ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 5489
Скачиваний: 9
Доклады Всероссийской научной конференции
335
Анализ содержания микроэлементов в течение гидрологического года показал, что явной тенденции
преобладания значений на протяжении какого-либо из гидрологических сезонов не отмечается. Соответственно,
распределение стока микроэлементов определяется внутригодовым распределением жидкого стока. Так,
наибольшая доля стока меди, цинка и никеля на исследуемых постах приходится на фазу весеннего половодья
и составляет 29 – 66%. В летне-осенний период данные значения несколько ниже – 12 – 45%, наименьшие же
показатели наблюдаются в зимнюю межень – 5 – 30%.
Анализ многолетних рядов содержания и стока меди в реках севера Русской равнины позволил все
водотоки объединить в 2 группы.
В первую группу входят рр. Пинега, Вычегда, Кодина, Мезень и др., характеризующиеся повышенным
содержанием и стоком меди в 1980-е гг. Для постов, относящихся к данной группе, характерно уменьшение
концентрации и стока в 1,1 – 5,5 раза при сравнении периодов 1983 – 1991 и 1992 – 2000 гг.
Вторая группа объединяет рр. Онега, Сямжена, Кичменьга, Юг, Верхняя Ерга и др. В воде указанных
рек в 1980-е годы фиксируется рост концентраций и стока меди, которые достигают максимальных значений
в начале – середине 1990-х гг. В результате – средние концентрации и сток меди увеличились в 1,8 – 2,5 раза.
Разнонаправленность многолетних изменений содержания и стока меди на различных постах изучаемого
региона свидетельствует об очевидном воздействии региональных факторов, которые обуславливают усиление
миграции данного элемента.
Следует отметить, что в исследуемом регионе отмечается повсеместное превышение содержания меди
над ПДК для водоёмов рыбохозяйственного назначения - средние концентрации изменяются в интервале 2
– 11,70 ПДК. Относительно высокий уровень содержания меди в воде рек севера Русской равнины связан
с кислым характером почвенного раствора, повышенной концентрацией воднорастворимой меди в почвах,
заболоченностью территории, которые способствуют интенсивному поступлению меди в речные воды.
Соответственно, в данном регионе при оценке качества поверхностных вод целесообразно использовать
побассейновые нормативы, разработанные на основе региональных фоновых гидрохимических показателей.
Анализ содержания и стока цинка выявил, что, начиная с середины 1980-х годов, происходит увеличение
значений, которые к 1991 г. становятся максимальными, после чего наблюдается стабильное снижение
концентраций и стока. В результате при сравнении двух периодов (1983 – 1991 и 1992 – 2000 гг.) выявлено
снижение концентраций и стока цинка в 2,2 – 3,2 раза.
Средние концентрации цинка на большинстве постов соответствуют уровню 0,5 – 2,2 ПДК,
максимальные же изменяются от 0,7 до 6,9 ПДК. Наибольшее превышение ПДК зафиксировано на постах р.
Золотица – д. Верхняя Золотица и р. Вага – д. Глуборецкая, где среднее содержание цинка составляет 2,8 – 3,9
ПДК, а максимальное достигает 5,4 – 7,9 ПДК.
Концентрации и сток никеля характеризуются единичными пиковыми значениями, которые приходятся
на первую половину 1990-х г. Направленных же тенденций многолетних изменений показателей данного
ингредиента не прослеживается. Превышение ПДК никеля не наблюдается.
Отсутствие сильной дифференциации в уровне загрязнения, а также схожесть тенденций многолетних
изменений концентраций и стока исследуемых микроэлементов свидетельствует об общих (единых)
факторах формирования химического состава в данном регионе. Известно, что север Русской равнины
характеризуется отсутствием значительных источников загрязнения окружающей среды. К числу основных
факторов, оказывающих влияние на качественный состав поверхностных вод в данном регионе, относится
трансграничный воздушный перенос загрязняющих веществ. Данный факт подтверждается тем, что наиболее
интенсивные изменения фиксируются в течение весеннего сезона, когда в поверхностные воды поступают
накопленные за зимний период в осадках загрязняющие вещества, в т.ч. и тяжелые металлы.
Основными источниками трансграничного воздушного переноса микроэлементов являются объекты
цветной металлургии Кольского полуострова, предприятия Северо-Западного экономического района,
промышленного центра России, а также стран центральной и Восточной Европы, Поволжья и Предуралья.
