CC BY
44
гументов искомой функции получена только с абсолютными значениями выхода летучих. Установлено, что функция связи (рис. 2) величины отношения природной газоносности, без свободного газа, к сорбционной метаноемкости угля и нормальных напряжений, рассчитываемых по литологическому давлению, аппроксимируется многочленом второго порядка.
Установленную зависимость удобно характеризовать величиной градиента ее изменения
grad Х = Айа + А
Хл '
где А -градиент изменения (коэффициент растворимости), м3/(т-МПа)$ А -константа растворимости, м3/т.
Авторы считают возможным в обозначениях указанных здесь величин отразить инициалы автора гипотезы ТУГРпроф. Айруни А.Т.
Для исследованного диапазона горно-геологических данных получено по месторождениям Кузбасса:
Березово- Бирюлинское Ай =7,4*Ю-6 м3/(т-МПа) А =9,1*10-6 м3/т Т
Ленинское Ай =6,5*10-6 м3/(т-МПа) А =5,4*10-6 м3/т Т
Чертинское А =8,7*10-6 м3/(т-МПа) А =8,3*10-6 м3/т Т
Кедровско- Крохолевская синклиналь Ай =6,7*10-6 м3/(т-МПа) А =8,7*10-6 м3/т Т
Установленные эмпирические закономерности позволили вычислить изменения газоносности пластов на разрабатываемом "Кедровским" углеразрезом Хорошеборском участке Кедровско-Крохолевской синклинали и рассчитать распределение газового потенциала массива горных пород до и в процессе ведения горных работ. Их влияние на остаточные ресурсы метана в массиве устанавливалось по величине снижения литологического давления в результате вскрышных работ.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------
Полевщиков Г.Я, Козырева Е.Н, Киряева Т.А. — Институт угля и углехимии СО РАН.
©
О.С. Шилкова, 2003
УЛК 622.8
О.С. Шилкова
ТРАНСФОРМАЦИЯ ПОЧВ ТЕРРИТОРИЙ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К АВТОМАГИСТРАЛЯМ
Почвенный покров является своеобразным пограничным слоем, в котором, в основном, происходит взаимодействие живой и неживой природы. Почва является геохимическим экраном любого ландшафта. Через нее проходят все потоки вещества (водные, воздушные), под воздействием которых она геохимически изменяется, влияя на сопредельные среды. Почва является своеобразным фильтром, на котором задерживается большая часть веществ, растворенных в атмосферных осадках и грунтовых водах. По этой причине, почву можно использовать как своеобразный индикатор техноген-
ных воздействий на окружающую природную среду. Почва имеет важное значение для нормального функционирования некоторых наземных экосистем, так и для существования биосферы в целом. По сравнению с атмосферой, почва — малоподвижная среда, поэтому миграция в ней загрязняющих веществ происходит относительно медленно, что и обуславливает накопление в ней продуктов загрязнения в почве. А загрязненная химическими веществами почва становится источником загрязнения грунтовых вод. Миграция загрязняющих веществ в почвах зависит от механического состава почвообразующих пород, физико-химических свойств почвообразующих растворов и геохимических особенностей самих мигрантов [2].
Почвы обладают естественным природным разнообразием, являются универсальным индикатором состояния окружающей природной среды, поэтому нарушение почв под влиянием какого-либо воздей-
Иис. 1. Распределение фракции свинца, оседающих в придорожной зоне на различном расстоянии от дорожного полотна
почвенного профиля на различном расстоянии до бровки земляного полотна
ствия свидетельствует о неблагополучии экосистемы в целом.
Для оценки экологического состояния почв [3] используется комплекс физических, физикохимических, химических, агрохимических и биологических свойств почвы, которые позволяют определить экологическое состояние почв экологической норме состояния почв.
В условиях урбанизации одним из важных факторов, способствующих накоплению в почвах загрязняющих веществ, является трансформация почв [1-4]. Трансформация почв оказывает существенное влияние на исходные физико-химические свойства, определяя их устойчивость к загрязнению. В городских почвах наблюдается повышение их кислотности, облегчение механического состава, уменьшение содержания гумуса, изменения обменной емкости катионов и некоторых других свойств, что оказывает влияние на содержание металлов в почве.
Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия оказывают влияние на техногенные вещества. поступающие на поверхность почвы. Основным качественным изменением является сдвиг рН в щелочную сторону, причем четко прослеживается зависимость рН от качества и количества промышленных выбросов.
Величины рН, а, особенно, их резкие изменения, приводит к возникновению щелочных и кислых барьеров. С учетом того, что на урбанизированных территориях рН сдвигается в щелочную сторону, что приводит к возникновению щелочного геохимического барьера и накоплению таких элементов как цинк, медь, никель, ртуть, свинец, кобальт. хром и ряд других элементов.
Но окислительно-восстановительный потенциал почв города может варьироваться в широких пределах, поэтому здесь формируются самые разнообразные условия миграции по кислотно-щелочным и окислительно-восстановительным свойствам почв.
Валовое содержание химических элементов находится в прямой зависимости от содержания и распределения илистой фракции. На урбанизированных территориях отмечается облегчение механического состава почв. А для тяжелых металлов установлена
положительная корреляция с механическим составом почв.
Существенный вклад в выбросы тяжелых металлов в атмосферу дают промышленность и автотранспорт. В целом в воздух поступает 75 % [4] содержащегося в бензине свинца, что в 18 раз превышает его природное поступление в атмосферу. Причем наиболее крупные частицы свинца оседают в непосредственной близости от дорожного полотна на расстоянии 5-7 м. Соединения свинца более мелкой фракции отличаются наибольшей растворимостью и большей токсичностью. Зона действия этой фракции составляет от 30 до 100 м от края дорожного полотна. Частицы свинца самой мелкой фракции могут переносится на большие расстояния, характер их распределения связан с метеоусловиями. На рис. 1 [2] отражен характер распределения частиц свинца в придорожной полосе в зависимости от крупности частиц.
