CC BY
43
охрана ; окружающей ;
СРЕДЫ. ;
II
^ А.Е. ■ Воробьев, ■ В.И. Сарбаев,
:: О.В. Зеркаль,: С.П. Балашова, : О.С. Шилкова, О.В. Тушев, 2000
УДК 528.59:550.4:581.5
А.Е. Воробьев, В.И. Сарбаев, О.В. Зеркаль, С.П. Балашова, О.С. Шилкова, О.В. Тушев
ПРОГНОЗНАЯ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КАРТА КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ*
П
рогнозная ландшафтно-
геохимическая (экологи-ческой направленности) карта Калужской области является заключительным синтезом данных о геологической, почвенной, гидрологической, топографической и других обстановок. В результате их наложения было выделено несколько основных геохимических ландшафтов (зон однородных по условиям поведения химических элементов).
Полесские ландшафты - это лесисто-болотистые низменности на кварцевых песках, со смешанными лесами. Они связаны с перигляциаль-ными областями, с флювиоглянци-альными и прочими отложениями продуктов перемыва морены и других ледниковых отложений.
В полесских ландшафтах преобладает плоско-равнинный рельеф. Влажный климат определяет широкое развитие речной сети, полноводность рек, а плоский рельеф - их медленное течение, возможность катастрофических паводков в отдельные годы, близкое залегание грунтовых вод. В растительном покрове полессий преобладают сосновые леса, однако, местами значительная их часть уже вырублена и местность приобрела открытый характер, а почвы - распаханы.
Почвенный покров представлен различными вариантами песчаных
ными болотами. Для сельского хозяйства эти ландшафты в общем малоблагоприятны и вовлечение их в агропроизводство связано с различными мелиорациями, применением удобрений.
Характер техногенного загрязнения полесских ландшафтов в Калужской области определяется радионуклидами, тяжелыми металлами, органическими соединениями. Роль Чернобыльской АЭС, как источника загрязнения радионуклидами, общеизвестна. Автомобильные магистрали являются источниками загрязнения свинцом, цинком, кадмием и другими металлами. Специфичны загрязнения в районах торфоразработок и размещения предприятий, перерабатывающих торф. Все это свидетельствует о многообразии форм техногенного загрязнения.
Для песчаных подзолистых почв, преобладающих в этих ландшафтах, характерно низкое содержание большинства микроэлементов, т.к. материнские породы - кварцевые пески в ряде случаев содержат до 98 % кремнезема. Все же в результате биогенной аккумуляции в верхнем горизонте почв накапливается гумус, здесь возможно и слабое накопление ряда микроэлементов. Однако, в целом для почв характерно кислое выщелачивание, они сильно обеднены большинством подвижных элементов.
Радиальные геохимические барьеры в почвах этих ландшафтов проявлены слабо. Это биогеохимический
же горизонте и слабо проявленный тот же сорбционный барьер G2 в нижней половине почвенного профиля (иллюви-альный горизонт В). Роль этих барьеров в общем не велика, и в почвах в целом преобладает кислое выщелачивание.
Широко распространены в полесских ландшафтах процессы заболачивания с образованием типичных торфяников (часто на месте былых озер), торфяно-болотных почв и в разной степени заболоченных подзолистых почв. В минеральной части здесь преобладают процессы кислого оглеения, часто кислого глеевого выщелачивания с выносом большинства элементов в форме органических комплексов. В местах подъема глеевых вод с поверхности образуется кислородный барьер А6, для которого характерно накопление гидроксидов железа с примесью гидроксидов марганца. Эти коллоидные минералы являются сильными сорбентами, поэтому в таких местах реализуется и сорбционный барьер G2. С этим связано накопление в гидроксидах железа примесей фосфора, кобальта и ряда других элементов. Опробование гидроксидов железа, которые легко диагностируются по бурой окраске, имеет важное значение при мониторинге территории Калужской области. Торфяноболотные почвы и торфяники играют роль сорбционного барьера G2 или G3 (в ряде случаев и G6 и G7). Сорбция элементов в данном случае может быть связана и с поступлением их с атмосферными осадками, что особенно следует учитывать при анализе техногенного загрязнения (сорб-ция сульфат- и хлорид-ионов, в отдельных случаях - йода, брома, возможно и других микроэлементов).
Овсорокские ландшафты - это слабо расчлененные равнины на коренных карбонатных породах с маломощным чехлом четвертичных отложений. Преобладают широколиственные леса на дерново-карбонатных почвах. В Калужской области они распространены в бассейне р. Овсо-рок.
Почвы отличаются плодородием, что обусловлено присутствием кальция, подвижные соединения которого нейтрализуют кислые органические
* Исследование проводилось по грантам РФФИ №№ 96-15-97109, 00-15-99-400
подзолистых и дерново-подзолистых барьер в гумусовом горизонте, час- вещества, связывают гумус, полно-
почв, часто оглееных, а также торфя- тично барьер G2 (сорбционный) в том стью обеспечивают растительный и
животный мир таким важным биоэлементом, как кальций. Этим элементом богаты также поверхностные и подземные воды, обладающие значительной жесткостью и щелочной реакцией. Кальций - сильный коагулятор, в связи с чем воды бедны коллоидами и растворенными органическими веществами. Особенно богаты кальцием долины рек и депрессии рельефа. Это определяет разнообразие луговой флоры, хорошее разложение растительных остатков, образование "мажущегося" лугового торфа.
