CC BY
14УДК 631.416
И.С Ш варева, Л.К* Садовникова, ВХБ Савенко
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИИ ТЕХНОГ ЕННЫХ ПОЛИЭЛЕМЕНТНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ В ДЕПОНИРУЮЩИХ СРЕДАХ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ
(Московский государственный университет им. МВ. Ломоносова,
Коврове кая государственная технологическая, академия)
Изучены особенности геохими ческой аномалии, формирующейся в результате га-юпылевых выбросов машиностроительных предприятий в почве и снеговом покрове* Выявлены основные черты описываемой техногенной аномалии: поликомпонентность, высокая контрастность по отношению к фону, епецифичность ассоциации тяжелых металлов*
Машиностроительный комплекс в целом и производства оборонных отраслей промышленности являются потенциальными загрязнителями окружающей среды. Выбросы вредных веществ в атмосферу города Коврова осуществляются предприятиями крупных промышленных комплексов, а также мелкими .. котельными, машинострои-
тельными, строительными предприятиями, передвижными источниками - автомобильным и железнодорожным транспортом и в целом по городу составляют в среднем 3,5 тыс.т. в год, в т. ч. твердые . 290 т. в год. В составе твердых выбросов
преобладают оксиды меди, никеля, свинца, хрома, цинка и других тяжелых металлов. Рассеиваясь из атмосферы, эти соединения накапливаются в почве, образуя ореол рассеяния площадью более 30 кв. км. Состав химических элементов, выбрасываемых в атмосферу, четко прослеживается в характере загрязнения почв и снегового покрова -средах, депонирующих загрязнения.
Получить детальную пространственную картину распределения загрязняющих веществ в воздухе районов с множественными источниками загрязнения при принятой системе контроля состава атмосферного воздуха весьма сложно. Вместе с тем известно, что аномалии выпадения пыли и тяжелых металлов совпадают с участками проявления в атмосферном воздухе аномалий оксидов серы, азота, хлоридов, органических соединений, т.е, загрязняющих веществ, приоритетных для воздушного бассейна (!]„ Таким образом, содержание тяжелых металлов в снеговом покрове выступает индикатором загрязнения атмосферы, т.е. по геохимическим аномалиям в кратковременно депонирующих средах можно оценить состояние жизнеобеспечивающих природных сред.
Снеговой покров является хранителем информации о современном состоянии атмосферного воздуха, тогда как почвы фиксируют атмосферные выпадения химических элементов за многолетний период, отражая «историю» загрязнения атмосферы. Изучение загрязнения снега дает возможность выявить источники и очаги современного техногенного загрязнения, еще слабо проявленного в почве, а также оценить пылевую и химическую (поэлементную и суммарную) техногенные нагрузки на окружающую среду.
Сравнение результатов содержания химических элементов в почве и снеговом покрове позволяет' определить динамику антропогенного загрязнения района.
По данным ряда авторов [2], в выпадениях из атмосферы сосредоточено лишь 20-30% массы выбросов, а остальная часть рассеивается, поступая в региональные и глобальные миграционные
циклы и создавая «фоновое» зафязнемие. Большое значение в оценке особенностей загрязнения снежного покрова с точки зрения миграции поллютантов в сопредельные среды имеет форма нахождения химических элементов. В атмосфере промышленных районов основная часть тяжелых металлов сосредоточена во взвешенной фазе (до 70 %- для цинка и кобальта, до 90%~ для меди и хрома) [3). Известно, что соотношение растворенных и взвешенных форм зависит от степени загрязнения среды. На относительно чистых территориях преобладают растворимые формы, близ источников выбросов одновременно с увеличением общей пылевой нагрузки и концентрации химических элементов в пыл и растет доля нерастворимых форм большинства элементов [4]. Содержание тяжелых металлов в твердой фазе снегопа-
го покрова исследуемой территории приведено в табл. 1.
Таблица
Характер загрязнения твердофазных снеговых выпадений но показателям коэффициента концентра» щмм Ж ш суммарному показателю нагрузки Кс.
Tahie. Pollution scheme of hard state snow cover on the basis of the concentration factor Z and the total load
index Kc.
Z Си Zn Pb Ni Со Cr у Мо Мт W So т
Сфон 80 70 50 20 7 50 64 I 570 1 5,2 0.01)
Смах т mod зоад 1500 юоо 120 2000 500 120 2500 1 ООО isooj си
Сер это 575 900 454 510 57 791 316 3606 1732 537 5 89 0.2
ОСфон . 27 18 28 16 5.7 9.6 4 -7- 37 1.4 215 15.5 2.1
Примечание; Смах - максимальное содержание элемента s твердой фазе снега в очаге загрязнения, мг/кг;
Сер .среднее содержание элемента в твердой фазе снега в
■очаге загрязнения, мг/кг;
Сфон ■■■■■ содержание элемента а твердой фате снега на территориях регионального фона, мг/кг [5];
2 -- суммарный показатель загрязнения.
