География и геология/6. Природопользование и экологический мониторинг

Канд.техн.наук Полєвич О.В.¹, канд. хім. наук Бочаров В.О.², Шперер О.В.¹

¹Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

²¹Національний науковий центр «Харківський Фізико-Технічний інститут»

Вплив геохімічних бар’єрів на процеси міграції важких токсичних металів у ґрунтовому покритті.

У зв’язку з різким підвищенням антропогенної діяльності велика кількість хімічних елементів надходить до ґрунтового покриття в концентраціях, не характерних для кларкового складу верхнього шару земної кори. Одним з найбільш несприятливих факторів, що руйнують природну рівновагу функціонування як окремих компонентів екосистеми, так і екосистеми в цілому, є надходження до ґрунтового покриття важких металів, їх накопичення та розповсюдження. На теперішній час найбільш шкідливими забруднювачами ґрунтового покриття і, як наслідок, решти природних систем, є такі інгредієнти викидів та скидів промислових підприємств, як Co, Cr, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg тощо. Розподіл цих елементів дуже часто є нерівномірним навіть у межах однієї з частин певного ландшафту. Виникають ділянки, на яких стає небезпечним вирощувати сільськогосподарські культури, і навіть такі, в межах котрих стає небезпечним взагалі знаходитися.

За результатами досліджень останніх років звертає до себе увагу той факт, що поблизу практично ідентичних підприємств при схожих ландшафтно-геохімічних умовах у одних випадках виникають ділянки з підвищеною небезпечною концентрацією важких металів, а в інших випадках таких аномальних явищ не спостерігається. Без залучення уявлень про геохімічні бар’єри з’ясувати цей факт, а тим більш передбачити виникнення ділянок з аномально високим вмістом важких металів, утворюючих небезпечні для життєдіяльності зони, впровадити заходи для їх ліквідації або запобігти їх утворенню неможливо. Окрім того, їх неможливо своєчасно та швидко визначити без спеціальних геохімічних досліджень.

Дослідженням в галузі екологічної хімії з позицій учення про геохімічні бар’єри присвячено досить велику кількість робіт. Основу учення про геохімічні бар’єри та первинну систематизацію геохімічних бар’єрів було закладено ще А. Перельманом у середині минулого сторіччя. Роль геохімічних бар’єрів була також показана для прогнозу антропогенних еколого-геохімічних змінень у біосфері та в моніторингових дослідженнях (Воробйов, 1999; Касимов, 1999; Куриленко, 1999). Встановлено, що у період переходу біосфери в ноосферу кількість геохімічних бар’єрів істотно зростає, і при цьому виникають нові техногенні бар’єри, які не мають природних аналогів (Алексеєнко, 2000). Намітилась тенденція використання геохімічних бар’єрів для захисту оточуючого середовища (Алексеєнко, 2003). У теперішній час дослідження у цьому напрямі ведуться в Інституті геології ОІГГМ РАН, в Горному інституті УрО РАН, Інституті геохімії НАНУ та ін.

Незважаючи на велику кількість досліджень в галузі уявлень про геохімічні бар’єри, не дуже багато робіт стосуються безпосередніх вимірювань кількісних характеристик бар’єрів, хоча і робляться декларативні заяви про необхідність їх геохімічних досліджень.

Охорона ґрунтів, їх раціональне використання мають одне з найбільш пріоритетних значень для забезпечення сталого економічного і соціального розвитку держави.

Суттєвим чинником забруднення ґрунтового покриття є істотне підвищення вмісту в ґрунті важких токсичних металів внаслідок техногенної діяльності людства. Техногенне надходження важких металів до ґрунту та закріплення їх у ґрунтовому профілі не є рівномірним. Нерівномірність, контрастність і взагалі розподілення важких металів по поверхні ґрунту залежить від особливостей джерел забруднення, метеорологічних особливостей регіону, геохімічних факторів та ландшафтної обстановки в цілому.

