 и 285 соответственно. Наблюдается отчетливое обогащение почвы и большинством других элементов, ККmax которых составляют от 2 до 5,6.
Лишь Si, Al, Ni, Ba и Ga с ККтт <2
■>■>■> max
находятся в пределах колебаний фона.
Таким образом, поверхностный почвенный слой территории свалки в разной степени загрязнен практически всем комплексом рассматриваемых химических элементов, что обусловлено главным образом попаданием в него мелкозема, разлагающегося свалочного материала.
Намечается почти прямая корреляция почвы и растительности. Как следует из табл. 2, растительность также обогащена практически тем же комплексом химических элементов. Максимальное накопление в ней, как и в почве, показывают Pb с КК max - 150, Zn - 33, Ag - 30, Sn - 14, а также Ge - 30, Cd - 5000 (в почве Ge и Cd, как отмечалось, не обнаружены) и V с КК max - 25. Все эти элементы считаются
наиболее опасными для окружающей среды, животных и здоровья человека [7, 9, 10]. Отчетливо накапливаются и остальные микроэлементы, но несколько в меньшей степени, их ККmax колеблются от 2,5 до 8,3. Из макрокомпонентов растения обогащены Fe, Si, Al, Ca, K с КК^ от 4 до 8,3.
Для большинства из накапливающих элементов характерен и высокий (>1) коэффициент биологического поглощения
Превышение ориентировочно; скорее всего, несколько завышена Сф из-за недостаточной
чувствительности анализа на Сё (3-10-4% при кларке 1-10-6%); в результате при расчете Сф для Сё в пробах с
«не обнаружено» взята концентрация, равная половине предела обнаружения (1,5-10-4%), что также значительно выше кларка.
Таблица 2
Содержание химических элементов в почве и золе растений свалки
П очва Зола растений
С - с тт тах среднее КК тах С - с тт тах среднее КК тах Ах А "[15]
Макроэлементы, %
Бе 0,5-6,0 2,7 2,4 0,1-2,0 0,64 5,0 0,2 0,п
10-35 28 1,2 2,0-20,0 5,9 4,0 0,2 0,п
А1 3-8 5,5 1,6 0,1-5 1,1 8,3 0,2 0,0п
Мд 0,1-3 1,3 3,0 1,5-5,0 3,4 1,7 2,6 п
№ 0,05-2 1,1 2,0 0,5-1,5 1,1 1,5 1,0 п
Са 0,5-5 2,1 2,5 8,0-25,0 17,0 8,3* 8,2 п
К 0,25-3 1,4 2,3 15,0-25,0 17,2 8,3* 11,9 п
Р 0,01-2 0,07 33,0 2,5-3,5 3,2 1,2 44,9 п-10
Микроэлементы, п • 10-3% (Ое - 0,3-10"3%, Сё - 0,5-10"3%)
Ад,10-6 2-3000 32,8 150,0 30,0-3000,0 188,0 30,0* 6,7 п
Бп 0,05-20 0,16 285,0 0,05-1 0,2 14,3 1,0 0,0п
РЬ 1,0-100 4,9 33,0 8,0-150,0 29,0 150* 5,8 0,0п
2п 3-300 10,4 43,0 8,0-2000,0 70,4 33,3 6,8 п
Си 1-50 4,0 16,7 3,0-10,0 6,5 5,0* 1,6 п
Мо 0,05-1,0 0,1 14,3 0,05-2,0 0,2 28,6 2,0 п
Мп 10-200 57,0 3,6 20,0-2000,0 281,0 6,7 5,0 0,0п
Бг 5-150 32,0 5,6 5,0-200,0 47,0 6,7* 1,5 п
Ы 0,5-3 1,3 4,3 0,5-10,0 1,6 8,3 1,2 0,0п
В 1-30 2,0 20,0 50,0-200,0 144,0 5,0* 72,1 п
Со 0,4-3 1,8 3,0 0,4-2,0 0,5 4,0 0,3 0,п
N1 1,0-6 3,4 1,7 0,2-5,0 1,2 8,3 0,4 0,п
Сг 2,0-20,0 9,1 2,4 1,0-20,0 5,2 4,4 0,6 0,0п
V 2,0-30 7,4 5,4 0,5-15,0 0,9 25,0 0,1 0,п
Т1 200-1000 423,0 2,5 20,0-300,0 116 3,0 0,3 0,п
Ва 40-150 90,0 1,9 40,0-200,0 85,0 2,5 0,9 0,п
Оа 0,5-2,0 1,4 1,5 0,25-1,5 0,7 25,0* 0,5 нет данных
Ое не обн. не опр. не опр. 0,05-3,0 0,3 30,0 не опр. (С
Сё не обн. не опр. не опр. 0,15-5,0 0,4 * 5000 не опр. сс
Примечание: не обн. - элементы не обнаружены при чувствительности анализа;
* - значение ККтах определено относительно кларка, т.к. естественный фон элементов полностью закрыт загрязнением;