Наблюдаемая ассоциация химических элементов представлена широким спектром химических элементов* в основном тяжелыми металлами (вольфрам, молибден, свинец, медьt цинк, никель, олово, хром, кобальт, ванадии) и фиксирует все наиболее важные типы источников загрязнения: промышленность, транспорт, энергетику. Специфика источников загрязнения атмосферы отражается в ряду химических элементов* ранжированных по мере убывания коэффициентов концентраций Кс=С/Сфон. Высокие концентрации вольфрама и молибдена (Кс в очагах загрязнения составляют соответственно 170-233 и 25-37) приурочены ко всем «горячим» производствам: литейным цехам и ТЭЦ, работающим на мазуте. Свинец (Кс=25-37) преобладает близ автодорог и литейных производств, однако в последнем случае он сочетается с оловом, которое у дорог не проявляется. Цинк (Кс-14-32), медь (Кс-16-27), являющиеся типоморфными элементами любого промышленного города, проявлены повсеместно и в исследуемом районе наряду с никелем (Кс=6-20), оловом (Кс=8-24), марганцем (Кс^ 1,4-1,8), и хромом (Кс—7-11). Эти элементы характерны для выбросов машиностроительных заводов. Цинк наряду с сурьмой (последняя проявляется только по пылевой нагрузке, Кн=9-59) и оловом (Ке=8~24) выходят на первые позиции вокруг приборостроительных производств. Никель, ванадий и ртуть (Кс=б-20, 3-6, 1,6-2 соответственно) характерны для выбросов энергетических установок и наблю-
даются в зоне их действия.
Содержание пыли в снеговом покрове весьма контрастно: среднесуточное выпадение пыли в зонах высокого загрязнения достигает 490 мг/м" при среднем содержании 43 ш7м\ т.е. различается более чем е 10 раз. Практически вся исследуемая территория характеризуется превышением пылевой нагрузки над фоном в 1,5-3 раза, центральная селитебная часть города -- в 6-12 раз, s промышленных и прилегающих к ним жилых районах содержание пыли превышает фон 12-49 раз (фоновая нагрузка для Нечерноземной зоны составляет 10 мг/мЭ [6].
Значительная контрастность прослеживается и при рассмотрении распределения отдельных химических элементов и их суммарного содержания в снеговом покрове (рис. 1,2). Для всех источников выбросов наблюдается близкий характер структуры распределения. Выделяются две зоны: ближняя, где происходит резкое убывание концентраций элементов, и дольняя - где концентрации плавно снижаются до фоновых.
z
Рис. 1. Распределение суммарною показателя загрязнения твердой фазы снегового покрова с удалением от источника
загрязнении
Fig. 1. Distribution of the total pollution index of hard state snow cover depending on the distance from pollution source.
Первая зона во всех случаях сравнительно небольшая (первые сотни метров), вторая зона
примерно на порядок больше.
Зоны загрязнения вытянуты е северо-востока на юго-запад, что связано с преобладанием в районе исследования ветров южного направления. Превышение фоновых концентраций сохраняется на значительном (до 2 км) расстоянии (рис.2).
ш
Рис.2. Распределение содержания тяжелых. металлов в твердой фазе снегового покрова с удалением от источника загрязнения
Fig. 2. Distribution of heavy metals content in the hard state snow cover depending on the distance from pollution source.
Результаты анализа содержания тяжелых металлов в снеговом покрове выявляют основные черты описываемой техногенной аномалии: ее по.ткомпонентпость, высокую контрастность по отношению к фону, специфичность ассоциации тяжелых металлов для предприятий ВПК.
