ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 5880
Скачиваний: 9
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
180
диапазоне от 0,05 до 0,6. Минимальные значения были определены в темно-серой среднемощной почве и
аллювиальной дерновой, а максимальные - в органогенных горизонтах болотной торфяной верховой почвы.
Внесение УВК РТ не оказало достоверного влияния практически на все исследованные почвы за
исключением горизонта Оч болотной торфяной верховой почвы, где данный показатель возрос почти в 2 раза.
Расчет величины потенциальной буферной способности калия в фоновых почвах колеблется от 0,8 до
6,25. Минимальные и максимальные значения отмечены для двух горизонтов болотной торфяной верховой
почвы Оч и Т, соответственно. Для органоминеральных горизонтов величина потенциальной буферной
способности калия находится в диапазоне от 1 до 2,5.
Обработка почвы УВК РТ привела к подавлению протекания процессов ионного обмена и снижению
потенциальной буферной способности калия в 1,2-2,1 раза. Единственная почва, которая не отреагировала на
поступление УВК РТ – серая лесная (Алтай).
Уменьшение буферной способности почв, по-видимому, связано с блокадой обменных центров
неполярными компонентами углеводородного ракетного топлива.
Проведенный анализ полученной величины калийного потенциала (∆
G
) во всех исследованных фоновых
почвах выявляет колебания от 839
кал
до 4025
кал
и, учитывая этот разброс значений, можно разделить почвы
по обеспеченности калием на 3 группы (табл. 1).
Первая группа - почвы с недостаточной обеспеченностью калием, для которых характерны максимальные
значения ∆
G
более 3000
кал
. К этой группе относятся: аллювиальная дерновая карбонатная почва, темно-
серая среднемощная почва (Алтай) и малогумусный чернозем (Алтай) (табл. 1).
Болотная торфяная верховая (гор. Оч)
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
AR
∆К
Болотная торфяная верховая (гор. Т)
-2,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
AR
∆К
Аллювиальная дерновая карбонатная
-0,50
-0,30
-0,10
0,10
0,30
0,50
0,70
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
AR
∆К
Рис. 1. Диаграммы для определения потенциальной буферной способности калия в фоновых почвах и почвах
после обработки УВК РТ.
Вторая группа почв с оптимальной обеспеченностью калием и величиной калийного потенциала
в диапазоне 3000-2000
кал
. В этой группе находятся бурая пустынно-степная почва (Казахстан), дерново-
подзолистая почва (Западная Сибирь), песчаная пустынная почва (Казахстан).
Третья группа объединяет почвы, в которых доступный калий присутствует в избытке, и имеют
Доклады Всероссийской научной конференции
181
величину ∆
G
- менее 2000
кал
. Почвы этой группы представлены болотной торфяной верховой (горизонты Оч
и Т) (Западная Сибирь), бурой лесной, серой лесной и
горно-тундровой (Алтай). Для этих почв характерно повышенное содержание органического углерода и
легкий гранулометрический состав, что, по-видимому, обеспечивает высокую доступность калия для растений.
Загрязнение почв УВК РТ вызывает неоднозначное влияние на величину калийного потенциала. Так,
прослеживается снижение калийного потенциала на 729
кал
в болотной торфяной верховой (Оч) почве, на 280
кал
– в аллювиальной дерновой карбонатной, на 133
кал
– в болотной торфяной верховой (Т), на 94
кал
– в
темно-серой среднемощной, на 54
кал
– в черноземе малогумусном). Почва, для которой внесение УВК РТ не
оказало влияния на величину калийного потенциала – песчаная пустынная (Казахстан).
Для большей части почв калийный потенциал увеличивается на 102-363
кал
. Объяснить такое явление
можно легким гранулометрическим составом этой почвы и практическим отсутствием в ней органического
вещества (содержание органического углерода менее 0,1%).
Литература
1. Горшкова Е.И., Массуд А.Р. Потенциальная буферная способность по отношению к калию почв
зонально-генетического ряда. Агрохимия. 1984. № 10. С. 86–922.
2. Канунникова Н.А., Ковриго В.П., Дзюин Г.П. Исследование ионообменного равновесия калия в
дерново-подзолистых почвах Удмуртии. Почвоведение. 1980. № 6. С. 104–111.
