CC BY
61
ГЕОГРАФИЯ И ЭКОЛОГИЯ
УДК 504.53.054:669.018.674 (517.3)
Н.Е. Кошелева1, Н.С. Касимов2, С.Н. Бажа3, П.Д. Гунин4, Д.Л. Голованов5,
(•\ 7
И.А. Ямнова6, С. Энхамгалан7
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДАХ МОНГОЛИИ
Получены качественные и количественные характеристики природных и техногенных аномалий тяжелых металлов в почвах Улан-Батора, Дархана и Эрдэнэта. Определены фоновые геохимические условия района исследования и техногенная специализация городов. Исследована пространственная геохимическая неоднородность городских почв, обусловленная их функциональной принадлежностью. Дана оценка их экологического состояния на основе принятых в Монголии нормативов.
Ключевые слова: тяжелые металлы, городские почвы, техногенные аномалии, города, Монголия.
Введение. Наблюдаемое в последнее десятилетие промышленное развитие Монголии и рост численности городского населения являются причиной обострения ряда экологических проблем на территории городов. Усиление техногенного пресса на окружающую среду сопровождается загрязнением воздуха и воды, накоплением поллютантов в почвенном покрове, что вызывает ухудшение условий жизни городских жителей. Существовавшие в начале 90-х гг. XX в. социально-экономические условия в г. Улан-Баторе претерпели серьезные изменения [6], поэтому цель настоящей работы — установить качественные и количественные характеристики техногенных геохимических аномалий тяжелых металлов (ТМ), которые относятся к приоритетным загрязнителям, в почвах трех крупных промышленных центров Монголии — гг. Улан-Батора, Дархана и Эрдэнэта.
Города расположены в межгорных долинах и котловинах мелкосопочников и низкогорий Хангайско-Хентэйской горной области, в пределах бассейна р. Селенги. Улан-Батор — столичный город с многопрофильной промышленностью, Эрдэнэт — крупнейший в Монголии центр добычи, обогащения и первичной переработки руд цветных металлов — меди и молибдена, в Дархане сосредоточены предприятия черной металлургии, легкой и химической промышленности, строительного комплекса. К источникам загрязнения во всех городах относятся теплоэлектроцентрали и районы частной застройки, выбрасывающие в атмосферу продукты сгорания бурых углей [8].
В задачи исследования входило, во-первых, охарактеризовать геохимический фон почв изучаемых городов, в том числе природную рудную геохимическую аномалию на территории г. Эрдэнэта; во-вторых, оценить техногенную трансформацию микроэлементного состава городских почв в целом, а также почв различных функциональных зон; в-третьих, выполнить эколого-геохимическую оценку загрязнения городских почв ТМ на основе принятых в Монголии нормативов.
Для решения этих задач использовалась эколого-геохимическая концепция, основанная на анализе концентраций химических элементов и их соединений в депонирующих средах ландшафтов (почвах, снежном покрове, растительности), которые в условиях города достаточно точно индицируют процессы воздушного загрязнения и происходящую под их влиянием трансформацию окружающей среды [3, 4, 7].
Материалы и методы. В основу работы положены материалы совместной российско-монгольской комплексной биологической экспедиции. Опробование почв8 на территории гг. Улан-Батора (99), Дархана (46) и Эрдэнэта (50) проводилось в декабре 2007 г. Смешанные почвенные пробы отбирались методом «конверта» 1x1 м из верхнего дерново-гумусового (0—10 см) горизонта с шагом 500—800 м. Кроме того, были отобраны образцы бурых углей из трех месторождений вблизи Улан-Батора (Налайх, Баганур, Чулут) и зола ТЭЦ-3, предоставленная Комитетом по контролю воздушного бассейна Министерства охраны природы Монголии.
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, вед. науч. с., докт. геогр. н., e-mail: [email protected]
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, зав. кафедрой, академик РАН, e-mail: [email protected]
3 Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН, ст. науч. с., канд. биол. н., e-mail: [email protected]
4 Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН, зав. лабораторией, докт. биол. н., e-mail: pgunin@ online.ru
5 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, ст. препод., канд. геогр. н., e-mail: [email protected]
6 Почвенный институт РАСХН имени В.В. Докучаева, ст. науч. с., канд. биол. н., e-mail: [email protected]
7 Институт географии Академии наук Монголии, ст. науч. с., PhD, e-mail: [email protected]
8 В скобках — общее число проб.
