Березкин Виктор Юрьевич
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
4.1 Характеристика особенностей проявления ресурсной экологической функции литосферы в бассейне р.Бодрак
Эколого-ресурсные исследования территории выполнены с учетом методических разработок по картографированию ресурсов необходимых для жизни человеческого сообщества и биоты (Ачкасов, 2000; Трофимов, Зилинг, Барабошкина, Харькина, 2002). Эколого-ресурсные условия района оценивались на основе анализа структуры растительного и почвенного покрова, по оценке содержания гумуса в гумусовом горизонте почв (А1) и продуктивности пастбищной растительности.
Крупномасштабные исследования почвенного покрова (и определение гумуса в частности) до 1997 г на данной территории выполнялись только фрагментарно, для агрохимических целей. В связи с этим автором была проведена комплексная почвенная съемка территории района (1997-2001). Было заложено 46 полных типовых почвенных разрезов по трансекте с юго-востока (г. Сель-Бухра) на северо-запад (г. Керт-Мелик) исследуемой территории, по левому берегу р. Бодрак. Вспомогательная трансекта расположена на правом берегу р. Бодрак, по направлению от Джидаирского оврага до оврага Токма. Для описания и диагностики различных почв, осуществлялся отбор проб из всех почвенных горизонтов, в том числе из гумусового горизонта (А1) для определения содержания гумуса. Результатом почвенной съемки стала почвенная карта долины р.Бодрак масштаба 1:25000.
Районирование территории проведено по содержанию гумуса в гумусовом горизонте (A1) почв и плотности проективного покрытия. В результате почвенной съёмки установлено, что содержание гумуса для почв большинства ЭГС не превышает 4 - 6 %. Наибольшее количество гумуса отмечено для чернозёмов и дерново-карбонатных почв (8 - 10 %), приуроченных к северным пологим склонам квест, в пределах распространения терригенно-карбонатных пород субплатформенного эпикеммерийского комплекса (K1v-g1 - Рg2l).
Наименьшее содержание гумуса установлено в литозёмах (1 % и менее), на наиболее крутых южных склонах квест, а также на рекультивированных землях склонов карьеров строительных материалов. Невысокое количество гумуса характерно для бурозёмов (3-4 %), распространённых на породах вулканогенно-осадочного комплекса киммерийского геосинклинального комплекса (Т3-J1tv). Содержание гумуса в аллювиально-луговых почвах, развитых на мощных четвертичных аллювиально-делювиальных суглинках, так же не превышает 2 - 3 %. Столь низкое количество гумуса в этих почвах может быть обусловлено, как высокими потерями в результате интенсивной сельскохозяйственной деятельности, так и прерывистым характером процесса почвообразования в результате сезонного половодья.
Наименьшая продуктивность пастбищной растительности, а, как следствие, и наименьшая биомасса растений, также наблюдаются на крутых склонах квест, а также в районах заброшенных и действующих карьеров. Эти территории по совокупности эколого-ресурсных данных отнесены к ЭГС класса катастрофического состояния эколого-геологических условий (ЭГУ). Наиболее богатые растительные сообщества (дубравы и разнотравные степи) наблюдаются преимущественно на пологих северных склонах. Для почв указанных эколого-геологических систем (дерново-карбонатных и чернозёмов) отмечено и наиболее высокое содержание гумуса, что позволяет отнести их к классу удовлетворительного состояния ЭГУ. Систематизация данных осуществлена на карте <Эколого-ресурсного районирования территории бассейна р.Бодрак> и в блоках легенды (табл. 4).
Таким образом, наиболее высокое содержание гумуса выявлено в дерново-карбонатных типичных почвах эколого-геологических систем северных склонов квест, под древостоем, подстилаемых карбонатными породами мелового возраста (K1-K2), преимущественно развитыми по левому берегу р. Бодрак. Однако для большей части территории характерно распространение почв с невысоким содержанием гумуса: дерново-карбонатные маломощные, дерновые, бурозёмы, литозёмы, обуславливающие низкую продуктивность пастбищной растительности.