Источники регионального загрязнения представлены гг. Архангельск, Северодвинск, Новодвинск, Сыктывкар,
Коряжма и Ухта. На юго-западе, в непосредственной близости от исследуемого нами региона, находится г.
Череповец, входящий в число городов с наиболее высоким валовым выбросом загрязняющих веществ в атмосферу,
что связано с расположением здесь таких промышленных гигантов как ОАО “Северсталь” и АП “Севергазпром”.
УДК 504.054
ОЦЕНКА УЯЗВИМОСТИ ЭКОСИСТЕМ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ РАКЕТ
А.Н. Филаретова
МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, e-mail: allan32@yandex.ru
Ликвидация твердотопливных ракет (РДТТ) производится в результате разоружения или вследствие
истечения срока служебной пригодности преимущественно методом сжигания. Твердое топливо состоит
из трех основных компонентов: полимерного горючего-связующего, окислителя (в основном перхлораты
аммония и калия) и металлической добавки (алюминий). Многочисленные сложные химические реакции
приводят к образованию сильно нагретого облака продуктов сгорания, которое поднимается до высоты 1-2 км,
а затем начинает перемещаться с потоком воздуха. При этом происходит быстрое рассеивание продуктов
сгорания вследствие турбулентной диффузии и гравитационное оседание аэрозоля.
Поскольку основную часть газовой фазы продуктов сгорания твердого топлива составляет хлористый
водород, возможны кислотные атмосферные выпадения, вызывающие подкисление почв и влияющие на
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
336
другие компоненты экосистем. Нештатные ситуации при проведении утилизации РДТТ могут приводить к
попаданию в окружающую среду ионов перхлората.
Объектом проведенных исследований являлись ландшафты в зоне влияния предприятия по
утилизации РДТТ, находящегося в Пушкинском районе Московской области, вблизи города Красноармейск.
Климат территории характеризуется теплым летом, умеренно-холодной зимой с устойчивым снежным
покровом, преобладают ветра западных румбов. В результате хозяйственной деятельности коренные
хвойно-широколиственные леса замещены производными мелколиственно-хвойными и вторичными
мелколиственными лесами, а также с/х угодьями. Почвенный покров представлен в основном дерново-
подзолистыми почвами разной степени окультуренности, формирующимися на покровных суглинках,
подстилаемых мореной или флювиогляциалом московского возраста, и подзолами.
Уровень допустимого воздействия продуктов сгорания твердого топлива на ландшафты был оценен
через критические кислотные нагрузки экосистем изучаемой территории, рассчитанные с помощью простого
балансового метода [1]. Он направлен на определение максимального поступления кислотных компонентов,
не приводящего к долговременным негативным изменениям структуры и функционирования экосистемы.
Ключевым параметром при расчете критических кислотных нагрузок является скорость выветривания
почвенных минералов как единственного источника катионов в почве. Минимальные критические кислотные
нагрузки на исследуемой территории составляют 11 ммоль(+)/м
2
/год и характерны для сосняков на подзолах,
а максимальные – для пахотных почв – 145 ммоль(+)/м
2
/год. Наибольшую площадь (около 335 км
2
– 30%)
занимают экосистемы с критическими нагрузками 69-77 ммоль(+)/ м
2
/год, что соответствует 2,5-3 г HCl/ м
2
/ год.
Поскольку перемещение загрязнителей при сжигании твердого ракетного топлива происходит
атмосферным путем, их выпадение на поверхность может происходить в различных частях рассматриваемой
территории. Зону воздействия загрязняющих веществ при ликвидации РДТТ определяют направление
перемещения и скорость рассеивания облака продуктов сгорания. Оценка направлений ветра в течение года
в районе предприятия по утилизации РДТТ показывает, что наиболее подвержены воздействию кислотных
выпадений территории, расположенные к северу, однако в зависимости от времени года происходит смена
господствующих направлений ветра.
С целью расчета возможного количества кислоты, выпадающего на поверхность на разном удалении от
места сжигания РДТТ и в разных погодных условиях автором была разработана модель перемещения облака
продуктов сгорания с учетом процессов, происходящих в нем. Расчет рассеивания облака продуктов сгорания
производился дискретно с использованием моделей и данных, приведенных в [2], [3] и других источниках.