Валовое содержание Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, V, Mo, W, Sn, Ga, Ge, Ti, Mn, Y, Zr, Sn, Ba в почвенных образцах определяли приближенно-количественным спектральным методом на спектрографе ДФС-465С в лаборатории Александровской геолого-геохимической экспедиции ИМГРЭ. Концентрацию Hg определялись методом бесплазменной атомной абсорбции на приборе РА-915+. Основные физико-химические свойства почв исследовались общепринятыми методами [9]. Для проверки точности приближенно-количественного спектрального метода часть почвенных проб, а также образцы бурых углей и золы ТЭЦ проанализированы масс-спектральным и атомно-эмиссионными методами с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) во ВНИИ минерального сырья на приборах «Elan-6100» и «0ptima-4300 DV» («Perkin Elmer», США). Установлена удовлетворительная сходимость этих методов для изученных ТМ.
Полученные аналитические данные были сгруппированы по зонам функционального назначения и подвергнуты статистической обработке в программном пакете Statistica 7 (Mathsoft, 2004). Устойчивые ассоциации элементов в почвах выявлены методом кластерного анализа (алгоритм Complete Linkage), при этом степень сходства в поведении металлов характеризовалась коэффициентами корреляции.
Кларки концентрации (КК) и рассеяния (КР) металлов в фоновых почвах рассчитывались относительно глобальных кларков Виноградова [2], поскольку они занимают промежуточное положение между оценками Н. Гринвуда, А. Эрншо [5] и Х.Дж.М. Боуэна [13]. Для городских почв вычислялись коэффициенты концентрации (Кс) и рассеяния (Kp) ТМ относительно фоновых почв. Техногенная геохимическая специализация городских почв определялась формулой, которая включала металлы с Kc > 1,5, значения которых указаны в нижних индексах. Эколого-геохимическая оценка городских почв проводилась на основе коэффициента суммарного загрязнения
,
/=1
где п — количество учитываемых металлов [3]. В гг. Дархане и Эрдэнэте за фоновые приняты почвы рекреационных ландшафтов, в Улан-Баторе — почвы заповедника Богдхан уул и рекреационной зоны.
Для выявления приоритетных загрязнителей проводилось сравнение концентраций элементов в почве с предельно допустимыми, утвержденными Государственной организацией стандартов Монголии [12]. При относительно равномерной сети опробования процент площади загрязненных почв определялся как число разрезов с превышением ПДК по отдельным металлам, отнесенное к общему количеству разрезов на территории города.
Характеристика объектов исследования. Природные условия. Территория Улан-Батора находится в широ-
кой межгорной котловине Хэнтэйского горного района с абсолютными отметками 1300—1500 м. К северо-западу от него расположено Орхон-Селенгинское среднегорье, которое характеризуется понижением высот в северо-восточном направлении, мягкостью форм рельефа, наличием широких межгорных долин со средними отметками днищ 700—1200 м, в которых находятся гг. Эрдэнэт и Дархан. Изучаемые территории принадлежат к бассейну р. Орхон, самого крупного притока р. Селенги: г. Улан-Батор вытянут вдоль долины р. Толы, а г. Дархан — р. Хары. Эрдэнэт находится на р. Хангалын-гол — притоке Селенги 3-го порядка. Для этого региона характерен резко континентальный климат с большими годовыми и суточными колебаниями температуры воздуха. Из-за господства безветренного антициклонального режима погоды в зимнее время в городах формируются устойчивые температурные инверсии, создающие экологически неблагоприятную обстановку, связанную с повышенным содержанием в воздухе многих токсичных веществ, которые постепенно депонируются в снежном покрове и в верхних горизонтах почв.