Сравнение характера загрязнения снеговых выпадений и почв показывает наличие общих очагов загрязнения, ими являются предприятия ВПК, Однако есть некоторые качественные и количественные различия,
При сравнении характера загрязнения снеговых выпадений и почв по показателю суммарного загрязнения десяти приоритетных химических элементов (для почв: Zep-^32,, рад - ртуть 12 свинец 9 серебро 4 олово-цинк-барий 3 марганец-кобальт-хром 2, для снега: Zcp=3?0, ряд - вольфрам 215, молибден 37, свинец 28, медь 27, цинк 18, ни кел ь-ол о во 16, хром 10 кобал ьт 5,7, ван ад к й 4,2,; цифрами указаны коэффициенты концентраций) видно явное несоответствие спектров загрязнения снега и почв, что, видимо, объясняется различной миграционной подвижностью элементов в почве, процессами трансформации мал ©растворимых соединении вольфрама, молибдена, ванадия и других химических элементов в подвижные растворимые соединения и удаление их из почвенного профиля. Наоборот, ртуть и свинец способны накапливаться в почве, образуя прочные комплексные соединения с органическим веществом почвы и выходят на первые позиции в ряду загрязнителей, образуя обширные ореолы рассеяния, Аккумуляции ртути в верхних горизонтах почв загрязненных и фоновых территорий связана прежде всего с ее способностью образовывать
прочные органо-минеральные комплексы с органическим веществом почвы [7],
Наиболее загрязненные почвы по значениям' суммарного показателя загрязнения приурочены к промышленным площадкам предприятий, вокруг которых образовались очаги высокого (опасного), ZA32-128, и очень высокого (чрезвычайно опасного), 2> 128, загрязнения. Радиус очагов высокого (опасного) загрязнения составляет несколько сот метров (от 200м до 800м в зависимости от мощности предприятия).
Зоны очень высокого (чрезвычайно опасного) загрязнения распространяются за пределы промышленных площадок не более чем на 1СМ)-200м. Тем не менее даже в эти зоны, а тем более в -.юны высокого загрязнения почв, попадают жилые районы, расположенные вплотную к заводским территориям и представленные в значительной мере зданиями старой застройки: одноэтажными домами с приусадебными участками, В этой связи проблема использования населением растительной продукции, выращенной на приусадебных участках с сильно загрязненной тяжелыми металлами почвой, представляется особенно актуальной.
Расчеты суммарного показателя загрязнения почв показывают, что особенно интенсивные аномалии формируются вокруг приборостроительных предприятий (в центрах аномалий Z от 500 до 950), менее интенсивные - в районе воздействия машиностроительных предприятий (Z от ! 20 до 320), и вокруг предприятий точного машиностроения (Z-88-54). Наиболее загрязнены почвы в районах складирования промышленных отходов и сбросов на поверхность почвы неочищенных сточных вод (суммарный показатель загрязнения таких почв достигает 2700), однако эти очаги локализованы в пределах нескольких сот метров.
В ряде случаев в почвах проявляются специфические типоморфные ассоциации, четко характеризующие производство. Так, предприятия точного маш и построен и я отличают интенсивные аномалии в почве вольфрама и молибдена в сочетании е барием, стронцием, хромом, кобальтом и никелем. В спектре машиностроительных предприятий проявлены аномалии свинца, ртути и цинка. Аномалии олова, меди, никеля характерны для точного машиностроения.
Полученные нам и результаты хорошо согласуются с литературнымн данными по ассоциациям химических элементов, загрязняяющих почвы вокруг предприятий машшшетроитедьного профиля [2].
Морфоструктурные особенности техно-
генных ореолов рассеяния определяются характером источника загрязнения, метеорологическими
условиями местности, геоморфологией района и характером застройки. Пространственное распределение техногенной нагрузки щучено профильным методом и методом площадно-геоморфологического картирования (8), Расположение зон загрязнения почв тяжелыми металлами имеет мозаичный характер, связанный с разбросанностью источников загрязнения но всей территории города. Наиболее загрязненные почвы приурочены к промышленным площадкам предприятий города и составляют вместе с прилегающими районами ядро апшохимических аномалий. Площадь ядра аномалии варьируется в пределах от 0,2 до5 км2 в зависимости от мощности предприятия. Степень загрязнения почв внутри этих территорий высокая (опасная для человека), 2>32, и очень высокая (чрезвычайно опасная), 2>128. Суммарный показатель загрязнения почв тяжелыми металлами достигает в центрах аномалий (на территории промышленных площадок) значений 500-900 (до 2700).
Периферическим часть атмохимтестй аномалии представляет собой территории, в почвах которых содержание химических элементов не превышает гигиенических нормативов, но выше фоновых значений в несколько раз (9). Периферические зоны аномально высокого содержания тяжелых металлов в почвах (Z почв от 8 до 32) вокруг исследованных ма ш и ностроител ьн ых
предприятий имеют площадь до 10 км2, и, пере-крываясь с периферическими участками соседних предприятий, образуют региональное поле загрязнения с повышенным, по сравнению с фоновым, в несколько (8-16) раз содержанием тяжелых металлов в верхнем горизонте почв. Площадь регионального поля загрязнения около 30 км2 и охватывает практически весь город, а в южном и юго-западном направлениях (направлениях преобладающих ветров) распространяется наиболее далеко и выходит за пределы городских построек. Практически все почвы на территория города т в пригородной зоне являются загрязненными, суммарный показатель загрязнения этих почв превышает фоновые значения более чем в 8 раз. Концентрации в почве отдельных металлов (например, ртути) даже на относительно чистых по суммарному показателю зафязневш территориях высоки.
