авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Геохимические изменения окружающей среды в зоне влияния горнопромышленного комплекса оао карельский окатыш (г. костомукша, республика карелия)

-- [ Страница 2 ] --

По результатам факторного анализа (метода главных компонент) гумусовый горизонт почв изучаемой территории геохимически независим от разновидностей почвоподстилающих пород. Влияние коренных пород наблюдается с глубиной, по почвенному профилю возрастают содержания Cr, V, Co, Fe, Mg, Y и Sc. В гумусовом горизонте почв наиболее значимым фактором (вес в суммарной дисперсии - 41,25%), влияющим на распределение химических элементов, является особенность их водной миграции в кислой среде (рН=5-6), обусловленная высоким содержанием фульвокислот. В результате была выявлена ассоциация слабо подвижных и инертных элементов в кислой среде Sc, Y, Ba, Ga, Zr, TiO2, Be, Co. Другую ассоциацию образуют подвижные катионы Са и Sr, их накопление связано с биогенной аккумуляцией, источниками поступления являются почвообразующие породы и аэротехногенные выбросы предприятия, содержащие щелочноземельные элементы. Вторым по значимости (19,24) является биогеохимический фактор, ставший причиной формирования ассоциации Mn, P, Zn и Cu. Почва – современная кора выветривания, в ней высока роль органических кислот, которые разрушают кристаллические решетки минералов, способствуя переходу элементов из минеральной формы в растворы. Затем растения выборочно аккумулируют элементы, которые при опаде могут накапливаться в гумусовом горизонте. Элементы поступают в растения в основном из почвенных растворов, в последних находится менее 0,2% питательных веществ почвы. Органические остатки, гумус, различные минералы содержат около 98% биоэлементов. Их можно рассматривать как своеобразный, постепенно используемый резерв. В слабокислых почвенных растворах Zn легко соединяется с Cl-, [NO3]-, [SO4]2-, образуя легкорастворимые соли, которые усваиваются растениями. Cu имеет большое химическое сродство к гумусу и прочно фиксируется в виде органического комплекса. На изучаемой территории 80% проб гумусового горизонта почв имеют содержания Cu ниже фонового (20 мг/кг), кислые подзолы (особенно торфянистые) обеднены Cu по сравнению с другими типами почв. Mn относится к слабо подвижным элементам в кислой среде, в отличие от Zn и Cu. Mn и P входят в молекулу хлорофилла растений, являются сильными биофильными и биогенными элементами. Zn и Cu также участвуют в процессах ферментативного переноса, окисления и гидролиза. Процесс почвообразования на содержания Zn и Cu влияет слабо. С третьим фактором (12,82%) связана ассоциация Cr, Mo и Ni, обусловленная одновременно влиянием техногенной деятельности предприятия и фоном коренных пород. Ni имеет бимодальное распределение, т.е. на распределение случайной величины оказали влияние сразу два процесса - выветривание коренных пород и аэротехногенные выбросы предприятия. Закрепление Mo в почвах района возможно связано с его литохимическими аномалиями в коренных породах (до 50 г/т).

Четвертый фактор (9,21%) стал причиной появления ассоциации Ag, Sn и Pb. Для Sn и Pb биологическое накопление не характерно в отличие от Ag. Влияние состава почвообразующих пород на изменение содержаний Pb в почвах, несомненно. Только в 25% проб коэффициенты концентрации Pb превышают фоновые значения в 2-3 раза. В 5% проб имеет место превышение ПДК по Pb (32 мг/кг). Содержание Pb в коренных породах колеблется от 5 до 15·10-3%. Ag преимущественно накапливается в гумусовом горизонте, где медиана Ag составляет 0,15 мг/кг, по почвенному профилю содержания ниже и изменяются от 0,03 до 0,06 мг/кг. Следует отметить, что в комплексных геохимических аномалиях коренных пород района встречается ассоциация Sn, Pb и Ag.