Основными почвообразующими породами в долинах рек и межгорных впадинах являются четвертичные отложения легкого гранулометрического состава с пониженным содержанием, по данным [1], большинства микроэлементов (КР = 1,2+1,5). В межгорных впадинах они представлены аллювиально-пролювиальными отложениями суглинистого и супесчаного состава с включениями щебня, гравия и гальки. Местами встречаются выходы палеоген-неогеновых отложений, обогащенных Fe, Мп, Со (КК = 1,5+2,6). Среди коренных пород доминируют граносиениты, обогащенные комплексом литофильных элементов, а также метаморфизованные эффузивно-осадочные породы (сланцы) девона и карбона с повышенным относительно мирового кларка содержанием Fe, Т1, Си, N1, Сг (КК = 1,7+2,8) и околокларковым содержанием РЬ, Мо, V [1]. Рудное месторождение Эрдэнэта относится к молибденовому медно-порфиритовому типу с повышенной концентрацией Ag и Яе.
Регион принадлежит к экотонной (переходной) зоне южной Сибири и Центральной Азии, где распространен уникальный тип ландшафта — горная экспозиционная лесостепь, представленная на склонах северных экспозиций, более холодных и влажных, лесами, иногда типично подтаежными, под которыми развиваются сезонно-мерзлотные дерновые горнолесные почвы. Более прогреваемые склоны южной экспозиции заняты кустарниково-сухостепными и лугово-степными растительными сообществами, которые при переходе на равнину постепенно сменяются сухими степями с разреженным ксерофильным травостоем на горных черноземах и каштановых почвах. Для большинства почвенных разностей характерно низкое содержание гумуса (до 4%) при значительной щебнистости и даже каменистости всех почвенных горизонтов [10]. Долины рек заняты аллювиальными
Таблица 1
Геохимическая специализация углей Монголии и золы уноса ТЭЦ-3
Анализируемые объекты По отношению к кларку литосферы А.П. Виноградова [2] По отношению к среднему в углях а и золе б углей мира [11] По отношению к золе уноса ТЭЦ-3
Угли Улан-Батора (среднее) 8еззз8Ъ1зВ1^2,1Ве2Мо18РЪ1,б РЪ238Ъ168е4,2Си3,6ВЧз№1,3 а 8Ъ3,48е2,6Н§2,5Ш1,8Те1,6
Зола уноса ТЭЦ-3 Sel28WlooBeз2Mo1зBi6,5Th6,5As5 Са48Ъ3,7Си3,7и3,18г3Со38п1,8РЪ1,7 W5Th4,2U2Cu1,7 б —
дерновыми каменисто-галечниковыми почвами с луговыми сообществами, ивняками и реже — тополево-лиственничными уремами. В старицах формируются лугово-болотные почвы.
Негативное влияние урбанизации на рассматриваемых территориях проявляется в ликвидации естественной растительности и уменьшении задер-нованности почв, которые ускоряют процессы водной и ветровой эрозии, увеличивают запыленность атмосферы.
Промышленная специализация и функциональное зонирование городов. Крупнейший промышленный
Рис. 1. Региональная фоновая (а) и техногенная (б) геохимическая специализация почв на территории гг. Улан-Батора (1), Дархана (2) и Эрдэнэта (3). Кларки концентрации КК и рассеяния КР в фоновых почвах рассчитаны относительно глобальных кларков Виноградова (1962), коэффициенты Кс и К в городских почвах — относительно фоновых почв
центр Монголии — г. Улан-Батор, население которого в настоящее время превышает 1 млн чел. Численность населения гг. Дархан и Эрдэнэт составляет 87 и 80 тыс. человек соответственно. Наиболее динамично за последние 10 лет развивается Улан-Батор, его население выросло в 1,6 раза, а парк автомашин почти утроился. Центральную часть Улан-Батора на правом берегу р. Толы занимают современные многоэтажные жилые, административные и торговые здания. Основная часть промышленных предприятий и все ТЭЦ расположены в западной части города, что в сочетании с преобладанием ветров западных и северозападных румбов создает повышенное загрязнение в его восточной и юго-восточной частях. Районы юрточной застройки обрамляют центральные районы города, поднимаясь на южные, юго-западные и юго-восточные отроги хр. Бага-Хэнтэй.