** - кларковые значения Ах [15].
(Ах), который по [8, 11] свидетельствует о безбарьерном их накоплении растениями. Однако элементы с Ах <1, относящиеся к
группе барьерного поглощения (среднего и слабого захвата [11]), также активно накапливаются, как показывают ККтах, в
растениях свалки. Очевидно, геохимические процессы выветривания свалочного материала в условиях пойменного ланд-
шафта вызывают активизацию выщелачивания химических элементов и перевода их в легко доступные для растений подвижные (сорбционные, солевые и др.) формы, что способствует повышенному их захвату растениями [7]. Кроме того, часть этого накопления связано, вероятно, с механическим осаждением элементов на листьях и др. надземных частях растений с аэрозольной пылью, поступающей при
дефляции разлагающегося свалочного материала.
Таким образом, поверхностный слой почв и растительность на территории свалки обогащены многими химическими элементами и, прежде всего, тяжелыми металлами (РЬ, 2п, Бп, Мо, Л§, Сё и др.), многие из которых относятся к категории токсичных или супертоксичных, например РЬ и Сё [9,10]. Концентрации этих элементов в пробах характеризуются значительными колебаниями, что отражается проявлением на территории свалки полей разной интенсивности загрязнения по величине СПК (рис. 2, 5).
Так, полиэлементная карта почв (рис. 2) показывает, что почва практически всей территории свалки и прилегающих к ней с запада и востока площадей в той или иной степени загрязнена. Большая часть ее характеризуется слабым и средним уровнями загрязнения (СПК 3-20) с тенденцией распространения его на запад от полигона свалки, что обусловлено, вероятно, сносом мелкозема свалочных отходов течением поверхностных вод (дождевые, талые) в данном направлении. На фоне слабого и среднего загрязнения резко выделяется ряд локальных участков с более высокими уровнями загрязнения, которые приурочены к восточной границе свалки и дороге, проходящей через полигон. Пространственно эти участки отчетливо совпадают с центрами скопления свалочного материала. Так, поля максимального по размерам и уровню загрязнения (СПК 100455) фиксируются в юго-восточной, наиболее старой части свалки, где отмечается наибольшее скопление свалочного материала. Второе поле очень сильного загрязнения почв (СПК 66-100), но меньших размеров проявляется в северовосточном углу полигона, на участке скопления относительно свежего бытового мусора. С восточной стороны эти поля загрязнения не замкнуты и выходят за границы свалки. Очевидно, в этом направлении также идет разнос продуктов разложения свалочного материала преобладающими северо-западными ветрами, а так-
же возможно дополнительное поступление загрязняющих веществ (удобрения, стоки) от сельскохозяйственных объектов (МТФ, пашня), находящихся примерно в 500 м к востоку от свалки, т.е. выше по течению вод поймы (см. рис. 1).
г
Рис.2. Карта загрязнения химическими элементами почвы:
1 - контур свалки; 2 - проселочная дорога; 3 - магистральный профиль; 4 -места опробования фильтрата (а) и почвенного профиля (б); 5-9 - уровни загрязнения почв по величине СПК и ассоциации загрязняющих элементов со средним КК у символа элемента: 5 - <3, Мо13 Ыц(фон); 6 - 3-20 (слабое и среднее загрязнение): Ag3 Бп3 Ы2 Со2; 7 - 20-66 (сильное): Мо14РЬ13 2п7 Ag6 Бп3 Со3Бг3; 8 -66-100 (очень сильное): Бп24 Ag23 РЬ19 2п7Л Мо4 Со3; 9 - 100-455 (максимальное загрязнение): Бп214 Ag100 2п20 РЬ9 Мо3 Ы3 У3
Основными загрязняющими элементами, как следует из рис. 2, являются главным образом токсичные тяжелые металлы - РЬ, Ъл, Бп, Си, Мо, Л%, Со, показываю-
С 10 % 1,5 3 4,5 15 60 110
КК
- =с
0,5 1 1,5 5 20 37
Рис. 3. Концентрации Sn, Ag, РЬ и 2п в почве полигона свалки.
