ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 21 марта 2008 года
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.09
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Соколова Олеся Владимировна
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Гричук Д. В

6165 Официальные оппоненты
Рыженко Б. Н
Мотузова Г. В

6255
дгмн

4662
дхн
дбн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.

Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников

5778 Таблиц
5760 Иллюстраций

Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
Москва
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета

2151 Полное наименование организации
диссертационный совет Д 501.002.06.
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)
Геологический факультет МГУ
Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации

2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование миграции тяжелых металлов в системе вода  донные отложения в зоне антропогенного воздействия
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Актуальность работы. Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду может привести к необратимым изменениям ее экологического состояния. Изучение последствий химического  
загрязнения активно проводится в течение последних десятилетий во многих странах. В нашей стране эколого‑геохимические исследования были начаты в 80‑х годах Ю.Е.Саетом и развиты  
в работах А.И.Перельмана, М.А.Глазовской, Н.С.Касимова, Е.П.Янина и др. За прошедшие годы накоплен большой фактический материал по экологической геохимии. Однако в настоящее  
время возможности получения принципиально новых результатов путем эмпирического обобщения в значительной степени исчерпаны. Необходимо расширение теоретической базы эколого‑геохимических  
исследований, в первую очередь, за счет привлечения методов физико‑химического анализа, моделирования и прогноза, созданных в смежных областях геохимии.  
 
Исследование закономерностей перераспределения тяжелых металлов (ТМ) между водой и донными отложениями в системах, испытывающих антропогенную нагрузку, представляет большой  
интерес, поскольку при этом может происходить как самоочищение вод, так и их вторичное загрязнение. Термодинамическое моделирование гетерогенных взаимодействий в системе вода  
‑ донные отложения может обеспечить большую достоверность эколого‑геохимических прогнозов.  
 
Применение термодинамического моделирования к исследованию природных процессов требует разработки методов моделирования. В геохимии природных вод широко используются термодинамические  
расчеты состояний элементов в водных растворах (Линник, Набиванец, 1986; Мур и Рамамурти, 1987 и др.), а также расчеты термодинамических равновесий порода‑вода в системах,  
содержащих минералы постоянного состава (Крайнов, Рыженко, 2004 и др.). В то же время число работ по моделированию с учетом сорбционных взаимодействий весьма ограничено. Из  
последних работ выделяются исследования А.Н.Дунаевой, С.А.Пивоварова, E.Tipping, S.Lofts. С другой стороны созданы исчерпывающие теоретические разработки описания сорбционных  
равновесий на различных природных сорбентах (Кокотов, Спозито, Bolt, Веницианов), которые из‑за своей сложности пока не нашли практического применения при термодинамическом  
моделировании систем порода‑вода.  
 
В качестве объектов исследования в работе были выбраны мелкие реки Национального парка (НП) Лосиный остров расположенного на северо‑востоке г.Москвы. Наибольший интерес  
для моделирования представляла река Ичка, испытывающая мощное автотранспортное загрязнение от Московской кольцевой автодороги (МКАД), пересекающей ее водосборный бассейн.  
С полотна МКАД в реку поступают ТМ и соли ‑ компоненты противогололедных препаратов. До настоящего времени отсутствуют данные о влиянии различных типов противогололедных реагентов  
на поведение ТМ в водоемах.  
 
Цель работы ‑ разработка методики термодинамического моделирования миграции тяжелых металлов в системе вода  донные отложения при воздействии антропогенных факторов.  
 
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:  
 
1. Оценка состояния водных объектов (мелких рек НП Лосиный остров) посредством мониторинговых наблюдений за химическим составом поверхностных вод и донных отложений, определения  
динамики изменения во времени, пространственного распределения загрязняющих веществ и форм нахождения ТМ в донных осадках.  
 
2. Разработка методики термодинамического моделирования для расчета равновесного распределения тяжелых металлов между водным раствором и сорбирующими фазами донных осадков.  
 
3. Исследование методом термодинамического моделирования реакции системы "поровая вода  твердая фаза донных отложений" на основные ожидаемые антропогенные воздействия.  
 
4. Разработка равновесно‑динамической модели, описывающей миграцию тяжелых металлов при взаимодействии речной воды с донными отложениями и получение прогнозных оценок возможной  
миграционной подвижности металлов при антропогенных воздействиях.  
 
5. Верификация результатов теоретического моделирования по данным природных наблюдений и лабораторных экспериментов с осадками.  
 
Научная новизна работы:  
Предложена новая расчетная методика термодинамического моделирования, позволяющая на основе эмпирической информации по формам нахождения ТМ в осадках рассчитывать межфазовые  
распределения металлов в системе раствор ‑ донные отложения. С помощью построенной модели исследована реакция системы на антропогенные воздействия различного характера (увеличение  
поступления ТМ, изменение минерализации воды при транспортном загрязнении и т.д.).  
Разработана комбинированная равновесно‑динамическая модель, основанная на принципе проточного ступенчатого реактора, позволяющая прогнозировать распространение загрязнения  
Zn, Pb и Cu в малой реке.  
Получены новые данные по динамике загрязнения рек НП Лосиный остров. Впервые проведено изучение форм нахождения Fe, Zn, Cu и Pb в твёрдой фазе донных отложений и взвесях.  
Впервые изучены макрокомпонентный и микрокомпонентный составы поровых растворов осадков.  
 