Город Дархан вытянут вдоль долины р. Хары с севера на юг на 12 км. Промышленная зона расположена на юге и юго-востоке, где размещены ТЭЦ, цементный, лесоперерабатывающий, кожевенный и электрометаллургический заводы. Промзона отделена от центральной (новой) жилой части города отрогом мелкосопочника. Старая часть города с железнодорожной станцией и элеватором расположена на севере. По окраинам города с востока, севера и запада к городу подступают юрточные районы.
Город Эрдэнэт, как и Улан-Батор, расположен в межгорной котловине, ориентированной с юго-запада на северо-восток. Основной рудник по добыче медно-молибденовых порфиритовых руд и отвалы породы размещены в восточной и северо-восточной частях города. С севера к руднику примыкают горно-обогатительная фабрика, две ТЭЦ и комплекс промышленных предприятий, еще севернее в долине ручья—притока р. Хангалын-гол расположены шла-
моотстойники. Центральная часть с современными жилыми кварталами и административными зданиями находится к западу от промзоны. Юрточные районы расположены в юго-западной части города на склонах мелкосопочника, военные базы и полигоны — в северо-западной.
К основным источникам загрязнения окружающей среды городов относится теплоэнергетический комплекс, где сжигают бурые угли. Сопоставление микроэлементного состава бурых углей и золы ТЭЦ-3 в Улан-Баторе, полученного с помощью метода 1СР-МБ, выявило широкий спектр загрязнителей городских ландшафтов, связанных с теплоэнергетикой (табл. 1). Бурые угли месторождений вблизи Улан-Батора, как и большинство сернистых углей, обогащены халько-фильными элементами (Бе, БЬ, Си, В1, РЬ), а также W, Ве, Мо — элементами, характеризующими геохимическую специализацию угленосного бассейна. Зола уноса наиболее обогащена W, а также природными радиоактивными элементами ТИ и и. Расчет отношения концентраций микроэлементов в углях к их содержанию в золе ТЭЦ (табл. 1) позволил определить элементы, которыми обеднена зола и которые, по-видимому, переходят в газовую фазу. Это Бе, БЬ, Те, В1 и, возможно, РЬ. Не накапливаясь в твердой фазе, эти элементы распространяются в атмосфере и напрямую негативно влияют на здоровье людей.
Результаты и их обсуждение. Региональный поч-венно-геохимический фон и его трансформация в крупных промышленных центрах. Для оценки степени техногенной геохимической трансформации городских почв был определен химический состав темнокаштановых почв в фоновых и рекреационных ландшафтах и построены их геохимические спектры (рис. 1, а). Характеристики фона для всех трех городов по большинству металлов близки, для них свойственно близкое к мировому кларку содержание 2п, Мп, V, Т1, Сг, 2г, Ва и пониженное — Ge, Со, Y, N1 (КР=1,7+8,4). В районе Улан-Батора заметное накопление выше кларка отмечено лишь для
W (КК=1,5), в районе Дархана — для РЬ, Бп, Мо, Ag и W (КК=1,9+1,5). Рудная геохимическая специализация района медно-молибденового месторождения Эрдэнэт проявляется в высоких содержаниях Мо, Си и А (КК=8,2+2,8).
В городских почвах накапливаются ТМ, поступающие из техногенных источников (рис. 1, б). В Улан-Баторе сформировалась полиэлементная геохимическая аномалия с относительно невысокими кларками концентрации, включающая Аё3,0РЬ2;4Бп2д^1^е1^п1^1;5. Ее образование можно объяснить многопрофильностью промышленного производства города и преобладанием почв с легким гранулометрическим составом, обладающих малой сорбционной емкостью. Загрязнение почв г. Дархан Сг5,0Ня3,^3;0 указывает на его узкую промышленную специализацию, определяемую кожевенным производством, золотодобычей и теплоэнергетикой. В почвах г. Эрдэнэт накапливаются Мо2;2Си1;88п1;^е1;5. Источниками этих элементов являются развеваемые ветром шламоотвалы ГОКа, обогащенные Си и Мо, а также продукты сгорания бурых углей с повышенным содержанием Бп и Ge.