От барьерных свойств почв зависит способ формирования и состав элементных ассоциаций. Миграция химических элементов в элювиальной почве обусловлена, главным образом, выщелачиванием, в результате накапливаются Zr, Ca, К, Sr, источниками которых являются полевые шпаты и циркон. В иллювиальном горизонте почв на окислительном барьере накапливаются Cr, V, Co, Fe, Mg, Y, Sc. Характерно, что их содержания выше, чем в гумусовом горизонте почв. При встрече кислородных вод с глеевой средой возникает глеевый барьер, распространенный в краевой части болот. Для этого барьера характерна концентрация Fe, Mn, Cr, Мо, Сu.

В распределении химических элементам по фитоценозам отмечаются самые низкие концентрации для эпифитных лишайников, увеличение концентраций в ягеле, мхах и максимальные в гумусовом горизонте почв. Как правило, избыток или дефицит определенных элементов в почве сказывается на их содержаниях в растениях. Почва является долговременнодепонирующей средой, в отличие от биоматериалов. Наибольшие отклонения содержаний во мхах по сравнению с почвами обнаружены для Ni, Cr, Mo, Ag и Zn. Моховой покров представляет собой биогеохимический абсорбционный барьер. Первый фактор (вес фактора – 53,59%) влияет во мхах на ассоциацию Sr, Ba, TiO2, V, Cr, Co, Ni, Zr, Sc, Y, Be, Mo, Ga. К подобной ассоциации, наблюдаемой в почвах, добавились Cr Ni, источниками которых являются одновременно фон основных и ультраосновных вулканитов и техногенная деятельность. Второй фактор (16,15%) влияет на накопление халькофильной ассоциации Zn, Pb и Ag. При этом медианы Zn и Pb находятся на уровне средних содержаний для мхов Костомукшского заповедника. Медианы Ag для мхов Костомукшского района и Кольского полуострова равны и составляют 0,03 мг/кг (Environmental geochemical atlas, 1997). Третий фактор (7,08%) интерпретируется как накопление Mn растениями.

На территории исследования выражена биохимическая дифференциация элементов - эпифитные лишайники и мхи накапливают больше Fe, Zn и Cd, чем ягель, мхи содержат существенно больше Mg и Mn по сравнению с лишайниками. Cодержания Mn выше во мхах, чем в гумусовом горизонте и ягеле.

По результатам геохимического мониторинга 2008 г. и анализа геологического плана района построена геохимическая карта, отражающая состояние окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

2. Под влиянием природных процессов и хозяйственной деятельности человека в Костомукшском районе сформировались природные, природно-техногенные и техногенные (горнопромышленный, селитебный и транспортный) геохимические ландшафты.

Важной частью эколого-геохимических исследований является установление природных условий формирования зон загрязнения и особенностей распределения фоновых параметров. Один и тот же объем техногенной нагрузки в разных ландшафтах вызовет неодинаковые геохимические изменения окружающей среды. Они тем больше, чем выше природный фон отдельных элементов. Тип функционального землепользования достаточно точно указывает на интенсивность нарушений, что позволяет провести разделение геохимических ландшафтов на существенно природные, природно-техногенные и существенно техногенные. В таблице приведена ландшафтно-геохимическая характеристика Костомукшского района. В природных ландшафтах ведущим видом миграции химических элементов является биогенный; механический и физико-химический играют второстепенную роль. Однако в связи с аэротехногенной нагрузкой предприятия происходит привнос определенного набора элементов. Одновременно с вырубками леса происходит вынос части элементов из-за вывоза леса и увеличения поверхностного стока. В результате природные ландшафты становятся природно-техногенными. При этом смена одного ландшафта другим сказывается на соседних ландшафтах. Из сравнения автономных ландшафтов с аккумулятивными следует, что содержания Mn и Fe приблизительно одинаковы. Повышенные значения Mn могут наблюдаться в верховых слоях торфов, что говорит о высокой биофильности элемента. Торф Костомукшского района обладает более высокими содержаниями Cu, Mo, Zn, Co по сравнению со средними показателями Кольско-Карельской области.

Для каждого типа хозяйственного использования характерен определенный геохимический спектр поллютантов. В состав ассоциаций входят Pb, Zn и Сu, связанные с транспортными техногенными ландшафтами. Наиболее широким спектром характеризуется горнопромышленный тип. Области загрязнения почв вокруг карьеров Костомукшского и Корпангского месторождений представляют собой вторичные ореолы и потоки рассеяния Fe, Mn и Ni, вокруг хвостохранилища - Fe, Mn, Pb, Cr и Co. В донных отложениях хвостохранилища выявлены повышенные концентрации Zn, Ni, Cr As, Co. По результатам исследований 1993 (Атласов и др., 1993ф) и 2008 гг. отмечено накопление As в донных отложениях, в области спуска вод из хвостохранилища в оз. Окуневое. Его накопление возможно за счет техногенного преобразования (процессов обогащения на фабрике) силикатных кварцитов и сланцев, а затем гипергенеза в хвостохранилище.

На территории, находящейся в зоне аэротехногенного влияния предприятия, выражен нейтрализующий эффект щелочноземельных элементов, поступающих с пылевыми выпадениями. В радиусе 2 км от промплощадки снижена почвенная кислотность. Другие лесорастительные характеристики остаются стабильными (содержание обменных оснований, подвижных форм P и K). Поступление с аэротехногенными выбросами предприятия N в количестве не более 200 мг/м2 не изменяет азотный режим почв, а количество тяжелых металлов не вызывает явного угнетения микробиологической деятельности и не отражается на процессах трансформации органических азотсодержащих соединений (Федорец, Бахмет, 2003). По мере приближения к предприятию, начиная с 5 (ЮЗ) и 9 (СВ) км, в лесных подстилках возрастает общее содержание S до 0,25-0,30% (Федорец, 2001а). Ряд приоритетных загрязнителей имеет следующий вид: Fe>Ni>Cr>Mn>Pb>Co. Наиболее высокая степень концентрирования в лесных подстилках характерна для Fe. В радиусе 0,5 км вокруг предприятия его количество превысило фон в 10 раз, затем в юго-западном направлении интенсивность его накопления плавно падает, в то время как на северо-востоке остается очень высокой – вокруг хвостохранилища. Количество Ni превышает региональное фоновое значение для Калевальского района (15 мг/кг) на расстоянии 5 км вокруг карьеров, промплощадки, хвостохранилища, медианное значение на изучаемой территории составляет 80 мг/кг. Повышенное накопление Co отмечается на расстоянии 2 км на юго-запад и до 0,5 км на северо-восток, а Cr – до 2 км на юго-запад и до 0,5 км на северо-восток. По содержанию элементов первого класса опасности изучаемая территория имеет минимальный уровень загрязнения.

Особенности селитебного ландшафта зависят от промышленной специализации населенного пункта. На территории исследования выделены три селитебных ландшафта – г. Костомукша, пос. Контокки и пос. Заречный. В г. Костомукша отсутствуют крупные промышленные предприятия. ТЭЦ города и предприятия ОАО «Карельский окатыш» расположена на промплощадке. Состав золы углей ТЭЦ представлен широкой ассоциацией элементов (более 30) – Pb, Mo, Sb, Ge, Zn, As, Cd, Se и др. Пылевые выбросы, образующиеся при сжигании угля, также характеризуются широким набором элементов с высоким уровнем концентрации. Район г. Костомукша и прилегающие к нему территории относятся к районам со слабой степенью загрязнения почв (Опекунова, 2000ф). В селитебной зоне г. Костомукша в донных отложениях выявлены следующие элементы с высокими коэффициентами концентрации: Ag, Mn, Cu, Sn, P, Ba, Pb.

3. Динамика геохимических изменений в компонентах окружающей среды Костомукшского района в период с 1992-2008 гг. незначительна (фиксируется по Fe, Ni, Cr, Mn, Co, Pb, V), определяется характером и интенсивностью техногенного воздействия и ландшафтно-геохимическими условиями (поглотительной способностью почв, геохимическими барьерами), влияющими на миграцию и накопление элементов.

Территория Костомукшского заповедника и г. Костомукша созданы с учетом розы ветров, и удалены от промышленных объектов на 13-15 км и 30 км соответственно. На первом этапе исследований (Лазарева и др., 1992), проводимом в районе Костомукшского ГОКа, было выявлено, что через 5 лет работы комбината вокруг него сформировалась зона запыления почвы до 10 км и зона загрязнения газовыми и аэрозольными составляющими выбросов до 20-50 км (Литинский, 1996а). Исследование накопления S в лесных подстилках показало превышение ее фоновых показателей в 2 раза. Через 6 лет установлено снижение ее содержания до уровня фоновых (0,11%). (Интегрированный…, 1998), что объясняется падением производства, имевшим место в середине 90-х гг. В 2001 г. предприятие сократило выбросы SO2 с 68 тыс.т в год до 30 тыс.т. Это связано с выполнением резолюции международных совещаний в Женеве (1979 г.) и Осло (1994 г.), результатом чего стало приобретение установки для экономичного сжигания мазута канадской фирмы «Металл 7», смонтированной на обжиговых машинах.

На рисунке представлена карта суммарных коэффициентов (Zc) концентрации в 2008 гг. и формулы ассоциаций элементов загрязнителей. В 1990 г. исследователи выделили следующий ряд приоритетных загрязнителей изучаемой территории: Fe>Ni>Cr>Co>Zn>Cd>Pb>Cu>Sr>Mn (Лазарева и др., 1992). В 2001 г. - Fe>Cr>Co>Ni>Cu>Cd>Mn>Pb>Zn (Федорец, 2001а). В результате нашего исследования элементы располагаются в следующем порядке: Fe>Ni>Cr>Mn>Pb>Co. С 1990 г. по настоящее время остаются главными загрязнителями территории Fe>Ni>Cr. С 1993 в гумусовом горизонте почвы увеличились содержания Fe, Cr, Ni, Mn, Cu и Zn. Характер формирования и состав загрязнения определяются барьерными свойствами почв. Исходя из почвенной характеристики территории, следует ожидать транзитную миграцию тяжелых металлов, сульфатов и других поллютантов на аккумулятивных ландшафтах, поскольку иллювиально-железистые подзолы характеризуются низким содержанием сорбентов - пылеватых и илистых частиц, от которых зависит накопление влаги и подвижных форм элементов (Zn, Сu, V, Со, Sr, Pb, Cr, Hg, As, Ag). Миграция химических элементов в элювиальной почве состоит из двух противоположных процессов - биогенной аккумуляции и выщелачивания. На биогеохимическом барьере осаждаются: Zn, Cu, Pb, V, Mo, Co и Mn. В иллювиальном горизонте формируется окислительный геохимический барьер, для которого характерна концентрация Fe, Mn и Со. Песчаные почвы обладают хорошей водопроницаемостью и низкой водоудерживающей способностью. Каменистость почв и расчлененный рельеф местности обеспечивает хороший дренаж почвенно-грунтовой толщи. Преобладание лесов на территории исследования определяет их противодефляционную роль и повышенный речной подземный сток.

В пылевых эмиссиях предприятия среди тяжелых металлов преобладает Fe. Вокруг промплощадки, хвостохранилища регистрируется зона радиусом 5 км с повышенными содержаниями в гумусовом горизонте и мхах, вытянутая на ЮВ от промплощадки. В настоящее время медиана содержаний Fe в эпифитных лишайниках на изучаемой территории составляет 700 мг/кг, что соответствует уровню среднего содержания в Костомукшском заповеднике (664 мг/кг), но превышает фоновые концентрации по Карелии (500 мг/кг). Медиана содержаний Fe во мхах (4196 мг/кг) значительно превышает фоновых значения по Карелии (200 мг/кг). Медиана содержаний Fe в гумусовом горизонте почв (5 595 мг/кг) значительно превышает среднее содержание в почвах Костомукшского заповедника (150,77 мг/кг). Содержание Fe в подзолистых почвах Карелии изменяется в широких пределах до 1,5–2%. С глубиной накопление Fe в профиле возрастает в иллювиальном горизонте.