В щелочной среде этих ландшафтов мало подвижны тяжелые металлы, железо и алюминий. Иллювиальные горизонты дерново-карбонат-ных почв представляют собой карбонатные и сорбционные барьеры. Малоподвижен в этих ландшафтах и фтор. Карбонатные почвообразующие породы являются кальциевым геохимическим барьером для фтора. За счет биогенной аккумуляции в почвах накапливаются свинец, цинк, медь, никель и другие металлы.
Глинистый состав четвертичных отложений, слабая расчлененность рельефа, при близком уровне грунтовых вод обуславливают большую роль глеевых процессов, особенно в южной части территории распространения этих ландшафтов. Здесь широко развиты глеевые барьеры типа С3, на которых возможна концентрация молибдена, меди и некоторых других металлов. Такие ландшафты относятся к переходному Н+- Са2+ и каль-циево-глеевому классу.
В долинах рек овсорокских ландшафтов развиты луга и болота, для которых характерны сорбционные и восстановительные барьеры С3, С7, G3, G7. Низинный, хорошо разложившийся "кальциевый" торф этих болот обладает высоким плодородием при осушении, он может быть использован также для создания техногенных барьеров.
Вблизи промышленных предприятий, продуцирующих кислые стоки (сернокислые ландшафты и др.) могут создаваться для локализации загрязнения техногенные щелочные барьеры, материалом для которых послужат коренные карбонатные породы, карбонатные горизонты почв, луговой озерный мергель.
Смоленские ландшафты - это частично залесенные эрозионные возвышенности, сложенные с поверхности
покровными, валунными и другими суглинками, ледниковыми отложениями. Эти ландшафты широко распространены в зоне смешанных лесов, преимущественно к югу от области последнего оледенения. Первичные хвойные леса в большинстве районов не сохранились, они или вырублены и местность распахана, или замещены вторичными мелколиственными березовыми и другими лесами. Это классический ландшафт среднерусской природы с характерными, мягкими очертаниями рельефа, небольшими извилистыми реками, широкими луговыми долинами и перелесками. Характерные районы распространения данных ландшафтов -Смоленско-Московская возвышенность, Клинско-Дмитриевская гряда. На водоразделах и склонах преобладают дерново-подзо-листые почвы с характерными для них процессами кислого выщелачивания. Биогенная аккумуляция элементов, в основном, слабая, гумуса мало. В нижних частях склонов и депрессиях рельефа развиты низинные болота, луга, с характерными для них процессами оглеения, преимущественно нейтральной реакцией почв и вод.
Длительное кислое выщелачивание привело к выносу кальция из почв и верхней части коры выветривания. Поэтому щелочной барьер D или отсутствует, или залегает на глубине нескольких метров (ниже почвы). В поймах рек напротив, характерна аккумуляция карбоната кальция, образование так называемого лугового мергеля. Поэтому в нижних частях склонов, на террасах рек формируются латеральные щелочные барьеры D2, способные концентрировать ка-тиогенные элементы, в том числе металлы - техногенные загрязнители. Для нижних частей склонов и долин характерны и кислородные барьеры А6 и А7, обязанные окислению глее-вых вод в местах их разгрузки на земной поверхности или в верхних горизонтах почв. С этими барьерами связаны аккумуляции гидроксидов железа и реже марганца, которые, в свою очередь, являются сильными сорбентами многих элементов (кобальта, хрома, свинца, цинка, бария, ванадия, меди, никеля и др.).
Стародубские ландшафты - это эрозионные расчлененные возвышенности, сложенные с поверхности лессовидными суглинками, подстилаемыми коренными осадочными поро-
дами или более древними четвертичными отложениями. Леса смешанные с преобладанием широколиственных. Почвы серые лесные в разной степени выщелоченные.
Крупное поле стародубских ландшафтов приурочено к Средне- Русской возвышенности. Для этих ландшафтов характерен двухярусный геологический разрез. На водоразделах и склонах с поверхности залегают четвертичные лессовидные отложения и лессы мощностью от 1-2 до 10-15 м. Глубже залегают четвертичные отложения другого генетического типа или же коренные осадочные породы различного состава и возраста. Современные континентальные отложения - делювий и аллювий - сформировались как за счет размыва лессовидных суглинков, так и коренных пород.
Для серых лесных почв, распространенных в стародубских ландшафтах, характерно энергичное биогенное накопление гумуса, кальция и многих редких элементов, выщелоченность от карбонатов, слабокислая реакция. Профиль серых лесных почв дифференцирован на горизонты - в нем имеется гумусовый горизонт А1, светло-серый подзолистый А2 и бурый элювиальный В1. Распределение редких элементов также дифференцировано по профилям.