По результатам кластерного анализа в фоновых почвах выявлены наиболее устойчивые ассоциации элементов, которые отражают геохимические особенности почвообразующих пород: Си^п-РЪ; Мп—Ва; Cr—Ga; Y—Zr. Первая ассоциация объединяет катио-ногенные элементы-халькофилы, малоподвижные в нейтральной и щелочной средах и накапливающиеся в гумусовых горизонтах. Вторая включает марганец, гидроксиды которого служат сорбционным барьером для бария; в третью и четвертую ассоциации входят элементы-комплексообразователи. Сравнение состава ассоциаций ТМ в трех городах показало их значительную изменчивость, что обусловлено различиями природных и антропогенных факторах, действующих в этих городах (табл. 2).
Пространственная геохимическая неоднородность городских почв. Геохимическая неоднородность почв
Таблица 2
Виды ландшафтов (число образцов) Ассоциация, теснота связи (коэффициент корреляции) Не ассоциируются Значимое значение (Р=95%) коэффициента корреляции
Улан-Батор
Фоновые, рекреация(10) Си, РЬ, Zn, V, Бп, В (0,68-0,88); Сг, Li, N1, Ga, Со (0,78-0,92); Мп, У, Zr, Ва (0,85-0,97) Ая, Мо, Щ, Т1, Бг 0,63
Жилые кварталы, пром-зона, автомагистрали (83) Си, Zn, РЬ (0,59-0,72); N1, Со, Ga, В (0,48-0,81); Сг, V (0,73); Мп, Т1, У (0,44-0,64); Бг, Ва, Zr (0,56-0,59) Ая, Мо, Щ, Бп, Li 0,28
Дархан
Жилые кварталы, пром-зона, автомагистрали (42) Си, Zn, РЬ, Бп, Ga (0,57-0,83); N1, V, В, Со, Т1 (0,35-0,75); Мо, W, Ge (0,74-0,85); Zr, У, В^ Р (0,33-0,63) Сг, Ая, Мп, Щ, Li 0,31
Эрдэнэт
Фоновые, рекреация (8) Си, Ая, Ge, Zn, РЬ (0,78-0,9); Мо, Бп (0,73); Мп, Ba (0,89); N1, Р (0,78); Сг , V, Ga (0,91-0,96); Т1, У, Zr (0,68-0,87) W, Со, Щ, Li, В 0,71
Жилые кварталы, пром-зона, автомагистрали (39) Си, Ая, Мо (0,76-0,92); РЬ, V, В, Ga, Ge, Zn (0,28-0,66); N1, Со, Li (0,63-0,84); Мп, Ba, Т1, У, Zr, Р, Бп (0,29-0,77) Сг, W, Щ 0,34
Ассоциации тяжелых металлов в поверхностных горизонтах фоновых и городских почв
Таблица 3
Средние значения концентраций (мг/кг почвы) тяжелых металлов в верхнем (0—10 см) горизонте почв в разных функциональных зонах
гг. Улан-Батор, Дархан и Эрдэнэт и их ПДК [12]
Функциональная зона Число проб Элементы по классам опасности
I II III Sn
Hg Zn Pb Ni Co Cr Cu Mo W Mn V
Улан-Батор
Фон 5 0,058 52,0 27,0 29,0 8,40 66,0 42,0 1,20 1,00 660 84,0 2,80
Рекреация 5 0,080 42,0 19,4 23,0 6,80 60,0 36,0 1,14 3,00 520 78,0 2,40
Автомагистрали 9 0,170 82,2 55,6 31,1 8,44 70,0 60,0 1,96 3,67 544 91,1 4,22
Промзоны 23 0,120 60,4 69,1 27,0 7,39 54,4 47,4 1,65 3,17 478 71,7 4,14
Юрточные районы 23 0,081 59,6 35,2 24,8 7,57 60,4 42,8 1,29 1,35 509 79,1 3,00
Многоэтажная застройка 31 0,185 105 59,4 30,6 8,23 72,6 56,5 1,66 3,94 519 85,5 4,17
Дархан
Рекреация 3 0,022 50,0 28,3 30,0 8,00 80,0 46,7 1,50 0,50 500 93,3 3,67
Автомагистрали 3 0,083 56,7 40,0 23,3 5,67 80,0 40,0 1,93 3,67 400 80,0 3,00
Промзоны 25 0,056 63,6 29,2 32,0 8,92 704 50,8 2,78 7,48 560 104 3,24
Юрточные районы 7 0,034 91,4 45,8 34,3 10,0 98,6 52,9 2,50 4,57 557 104 4,57
Многоэтажная застройка 7 0,058 75,7 34,3 27,1 7,43 98,6 47,1 1,24 4,29 500 100 3,29
Эрдэнэт
Рекреация 6 0,080 65,0 22,5 34,2 11,0 81,7 243 9,03 1,67 850 107 2,17
Автомагистрали 3 0,037 76,7 21,7 30,0 9,33 60,0 96,7 1,50 1,67 533 103 2,33
Промзоны 18 0,101 62,2 24,7 35,0 11,9 113 450 13,6 0,889 822 98,3 2,33