Остальные условные обозначения на рис. 2
щие наибольшие накопления (КК ) в почве свалки. Однако геохимический спектр загрязнителей (табл. 2) значительно шире, до 20-23 элементов, и включает в себя элементы из разных генетических ассоциаций зоны гипергенеза, например, РЬ, 2п и Мо, V, что указывает не на естественную, а техногенную его природу [1, 11, 18].
На рис. 3 в качестве примера показано распределение концентраций Бп, Л§, РЬ, и 2п на площади полигона свалки. Можно видеть что пространственное распределение их близко соответствует полиэлементным полям (рис. 2). Как следует из рис. 3, почва на всей площади полигона свалки и за его пределами обогащена этими элементами, за исключением небольших участков к западу от его границ. При этом поля максимальных концентраций элементов отчетливо проявляются в пределах полигона свалки и локализуются в местах скопления свалочного материала. Так, максимумы Бп и Л§ достаточно точно фиксируют основные центры свалки бытовых отходов и свежего мусора. Максимумы же РЬ и 2п, особенно РЬ, тяготеют к автомобильной дороге и отражают, вероятно, загрязнение почв, связанное с автотранспортом (скопление твердых продуктов сгорания топлива, смазочные вещества, резина, аккумуляторы и т.д.). Аналогичный характер распределения показывают и остальные элементы-загрязнители, но менее контрастными полями.
Таким образом, форма полей загрязнения почвы, их пространственная приуроченность к местам наибольшего скопления отходов и особенности геохимического спектра свидетельствуют о "свалочном" генезисе тяжелых металлов-загрязнителей почвы полигона свалки и прилегающих к нему площадей. Распространение загрязнения почв за пределами полигона свалки идет, очевидно, путем разноса обогащенных твердых продуктов разложения свалочного материала поверхностными (дождевыми, талыми) водами и ветром, причем первый фактор, несомненно, преобладает.
Для оценки проникновения загрязнения на глубину был опробован почвенный
разрез (рис. 4). Из графика видно, что максимальные концентрации практически всех элементов фиксируются в поверхностном слое. Далее концентрации отчетливо падают до глубины 60 см. Быстрое падение концентраций обусловлено выщелачиванием почти всех элементов кислыми растворами, образующимися при разложении органики за счет органических кислот (главным образом гуминовых, фуль-ватных), с которыми большинство металлов образуют растворимые металлоорга-нические комплексы [7,9]. На интервале 60-80 см концентрации достигают практически фоновых значений. Небольшое увеличение концентраций для некоторых элементов (Си, Л§, 2п, Сг) отмечается на глубине 100-120 см., где основной материал -суглинок, меняется среда на восстановительную, что приводит к сорбции поступающих с раствором элементов на глинистых частицах, гидроокислах Бе и Мп и аморфных оксидах других макроэлементов. Глубина загрязнения, таким образом, достигает в условиях свалки пойменного ландшафта 60 см, иногда - до 80 см для легкоподвижных элементов в условиях техногенных ландшафтов (Л§, 2п), тогда как в элювиальных ландшафтах она не превышает 35-40 см [12].
концентрации
0 % .4 6 В 10 12 14 16 1В 20
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ¿00 > 5?°
□ '' ' *
-1 -3.