По изученным ресурсным показателям, на период проведения исследований, наиболее некомфортные условия для аграрной деятельности зафиксированы в районах распространения пород вулканогенно-осадочного комплекса (T3-J2). В целом это обусловлено, в первую очередь, составом почвообразующих пород, спецификой горного типа почвообразования и экспозицией склона, значительно влияющими на интенсивность биологического круговорота. На локальных участках - вблизи населенных пунктов в результате перевыпаса скота на месте остепененных лугов сформировались своеобразные бедленды, покрытые вторичными низкопродуктивными сухими качимово-сухоцветно-цикориевыми ассоциациями.
| Таблица 4. Оценочный блок легенды <Карты эколого-ресурсного районирования территории бассейна р.Бодрак> |
| Класс состояния эколого-геологических условий (ЭГУ) | Цвет на карте | Компонент ЭГС: | Состояние биоты |
| Абиотический содержание гумуса (%) | Биотический продуктивность пастбищной растительности (%) |
| Удовлетворительный | зеленый | более 6 | более 80 | Норма |
| Условно удовлетворительный | желтый | 4 - 6 | 30 - 80 | Риск |
| Неудовлетворительный | оранжевый | 2 - 4 | 5 - 30 | Кризис |
| Катастрофический | красный | менее 2 | менее 5 | Бедствие |
4.2 Характеристика особенностей проявления геодинамической экологической функции литосферы в бассейне р. Бодрак
Эколого-геодинамические исследования территории выполнены с учетом опыта геодинамических и геоботанических исследований, проводившихся в разные годы в междуречье р. Качи и Бодрака (М.Ю. Никитин (1989); В.Д. Скарятин; Д.Г. Зилинг, (2002); М.А. Харькина (2002); А.Ю. Ершов (2003); Е.А. Карпова, Н.С. Петрунина, (2000)). Автором, при анализе эколого-геодинамических условий, основное внимание было уделено выявлению в районе исследования значимых геодинамических факторов, снижающих комфортность территории для существования биоты и проживания человека, а так же его аграрной деятельности.
На основе анализа картографических и полевых материалов рассчитана: горизонтальная расчленённость (км/км2), тектоническая активность (плотность разломов на 1 км2 - км/км2), пораженность территории оползнями (%); плотность проективного покрытия пастбищной растительности от потенциального (%). Сопоставление структуры рисунков овражно-балочной сети и разломных зон показало их существенную взаимообусловленность. Наибольшая расчленённость территории оврагами наблюдается на юго-востоке, в ядре Качинского антиклинория, что соответствует максимальной плотности разломов на квадратный километр. Сопоставление ретроспективных аэрофотоснимков показало, что в ряде случаев зафиксирована стабилизация линейной и плоскостной эрозии, вследствие смены типа хозяйственной деятельности. Наиболее интенсивная линейная эрозия (расчленённость территории оврагами) установлена в районе долины р. Бодрак (как на карбонатных, так и на вулканогенно-осадочных породах), а также на юге территории, в районе оползневого склона г. Сель-Бухра и в ядре Качинского антиклинория. ЭГС перечисленных территорий были отнесены к наиболее опасному - катастрофическому классу состояния эколого-геологических условий.
Согласно анализу аэрофотоснимков и результатам полевых наблюдений максимальная интенсивность плоскостной эрозии отмечена на южных, юго-восточных крутых склонах квестовых гряд, на крутых склонах (8 - 32o) столовых гор и плато Патиль в районе Мангушского оврага. В настоящее время большая часть этих склонов террасирована и покрыта защитными лесополосами, что существенно снизило естественную активность плоскостного смыва.