Процесс подъема облака продуктов сгорания сопровождается изменением температуры и объема самого
облака, а также изменением температуры воздуха и атмосферного давления, и приводит к фазовым переходам
водяного пара и хлористого водорода. В таких условиях возможно гравитационное (термодинамически
обусловленное) выпадение соляной кислоты на поверхность. Впоследствии увеличение размеров облака
может достичь такой степени, что его вертикальный радиус начнет превышать высоту перемещения. При
наличии в облаке HCl в жидком состоянии, она в таком случае оседает на поверхности. В условиях выпадения
осадков возможна адсорбция хлористого водорода в каплях дождя, также приводящая к выпадению соляной
кислоты на поверхность. В рассматриваемой модели учтены все перечисленные варианты попадания кислоты
в поверхностные горизонты почв.
Анализ полученных по модели результатов показал, что термодинамическое выпадение соляной
кислоты происходит только при температурах воздуха ниже +4°С. В условиях высокой влажности воздуха
осаждение
происходит вблизи места утилизации, в основном вследствие конденсации при подъеме облака, а в
условиях низкой влажности – при соприкосновении капель соляной кислоты с поверхностью. Максимальное
количество кислоты при этом выпадает в радиусе 600-800 м от места утилизации. За пределами санитарно-
защитной зоны (СЗЗ) предприятия по утилизации РДТТ кислотные выпадения не превышают критических
нагрузок на экосистемы.
Результаты математического моделирования показали, что подкисление почв вне СЗЗ предприятия
по утилизации РДТТ возможно в условиях импактного воздействия - при выпадении кислоты с дождевыми
осадками в теплый период года, и максимально при скорости ветра 2 м/с и переменной облачности. Величины
критических нагрузок экосистем за пределами СЗЗ по расчетным данным могут быть превышены за одну
утилизацию РДТТ в 2-3 раза.
Расчет допустимого количества утилизаций РДТТ за год в условиях попадания облака продуктов
сгорания в зону дождя на границе СЗЗ предприятия показал, что самыми благоприятными, с экологической
точки зрения, являются ветра юго-западного румба, то есть дующие в направлении СЗЗ предприятия. Наиболее
подверженными риску загрязнения продуктами сгорания ТТ на границе предприятия являются экосистемы,
находящиеся к северу от стендов сжигания. С учетом полученных данных не рекомендуется проводить
утилизацию ракет в теплое время года при южных и юго-восточных ветрах.
Результаты модельного лабораторного эксперимента показали, что изменения химических свойств почв
при воздействии кислотных осадков затрагивают как верхние 5 см почвы, так и нижележащую толщу, однако
интенсивность этих изменений существенно снижается. Оценка динамики изменения свойств почв выявила
снижение кислотности почв и повышение содержания обменных оснований со временем, что свидетельствует
об обратимости процессов подкисления в почвах исследованной территории.
Таким образом, воздействие продуктов сгорания твердого ракетного топлива носит локальный характер,
его интенсивность связана как с процессами рассеяния облака продуктов сгорания, так и со способностью
экосистем противостоять их влиянию.
Доклады Всероссийской научной конференции
337
Литература
1. Кислотные осадки и лесные почвы. – Апатиты, 1999. 320с.
2. РД 03-26-2007. Методические указания по оценке последствий аварийных выбросов опасных
веществ
3. Технические и экологические аспекты ликвидации твердотопливных межконтинентальных
баллистических ракет. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. - 636 с.
УДК 631.47
МАЛОРАЗМЕРНЫЕ ЧАСТИЦЫ РУДНЫХ МИНЕРАЛОВ РЫХЛЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
КАК ИНДИКАТОРЫ СКРЫТЫХ РУД ДРАГОЦЕННЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В
ВЫСОКОГОРНЫХ ОБЛАСТЯХ СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ
Л. Г. Филимонова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва,
e-mail: flg@igem.ru.
Территория Северо-Востока России, принадлежащая к одной из уникальных золото-серебряных
провинций мира, располагается в основном на территориях высокогорных трудно доступных областей крайнего
севера. Значительную их часть составляют поверхности выравнивания, где формирование рыхлых отложений
связано в основном с процессами физического выветривания. Поиски и прогнозирование месторождений
в этих условиях базируется на данных литохимического опробования. Слабая интенсивность химических
процессов в зоне гипергенеза зон холодного климата, высокая обводненность территорий определяют
бедный компонентный состав и низкую контрастность аномальных геохимических полей, построенных на
основе анализа валового состава проб рыхлых отложений [1 и др.]. В ряде случаев интерпретация аномалий
затруднена и требует дополнительных критериев для оценки промышленной значимости прогнозируемых
объектов.