ЭгкЮ, Сц,:£г;10 %
РЬ/п.ИХ Ад.юЛ
Рис. 4. График концентраций основных химических элементов-загрязнителей по профилю почв
На рис. 5 показано геохимическое поле растительности полигона свалки. Видно, что растительность, как и почва, достаточно сильно обогащена всем рассматриваемым комплексом химических элементов. При этом аномальные участки различной интенсивности (по СПК) обогащения
ее распределяются на площади, в отличие от почв, мозаично, без отчетливой привязки их к центрам скопления свалочного материала. Однако можно заметить, что растительность северной половины полигона отличается наименьшим, слабым и средним накоплением элементов (СПК 1060), в южной же - сосредоточены поля сильного (СПК 60-80), очень сильного (СПК 80-100) и максимального (СПК 100200) загрязнения фитобиоты. Обусловлено это, очевидно, разным количеством на данных площадях свалочного материала и длительностью (стадией) его выветривания (разложения). Так, в северной части поли-
химическими элементами растительности:
1-5 - уровни загрязнения по величине СПК и ассоциации загрязняющих элементов со средним КК у символа элемента: 1 - 10-40 (слабое и среднее): Pb18 B4 Ag2,5 Cu2 Zn2 Mn2 Sr2 ; 2 - 40-60 (среднее): Pb30 Sn3 B3 Cu2,5 Li2,5 Ag2 Ge2 Mo2: 3 - 60-80 (сильное): Pb51 Sn4,3 Mo4,3 V3,3 Ag3 Ge3 Ba2; 4 - 80-100 (очень сильное): Pb36 Ge20 Cd10 Zn10 B4 Ag3 Cu3; 5 - 100-200 (максимальное): Pb100 Vn Ag9 Mo8 Sn7 Zn4 Ge4 Li4 B3. Остальные условные обозначения см. на рис. 2
гона скапливаются относительно свежие бытовые отходы (скорее мусор), находящиеся в начальной стадии выветривания. Южная половина - это старая свалка с большим (относительно) количеством свалочного материала, подвергающегося длительное время процессам разложения, которые приводят к обогащению среды питания растений (почва, почвенные растворы) подвижными, легко доступными для них соединениями химических элементов (растворимые металлоорганичес-кие комплексы, сорбционные, ионные и др. формы).
В отличие от почв, все поля обогащенной растительности отчетливо сдвинуты на запад от центров свалки, по течению вод в пойме, и выходят в этом направлении за границы полигона. Особенно отчетливо это проявляется для полей очень сильного и максимального (СПК 80-200) загрязнения растительности, которые от тела старой свалки (южная часть) полосой протягиваются к западной границе свалки и выходят за нее. Это связано, очевидно, со сносом химических элементов при водной миграции их в западном (главном) направлении с почвенными, подпочвенными растворами, грунтовыми и поверхностными водами, из которых растения извлекают сорбированные и растворенные питательные вещества (химические элементы). Этим же, очевидно, можно объяснить проявление полей наименьшего (СПК 10-40) обогащения фито-биоты на участках по восточной границе полигона, где почвы, в отличие от растительности, характеризуются достаточно сильным (СПК 66-100) загрязнением.
Геохимические ассоциации аномальных полей здесь в отличие от почв более разнообразны по составу, и они заметно расширяются с повышением уровня обогащения растительности. В их число входит практически весь комплекс рассматриваемых элементов. Характерной особенностью этих ассоциаций является более высокое (относительно почв) обогащение их такими супертоксикантами, как РЬ и Сё [9], а также Ое (табл. 2), причем последние
(Сё и Ое) в почве вообще не обнаружены, как отмечалось выше. Высокое накопление РЬ и Сё* в растительности свалки проявляется уже на фоновых значениях (см. табл. 1). Кроме того, в геохимические ассоциации наиболее сильных загрязнителей растительности входят также Бп, Л§, 2п, Мо, Си, В, иногда V и др., большинство из которых являются главными компонентами геохимического спектра загрязнения почв. При этом уровень концентрирования их в растительности несколько ниже (кроме Мо, V и др.), чем в почве. Возможно, эти элементы (Бп, Л§, 2п, Си, В) для опробованной растительности являются, в некоторой степени, барьерными для поглощения [8]. В остальном геохимические спектры загрязнителей растительности и почвы полигона свалки близки.
Особенности загрязнения растительности свалки отдельными элементами показаны на рис. 6, где приведены в качестве примера геохимические поля наиболее
характерных элементов-загрязнителей -РЬ, Сё и Ое.
Свинец ( КК определен относительно кларка - 1-10"3%). Как следует из рис. 6, растительность всей территории свалки сильно (почти на порядок выше, чем почва) обогащена этим элементом. На этом фоне РЬ образует в растительности обширное высококонтрастное аномальное поле с максимумом, приуроченным, как и в почве, к дороге. Аномалия охватывает почти всю южную половину полигона и отчетливо распространяется за его пределы в западном направлении, где она остается не замкнутой на достаточно еще высоких концентрациях - 0,045-0,16%. Не замкнута аномалия и за восточной границей свалки, но здесь она по размерам и контрастности значительно слабее, что может говорить о ее затухании в этом направлении. Аналогичный характер распространения загрязнения фитобиоты свалки наблюдается и для других основных элементов-загрязнителей (Бп, 2п, Л§, Мо и др.), за исключени-
Рис.6. Концентрации РЬ, Сй и Ое в растительности полигона свалки.
