CC BY
43
ОСОБЕННОСТИ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПОЧВ РАЙОНА НИКОЛАЕВСКОЙ СОПКИ
Почва, ландшафт, химические элементы, кларк, содержание, загрязнение, атмосферные осадки, техногенез.
Почвоматеринские породы в рассматриваемом районе — это комплекс пород, сложенный преимущественно базальтами, андезибазальтами, туфами основного состава нижнеимирской свиты ордовикского возраста (0?Ьт 1) и трахитами, даци-тами, риодацитами и др. верхнеимирского возраста (0?1т,2), которые, в свою очередь, прорываются субвулканическим телом сиенит-порфиров и трахит-порфиров (£тЮ?1т) [Геологическая..., 1990]. Субвулканическое тело в современном рельефе является наиболее высокой частью левобережья реки Енисей с абсолютной отметкой 505 м, возвышающейся над береговыми террасами с абсолютными отметками около 250 м, и называется Николаевской сопкой, которая привлекает внимание гостей и жителей города Красноярска как зона отдыха.
С точки зрения изучения геохимии ландшафта Николаевскую сопку можно рассматривать как элементарный ландшафт, в пределах которого сохраняются постоянными геохимические соотношения между всеми его компонентами: коренные породы, рельеф, продукты выветривания, грунтовые и поверхностные воды, почвы, растения, климат, т. е. складывается определенный тип миграции химических элементов и сохраняются постоянными закономерности концентрации и рассеяния элементов. Каждый элементарный ландшафт можно характеризовать определенными уровнями содержания химических элементов и определенным типом геохимического вертикального профиля. По условиям миграции все элементарные ландшафты делят на три главных типа: автономные (элювиальные) ландшафты повышенных элементов рельефа, супераквалъные (транзитные) подчиненные ландшафты местных понижений с близким уровнем грунтовых вод и субакваль-ные подчиненные ландшафты местных водоемов.
Основным источником химических элементов почвы и растений является материнская порода [Стримжа, 2009, с. 32]. Почва — один из самых информативных блоков ландшафтно-геохимической системы, ее центральное ядро, в котором встречаются и взаимодействуют потоки вещества и энергии, связывающие все компоненты ландшафта в единое целое. Кроме того, в почвы автономного ландшафта извне вещества поступают лишь из атмосферы (осадки, пыль), боковой приток с поверхностными и грунтовыми водами отсутствует, где грунтовые воды залегают глубоко, не влияют на почвы и растительность. Кора выветривания в автономном ландшафте имеет остаточный характер; в процессе образования она обедняется всеми легко подвижными элементами; почвы в большей или меньшей мере промыты, идет преимущественно вынос вещества с нисходящими токами влаги. Выносу противостоят испарение и активный биологический захват элементов растениями и удержание их в биологическом круговороте. Миграция веществ идет в условиях окислительной среды [Глазовская, 1988, с. 17]. Почвы Николаевской сопки первичные, не нарушенные хозяйственной деятельностью. В данном случае их можно рассматривать как депонирующую среду.
Опираясь на состав почвообразующих пород (содержание СаО ниже 7 вес %) и влажный климат, когда количество (537 мм) атмосферных осадков превышает испарение (358 мм), геохимическая обстановка почвенных вод характеризуется как кислородная с кислыми и слабокислыми условиями, в которых ведущим элементом выступает Н+ [Мирошников и др., 2003, с. 77]. Слабокислые и кислые условия подтверждаются хвойной растительностью: деревья беднее золой, в хвое больше 8102 меньше Са, М£, Ма, К. Клеточный сок хвои содержит свободные органические кислоты, его pH 4,5—6,5, pH таежных трав нередко кислый (кислица), т. е. в живых растениях создается геохимическая особенность таежного ландшафта - кислая среда. В этих условиях катионогенные элементы Си, Zn, Сс1, Мп, N1, Со и др. образуют растворимые соединения и выносятся, а анионогенные элементы (Сг6+, Мо6+, У5+ и т. д.) задерживаются, так как они лучше мигрируют в щелочных водах [Перельман, Касимов, 1999, с. 140].