Під час техногенної міграції важких металів в геосистемах утворюються локальні геохімічні аномалії концентрацій металів та їх сполук за рахунок процесів сорбції, осадження та соосадження. Основою оцінки забруднення ґрунтів важкими металами є кількісна характеристика їх елементного складу.

При цьому важливим предметом дослідження є вивчення геохімічних процесів, що лежать в основі розвитку та формування техногенних геохімічних бар’єрів. Аналіз розвитку цих процесів у конкретних ландшафтних умовах є необхідним складаючим у комплексі досліджень по розробці методів прогнозування екологічного стану територіальних природно-виробничих комплексів і його впливу на життєдіяльність людини та генетичний фонд живої природи.

Також актуальною є розробка методологічних засобів дослідження просторово-часового розподілення концентрацій важких металів у грунті з метою визначення ролі техногенних геохімічних бар’єрів за такими властивостями:

· виникнення аномальних територіальних зон з підвищеною концентрацією шкідливих елементів, в межах яких стає неможливою та небезпечною господарська діяльність (негативний аспект);

· формування (у тому разі штучне) конкретного геохімічного бар’єру, який служить перешкодою подальшому розповсюдженню техногенних забруднень (важких металів) за рахунок певної локалізації цих забруднень (позитивний аспект).

Слід підкреслити, що актуальність даної проблематики визначається непередбаченим розвитком забруднення ґрунтів територій, значними збитками народного господарства, що вони спричиняють, а також необхідністю постійного оперативного спостереження процесів просторово-часового розповсюдження токсичних елементів в ґрунті конкретних ландшафтів в процесі виробничої діяльності людини. Це досягається методами регулярної оцінки екологічного стану територій, який залежить від вмісту у ґрунті важких токсичних металів.

Суттєвим етапом є розробка методологічних засад отримання оперативної інформації про процеси розвитку та формування аномальних за концентраціями токсичних елементів зон з залученням уявлення про геохімічні бар’єри з визначенням кількісних характеристик техногенних бар’єрів на основі вимірювання концентрацій важких токсичних металів з використанням сучасних високо експресних, наприклад, ядерно-фізичних методів підвищеної точності і метрологічної надійності.

Для цього бажано виконати наступні етапи робіт:

· оцінка територій з виявленням існуючих небезпек у розрізі забруднення важкими металами, а також їх наслідків;

· вибір полігону дослідження формування техногенного бар’єру, або декількох (2-3) поблизу підприємств, виробнича діяльність яких зв’язана з емісією важких токсичних металів та їх сполук;

· обґрунтування методологічних засад та розробка системи методів польових моніторингових досліджень територій;

· проведення експедиційних моніторингових досліджень обраних полігонів з метою визначення кількісних параметрів техногенних бар’єрів, що формуються;

· розробка комплексу методів дослідження техногенних геохімічних бар’єрів з використанням сучасних інформаційних технологій та аналітичних засобів;

· розробка пропозицій щодо можливості нейтралізації джерел емісії важких токсичних металів.

Під час техногенної міграції важких металів в геосистемах утворюються локальні геохімічні аномалії, в мережах яких концентрації окремих елементів перевищують значення, безпечні для життя і здоров’я людей, нормального розвитку біотичних компонентів природного середовища. При оцінці і прогнозуванні змінень безпеки життєдіяльності необхідно ураховувати закономірності концентрації елементів на геохімічних бар’єрах – ділянках, де відбувається різке зменшення інтенсивності їх міграції. Основою оцінки забруднення грунтів важкими металами є кількісна характеристика їх елементного складу.

Досвід роботи стосовно утворення геохімічних бар’єрів свідчить про те, що при дослідженні кожного з таких конкретних об’єктів необхідно проводити дослідження складу і меж забруднення, типізацію природних умов, оцінку ґрунтової товщі як природного геохімічного бар’єру, розробку моделей і методів розрахунку міграції забруднюючих елементів.