Юрточные районы 10 0,071 109 30,5 39,0 13,1 88,0 381 13,2 0,50 760 111 5,60
Многоэтажная застройка 8 0,062 128 32,5 37,5 10,5 100 95,0 4,31 1,25 625 115 2,75
ПДК.. песчаные почвы 0,5 100 70 60 30 60 60 2 - - 100 30
ПДК суглинистые почвы 1,0 150 50 100 40 100 80 3 - - 130 40
ПДК глинистые почвы 2,0 300 100 150 50 150 100 5 - - 150 50
на территории городов обусловлена функциональной структурой их территорий. При ее описании выделены зоны крупных автомагистралей, традиционной юрточной застройки, многоэтажных жилых кварталов, промзон, рекреации, для которых рассчитаны средние значения концентрации ТМ и показатели их вариабельности, определены ассоциации элементов и построены геохимические спектры. В табл. 3 приводятся средние значения металлов — приоритетных загрязнителей в почвах выделенных зон.
В Улан-Баторе наиболее высокий уровень аккумуляции многих элементов-загрязнителей приурочен к почвам вблизи крупных автомагистралей и в многоэтажных жилых кварталах старой части города с наибольшим возрастом застройки (рис. 2), где в повышенных концентрациях присутствуют РЬ, Н§, 2и, W, Ge, Мо, 8и, Си (Кс=3^1,5). В промышленной зоне Кс примерно на 0,5 меньше, что связано с большей площадью рассеяния выбросов, поступающих из труб в атмосферу на значительной высоте. Наименее загрязнены юрточные районы, расположенные на склонах в окраинных частях города. Несмотря на небольшой возраст застройки этих районов, здесь накапливаются РЬ, Ge, присутствующие в продуктах неполного сгорания бурых углей, используемых для отопления юрт.
Геохимическая неоднородность внутри зон весьма высока, что можно видеть на диаграммах размаха
(рис. 3). Она проявляется в большой вариабельности концентраций элементов и наличии точечных аномалий с экстремально высокими содержаниями некоторых элементов.
Наиболее устойчивы ассоциации элементов, которые прослеживаются в почвах почти всех функциональных зон города: Cu—Zn—Pb; Ni—Co—Ga; Cr—V; Mn—Ti; Ba—Zr. Первая ассоциация объединяет элементы из техногенных источников, в первую очередь автотранспорта. Вторую и третью ассоциации составляют элементы, накапливающиеся в илистой и тонкопылеватой фракциях; их согласованная вариация связана с неоднородностью почв по гранулометрическому составу. Четвертая и пятая ассоциации отражают в основном геохимические особенности почвообразующих пород долинного комплекса, распространенных на территории города.
В почвах г. Дархан наиболее широкий спектр элементов-загрязнителей — W15Cr8,8Hg2,6Ge1,9Mo1,9Zr1,5 — выявлен в промзоне (рис. 2). Почвы юрточных районов характеризуются следующей формулой техногенной геохимической специализации: W9,1Zn1,8Mo1,7Hg1,5. В почвах новых жилых кварталов отмечено заметное накопление W8,6Hg2,7Ge1,5Zn1,5. Особенности геохимической трансформации почв в Дархане проявляются в составе ассоциаций элементов, к наиболее стабильным ассоциациям относятся Cu—Zn—Pb; Mo-W-Ge; Sn-Ga; Zr-Y-Ba; Ni-V; Co-Ti. Первые
Крупные автомагистрали Промзоны
Юрточная застройка Многоэтажные кварталы
три, несомненно, техногенного происхождения, причем загрязнение имеет площадной характер. Наиболее опасные металлы — Сг, Ая, Н — не образуют устойчивой ассоциации, что можно объяснить точечным характером загрязнения.