Силами студентов Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева специальности «Геоэкология» в рамках летней учебной практики (2011) проведены рекогносцировочные эколого-геохимические исследования почв этого района [Эколого-геохимические..., 2003, с. 37]. Пробы почв (20 штук), взяты по профилю, пересекающему Николаевскую сопку с запада на восток. В геоморфологическом плане в пределах самой сопки по абсолютным отметкам ландшафты подразделены на автономные (350—505 м) и транзитные (245— 350 м). Средние содержания химических элементов и их кларки концентрации (КК) приведены в таблице.
По результатам, приведенным в таблице, можно сказать, что средние содержания большинства химических элементов в почвах Николаевской сопки в несколько раз больше их кларка в земной коре и в почвах континентов. Более того, можно отметить, чем выше по рельефу (350—505 м), тем большее содержание А£, В Сс1, Со, Сг, Мп, N1, V, и только несколько элементов смываются ниже по склону: Си, Мо, Zn, до отметки 245 м; для РЬ и Р никаких тенденций не наметилось. Подобную ситуацию, т. е. повышенное содержание химических элементов в почвах автономного ландшафта, можно объяснить только их поступлением с атмосферными выпадениями и последующим их закреплением. Поскольку почвы — депонирующая среда, то в них, можно сказать, накопилось такое количество элементов, которое выброшено за весь период индустриализации города.
Формула геохимического загрязнения почв Николаевской сопки имеет вид:
СсЬ,4№з,з 2п2,88п2,5№,Мп,Со)1,б(А&Сг)1,5.
Особенностью микроэлементного состава почв Николаевской сопки оказалось высокое содержание Сс1, N1, Zn и др., которые теоретически в кислородных кислых условиях должны выноситься. Это можно объяснить следующим образом. К настоящему моменту в г. Красноярске достаточно много сжигается ископаемого топлива, при этом выделяется большое количество СО2В воздушное пространство. За счет СО2 и атмосферных осадков в почве закрепляется Сс1СОз или С(ШСОз+. При наличии Сс1 и Zn Сс1 может накапливаться в количествах, преобладающих над Zn, что характерно при наличии СО2 для окислительных условий [Иванов, 1997, с. 474]. Закреплению Сс12+ способствует его большой ионный радиус — 0,099 нм, у Zn2+ и №2+ соответственно 0,083 и 0,074 нм [Стримжа, 2009, с. 77]. При изучении зависимости миграции элемента от радиуса иона было установлено, что при свободной миграции с увеличением радиуса при диффузии дальность миграции уменьшается [Алексеенко, 2000, с. 268].
Науки о земле
Таблица
Средние содержания (Сер) химических элементов в почвах района Николаевской сопки и их кларки концентраций (КК)
Эле- мент Кларк в земной коре п Ю-з % [Алексеенко, 2000] Кларк в почвах континентов п-10-3, % [Ярошев-ский, 1990] Среднее содержание по профилю Среднее содержание в ландшафте Источник элемента
автономном транзитном почвоматеринские породы атмосферные выпадения (техногенез)
Сер, п-10-3, % (п=20) КК Сер, п 10-3 % (п=10) КК Сер, п10-3, % (п=10) КК
0,007 0,01 0,015 1,5 0,017 1,7 0,13 1,3 +
В 1,2 зд 4,24 1,4 4,05 1,3 4,44 1,4 +
са 0,0013 0,016 0,15 9,4 0,17 10,3 0,14 00 00 +
Со 1,8 0,9 1,47 1,6 1,55 1,7 1,38 1,5 + +
Сг 8,3 6,0 8,9 1,5 9,42 1,6 8,38 1,4 + +
Си 4,7 2,3 2,87 1,2 2,75 1,2 2,99 1,3 +
Мп 100 50 80,45 1,6 86 1,7 74,9 1,5 + +
Мо 0,11 0,2 0,22 1,1 0,21 1,1 0,24 1,2 +
№ 5,8 2,0 6,52 3,3 6,9 3,4 6,13 3,1 + +
Р 93 80 106 1,3 107 1,3 105 1,3 + +
РЬ 1,6 2,0 2,8 1,4 2,8 1,4 2,7 1,4 +
Яп 0,25 0,11 0,28 2,5 0,27 2,4 0,28 2,5 + +
V 9 9 11,3 1,3 11,8 1,3 10,8 1,2 +
ж 0,13 од 0,16 1,6 0,17 1,7 0,15 1,5 + +
гп 8,3 6,0 16,7 2,8 16,6 2,8 17,8 3 + +
Примечание. Атомно-эмиссионный анализ проб выполнен в аналитической лаборатории ЦГИ «Прогноз», исполнитель Н.Б. Кусинын.