Изучение минерального состава гранулометрических фракций водотоков I и II порядка, дренирующих
горные вершины с промышленными Au-Ag зонами и жилами крупнейшего месторождения Дукат, показало,
что их состав образован не только продуктами процессов физического выветривания, характерными для
грубозернистых отложений. В составе рыхлых отложений, локализованных в отрицательных формах
микрорельефа, в трещинах и полостях магматических пород, существенная роль принадлежит тонким смесям
малоразмерных частиц разнообразных минералов. Подобный материал обычно обогащен наноразмерными
(<0.1 мкм), малоразмерными (0.1– 20 мкм) частицами глинистых минералов, гидроокислов Fe, Mn,
других минералов, способных к самостоятельной миграции. Их формирование связывается с отложением
минералов из рудоносных растворов древних геотермальных систем, а также с переотложением последних
в современных гипергенных процессах. Тонкие минеральные смеси были исследованы в просвечивающем
электронном микроскопе (ПЭМ) JEM-100C, оборудованном рентгеновским энергодисперсионным
спектрометром “Kevex”-5100, позволяющем регистрировать в дифрагирующих частицах химические
элементы от Na до U.
В результате исследований среди малоразмерных минералов тонких фракций рыхлых отложений
были обнаружены колломорфные микроагрегаты из тонких чешуек оксидов марганца и рудных минералов.
Тодорокит [(Ca,
K
,Na,
Mg
,
Ba
,
Mn
)(
Mn
,
Mg
,
Al
)
6
O
12
∙3
H
2
O], кронадит [Pb
+2
(
Mn
+4
,
Mn
+3
)
8
O
16
], литиофорит
[(Al,Li)MnO
2
(ОН)
2
)]
образуют уплощенные частицы размером 10–20 мкм при толщине < 0.1 мкм (рис. 1а).
В их химическом составе обнаружено до 10 мас. % оксидов Pb,
Tl
, Ва,
Zn
, занимающих определенную
позицию в кристаллической структуре минералов.
Ag
,
Zn
, Ce входят в состав наночастиц, срастающихся
с тодорокитом и Fe-вернадитом [(
Mn
+4
,Fe
+3
,Ca,Na)∙
nH
2
O(OH)
2
]. Самородное серебро слагает комковатые
агрегаты глобулярных наночастиц (рис. 1б). Картина микродифракции последних содержит точечно-
кольцевые рефлексы, соответствующие кубической кристаллической структуре самородного серебра (
а
≈ 4.08Å). Расположение рефлексов указывает на различную ориентацию нанокристаллов в агрегатах,
образованных в процессах поздней агрегации. Псевдогексагональные зерна сульфида серебра (акантита)
и волокнистые формы самородного серебра образуют спутанно-волокнистые агрегаты размером
100–150 нм (рис. 1в). ). Платтнерит (PbO
2
)
образует хорошо оформленные призматические кристаллы
размером <20 мкм (рис. 1г). Цинкит (ZnO) слагает дендриты из цепей, образованных глобулярными и
псевдогексагональными зернами (фиг. 1д). Хлопьевидные чешуйки церианита (Ce
2
O
3
) и Fe-вернадита
образуют чрезвычайно плотные совместные агрегаты, не разрушающиеся в процессах диспергирования
препаратов.
Наличие малоразмерных частиц рудных минералов в тонких фракциях рыхлых отложений, развитых
по магматическим породам северных горных территорий, может служить не только признаком скрытых
гидротермальных месторождений. Формы нахождения цветных и драгоценных металлов в малоразмерных
частицах следует относить к эффективным показателям рудно-формационной принадлежности экзогенных
аномалий и их промышленной значимости.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
338
Рис. 1. Избражения микро- и наночастиц [соответственно (а, г, д) и (б,в)] Pb-Tl-Ba содержащего
тодорокита (а), самородного серебра (б), спутнно-волокнистого агрегата (AgS) и серебра самородного
акантита (в), платтнерита (Pb
2
O
) (г), цинкита (ZnO) (д) из рыхлых отложений рудного поля ,
вмещающего уникальное AuAg -полиметаллическое месторождение Дукат. Фото в просвечивающем
электронном микроскопе.
Литература
1. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа. 1988.
324 с.