В почвах г. Эрдэнэт наиболее контрастная техногенная аномалия приурочена к районам традиционной юрточной застройки (рис. 2), где аккумулируются 8п2^е2^п1;7Си16Мо15. Почвы промышленной зоны накапливают Си18Мо15, многоэтажной застройки —
Рис. 3. Диаграммы размаха для концентраций Zn и РЬ в верхних горизонтах почв разных функциональных зон Улан-Батора: АМ — крупные автомагистрали; и — юрточная застройка; Р — промзоны; N — многоэтажные жилые кварталы; F — фоновые территории;
К — рекреационные зоны
Ge2;2Zn2;0. Для транспортной зоны аккумуляция элементов-загрязнителей не выявлена, что можно объяснить расположением автотрассы в транзитной геохимической позиции, на склоне речной долины. Геохимическая неоднородность почв Эрдэнэта характеризуется специфическими для каждой функциональной зоны ассоциациями элементов. Среди них выделяются наиболее устойчивые, отражающие особенности почвообразующих пород: Cu—Ag—Mo (рудного тела); Mn—Ba—Ti—Y—Zr (гранитоидов) и техногенное загрязнение (Pb—Zn).
Эколого-геохимическая оценка загрязнения городских почв. Значения интегрального показателя загрязнения почв гг. Улан-Батор и Эрдэнэт оказались низкими во всех функциональных зонах: в первом городе изменялся от 2,5 (юрточная застройка) до 8,7 (многоэтажные кварталы), во втором — от 1,3 (автомагистрали) до 5,1 (юрточная застройка) из-за повышенного фона некоторых ТМ. Наиболее высокие значения Zc характеризуют почвы г. Дархан — в селитебно-транспортной зоне он колеблется в пределах 11—14, в промзоне достигает 26,7, что соответствует средней степени загрязнения.
Для оценки экологической опасности загрязнения почв гг. Улан-Батор, Дархан и Эрдэнэт полученные значения концентрации ТМ в верхних горизонтах сопоставлены с принятыми в Монголии довольно
Рис. 4. Оценка экологической опасности загрязнения металлами почв Улан-Батора, Дархана и Эрдэнэта (процент площадей с превышением ПДК)
жесткими санитарно-гигиеническими нормативами [12], которые определяются в зависимости от гранулометрического состава почв (табл. 3). Результаты оценки показали, что в Улан-Баторе превышения ПДК наблюдаются только у Сг (превышение ПДК выявлено на 25% территории), Мо (19), Zn (15), Си (10) (рис. 4). Ареалы загрязненных почв сосредоточены преимущественно в жилых кварталах (как современных, так и юрточных) и в транспортной зоне.
Доля техногенно-загрязненных почв (с превышением ПДК, в % от общей площади) в двух других городах более значительна: в Дархане наиболее опасными загрязнителями являются Сг (80), V (60), Мо (49), Си (27), Zn (24), РЬ (13), в Эрдэнэте — Си (82), Мо (71), Сг (51), V (24) и Zn (20). К наиболее загрязненным зонам в Дархане относятся юрточная и промышленная, в Эрдэнэте к ним добавляется зона многоэтажной застройки.
Выводы. 1. Фоновая геохимическая специализация почв региона отличается околокларковым или пониженным содержанием большинства микроэлементов. Для г. Улан-Батор исключение составляет W (КК=1,5), для г. Дархан — РЬ, 8п, Мо, Ag и W (КК=1,9+1,5). Наиболее контрастная природная геохимическая аномалия Мо (КК=8,2), Си (5,2) и Ag (2,8) выявлена в почвах г. Эрдэнэт.