Основными источниками поступления Сс1 в атмосферу г. Красноярска можно рассматривать: производство алюминия [Алексеенко, 2000, с. 460]; сжигание углей Канско-Ачинского бассейна на трех ТЭЦ, в составе которых присутствует Сс1 и другие химические элементы [Озерский, 2008, с. 113]; предприятия машиностроительного, приборостроительного, металлургического и др. подобного профиля.
Исследования автономного ландшафта в районе г. Красноярска показало, что загрязнение почв Николаевской сопки происходит воздушным путем. Основным выводом здесь является то, что воздух, которым дышат жители города, загрязнен. Насколько он загрязнен, насколько в нем высока концентрация опасных загрязнителей, которые представляют опасность для здоровья человека, необходимо выяснять дальнейшими научно-прикладными эколого-геохимическими исследованиями.
На Международной конференции, состоявшейся в Вене (Австрия) в апреле 2009 г. от имени Европейского Геофизического Союза, проведен обзор статей, посвященных потенциально опасным элементамв почвах: РЬ, А£, Zn, Аэ, С£, Н£, Ее, N1, В и др., представленных в специальном выпуске [Реск^еосИеппса!...]. Вывод этого обзора заключается в том, что антропогенные промышленные злоупотребления могут изменять нормальный уровень потенциально токсичных элементов в почве, что приводит к ее загрязнению, экологическим проблемам и проблемам со здоровьем. Необходимо создавать карты самых разных масштабов, отображающие почвенно-геохимические условия, полезные для регулирования землепользования и экологической политики.
Библиографический список
1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: учебник. М.: Логос, 2000. 627 с.
2. Геологическая карта г. Красноярска и его окрестностей, создана на топографической основе масштаба 1:200000 ГУГК СССР 1990 г. с использованием геологических материалов ОАО «Красноярскгеолсъемка / отв. исп. Ю.А. Задисенский.
3. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988. 327 с.
4. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: справочник: в 6 кн. / ред. Э.К. Буренков. М.: Экология, 1997. Кн. 5. 574 с.
5. Мирошников А.Е., Стримжа Т.П., Кочнева Н.А. и др. Оценка территориального экологического равновесия Центральной Сибири. Красноярск, 2003. 191 с.
6. Озерский А.Ю. Основы геохимии окружающей среды: учеб. пособие. Красноярск: ИПК СФУ, 2008. 316 с.
7. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта: учебник. М.: МГУ, 1999. 610 с.
8. Стримжа Т.П. Геохимия окружающей среды: учебное пособие / Краснояр. гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева. Красноярск, 2009. 142 с.
9. Эколого-геохимические исследования: учеб. пособие / В.А. Алексеенко и др., 2003. 170 с.
10. Pedogeochemical mapping of potentially toxic elements // Journal of Geochemical Exploration 109 (2011) vii - viii [Электронный ресурс]: journal homepage. URL: www.elsevier. com/locate/j geoexp