В качестве биотического индикатора активности (линейной и плоскостной) эрозии проанализировано соотношение фактической и потенциальной плотности проективного покрытия растений. Данный показатель имеет максимальную величину в действующих и в заброшенных карьерах, и связанных с ними отвалах (север и северо-запад территории исследования), а также в пределах территорий традиционно используемых под сельскохозяйственные культуры.
Систематизация результатов эколого-геодинамических исследований осуществлена на <Карте эколого-геодинамического районирования территории бассейна р.Бодрак> масштаба 1:25 000 и в блоках ее легенды (табл. 5).
Разработанная и построенная картографическая эколого-геодинамическая модель позволила наглядно задокументировать, что на момент проведения исследований ведущими факторами, обуславливающими специфику эколого-геодинамических условий типового района, является линейная и плоскостная эрозия. За последние десятилетия имеет место положительная тенденция к снижению интенсивности данных факторов, вследствие террасирования склонов, спада аграрной деятельности и естественного зарастания склонов.
| Таблица 5. Оценочный блок легенды <Карты эколого-геодинамического районирования территории бассейна р.Бодрак> |
| Класс состояния эколого-геологических условий | Цвет на карте | Компонент ЭГС: | Состояние биоты |
| Абиотический | Биотический |
| Расчленённость территории оврагами (км/км2) | Плотность разломов на 1 км2-*(км/км2) | Поражённость территории оползнями (%) | Плотность проективного покрытия пастбищной растительности от потенциального (%) | |
| Удовлетворительный | зеленый | 0 - 0,3 | 0 - 0,2 | менее 5 | более 90 | Норма |
| Условно удовлетворительный | желтый | 0,3 - 0,7 | 0,21 - 0,4 | 5 - 25 | 71 - 90 | Риск |
| Неудовлетворительный | оранжевый | 0,7 - 2,4 | 0,41 - 0,8 | 25 - 50 | 50 - 70 | Кризис |
| Катастрофический | красный | свыше 2,4 | свыше 0,8 | более 50 | менее 50 | Бедствие |
4.3 Характеристика особенностей проявления геохимической экологической функции литосферы в бассейне р.Бодрак
Комплексные эколого-геохимические исследования в бассейне р.Бодрак были начаты в 1997. Основные изученные компоненты ЭГС: горные породы, донные осадки, почвы, подземные воды централизованного водоснабжения и наземная растительность проанализированы на содержание валовых форм биофильных и токсичных элементов 1-3 класса опасности (медь, цинк, никель, кобальт, свинец, молибден, ртуть, мышьяк). Полученные данные сопоставлены с информацией о патологии местного населения. Оценка полученных результатов осуществлялась по совокупности геохимических, биогеохимических, ботанических, почвенных, санитарно-гигиенических, и медико-статистических критериев (Виноградов, 1960; Виноградов, 1998; Гаврилова, 1985; Ермаков, 1995-2006; Ковальский, 1974-1982; Касимов 1999; Сает, Ревич, Янин и др., 1990).
Сравнение концентраций валовых форм элементов в породах вулканогенно-осадочного и карбонатно-терригенного комплекса с их концентрациями в сформированных на них почвах выявило взаимосвязь химического состава почв от состава почвообразующих пород. Например, почвы, сформировавшиеся на карбонатных породах эпикиммерийского комплекса (известняках, мергелях, доломитах), характеризуются рассеянием этих элементов (Кк=0,5), а почвы в районах распространения аргиллитов, алевролитов, глин, туфопесчаников и на других бескарбонатных породах геосинклинального комплекса относительно обогащены (Кк=3,5). В связи с этим, расчет фоновых концентраций для изученных элементов в почвах и растениях, был проведён отдельно для районов развития пород чехла и фундамента.
Величина суммарного показателя загрязнения для почв и растительности большинства, выделенных эколого-геологических систем (ЭГС) менее 8, что позволяет отнести их к классу удовлетворительного состояния. Исключение составляют ЭГС, приуроченные к конусам выноса крупных оврагов и к долинам постоянных и временных водотоков, которым на основании принципа доминанты наихудшего показателя по рассчитанной величине Zc присвоен класс условно-удовлетворительного состояния (Zc= 9 - 10).