Остальные условные обозначения - на рис. 2.
*КК Сё на картах (рис.5 и рис.6) показаны относительно рассчитанного среднего фона - 0,2-10-3%, при кларке в золе растений 0,001-10-3%.
ем положения полей их максимального загрязнения, которые тяготеют к восточной границе свалки. При этом относительно основных мест скопления свалочного материала они, в отличие от почв, как правило, несколько смещены, что обусловлено, очевидно, миграционными процессами элементов.
Кадмий в почве не обнаружен, относится к супертоксикантам, как и РЬ [9, 10], легко поглощается корнями и листьями растений [7]. Ориентируясь на кларк Сё в золе растений - 1-10"6%, можно констатировать, что растительность всего полигона свалки и прилегающих к нему площадей, как и свинцом, достаточно сильно обогащена этим элементом. Основная, достаточно обширная и контрастная аномалия Сё в растительности проявляется также в южной половине полигона свалки. Эпицентр же ее максимальных концентраций, превышающих кларк от 300 до 5000 раз, локализуется, в отличие от РЬ, в юго-западном углу свалки и приурочен к месту скопления свалочного материала. Кроме того, небольшое по размерам и меньшей контрастности аномальное поле Сё фиксируется и в северной части полигона, к западу от его границы. В пространственном разносе загрязнения растительности кадмием, как и по РЬ, прослеживаются признаки западного направления.
Германий так же, как и Сё, в почве не обнаружен, токсичен для растений, но поглощается ими с высокой скоростью [7]. Основное поле обогащенной им растительности располагается, в отличие от РЬ, Сё и др элементов, в северной части полигона, где оно образует отчетливо выраженную зону повышенных концентраций (КК 530), вытянутую полосой северо-западного простирания. В пределах этой зоны выделяется два локальных участка максимальных концентраций (КК 10-30) элемента в растительности, отражающих, на наш взгляд, основные источники ее загрязнения. Один из них - небольшой участок, который локализуется в центре полигона свалки и связан, скорее всего, со свалочным материалом. Второй, значительно
больших размеров, проявляется на северозападном фланге зоны, за границами свалки. Положение здесь данного максимума Ое не вполне понятно. Возможно, это есть результат водной миграции и накопления загрязняющего вещества на сорбционном барьере. Как следует из рис. 6, зона обогащенной Ое растительности на флангах не замкнута, что предполагает ее продолжение, и прежде всего в западном направлении. Об этом в какой-то мере свидетельствует и южная ветвь этой зоны. В целом можно отметить, что характеры пространственного распространения загрязнения растительности отдельными элементами достаточно близки, даже при положении их эпицентров загрязнения в разных местах свалки, и соответствуют комплексным геохимическим полям.
Таким образом, растительность свалки обогащена теми же, что и почва, металлами-токсикантами с добавлением в их ассоциацию Ое и Сё, последний из которых, вместе с РЬ, относится к группе наиболее опасных элементов для всей биоты. Загрязнение этими элементами, как и остальными металлами-токсикантами растительности пойм, земли которых часто используются для выпаса скота, заготовки сена, огородничества и т. д., представляет серьезную угрозу для здоровья людей, идущую через пищевые цепочки.
В табл. 3 и 4 представлены данные по изучению фильтратов свалки. Как видно из табл. 3, фильтрат всех проб сильно минерализован относительно фона с превышениями от 3-х до 14 раз, обогащен органическим веществом, о чем свидетельствует неустойчивость концентрации свободного кислорода (О2). Так, в пробе 1 О2 отсутствует вообще - идет полностью на окисление органики, а в пробах 3 и 5 - присутствует в пониженных концентрациях по сравнению с фоновым значением. Значения РЬ колеблются от 5,8 до 7,8, показывая в целом нейтральную среду, но с трендом повышения кислотности. Колебание РЬ, О2, а также БЮ2 в фильтратах на небольшом участке (см. карты) свидетельствует о быстроменяющихся геохимических обста-
новках выветривания в пределах свалки, которые определяются, по-видимому, в значительной мере составом свалочного материала и прежде всего наличием и количеством в нем органического вещества.
Из других макрокомпонентов в составе фильтрата наиболее значительно возрастают концентрации С1-, КН4+, Р043-(табл. 3), а также К, Р (табл. 4), которые считаются показателями свалочного загрязнения [1,11] и загрязнения от сельскохозяйственной деятельности (удобрения, ядохимикаты, сточные воды животноводства).
