Лубкова Татьяна Николаевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Актуальность работы. Экологическая геохимия, сформировавшаяся как самостоятельная научная дисциплина в 70-80 годы ХХ века, развивалась как прикладная наука, направленная на констатацию факта техногенного загрязнения химическими элементами компонентов окружающей среды и описание объектов и ситуаций, где данное загрязнение наиболее ярко проявилось (горнорудные территории, урбо- и агроландшафты). К настоящему времени разработаны методы количественной оценки загрязнения окружающей среды, определены геохимические показатели ее качества, сформировались представления о масштабах и последствиях геохимического преобразования биосферы в связи с деятельностью человека. Использование полученных знаний в практических целях служит основой для разработки рекомендаций и мероприятий по предотвращению, снижению и ликвидации негативных последствий человеческой деятельности.
Прогноз загрязнения окружающей среды на современном этапе эколого-геохимических исследований преимущественно основан на оценке динамики загрязнения и экстраполяции полученных данных в некотором временном диапазоне. Такой подход страдает двумя очевидными недостатками:
1. Длительным периодом времени, затрачиваемым на выявление динамики загрязнения в основных депонирующих компонентах окружающей среды, на основе которой возможно осуществлять дальнейшее прогнозирование;
2. Отсутствием в его основе балансового подхода, позволяющего учитывать всю последовательность геохимических изменений в сопряженных компонентах окружающей среды, находящихся под источников химического загрязнения.
Устранение этих недостатков применительно к некоторым типам воздействия представляется возможным путем использования расчетных моделей загрязнения и балансовых подходов, которые рассмотрены в настоящей работе.
Цель работы - разработка научных основ прогнозирования химического загрязнения в локальных экосистемах на основе расчетных моделей и балансовых подходов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) оценка потоков поступления, выноса и количеств аккумулированных загрязнителей в почвах, находящихся под воздействием промышленных выбросов (на примере Национального парка Лосиный остров);
2) оценка потоков поступления и количеств аккумулированных загрязнителей в почвах, находящихся в зоне влияния транспортной магистрали (на примере МКАД);
3) оценка потоков поступления, выноса и количеств аккумулированных загрязнителей в донных отложениях малых рек (на примере р. Ичка);
4) разработка расчетных моделей оценки и прогноза загрязнения почв химическими элементами, поступающими с выпадениями из атмосферы;
5) разработка расчетной модели оценки и прогноза загрязнения донных отложений химическими элементами, аккумулированными в снежном покрове в бассейнах рек.
Научная новизна работы:
- разработана модель и предложено уравнение, позволяющее проводить оценку загрязнения почв тяжелыми металлами, содержащимися в промышленных и транспортных выбросах;
- разработана расчетная балансовая модель поступления - выноса компонентов противогололедных реагентов в зоне влияния транспортной магистрали, позволяющая прогнозировать загрязнение почв;
- разработана модель и предложено уравнение, позволяющее проводить оценку загрязнения донных отложений химическими элементами, аккумулирующимися в снежном покрове;
Практическая значимость работы. Предложенные подходы и разработанные методы позволяют осуществлять прогнозирование загрязнения депонирующих компонентов окружающей среды химическими элементами применительно к экосистемам лесопарковых зон и бассейнов малых рек, находящихся под воздействием промышленности и транспорта;
На основе разработанной балансовой расчетной модели поступления - выноса компонентов противогололедных реагентов зоне влияния транспортной магистрали представляется возможным определение критических доз их поступления на дорожное полотно, превышение над которыми вызовет сдвиг равновесия в сторону прогрессирующего засоления почв и пагубное влияния на состояние лесных насаждений в придорожной полосе.
Фактический материал. В основу диссертационной работы положены результаты мониторинга снежного покрова, почв, донных отложений и вод (2000-06) на территории Национального парка Лосиный остров (г. Москва), проводимого с участием автора. За указанный период были отобраны 102 пробы снега, около 600 почвенных проб, 112 проб донных отложений, 25 проб речной воды. В работе использованы результаты снеговых съемок МОМГЭ ИМГРЭ за 1977-78., 1987-88 гг., предоставленные С.Б.Самаевым, и данные кафедры геохимии МГУ (1998-99 гг.), обобщенные в коллективной монографии (Николаев и др., 2000) и диссертационной работе Ю.Л.Марковой (2003).
Основные защищаемые положения:
1. На основе балансового подхода разработана модель и предложено уравнение, позволяющее по интенсивностям твердофазных выпадений в зимний период проводить оценку и прогноз загрязнения почв тяжелыми металлами.
2. На основе расчетной модели выполнены оценка и прогноз загрязнения почв промышленными выбросами на территории НП <Лосиный остров>. Установлено, что загрязнение почв на расстоянии до 5 км от границы промышленных зон обеспечивается сопоставимыми количествами взвешенных (30-40% для Mo, Zn, Ni, 50-60% для Cu, Ag и 80% для Pb) и растворенных форм тяжелых металлов. Согласно прогнозу, средние содержания приоритетных загрязнителей в почвах превысят аномальный уровень на расстоянии до 1 км через 35-65 лет, в более удаленных частях парка - не ранее, чем через 150-300 лет.
3. На примере отрезка МКАД, проходящего по территории НП <Лосиный остров>, показано, что загрязнение почв в зоне влияния транспортной магистрали определяется преимущественно твердофазными выпадениями, обеспечивающими в полосе до 100 м от дорожного полотна 65-95% запасов тяжелых металлов. Время формирования техногенных аномалий приоритетных загрязнителей в интервале 0-25 м составляет 20-50 лет, 25-50 м - 40-90, 50 - 100 м - 60-130 лет.
4. На основе разработанной балансовой модели и установленных параметров, характеризующих аккумуляцию солей из снежного покрова при его таянии и их вымывание осадками из почв в течение теплого периода, на примере отрезка МКАД проведены оценки и прогноз солевого загрязнения вблизи автомагистрали. Установлены предельные запасы (содержания) солевых компонентов в почвах для заданных расчетных нагрузок.
5. Предложено уравнение, позволяющее по запасам тяжелых металлов в снежном покрове, проводить оценку и прогноз загрязнения донных отложений. На примере малой реки, протекающей в зоне влияния МКАД, показано, что превышение минимально-аномального уровня содержаний главных загрязнителей (Pb и Zn) в донных отложениях обеспечивается аккумуляцией 20% их взвешенных форм, депонированных в снежном покрове за период 20-30 лет.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 172 страницах машинописного текста, содержит 55 таблиц, 36 рисунков и список литературы, насчитывающий 103 наименования.
Публикации и апробация работы. Результаты исследований докладывались на II Межвузовской молодежной научной конференции <Школа экологической геологии и рационального недропользования>, Санкт-Петербург, 2001; III Международном совещании, посвященном 10-летию Научно-исследовательского института геохимии биосферы РГУ, Новороссийск, 2001 г.; V и VII Международных конференциях <Новые идеи в науках о Земле>, Москва, 2001, 2005 г. г. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доценту Ю.Н.Николаеву и Т.В.Шестаковой за внимание, ценные советы и помощь при выполнении работы; Самаеву С.Б. - за предоставленные результаты снеговых и почвенных съемок по территории НП Лосиный остров и полезные советы, Гричуку Д.В. - за консультации и внимание к работе, Яникиевой О.Е. за плодотворную совместную работу; Алехину Ю.В. - за консультации, Пчелинцевой Н.Ф., Родионовой И.П., Митояну Р.А. за помощь при выполнении анализов; Аплеталину А.В. и Охапкиной Е.Ю. за содействие и помощь по обработке результатов и оформлении работы.
| 