В главе дан анализ эколого-геохимической обстановки по отдельным элементам:
Медь. Повышенное содержание в почвах приурочено в основном к тальвегам крупных оврагов (Шара, Мендер, Мангушский), а также прирусловой части р. Бодрак, что обусловлено преобладанием миграции меди в водной среде и её накоплением в нижних аккумулятивных звеньях эрозионной сети. Обращает внимание, что почти все выделенные аномалии содержания меди в растительности (подножие юго-восточного склона г. Мендер Крутой, юго-восточная часть русла Бодрака) расположены на пахотных угодьях или в районах которые использовались ранее под садовые культуры. Здесь содержание меди избыточное (60-100 мг/кг) и эколого-биогеохимическое состояние на данных территориях было оценено как условно удовлетворительное, что очевидно связано с использованием медьсодержащих препаратов. В целом эколого-биогеохимическую обстановку по содержанию меди можно оценить как удовлетворительную, за исключением сельскохозяйственных земель прирусловой части Бодрака и днищ крупных оврагов, где повышенное содержание меди отвечает условно удовлетворительному состоянию ЭГС.
Цинк. Повышенное содержание цинка в почвах и растительности отмечено в эколого-геологических системах, приуроченных к районам развития пород вулканогенно-осадочного комплекса (T-J), а также аллювиально-делювиальным (Q III- IV) породам долины р. Бодрак. Наиболее интенсивное накопление цинка происходит в самой северной части района исследований близ села Скалистое, что может объясняться антропогенным воздействием. Эколого-биогеохимическое состояние этого участка оценено как неудовлетворительное. Одновременно выявлен ряд аномалий связанных с пониженным содержанием цинка в растениях на территории в районе гор Большой и Малый Кермен, а также в овраге Чах-Махлы и на северо-западном склоне горы Биюк-Сырт (10-20 мг/кг), что связано с малой подвижностью этого элемента на высококарбонатных почвах.
Никель. Наиболее высокие содержания никеля в почвах (до 10 мг/кг) характерны для ЭГС сформированных на породах киммерийского геосинклинального комплекса (J2md, T3dj), в районе Мангушского оврага и по правому берегу р. Бодрак. Опосредованное влияние горных пород на содержание никеля в растениях прослеживается на юго-западе территории в местах распространения пород таврической серии (балка Николаевский Яр и овраги Мендер и Шара), где максимально допустимый уровень никеля превышен в 1,5 раза.
Хром. Высокие концентрации хрома в почвах не обнаружено, однако в растительности отмечены превышения максимально допустимого уровня по хрому более чем в 1,5 для территорий развития пород киммерийского геосинклинального комплекса (J2md, T3dj), на востоке и юго-востоке территории. Повышенные концентрации хрома в растительности, так же как и других выше перечисленных элементов, зафиксированы в нижних звеньях эрозионной сети, где происходит аккумуляция водных мигрантов (прирусловая часть р. Бодрак и др.).
В районе Бодракского разлома обнаружено повышенное содержание ртути и мышьяка в растительности и свинца в почвах.
Химический состав вод централизованного водоснабжения по содержанию Fe, Cd, Ba, Hg, Se сопоставлен с величинами ПДК, для указанных элементов. Наибольшая минерализация отмечается в водозаборной станции посёлка Скалистое (0,7 г/л). В районе с. Трудолюбовка минерализация вод питьевого назначения составляет всего 0,3 г/л. Минерализация вод питьевого назначения других водоносных горизонтов не превышает 0,2 г/л, что обусловлено составом водовмещающих пород. Данные о содержании микроэлементов в водах питьевого назначения обобщены в виде круговых диаграмм, локализованных на карте в местах расположения водозаборных станций.