Геоморфологические профили проложены через основные промышленные районы и отражают степень загрязнения гючв и снегового по-
крова по суммарному показателю загрязнения Профили пересекают промышленные зоны в двух направлениях (рис. 3,4).
Z
1400
Расстояние, км
распределение тагрвчнвюших ас шее г# ш почвах
спределенив 1аф«зняк>м|их seweer» в снеговом mi крове
Рис.З. Геохимический профиль через западную и центральную промышленные зоны и место складирования твердых промышленных отходов (профиль 1}
Fig. 3. Geo-chemical profile across the western and central industrial zones and industrial trash, (profile I)
жщешнммъ ттжет ш птш% щплщжжте т^ттшщтъ №ыт::т % смсттм тщ&ж
Рие.4. Геохимический профиль через северную, центральную и юго-восточную промышленные зоны (профиль 2) Fig.3. Geo-chemical profile across the northern, central and south-eastern industrial zones, (profile 2)
На графиках прослеживаются пространственные особенности распределения загрязняющих веществ в атмосферных выпадениях, зафиксированные снеговым покровом и почвой, Они показывают четкую связь геохимических аномюшй с источниками загрязнения и разделяют в пространстве зоны воздействия отдельных источников. Ясно видна приуроченность максимумов загрязнения к центрам атмохимичееких аномалий, расположенных на территории промышленных площадок предприятий города. Радиус ядра аномалий в почвах ограничивается 500 метрами, в снежном
покрове достигает 1 км. Сравнительный анализ кривых распределения загрязнения почв в снегового покрова позволяет дифференцировать ело-жившиеея геохимические аномалии по динамике их развития.
Так, в центральном районе, а также в западной промышленной зоне выявлена трансгрессивная техногенная аномалия, формирующаяся в давно сложившихся промышленных районах. Она характер и зуется высоким уровнем загрязнения почв, длительное время испытывающих техногенную нагрузку, и одновременно с этим высоким уровнем загрязнения снежного покрова, который отражает современное состояние загрязнения атмосферы. На графиках трансгрессивные аномалии выделены серым цветом.
Техногенные аномалии, проявляющиеся только в почвах и не выявленные по снеговому покрову (тл, регрессивные техногенные тюлт-зш|), развиты в районе складирования промышленных отходов (профиль №1), а в северной части профиля К«2 фиксирует былые источники загрязнения, ныне не действующие или значительно сократившие свою мощность).
Неотрансгреееттые геохимические атм могши, проявляющиеся только (или в большей степени) в загрязнении снегового покрова, связаны с недавно созданными источниками загрязнения. В почве такие аномалии только формируются и еще не проявлены или слабо выражены. К такому типу относятся юго-восточная промышленная зона (профиль К®!) и юго-западная часть промышленной зоны (профиль JSf«2).
Территории условного фона характеризуются низким уровнем загрязнения почв и снегового покрова, на графиках они разделяют зоны влияния отдельных источников загрязнения.
Обобщая результаты анализа профилей загрязнения почв и снегового покрова, следует отметить полиформпость исследуемых геохимии-ческих аномалий. На изученной территории выявлены все типы аномалий по динамике их развития. Специфику этих аномалий следует принимать во внимание при планировании развития районов города и разработке природоохранной политики.
ЛИТЕРАТ УРА
1. Василенко В.Н., Назар» И.МЦ Фридман Ш.Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Л.:. Гидромегео-издат. 1985.
2. Сает Е.Ю. н др. Геохимия окружающей среды. М,: Недра. 1990. 335е.
3. Соловое АЛ, и др. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. М: Недра. 1980,
4. Тяжелые металлы в окружающей среде /Под рсд. В В. Добровольского. Ы: Изд-во МГУ. 1980.
5. Химия окружающей среды /Под ред. Дж.О.М. Бокриса. М: Химия. 1982.
6. Израиль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды, М,: Гилромстеоиэдат. 1984. 560 с.
7. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах /Под ред. Н.Г.Зырина, Л.К.Садовниковой, М.: Изд-во МГУ, 1985.
8. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами. М.: ИМГРЭ. 1982,
9. Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды, М; ИМГРЭ. 1982.
Кафедра химии почв, кафедра г идрохимии, кафедра ВЖД