В этих ландшафтах установлено, что Cs137 в основном мигрирует биогенным путем и механическим. Особенно отмечается накопление радионуклидов на механических барьерах - в конусах выноса у подножия склонов или в мелких ложбинах. Радиоактивность почв здесь возрастает на 100-300 %.
Более активен в почвах Sr90. Он хорошо усваивается растениями, накапливается в их вегетативных органах. В кукурузе и клевере накапливается от 2 до 16 кБк/кг Sr90, при чем опасность загрязнения сельхозпродукции сохраняется длительное время, т.к. растения не отличают Sr90 от кальция.
Кора выветривания (неоэлювий) этих ландшафтов состоит из 2 горизонтов: верхнего бескар-бонатного с нейтральной реакцией и нижнего карбонатного со слабощелочной реакцией. Их граница представляет собой щелочной геохимический барьер D3, на котором осаждаются не только карбонаты кальция и магния, но и многие ред-
кие элементы, в том числе тяжелые металлы.
В вертикальном профиле ландшафтов водоразделов имеется целая система геохимических барьеров, на которых могут концентрироваться как радионуклиды, так и тяжелые металлы. Сверху вниз это следующие барьеры:
1. Гумусовый горизонт А1 - био-геохимический барьер и сорбционный барьер С2.
2. Подзолистый горизонт А2 - зона кислого выщелачивания, благоприятна для выноса Cs137, Sr90 и других радионуклидов (йод-131 и т.д.). Из этого горизонта легко выщелачиваются и главные тяжелые металлы- загрязнители - свинец, кадмий, медь, молибден и др.
3. Граница иллювиального горизонта В - сорбционный барьер С2, отчасти D2 (возмож-но накопление как радионуклидов, так и тяжелых металлов, выщелоченных из А1 и А2).
4. Граница бескарбонатного и карбонатного горизонта коры выветривания лессовидных суглинков - щелочной барьер D3.
Формирование грунтовых вод происходит, как правило, в карбонатной части неоэлювия или в подстилающих коренных породах, в связи с чем воды относятся к гидрокарбонат-но-кальциевому классу. Их минерализация обычно не превышает одного грамма на литр, воды нейтральные или слабощелочные (рН до 7,5), бедны коллоидами и растворенным органическим веществом. Формирование грунтовых вод в данном случае слабо зависит от почвенных процессов,
влияние которых экранируется щелочным геохимическим барьером коры выветривания.
Луговые, болотные и частично лесные ландшафты пойм питаются жесткими гидрокарбонатно-
кальциевыми грунтовыми водами и относятся к кальциевому и кальциево-глеевому классам. В почвах пойм накапливается углекислая известь. Это луговые и болотные черные карбонатные почвы с высоким содержанием гумуса и пышной луговой растительностью. В краевой зоне лугов и болот возможны сорбционные и глее-вые барьеры С3. Глинистые горизонты луговых и болотных почв, луговой ме-регль могут явиться местным материалом для создания техногенных геохимических барьеров.
Марганец в почвах болот и лугов часто образует аккумуляции на кислородном барьере А3 в виде черных примазок, бобовин и других новообразований. Последние, будучи сильными сорбентами (С3 и С7), концентрируют многие тяжелые металлы, могут концентрировать и радионуклиды. Поэтому, представляет интерес опробование марганцовых новообразований для характеристики фонового и аномального (техногенного) состояния ландшафтов. В пойменных торфяниках образуются также различные фосфаты железа - бета-керчинит и вивианит.
В стародубских ландшафтах отчетливо выражен дефицит азота, фосфора и калия, а также и многих микроэлементов. Это определило использование минеральных удобрений, подкормки домашних животных, что
также может быть существенным фактором техногенного загрязнения окружающей среды. Следует также учитывать содержание микроэлементов в удобрениях (например, урана в фосфоритах).
Карта геохимических ландшафтов Калужской области масштаба 1:200000 рассчитана в основном на применение в тех организациях, где используются карты другого назначения аналогичного масштаба. Это органы управления областного и районного уровня, а также для преподавания экологии в учебных заведениях. Для решения экологических задач конкретных промышленных и агропредприятий небольших населенных пунктов желательны ландшафтногеохимические карты более крупного масштаба 1:100000 и крупнее. Принципиальные основы методики их составления те же: нанесение на карту источников загрязнения (предприятий, населенных пунктов, дорог и т.д.) с характеристикой загрязняющих элементов каждого источника, а также ландшафтно-геохимическая характеристика территорий на основе специальной геохимической систематики ландшафтов приведенной выше. Для каждого показанного на карте геохимического ландшафта в условных обозначениях и объяснительной записке должны быть приведены сведения об особенностях миграции элементов-загрязнителей, их концентрирования на геохимических барьерах, материалах имеющихся в ландшафте для создания таких барьеров.
Г
7
Воробьев Александр Егорович— профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
Сарбаев В.И. — кандидат технических наук, Московский государственный институт управления.
Зеркаль О.В. — кандидат технических наук, Федеральный центр геоситсем, Госкомэко-логия.
Балашова С.П. — Всероссийский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского.
Шилкова О.С. — аспирант, Московский государственный горный
университет.
Тушев О.В. — горный инженер, Российская академия естественных наук.
У