3. Соколова Т.А., Куйбышева И.П. Калийный потенциал и потенциальная буферная способность серых
лесных почв по отношению к калию. Почвоведение. 1988. № 3. С. 40–52.
4. Шаймухаметов М.Ш., Никитина Л.В., Бабарина Э.А., Князева Н.В. Обменный калий и калийный
потенциал как показатели обеспеченности дерново-подзолистых почв обменным калием.
Почвоведение. 1991. № 7. С. 78–86.
УДК 631
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АЭРОЗОЛЕЙ ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ В
ВЫСОКОГОРНЫХ И ОСТРОВНЫХ ЛАНДШАФТАХ
Т.М. Кудерина
Институт географии РАН, Москва, e-mail: tmkud@yandex.ru
Важным аспектом изучения геохимических особенностей ландшафтов является определение
атмогеохимического потока вещества. Аэрозоли выступают как индикаторы результирующего взаимодействия
приземной атмосферы с подстилающей поверхностью.
Геохимическое состояние компонентов ландшафтных систем – почв и геологических пород,
поверхностных и грунтовых вод, растительности – определяет свойства формирующегося над этим районом
аэрозоля. При перемещении воздушных масс происходит обмен веществом в верхних ярусах ландшафтно-
геохимических систем. Особенно ярко это взаимодействие проявляется в ландшафтно-геохимических аренах
(ЛГА) средних широт с участием высокогорий и окружающих аридных равнин.
Геохимическое исследование приземного аэрозоля с учетом всех компонентов ландшафта легло в
основу нашего эксперимента. Для этого был создан полевой аэрозольный аспирационный пробоотборник при
сотрудничестве с НИФХИ им. Л.Я. Карпова. Отличие этого прибора от аналогов – длительная автономность
работы в фоновых условиях.
В качестве ключевых участков исследования были выбраны фоновые ландшафты в высокогорных
районах Северного Кавказа, Алтая, а также островные экосистемы высоких широт. Высокогорные ландшафты
выступают как своеобразные геохимические фильтры, находящиеся выше деятельного слоя, которые могут
отражать обратный аэральный поток вещества в ЛГА с окружающих аридных равнин, сравнимый с прямым,
объединяющим речной, подземный и твердый сток с гор.
Для характеристики изучаемых ландшафтов измерялись текущие наземные метеопараметры,
проводилось описание и отбор проб всех компонентов ландшафта с последующим определением механического
состава, влажности, химического состава почв и воды, видового состава и химизма растительности. Также
использовались результаты построения обратных траекторий воздушных масс за исследуемый период.
Определение содержания тонкодисперсного аэрозоля в высокогорных ландшафтах основывалось на
методике ландшафтно-геохимических исследований [1, 2]. Точки наблюдения закладывались на автономных
позициях ключевых территорий, на наветренных склонах на высоте 1500-2500 м над уровнем моря.
Химический состав аэрозоля и почв определялся методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-
связанной плазмой (ICP-
AES
).
При анализе химического состава атмосферного аэрозоля при западном переносе в фоновых
высокогорных ландшафтах Северного Кавказа и Алтая выявлены элементы глобального, регионального и
локального значения [3] .
В атмосферном аэрозоле выше пограничного слоя на Кавказе присутствует большое количество
солей (Na, S), вероятно, морского происхождения. Приземная атмосфера Кавминвод (г. Большое Седло),
характеризующая деятельный слой с интенсивным антропогенным участием, обогащена многими элементами.
По мере продвижения воздушных масс на восток к Алтаю происходит обогащение терригенными элементами
(
Al
,
Si
,
Li
). Элементы регионального значения, в том числе и тяжелые металлы, могут выступать индикаторами
техногенного влияния окружающих промышленных областей на высокогорья Кавказа и Алтая.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
182
Для ландшафтно-геохимического мониторинга рассчитаны коэффициенты аэрозольной концентрации
[4], равные отношению содержания элемента в аэрозоле к содержанию в земной коре.