УДК 910.27
ВЕБ-КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ
Т.С. Хайбрахманов
МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, e-mail: t.s.kh@yandex.ru
Качественное экологическое исследование крупных городских систем не может обойтись без
комплексного изучения ландшафтно-геохимической структуры территории. Как для проведения ландшафтно-
геохимических исследований, так и для интерпретации его результатов необходимо специфическое
картографическое обеспечение, которое призвано обеспечить получение точной и полной пространственной
информации для решения ряда конкретных задач. Во-первых, при проведении полевых исследований
важен выбор оптимального расположения точек отбора проб, поскольку и собственно отбор проб на
местности и особенно химический анализ – крайне затратные операции. Во-вторых, карты должны служить
пространственной основой при выявлении источников загрязнения, особенностей переноса и накопления
загрязняющих веществ внутри кварталов. В-третьих, карты необходимы для установления зависимости
степени загрязнения от ландшафтных особенностей и характера использования территории. Наконец, нужна
карта-основа для геохимических карт.
Картографическое обеспечение может быть представлено в виде картографической базы данных (КБД).
Создание такой базы данных должно опираться на использование аэрокосмических данных не только как
источника для составления карт, но и как средства для их регулярного обновления и повышения оперативности
исследований. Широкий доступ к сети Интернет в пределах крупных городов, а также уверенное развитие
веб-картографии предоставляют значительные возможности для реализации результатов исследований
городских систем в качестве специализированных геосервисов. Поэтому удобным способом представления
картографического обеспечения может служить веб-картографический сервис, базирующийся на технологии
интернет геопорталов. Геопортальные технологии являются на сегодняшний момент одним из наиболее активно
развивающихся направлений геоинформатики, которое позволяет не только визуализировать и проводить
анализ пространственных данных, но и обмениваться ими в рамках открытых коммуникационных сетей [1].
Картографическое обеспечение, представленное в виде базы данных, составлено на территорию
Восточного округа г. Москвы, где уже продолжительное время ведутся ландшафтно-геохимические
исследования [2,3]. Созданная КБД состоит из нескольких блоков: данные дистанционного зондирования;
базовая карта – географическая основа; карты функциональных зон; карты элементов ландшафтной структуры;
геохимические карты; карты выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух; медико-географические
карты; синтетические, в т.ч. оценочные карты.
Картографические данные на территорию ВАО Москвы реализуются в интернет среде на основе
технологии ScanEx Web GeoMixer, которая позволяет комбинировать в одном онлайн проекте различные типы
данных, работать одновременно с растровым и векторным форматом, подключать базы данных и осуществлять
поиск по ним. Такой проект представлен для научной публики в рамках геопортала МГУ (рис. 1).
Доклады Всероссийской научной конференции
339
Подобный веб-сервис имеет ряд преимуществ перед обычным бумажным или даже геоинформационным
представлением данных для ландшафтно-геохимических исследований городских земель.
Во-первых, это широкая доступность сервиса любым пользователям сети Интернет. Такой подход
наиболее актуален для полевых работ на городской территории, где сегодня практически повсеместно можно
получить доступ к беспроводным сетям. Кроме того, геосервис не требователен к ресурсам устройства и может
запускаться даже на экранах мобильных телефонов и планшетных компьютеров. Нет необходимости брать
с собой всю базу данных и компьютер с установленным геоинформационным программным обеспечением,
доступ осуществляется за счет мощностей серверных устройств, где базируется вся информация.
Рис.1. Веб-картографический сервис ВАО г. Москвы
Во-вторых, на портале уже реализованы все необходимые возможности для представления и
использования карт, которые не требуют от пользователей высоких знаний владения ГИС.
В-третьих, послойная структура карт позволяет удобно переключаться между необходимыми данными,
сравнивать их, анализировать совместно с космическими изображениями, получать необходимую комплексную
информацию по нужному участку непосредственно в ходе полевой деятельности на городской территории.
При этом пользователь может тут же вносить изменения в рабочий проект, добавляя новую информацию,
например, о географических характеристиках изучаемого полевого участка, редактируя атрибутивную
таблицу или пользуясь готовыми данными непосредственно в среде Geo-mixer (рис. 2). Также существует
возможность оставлять заметки в виде сообщений, привязанных к точке наблюдений с использованием
фотографических изображений и рисунков. Это удобно, если, например, необходимо сфотографировать
почвенный разрез и загрузить снимок непосредственно на интернет-ресурс, привязав его местоположение на
территории исследования.
Рис.2. Таблица атрибутов для точек опробования сервиса ВАО г. Москвы
В-четвертых, разработчиками планируется широкая интеграция картографического сервиса с
возможностями использования ГИС-анализа, так называемый Web Processing Service (WPS) [4]. Это