Загрязнение почв придорожной полосы происходит двумя путями: через атмосферу и с опавшими листьями (в результате накопления листьями тяжелых металлов). Часть металлов аккумулируется в почвах, а часть переходит в состав почвенных растворов и грунтовые воды. Концентрация свинца в почвах на прилегающих к автодорогам территориям варьируется от нескольких мг/кг до 600 мг/кг [1, 4]. Причем основная масса частиц фиксируется в верхней части почвенного покрова. В результате формируется новый фоновый уровень загрязнения почв глубиной до 20 см (рис. 2) [2], причем основная масса свинца (до 58 %) задерживается в верхнем слое почв глубиной до 6 см [2]. Но эта цифра может меняться в зависимости от многих факторов: типа автомагистрали, интенсивности движения, срока эксплуатации автомагистрали и др. (рис. 3) [2].
Поэтому зона аэрации, особенно ее верхняя часть играет двоякую роль по отношению к подземным водам. С одной стороны, она выполняет защитную функцию по отношению к горизонтам грунтовых вод. С другой стороны, если она загрязнена, то в течении долгого времени может быть источником загрязнения подземных водоносных горизонтов в результате инфильтрации атмосферных осадков и по-
Рис. 3. Изменение ширины зоны влияния дороги в зависимости от начальной интенсивности движения и срока эксплуатации дороги: 1— 5 лет; 2 — 10 лет; 3 — 15 лет; 4 — 20 лет
верхностных вод через почву.
Концентрация тяжелых металлов в почвах с ненарушенным профилем уменьшается с глубиной и с удалением от дороги. В почвах же с нарушенным профилем могут наблюдаться различные варианты распределения тяжелых металлов (рис. 4). Например, в том случае, если на участке производились засыпки, погребенные старые гумусовые грунты содержат больше загрязнений, чем горизонты на современном уровне дневной поверхности. В другом случае, может произойти перемешивание верхнего гумусового горизонта и подстилающих пород, с образованием переходного слоя.
В работе [4] с применением моделирования процессов, протекающих на загрязненных территориях подтверждено, что тяжелые металлы из атмосферных выбросов проникают на глубину нескольких сантиметров от поверхности. При этом в почвогрун-тах происходит образование различных химичесикх форм нахождения тяжелых металлов. Высокое содержание органического вещества в верхних горизонтах почвогрунтов приводит к образованию органоминеральных комплексов тяжелых металлов, которые доминируют над другими формами, их суммарное содержание может превышать 90 % [4]. Изменение формы нахождения почвогрунтов, связанные с экологическими ситуациями, может привести к перераспределению тяжелых металлов между компонентами почвогрунтов. Также установлено, что на
А
А А-
В
А' А/В
В В
С С
Рис.4. Почвенный профиль нарушенный дорожным строительством: а) при проведении засыпки старого гумусового горизонта; б) при частичном перемешивании верхнего гумусового горизонта и подстилающих пород и образовании переходного слоя
формы нахождения тяжелых металлов в почвогрун-те, большое влияние оказывают количество углекислоты и сильных минеральных кислот. Увеличение содержание углекислого газа приводит к формированию более кислой обстановки, что сказывается на интенсивности растворения оксидов тяжелых металлов и их миграции по почвенному профилю, происходит интенсивное взаимодействие с карбонат-ионом, в результате чего формируются карбонаты тяжелых металлов.
Гуматы и фульваты тяжелых металлов более интенсивно образуются в щелочных условиях, поэтому в почвогрунтах, где существует кислая среда [4]. равновесие смещается в сторону кислот. А минеральные кислоты могут оказывать влияние на на миграционную способность тяжелых металлов в почвогрунтах при их концентрации, сопоставимой с концентрацией углекислого газа.. Большое количество минеральных кислот приводит к выключению эффективной работы механизма осаждения тяжелых металлов на органическом веществе почвы и гидроксидах железа. В этом случае тяжелые металлы могут проникать с почвы в глубокие горизонты.
Таким образом, в результате строительства и эксплуатации автодорог, происходит изменение и загрязнение почв на территориях, прилегающих к автомагистрали, что ведет к изменению различных свойств почв, которые, в свою очередь, становятся причиной изменений характера накопления и миграции загрязняющих веществ в почвах, а также возможного загрязнения грунтовых вод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воробьев А.Е, Сарбаев В.И., Шилкова О.С. Автомобиль — дорога — окружающая среда./ Под ред. Сарбаева. — М.: МГИУ, [] 2001. — 180 с.
2. Воробьев А.Е., Сарбаев В.И, Дьяченко В.В. Шилкова О.С. Транспортные магистрали как источник загрязнения окружающей среды./ Под ред. Сарбаева В.И. — М.: МГИУ, 2000. — 52 с.
3. Макаров О.А. Состояние почвы как объект экологического нормирования окружающей природной среды./ Автореферат дисс. на соиск. уч.степ.д.биол.н-к. — М., МГУ. 2002. — 47 с.
4. Перязева Е.Г. Геоэкологическая оценка загрязнения тяжелыми металлами урбанизированных территорий (на примере г. Улан-Уде)./ Автореферат дисс. на соиск. уч степ.канд.геогр.н-к. — Улан-Уде., БГУ. 2002. — 25 с.
б
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Шилкова О.С. - аспирантка, Московский государственный горный университет.