Таблица 1
Содержание элементов в аэрозоле воздуха на Северном Кавказе и Алтае, (%)
Элемент
КАВКАЗ
АЛТАЙ
Джуга
Большое
Седло
Шатжатмаз
Элементы глобального значения
Al
3,662
14,812
4,159
12,459
Si
9,182
28,268
0,956
20,055
S
41,409
13,167
40,238
12,459
Li
0,010
0,013
0,012
20,055
Na
38,825
8,051
48,080
6,878
Mg
1,098
3,491
4,219
K
5,344
0,134
5,568
Rb
0,033
Sr
0,075
0,141
Cs
0,001
0,002
Ba
0,135
0,148
0,027
0,259
Са
3,836
24,233
4,080
18,540
Элементы регионального и локального значения
Se
0,024
Sb
0,002
0,003
Sc
0,067
Fe
0,842
6,216
Co
0,006
Ni
0,146
Cu
1,715
0,640
2,179
0,712
Zn
0,212
Y
0,009
Zr
0,037
0,017
Cd
0,003
0,001
Hg
0,015
0,003
Pb
0,015
0,022
0,291
Sn
0,019
0,135
0,038
Таблица 2
Интенсивность аккумуляции элементов в атмосферном аэрозоле
Место наблюдения
Ассоциации накапливающихся элементов (
Ka
>1)
100n
10n
n
Западный Кавказ, г. Джуга
Hg
,
S
,Cu,Cd
Na
Pb,
Li
,
Ba
,Ca
Кавминводы, г.Большое Седло
S
,Cu
Cd,B,Pb
Ca,
Li
,Na,
Ba
,
K
,
Mg
,
Al
,
Ti
,Cs
Приэльбрусье, г.Шатжатмаз
S
,Cu
Na
Li
,Ca
Алтай, запад Катунского хребта
Se
,
S
,
Hg
,Pb,
Sn
,Cu
Sc
,Sb,Yb,
Zn
,Ni
Ca,Cs,
Li
,
Sr
,
Ba
,Co,Y,Na,
Mg
,
K
,Rb,
Al
,
La
,Fe,Zr
Алтай, г.Белуха
Se,S,Ag
Cd,
Sn
,
Zn
,
Hg
,Pb,Sb,
W
,
Sc
Yb,Ga,Ni,Ba,Zr,Ca
Алтай, север Катунского хребта
Hg
S,Li
Анализ химического состава тонкодисперсного аэрозоля при перемещении воздушных масс с равнин
Евразии на изучаемые горные системы показывает, что главным элементом глобального значения является
сера, кларки аэрозольной концентрации (Ка) которой на Алтае достигают 470-740, а на Кавказе – 480-830.
Доклады Всероссийской научной конференции
183
Индикаторные элементы регионального и локального значения на Алтае – селен и сурьма, а на Кавказе – медь.
Типичным литогенным элементом для горных ландшафтов является литий: Ка на Алтае 6-7, на Кавказе – 4-5.
В горных аэрозолях наблюдаются высокие концентрации тяжелых металлов, происхождение которых требует
дополнительного изучения. Существует несколько вероятных путей поступления этих элементов в горные
ландшафты – выветривание горных пород, наличие мощных горно-обогатительных комбинатов и дальний перенос.
В табл. 3 представлены результаты геохимических исследований основных компонентов берегового
ландшафта – морская вода, поверхностный водоток, типичная растительность (мятлик арктический и ложечная
трава), поверхностные горизонты почвы и атмосферные аэрозоли Западного Шпицбергена [5].
В выветриваемых поверхностных горизонтах почв отмечаются повышенные концентрации литогенных
элементов (Li, Al) и тяжелых металлов (
Zn
, Cd,
Mo
). Сосудистая растительность обладает способностью к
безбарьерному избирательному накоплению элементов. При этом происходит биогеохимическое накопление
элементов, находящихся в этих ландшафтах в рассеянном состоянии.
Огромное количество растворенного вещества выносится с поверхностным стоком, в котором важную
роль играет повышенное содержание металлов как литогенного (Li, Ti), так и антропогенного (Sr, Ni)
происхождения.