2. Техногенная геохимическая специализация г. Улан-Батор — Ag3,0Pb2;4Sn2дHg1;9Ge1J Zn1;7W1;5 — отражает влияние множества различных источников загрязнения почв. Наиболее широкий спектр элементов-загрязнителей присутствует в почвах многоэтажных жилых кварталов и крупных автомагистралей. Специализация г. Дархан связана с кожевенным производством, золотодобычей и теплоэнергетикой, поставляющими в почвы Сг5,0^3,^3,0. Аномально высокий уровень накопления W и Сг в почвах приурочен к промышленной зоне, W и Н — к селитебной и транспортной зонам. Техногенное накопление МоздСи^З^^е^ в почвах г. Эрдэнэт обусловлено добычей медно-молибденовых руд и сжиганием бурых углей. Наиболее контрастная техногенная аномалия
8и, Ge, 2и, Си, Мо выявлена в почвах юрточной застройки, в многоэтажных кварталах превышение над фоном отмечено только для Ge и 2и.
3. Контрастность техногенных геохимических аномалий в г. Улан-Батор невелика — максимальное значение Zc составляет 8,7 в почвах многоэтажных кварталов. Наибольшая контрастность аномалий отмечена в Дархане: Zc=26,7 в промзоне и 11—14 в
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Батхишиг О. Почвенно-геохимические особенности долины р. Туул. Автореф. канд. дис. Улан-Батор, 1999. 24 с.
2. Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных пород земной коры // Геохимия. 1962. № 7. С. 555-472.
3. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 332 с.
4. Глазовская МЛ. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Высшая школа, 1988. 350 с.
5. Гринвуд Н, Эрншо А. Химия элементов. В 2-х т. М.: Бином, 2008.
6. Гунин П.Д., Евдокимова А.К., Бажа С.Н. Сандарь М. Социальные и экологические проблемы монгольского этноса в условиях урбанизированных территорий. Улан-Батор; М.: 2003. С. 61-95.
7. Касимов Н.С. Методология и методика ландшафтно-геохимического анализа городов // Экогеохимия городских ландшафтов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. С. 6-39.
селитебной и транспортной зонах. В Эрдэнэте повсеместно Zc не превышает 5 из-за повышенного фона некоторых ТМ. Экологическое состояние городских почв характеризуется превышениями ПДК по Сг, Мо, 2и, Си на 15-25% площади г. Улан-Батор. В двух других городах ситуация более опасная: на 50-80% территории г. Дархан выявлено превышение ПДК по Сг, V, Мо, а в г. Эрдэнэт — по Си, Мо, Сг.
8. Касимов Н.С., Лычагин М.Ю., Евдокимова А.К. и др. Улан-Батор, Монголия (теплоэнергетика). Межгорная котловина // Экогеохимия городских ландшафтов / Под ред. Н.С. Касимова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. С. 231-248.
9. Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. 376 с.
10. Почвенный покров и почвы Монголии. М.: Наука, 1984. 191 с.
11. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 655 с.
12. Херсний чанар. Херс бохирдуулагч бодис, элеменгу-Yдийн зевшеерегдех дээд хэмжээ. Монгол улсын стандарт — Стандартчилал, хэмжилзYЙн Yндэсний гев. Улаанбаатар, 2008. 8 с.
13. Bowen H.J.M. Environmental Chemistry of the Elements. N.Y.: Acad. Press, 1979. 333 p.
Поступила в редакцию 13.08.2009
N.E. Kosheleva, N.S. Kasimov, S.N. Bazha, P.D. Gunin, D.L. Golovanov, I.A. Yamnova, S. Enkh-Amgalan
CONTAMINATION OF SOILS WITH HEAVY METALS IN THE INDUSTRIAL CENTERS OF MONGOLIA
Qualitative and quantitative characteristics of the technogenic anomalies of heavy metal concentrations in the soils of Ulan Bator, Darkhan and Erdenet were obtained. Background geochemical conditions of the study area and the technogenic specialization of towns were determined. Spatial geochemical diversity of urban soils due to their functional specialities was studied. The ecological state of soils was evaluated basing on Mongolian environmental standards. Key words: heavy metals, technogenic anomalies, towns, Mongolia.