| Таблица 6. Оценочный блок легенды <Карты эколого-геохимического районирования территории бассейна р. Бодрак> (Барабошкина, Березкин, Ершов, 2003) |
| Класс состояния эколого-геологических условий | Компонент ЭГС | Состояние биоты |
| Абиотический | Биотический |
| Почвы | Подземные воды | Породы, почвы, донные отложения. | Наземные растительные сообщества | Человек |
| Санитарно - гигиенические | Геохимические | Биогеохимические | Медико - экологические |
| Превышение ПДК (класс опасности) | Общее содержание (пдк) - 1 класса опасн 2 класса опасности | Минерализация г/л | Суммарный показатель загрязнения | Концентрация микроэлементов в укосах и растительных кормах | Эпидемиологические |
| мг/кг (сухого вещества) | Кмду |
| Zc | Mo | Cu | Zn | As,Hg(Pb, Cr, Cd, Ni) |
| Недостаток | Избыток | Недостаток | Избыток | Недостаток | Избыток |
| Удовлетворительный | От 2 фоновых до 1 (I-III) | < 1 | | < 8 | 1-3 | 5-20 | 20-60 | < 1,5 | Низкий, минимальная частота встречаемости функциональных отклонений | Норма |
| Условно-удовлетворительный | От 1 до К max (III) | 1-2 | 1-2 | 8-32 | 0,5-1 | 3-10 | 2-20 | 20-80 | 10-20 | 60-100 | 1,5-5 | При недостатке элементов: риск заболевания эндокринной системы; | Риск |
| 1-5 | При избытке - риск развития онкопатологии |
| Неудовлетворительный | От 1 до К (max) (II)> K max (III) | 2-3 | 2-3 | 32-128 | 0,2-0,5 | 10-50 | 0,5-2 | 80-10 | 2-10 | 100-500 | 5-10 | Увеличение ОЗ, числа часто болеющих с хроническими заболеваниями и нарушением функционального состояния сердечно-сосудистой системы | Кризис |
| 5-10 |
| Катастрофический | От 1 до К max (I)> K max | >3 | >3 | >128 | > 0,2 | > 50 | <0,5 | >50 | <2 | >500 | >10 | Не заселен | Бедствие |
Комплексная оценка эколого-геохимических условий района, отражена на <Карте эколого-геохимического районирования бассейна р. Бодрак> (масштаба 1:25 000). Легенда карты состоит из трех блоков. Первый из них - оценочный блок отражает оценку эколого-геологических условий территории по совокупности абиотических и биотических показателей (табл. 6).
Таким образом, в результате исследования эколого-геохимических особенностей территории, по изученным параметрам, выявлены аномалии избытка элементов (кобальта, свинца) в почвах и растительности в районах развития пород вулканогенно-осадочного комплекса и в нижних аккумулятивных звеньях эрозионной цепи, а в пределах развития карбонатных пород установлены аномалии недостатка биофильных элементов (меди, цинка).
4.4 Характеристика особенностей проявления геофизической экологической функции литосферы в бассейне р.Бодрак
Эколого-геофизические исследования были выполнены на основе полевых (1999 - 2001) и фондовых данных (Никулин, 2001, Ахтямова, Прошлякова, 2001, и др.), систематизированных на базе последних разработок в области эколого-геофизического картографирования (В.А. Богословский, А.Д. Жигалин (2000 - 2006)).
Анализировалась совокупность постоянно и периодически действующих факторов. В качестве постоянно действующих факторов воздействия рассмотрены природная радиоактивность почв и пород, обусловленная присутствием в их составе радионуклидов (урана, тория). В качестве эпизодически действующего фактора рассмотрена сейсмичность территории.