Макро- и микроэлементный состав фильтрата характеризует табл. 4. Из нее следует, что практически все химические элементы, в т. ч. и тяжелые металлы, имеют высокие и очень высокие коэффициенты накопления (КК тах) в
фильтратах. Накоп-ление М^, Са, К, Р, Мо, Мп, В и Т можно объяснить высокой миграционной способностью, что отражается в их высоком (>1) коэффициенте миграции (Кх), причем у большинства из них он возрастает здесь до
50 и более раз относи-тельно усредненных значений для вод зоны гипергенеза [10].
Однако даже элементы с низким Кх
(<1) - Бп, 2п, РЬ, Си, Со, V и др. - в геохимических условиях свалки тоже приобретают, судя по их ККтах, повышенную
подвижность и переходят в раствор. Кроме того, в фильтрате свалки в повышенных и высоких (относительно фона) концентрациях зафиксирован ряд элементов, которые в пробах почв и растительности не определялись - это Н^, Бе, и, Лб, В1, БЬ и ЯЬ, ККтах которых составляет от 5,2 у
Н§ до 228 у ЯЬ. При просачивании на глубину фильтраты обогащают химическими элементами, в т. ч. тяжелыми металлами, почву (сорбция на сорбционном комплексе почв) и почвенные растворы (путем смешивания), из которых растения эти элементы поглощают и накапливают в своих организмах [7].
Широкий комплекс аномальных элементов в фильтратах свалки обусловлен [10] выветриванием свалочного материала, где определяющим является процесс разложения его органической составляющей, который создает благоприятные усло-
Таблица 3
Химический (ионный) состав фильтратов свалки (мг/л)
Макрокомпоненты Пробы фильтратов (мочажины *Фон, вода р.Ушаковка
1 2 3 4 5
РЬ 6.3 6,4 5,8 7,8 6,5 6,6
Общая минерализация 1698.0 578,0 715,0 436,0 700,0 122,0
02 не обн. 12,6 5,4 25,0 4,3 12,9
Б102 33,7 2,8 9,1 0,4 12,8 11,6
НС03- 1010,0 295,5 429,4 185,3 419,0 80,5
С1- 175,0 95,4 81,0 104,8 89,6 0,76
Б04 25,0 23,8 16,2 22,6 10,1 13,5
N03" 0,96 0,52 0,52 0,38 0,3 0,27
N02" 0,002 0,007 0,012 0,002 0,012 0,005
NH4+ 6,2 0,6 0,7 0,2 4,2 0,04
Р04- 7,4 0,23 0,11 0,14 0,05 0,04
Б- 0,6 0,3 0,2 0,3 0,3 0,1
*фон - вода р.Ушаковка. По нашим данным вода р.Ушаковка (табл.3 и 4) относится к ультрапресным водам по [13] и определяется как относительно чистая: концентрации большинства макро- и микроэлементов находятся около своих кларковых значений.
Таблица 4
Содержание химических элементов в фильтратах свалки
Элемент Вода (фильтрат)
Стш - Стах (срЗДнее) кларк [15] Фон ККтах Кх
макрокомпоненты, мг/л
Бе 0,03-0,3 (0,2) 0,04 0,27 0,7 0,008
0,08-10,2 (3,7) 6,0 4,1 2,5 0,02
А1 0,008-0,019 (0,011) 0,05 [3] 0,072 0,26 0,002
Мд 19,5-30,4 (25,8) 2,9 7,1 4,3 2,5
№ 27,6-225,0 (70,3) 5,0 3,1 72,6 7,9
Са 42,0-145,5 (100,5) 12,0 16,5 8,8 6,1
К 11,65-72,6 (27,4) 2,0 0,44 165,0 2,4
Р 0,05-21,8 (4,7) 0,04 0,24 908,3 7,8
микрокомпоненты, мкг/л
Ай 0,00025-0,003 (0,0008) 0,2 0,011 0,27 0,004
Бп 0,04-0,25 (0,2) 0,04 0,05 5,0 0,06
2п 1,23-13,9 (5,4) 2,0 [3] 1,8 7,7 0,005
РЬ 0,05-0,33 (0,19) 1,0 0,07 4,7 0,005
Си 0,61-3,3 (1,3) 7,0 0,7 4,7 0,04
Мо 0,77-3,4 (1,7) 1,0 0,19 17,9 2,1
Мп 56,8-1916,7 (639,2) 10,0 48,4 39,6 1,4
Бг 385,3-782,9 (543,3) 50,0 83,3 9,4 1,8
Ы 4,9-20,6 (9,1) 2,5 2,3 8,9 0,9
В 21,5-429,5 (108,7) 20,0 7,1 60,5 6,8
Со 0,54-2,25 (1,1) 0,1 [3] 0,1 22,5 0,08
N1 3,0-9,3 (4,8) 0,5 [3] 1,0 9,3 0,2
Сг 0,2-1,4 (0,9) 1,0 0,24 5,8 0,01
V 0,26-7,3 (2,2) 1,0 0,3 24,3 0,04
Т1 0,73-9,0 (2,5) 3,0 3,5 2,6 7,4
Ва 11,4-143,2 (65,7) 20,0 [3] 7,5 19,2 0,09
Оа 0,03-0,41 (0,1) 0,1 0,02 20,0 0,009
Ое 0.02-0.12 (0.05) 0.07 0,01 12.0 не опр.
Сё 0.01-0.05 (0.03) 0,01 [3] 0,01 5,0 не опр.
и 0.83-3.7 (1.9) 0.5 0,06 6,2 не опр.
В1 0.003-0.015 (0.007) нет данных 0,0008 18,5 не опр.
АБ 0.93-4.43 (2.2) 2,0 0,34 13,0 не опр.
Бе 0.025-0.45 (0.26) 0,2 0,08 5,6 не опр.
ЯЬ 3.42-52.51 (14.2) 2,0 0,23 228,3 не опр.
БЬ 0.33-1.43 (0.63) 1,0 0,03 47,7 не опр.
<0.0005-0.0026 (0.0013) 0,07 0,0005 5,2 не опр.
вия для кислого выщелачивания элементов из различных по составу материалов и миграции их в растворимых (ионных, органоминеральных и др.) формах. Разные геохимические обстановки выветривания, возникающие, как отмечалось выше, в условиях свалки, приводят к формированию
в водах, как и в почвах, сложного геохимического спектра, не соответствующего ни одной природной ассоциации элементов зоны гипергенеза [1].
Таким образом, малые бытовые свалки и неконтролируемая замусоренность земель приводят к довольно сильному
загрязнению почв и растительности их территорий и прилегающих к ним площадей многими химическими элементами и в первую очередь токсичными тяжелыми металлами (РЬ, 2п, Л§, Си, Бп, Мо, Сё и др.). При этом в растительности могут накапливаться в высоких концентрациях элементы, в т.ч. особо опасные для животных и человека, которые в почве присутствуют в незначительных количествах, например Сё. Главными носителями химического загрязнения природных компонентов являются обогащенные твердые (мелкозем) и жидкие (фильтрат) продукты разложения свалочного материала, легко мигрирующие в условиях пойменного (обводненного) ландшафта. Загрязнение усиливается еще и тем, что малые свалки сооружаются и действуют, как правило, без соблюдения природоохранных норм, а часто являются вообще бесконтрольными.
Беспорядочное распределение участков свалки с различными геохимическими обстановками выветривания свалочного материала и мусора приводят к формированию геохимического спектра загрязнителей, состоящего из элементов разных генетических ассоциаций зоны гиперге-неза. Это может привести к непредсказуемым процессам миграции элементов как на самом объекте (свалке), так и в окружающих его ландшафтах [1].
Распространение загрязнения в пойме идет в направлениях движения вод (снос по течению обогащенного мелкозема поверхностными водами и фильтратов с почвенными растворами) и ветра (дефляция свалочной пыли). Особенно это проявляется в загрязнении растительности, что может негативно сказываться через пищевые цепочки на здоровье населения пойменных ландшафтов, земли которых часто используются им для ведения сельского хозяйства (огородничество, пастбища, сенокосы и т.п.). В этом плане размещение свалок в поймах и их замусоривание представляют собой особую опасность.
Библиографический список
1. Алексеенко В. А. Экологическая
геохимия. - М.: Логос, 2000. - 626 с.
2. Башаркевич И.Л., Ефимова Р.И. Влияние городских свалок на загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами // Эколого-геохимический анализ техногенного загрязнения. - М.: ИМГРЭ, 1991. - С. 137-151.
3. Ветров В.А., Кузнецова А.И. Микроэлементы в природных средах региона озера Байкал. - Новосибирск: СО РАН НИЦ ОИГГМ, 1997. - 223 с.
4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды по Иркутской области в 2003 году». -Иркутск, 2004.
5. Зайцева Т.А. Формирование рекреационных зон крупного города: Экологические проблемы урбанизированных территорий. Иркутск: ИГ СО РАН, 1998. - С. 64-72.
6. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов.- М.: Экология, 1996. -Кн. 3. - 352 с. - Кн. 4. - 407 с.
7. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. -М.: Мир, 1989. - 437 с.
8. Ковалевский А.Л. Биогеохимические поиски рудных месторождений. - М.: Недра, 1984. - 171 с.
9. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. - М.: Химия, 1996. - 319 с.
10. Перельман А.И. Геохимия. - М.: Высшая школа, 1989. - 527 с.
11. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. - М.: Высшая школа, 1975. -340с.
12. Геохимия окружающей среды / Сает Ю.Е. [и др.]. - М.: Недра, 1990. - 335 с.
13. Самарина В.С. Гидрохимия. -Ленинград: ЛГУ, 1977. - 360 с.
14. Справочник по геохимии. - М.: Недра, 1990. - 480 с.
15. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. - М.: Недра, 1990. - 335 с.
16. Учет и оценка природных ресурсов и экологического состояния
территорий различного функционального использования // М.: ИМГРЭ, 1996. - 86 с.
17. Филиппова Л.А., Санина Н.Б., Юркова И. В. Результаты геохимического картирования на территории Мухор-Кучелгинского полигона // Геофизика на пороге третьего тысячелетия. - Иркутск: ИрГТУ, 1999. - С. 54-81.
Рецензент доктор геолого-минералогических наук, профессор Иркутского государственного технического университета В. А. Филонюк
18. Экология Западной Сибири / Росляков Н.А. [и др.]. - Новосибирск: СО РАН НИЦ ОИГГМ, 1996. - 246 с.
19. Экологические проблемы урбанизированных территорий. - Иркутск: ИГ СО РАН, 1998. - С. 13-128.
УДК 556.314 : 612.014 (571.55)
1 2 Л.В. Замана , М.Т. Усманов
ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ЗОЛОТОПРОМЫШЛЕННЫХ РАЗРАБОТОК БАЛЕЙСКО-ТАСЕЕВСКОГО РУДНОГО ПОЛЯ (ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)
Приведены результаты химических анализов проб воды, отобранных из карьеров, хвостохранилищ золотоизвлекательных фабрик, отстойников, котлована выемки золотоносных песков и дождевой лужи. Большинство проб характеризуют кислые воды с концентрациями фтора и металлов, многократно превышающими допустимые для вод рыбохозяйственного значения. Для осушения затопленного карьера рекомендован водоотлив в одно из хвостохранилищ.
Ключевые слова: гидрогеохимия, дренажный сток, тяжелые металлы, водоотлив.
Библиогр. 6 назв. Ил. 1. Табл. 1.
AN ECOLOGICAL AND HYDROGEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF WATER OBJECTS OF GOLD-MINING OF BALEY-TASEEVO ORE FILD (EAST TRANSBAIKALIA)
L. V. Zamana1, M. T. Usmanov2
The authors present the results of chemical tests of the water samples from open pits, tailing storage of gold-extracting factories, sumps, a foundation ditch of dredging of gold-bearing sand and a rain pool. The majority of samples characterize acidic waters with concentrations of fluorine and metals, repeatedly exceeding allowed values for fishery waters. Pumping into one of tailing storage is recommended to drain a flooded pit.
Key words: hydrogeochemistry, a drainage drain, heavy metals, pumping.
6 sources. 1 figures. 1 table.
1 Замана Леонид Васильевич, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией геоэкологии и рудогенеза Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита, тел.: (302-2) 20-61-67; e-mail: [email protected].
2Усманов Марат Тимурович, научный сотрудник лаборатории геоэкологии и рудогенеза Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г.Чита.
1Zamana Leonid Vasiljevich, a candidate of geological and mineralogy sciences, the head of the laboratory of geoecology and ore-genesis of the Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of Siberian Department of the Russian Academy of Sciences, Chita, tel.: (302-2) 20-61-67; е-mail: [email protected].
2Usmanov Marat Timurovich, a research assistant of the laboratory of geoecology and ore-genesis of the Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of Siberian Department of the Russian Academy of Sciences, Chita.