Таблица 3
Содержание химических элементов в компонентах элементарных геохимических ландшафтов
(Шпицбереген)
Компонент
ландшафта
Коэффициенты концентрации (Кк)
Более 100
100-50
50-10
Менее 10
Морская вода
Mg, K, Ti,
Se
Rb, Sr
Li,Ca,Fe,Co,Ni
Na, Cr, Cd
Ручей
Ni, Se
Li, Sr,Ti,Mn,Co
Na,Mg,Ca,Rb,Cr,Fe
Poa arctica
Ag
Ti
Li,Na,Mg,Al,K,Rb,Sr,Cr,Mn, Fe
Co,Zn,Ga,As,Br,Se,Cd,U
Oxyria digyna
Na,Al,Ti,Ga,As,Br,Ag,Cd,U
Li,Mg,K,Rb,Sr,Cr,Mn,Fe Co,Zn,
Se
Почвы (А1)
Se
Li,Mn,Zn,U,Al,Mo,Cd
Аэрозоль
Se,Ag,Cd,
Zn
Li,Co,Cu,Ni
Mg,Al,K,Rb,Ti
На аэрозоль в приземном слое воздуха влияет и море, и подверженные интенсивному выветриванию
горные породы. При западном переносе повышенные Кк характерны для таких элементов как Se, Zn
и Al. При северо-восточном – при прохождении через территорию архипелага Шпицберген – наблюдается
обогащение терригенными элементами и тяжелыми металлами. Вклад атмосферной составляющей в береговые
ландшафты острова состоит в местном перераспределении элементов между элементарными ландшафтами и
в привносе новых, которые не типичны для геологических пород острова.
Особо хочется отметить высокие концентрации Se во всех компонентах ландшафта. Видимо, основным
источником атмосферного обогащения является угольная пыль и кислые почвы района [1].
Таким образом, в условиях современного изменения состояния окружающей среды изучение
геохимических особенностей аэрозолей в приземной атмосфере позволяет определить условия их формирования
в ландшафтах, пути миграции и влияния на сопредельные территории. Полученные данные свидетельствуют о
том, что высокогорные и островные ландшафты, имеющие четкие взаимосвязи в ландшафтно-геохимических
системах,
являются хорошей природной лабораторией для
проведения исследований региональных и
глобальных атмогеохимических потоков.
Литература
1. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Географический факультет
МГУ. 2007. 350 с.
2. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000., 1999. 768 с.
3. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник. В 6 кн. Под ред. Э.К. Буренкова. М.:
Недра. 1994.
4. Авессаломова И.А. Геохимические показатели при изучении ландшафтов. М.: Изд-во Моск. ун-та.
1987. 108 с.
5. Кудерина Т.М., Тертицкий Г.М. Влияние колоний морских птиц на ландшафтно-геохимическое
состояние береговых экосистем (о.Западный Шпицберген). Изменение окружающей среды и
климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы. Т3.Ч.2 М.: ИГРАН, ИФЗРАН,
2008. С.251-257.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
184
УДК 504.4.054:058
ДИНАМИКА ЕСТЕСТВЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
В АКВАЛЬНЫХ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСАХ И ОЦЕНКА ИХ СПОСОБНОСТИ К
САМООЧИЩЕНИЮ
А.Н. Кузнецов
Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, e-mail: andreikuz@mail.ru
Нефть и нефтепродукты относятся к числу приоритетных загрязняющих веществ. В наибольшей
степени их воздействию подвержены водные объекты суши, прибрежные морские акватории и побережья.
Эксплуатация нефтяных месторождений шельфа, деятельность портовых терминалов, высокая интенсивность
циркуляции судов являются источниками хронического загрязнения и создают риск возникновения аварийных
ситуаций, которые уже неоднократно порождали экологические катастрофы локального и даже регионального
уровня. Ярким тому примером является крупная авария на нефтедобывающей платформе Deepwater Horizon
в Мексиканском заливе (апрель 2010 г.). Поэтому изучение процессов естественной трансформации нефти и
нефтепродуктов и оценка способности водных объектов и побережий к самоочищению представляют важную
научную задачу.
Проблема оценки устойчивости природных комплексов к нефтяному загрязнению и их классификации
на этой основе впервые нашла отражение в работах американских геоморфологов E.R. Gundlach и M.O.