Установленные вариации поля естественной радиоактивности, оценены по результатам радиометрической съёмки, в значительной степени предопределены литологическим составом пород. Условия осадконакопления, типы водной среды и состав поступающего в бассейн обломочного материала, обуславливали интенсивность накопления в породах радинуклидов, главным образом принадлежащих к трем радиоактивным семействам: урана - 238, тория - 232, урана-235 (Хмелевской, 1985). В ходе полевой радиометрии установлено, что мощность экспозиционной дозы колеблется в пределах 2-26 мкР/ч, достигая максимальной величины в районах развития пород таврической серии (Т3-J1tv).
Наибольшие концентрации урана (0,6 - 1,9 г/т), тория (0,7 - 9,3 г/т) в почвах приурочены преимущественно к области распространения бескарбонатных пород ядра Качинского антиклинория (Т3-J1tv, Т3-J1es), а также к северному склону г. Присяжная (уран 1,2 - 2,5 г/т; торий 1,9 - 4,4 г/т), на породах (K1mg) эпикиммерийского комплекса (Ахтямова и др., 2001).
Содержание радионуклидов (U, Th) в растениях в 2 - 5 раз ниже, чем в литогеохимических пробах и отвечает их распределению в почвах и почвообразующих породах. Соответственно, максимальные концентрации урана (0,4 - 0,5 г/т) установлены в пробах растений отобранных в овраге Мендер и с приводораздельных поверхностей на породах мендерской свиты (J2mg). На территории, где развиты преимущественно карбонатные породы (K1al32-3), содержание радионуклидов существенно ниже, как в почвах и породах (уран 0,1 - 0,9 г/т; торий 1,8 - 3 г/т), так и в растительности (уран 0,01 г/т).
Полученные данные систематизированы в легенде к <Карте эколого-геофизического районирования бассейна р.Бодрак> (по полю естественной радиоактивности) масштаба 1:25 000. Оценочный блок легенды карты разработан в виде таблицы (табл. 7).
Абиотические параметры включают: радиоактивность пород, оцениваемую по МЭД и по содержанию U и Th в почвенном покрове, а также оценку сейсмичности. Биотические параметры отражают: содержание радионуклидов (U, Th) в растительности (укосах), наличие морфоструктурных изменений у растений; информацию о смертности от онкопатологии среди местных жителей в селах района и характеристика типичного психологического портрета поведения людей и животных в случае проявления сейсмичности различной интенсивности.
По совокупности постоянно действующих факторов (природные вариации поля естественной радиоактивности и содержание радионуклидов в компонентах ЭГС) и периодически действующих факторов (сейсмичность района) в бассейне р. Бодрак выявлены районы удовлетворительного, условно-неудовлетворительного и неудовлетворительного классов состояния.
| Таблица 7. Оценочный блок легенды "Карты эколого-геофизического районирования территории бассейна р. Бодрак" |
| Класс состояния эколого-геологических условий | Отображение на карте | Компонент ЭГС: | Состояние биоты |
| Абиотический | Биотический |
| Фитоценозы | Коренное население |
| Мощность экспозиционной дозы ,мкР/час | (*) Сейсмическая интенсивность(над чертой -баллы, под чертой мм/с) | Содержание радионуклидов г/т | Наличие морфоструктурных изменений | Наличие онкологической патологии | Вероятные поведенческие реакции населения |
| В почвах | В растительных кормах |
| U | Th | U | Th |
| Удовлетворительный | зеленый цвет | <20 | менее 10,025-2,5 | до 3,5 | до 15 | Менее0,1 | Менее0,05 | отсутствуют- | отсутствуют | Не заметное | Норма |
| Условно-удовлетворительный | желтый цвет | 20-50 | 1-52,6-50 | 3,5-10 | 15-30 | 0,1-0,3 | 0,05-0,12 | единичные | единичные случаи | Слабое. Возможны галлюционации, страх, чувство неуверенности | Риск |
| Неудовлетворительный | оранжевая штриховка | более 50 | 6-851-500 | >10 | >30 | >0,3 | >0,12 | гигантоморфные заросли | не заселен | Испуг, паника, беспокойство у водителей | Кризис |
| (*) Примечание: фактор периодического действия |
|