Медианы содержаний Ni в эпифитах Костомукши равно 5,26, в ягеле – 14,50, во мхах – 35,25 мг/кг. Для сравнения: медиана содержаний Ni во мхах Кольского полуострова составляет 5,39 мг/кг. Содержание Ni в почвах Карелии варьирует в широких пределах (5-500), в среднем составляя 40 мг/кг. Региональный фон Калевальского района равен 15 мг/кг. Согласно данным мониторинга 2000 года медиана содержаний Ni в почвах равна 22 мг/кг, по данным 2008 г. - 80 мг/кг. При этом медиана содержаний Ni убывает от 80 в гумусовом горизонте до 8 – в элювиальном и составляет 15 мг/кг – в иллювиальном. Важно, что проявления и пункты минерализации Ni на изучаемой территории не выделяются. Область повышенных содержаний Ni в гумусовой почве располагается южнее промплощадки.

В 2000 году медиана содержаний Cr в гумусовом горизонте на исследуемой территории равнялась 29,2 мг/кг, в настоящее время она составляет 65,8, что превышает среднее содержание Cr в почвах заповедника 15,39 мг/кг. Во мхах медиана содержаний Cr равна 15 мг/кг. Медиана содержаний Cu в эпифитах составляет – 2, в ягеле – 5, во мхах – 8 мг/кг. В пробах, отобранных рядом с предприятием, отмечаются концентрации Cu во мхах равные 20-25 мг/кг. Для сравнения: содержание Cu в лишайниках Финляндии варьирует от 2,7 до 10,1 мг/кг в зависимости от вида и местообитания, во мхах - до 14 мг/кг. Фоновое содержание Cu для биоматериалов Карелии достигает 5 мг/кг. Среднее содержание Cu в почвах заповедника равно 4,12 мг/кг. На исследуемой территории медиана Cu в почвах составляет 10 мг/кг.

В обследованной почве содержание Mn колеблется в подстилках в пределах 248-353 мг/кг, наибольшее количество накапливается на ближайших к комбинату площадках. Медианное значение Mn равно 194 мг/кг, что ниже регионального фона для почв Калевальского района (200-550 мг/кг). Мхи сильнее аккумулируют Mn, медиана содержаний этого элемента составляет 387 мг/кг.

Медиана содержаний Pb в эпифитах Костомукши - 1,5, в ягеле – 2,5, во мхах – 4 мг/кг. Вокруг промплощадки фиксируется положительная аномалия Pb во мхах с концентрациями до 20 мг/кг. Содержание Pb в лишайниках Финляндии варьирует в пределах 2,7-22, во мхах – до 24 мг/кг. В исследуемых почвах медиана содержаний Pb равна 15 мг/кг, что ниже регионального фона Калевальского района (17 мг/кг). Медиана содержаний Zn равна в эпифитах и ягеле Костомукши 12, во мхах – 30 мг/кг. Вокруг промплощадки фиксируется во мхах положительная аномалия Zn до 55 мг/кг. Для сопредельных территорий Финляндии содержание Zn в лишайниках изменяется в пределах 16-92, во мхах – до 78 мг/кг. Медиана содержаний Zn в почвах равна 25 мг/кг, в пределах колебания фоновых содержаний в почвах Карелии – 10-200 мг/кг.

Изучаемая территория имеет минимальное загрязнение элементами первого класса опасности. Максимальные обнаруженные содержания Cd в лишайниках Костомукши для эпифитов равны 0,082, ягеля – 0,12, мха – 0,27 мг/кг. В Финляндии соответственно содержание Cd в лишайниках равно 0,21-0,7, во мхах до 0,88 мг/кг. В подстилках медианное содержание Cd равно 0,28, As – 1,28 мг/кг. Максимальная концентрация Tl в почвах низкая (0,3 мг/кг). Содержания Hg в почвах и донных осадках низкие, не превышают ПДК. Территория, подвергающаяся наибольшему загрязнению тяжелыми металлами, располагается в пределах радиуса 10 км вокруг горнопромышленных объектов. Данный радиус наибольшего воздействия на окружающую среду вокруг промплощадки с течением времени не изменился. Используя карту суммарного загрязнения и станции нашего мониторинга, можно создать регулярную сеть долгосрочного локального мониторинга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.