Hayes [1] применительно к литорали. Ими был разработан т.н. индекс чувствительности среды (ESI),
предполагающий ранжирование различных участков побережья в зависимости от способности слагающих их
горных пород и пляжей сорбировать и удерживать нефть, создавать условия для ее захоронения. Из российских
разработок следует отметить цикл публикаций группы исследователей Московского государственного
университета во главе с М.А. Глазовской. В частности, в статье В.В. Батояна [2] «Принципы районирования
территории СССР по устойчивости поверхностных вод к загрязнению при нефтедобыче» автором выделяются
три группы факторов, оказывающих влияние на трансформацию нефти в водной среде: климатические,
гидродинамические и гидрохимические, а для их учета при районировании поверхностных вод суши
предлагается использовать сумму активных температур, годовой слой стока и окисляемость воды. Интересный
подход к оценке уязвимости побережий предложил французский географ
P
. Fattal [3]. В его интегральном
индексе учитываются как природные (гидрометеорологические, геоморфологические, биологические), так и
социально-экономические факторы (плотность, мобильность и удаленность от береговой линии хозяйственных
объектов и инфраструктуры, надежность и эффективность системы предотвращения загрязнения и борьбы с
его последствиями). В научной литературе можно найти и другие методы и подходы оценки и районирования
водных объектов и побережий по их устойчивости (уязвимости) к нефтяному загрязнению. В основном,
они сводятся к балльной градации критериев оценки одного или нескольких факторов, влияние которых
априори принимается равнозначным, либо вводятся условные весовые коэффициенты, не подтвержденные
результатами натурных наблюдений.
В настоящей работе рассматриваются результаты многолетних натурных наблюдений автора за
изменением уровня и компонентного состава нефтяного загрязнения в районах аварийных разливов, на этой
основе предпринимается попытка ранжировать природные факторы по степени их влияния на данный процесс
и разработать метод количественной оценки способности аквальных природных комплексов к самоочищению.
Исследования выполнялись на малых водотоках бассейна Нижнего Дона, атлантическом побережье
Франции и в Керченском проливе [4, 5]. На водотоках бассейна Нижнего Дона (р. Крепкая и ее притоки,
р. Тузлов), загрязненных в результате двух разрывов магистрального нефтепровода Лисичанск – Тихорецк
(октябрь 1993 г., апрель 1996 г.), наблюдения охватывали период 1993–2004 гг. На западном побережье Франции
(департаменты Атлантическая Луара и Вандея), пострадавшем в результате крушений танкеров «Эрика»
(декабрь 1999 г.) и «Престиж» (ноябрь 2002 г.), мониторинг проводился совместно с учеными из Института
географии и регионального обустройства Университета Нанта в период 1999–2009 гг. В Керченском проливе,
где в ноябре 2007 г. в результате крушения танкера «Волгонефть-139» произошел разлив мазута, исследования
начаты в 2007 г. и в настоящее время продолжаются. Выполненные работы включали визуальную оценку
уровня нефтяного загрязнения береговой зоны, опробование воды, колонок береговых и донных отложений,
сбор образцов нефтяных агрегатов. Анализ проб выполнялся с использованием колоночной и тонкослойной
хроматографии, оптических и гравиметрических методов, позволяющих раздельно определять суммарное
содержание алифатических, нафтеновых, моно- и диароматических углеводородов (УВ), полициклических
ароматических углеводородов (ПАУ) и смолистых компонентов – смол и асфальтенов (СК), а также выявлять
присутствие углеводородов современного биологического происхождения.
По результатам исследований установлено, что в депонирующих средах водных объектов (донные
и береговые отложения, кристаллические горные породы) с течением времени вследствие естественной
трансформации происходит закономерное снижение как общего уровня загрязнения, так и соотношения
между лабильной (углеводородной) и консервативной (смолисто-асфальтеновой) фракциями (УВ/СК). При
этом доля ПАУ, по структуре и свойствам занимающих промежуточное положение между углеводородами и
смолистыми веществами, длительное время сохраняется на исходном уровне.
Изменение соотношения УВ/СК хорошо аппроксимируется убывающей экспоненциальной кривой (рис.
1). Это дает возможность использовать для описания скорости процесса такой показатель, как полупериод
трансформации (
T
1/2
). В рассмотренных случаях его значения варьировали от одного года до 35 лет.
Наибольшей скоростью самоочищения характеризовались скалистые побережья, песчано-гравийные пляжи