Практическая значимость работы заключается в возможности использовать предложенные методики моделирования для прогноза распространения загрязнений ТМ в водоемах, подвергающихся  
интенсивному антропогенному воздействию.  
 
Фактический материал. Основой диссертации является синтез комплексных эколого‑геохимических исследований водных объектов (на примере НП Лосиный остров), экспериментальных  
исследований по определению растворенных и сорбированных форм ТМ в осадках и термодинамического моделирования.  
 
Диссертационная работа опирается на результаты мониторинга донных отложений и речных вод в период с 2001 по 2006 г.г., проводившегося при непосредственном участии автора.  
За указанный период автором были отобраны и проанализированы 70 проб донных отложений, 83 гидрохимические пробы. В выборочных образцах отложений были отжаты поровые воды,  
определены формы нахождения Zn, Cu, Pb, Fe (100 вытяжек), содержание органического вещества, гранулометрический и общий химический состав. В работе использованы также данные,  
полученные кафедрой геохимии МГУ в 1998‑2000 г.г. Автором разработана термодинамическая модель и выполнены расчеты распределения ТМ в речной воде и донных отложениях. Для  
верификации термодинамической модели автором выполнены эксперименты по взаимодействию речной воды с осадками (78 опытов).  
 
Основные защищаемые положения:  
 
1. В зоне влияния МКАД загрязнение противогололедными реагентами привело к изменению природного состава воды р. Ичка и формированию резко выраженной неоднородности анионного  
состава (переход из гидрокарбонатного типа в хлоридный и обратно) речной и поровой воды на небольшой и однородной в ландшафтном отношении территории.  
 
2. В донных отложениях всех водотоков основная доля Zn, Cu и Pb находится в остаточной, труднодоступной форме. Из форм, способных к трансформации в донных отложениях, для  
Zn и Pb преобладают сорбированные на гидроксидах Fe, а для Cu  сорбированные на органическом веществе. В зоне техногенного загрязнения доля подвижных форм возрастает.  
 
3. Разработана методика термодинамического моделирования, позволяющая описывать равновесное распределение макрокомпонентов (Ca, Mg, Na и K) и тяжелых металлов (Zn, Cu и Pb)  
между природными водами, содержащими комплексообразователи (в т.ч.  гуминовые и фульвокислоты), и твердыми фазами, включающими 3 сорбента  глинистые минералы, органическое  
вещество и гидроксиды железа. Методика верифицирована по результатам лабораторных опытов с речными осадками различного состава.  
 
4. С помощью этой методики исследована реакция системы на антропогенные воздействия ‑ загрязнение речной воды противогололедными препаратами на основе NaCl и CaCl2. Показано,  
что применение реагентов, содержащих CaCl2, интенсифицирует процесс десорбции Zn из донных отложений в поровый раствор.  
 
5. Разработана комбинированная равновесно‑динамическая модель, основанная на принципе проточного ступенчатого реактора, позволяющая прогнозировать распространение загрязнения  
Zn, Pb и Cu в системе речная вода  донные отложения. Модель согласуется с природным прототипом по ряду подвижности ТМ, протяженности и контрастности аномалий металлов в  
осадках. Показано, что поступление противогололедных реагентов, содержащих CaCl2 приводит к увеличению протяженности и снижению контрастности аномалий ТМ в осадках.  
 
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 167 страниц машинописного текста, содержит 40 таблиц, 44 рисунка, приложение (23 таблицы,  
6 рисунков) и список литературы из 137 наименований.  
 
Публикации и апробация работы. Результаты исследований докладывались на VI и VII Международных конференциях "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2003, 2005), на VIII Межвузовской  
молодежной научной конференции Школа экологической геологии и рационального недропользования (Санкт‑Петербург, 2007, первая премия). По теме диссертации опубликовано 14  
научных работ и 1 статья сдана в печать. Автор участвовала в выполнении 2 грантов РФФИ и гранта программы поддержки ведущих научных школ.  
 
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Д.В.Гричуку и с.н.с. Т.В.Шестаковой за внимание, ценные советы и помощь при выполнении  
работы, Ю.Н.Николаеву ‑ за помощь в проведении полевых работ, предоставленные результаты снеговых съемок по территории НП Лосиный остров и консультации, Ю.В.Шварову за предоставленную  
возможность пользоваться пакетом программ HCh for Windows (v.4.1) и ценные консультации, И.П.Родионовой, А.В.Орловой, Н.Ф.Пчелинцевой и Р.А.Митояну ‑ за помощь при выполнении  
анализов, К.А.Пестовой и Т.Н.Лубковой ‑ за плодотворную совместную работу, А.В. Аплеталину и Е.Ю.Охапкиной ‑ за содействие при оформлении работы.
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово