УДК 550.4

Геохимия окружающей среды/Ю. Е. Сает, Б. А. Ревич, Е. П. Янин идр.— М.: Недра, 1990.—335 с.: ил.—

13ВЫ 5-247-01127-9

Обоснованы возможности и показана эффективность методов приклад-ной геохимии при изучении и оценке состояния окружающей среды. При-веден эколого-геохимический анализ антропогенной м и г р а ц и и химическихэлементов. Описаны источники загрязнения окружающей среды (выбросы,стоки, твердые отходы, средства х и м и з а ц и и ) , миграционные цепи распро-странения элементов в природных системах (воздушной, водной, биоген-ной). Рассмотрены принципы, методы и результаты биогеохимической игеогигиенической оценки отрицательных последствий загрязнения окру-жающей среды для здоровья человека.

Для научных работников, занимающихся охраной окружающей сре-ды — геологов, географов, медиков, биологов, агрохимиков, архитекторов,инженеров по очистным сооружениям.

Табл. 100, ил. 94, список лит.— 50 назв.

А в т о р ы :Ю. Е. Сает, Б. А. Ревич, Е. П. Янин, Р. С. Смирнова,

И. Л. Башаркевич, Т. Л. Онищенко, Л. Н. Павлова,Н. Я. Трефилова, А. И. Ачкасов, С. Ш. Саркисян

Р е ц е н з е н тд-р геол.-минер, наук А. И. Перельман

1804020100-244043(01 )-90

I5ВN 5-247-01127-9

Коллектив авторов, 1990

ПРЕДИСЛОВИЕ

Геохимическое преобразований природы человеческой деятель-ностью, постоянно усиливающееся в ходе научно-техническойреволюции, привело к появлению центральной проблемы совре-менной экологической ситуации — проблемы загрязнения окру-жающей среды.

Накопление химических элементов и их поступление в объек-ты окружающей среды являются результатом производственнойи сельскохозяйственной деятельности человека. Дальнейшее рас-пределение химических элементов осуществляется природнымифакторами миграции, образующими антропогенные ореолы и по-токи рассеяния. Характеристики ореолов и потоков рассеяния —состав, степень концентрации, формы нахождения элементов,интенсивность биологического поглощения — определяют каче-ство окружающей среды.

В настоящее время большая часть многочисленных обобще-ний по проблеме загрязнения окружающей среды химическимиэлементами носит теоретический характер. В то же время важ-нейшей задачей изучения загрязнения природной среды токсич-ными элементами является выявление пространственной структу-ры распределения очагов загрязнения, установление источниковвредных воздействий, размеров зон их влияния на населениеи оценка этого влияния. Решение этих задач прежде всего необ-ходимо для разработки природоохранных мероприятий, а такжедля экологического обоснования схем развития и размещенияпроизводительных сил, генеральных планов городов и террито-риально-производственных комплексов.

В предлагаемой работе впервые сделана попытка обобще-ния материалов по особенностям образования, состава и мор-фологии техногенных и агрогенных геохимических ореолов ипотоков рассеяния в окружающей среде, а также по методамих выявления и оценки для разработки практических мероприя-тий, направленных на ликвидацию, уменьшение и предотвраще-ние негативных воздействий.

Основой для написания книги послужили многолетние при-

3

кладные геохимические исследования окружающей среды в раз-личных антропогенных ландшафтах, проводимые большим кол-лективом геологов, географов, гигиенистов, химиков Институтаминералогии, геохимии, кристаллохимии редких элементов Ми-нистерства геологии СССР и его экспедиций под научным ру-ководством доктора геолого-минералогических наук Ю. Е. Саета.

Авторы выражают искреннюю признательность своим товари-щам и коллегам по работе — Л. Н. Алексинской, А. В. Глебову,М. Г. Журавлевой, Л. И. Кашиной, Л. Н. Павловой, Е. П. Со-рокиной, Г. А. Тимошкину, И. В. Токареву — за ценные советы изамечания, а также за возможность использования в книге ихнаучных разработок, позволивших сделать ее более информа-тивной. Особую благодарность авторы приносят О. Г. Кулач-ковой, А. В. Литвинову, Э. А. Дрозд, Е. С. Киселевой, И. И. Гри-горьеву, Н. И. Субчеву за помощь при оформлении данноготруда.

Развитие и применение методов прикладной геохимии приисследовании окружающей среды началось лишь в самые послед-ние годы и, естественно, сколько-нибудь значительного опытапока не накоплено. Любые дополнения, отзывы и замечанияпомогут улучшить работу и будут приняты с благодарностью.

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение окружающей среды происходит при распростране-нии в ней неутилизируемых отходов человеческой деятель-ности — стоков, твердых отходов, выбросов в атмосферу, а так-же при рассеянии средств химизации, применяемых в сельском •и лесном хозяйстве.

В. И. Вернадский первый раскрыл геохимический смысл пре-образования природы деятельностью человека и его глобальныйхарактер. Тем самым им был заложен методологический принципизучения окружающей среды. Характеризуя необходимость раз-вития прикладных геохимических исследований, В. И. Вернад-ский писал: «Подходя к научному изучению природы, мы никогдане должны и не можем забывать, что оно всегда неизбежносвязано с практическим значением его в жизни человечества...Особенно это должно чувствоваться, когда мы касаемся вопро-сов геохимии, где культурная жизнь человечества является могу-чей силой, меняющей химические явления нашей планеты. Оче-видно, что изучение хода развития роста геохимического значе-ния человечества должно повести за собой и большее проникно-вение человека в понимание прикладного характера научной ра-боты» [9]. В. И. Вернадский подчеркивает возможность неожи-данных и непредвиденных последствий воздействия человека наприродные среды и называет наименее устойчивые компоненты:атмосферу и воды. «Лик планеты — биосфера — химически резкоменяется человеком сознательно, и, главным образом, бессозна-тельно. Меняется человеком физически и химически воздушнаяоболочка суши, все ее природные воды» [10]. Он показал, чтопроблема антропогенного воздействия является проблемой геохи-мической и биогеохимической. В качестве нового для биосферывида геохимической миграции В. И. Вернадский выделил био-генную миграцию атомов 3-го ряда, вызываемую человеческимразумом и трудом. Огромная интенсивность этой миграции позво-лила ему сформулировать положение о сопоставимости деятель-ности человечества с геологическими процессами.

Советские ученые под руководством Н. П. Моисеева создалиглобальную биогеоценотическую модель, которая показала, чтосовокупное действие загрязнения окружающей среды и умень-шения белковой компоненты рациона питания приведут около2100 г. к падению плотности населения в четыре раза. Толькосочетание жесткой борьбы против загрязнения с интенсивнымразвитием сельского хозяйства дает более благоприятный прог-ноз.

Л. М. Гвишиани, анализируя данные по глобальным процес-5

сам антропогенного преобразования окружающей среды, показы-вает, что они наносят удар по некомпетентному оптимизму вотношении процессов развития. В то же время, признавая слож-ность существующей ситуации, автор отмечает, что, в отличиеот пессимистической концепции экологов Римского клуба о «пре-делах роста», применение к анализу ситуации метода истори-ческого материализма — общесоциологической теории марксиз-ма — позволяет создать концептуальную модель развития, реали-зуемую в рамках социалистической общественной формации.Диалектически противоречивое единство человека и среды егообитания обеспечивается прежде всего материальным производ-ством. «Труд,— отмечал К. Маркс,— есть прежде всего процесс,совершающийся между человеком и природой, процесс, в кото-ром человек своей собственной деятельностью опосредствует,регулирует и контролирует обмен веществ между собой и при-родой» (К. Маркс и Ф. Энгельс, Соч. т. 23, с. 188). Именноблагодаря контролю и регулированию этого обмена веществи может быть достигнуто разумное равновесие между челове-ческой деятельностью и состоянием окружающей среды.

Л. М. Гвишиани приходит к выводу, что научно-техническаяреволюция определяет две основные взаимосвязанные задачи,необходимые для решения кризисной экологической ситуации:1) мониторинг окружающей среды и анализ потоков веществаи энергии на разных уровнях; 2) разработка принципов опти-мизации взаимодействия общества и окружающей среды.

Совершенно очевидно, что обе эти задачи в значительнойстепени являются геохимическими и в полной мере соответствуютвыводам, следующим из учения В. И. Вернадского о ноосфере —особом состоянии эволюции биосферы (состоянии наших дней).

А. Е. Ферсман, назвавший техногенезом геохимическое воз-действие промышленности, на примере распределения годовойдобычи металлов показал, что их концентрирование — лишьвременный промежуточный этап процесса, конечным итогом кото-рого является «безвозвратное распыление», рассеяние вещества.А. Е. Ферсман отмечал также, что геохимическая миграция,обусловленная технической деятельностью человека, превышаетпо скорости природные процессы.

В. А. Ковда, сравнивая массы транспортируемого в природевещества (сток рек и атмосферная взвесь) с массами антропо-генного происхождения, показал их соизмеримость. Так, приобщем природном транспорте вещества водами в 19-109 т/год,антропогенный вклад составляет 2-Ю 9 т/год (около 10%). Па-раметры антропогенного стока вредных веществ ныне таковы,что не дают возможности рассматривать даже моря и океаныкак неисчерпаемый резервуар. Для атмосферы антропогенныйвклад по пыли составляет 5-Ю 8 —1-Ю 9 т/год (5—10% общегозапаса).

Проблема загрязнения окружающей среды выявилась не кактеоретическое обобщение, а как практическая задача, вызваннаямногочисленными отрицательными реакциями в различных об-ластях человеческой жизни и производства. В числе таких реак-ций могут быть названы: 1) изменение показателей состоянияздоровья населения, рост заболеваемости, инвалидности, доказа-тельно обусловленные загрязнением окружающей среды; 2) до-стоверное установление эпизодических случаев гибели людей из-за загрязнения окружающей среды; 3) массовые случаи гибелигидробионтов в загрязненных водах; 4) непригодность по хими-ческому составу большого числа водоисточников для питьевогои технического водоснабжения, рыбохозяйственных и рекреа-ционных целей; 5) невозможность во многих случаях проведениятонких технологических операций из-за загрязнения атмосферно-го воздуха.

До недавнего времени в качестве важнейших загрязняющихвеществ рассматривались, главным образом, пыль, угарный иуглекислый газы, оксиды серы и азота-, углеводороды, соеди-нения азота, калия и фосфора, ядохимикаты, синтетическиеорганические вещества, радиоактивные изотопы. Химическиеэлементы и их соединения (тяжелые металлы, микроэлементы)рассматривались обычно в меньшей степени. В последнее деся-тилетие, однако, интерес к оценке химических элементов какзагрязняющих веществ резко повысился. Это, прежде всего, свя-зано с фактами проявления острых токсичных эффектов, вызван-ных промышленным загрязнением ртутью, кадмием, селеном,свинцом.

Экспериментальные и эпидемиологические исследования, про-веденные и проводимые ныне различными специалистами, выяви-ли широчайшую гамму отрицательных воздействий химическихэлементов на живые организмы всех основных групп на различ-ных уровнях их организации. Очень важно подчеркнуть, что длямногих химических элементов, помимо прямого токсического воз-действия, характерны и так называемые отдаленные эффекты,которые затрагивают основополагающие функции живых орга-низмов: воспроизводство и биопродуктивность. Степень их вред-ности в конечном счете значительно больше, нежели в случаетоксических эффектов, так как угроза создается не для отдель-ных организмов, а для целых популяций и поколений. В этомплане они могут считаться экологически токсичными (экотоксич-ными).

В отличие от многих загрязняющих веществ, химические эле-менты не включаются в процессы самоочищения: в ходе мигра-ции они меняют лишь уровень содержания или формы нахожде-ния. Включаясь во все типы миграций и биологический круго-ворот, они неизбежно приводят к загрязнению важнейшихжизнеобеспечивающих природных сред: воды, воздуха, пищи.

7

Способность химических элементов к аккумуляции в живыхорганизмах с токсическим воздействием на многие их системыприводит как к появлению специфической заболеваемости (мик-роэлементов, по А. П. Авцыну), так и к ослаблению иммунныхсистем и росту общей неспецифической заболеваемости, особенноаллергического характера.

В качестве прогнозного показателя интенсивности участияхимических элементов в загрязнении окружающей средыА. И. Перельман предложил использовать понятие «технофиль-ность химических элементов» (отношение ежегодной добычиэлемента в тоннах к его среднему содержанию в земной коре).Все наиболее известные как загрязнители окружающей средыхимические элементы обладают высокой (более 10) технофиль-ностью (С, РЬ, 5, Р, Н^, Сс1). Вместе с тем, имеющиеся данныесвидетельствуют о крайне низком уровне знаний о химическихэлементах как загрязняющих веществах. Даже для некоторыхэлементов с очень высокой технофильностью (В1, 5п, Вг. 5Ь, XV,А^, Зе) с этих позиций практически нет систематизированныхданных. Для многих других элементов (Си, 2п, Сг, Аз, Сё) отсут-ствует общая картина их распределения в окружающей среде.

Важнейшая современная задача — разработка принципов иметодов оптимизации взаимоотношений между человеком и окру-жающей средой. В практическом плане это выражается в необ-ходимости регулирования воздействия общества на окружающуюсреду и управления ее состоянием. С этой целью прежде всегонеобходима разработка таких приемов контроля состояния окру-жающей среды, которые максимально точно локализовали бынеблагоприятные ситуации («горячие точки») и дали возмож-ность оптимизировать природоохранные затраты.

В этой связи материалы контроля за состоянием окружающейсреды должны давать возможности: 1) получения объективнойинформации, позволяющей выявить источники загрязнения идифференцировать их по типам потоков загрязняющих веществ,их качественному составу и объемам, т. е. сформировать приори-тетный ряд источников вредных воздействий; получаемая инфор-мация должна дать пространственную картину распределениявредных воздействий, т. е. выявить конкретные территории, а,следовательно, и численные параметры различных групп живыхорганизмов и природных систем, требующих охраны; 2) интер-претации информационных данных, определения степени влияниявредных воздействий и выявления изменений, выходящих задопустимые пределы; 3) обоснования таких организационных,технологических, территориально-планировочных, здравоохрани-тельных мероприятий, которые бы привели к ликвидации илинеобходимому сокращению вредных воздействий, либо локализо-вали их на участках, откуда они не могут распространяться.

В настоящее время проводится большая работа по инвентари-8

зации источников загрязнения, определению предельно допусти-мых выбросов, по контролю в различных природных компонен-тах приоритетных загрязняющих веществ. Однако, имеющаясяинформация о содержании химических элементов не позволяетточно зафиксировать источники их поступления и локализоватьна местности зоны их воздействия, дифференцированные по сте-пени экологической опасности. Существующая система контроляне показывает взаимосвязи между природными средами и неотражает в едином по месту и времени исследований уровнявоздействия на биогеоценозы и население, а также их откликна это воздействие.

Отмеченные сложности — неизбежное следствие многоведом-ственности служб контроля за окружающей средой. Они такжеобусловлены традиционной системой организации контроля,основанной на динамическом изучении загрязняющих веществна сравнительно редкой сети стационарных постов и створовс последующим математическим моделированием распростране-ния токсикантов. Такая организационная служба контроля на-следует концепции гидрометеорологии, хорошо себя зарекомен-довавшие при прогнозе глобальных и региональных ситуаций.В то же время, перенос схемы на значительно более локальныепо масштабу явления со сложной мозаичной структурой распре-деления источников вредных воздействий и зон их влияния тре-бует принципиально иного согласования временных и простран-ственных характеристик проявления загрязнения с масштабомконтроля. Проведение таких исследований возможно при помощиметодов прикладной геохимии. Это связано с тем, что хими-ческие элементы неизбежно являются составной частью всех ви-дов загрязнения окружающей среды. Современными химико-ана-литическими методами они достаточно экспрессивно и количе-ственно определяются в любых природных средах. Все этопозволяет использовать химические элементы в качестве инди-каторов потоков загрязняющих веществ, дающих возможностьвыявить источники загрязнения и зоны их влияния, проследитьвзаимодействие между природными средами и оценить интенсив-ность воздействия на живые организмы.

Опираясь на представления В. И. Вернадского и А. Е. Ферс-мана и развивая идеи и подходы к исследованию техногенноймиграции, намеченные ведущими геохимиками и специалистамив области охраны природы (А. А. Беус, Дж. Вуд, М. А. Гла-зовская, Е. Голдберг, В. В. Добровольский, Ю. А. Израэль,В. В. Ковальский, В. А. Ковда, В. К. Лукашев, К. И. Лука-шев, А. И. Перельман, И. Фёрстнер и др.), авторы совместнос коллегами с 1976 г. начали планомерные комплексные гео-химические исследования распространения загрязняющих ве-ществ, связанных с отходами, выбросами и стоками различныхпроизводств и коммунально-бытовой деятельности, а также со

9

средствами химизации сельского хозяйства. Было установлено,что в ходе распространения загрязняющих веществ, осуществ-ляемого, главным образом, природными миграционными механиз-мами, образуются ореолы и потоки рассеяния, сходные с ореола-ми и потоками рассеяния месторождений полезных ископаемых.Это позволило предположить возможность использования дляэколого-геохимической оценки состояния среды обитания чело-века (окружающей среды) приемов и методов, применяемыхпри геохимических поисках.

С геохимических позиций выявилась следующая логика иссле-дования загрязнения окружающей среды:

1) изучение ассоциаций, концентраций и форм нахожденияхимических элементов в твердых отходах, выбросах, стоках, сред-ствах химизации, выявление участков и путей их поступленияв окружающую среду;

2) прослеживание путей и способов миграции химическихэлементов в окружающей среде, установление природных компо-нентов, взаимодействующих с миграционным потоком; исследо-вание интенсивности и результатов этого взаимодействия —техногенных геохимических аномалий;

3) оценка площади распространения техногенных ореолов ипотоков рассеяния, выявление их морфоструктурных особенно-стей, установление зональности распределения химических эле-ментов и центров наиболее интенсивного воздействия, характе-ризующихся максимальными нагрузками экотоксичных элементови определяющих контингента живых организмов с повышеннымриском проявления отрицательных реакций;

4) биогеохимическая оценка воздействия выявленной ассо-циации химических элементов на живые организмы, прослежи-вание их распределения по трофическим цепям, оценка степениметаболизма; изучение биокруговоротов.

Авторы детально разработали принципы и технологии приме-нения геохимических методов для обоснования рекомендацийпо ликвидации или уменьшению вредных последствий загрязне-ния окружающей среды для решения широкого круга научныхи практических задач ее охраны [26—30].

Геохимические проблемы окружающей среды исследуютсяглавным образом для решения практических задач. Эти задачии способы их решения сильно различаются для функциональ-ных типов территорий, наиболее сильно испытывающих послед-ствия загрязнения окружающей среды (города и их обрамления,сельскохозяйственные и горно-промышленные территории).

Именно для этих типов территорий авторы и систематизиро-вали геохимические данные по источникам загрязнения, зонамих воздействия, биогеохимическим и биологическим реакциямживых организмов, геогигиеническим оценкам последствий,прежде всего для человека.

Г л а в а 1П О Н Я Т И Й Н Ы Й А П П А Р А Т И НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕОСНОВЫ ГЕОХИМИЧЕСКОГО И З У Ч Е Н И Я ОКРУЖАЮЩЕЙСРЕДЫ

Общий анализ человеческой деятельности как геологического,геохимического и, в конечном счете, биогеохимического явлениясоздал методологическую основу для организации геохимическихисследований преобразования природной среды — формирующе-гося научного направления. В своей основе это направлениеявляется прикладным, так как имеет главной целью выявлениегеохимических закономерностей изменения химического составаприродных систем, т. е., в сущности, их загрязнения при антро-погенных воздействиях.

В геохимии окружающей среды, как и во всяком новомнаправлении в науке, одновременно разрабатываются научно-методические принципы исследований и их понятийная база.Используемая геохимией окружающей среды система терминови понятий органически связывает общенаучную геохимическуюбазу с географической, биологической и гигиенической основамиприродоохранной деятельности.

При определении терминов и их смысловой нагрузки авторыопирались на практический опыт изучения окружающей средыв Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редкихэлементов и других геохимических организациях Министерствагеологии СССР и АН СССР, а также на представления В. И. Вер-надского, А. Е. Ферсмана и их последователей — создателейтеоретической основы геохимии окружающей среды: А. А. Беуса,М. А. Глазовской, В. А. Ковды, В. В. Ковальского, К. И. Лука-шева, А. И. Перельмана; кроме того использованы материалы,изложенные в новейших словарях и справочниках [4, 6, 13, 15,17, 24, 36, 39, 49].

1.1. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И ЕЕ КОМПОНЕНТЫ

Предметом прикладных геохимических исследований являетсяокружающая среда *, т. е. совокупность природных и природно-антропогенных тел, явлений и факторов, прямо или косвенновлияющих на условия жизни человека и связанных с нимвещественным и энергетическим обменом.

* Выделены основные понятия, сущность которых раскрывается, в скобкахприводятся близкие понятия сопредельных наук.

11

Понятие «окружающая среда» удобно применять не как гло-бальное и общенаучное, а как утилитарное для определенияэкологических условий жизни человека или какой-либо интере-сующей человека группы живых организмов в условиях антро-погенного воздействия.

Термин экология большинство исследователей толкуют не впервоначальном классическом биологическом понимании, а рас-ширительно, как комплекс факторов, обеспечивающих условияжизни, или как всесторонне рассматриваемый комплекс взаимо-действия живых организмов с природными телами и системами.В то же время экология человека включает и социальные аспектывзаимоотношения человека с биосферой.

Окружающая среда представляет собой систему ландшафтовили территориальных образований, в которых формируется соче-тание специфического, характерного для данной географическойзоны, взаимодействия природных и антропогенных элементов.В зависимости от характера и соотношения этих элементов ланд-шафты с известной условностью подразделяются на природныеландшафты, агроландшафты и урболандшафты.

Природные ландшафты — территории, геолого-географиче-ские и биологические особенности которых определяются есте-ственными биосферными процессами, и антропогенные изменениясуществующими методами исследования достоверно не фиксиру-ются. Ценность природных ландшафтов определяется их значе-нием как экологического ресурса (совокупность средообразую-щих компонентов, обеспечивающих типичное для данной терри-тории экологическое равновесие в биосфере), и, что особенноважно, как генетического фонда. С целью сохранения этих ресур-сов среди природных ландшафтов выделяются заповедники, за-казники, резерваты и другие особо охраняемые территории. Кро-ме того, природные ландшафты — единственный резерв развитиякурортно-рекреационной деятельности (отдых, восстановлениездоровья и трудоспособности).

Природные ландшафты могут быть антропогенно-преобразо-ванными — загрязненными или механически поврежденными, носохраняющими основные типоморфные геоморфологические ипочвенно-ботанические особенности. Степень деградации антро-погенно-преобразованных природных ландшафтов может варьи-ровать очень широко. Она фиксируется прежде всего характе-ром смены растительного покрова (антропогенной сукцессией).В зонах максимального преобразования (полное сведение расти-тельности или ее угнетение вплоть до вымирания) формируетсятак называемая техногенная пустыня, то есть неосвоенная тер-ритория, лишенная естественной растительности, но сохраняю-щая первичную геоморфологию, общий тип и вертикальную не-нарушенную структуру почвенного покрова, обычно сильно хими-чески загрязненного.12

Агроландшафты — антропогенные ландшафты, у которыхестественная растительность заменена каким-либо биотическимсообществом или отдельным видом сельскохозяйственного илилесохозяйственного значения. Агроландшафты дифференциру-ются в зависимости от типа применяемого севооборота (полевые,овощные, садовые и др.), от водохозяйственных условий (полив-ные, богарные) и т. д.

Урболандшафты (урбосистемы) по наиболее общему опреде-лению — территория, основные особенности строения и свойствакоторой определяются наличием в ее пределах человеческих по-селений, прежде всего городов. Урболандшафт включает в себякак собственно город, жители которого связаны с несельско-хозяйственной деятельностью, так и его обрамление. Это обрам-ление испытывает наиболее сильное воздействие города, преждевсего в результате рекреационной деятельности горожан, за-грязнения окружающей среды, сгущения сети транспортных ма-гистралей близ городов, появления отходов и других воздей-ствий.

Окружающая среда состоит из компонентов — структурныхединиц, включающих основные материально-энергетические при-родные и природно-антропогенные системы абиогенного (косно-го), биогенного или смешанного (биокосного) происхожденияи состава, необходимые для неопределенно долгого, в пределебесконечного поддержания жизнеобеспечения.

Основными природными компонентами окружающей средыявляются: геологический фундамент, почва, поверхностные вод-ные системы, подземные воды, атмосферный воздух и живыеорганизмы.

Структурными элементами урболандшафтов являются про-мышленные предприятия, промзочы (агломерация предприя-тий, объединяемых единой территорией), транспортные магистра-ли (улицы с транзитными транспортными потоками), селитебныезоны (жилые территории и участки внутридворового озеленения),рекреационные зоны (зоны отдыха — бульвары, парки, сады,водоемы, лесопарки).

Промышленные предприятия могут быть отдельно стоящимии иметь примыкающий к ним рабочий поселок (типовая ситуациядля крупных предприятий и комбинатов старой,— до 80-х го-дов — застройки). Они могут входить в структуру города и моза-ично распределяться среди селитебных и рекреационных тер-риторий — типовая ситуация для подавляющего большинствакрупных городов, когда промзоны могут находиться в самыхразличных пространственных соотношениях с другими функцио-нальными типами городских территорий). Лишь в самое послед-нее время (да и то не всегда) промышленные предприятия(промзоны), селитебные и рекреационные территории простран-ственно разделяются.

13

Рекреационные зоны могут находиться как внутри города,так и в примыкающем к городу зеленом поясе (зеленой зоне,лесопарковом защитном поясе), обычно специально формируе-мом.

1.2. И З У Ч Е Н И Е З А Г Р Я З Н Е Н И Я ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Геохимическое изучение загрязнения окружающей среды —комплекс взаимосвязанных, синхронизированных и территориаль-но совмещенных исследований, включающих выявление и коли-чественную оценку источников загрязнения; прослеживание рас-пространения загрязняющих веществ в компонентах окружаю-щей среды с оценкой их состояния и пространственной диф-ференциации; установление степени биогеохимического концен-трирования загрязняющих веществ живыми организмами иопределение экологических последствий такого концентрирования.

Источники загрязнения

Всякое преобразование окружающей среды в результате деятель-ности человека может быть названо антропогенным. Антропоген-ное воздействие, приводящее к изменению химического составаодного или нескольких природных компонентов окружающейсреды, является геохимическим, поскольку неизбежно с той илииной скоростью и интенсивностью включает это изменение вовзаимодействующие друг с другом природные системы. Такимобразом, сформулированное А. Е. Ферсманом понятие «техно-генез» включает любое антропогенное геохимическое воздействиеи не ограничивается каким-либо определенным видом челове-ческой деятельности (в частности, промышленным производст-вом), а в равной мере относится и ко всем остальным (сельскоеи лесное хозяйство, строительство, рекреация и т. д.).

С классических геохимических позиций изменение химическихсвойств окружающей среды, не связанное с естественными при-родными процессами, является загрязнением. В то же время,при использовании этого термина чаще всего в него вкладывает-ся медико-биологический смысл. В этих случаях под загрязне-нием подразумевают появление или количественное изменение вокружающей среде тех или иных свойств — физических (напри-мер, шума, радиации, электромагнитных полей, вибрации) илихимических (загрязняющих веществ),— уровень проявления ко-торых может оказать неблагоприятное влияние на условия жиз-ни. При таком понимании, загрязнение — явление количествен-ное. Оно может возникнуть не только антропогенным способом,но и в связи с естественными природными причинами (пыльны-ми бурями, паводками и т. д . ) . - Т а к и м образом появились нело-

14

гичные на первый взгляд, термины, как, например, природноеили естественное загрязнение, которые, однако, уже вошли впрактику и достаточно удобны для прикладных целей. Особеннохарактерно природное химическое загрязнение для участковместорождений полезных ископаемых, особенно рудных место-рождений, и в районах вулканической деятельности.

Загрязняющие вещества (поллютанты) — материальные но-сители загрязнения — связаны с наличием источников загрязне-ния. Этот термин имеет очень широкое и не очень определенноеприменение. Под источником загрязнения может подразуме-ваться как вид человеческой деятельности (например, радиотех-ническое производство, поливное овощеводство, водная рекреа-ция), так и конкретные объекты деятельности (завод, свалка,хранилище отходов, автомобильный транспорт и т. д.) илиматериальные носители загрязняющих веществ (отходы произ-водства, средства химизации) .

Средства химизации — вещества, преднамеренно вносимые вокружающую среду с целью увеличения эффективности того илииного вида производственной деятельности. Загрязнение окру-жающей среды чаще всего есть побочный непредвиденный ре-зультат этой деятельности.

Отходы — неутилизируемая в данный момент и возвращае-мая в окружающую среду часть используемых и перерабатывае-мых человеком материалов. Загрязнение окружающей среды —неизбежное следствие появления отходов.

Отходы могут быть промышленными, коммунальными, быто-выми, сельскохозяйственными.

Различают складируемые отходы, а также выбросы и стоки.Складируемые отходы (жидкие и твердые) представляют

собой ту часть отходов человеческой деятельности, котораясобирается с целью захоронения на свалках или депонированияна полигонах — накопителях для последующей утилизации. До-вольно часто общее понятие «отходы» относят именно к скла-дируемым отходам.

Стоки — часть жидких отходов, которые рассеиваются в окру-жающей среде. Стоки обычно состоят из дисперсионной среды(жидкой фазы раствора) и дисперсной фазы (взвешенных ча-стиц, водной взвеси, взвешенного вещества). Очень часто наибо-лее значительное загрязнение связано именно с дисперсной фа-зой.

Выбросы — часть отходов, рассеиваемая в атмосфере. Как истоки, выбросы обычно двухфазны и состоят из воздушно-га-зовой смеси и твердых частиц — воздушной взвеси, пыли, аэро-золей.

Стоки и выбросы могут быть организованными, т. е. осуще-ствляемыми через те или иные технические устройства, на кото-рых происходит количественный учет загрязняющих веществ, и

15

неорганизованными, возникающими стихийно (пыление конвейе-ров, оконная вентиляция и т.д.).

По характеру поступления загрязняющих веществ в окру-жающую среду источники загрязнения разделяются на локаль-ные, точечные, площадные и линейные (неточечные). Все про-мышленные источники выбросов и стоков точечные. Неточечныеисточники связаны с сельским хозяйством, химизацией, поверх-ностным стоком с загрязненных территорий и т. д.

Загрязняющие вещества могут быть органические, органоми-неральные и минеральные. При изучении загрязнения минераль-ными веществами обычно исследуют отдельные химические эле-менты, а не соединения. При этом очень широко используетсятермин «тяжелые металлы». Первоначально к ним относилисьметаллы с плотностью более 5 г/см3. В последнее время термининогда используется для обозначения большой группы токсичныххимических элементов и, прежде всего, цветных и редких ме-таллов.

Все виды источников загрязнения содержат широкую группузагрязненных веществ полиэлементного состава (табл. 1) . Соче-тание химических элементов характеризует специфические инди-видуальные особенности источников загрязнения. Во всех слу-чаях антропогенное геохимическое воздействие является мощ-ным, комплексным по составу источником загрязнения окру-жающей среды.

Распространение загрязняющих веществОбразование и характеристика геохимических аномалий

Загрязнение окружающей среды происходит в результате мигра-ции загрязняющих веществ, генерируемых источниками загряз-нения.

Геохимическая миграция — неразрывный комплекс процессов,приводящих к перераспределению химических элементов в при-родных телах. Этот комплекс включает перевод химических эле-ментов в структурное состояние, форму нахождения, обеспечи-вающих их подвижность в данных внешних условиях, тран-спортировку элементов в физических и химических градиентныхполях природных тел; осаждение, концентрирование элементовв результате его взаимодействия с веществом транспортирующе-го потока или вмещающей его природной системы и перевод ихв неподвижное структурное состояние, равновесное с новымивнешними условиями.

Основной геохимической мерой качества окружающей средыявляется содержание химических элементов: массовая доляхимического элемента (мкг/г, мг/кг, г/т или %) либо объемнаяконцентрация — масса химического элемента в единице объемаприродного тела (мкг/л, мг/л, г/м3).16

Т а б л и ц а 1. Ассоциации химических элементов в различных видах отходов. По [29, 34]

Примечание. Индекс элемента — величина п.

В некоторых случаях изучается распределение так называ-емых показателей техногенной нагрузки или модулей техноген-ного давления — массовой доли или объемной концентрациизагрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду наединицу площади (длины) за единицу времени (например, г/м2

в сутки).Каждая миграционная природная система является одновре-

менно транспортирующей и вмещающей средой. В результатегеохимической миграции может происходить как рассеяние хими-ческих элементов, так и их концентрирование. Процесс рассея-ния химических элементов обусловливается их разбавлениемлли осаждением из транспортирующих потоков. Процесс концент-рации происходит в случаях, когда в силу тех или иных физи-ческих или химических причин скорость транспортирующегопотока в целом, или скорость перемещения каких-либо состав-ных частиц потока резко уменьшается. Такие участки являютсягеохимическими барьерами. Вся система от источника поставкиэлементов до геохимического барьера может быть названа миг-рационным потоком или цепью распространения загрязняющеговещества.

Природные среды, накапливающие загрязняющие вещества(почвы, растительный покров, снеговой покров, донные отложе-ния) являются депонирующими. Перемещение происходит втранспортирующих средах в водно-миграционных и воздушно-миграционных потоках, а также путем биологического погло-щения элементов (транслокация) растительностью и далее поцепям питания живых организмов (трофическая цепь распростра-нения). Транспортирующие среды для живых организмов явля-ются главными жизнеобеспечивающими природными средами.

Распространение химических элементов в антропогенеземожет происходить и техническими средствами (автомобильные,и железнодорожные перевозки, авиатранспорт и т. д.).

В процессе миграции происходит распределение химическихэлементов между природными телами.

Интенсивность миграции определяется скоростью обмена,перераспределения химических элементов между компонентамиприродной среды. Она зависит от физических, физико-химическихи биологических свойств природных систем, обусловливающихто или иное соотношение между скоростями перехода элементовв мобильное состояние и скоростями их транспорта и осаждения.В конечном счете интенсивность миграции зависит от ландшафт-но-геохимических условий, т. е. от специфики сочетания гидро-метеорологических, литолого-геохимических и почвенно-ботани-ческих характеристик конкретной территории. Численно интен-сивность миграции может быть выражена в виде какого-либоиндекса или коэффициента, т. е. относительного показателя, со-поставляющего содержание химических элементов или их объем-18

ную концентрацию в фиксированном наблюдении, месте, илимоменте времени по отношению к такому же состоянию природ-ного объекта, принимаемого за базовый.

В прикладной геохимии разработана подробная системакоэффициентов [ 1, 5, 36].

В основе большинства коэффициентов лежит общепринятыйв научных исследованиях коэффициент распределения, т. е. вели-чина отношения средних содержаний в каких-либо сравнивае-мых между собой взаимосвязанных объектах или частях одногообъекта. За базовую величину в данном случае принимаетсялибо исходное (до начала геохимического преобразования)состояние объекта, или какая-либо часть преобразуемого объ-екта, либо аналогичный объект, не затронутый исследуемымгеохимическим процессом. Применительно к прикладным геохи-мическим исследованиям этот показатель д^я случаев ростасодержания элемента в изучаемом природном теле в ходе распре-деления или миграции трансформируется в коэффициент кон-центрации (накопления), а для случаев уменьшения содержанийв этих процессах — в коэффициент рассеяния (выноса илиразубоживания в зависимости от механизма явления). В ка-честве базового здесь чаще всего принимается фоновое содер-жание, понятие, которое является основополагающим в при-кладной геохимии. Фоновое содержание — среднее содержаниехимических элементов в природных телах по данным изученияих естественной вариации (статистических параметров распре-деления) в пределах однородного в геологически или (и)ландшафтно-геохимическом отношении участка. Геохимическийфон — понятие местное, локальное. Коэффициенты концентра-ции, подсчитанные по отношению к геохимическому фону,называются коэффициентами аномальности (контрастности).Коэффициенты концентрации, подсчитанные по отношениюк среднему содержанию химического элемента в литосфере(кларку), в какой-либо геохимической системе (почве, горнойпороде, растительности и т. д.) или ее таксономической части(тип почвы, тип горной породы и т. д.) называются кларкамиконцентрации.

В результате миграции химических элементов по природнымтранспортным каналам в окружающей среде образуются гео-химические аномалии.

Прежде всего следует отметить высокую динамичность воз-душных и водных потоков.

Концентрации элементов в атмосферном воздухе зависятот многих несинхронно изменяющихся технологических парамет-ров выбросов и метеорологических характеристик, условий рас-сеяния. Теоретические и экспериментальные исследования спе-циалистов по физике атмосферы показывают связь распреде-ления приземных концентраций загрязняющих веществ от тур-

19

Рис. 1. Распределение свинца (сплош-ная линия) и никеля (пунктир) в ат-мосфере.Направление факела выброса: дни3—16 — на точку наблюдения, дни 2,17, 18, 19 — под углом к точке наблю-дения, день 1 — от точки наблюдения

Рис. 2. Распределение меди, цинка икадмия в водотоке, дренирующем про-мышленную зону (пунктирная ли-ния — ПДК)

булентности воздушных течений (сочетание солнечного притокатепла и его излучения от земной поверхности и техническихисточников); от условий температурной стратификации атмо-сферы (при температурных инверсиях ухудшаются условия рас-сеяния); от влажности воздуха (прямая зависимость); от рель-ефа местности, расстояния от источника выброса; высоты выб-роса и его тепловых и физико-химических характеристик; отскорости и направления ветра [8, 17].

В урбанизированных зонах приземная концентрация опре-деляется воздействием множества источников выбросов, чтоприводит к высокой динамичности содержаний и соотношенияхимических элементов в воздухе.

На рис. 1 представлены графики синхронных наблюденийза динамикой распределения в воздухе свинца и никеля вблизигруппы приборостроительных предприятий. Несмотря на сравни-тельно устойчивый по направлению и силе ветер, химическиеэлементы появлялись в воздухе несинхронно, регистрировалисьв разное время и далеко не весь период наблюдений.

Интенсивная динамика распределения химических элементовотличает и техногенные водные потоки рассеяния. На приводи-мом примере (рис, 2) мы видим, что пики концентрации хими-ческих элементов в воде для различных химических элементовне совпадают по времени, частоте появления и длительностисуществования.

Высокая вариабельность распределения загрязняющих ве-ществ в природных средах, транспортирующих техногенныегеохимические потоки имеет три важных следствия.20

Во-первых, для получения представительной оценки уровняпоступления в организм загрязняющих веществ с водой и возду-хом необходимо осреднение значительного количества измере-ний (до 200, по гигиеническим расчетам М. А. Пинигина иН Советам) [11]. Во-вторых, получение такой информациивозможно только в условиях стационарной сети наблюдений,что, собственно, и обосновывает санитарно-гигиенический и гид-рометеорологический подходы к системе контроля за состояниемокружающей среды. В третьих, по данным прямых наблюденийза воздухом и водой достоверную картину пространственнойструктуры загрязнения окружающей среды с множеством источ-ников получать трудно; в этом отношении перспективен гео-химический анализ структуры выпадений загрязняющих веществиз техногенных потоков.

Механизмы выведения химических элементов из транспор-тирующих потоков в депонирующие природные среды, хорошопонятные в общем виде, фактически почти не наблюдались и оченьмало описаны. Они обусловлены прежде всего формами нахож-дения химических элементов в потоках.

Химические элементы в воздухе и воде мигрируют в видедвух основных групп форм: 1) растворенной, входящей в составглавных фаз этих природных компонентов,— их дисперсионнойсреды; 2) взвешенной, представляющей собой непостояннуюмеханически перемещаемую дисперсную фазу, не стабильнуюпо составу и объемам. Пространственно-временные особенностиповедения химических элементов в этих двух фазах обусловленыразными причинами и имеют свою специфику. Для дисперсион-ной среды концентрация загрязняющих веществ регулируетсяпрежде всего процессами разбавления, а также сорбционногохимического взаимодействия.

Для дисперсной фазы (взвесей) концентрация связанныхс ней загрязняющих веществ обусловлена содержанием этихвеществ в самой фазе, количеством фазы и скоростью ее. седи-ментации, связанной с размерностью частиц и скоростью потока.

Таким образом, концентрация загрязняющих веществ в по-токах и интенсивность выпадения из них зависят от соотношения«раствор (газовая смесь) — взвесь». Интересно отметить, что'в практике контроля за окружающей средой при оценке состо-яния воздуха почти всегда анализируется пыль или аэрозоль,накопившаяся на фильтре. Для воды же либо форма нахожденияне фиксируется, либо (что чаще), анализируется фильтрат.

В этой связи данных по реальным формам нахождения хи-мических элементов в потоках очень мало.

В водных потоках многие химические элементы мигрируютпреимущественно во взвешенной форме [27, 30]. Поэтому приоценке загрязнения водных систем большое значение приобре-тает мутность воды. Загрязнение водных потоков по принятым

21

сейчас критериям оценки определяется как масса загрязняющеговещества в единице объема. При этом, в случае увеличения мут-ности воды даже при фоновых содержаниях элементов в составевзвеси происходит рост объемных концентраций, создающий«видимый уровень загрязнения».

Вместе с тем, появление небольшого количества техногеннойвзвеси с очень высокими массовыми содержаниями химическихэлементов также приводит к значительному загрязнению («ре-альный уровень загрязнения»). Но в этих случаях в периодыувеличения мутности (например, половодье) может регистриро-ваться уменьшение загрязнения.

Общая концентрация химических элементов в раствореннойформе, складывающаяся из суммы неорганических и органи-ческих компонентов, в условиях загрязнения определяется преж-де всего степенью разбавления речной водой поступающих сто-ков, а также взаимодействием в системе «вода — биота —твердое вещество».

Химические элементы, связанные со взвешенным веществом,могут быть закреплены в разнообразных химических формах.Они могут присутствовать в виде геохимически подвижныхформ (т. е. могут относительно легко трансформироваться приизменении условий среды): сорбированных; связанных с органи-ческим веществом; гидроксидами железа и марганца; карбона-тами; и в виде неподвижных форм — сульфидов, силикатов,входить в состав решеток неразложившихся обломочных и гли-нистых минералов (кристаллическая форма). Все эти формывыявляются фазовым химическим анализом [41].

В воздушных потоках рассеяния проблема форм нахожденияэлементов долгое время стояла, главным образом, как проблемадисперсного состава аэрозолей. Сравнительный анализ размеровчастиц для различных химических элементов позволил раз-работать количественные модели их рассеяния и рассчитатьскорости оседания. В последнее время выяснилось, что большоезначение имеет изучение распределения элементов между аэро-зольной фазой (взвешенной в воздухе, дисперсной) и паро-газовой фазой (дисперсионной средой).

На биосферных заповедниках, т. е. в эталонных фоновыхусловиях, большинство тяжелых металлов (Си, Со, Сг, Си, 2п,РЬ и Н§^), а также 5е, Аз, Вг, 5Ь находятся в атмосфере, глав-ным образом в паро-газовой форме. Лишь для литофильныхэлементов (Ш, 5с, ТК) преобладающая доля концентрациисвязана с взвешенными частицами [18,28].

В атмосферном воздухе жилых территорий крупного промыш-ленного города роль взвесей в составе атмосферы (по А. 3. Мик-лишанскому) для большинства элементов возрастает до 70 (2п,Со) —90% (Си, Сг). Однако, для ряда элементов паро-газоваяфаза или, вернее, не улавливаемая фильтром субмикронная22

Рис. 3. Распределение химических элементов по размерам несущих частиц:/ — субмикронная фракция (менее 0,05 мкм), 2—мелкодисперсный аэрозоль(0,05—2 мкм), 3 — крупнодисперсный-аэрозоль (более 2 мкм)

фракция составляет значительную часть содержания (Аз —66%, 5Ь~67%, Нд-60%).

В районе промышленных источников выбросов изучение соот-ношения «взвесь — газ» едва начато. По первым результатам(работы А. В. Волоха) это соотношение сильно меняется. Удель-ный вес субмикронной фракции повсеместно велик: Сс1 40—50%,РЬ 22—28%, 2п до 24%. Полученные данные исключительноважны, так как ставят под сомнение достоверность существу-ющих методов контроля и учета поступления загрязняющихвеществ в организм (рис. 3).

При анализе особенностей образования техногенной аномалии за счет выпадений из атмосферы также очень важны пред-ставления о формах нахождения химических элементов и преж-де всего о соотношении растворенных и взвешенных форм. Какпоказывают многочисленные материалы, это соотношение свя-зано со степенью загрязненности выпадений. Так, авторамиизучен характер изменения данного соотношения в снеговомпокрове по мере приближения к крупному промышленномугороду. Практически для всех исследованных химических эле-ментов на относительно удаленных и сравнительно чистых тер-риториях в выпадениях из атмосферы преобладают раствори-

23

Т а б л и ц а 2 Соотношение растворенных и взвешенных форм нахожденияхимических элементов в атмосферных выпадениях

Район исследования

Неурбанизированная территория(50 км от источника выброса)Пригородная зона и окраины го-рода (10 км от источника выбро-са)Завод цветных металловКрупная промышленная зона

Среднесу-точная

масса вы-падающей

пыли,кг/км 2

17

80

140480

Соотношение «Раствор/Твердаявзвесь», %

Медь

77(1)

36(0,5)

3,5(100)11(18)

Цинк

79(1)

17(2,5)

13(20)9(10)

Свинец

82(1)

18(6,0)

12(160)2(40)

Кадмий

95(1)

81(2,2)

90(22)48(25)

Примечание В скобках указан коэффициент к о н ц е н т р а ц и и х и м и ч е с к и х элементов поотношению к содержанию в фоновых условиях

мые формы (табл. 2). Близ источников выбросов одновременнос увеличением общей массы выпадающей пыли и степени кон-центрации в ней элементов резко уменьшается доля раствори-мых форм (кроме Сс1).

Таким образом, формирование техногенных потоков и орео-лов рассеяния во многом связано с характером распределениятвердых взвешенных частиц. Этот вывод касается прежде всеготерриторий, обрамляющих источники выбросов и стоков такназываемой «ближней» зоны выпадений, наиболее опаснойс экологических позиций. Различие характера выпадений в ближ-ней и дальней зонах описывается многими исследователями.Однако, почти нет надежных данных по балансам распределе-ния материала выбросов в этих зонах. Авторы провели на не-скольких объектах синхронные наблюдения за массой органи-зованных выбросов РЬ, 2п, Си, 5п, СА и массой выпадений этихэлементов, уловленных снеговым покровом и установленныхпутем картирования зоны распространения из аномальных кон-центраций. Выяснилось, что выпадениями фиксируется всеголишь 20—30% массы выбросов. Остальная часть выброса рас-сеивается, поступая в региональные и глобальные миграцион-ные циклы, создавая «фоновое» загрязнение.

Влияние процессов глобального переноса антропогенных заг-рязняющих веществ привело к тому, что сейчас в сущности неудается собрать надежные данные о природном фоновом сос-тоянии воздуха и выпадений, определяемом космогенным, вул-каногенным и литогенным поступлением химических элементов.

В этой связи многие ученые обратились к изучению воздухаарктических и антарктических районов, а также океанов, исполь-зуя как прямое определение химических элементов в атмосфе-ре, так и данные по химическому составу выпадений на ледни-ковые покровы.24

Сравнение данных по составу пылей в датированных разре-зах слоев арктического и антарктического снега и льда показа-ло, что в расположенной относительно близко к промышленнымрайонам Гренландии, начиная с 1940 г., концентрации РЬ, 2пи 5О1" увеличились в 2—3 раза, тогда как в Антарктиде содер-жания тяжелых металлов существенно не менялись [8, 28].

Обобщение данных по прямому определению металлов ввоздухе, также показывает наиболее низкий уровень содержанийв Антарктиде и их повышение в районах, более близких к конти-нентам (океан северного полушария), и, особенно, к промыш-ленным районам (Альпы).

Можно предположить, что воздух и выпадения Антарктидымогут быть приняты лишь за условный эталон. В то же времясовершенно ясно, что истинным фоном он служить не может,так как в условиях континентов состав атмосферы в значительнобольшей степени определяется природной литогенной составля-ющей рассеяния.

В качестве условного фона многие исследователи применяютданные по концентрациям металлов в воздухе и в выпаденияхсельских территорий, где, однако, в настоящее время долюантропогенного вклада выделить очень трудно.

Как отмечает А. П. Лисицын, фоновая поставка вещества изатмосферы сильно варьирует в зависимости от особенностейциркуляции воздуха. Последняя обусловлена наличием струйныхтечений (каналов миграционных потоков) и зон конвергенции,определяющих в совокупности три типа переноса взвешенногоматериала: локальный, тропосферный и стратосферный. Средне-суточная поставка аэрозольного материала варьирует: 100 кг/км 2

(плато Колорадо) — около 5 кг/км 2 (Новая Зеландия) —1 кг/км 2 (Антарктида) —0,006—0,06 кг/км 2 (Арктика).

Авторы на основе большого статистического материала (около2000 наблюдений) для нечерноземной зоны европейской частиСССР получили оценку фона около 10 кг/км 2 в сутки (прифлуктуации от 6 до 20 кг/км 2 в сутки).

При оценке интенсивности концентрации химических элемен-тов в пылевых выпадениях из атмосферы следует иметь в виду,что соотношение природной и техногенной составляющей в нихдовольно динамично. В частности, увеличение в составе выпа-дений доли почвенного материала, характерного для летнегопериода, увеличивает общую массу взвеси, оседающей на днев-ную поверхность, но снижает в ней массовую концентрацию«техногенных» химических элементов. Коэффициент летнегоразбавления пылевых выпадений варьирует в зависимости оттипа источников химических элементов и расстояния до него(табл. 3). Так, он во всех случаях довольно стабилен для Сии 2п, но снижается в городе для РЬ (поступление свинца изпочв, загрязненных автомобильными выбросами) и очень резко

25

Т а б л и ц а 3 Коэффициенты летнего разбавления химических элементов в вы-падениях из атмосферы

Участокнаблюдения

Региональный фон выпаде-нийОкраины крупной промыш-ленной зоныЦентр крупной промышлен-ной зоны

Медь

1,7(100/60)

1,9(300/160)

1,7(450/270)

Свинец

2,2(90/40)

1,5(150/100)

1,3(300/220)

Цинк

2,0(1100/550)

1,8(900/530)

1,8(1100/630)

Никель

5,0(50/10)

2,0(155/80)

2,0(100/50)

Примечание В скобках у к а з а н а к о н ц е н т р а ц и я элементов в пыли (в м г / к г ) числитель —в з и м н и х выпадениях, знаменатель — в летних выпадениях

у N1 (следствие влияния отопительного сезона с выбросамимазутных ТЭЦ).

В связи с вариацией состава пыли в выбросах предприятийследует учитывать возможность появления двух принципиальноразличных типов нагрузки химических элементов на земнуюповерхность от загрязненной атмосферы: 1) высокая нагрузка,формируемая в результате выпадения больших количеств пылис фоновыми или близкими к ним содержаниями химическихэлементов; 2) высокая нагрузка, образуемая выпадением пылис высокими содержаниями химических элементов.

Первый тип нагрузки является, в сущности, условно-аномаль-ным. Для участков проявления этого типа нагрузки можетбыть характерно несколько повышенное потребление химическихэлементов при дыхании (за счет большой массы пыли), но воз-действие на почвы, воды, растения практически отсутствует.

Второй тип нагрузки (собственно-аномальный) воздействуетотрицательно на все компоненты окружающей среды, повышаяв них концентрацию химических элементов.

Например, на одном из цементных заводов с большой общеймассой выброса поступление в окружающую среду цинка с вы-падениями составило 456 т в год, в том числе за счет увеличениясодержания элемента по сравнению с фоновой почвенной пыльюв той же массе всего 14 тонн. На соседнем заводе цветных метал-лов масса цинка в выпадениях была почти в 2 раза меньше —244 тонны, но за счет техногенного увеличения содержанийв пылевом выбросе масса аномального цинка здесь была 127 тонн(в 9 раз больше). В результате около цементного завода анома-лии цинка в почве не наблюдались, а около завода цветныхметаллов она была весьма контрастна. На рис. 4 приведенытипичные примеры пространственного распределения выпаденийдвух химических элементов в окрестностях промзоны с мощнымисточником выброса свинца и менее мощным олова.

Обобщение материалов такого рода позволило по среднимданным выбросов, рассчитанным для наиболее характерных то-чек пространственного распределения, построить графики рас-26

Рис. 4. Соотношение среднесуточных аномальных нагрузок химических элементов:

/ — собственно аномальная нагрузка, 2 - условно аномальная нагрузка

Рис. 5. Характер изменения суммарныхпоказателей загрязнения снегового по-крова:О — геометрический центр промышленнойзоны, Крп — коэффициент концентрациипыли, уловленной снегом, по сравнениюс фоном, 2С — суммарный показатель сте-пени загрязнения пыли химическими эле-ментами, 2Р — суммарный показательнагрузки химических элементов на окру-жающую среду На оси ординат отложе-ны величины 2С1/2Со, КрП|/КрПо, 2р/2ро

Рис. 6. Распространение ртути выбросов углеперерабатывающего предприятия:/ — предполагаемая трасса распространения грубой твердой взвеси, 2 — пред-полагаемая трасса распространения тонкой взвеси и газовой фазы, 3 — уровеньвыпадения ртути в аномалиях по отношению к фоновому уровню Кр

пределения важнейших показателей загрязнения материалавыпадений (рис. 5). Количество выпадающей пыли, суммарныйпоказатель загрязнения пыли химическими элементами и суммар-ная нагрузка, создаваемая выпадениями, представлены в видекоэффициента распределения, т. е. пронормированы по отношениюк их значению в источнике аномалии — промышленной зоне.

На графиках, построенных в полулогарифмическом масшта-бе, суммарный показатель степени загрязнения пыли химиче-скими элементами, общее количество пыли и производный отних суммарный показатель нагрузки химических элементов наокружающую среду уменьшаются с удалением от групповогоисточника загрязнения по закону, близкому к экспоненциаль-ному (линии графика близки к п р я м ы м ) .

Скорость уменьшения концентрации химических элементовв пыли в 1,5—2,0 раза ниже скорости уменьшения выпадениясамой пыли. Это обусловливает относительное обогащение пылихимическими элементами с удалением от источников загрязнения.

Близкий пример наблюдался Е. П. Сорокиной и одним из авто-ров при прослеживании воздушного потока ртути от углеперера-батывающего предприятия. Других источников ртути на терри-тории нет, в то же время наблюдаются две зоны выпаденийэтого элемента: близ предприятия и на значительном удалении(рис. 6). Можно предположить, что зоны фиксируют трассыраспространения различных форм нахождения ртути.

Центр наиболее высоких выпадений приурочен к источникувыброса. Размеры центра (для очень крупных источников выбро-са — километры) хорошо коррелируются с мощностью источ-ника. Это хорошо подтверждается данными рис. 7, где приведе-ны примеры для предприятия с чисто пылевым выбросом и для«химического» выброса плавильных металлоперерабатывающихпроизводств.28

Рис. 7. Соотношение массы выброса и дальности распространения материалавыпадений из атмосферы:а—распространение пыли заводов строительных материалов (цементный за-вод— сплошная линия, известковый завод — пунктир), б — распространениецинка в выбросах предприятий разного размера (1 —мелкое, 2 — среднее, 3 —крупное)

Другая важная закономерность — намечающееся различиев изменении характеристик загрязнения территорий с навет-ренным и подветренным направлением распространения техно-генных потоков. При редких и обычно тихих ветрах скоростьуменьшения параметров загрязнения меньше, чем в направленииболее частых и сильных ветров. Эти закономерности хорошопонятны. В условиях относительно слабого влияния горизон-тальной составляющей воздушного рассеяния, что характернодля подветренной стороны и зоны, прилегающей к источникув периоды штилей, лучше проявлено гравиметрическое распре-деление частиц выбросов с дифференциацией обогащенных хи-мическими элементами тонких аэрозолей и бедных или грубо-дисперсных взвешенных частиц. Именно эти процессы -и обу-словливают приуроченность центра высоких выпадений к терри-тории промзоны и слабую зависимость его морфологии от розыветров. В то же время общая пространственная структура распре-деления выпадений, представленная обычно полем невысокихконцентраций загрязняющих веществ, хорошо корреспондируетс метеорологическими параметрами.

Морфология потоков рассеяния в урбанизированных зонахи особенности распределения химических элементов и их ассо-циаций определяется прежде всего закономерностями простран-ственного распределения выпадений из атмосферы на земнуюповерхность.

Имеется ряд физико-математических моделей, описывающихпроцессы выпадения загрязняющих веществ [17,28]

Основными параметрами моделей распространения примесейявляются мощность и высота источника, высота слоя вымыва-

29

ния, скорость и направление воздушных потоков, гравитацион-ные характеристики примесей, интенсивность осадков. Все этипараметры наиболее стабильны для высоты выброса более100 м, высоты слоя вымывания порядка 1000—3000 м. Дляэтих условий и одиночных источников загрязнения удалосьрассчитать хорошее совпадение изолиний потоков выпаденийс розой ветров, соотношение потоков грубо- и тонкодисперсныхпримесей, соотношение гравитационного и мокрого удаления и ряддругих зависимостей. В конечном счете, по данным Б. И. Стырои К- К. Шопаускаса, время вымывания химических элементовиз атмосферы сравнительно невелико: 1,1 —1,6 суток для Мп,№, Ре, А1, Си; 3,6 суток — для РЬ.

Следует заметить, что граничные условия существующих мо-делей далеко не полностью осуществляются в реальных про-мышленных зонах, для которых характерна множественностьисточников загрязнения с относительно низкими выбросами(менее 100 м), и где распространение примесей происходит внаименее устойчивых условиях.

Различие скоростей выпадения химических элементов, а так-же различия форм их нахождения в потоках рассеяния опре-деляют возможность формирования в них геохимической зональ-ности (рис. 8). Естественно, что для территорий с множествомисточников она может быть непроявлена.

Важнейшим итогом проведенных в последние годы исследо-ваний по условиям образования и распространения техногенныхгеохимических потоков рассеяния является формирование пред-ставлений о корреляционных связях в окружающей среде в це-пи «источник загрязнения — техногенный поток — геохимиче-ская аномалия, создаваемая при выпадении загрязняющих ве-ществ». Во многих случаях связи подтверждаются статистическидостоверной корреляцией распределений содержаний химических

зо

Рис. 8. Зональность выпадения хими-ческих элементов в техногенном воз-душном потоке рассеяния. По Е. П. Со-рокиной и Ю. Е Счету

Рис. 9. Зависимость между содержа-ниями свинца в атмосферном воздухе(х, мкг/м 3) и содержаниями свинцав почве ((/1, мг/кг ) и снежном покрове(уг, мг/кг)

элементов в сосуществующих природных средах, испытывающихвлияние одних и тех же источников загрязнения. И, наконец, ониподчеркиваются пространственным совпадением источников заг-рязнения центров и общей структуры ореолов и потоков рассея-ния (рис. 9).

Данных, оценивающих корреляционные связи между составоми количеством химических элементов в промышленных выбросах,их концентрацией в воздухе, в выпадениях на земную поверх-ность и степенью загрязнения почв пока еще очень мало. Имею-щиеся материалы демонстрируют лишь отдельные фрагментыэтой сложной цепи.

Геохимическое изучение зависимости распределения хими-ческих элементов в выбросах промышленных предприятий и в вы-падениях из воздушных потоков может быть проведено толькона уровне приближенных оценок. Это вызвано прежде всего не-достатком, а чаще всего, отсутствием точных данных по объ-емам организованных выбросов и невозможностью учета неорга-низованного выброса. Кроме того, обычно известны только техимические элементы, которые по принятым технологиям должныучаствовать в производственном процессе, элементы-примесив сырье не учитываются. Ярким примером является производствосерной кислоты. В случае использования для этого пиритныхогарков в выбросах обнаруживаются Аз, РЬ, Сс1, 2п, Си и другиеэлементы в относительных концентрациях, не меньших, чем 5.

Спектры химических элементов в выбросах и пылях, осаж-денных на снег, хорошо совпадают (см. рис. 9, а ) .

На основании результатов сопряженных исследований метал-лов в атмосферном воздухе и почве в ряде крупных промышлен-ных городов выявлены количественные связи между концентра-циями некоторых металлов в этих сопредельных средах.

Наблюдаемые корреляции статистически достоверны и выра-жаются следующими уравнениями регрессии (см. рис. 9):

зависимость между концентрацией свинца в атмосферномвоздухе л; и в выпадениях из атмосферы на снеговой покров у:

у = 5317х + 130;

зависимость между концентрацией свинца в атмосферномвоздухе х и почве у:

у = Шх + 165;

зависимость между концентрацией меди в атмосферном воз-духе х и почве у:

у = 526* + 457;

зависимость между концентрацией ртути в атмосферном воз-духе х и почве у:

у = 130л: + 1.31

Рис. 10. Распределение пыли ( а ) ,соединений азота (б) и сульфатов(в) в снеговом покрове различныхфункциональных типов городскихтерриторий:О—4 — зоны 0 — фоновая, 1 —парковая, 2 — селитебная, 3 — се-литебно транспортная, 4 — про-м ы ш л е н н а я

Установленные соотношенияпозволяют для перечисленных эле-ментов определить уровни их со-держания в депонирующих сре-дах, оконтуривающие территории,где с большой степенью вероятно-сти могут быть обнаружены пре-вышения предельно-допустимыхконцентраций металлов в атмос-ферном воздухе. Выявление кор-реляционных связей в системе«атмосферный аэрозоль — выпа-дение» позволяет считать, что приизучении структуры загрязнениядепонирующих сред городов эф-фективно изучение распределениявозможно более широкой ассоци-ации металлов, отражающей веськомплекс химических элементов,загрязняющих атмосферный воз-дух.

Важно отметить, что аномалиивыпадений пыли и химическихэлементов, как правило, совпада-ют с участками проявления в ат-

мосферном воздухе аномалий оксидов серы, азота, хлоридов,антропогенных органических соединений — т. е загрязняющихвеществ, приоритетных для воздушного бассейна [8]. Интересноотметить, что в ряде случаев (рис 10) загрязненные пылью ихимическими элементами выпадения проявлены контрастнее, чемдля приоритетных газообразных загрязняющих веществ. Такимобразом, геохимические аномалии, важные сами по себе, имеютбольшое индикационное значение.

Наличие геохимических корреляционных связей в окружаю-щей среде позволяет решать прикладные задачи: по аномалиямв природных средах, которых депонируют выпадения загряз-няющих веществ, оценивать состояние жизнеобеспечивающихприродных сред Таким образом, возникает принципиальнаявозможность использования геохимического картографированиядля пространственной дифференциации структуры загрязненияокружающей среды. В основе картографирования лежит вы-явление и оконтуривание на местности геохимических ано-малий.

Геохимическая аномалия — участок территории, в пределахкоторого хотя бы в одном из слагающих его природных телстатистические параметры распределения химических элемен-тов достоверно отличаются от геохимического фона.32

Геохимический фон — средняя величина природной вариациисодержаний химических элементов Он устанавливается на тер-ритории, где с большой надежностью можно предположитьотсутствие природных или антропогенных источников поступле-ния химических элементов.

Появление геохимических аномалий всегда связано с темиили иными природными и неприродными источниками воздей-ствия, не являющимися обязательным компонентом данноготипа геологической структуры или ландшафта. В случае антро-погенных источников воздействия образуются антропогенныегеохимические аномалии.

При этом различают геохимические ореолы и геохимическиепотоки рассеяния.

Геохимический поток рассеяния — термин, уже широко намииспользовавшийся,— применяется при описании аномалий в при-родных средах, транспортирующих загрязняющие вещества(в водах и воздухе). Их главными особенностями являютсядинамичность, неустойчивость состава и концентраций хими-ческих элементов во времени.

Геохимический ореол рассеяния — термин, используемый дляописания аномалий в природных средах, накапливающих за-грязняющие вещества при их выпадении из потоков рассеяния.К депонирующим средам относятся почвы, донные отложения,растительный и снеговой покровы. Слово «ореол» подчеркиваетналичие надежно фиксируемой пространственной связи междуаномальным полем и источником его образования. Геохимическиеореолы по сравнению с потоками рассеяния значительно менеединамичны и, соответственно, лучше воспроизводимы приповторных наблюдениях. Геохимические ореолы рассеяния —поле аномальных концентраций загрязняющих веществ и ихассоциации, отражающие воздействие на данную конкретнуютерриторию источника загрязнения или группы источников завесь период их существования. Это своеобразная геохимичес-кая фотография зоны воздействия источников загрязнения.

Техногенные геохимические аномалии и зоны загрязнения —понятия, широко используемые в природоохранной литературе,не являются полными синонимами. Под зоной загрязнения обыч-но подразумевается часть геохимической аномалии, в пределахкоторой загрязняющие вещества достигают концентрации, ока-зывающей неблагоприятное влияние на живые организмы.

Техногенные ореолы и потоки классифицируются по типамвмещающих природных сред, по направленности изменениясодержаний химических элементов в результате геохимическогопреобразования и генезису.

По типам геохимических потоков, формирующих аномалии,и их источникам они могут быть аэрогенными (связаннымис выпадением из воздушных потоков), гидрогенными (связан-

зз3-3486

ными с выпадением из водных потоков), биогенными (обуслов-ленными концентрированием живыми организмами), вейстоген-ными (связанными с распространением отходов, внесением отхо-дов в качестве удобрений, засыпкой отходами при строительстве)и агрогенными (связанными с особенностями ведения сельс-кого и лесного хозяйства — внесение удобрений, ядохимикатов,агротехническая обработка почв). Отметим, что существуютприродные геохимические аномалии рудогенные и вулканоген-ные, которые в случае использования территорий их распростра-нения под расселение или сельское хозяйство могут рассматри-ваться как зоны загрязнения.

По природным средам, вмещающим аномалии, ореолы и пото-ки могут быть литохимическими (в почвах, горных породах, дон-ных отложениях), сноухимическими (в снеговом покрове), гид-рохимическими (в водах), атмохимическими (в воздухе), био-геохимическими (в живых организмах).

По направленности изменений химического состояния объек-тов окружающей среды различаются аномалии концентрациии аномалии выноса химических элементов. При техногенноймиграции могут возникать также аномалии разубоживания —участки, где в результате искусственного механического пере-мещения вещества, связанного со строительством и планиров-кой местности, происходит разбавление природных концентра-ций материалом с низкими содержаниями.

Для биогеохимических аномалий в случаях, когда уровниконцентрации элементов определяют состояния организмов и био-косных систем (почв), различают аномалии избытка и аномалиидефицита химических элементов.

Для всех видов техногенных ореолов характерна высокаянеоднородность распределения химических элементов. Для аэро-генных аномалий показано [28], что как для приближеннойк источнику загрязнения зоны наиболее интенсивных аномалий,так и для сравнительно удаленных периферических участковс аномалиями ослабленной интенсивности распределение харак-теризуется очень высокими дисперсиями и соответственно коэф-фициентами вариации (табл. 4).

С удалением от источника выбросов в пределах зоны воздей-ствия в периферических частях аномалий дисперсия распределениявозрастает. Таким образом, аэрогенные аномалии в почвах обра-зуются за счет крайне неравномерно распределенных очень бо-гатых химическими элементами техногенных частичек, разбав-ленных почвенной массой с фоновыми содержаниями. Естест-венно, что всякая геохимическая проба усредняет картину. Темне менее, ситуация очень хорошо видна при анализе частот встре-чаемости аномальных содержаний, резко уменьшающихся с уда-лением от источника выброса (рис. 11).

Для гидрогенных ореолов в донных отложениях также харак-34

Рис. 11. Частота встречаемости аномальных концентраций в аэрогенных ореолахна различном удалении от источника загрязнения

терны резко варьирующие распределения содержаний. Вблизиисточника стоков содержания химических элементов всегда ос-таются в аномальной области, при удалении от него по руслуможет наблюдаться вариация от контрастно аномальных дофоновых концентраций.

При загрязнении сельскохозяйственных территорий неравно-мерность распределения химических элементов особенно ярконаблюдается для аномалий смешанного агрогенно-вейстогенногопроисхождения, т. е. в случае использования в качестве удоб-рений бытовых или промышленных отходов.

Аэрогенные ореолы рассеяния наиболее четко проявлены вснеговом покрове и почвах. Мы уже отмечали хорошие корре-ляционные связи между распределением химических элементов

Т а б л и ц а 4. Характеристика распределения химических элементов в загряз-ненных промышленными выбросами почвах

Химическийэлемент

СвинецЦинкМедьОловоРтутьВольфрамНикельХром

Центр а н о м а л и и

дворы

С

326380

8419

0,0154

3353

а

1651206019

0,02937

21

улица

С

263250

9230

0,0446

2334

а

238ПО

' 7524

0,1445

1 117

Периферия аномалии

дворы

С

51250

3416

0,072

3650

а

59200

434,5

0,24—

818

улица

С

55ПО34

70,070,32232

а

8640143

0,24— ,1314

п а р к

С

44ПО

1914

0,011

3775

а

1220

73

0,01—5

24

Примечание. Изучены площадки размером 10X10 м с отбором проб через 1 м (С —среднее содержание в выборке, мг/кг ; а — стандартное отклонение).

35

Т а б л и ц а 5 Средневзвешенные содержания химических элементов в золах

Источники з а г р я з н е н и я

Завод цветных металловЗавод черной металлургииЗавод изделии из цветныхметалловЗавод приборостроенияУгольная ТЭЦНефтеперерабатывающий за-вод

Фон

Зг

717(0,7)618(0,6)342(0,4)

825(0,8)770(0,8)922(0,9)

994

Т|

650(1)453(0,7)647(1)

700(1)570(0,8)488(0,7)

670

V

10(0,6)30(2)67(4)

1 6 ( 1 )42(3)31(2)

16

N1

393(6)128(2)101(1,5)

80(1)72(1)61(1)

65

Примечание Опробовались листья с м е л к и м и ветвями, в з в е ш и в а н и е средних произвоконцентрации элемента относительно фона

в выбросах, воздушных потоках, выпадениях из атмосферы ипочвах. Менее изучены пока связи между воздушными потокамии растительным покровом. Влияние выбросов на растительностьизучается давно и очень детально. Имеются интересные работыпо принципам индикации загрязнения воздушного бассейнапо геоботаническим особенностям растительности (главнымобразом, по лишайникам и мхам). Однако количественные кор-реляционные связи между распределением химических элемен-тов в воздушных потоках и в биогеохимических ореолах изученыхуже.

При исследовании влияния промышленных выбросов нарастительность трудно отделить химические элементы, погло-щенные растительным организмом в процессе жизнедеятель-ности, от элементов, механически загрязняющих поверхностьрастения. Эта методическая задача пока не решена, и поэтомубольшая часть данных по концентрации химических элементовв растениях в зонах выбросов позволяет дать лишь приближен-ную оценку реального воздействия. Действительно, исследованияпо накоплению свинца близ автодорог показывают, что от 30до 60% металла удаляется при смыве листьев [28]. В. С. Аржа-нова установила, что пылевое накопление металлов на листьяхв зоне влияния металлургического комбината настолько интен-сивно, что может использоваться для изучения пространственныхзакономерностей распространения выбросов.

Связь между составом химических элементов в выпаденияхи растительности (табл. 5) позволяет рассчитывать на прин-ципиальную возможность картографирования загрязнения воз-духа по составу растений (особенно листьев). Вместе с тем на-личие значительной пылевой составляющей, нестабильно за-крепляемой на листьях, требует более детальной методическойпроработки условий использования биогеохимических ореоловдля картографирования атмосферных потоков.36

древесных растении в зоне влияния различных источников загрязнения

Си

2683(15)264(1,5)506(3)

875(3)225(1)142(1)

180

АВ

4,1 ( 1 4 )0,5(1,7)0,4(1)

0,3(1)0,3(1)0,1(0,5)

0,3

2п

1583(1,6)747(0,8)821(0,8)

2275(2)1810(2)756(0,8)

990

РЬ

492(6)170(2)222(3)

6525(74)94(1)47(0,5)

88

5п

24(3)68(8)77(10)

4(0,5)14(2)5(0,7)

8

Мо

53(4)128(10)101(8)

1 4 ( 1 )42(4)5(0,4)

12

дилось на число проб каждого вида р а с т е н и я в выборке в скобках - коэффициент

Техногенные ореолы, связанные с выпадением химическихэлементов из атмосферы, концентрируются в самой верхнейчасти почв (рис. 12). В этом их главное отличие от вейстоген-ных и рудогенных ореолов рассеяния, для которых характерноувеличение концентрации химических элементов вниз по разрезу(рудогенные аномалии) или незакономерное, сильно варьирую-щее распределение (вейстогенные аномалии на свалках). В тоже время для аэрогенных ореолов в ненарушенных почвах наблю-дается связь глубины проникновения в почву с мощностью выпа-дений (см. рис. 12). Однако даже для выпадений в эпицентреаномалий одного из крупнейших заводов цветной металлургииглубина проникновения элементов в ненарушенных почвах заболее чем 100-летнюю историю не превышает 35 —40 см.

В техногенных геохимических аномалиях, как правило, неможет быть изучен весь возможный спектр загрязняющих ве-

ществ, который часто далеко не ясен. Поэтому обычно иссле-дуются главные или приоритетные (и часто наиболее распростра-ненные) ингредиенты — загрязняющие вещества, оказывающиенаиболее неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

В то же время для фиксации зоны неблагоприятного воз-действия источников загрязнения обычно достаточно изучитьтипоморфные ингредиенты (типоморфные химические элементы,элементы-индикаторы), т. е. те химические элементы или показа-тели воздействия, которые позволяют судить о состоянии изу-чаемой системы в целом.

Например, с выбросами автотранспорта, работающего наэтилированном бензине, связано загрязнение окружающей средынефтепродуктами, угарным газом, полицикличными ароматичес-кими углеводородами (ПАУ), бромом, свинцом, цинком, кад-мием и многими другими веществами. Приоритетными (поконцентрированию и опасности воздействия) здесь являютсяугарный газ, ПАУ и свинец. Типоморфным можно считать одинсвинец — элемент, корреляционно связанный со всеми другимиингредиентами, исследование которого позволяет описать всюсистему воздействия автотранспорта.

При геохимических исследованиях окружающей среды на-ряду с отдельными химическими элементами проводится анализраспределения ассоциаций химических элементов. Ассоциацияхимических элементов — группа элементов, обнаруживаемая визучаемом объекте в количестве, отличном от критериальногоуровня. Таким уровнем может быть либо геохимический фон,либо норматив, задаваемый условиями задачи.

Количественной мерой ассоциации является суммарный по-казатель загрязнения, представляющий собой аддитивную суммупревышений коэффициентов концентрации (рассеяния) над еди-ничным (фоновым) уровнем.

где Кс — коэффициент концентрации (отношение содержанияхимического элемента в оцениваемом объекте к его фоновомусодержанию, п — число химических элементов, входящих в изу-чаемую ассоциацию, С, — аномальное содержание; Сф — фоно-вое содержание.

Количественными показателями, используемыми при описа-нии и типизации ассоциаций химических элементов, являютсятакже индексы соотношений между отдельными химическимиэлементами или какими-либо их группами. Выбор видов такихиндексов зависит как от особенностей -выбранного эталона срав-нения, задающего первичный масштаб уровня соотношениймежду элементами и их группами, так и от специфики изучае-38

мого объекта. Система таких индексов (показателей) часто явля-ется константой и позволяет разработать чувствительные спо-собы геохимической интерпретации аномалий (например, раз-деление аномалий по источникам их образования).

Наиболее известным в техногенной геохимии примером такого"индекса является отношение РЬ/Вг, позволяющее отделить ано-малии свинца, связанные с автомобильными выбросами, имею-щими высокие концентрации 'брома, от выбросов иных источ-ников, как правило, не содержащих брома.

В случаях, когда появление химических элементов в ассо-циации связано с единым источником поставки или миграцион-ным процессом, ассоциации являются парагенетическими. В слу-чаях, когда воздействие разных источников механически сводитхимические элементы на одной территории и в одном объекте,появляются ассоциации сонахождения.

Ассоциации могут быть полными, включающими все хими-ческие элементы, обнаруживаемые в исследуемом объекте ваномальных количествах, и частными, включающими химиче-ские элементы, отражающие какую-либо сторону геохимическогоявления. Примерами частных ассоциаций являются ассоциациитоксичных элементов, ассоциации элементов, типоморфных длякакого-либо вида производства или процесса, ассоциации ред-ких металлов и т. д.

Анализ ассоциаций элементов — основа картографированиятехногенных геохимических аномалий [28]. Геохимическая струк-тура ассоциаций — важнейшая характеристика техногенной ано-малии, демонстрирующая ее специфичность и позволяющаяидентифицировать источники загрязнения. Ниже приведено мно-го примеров ассоциаций химических элементов для аномалий,связанных с различными видами антропогенных воздействийи природными аномалиями. Как и для источников загрязнения(отходов, выбросов, стоков), в техногенных аномалиях четкопроявляется преимущественное концентрирование элементов-примесей. Яркий пример этой закономерности наблюдался всерии аномалий, связанных с циклом переработки богатыхсвинцово-цинковых руд: добыча (механические процессы) —обогащение (водно-механические процессы) — металлургия (тер-мические процессы). Мы видим (рис. 13), что главные элементытехнологии (РЬ и 2п) во всех типах аномалий накапливаютсяпримерно одинаково, тогда как примеси (А§, Со1, Си, особенноМо и В1) резко повышают свой ранг в ореолах при увеличенииразрушения первичного сырья.

Качественные и количественные признаки подбора элементов,включаемых в ассоциации, определяются задачами исследова-ния. Можно назвать важнейшие типы задач, где требуется изу-чение геохимических ассоциаций.

Во-первых, эта задача картографирования загрязнения тер-39

Рис. 13. Изменение состава ассоциацийхимических элементов в почвах центровтехногенных аномалий, связанных с до-бычей и переработкой свинцово-цинко-вой руды:1 — I I I — ореолы рассеяния элементов(I — на участке добычи руды, II — научастке обогащения руды, I I I — научастке металлургического передела)К — коэффициент обогащения ореоловотносительно участка добычи В индек-се элемента указан его коэффициентконцентрации в почве на участке I

риторий, требующая выделения геохимических аномалий, одно-родных по качественным и количественным признакам, выяв-ления связи аномалий с источниками загрязнения, выделенияи разделения в пространстве зон воздействия отдельных источ-ников.

Во-вторых, это характеристика динамики и кинетики пове-дения загрязняющих веществ.

Естественно, что на одной территории могут сочетаться (ичаще всего сочетаются) техногенные геохимические аномалии,имеющие разное происхождение и проявленные в различныхприродных телах. Иными словами, чаще всего загрязнение окру-жающей среды полигенно и полиформно. Характер сочетанийразличных типов геохимических аномалий позволяет судить обобщей направленности динамики процессов загрязнения, чтоимеет огромное значение для интерпретации зон загрязненияи разработки природоохранной политики.

Техногенные аномалии, проявленные только в долговременнодепонирующих загрязнение природных средах (почвах, донныхотложениях) и отсутствующие в транспортирующих средах (воз-духе, воде) и в средах кратковременно депонирующих загряз-няющие вещества (снег, поверхность растений), являются рег-рессивными. Они фиксируют былые источники загрязнения, нынене функционирующие.

Техногенные аномалии, проявленные только в природныхсредах, транспортирующих и кратковременно депонирующих за-грязнение, являются неотрансгрессивными. Они связаны с не-давно созданными источниками загрязнения и вновь формируе-мыми зонами загрязнения.

При развитии техногенных аномалий одновременно в депони-рующих и транспортирующих средах аномалии являются транс-грессивными и фиксируют устойчиво существующие источникисо стабильными зонами загрязнения.

На рис. 14 приведен схематизированный геохимический про-филь через крупную урбанизированную зону, где наблюдалисьвсе названные выше типы аномалий.40

Рис. 14. Характерный геохимический профиль через крупную урбанизированнуютерриторию с различными типами техногенных аномалий:I, I I I , V I I — фоновые зоны, II — регрессивная аномалия на освоенной свалке,IV — регрессивная аномалия промышленного района, V — трансгрессивная ано-малия давно сложившегося промышленного района, VI — неотрансгрессивнаяаномалия нового промышленного района 2С — с у м м а р н ы й показатель загрязне-ния, сплошная линия — распределение загрязняющих веществ в выпадениях изатмосферы, п\нктир распределение загрязняющих веществ в почвах

Яркий пример наблюдался в районе недавно созданной пром-зоны приборостроительного профиля. Здесь нами зафиксированынаиболее высокие из отмечавшихся где-либо выпадения Сс1 (до23,5 г/км 2 в сутки, что более чем в 10000 раз выше фонового),Н§ (до 1,1 г/км 2 в сутки, что в 1000 раз выше фонового), РЬ(81,7 г/км 2 в сутки, что в 500 раз выше фонового). Однако,время воздействия невелико (несколько лет), и геохимическаяаномалия в почвах пока проявлена слабо.

В другой промзоне с приборостроительными предприятиями,существующей уже более 30 лет, при близких порядках уровнявыпадений оценены запасы металлов, привнесенных в почву.Установлено, что за время существования зоны количество В!в почвах возросло в 60 раз, 5Ь и Аз — в 20 раз, Сс1 и Мо — в10 раз, РЬ, 7.п, Си, Ад и 5п — в 7 раз. Это довольно высокийтемп загрязнения — до 200% в год.

Синхронный анализ ореолов рассеяния в транспортирующихи депонирующих природных средах показывает динамику про-цесса и позволяет охарактеризовать новейшую историю загряз-нения окружающей среды. Более «древние» этапы истории такжезапечатлены в геохимии компонентов окружающей среды. Этоспециальная задача, которая пока не очень хорошо разработана,особенно для локальных ситуаций — техногенных ореолов и пото-ков рассеяния. С этой целью перспективно прежде всего деталь-ное изучение разрезов с исследованием абсолютного возраста.Для донных отложений, где скорость седиментации фиксируетсядовольно точно и разрез сравнительно легко расчленяется на

41

Рис. 15. Уровни загрязнения почв (а) и строительных материалов (б) в различныеисторические эпохи:1—7— почвы разного возраста (1 — ранее культурного слоя, 2 — I в до н э.—V I I в н э , 3 - X I I I в , 4 - XIV—XVI вв , 5 - X V I I -XVIII вв , 6 - XIX—XX вв ,7 — X X в ) , I—IV — строительные материалы разного возраста (I — известнякXVI в , II — кирпич X V I — X V I I I вв , I I I — кирпич XX в , IV — бетон XX в )

хронологически привязанные горизонты, данных такого рода до-вольно много [30]. Для почвенного покрова материалов почтинет. Приведем полученные результаты по геохимическому сопо-ставлению разновозрастных горизонтов культурного слоя г. Моск-вы и строительных материалов (рис. 15). Тенденция к расшире-нию геохимической ассоциации и росту концентрации химическихэлементов в мелкоземе по мере развития города выражена весь-ма отчетливо. По сравнению с началом нашей эры суммарныйуровень загрязнения вырос в десятки раз При этом до XIX в. ростбыл существенно меньшим. Обращает внимание возросший уро-вень концентрации химических .элементов в современных строи-тельных материалах. Это делает их серьезным потенциальнымисточником загрязнения.

Одна из важнейших задач прикладных геохимических иссле-дований окружающей среды — установление пространственнойструктуры ее загрязнения, дифференцирующей территорию постепени экологической опасности. Техногенные ореолы опреде-ляют общий размер и морфологию зоны воздействия отдельногоисточника загрязнения или группы сближенных источников.

• Внутренняя структура ореола может быть дифференцированалишь условно, так как миграционные процессы чаще всего соз-дают непрерывное распределение, внутри которого нет естествен-ных природных границ. Общая структура загрязнения террито-рии зависит от пространственного соотношения источников за-грязнения и взаимоналожения контуров техногенных ореолов ипотоков, сопровождающих эти источники. Таким образом, привсех вариантах пространственного анализа морфоструктуры за-грязнения границы могут быть лишь условными.

В пределах ореола удобно различать ядро и периферическуючасть.42

Ядро ореола — зона наиболее сильного загрязнения, наблю-даемого в связи с данным источником. Структурно ядро ореолахарактеризует центр воздействия отдельного предприятия илиблока предприятий и по ассоциации загрязняющих веществчетко фиксируется источник загрязнения. По особенностям про-странственного распределения отдельных загрязняющих веществили их ассоциаций внутреннее строение территории ядра ореолаоднородно.

Периферическая часть ореолов — зона среднего и слабогозагрязнения. На территории со множеством мозаично располо-женных источников загрязнения из-за взаимных наложений орео-лов по периферическим частям источники загрязнения не всегдачетко идентифицируются.

Следующей таксономической единицей пространственнойструктуры является очаг ореолов (очаг загрязнения) Он пред-ставляет собой территорию сплошного проявления загрязнения.В ее пределах ореолы и потоки отдельных источников сливаютсяна уровне зон среднего уровня загрязнения. Таким образом,очаг ореолов представляет собой создаваемое несколькими ис-точниками некое поле загрязнения среднего уровня, в пределахкоторого могут быть ядра загрязнения, характеризующие зонынаибольшего воздействия. Часто очаги загрязнения приуроченык промышленным зонам.

Очаги ореолов, соприкасаясь зонами слабого уровня загряз-нения, образуют узлы ореолов. Узлы, также как и очаги, пред-ставляют собой территорию с практически сплошным развитиемполя загрязнения, но на более слабом уровне. Узлы ореоловявляются геохимическим пространственным проявлением воз-действия промышленного района.

Серия сближенных узлов ореолов формирует региональноеполе. Оно обычно не является хорошо прослеживаемой сплош-ной геохимической структурой и оконтуривается очень условнопо границам зон слабого загрязнения периферических частейузлов загрязнения.

Загрязнение окружающей среды, связанное с формированиемрегиональных геохимических полей и узлов, в гигиене окружаю-щей среды и в гидрометеорологии называют фоновым загряз-нением (уровень загрязнения, сложившийся на данной террито-рии от всей совокупности источников загрязнения в настоящеевремя).

Для количественного анализа особенностей и интенсивностиразвития загрязнения в пространстве может быть использованаплотность загрязнения. Она рассчитывается как соотношениеплощадей ядер, очагов и узлов или как отношение их площадик некой общей исследуемой площади загрязненной геотории(например, площади административного района). В каждом слу-чае может быть намечена или задана критическая плотность

43

Т а б л и ц а 6 Зависимость площадей техногенных аномалий химических элемен-тов в почвах от характеристик промышленного выброса

Элемент

СвинецЦинкМедьНикельХром

Выбросы

Р,т/год

12,67,42,10,71,1

к;

383112623019

Общаяплошальано

малий,км 2

24,212,36,60,60,4

Площади аномалий (в км 2 )в контуре Кс

1,5

11,28,64,40,60,4

3

9,52,70,900

10

2,10,7000

30

0,80,30,200

100

0,60000

Примечания Р — количество металла, п о с т у п и в ш е е с пылевым выбросом в атмосферу,К< — коэффициент концентрации металла в промышленной пыли, К2 — коэффициентк о н ц е н т р а ц и и металла в почвах

(например, отношение площади, выделенной под промышленнуюдеятельность, к общей площади).

Морфоструктурные особенности аномалий обусловлены, с од-ной стороны, пространственными закономерностями распределе-ния потоков рассеяния, с другой стороны, ландшафтными усло-виями территории, испытывающей техногенное геохимическоевоздействие. Общая морфология ореолов химических элементовв аэрогенных аномалиях определяется розой ветров, при этомцентр высоких содержаний обычно близок к кругу и обрамляетисточник выброса.

Размеры аномалий корреляционно связаны с интенсивностьювыбросов. Это особенно хорошо прослеживается при наблюденииза единичными источниками с выбросом полиэлементной ассо-циацией (табл. 6).

Естественно, что размеры аномалий сильно связаны с вре-менем воздействия. И. В. Токарев наблюдал однотипные источ-ники выбросов свинца, функционирующие соответственно около10, около 20 и около 100 лет. На участках наблюдения (1 км2)общая плотность аномалий свинца составила соответственно10, 70 и 100%. Аномалии свинца с содержанием более 500 кг/кмв первом случае отсутствовали, во втором — занимали около 1%,а для столетнего объекта — 50% территории.

Контуры аномалий чаще всего извилисты. Очень характерноснижение интенсивности аномалии выпадений на участках сель-скохозяйственной деятельности (рис. 16). При этом уменьшениеконцентрации происходит не только за счет механического пере-мешивания при вспашке, но и за счет общего уменьшения тех-ногенного запаса. Это установлено специальными исследова-ниями, проведенными И. Л. Борисенко в ходе параллельногоизучения естественных и сельскохозяйственных почв в зонеравных выпадений из атмосферы (рис. 17).44

Большое значение имеет и расчлененность рельефа, опреде-ляющая многие морфологические черты техногенных аномалий.

Для техногенных аномалий в донных отложениях речныхсистем в связи с природной дифференциацией условий накопле-ния аллювиального и техногенного материала (участки замед-ления течения, микрогрязи и т. д.), а также из-за обычно су-ществующих искусственных механических барьеров (гидродехни-ческие сооружения), характерна неоднородная (пятнистая) мор-фология геохимической аномалии на площади дна даже неболь-ших водотоков.

45

Оценка результатов антропогенногогеохимического воздействия на живые организмы

Техногенные геохимические аномалии фиксируют простран-ственные положения зон воздействия источников загрязнения,т. е. территорий на которых современными методами исследо-вания фиксируются неблагоприятные последствия загрязненияокружающей среды как для живых организмов, так и для при-родных систем, определяющих условия жизни (состояния воз-духа, воды, пищи).

Углубленное изучение и оценка биологических и медицин-ских последствий загрязнения выходит за рамки предмета иссле-дований прикладной геохимии и является задачей геогигиены(гигиены окружающей среды) — науки о медицинских послед-ствиях воздействия человека на природные системы, и эколо-гии — науки, исследующей взаимосвязь между живыми орга-низмами и средой их обитания.

Геохимические данные позволяют изучить пространственныеи статистические связи между геохимическими аномалиями раз-личной интенсивности и состоянием биоты — совокупности всехкатегорий живых организмов, населяющих исследуемую терри-торию. Эти связи изучаются прежде всего на уровне биогео-химии — т. е. на основе распределения химических элементовв биоте в связи с их миграцией в среде обитания — компонентахокружающей среды.

Изучение результатов геохимического воздействия на живыеорганизмы проводится на стыке различных научных и отрасле-вых направлений изучения окружающей среды. Именно здесьнеобходимы взаимопонимание между специалистами различногопрофиля и увязка различных понятийных баз.

Система контроля за состоянием окружающей среды и по-следствиями ее загрязнения состоит из трех групп регламенти-рующих (нормативных) показателей, оценивающих состояние:1) источника загрязнения; 2) природных сред в зоне загрязне-ния; 3) биоты в зоне воздействия.

Оценка и контроль источника загрязнения происходит попредельно-допустимому выбросу (сбросу), т. е. массы (объема)загрязняющих веществ, рассеяние которых в природных усло-виях данного конкретного источника загрязнения с учетом уров-ня общего фонового загрязнения от совокупности других источ-ников, не создаст за границей так называемой санитарно-за-щитной зоны превышения допустимых уровней загрязнения.Санитарно-защитной зоной называется часть общей зоны воз-действия, в пределах которой происходит рассеяние (разбавле-ние) концентраций поллютантов до безопасных уровней или ихразложение (нейтрализация) до безопасных соединений.

В санитарно-защитной зоне в связи с реальным или прогно-46

зируемым неблагоприятным воздействием, выраженным преждевсего в отклонении показателей состояния окружающей средыот гигиенических норм — предельно-допустимых концентраций(ПДК),— запрещено размещение жилья; в ряде случаев запре-щена всякая деятельность.

В основе большей части оценок состояния природных средлежат представления о наличии сложных корреляционных свя-зей между концентрацией загрязняющих веществ в компонентахокружающей среды, их поступлением в биоту и появлением не-благоприятных биологических реакций живых организмов,достоверно фиксируемых существующими методами исследова-ний. Под биологическими реакциями подразумеваются любые от-клонения в организмах, достоверно связанные с загрязнениемокружающей среды. Во многих случаях считается, что нали-чие у живых организмов адаптационных (приспособительных)свойств — способности переносить изменяющиеся условия внеш-ней среды — приводит к появлению вариации допустимых пре-делов физиологических характеристик, в частности биохимиче-ских Одной из таких характеристик считается уровень концент-рирования в организме загрязненного вещества. Многочислен-ные наблюдения за биологическими реакциями на загрязнение,материалы токсикологии (науки о действии ядов на живые орга-низмы) привели к представлению о пороговости воздействия,химических соединений на живой организм. Под пороговостьюподразумеваются такие уровни поступления химического соеди-нения (загрязняющего вещества) в живой организм, в пределахкоторых реакция не выходит за вариацию колебаний физиологи-ческой нормы.

При определении воздействия загрязняющего вещества (пол-лютанта) важно оценить его количество, поступившее в орга-низм. Оно зависит от уровня содержания химического соедине-ния в жизнеобеспечивающих природных средах и времени воз-действия. Для отдельных поллютантов используются уже упоми-навшиеся гигиенические нормативы допустимого загрязнения —предельно-допустимые концентрации (ПДК). ПДК — макси-мальная концентрация поллютанта в природном теле за опре-деленный период осреднения наблюдений (сутки, месяц, год),не оказывающая при принятой по результатам эксперименталь-ных наблюдений вероятности появления какого-либо вредноговоздействия на живой организм.

Предельно-допустимые концентрации по большей части ори-ентированы на человека. В этом случае они отмечают уровень,при котором не наблюдается ни прямых, ни косвенных вредныхвоздействий, включая отдаленные последствия для настоящегои следующих поколений, а также на снижение работоспособ-ности или ухудшение самочувствия.

В последнее время начаты разработки ПДК, ориентирован-47

ные на ряд других категорий живых организмов (рыбы, рас-тения)

Естественно, что ПДК — не постоянная величина ПДК ме-няется при установлении новых, ранее не замеченных эффектоввоздействия.

Опасность воздействия неодинакова для различных загряз-няющих веществ. Это связано как с контрастным различиемвеличин ПДК, так и с качественной неоднородностью тех небла-гоприятных реакций организмов (лимитирующих признаковвредности), превышение которых послужило причиной для назна-чения норматива. В связи с этим поллютанты разделяются поклассам опасности, т. е. группам, объединяющим их по признакублизости ПДК и типу реакции организма при воздействии. Этиклассы устанавливаются раздельно для каждого природноготела.

Для случаев многокомпонентных комплексных по составузон загрязнения (наиболее широко распространенных), эффектвоздействия системы не эквивалентен воздействию индивидуаль-ных загрязняющих веществ.

Как правило, фиксируется кумулятивное синергическое воз-действие, при котором происходит усиление реакции организмана группу химических соединений, по сравнению с его реакциейна индивидуальные вещества, входящие в эту группу. Значи-тельно менее изучены антагонистические реакции, когда реги-стрируется ослабление действия одного фактора под влияниемдругого.

Данные по повсеместно проявленной комплексности (поли-элементности) состава зон загрязнения показывают, что предель-но-допустимые уровни индивидуальных загрязняющих веществне могут быть уточнены эпидемиологическими и фитопатологи-ческими исследованиями. Это тем более верно, что большинствореакций живых организмов в зонах загрязнения неспецифичныдля индивидуальных веществ, а итог воздействия столь большойсуммы веществ (которая обычно наблюдается) предугадатьтрудно. При геохимических исследованиях особенно ярко выяви-лось, что пока нет способа их гигиенической оценки. Особенноэто проявлено при изучении донных отложений. В ряде случаевуровни их загрязнения ураганны, но при анализе водной системысодержания выше предельно допустимых встречаются редко.Несмотря на выраженные последействия для гидробионтов, нетгигиенических причин для природоохранных мероприятий, и ониорганизуются практически на эмоциональной основе (например,очистка русел).

В очень трудном положении оказались курортные зоны изаповедники. Так, на известнейшем грязевом курорте оз. Сакизавод, загрязняющий его стоками и выбросами, формально несоздает гигиенически опасной ситуации. И это несмотря на то,48

что экспериментальные и натурные исследования загрязнениядонных отложений (в данном случае грязевой залежи) и лечеб-ной рапы показали отрицательное воздействие на бентосныедиатомовые водоросли, хирономиды, сульфатредуцирующие цел-люлозоразрушающие и тионовокислые бактерии — гидробионты,формирующие лечебные свойства озера.

Вероятно, для курортных, рекреационных и заповедных тер-риторий должны быть разработаны свои критерии оценки, исхо-дящие из флуктуации фоновых состояний.

Отсутствие полной адекватности экспериментальной норма-тивной модели, натурных параметров и методических технологи-ческих приемов выявления уровня и характера загрязнения вряде случаев переводят нормы в разряд ориентирующих показа-телей вредности того или иного загрязняющего вещества. В ре-зультате создаются различия между замеренной и реальнойопасностью загрязнения. Количественная оценка состояния сре-ды становится недостоверной, и решения о затратах на ее охранустановится обоснованными.

Выход из создавшегося положения видится в создании эмпи-рических эколого-геохимических моделей «среда — организм»,которые позволили бы по результатам исследований простран-ственной геохимической структуры экспертных оценок прогнози-ровать характер и объем неблагоприятных реакций организмов.

Реакции живых организмов на загрязнение рациональнеерассматривать по степени возрастающей опасности антропоген-ных воздействий. В этом плане возможно рассмотрение резуль-татов воздействия как по уровням общей организации живойматерии (онтогенетическим — для отдельных особей, популя-ционным — видовом и биогеоценотическим — биосферным), таки по глубине ущерба, наносимого в среднем отдельному орга-низму, испытывающему антропогенную геохимическую нагрузку[48, 49]. " - . - •

Онтогенетические и популяционно-видовые аспекты оценоксостояния живых организмов в зонах загрязнения более близкик возможностям, следующим из материалов прикладных гео-химических исследований. Важнейшими ранжированными поопасности уровнями реакций организмов на состояние окружаю-щей среды в антропогенных геохимических аномалиях являются:1) биологическое (биохимическое) концентрирование поллютан-тов; 2) появление физиологических и функционально-морфологи-ческих отклонений; 3) рост заболеваемости (общей и по кон-кретным группам болезней); 4) снижение функций размноженияи воспроизводства, уменьшение биопродуктивности, генератив-ной способности, мутагенные изменения; 5) смертность и (или)уменьшение численности популяции.

Изучение интенсивности проявления перечисленных реакцийв соответствии с геохимической структурой загрязнения окру-

494-3486

жающеи среды, выявленной при изучении техногенных ореолови потоков рассеяния, позволяет подойти к построению эмпири-ческой биогеохимической и геогигиенической модели «среда —организм». Разработка таких моделей даст возможность (мыэто покажем ниже) по методу «аналогии» проводить оценкунеблагоприятных последствий загрязнения окружающей средыи обосновывать природоохранные мероприятия

Биологическое (биогеохимическое поглощение) — способ-ность живых организмов извлекать из окружающей среды инакапливать химические элементы. Склонность химических эле-ментов к концентрированию, выраженная в виде того или иногосоотношения между содержанием элемента в живом организмеи его содержанием в окружающей среде, определяется его био-фильностью. При любом способе количественного выражениябиофильности отмечается лишь относительный уровень содержа-ния химического элемента в организме, доля его участия в хими-ческой структуре организма, но не его значимость, «нужность»

Широко распространены для растений расчеты коэффициентабиологического поглощения — отношение содержания химиче-ского элемента в золе к его содержанию в почве или почво-образующей породе Эти расчеты позволяют построить рядыбиологического поглощения — ассоциации элементов по интен-сивности их концентрирования растениями.

Степень концентрирования элементов различными видамиорганизмов и разными органами и тканями одного организманеодинакова. Это связано с существованием физиологическихбарьеров, ограничивающих возможность поступления элементовв организм и регулирующих остаточную концентрацию элементапосле завершения биохимических процессов использования эле-ментов в ходе минерального обмена Физиологические барьерыопределяют величину содержания, до которого может происхо-дить накопление химических элементов органами и тканями.В связи с наличием таких барьеров коэффициент биологическогопоглощения является не очень удачным показателем для характе-ристики интенсивности концентрирования химических элементовв связи с геохимическими аномалиями. Кроме того, для техноген-ных аномалий содержание химических элементов в растениях,например, определяется не только биологическим концентрирова-нием из почв, но и механической способностью листьев удерживатьпыль и .аэрозоли.

Химические элементы или соединения, поступающие в живыеорганизмы и вызывающие в них неблагоприятные биологическиереакции, называются ксенобиотиками.

При проведении биогеохимических исследований в зависи-мости от поставленной задачи проводится отбор проб какого-либо выбранного для исследования вида живого организма (био-объекта). Отбираемые в пробу части организма (орган, вид тка-50

ни) в общем виде называют биоматериалом или биосубстратом.Биообъекты (или биосубстраты) наиболее чутко отражающие

состояние окружающей среды, изменения в которых корреляци-онно связаны с уровнями загрязнения, являются диагностиче-скими Они чаще всего используются при проведении биогео-химического опробования, причем обычно это такие органы иткани, отбор которых не наносит сколько-нибудь серьезногоущерба организму (плоды, листья, ветви, волосы, шерсть, кровь,моча и т д.).

Следует отличать критический орган — т. е. орган, в которомнакопление ксенобиотика наносит максимальный ущерб орга-низму.

При гигиеническом исследовании выявление уровней накоп-ления ксенобиотиков называют тестом накопления. Анализ ре-зультатов изучения тестов накопления проводится путем срав-нения данных с усиленно разрабатываемыми сейчас биохими-ческими нормативами — допустимыми уровнями накопления.Допустимыми называются такие уровни, при которых еще нефиксируются изменения в состоянии здоровья. Критический уро-вень — содержание химического элемента в организме, при ко-тором проявляются выраженные биохимические изменения.

На основании результатов собственных исследований, а так-же с учетом опыта отечественных и зарубежных работ установ-лена информативность биосубстратов человека при индикациивоздействия загрязнения окружающей среды химическими эле-ментами (табл. 7).

Т а б л и ц а 7 Информативность диагностических биосубстратов для оценкивоздействия химических элементов на человека

Примечания «-)—[-»— увеличение содержаний элемента в данном биосубстрате проявляется раньше, чем в других, и корреляционные связи с показателями среды всегданадежны, «-)-»— увеличение содержаний проявлено четко, но корреляционные связис п о к а з а т е ч я м и среды выражены слабее, « + Х » — увеличение содержании проявленотолько при высоких уровнях воздействия, «-}-^» — данные противоречивы, « — » — данные отсутствуют

51

Закономерности накопления химических элементов живымиорганизмами (прежде всего, человеком) сейчас интенсивно ис-следуются.

Важно подчеркнуть установленные надежные корреляцион-ные связи в синхронно изученных системах «источники загряз-нения — среда» и «среда — организм». Пример таких связейприведен для свинца — элемента, изученного лучше многих дру-гих (рис. 18). Аналогичные данные имеются по ртути, кадмию,никелю и другим элементам.

Все больше появляется материалов, показывающих, что прак-тически все химические элементы, фиксируемые в техногенныхореолах и потоках рассеяния, в той или иной степени усваивают-ся организмами и фиксируются в виде биогеохимических анома-лий в одном из информативных биосубстратов. На рис. 19 по-казаны биогеохимические спектры взрослых и детей, находящих-ся в центрах геохимических аномалий, контрастно различныхпо ассоциациям загрязняющих веществ. Сравнивая аэрогенныеаномалии комбината цветных металлов (выбросы содержатобычный комплекс токсичных тяжелых металлов) и комбинатапо производству минеральных удобрений (выбросы содержатсовершенно не изученные с биогеохимических позиций редкиеземли и немного тяжелых металлов), мы видим, что в обоихслучаях в волосах детей и взрослых полностью проявилисьассоциации геохимических аномалий.

В случае аномалии металлургического комбината можно от-метить накопление малоизученных элементов (5Ь, Те, А§). Дляаномалий минеральных удобрений еще более необычно оченьбольшое накопление группы редких земель.

Таким образом, можно сделать принципиальный вывод отом, что техногенные геохимические потоки всех элементов про-никают в организмы и фиксируются в них. Трудность их выяв-ления в технической сложности обработки и анализа проб с не-обходимой чувствительностью, а, главное, в невозможности по-лучения необходимого биоматериала. Мы еще очень мало знаемо взаимосвязях химических элементов в организме (ниже пока-зано, что некоторые биологические важные элементы в зонахзагрязнения даже снижают концентрации). Для многих элемен-тов неясна их экологическая опасность. Однако важен сам фактсуществования аэрогенных техногенных биогеохимических пото-ков, который свидетельствует о факте воздействия геохимиче-ских аномалий на организмы и взаимосвязи между ними.

Поступление и накопление ксенобиотиков в организме опре-деляет появление ответных биологических реакций, выраженныхв виде тех или иных функциональных нарушений и морфологи-ческих отклонений, в росте заболеваемости, и, в конечном итоге,в увеличении смертности.

Функциональные нарушения — изменения, отклонения от53

нормы в работе основных систем (иммунной, кроветворной, сер-дечно-сосудистой и т. д.). Морфологические отклонения — изме-нения в строении организма, в форме, размерах, цвете или соот-ношении отдельных его частей.

При исследовании функционально-морфологических измене-ний в связи с загрязнением среды изучается довольно широкийспектр реакций организмов. Это связано с тем, что функциональ-но-морфологические нарушения и отклонения наиболее чувстви-тельный вид реакции. По ним проводится так называемая доно-зо/югическая диагностика, т. е. установление состояний пред-болезни, когда наиболее эффективны профилактические меры.Кроме того (это особенно важно), изучение функционально-морфологических характеристик проводится экспрессно и чащевсего позволяет получить количественные характеристики, вы-являемые объективными приборными способами. При оценкевоздействия загрязнения на человека объектами исследованияобычно являются дети, состояние организма которых более тесносвязано со средой обитания. В последнее время в качествепризнака, наиболее чутко реагирующего на загрязнение среды,используются иммунологические реакции, т. е. специфическиезащитные реакции организма, определяющие его способностьпротивостоять повреждающим агентам и определяемые с по-мощью хорошо разработанных приемов биотестирования. Эффек-тивно также исследование гемотологических показателей (лейко-цитоз, гемоглобин), оценка изменения показателей дыхательнойсистемы (частота дыхания, объем легких, проходимость брон-хов и т. д.). Среди морфологических отклонений человека обычноисследуют отклонения физического развития, т. е. изменения весаи роста какой-либо однородной половозрастной группы детей.

Функционально-морфологические отклонения для растенийпроявлены в нарушении фенофаз (сроков наступления морфоло-гически фиксируемых этапов развития — вегетации раститель-ного организма), в некрозах (полном или частичном омертвлениитканей), в хлорозах (обесцвечивании листьев), гигантизме (уве-личении размеров, чаще всего плодов, листьев), карликовости(уменьшении размеров отдельных органов или растения в целом)и в других более тонких изменениях.

Следует отметить, что различают специфическое и общеток-сическое действие ксенобиотиков.

Специфическое действие — способность оказывать избира-тельное или преимущественное действие на определенные функ-циональные системы, орган или группу органов живого орга-низма.

Общетоксичное действие — способность вызывать изменениев ряде органов и систем, приводящее к общему ухудшению со-стояния организма в целом.

Суммарный результат этих действий определяют показатели54

здоровья (физическое развитие, заболеваемость, инвалидизацияи демографические характеристики).

Примером специфических воздействий (и, соответственно,реакций), наиболее четко связанных с уровнями загрязненияокружающей среды, являются: аллергенное действие — способ-ность изменять иммунологические свойства, повышать, такимобразом, чувствительность организма к раздражителям и вызы-вать, так называемые, аллергические заболевания — диатез,бронхиальная астма и т. д.— наиболее распространенные сейчастипы детских заболеваний; гонадотоксическое действие (свой-ство нарушать развитие и функциональные способности половыхклеток); канцерогенное действие (способность индуцироватьзлокачественные опухоли); мутагенное действие (способностьвызывать мутации половых клеток и соматических клеток телаживых организмов); тератогенное действие (способность индуцировать уродства) и эмбриотоксические действия (неблаго-приятное влияние на формирование и развитие эмбрионов —снижение их веса, размера, гибель).

Общетоксическое действие фиксируется прежде всего заболе-ваемостью. При оценке влияния фактора загрязнения окружаю-щей среды используется изучение общей заболеваемости (т. есуммарный показатель числа любых видов болезней, рассчитан-ный на определенное количество населения).

Часто более контрастно связаны с характеристиками загряз-нения отдельные группы болезней. При оценке следствий загряз-нения воздуха наиболее эффективно изучение острых заболева-ний органов дыхания (бронхит, фарингит, тонзиллит).

При оценке связей показателей здоровья населения с состоя-нием окружающей среды используются хорошо разработанныеэпидемиологические методы — методы количественного изученияпространственных закономерностей распределения болезней.В прикладных эколого-геохимических исследованиях в отличиеот принятых гигиенических систем анализа структуры заболевае-мости, она увязывается с пространственной структурой проявле-ния техногенных геохимических аномалий.

На основе материалов геохимических исследований загряз-нения городов тяжелыми металлами авторы выполнили прост-ранственные структуры распределения очагов загрязнения. Тяже-лые металлы при этом использованы и как показатели появленияв окружающей среде опасных загрязняющих веществ, и какиндикаторы-трассеры, фиксирующие пространственное положе-ние зон воздействия источников выбросов в присущим этимисточникам более широкими комплексами загрязняющих ве-ществ (газы, органические соединения).

Это позволило разделить население городов (прежде всего,детское) для изучения пространственно-дифференцированнойоценки ответных реакций организма на загрязнение и создать

55

Рис. 20. Эколого-геохимическая модель«среда—здоровье» (зависимость часто-ты отклонения состояния здоровья детейт от интенсивности загрязнения почв 2С:I—IV — уровни загрязнения почв (вм г / г ) : I — менее 16, II — 16—32, I I I —32—64, IV —64- 128. Цифры в круж-ках — виды заболеваний: 1 — измене-ние показателей иммунной системы,2 — заболевания органов дыхания (2 —1 — острый фарингит и тонзиллит, 2—2 — острый бронхит), 3—функцио-нально-морфологические отклонения(3—1 — увеличение количества лейко-цитов, 3—2 — нарушения физическогоразвития, 3— 3 — функциональные от-клонения сердечно-сосудистой системы,3—4 — с н и ж е н и е количества гемогло-бина), 4—хронические заболевания

своего рода экологическую или геогигиеническую модель «сре-да — организм».

В подавляющем большинстве случаев в связи с загрязнениемнаблюдается однотипная структура изменения показателей здо-ровья детей. Отклик организма на интенсивность загрязненияатмосферного воздуха, фиксируемую геохимическими аномалиямив почвах, снеговом покрове, других природных средах, в порядкеуменьшения образует ряд: 1) иммунологическая реактивность;2) острые заболевания органов дыхания аллергического харак-тера); 3) отклонения от норм функциональных и физиологиче-ских показателей — нарушение гармоничности физическогоразвития, увеличение числа лейкоцитов при снижении гемогло-бина; 4) рост хронических заболеваний (рис. 20). Это дало воз-можность создать шкалу оценки опасности геохимических анома-лий. По опасности загрязнения аномалии разделены на 4 кате-гории: 1) допустимые — фоновый уровень, в сущности пока ещеплохо изученный и определяемый в каждом случае как исходнаядля сравнения зоны с низким уровнем заболеваемости и мини-мальной частотой проявления функциональных отклонений;2) умеренно-опасные — увеличение общей заболеваемости;3) опасные — увеличение частоты хронических заболеваний,функциональных отклонений; 4) чрезвычайно опасные — увели-чение нарушений репродуктивных функций и других отдаленных56

Т а б л и ц а 8. Ориентировочная шкала оценки аэрогенных очагов загрязнения

Т а б л и ц а 9. Ориентировочная шкала оценки загрязнения водных систем

Примечание: 2,с~ с у м м а р н ы й показатель загрязнения.

57

Уровень загряз-нения

Средний уме-ренно опасный

Высокий опас-ный

Очень высокийчрезвычайноопасный

Состояние атмосферноговоздуха

Превышение ПДК от-дельных загрязняющихвеществ (пыль, оксидыуглерода и азота, серни-стый ангидрид) ; содер-жание тяжелых металловвыше фона

Превышение ПДК комп-лекса загрязняющих ве-ществ (пыль, оксиды уг-лерода - и азота, сернис-тый ангидрид); содержа-ния отдельных металлов(главным образом свин-ца) выше ПДК

Превышение ПДК (иног-да многократное) комп-лекса загрязняющих ве-ществ, в том числе рядатяжелых металлов

Показатели з а г р я з н е н и я снеговогопокрова и почв

Средний уровень загрязнения почв(2С 16 — 32) и снегового покрова(7,^ 64 — 128). Повышенная запылен-ность снегового покрова (среднесуточ-ная нагрузка 250 — 450 кг/км 2 ) . Содер-жание РЬ в почве более 100 м г / к г

Высокий уровень загрязнения почв(2С 32 — 128) и снегового покрова(2С 128 — 256). В составе аномалийприсутствуют химические элементы изагрязняющие вещества I класса опас-ности (особенно РЬ, Сс1, Нц) в высокихконцентрациях (К<.> 10). СодержаниеРЬ в почве более 250 мг/кг. Средне-суточный уровень выпадения пыли450—800 кг/км 2

Очень высокий уровень загрязненияпочв (2С> 128) и снегового покрова(2^ 256). В составе аномалий в почвеприсутствуют РЬ (/> 400 мг/кг) и Н^(2,1 м г / к г ) , что является индикаторомпревышения ПДК этих ингредиентов ввоздухе.Очень высокая запыленность снегово-го покрова (среднесуточная нагрузка800 кг/км 2 )

Уровень загрязнения

Слабый

Средний

Сильный

Очень сильный

Т., токсичныхэлементов в донных

отложениях

Менее 10

10—30

30—100

Более 100

С о д е р ж а н и я т о к с и ч н ы х элементов в воде

Слабоповышенные относительно фона

Повышенные относительно фона; эпи-зодическое превышение ПДК

Во много раз выше фона; стабильноепревышение отдельными элементамиуровней ПДК

Практически постоянное присутствиемногих элементов в концентрациях вы-ше ПДК

Примечания: 2.с — суммарный показатель з а г р я з н е н и я , К( — коэффициент концентрацииотносительно фонового содержания.

последствий. Оценочная шкала такого рода вошла в Методи-ческие указания, утвержденные Минздравом СССР.

Более детальные шкалы, оценивающие уровни загрязненияаэрогенных и гидрогенных аномалий в связи с формируемымиими неблагоприятными последствиями, приведены в табл. 8, 9.

Эколого-геохимической нормой условий обитания человека вбиосфере является кларковая концентрация. Этот уровень при-ближенно определяет наиболее распространенную обстановкужизни. Природные вариации содержаний довольно узки и, как пра-вило, отклонения от кларка не превышают двух-трехкратногоуровня.

Экстремальные геохимические ситуации в природе, т. е. об-становки резко повышенных концентраций химических элемен-тов образуются чаще всего в связи с рудными месторождения-ми — территориями, где, как правило, население не концентри-руется.

Антропогенные геохимические преобразования окружающейсреды по своему уровню превышают интенсивности воздействия,наблюдаемые в районах рудных месторождений (табл. 10).

Сложные цепи миграции загрязняющих веществ, формируе-мые в связи с рассеянием в природных системах твердых отходов,выбросов, стоков и средств химизации (рис. 2 1 ) , неизбежно приво-дят к формированию геохимических аномалий и биогеохимиче-скому концентрированию химических элементов в окружающейсреде городов и сельскохозяйственных территорий. Таким образом,экстремальные ситуации горно-рудных районов распространяютсяна громадные территории, являющиеся средой обитания значи-тельной части человечества.

Т а б л и ц а 10. Интенсивность накопления химических элементов живымиорганизмами в природных и антропогенных аномалиях (в коэффициентахконцентрации по отношению к фону)

Элемент

ЛитийОловоХромСвинецКадмийСераМарганец

Антропогенные а н о м а л и и

Человек и ж и в о т н ы е

1,5—2,51,5—21,2—3

2—101,5—3

2—172,5—10

Растения

1,5—61,5—151,2—2до 503—82—10

1,5—15

Растения и животныев природных

аномалиях

1,5—2,52—8

1,5—31,5—3,5

2—3,52—5

1,5—2,5

Г л а в а 2ТЕХНОЛОГИЯ Г Е О Х И М И Ч Е С К И Х РАБОТ

Геохимическая оценка состояния окружающей среды базируетсяна данных, получаемых при проведении специализированныхэколого-геохимических исследований, направленных на установ-ление источников загрязнения, прослеживание всех возможныхпутей миграции загрязняющих веществ и выявление территорий,где их концентрация становится опасной для живых организмов.

2.1. ОБЩАЯ СХЕМАПРИКЛАДНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В геохимических исследованиях загрязнения окружающей средыхимическими элементами рационально выделить три основныхэтапа, различающихся решаемыми задачами и комплексируемы-ми методами [26—30]:

1) начальный — рекогносцировочные исследования геохими-ческих особенностей состояния окружающей среды (рекогносци-ровочно-геохимические работы);

2) средний (основной) — выделение и оконтуривание наместности антропогенных ореолов рассеяния (геохимическоекартирование);

3) завершающий — детальные геохимические и биогеохими-ческие исследования аномалий (детальные эколого-геохимиче-ские исследования).

Рекогносцировочные геохимические работы проводятся сцелью выявления основных источников загрязнения и геохими-ческой специфики зон их воздействия, а также установленияприродных условий формирования техногенных ореолов рассея-ния и особенностей распределения фоновых параметров.

Важнейшая часть этапа — опробование компонентов природ-ных сред фоновых ландшафтов: почв, растительного покрова(в необходимых случаях), выпадений, донных отложений, воды.При выборе фоновых территорий важно изучить наиболее рас-пространенные типы ландшафтно-геохимических обстановок ис-следуемой территории.

Для автономных ландшафтов водоразделов и склонов выборфоновых эталонов с естественными (природными) параметрамираспределения химических элементов обычно лимитируется воз-можностью подбора территорий, не испытывающих локальныхвоздействий в результате выпадения загрязняющих веществ изатмосферы. Для рек (даже малых) такие территории уже редки,и в ряде случаев для этих целей приходится использовать водо-токи меньшего порядка.

Геохимическое исследование фоновых территорий — спе-60

Т а б л и ц а 1 1 Средние содержания микроэлементов в некоторых видах сельскохозяйственной продукции, мг/кг сухой массы

Показатели

А л ю м и н и йБорВанадийЖелезоЙодКадмийКобальтМарганецМедьМолибденМышьякНикельОловоРтутьРубидийСеленСереброСвинецСтронцийТитанФторХромЦинкЦирконий

Зольность, %

Пшеница м я г к а я

14,451,961,70

54,150,0780,01370,055

37,604,700,236

—0,4280,361

0,008—0,010—

0,2910,400,0421,930,4370,700,055

27,900,245

1,7

Рожь

16,703,101,21

58,800,093

—0,076

27,704,600,18

-0,3030,265

——

0,258———

1,7530,670,072

20,40—

1,7

Овес

19,702,742,0055,300,075

—0,08

52,506,000,39

—0,8030,326

——

0,238—

3,61,211,7201,170,128

36,100,614

3,2

К у к у р у з а

4,402,700,93

37,000,0520,060,053

10,902,900,2840,200,8380,2890,003

—0,300

—0,003

—0,2790,640,08

17,30

1,2

Горох

11,806,701,50

94,000,051

—0,131

17,507,500,842

—0,4660,162-—

0,131——

0,801,81

—0,09

31,800,112

2,8

Фасоль

6,404,901,90

59,400,1210,0550,187

13,405,800,394

—1,732

—0,0056—

0,249———

1,500,440,10

32,10-

3,6

Капустабелокоч а н н а я

5,702,00—

6,250,03—

0,061,700,750,06—

0,05————————

0,10—

4,00-

0,7

Картефель

8,601,151,499,000,050,0090,051,701,400,08

—0,05—————

0,031——

0,300,353,60—

1,1

Морковь

3,232,000,997,000,050,130,022,000,800,03

-0,06—

0,0052—

0,026————

0,550,034,00—

1,0

Свекла

2,800,70

14,000,07

—0,026,601,400,10

———

0,0068—

0,0078————

0,20—

4,25—

1,0

Примечание Для с в и н ц а и к а д м и я данные очень п р о т и в о р е ч и в ы

Таблица 12 Глобальные, зональные и региональные оценки фона микроэле

Элемент

ЛитийБериллийБорФторФосфорСераТитанВанадийХромМарганецКобальтНикельМедьЦинкМышьякСтронцийИттрийЦирконийМолибденСереброКадмийОловоЙодБарийИттербийВольфрамРтутьСвинец

Глобальные оценки

Кларк в земной коре

32,03,8

12,0660,0930,0470,0

4500,090,083,0

1000,018,058,047,083,0

1,7340,0

29,0170,0

1,10,070,132,50,4

65,00,331,30,08

16,0

Осадочныепороды ( г л ины и сланцы)

60,03,0

10,0500,0770,0

3000,04500,0

130,0100,0670,0

20,095,0

57,080,0

6,6450,0

30,0200,0

2,00,10,3

10,01,0

80,03,02,00,4

20,0

Почвы мира

30,06,0

10,0200,0800,0850,0

4600,0100,090,0

850,010,040,020,050,0

5,0300,0—

300,02,00,)0,5

10,05,0

50,0——

0,0110,0

З о н а л ь н ы е

Подзолистые

23,51,55,8

208,0700,0720,0

4045,063,5

180,0715,0

8.423,215,341,3

3,0238,0

—150,0

1,70,10,72,95,8

————11,5

Серые лесные

26,43,0

12,3312,0

1500,0720,0

4400,0118,0250,0

1025,012,430,323,560,0

4,7258,0—

442,03,20,30,72,83,2

————12,5

циальная, хорошо разработанная проблема. Методика ее реше-ния детально описана в работах М. А. Глазовской, В. В. Добро-вольского, А. И. Перельмана. Ниже мы приводим основныеданные по характеру фоновых распределений, полезных каксправочный материал (табл. 11 —13).

При изучении источников загрязнения на данном этапе ис-следований проводится геохимическое опробование лишь наибо-лее объемных видов отходов: канализационных осадков, быто-вого мусора, осадков сточных вод групповых очистных соору-жений.

Геохимическое опробование объектов окружающей среды нарекогносцировочном этапе должно выявить наиболее общуюструктуру загрязнения территории и его важнейшие природныегеохимические особенности. В сущности, цель опробования —выявление участков для геохимического картирования антропо-генных ореолов и потоков рассеяния.62

ментов в почвах, мг/кг

оценки (почвы СССР)

Черноземы

33,83,2

19,7285,0700,0720,0

4780,0145,0286,0885,0

13,272,128,962,0

5,9260,4

—299,0

4,20,50,53,24,0

————13,2

Кашта-новые

34,24,0

30,0158,0700,0720,0

4075,079,0

328,0722,0

11,746,015,852,3

5,2287,0—

420,03,20,40,43,34,2

—

——

10,0

Сероземы

37,21,0

46,0170,0700,0720,0

1990,086,0

467,0725,0

6,919,024,050,0

2,5305,0—

112,03,0

—

4,01,8

—

——

6,3

С ол о н ч а -ки и со-

лонцы

35,0—53,2——

720,02120,0

83,0—

670,09,6

29,520,254,6—

335,0——

2,4—_

——————

7,2

Региональные оценки {данные авторов)

Кавказ

Черно-земы

10,0——————

140,024,0—12,031,030,0

140,0—80,0—60,01,70,1

4,7—

270,0———80,0

Коричневые

50,0—

92,0—

500,0—

3500,0200,0

90,02800,0

33,060,067,0

160,0—40,020,083,0

2,0—

4,3—

130,0———63,0

Крым

Черно-земы

30,0—

50,0—

2000,0У —

1800,0100,0

48,0800,0

14,030,050,050,0—

206,040,0

100,00,70,06

3,6—

270,0———49,0

Моек обл

Дерново-подзо-листые

16,01,5

38,0210,0

——

600064,046,0

590,07,2

20,027,050,0

3,028,018,0

423,01,00,10,35,2

230,0330,0

2,01,0

0,00925,0

Геохимическое опробование ореолов рассеяния проводитсяв районе известных и потенциальных источников загрязнениятаким образом, чтобы можно было сформировать представитель-ные геохимические выборки для выявления ореолов и потоковрассеяния и оценки соответствующих им ассоциаций химическихэлементов. Для крупных урбанизированных территорий эти вы-борки рационально дополнять опробованием почв и снеговогопокрова с детальностью 1 точка наблюдения на 1 км2, чтопозволяет выявить все основные очаги загрязнения.

Как следует из материалов по геохимическим особенностямформирования техногенных ореолов рассеяния, почвы фиксируютв своем составе атмосферные выпадения металлов за многолет-ний период.

Хранителем информации об атмосферных выпадениях, харак-теризующих современный уровень состояния атмосферного воз-духа, является снежный покров.

63

Т а б л и ц а 13. Концентрация химических элементов в пылевых выпаденияхиз атмосферы

Элемент

БериллийВанадийВисмутВольфрамКадмийКобальтМарганецМолибденМедь

Содержаниев п ы л я х ,

м г / к г

1,5641,01,00,37

5701,080

Среднесуточнаян а г р у з к а выпа-дений, м г / к м 2

15—30640—1280

10—2010—203—6

70—1405700—11400

10—20800—1600

Элемент

НикельОловоРтутьСтронцийСурьмаСвинецСереброХромЦинк

Содержаниев пылях,

м г / к г

205,2

0,01502

500,15070

Среднесуточнаян а г р у з к а выпа-дений, м г / к м -

200—40052—104

0,1—0,2500—100020—40

500—10001—2

500—1000700—1400

Примечание. Нагрузки рассчитаны для уровней общего выпадения пыли, варьирующихв фоновых у с л о в и я х к о н т и н е н т а л ь н ы х территорий в пределах 10—20 м г / к м а в сут.

Результаты исследований рекогносцировочного этапа позво-ляют составить геохимическую схему территории (масштаб1 : 100000— 1 : 50000), обобщающую сведения о ее функцио-нальной дифференциации и геохимической характеристике основ-ных источников загрязнения, а также обосновать программуисследований следующего этапа.

Геохимическое картирование — наиболее объемный этап ис-следования особенностей загрязнения территорий химическимиэлементами. Практические цели работ этого этапа:

1) выявление всех значимых источников загрязнения окру-жающей среды, установление основных видов отходов производ-ственной и сельскохозяйственной деятельности, обогащенныххимическими элементами и потенциально перспективных длявторичной переработки или требующих специальных условийбезопасного депонирования;

2) прослеживание потоков распространения химических эле-ментов в окружающей среде — как естественных, природно-миграционных, так и искусственных, обусловленных транспорти-ровкой отходов или загрязненной продукции в места депониро-вания или вторичного применения;

3) изучение морфоструктурных особенностей пространствен-ного распределения загрязнений, установление зон влиянияисточников загрязнения, и, в конечном счете, дифференциацияисследуемой территории по качественным характеристикам иинтенсивности отрицательного воздействия.

При изучении источников загрязнения основной вид работ,входящий в комплекс характеризуемого этапа — выявление иопробование всех основных видов отходов и предварительнаяоценка их объемов.

Изучение ореолов рассеяния, связанных с выпадениями изатмосферы или депонированием отходов, проводится путем пла-64

номерных геохимических съемок почв и пыли, осажденной наснеговой покров.

При исследовании потоков рассеяния в поверхностных водо-токах применяется маршрутная геохимическая съемка донныхотложений, сочетающаяся с опробованием вод на наиболее ус-тойчивый во времени комплекс макроэлементов.

По результатам геохимических исследований второго этапасоставляются геохимические карты всех основных очагов загряз-нения изученной территории, являющиеся основой природоох-ранных практических мероприятий и выявляющие локальные«горячие точки» для детальных геохимических и биогеохимиче-ских исследований.

Детальные геохимические и биогеохимические исследованиятехногенных аномалий — завершающий этап работ. Они прово-дятся с целью углубленной оценки качества среды, полученияданных для прогноза изменения его при продолжающемся воз-действии, выявлении характера реакции живых организмов назагрязнение. Задачи этого этапа во многом совпадают с зада-чами санитарно-гигиенической службы и служб контроля засостоянием среды, поэтому работы должны проводиться в тесномконтакте с соответствующими специалистами.

Детальные геохимические и биогеохимические исследованияпроводятся главным образом в центрах выявленных аномалий.

В пределах антропогенных ореолов и потоков рассеяниякомплекс детальных работ включает: 1) гигиеническую оценкустепени загрязнения атмосферного воздуха и поверхностных вод(организуется совместно со специальными службами); 2) иссле-

дование биогеохимических показателей населения и оценку со-стояния его здоровья (также организуется совместно со спе-циальными службами); 3) детальное изучение комплекса хими-ческих элементов и определение объема загрязненных почв,донных отложений, грунтов и сельхозпродукции.

2.2. МЕТОДИКА ОТБОРА И ОБРАБОТКИ ПРОБ

Изучение источников загрязнения

Опробование — основной метод изучения источников загрязне-ния окружающей среды. Оно проводится с целью получениядостоверных данных о составе и особенностях загрязняющихвеществ.

Отбор проб производится в местах образования отходов, странспортировочных средств (с конвейерной ленты, из вагоне-ток и др.), в местах выпуска в окружающую среду (стоки ивыбросы на выходе), в местах складирования и захороненияотходов (площадки, свалки).

Для изучения источников загрязнения используются разно-

655-3486

образные приемы отбора и обработки проб в зависимости отхарактера загрязнителей (агрегатного состояния, степени одно-родности и др.) и условий опробования (в отвалах, на потокеи т. д.). Так, при опробовании плотных отложений, отвалов, сва-лок могут быть применены бороздовый, керновый или шпуровойметоды отбора проб. Рыхлые, сыпучие отходы из емкостей, сплощадок или транспортных лент могут быть опробованы гор-стевым методом.

Обработка геохимических проб может производиться спосо-бами, применяемыми для проб полезных ископаемых. Некоторыевиды бытовых и промышленных отходов настолько неоднородныи сложны по составу, что требуют применения специальныхприемов для гомогенизации материала и подготовки проб канализу.

Наиболее простой случай — опробование металлоабразивныхпылей, уловленных очистными установками. Как правило, пылихарактеризуются довольно равномерным распределением компо-нентов .(коэффициент вариации менее 30%), поэтому для полу-чения надежной характеристики их состава достаточно отобратьнебольшое число проб (3—10). Они отбираются из бункеров-накопителей горстевым методом, причем каждая порция из раз-ных точек бункера.

Гальванические осадки образуются при нейтрализации иобезвреживании стоков гальванических отделений предприятий.Осадки, накапливающиеся в отстойниках, полужидкие, с влаж-ностью 95—99%; обезвоженные осадки имеют влажность 60—70% и консистенцию густой сметаны, осадки, как правило,тонкодисперсные (преобладают частицы размером 0,01 —0,05 м м ) . Химические элементы в них распределяются довольноравномерно, поэтому обычно достаточен отбор небольшого числапроб (3—10). При длительном накоплении осадков в отстойни-ках опробование может быть разовым; если же осадки удаля-ются часто, отбор следует производить через соответствующиеинтервалы времени. Пробы сырых осадков отбираются из отстой-ников; пробы обезвоженных осадков — из бункеров или другихемкостей. Для повышения представительности проб каждая изних составляется из нескольких порций материала, отобранногос разной глубины и из разных точек отстойника. Опробованиепроизводится раздельно по всем существующим на предприятияхтипам гальванических осадков. Подготовка проб осадка к ана-лизу состоит в высушивании и измельчении материала.

Примером более сложного для изучения объекта могут слу-жить продукты заводской переработки бытового мусора — остат-ки от сжигания.

Пробы продуктов сжигания отбираются с конвейера готовойпродукции горстевым методом, в них включается весь материал.Пробы отбираются в течение рабочего дня, каждая проба —66

сумма отдельных навесок (более 25). Затем пробы объединяютсяв сменные и недельные. Таким образом, каждая объединеннаяпроба состоит из большого числа навесок, достаточного, чтобыдостоверно характеризовать опробуемый материал даже привесьма неравномерном распределении химических элементов.Отбор проб проводится в течение месяца по каждому сезонугода. Из-за резкого различия физико-химических свойств отдель-ных компонентов пробы очень сложно довести до однородногосостояния, необходимого для аналитических исследований. По-этому производится подготовка проб к анализу по схеме, позво-ляющей 'разделить продукты сжигания на однородные по физико-механическим свойствам фракции и получить надежные характе-ристики их состава [29].

Особенности изучения состава жидких отходов рассмотримна примере сточных вод отделений физико-химической очистки.

Для оценки степени стабильности состава сточных вод надвух предприятиях были проведены работы по изучению его ди-намики. Изучались необработанные стоки на выходе из галь-ванических отделений, стоки после обезвреживания и стоки послепрохождения отстойников. Изучение сопровождалось отборомсреднечасовых и среднесменных проб стоков. Установлено, чтовсе виды стоков — промывные воды непосредственно из цехов,обезвреженные неосветленные стоки и осветленные стоки послеотстойников — отличаются значительной изменчивостью содер-ж а н и й металлов во времени. Поэтому для характеристики стоковпредприятий не могут быть использованы отдельные разовыепробы, а также объединенные пробы, отобранные за небольшойвременной интервал (например, среднечасовые). Усредненныезначения содержаний металлов в стоках можно получить посреднесменным пробам или по сериям разовых проб с после-дующим усреднением результатов.

В целом характер опробования источников загрязнения зави-сит от конкретных технологических особенностей исследуемогообъекта и не имеет пока стандартизированной методики.

Изучение техногенных ореолов

Организация опробования имеет свою специфику на различныхэтапах работ. На рекогносцировочном этапе опробование даетхарактеристику отдельных «кустов», т. е. ограниченных фрагмен-тов территории, расположенных на различном расстоянии отисточника. По результатам кустового опробования проводитсяисследование геохимических выборок и дается сравнительнаяоценка загрязнения различных частей зоны влияния.

На этапе съемки сеть опробования равномерно покрываетвсю территорию предполагаемой зоны влияния. При этом воз-можны различные варианты сетей опробования, густота которых

67

определяется данной детальностью выявления структуры анома-лий.

Организация отбора почвенных проб требует обоснованиявыбора представительного горизонта опробования и оценки пред-ставительности единичной пробы в точке отбора. Выбор пред-ставительного горизонта определяется глубиной проникновенияэлементов-загрязнителей по почвенному профилю. На основе ли-тературных и экспериментальных данных установлено, что мак-симальная концентрация элементов-загрязнителей приурочена кверхнему горизонту почв мощностью до 10 см. В общем случаерекомендуется отбирать пробу из слоя, соответствующего помощности гумусовому горизонту природных почв.

Представительность единичной пробы определяется размеромплощадки, в пределах которой отклонения результатов отдель-ного определения от среднего содержания в представительнойвыборке несущественны, т. е. не превышают заданного пределаошибки. Для фоновых почв эта величина определяется законо-мерностями природного варьирования. Как показано ранее [28],оценкой варьирования содержаний микроэлементов в пределахплощадки размерами 10X10 м установлено, что для большин-ства изучаемых элементов коэффициент вариации содержанийне превышает 30% (в среднем от 6 до 20%). Таким образом,достаточно 3—4 проб, чтобы оценить среднее содержание эле-ментов на площадке 10ХЮ м с ошибкой 20% и 1—2 проб —с ошибкой 30%.

В пределах антропогенных ореолов эти характеристики иные.В табл. 14 приводятся вариации содержаний в пределах равно-мерно опробованных малых площадок размерами 1 0 X 1 0 м и1 X 1 м, заложенных в центральной части очага загрязнения,и соответствующие оптимальные количества проб, достаточныедля достоверной количественной оценки средних содержаний.Единичная проба характеризует только ближнюю окрестностьточки отбора. Даже с площадки размером 1 м2 для характе-ристики комплексного ореола необходимо отобрать 9 проб призаданном уровне ошибки А, = 20% и 4—5 проб при Я, = 30%.Для площадки размерами 10ХЮ м эти оптимальные величинысоставляют соответственно 30 и 12 проб. Таким образом, приопробовании для получения представительных результатов сле-дует применять способ смешанных образцов. Образец предлага-ется составлять из проб, отобранных с площадки размерами1 0 Х Ю м. На участках фона и слабых аномалий число сме-шиваемых проб составляет 4—5, в очагах загрязнения — 12—15.Это позволяет охарактеризовать фон с ошибкой до 20%, аантропогенный ореол — с ошибкой до 30%.

Средний объем почвенной пробы 300—400 г. При подготовкек анализу проба просушивается, растирается в фарфоровойступке и просеивается через сито с отверстиями 1 мм.68

Т а б л и ц а 14. Характеристики распределения и оптимальные числа пробв выборке для малых площадок в центральной части аномалии

Размерплощадки

1 0 Х Ю м

1X1 м

Показа-тели

СV

«1

«2

СV

п\«2

РЬ

19042188

8630

94

2п

385522712

2102984

Си

127522712

6623

63

5п

68765825

271942

Сг

13922

52

11726

73

N1

432463

441842

Яг

37,52784

312884

Мп

122038157

12452884

V

1282673

11924

63

Мо

1,335136

1,233115

Са

1833115

2131105

Примечания С — среднее содержание в выборке, м г / к г , V — коэффициент в а р и а ц и и , %,п — оптимальное число проб п\ — при ). = 20%, пг - при ). = 30%

При отборе снеговых проб необходимо оценить нагрузку изу-чаемых загрязнителей. С этой целью тщательно замеряется пло-щадь шурфа и фиксируется время (в сутках) от начала снего-става. Опробование снега предполагает раздельный анализ сне-говой воды, полученной при оттаивании, и твердого осадка, кото-рый состоит из атмосферной пыли, осажденной на поверхностьснегового покрова. Пробы отбираются из шурфов, вскрывающихвсю мощность снегового покрова. Масса снеговой пробы 5—7 кг,что позволяет получить при оттаивании не менее 4—3 л воды и1 кг твердого материала (пыли). Оттаивание проводится прикомнатной температуре. Твердая нерастворимая фракция выде-ляется путем центрифугирования или фильтрования, просушива-ется, просеивается для освобождения от посторонних примесейи взвешивается. Отбор проб целесообразнее всего проводить вконце зимнего сезона (до начала интенсивного таяния), чтобыучесть загрязнение за максимальный отрезок времени.

Масса пыли в снеговой пробе служит основой для определе-ния пылевой нагрузки Р„ в м г / ( м 2 - с у т ) или в к г / ( к м 2 - с у т ) , т. е.количества твердых выпадений за единицу времени на единицуплощади. Расчет ведется по формуле:

Изучение техногенных потоков рассеяния

Техногенные потоки рассеяния наиболее четко фиксируются вдонных отложениях. Опыт работ и данные по распределениюхимических элементов в различных гранулометрических фрак-циях свидетельствуют о том, что отбор средней пробы, объеди-няющей фракции менее 1 мм, позволяет достаточно объективно

69

оценить уровень техногенного загрязнения. В связи с неодно-родностью донных отложений каждую пробу целесообразно со-ставлять из нескольких (обычно 3—5) частных проб, отбираемыхвблизи заданной точки опробования. На небольших и неглубо-ких водотоках, русло которых выстлано однородным материалом,возможен отбор осредненной по поперечному профилю пробы.На крупных водотоках пробы отбираются у уреза воды в местахвидимой аккумуляции наносов. При развитии техногенных иловна значительных участках русла отбор донных проб проводитсястворовым методом с отбором вертикальных колонок на макси-мальную мощность илов.

Существует большое количество различных приборов, кото-рые применяются при отборе донных отложений в соответствиисо свойствами исследуемых грунтов. Как правило, масса отби-раемых образцов донных отложений составляет обычно 200—300 г. В принципе она зависит от планируемых в дальнейшемлитолого-минералогических и химико-аналитических исследова-ний. После морфологического описания отобранные для хими-ческих анализов пробы высушиваются до воздушно-сухого со-стояния, растираются в фарфоровых или агатовых ступках, про-сеиваются через сито с диаметром отверстий 1 мм и распреде-ляются в пакеты из кальки или пластиковые контейнеры. Награнулометрический анализ и для изучения форм нахожденияхимических элементов в' пластиковые плотно закрываемые кон-тейнеры отбираются свежие образцы отложений.

При изучении донных отложений как источников вторичногозагрязнения вод необходимо знать состав иловых вод. В настоя-щее время для выделения иловых вод используется ряд методов:под давлением, центрифугированием, замещением различнымижидкостями, отсасывание под вакуумом. Наиболее эффективенметод выделения иловых вод отжиманием под давлением. Дляодновременного отбора проб ила, иловой и придонной водынаиболее удобны приборы М. В. Мартыновой, Байта, К. Сатаке.

Отбор и обработка проб воды и взвешенного материала —наиболее сложная задача при изучении техногенных потоков.

На неглубоких водотоках (до 2—3 м) пробы воды на ство-рах наблюдения отбираются с глубины 0,2—0,5 м от поверхности.При небольшой ширине русла (до 20—30 м) возможен отбородной такой пробы в центре потока (на стержне). На всех водо-токах более оправдан отбор трех проб (на стержне и ближе кберегам), которые затем осредняются на месте отбора.

При работах на очень крупных реках возможен отбор пробс различных горизонтов. Как правило, пробы берутся по тремвертикалям (на стержне и ближе к берегам) с трех уровней(поверхностный, срединный и придонный). Пробы в этом случаев зависимости от поставленной задачи могут анализироватьсяраздельно либо осредняться на месте отбора.70

На малых и средних реках поверхностные пробы воды отби-раются специально предназначенным для этой цели белымполиэтиленовым или винилпластовым ведром. На более крупныхреках и водоемах (особенно при отборе с глубин) применяютсяразличные виды винилпластовых батометров, хорошо известныхи описанных в литературе.

Общим требованиям, предъявляемым к сосудам и емкостямдля транспортировки и хранения проб, лучше всего отвечаетпосуда, изготовленная из прозрачного химически стойкого стек-ла. Более практична (особенно на этапе отбора и транспорти-ровки проб) полиэтиленовая посуда. Емкости и приборы дляотбора и транспортировки проб тщательно моются концентриро-ванной соляной кислотой. Для обезжиривания используютсясинтетические моющие средства. Остатки использованного длямытья реактива полностью удаляют тщательной промывкой ем-костей водопроводной и дистиллированной водой. Подобную про-цедуру рекомендуется проводить периодически. При отборе про-бы емкости следует несколько раз ополаскивать исследуемойводой. При проведении работ обычно определенные емкостизакрепляют за конкретными створами. Этот методический приемпозволяет значительно уменьшить вероятность вторичного за-грязнения пробы.

В настоящее время разработаны различные схемы разделенияи анализа форм нахождения химических элементов в природныхводах [23, 50]. Многие из предложенных схем предварительногофракционирования достаточно сложны, поэтому ниже описаны тепроцедуры, проведение которых обязательно при изучении техно-генных водных потоков рассеяния.

После отбора и доставки водных проб в лабораторию онинемедленно фильтруются. Это производится для разделениярастворенных и взвешенных форм химических элементов. Крите-рием их разделения является ультрафильтрация через мембран-ные фильтры с диаметром пор 0,3—0,5 мкм. Фильтрование про-изводят на специальных воронках из оргстекла под вакуумомили под давлением инертного газа [23, 50]. Для фильтрованиянаиболее широко используются мембранные нитроцеллюлозныеультрафильтры Мытищинской фабрики ультрафильтров, а такжефильтры Синпор. В последние годы начал серийно выпускатьсяновый вид фильтров — ядерные фильтры на лавсановой основе,изготовляемые в Объединенном институте ядерных исследований(г. Дубна). В зарубежной практике применяются мембранныефильтры МППрогге Н. А., 5аг1огшз, волокнистые стеклянныеШпа1тап Р1Ьег СНазз, ядерные ультрафильтры Мис1ероге. Спе-циальные "исследования Л. В. Деминой показали, что наиболеерепрезентативными являются фильтры типа Мис1ероге и ядерныена лавсановой основе ОИЯИ. Мембранные фильтры перед упот-реблением необходимо прокипятить в 0,03—0,05%-й соляной

71

кислоте особой чистоты в течение 5—10 мин. и высушить при60—70° С.

Перед началом фильтрации проба воды тщательно переме-шивается. Эта процедура (необходимая для усреднения распре-деления взвесей) повторяется перед каждым наполнением ворон-ки. Для последующих расчетов тщательно фиксируется объемводы, пропускаемый через фильтр.

Фильтрование для определения мутности проводят через спе-циально взвешенные для этих целей фильтры. Фильтры передвзвешиванием помещаются в эксикаторы на несколько дней длядостижения постоянной массы. Взвешивание производится нааналитических весах несколько раз (первое взвешивание через10 дней после нахождения в эксикаторе, затем через 3 дня и,при выявлении устойчивой постоянной массы, еще через 3 дня).

Определенная часть отобранной пробы (как правило, боль-шого объема — 40—60 л) отстаивается в течение суток в белыхполиэтиленовых бочках или баках. Это необходимо для получе-ния больших количеств взвеси, используемой для изучения формнахождения элементов, гранулометрического и минералогиче-ского анализов, а также для определения тех элементов, которыеневозможно исследовать на фильтрах (очень малые содержанияв навеске и необходимость фильтрования больших объемовводы, что трудоемко). Особенно эффективен анализ отстоя наширокий спектр элементов при выявлении комплекса последнихв зонах загрязнения. После отстаивания вода сливается с по-мощью сифона. Отстой с небольшим количеством воды помеща-ется в бюксы и досушивается в сушильных шкафах при тем-пературе 50—60° С.

В современных океанологических исследованиях для отделе-ния больших объемов взвеси используют центрифугирование смногокамерными и барабанными сепараторами непрерывногодействия. При этом получают так называемую сепарационнуювзвесь. Обычно применяют промышленные сепараторы НСМ-2,НСМ-3, САЖ-ЗМ, СЦС-ЗМ с тарельчатыми вставками. Корпуси тарелки сепараторов выполнены из нержавеющей стали, трубо-проводы и краны — из пластика. Этот способ эффективен идля пресноводных объектов.

Таким образом, после предварительной обработки водныхпроб мы получаем: взвесь на фильтрах (которые высушиваютсяи хранятся в чашках Петри); отстой или сепарационную взвесь(хранятся в пакетиках из кальки или бюксах); фильтрат — тачасть воды, которая прошла через фильтры.

Взвесь на фильтрах, отстой и сепарационная взвесь не тре-буют немедленного анализа и могут храниться в соответствующихусловиях (прохладное темное место). Однако необходимо не-посредственно после их получения разделить и приготовить про-бы к соответствующим видам анализа. Следует помнить, что

72

даже в твердом материале возможны различные фазовые пре-вращения химических элементов, особенно в непригодных дляхранения условиях. Поэтому анализ твердого взвешенного ма-териала необходимо проводить как можно быстрее.

Даже кратковременное хранение проб фильтрата без необхо-димой предосторожности может привести к заметным изменениямконцентраций и форм нахождения химических элементов. Глав-ное требование к фильтрату — немедленное проведение анализовна компоненты которые не могут без существенных потерь долгонаходиться в пробах. Далее осуществляется консервация пробна химические компоненты, которые могут определенное времяхраниться. Затем производится концентрирование проб на наи-более важные компоненты (экстракция, осаждение, упариваниеи т. д.), после чего пробы могут храниться достаточно долгоперед отправкой на анализ.

Следует отметить необоснованность мнения о том, что пробына тяжелые металлы могут храниться длительное время при ком-натной температуре, причем подкисление азотной кислотой (дорН 3—4) можно делать непосредственно перед анализом. Делов том, что даже если в некоторых случаях не меняются валовыесодержания элементов, то несомненно изменяются их фазовыесостояния.

Отбор проб для биогеохимических исследований при изучениизагрязнения вод в зависимости от решаемых задач в каждомконкретном случае имеет свои особенности и осуществляется всоответствии с действующими руководствами и указаниями [34].

Отбор проб атмосферного воздуха

Исследование химических элементов в атмосферном воздухе про-водится на стационарных, маршрутных и передвижных постах.Стационарные посты служат для проведения систематическихнаблюдений. Они оборудованы специальными павильонами, осна-щенными необходимой аппаратурой для отбора проб воздуха иприборами для определения метеорологических параметров. Намаршрутных постах отбор проб воздуха и метеорологическиенаблюдения проводятся с помощью автолаборатории. Пере-движные (подфакельные) посты служат для разовых наблюде-ний в зонах непосредственного влияния промышленных выбро-сов. Их местоположение выбирается каждый раз в зависимостиот поставленной задачи и метеорологических условий.

При оценке общей картины загрязнения атмосферного воз-духа преимущественное значение имеют данные стационарныхпостов наблюдения, но при оценке дальности распространения,загрязнения необходимо использовать материалы подфакельныхнаблюдений.

Размещение стационарных постов наблюдений производится в73

зонах, где атмогеохимические аномалии стабильны во времени ипространстве и в большей степени ощущается влияние промыш-ленных предприятий. Для правильного размещения стационар-ных постов, в первую очередь, необходимо проанализироватьданные по территориальной структуре загрязнения, выполненнойпо результатам геохимического опробования почв и выпаденийиз атмосферы.

В зависимости от ассоциации загрязняющих веществ приме-няют ту или иную программу исследования атмосферного воз-духа.

При организации подфакельных наблюдений для полученияхарактеристики площадного распространения выбросов необхо-димо как минимум три поста.

При оценке атмогеохимических аномалий должно использо-ваться не менее 200—250 проб в год на стационарных постахи такое же количество проб при подфакельном исследованиипо каждой зоне в течении нескольких лет (при условии, чтофизико-химический состав выбросов за период опробования неменяется).

Для отбора проб атмосферного воздуха используют серийновыпускаемые установки типа ЭА-1, ЭА-2, ЭА-2С, ЭА-1А, М-828и др. Фильтры для улавливания аэрозолей и пыли разделяютсяпо типу материала, из которого они изготовляются. В частности,специальные улавливающие фильтры АФА-ХА изготовляются изацетилцеллюлозы, АФА-ХП из перхлорвинила, АФА-ХС — изполистирола.

Аналитические аэрозольные фильтры предназначены: дляопределения массовой концентрации аэродисперсных примесей(АФА-ВП), для проведения их химического анализа (АФА-ХА).Эффективность улавливания аэрозолей металлов применяемымифильтрами зависит от скорости протягивания воздуха. Так,фильтр АФА-ХА наиболее эффективен для улавливания аэрозо-лей свинца при скорости 10 л / м и н . При увеличении скоростиаспирации до 20 л / м и н процент проскока аэрозолей увеличи-вается до 8%. Длительное прокачивание через фильтр запылен-ного воздуха постепенно приводит к накоплению в них осадкаи росту сопротивления, что ухудшает сорбционные способностиматериала. Значительным недостатком наиболее широко приме-няемых в атмохимических исследованиях фильтров АФА-ХА яв-ляется нестабильность их химического состава. Это свойствофильтров особенно важно при определении микроконцентрацийхимических элементов в атмосферном воздухе фоновых террито-рий. Кроме того, указанные типы фильтров недостаточно полноулавливают мелкодисперсный аэрозоль, который представляетнаибольшую гигиеническую опасность. В последние годы у насв стране созданы новые типы фильтров, позволяющие задер-жать и мелкодисперсные фракции. Например, трехслойный

74

фильтр типа ФПАР позволяет задерживать .частицы аэрозоляболее 1 мкм на верхнем слое, 0,5 мкм — на внутреннем.

При исследовании микроэлементного состава атмосферноговоздуха приходится сталкиваться с фактом проскока суб-микронных частиц (<0,003 мкм) через фильтр ФП. В связи сэтим разрабатываются новые виды фильтров, способные эффек-тивно улавливать из воздуха химические элементы, находя-щиеся в различных агрегатных состояниях. Для изготовлениятаких фильтров используется тонковолокнистый фильтр ФП имелко измельченный сорбент. Для улавливания паров газовойсоставляющей различных химических элементов и соединенийприменяется фильтр с активным углем (АФАС-У).

Для изучения дисперсного состава атмосферных аэрозолейприменяют разного типа импакторы, принцип действия которыхоснован на избирательной сепарации частиц по размерам припропускании воздуха через ряд последовательно установленныхсопл уменьшающегося сечения.

Более детально методы опробования и обработки проб ат-мосферного воздуха изложены в специальных методических руко-водствах [33].

2.3. ИССЛЕДОВАНИЕ Н Е Б Л А Г О П Р И Я Т Н Ы Х Р Е А К Ц И Й Н А С Е Л Е Н И ЯНА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Оценка возможного неблагоприятного воздействия техногеннойгеохимической нагрузки на состояние здоровья населения прово-дится путем изучения микроэлементного состава диагностическихбиосубстратов, установления функциональных показателей, ха-рактеризующих состояние различных систем организма, а такжепоказателей физического развития и уровня заболеваемости. Та-кие исследования целесообразно проводить совместно с органи-зациями и учреждениями медицинского профиля.

На основании карт распределения химических элементов впочвах и снежном покрове выбираются жилые территории, ха-рактеризующиеся различной интенсивностью загрязнения и ка-чественным составом ассоциации. Первым этапом медико-гео-химических исследований является изучение накопления хими-ческих элементов в различных группах населения.

При формировании групп населения для изучения биогео-химических показателей целесообразно использовать направлен-ный отбор, т. е. составлять однородные выборки, в которыхможно выявить влияние неизвестных факторов при устранениивлияния известных. Так, при изучении влияния микроэлемент-ного состава вод на уровень содержания химических элементовв биосредах должна быть исключена возможность поступленияв организм больших доз изучаемых химических элементов с про-дуктами питания и атмосферным воздухом. При подборе кон-

75

тингентов населения за основу принимаются следующие группи-ровки населения: общая группировка по признаку одинаковогово времени употребления питьевых вод или проживания в дан-ной местности и раздельная группировка по разным концентра-циям изучаемых химических элементов.

Из подобранных групп населения исключаются лица, имею-щие контакт с различными бытовыми и профессиональнымивредностями (употребление алкоголя, курение, интенсивное при-менение фармакологических средств) Наиболее приемлемы дляобследования детские организованные коллективы (детские сады,школы), в которых достаточно легко можно устранить влияниеиндивидуальных и профессиональных факторов на микроэлемент-ный состав биосред.

Химические элементы обладают, как отмечалось, различнойспособностью накапливаться в тех или иных диагностическихбиосубстратах и поэтому перед началом исследований с учетоминтенсивности действующего загрязнения выбирают биосубстра-ты, которые в наилучшей степени отражают влияние того илииного элемента Как показывает опыт, в первую очередь на воз-действие повышенных концентраций химических элементов реа-гирует состав волос. Это характерно для таких распространенныхзагрязняющих веществ как свинец, мышьяк, кадмий, ртуть. Зна-чительное накопление в волосах наблюдается также для фтора,группы редкоземельных элементов, серебра, брома и некоторыхдругих

При изучении микроэлементного состава волос подбираютсягруппы населения, идентичные по возрасту, полу и цвету волос,с точной фиксацией их места жительства. Отбор проб волос уисследуемых групп населения следует проводить унифицирован-ным методом, т е. состригать прядь волос определенной длиныс локального участка (затылок, теменная часть головы). Приэтом также необходимо учитывать и используемые населениемсредства ухода за волосами, так как некоторые из них (йодсо-держащие шампуни, ртутьсодержащие косметические средства)могут влиять на микроэлементный состав волос. Для снятияповерхностного загрязнения и обезжиривания волос применяютдва способа. Первый способ — мытье волос при помощи детер-гента (лаурилсульфата натрия или трилона Х-100). Детергент(4 мл) добавляют на 3 литра воды и заливают волосы, поме-щенные в боксы, так, чтобы раствор покрывал всю пробу. Через2 часа детергент сливают, пробы волос заливают бидистиллиро-ванной водой, постоянно перемешивая. Так повторяют дважды,затем волосы обезжиривают в течение 45 мин. в спиртоэфировойсмеси. После этого волосы высушивают при 60° С в течение72 часов. Второй способ подготовки проб волос рекомендованМАГАТЭ, и он заключается в обработке проб ацетоном Х4 втечение 10—15 мин, затем трехкратное промывание бидистилли-

76

рованной водой по 10—15 мин и далее снова 10—15-минутнаяобработка ацетоном.

В отдельных случаях эффективен отбор проб мочи, которыйпроводят в полиэтиленовые емкости, обработанные 0,1 н раство-ром азотной кислоты с регистрацией диуреза.

Изучение других показателей состояния здоровья населенияв связи с воздействием загрязненной окружающей средой прово-дится по принятым в практике эпидемиологических исследованийметодикам [7]. Исследование показателей иммунологическойреактивности детально изложено в работах сотрудников кафедрыгигиены Самаркандского медицинского института.

2.4. Х И М И К О - А Н А Л И Т И Ч Е С К И Е ИССЛЕДОВАНИЯ

Геохимические исследования окружающей среды связаны с отбо-ром проб исключительно разнородных по составу, характеру ма-териала и объему технически достижимой навески. Это приводитк необходимости организации сложной системы анализов. В об-щем случае комплекс используемых аналитических методов зави-сит от поставленных задач и различается по этапам изученияокружающей среды.

Основные требования к результатам исследований начальногоэтапа связаны с необходимостью экспрессного получения данныхпо максимально широкому комплексу химических элементов,формирующих зоны загрязнения, и оценки примерных количест-венных соотношений между элементами с целью выявления прио-ритетных загрязняющих веществ. Материал получаемых пробдостаточно стандартен для прикладной геохимии, а размеры на-весок практически неограничены. Большинству изложенных ус-ловий и требований отвечает экспресный приближенно-количест-венный или количественный метод с просыпкой анализируемогоматериала и с применением трехфазной дуги постоянного токана дифракционном спектрографе типа ДФС-13. Метод в различ-ных модификациях широко применяется в прикладной геохимиии хорошо известен. Однако, по некоторым элементам (оченьважным для экологических исследований) чувствительностьметода явно недостаточна и позволяет выделить лишь оченьконтрастные аномалии. Прежде всего это касается Н§, Аз, Сс1и Р. В этой связи во всех случаях приходится проводить допол-нительный анализ проб специальными высокочувствительнымиэкспрессными количественными методами на Аз (спектральныйметод из камерного электрода с пределом обнаружения 1 г/т)и Н§ (на ртутном анализаторе РАФ или ИМГРЭ — 4 с пределомобнаружения 0,001 г/т), а в случае, когда на исследуемых терри-ториях ожидаются источники выбросов или стоков фтора, то и наэтот элемент (количественный спектральный метод). Для кадмиясколько-нибудь чувствительного экспрессного метода, пригодного

77

для массовых определений, пока не имеется. Этот исключительноважный для экологии элемент может быть изучен только спе-циализированными исследованиями, обычно проводимыми наконечном этапе работ.

При геохимическом картировании большая ч а с т ь постав-ленных задач с удовлетворительной чувствительностью и точ-ностью решается использованием приближенно-количественногоспектрального метода для анализа проб почв, донных отложенийи пылей, извлекаемых из снегового покрова. Также как и приисследованиях начального этапа, необходим специальный анализпроб более высокочувствительными методами на Н§ и, жела-тельно, Аа. Аномалии Сс1 и некоторых других элементов (5Ь, В1,Ш), как правило, не фиксируются. Тем не менее, основныезадачи этого этапа исследований решаются неплохо. Специаль-ный дорогостоящий анализ проб на эти элементы необходимлишь в случаях, когда известны конкретные источники подобныхвоздействий.

Для снегового покрова на рассматриваемом этапе исследова-ний рационально (помимо анализа пылевой фракции) изучатьводную фазу на комплекс приоритетных выбросов — оксидыазота и серы,— зоны воздействия которых хорошо фиксируютсяснеговыми водами. Определение этих соединений проводитсястандартными для вод химическими методами и при обычнонаблюдаемых уровнях не вызывает затруднений.

При маршрутном опробовании донных отложений такжерационально проведение экспрессного анализа водной фазы насоединения азота, фосфора, серы и хлора, хорошо маркирующиеустойчивые водные техногенные потоки. Методика анализа наперечисленные ингредиенты хорошо разработана в гидрохими-ческих руководствах.

Значительную сложность представляет анализ бытовых и про-мышленных отходов и средств химизации, изучаемых на данномэтапе исследований. Задача изучения отходов — не только оцен-ка их как загрязнителей, но и выявление перспективных источ-ников вторичного минерального сырья. В этой связи необходимыдостаточно точные определения широкого круга химических эле-ментов. В частности, для осадков очистных сооружений, зол ишлаков — Ре, А1, Си, 2п, N1, Сг, 5п, РЬ, Сё, А§, 5е; дляшламов мазутных ТЭЦ — Сг, V, Со; для металлоабразивныхпылей — дополнительно Мо и XV; для удобрений — Р, ТК, 5г,У [29].

Уровни содержаний химических элементов в отходах довольновысоки, размеры навесок неограничены. Основную сложностьпри организации химико-аналитических исследований отходовпредставляет этап подготовки проб к анализам, не имеющийпока стандартных решений. Это связано прежде всего с труд-ностью гомогенизации анализируемых проб, большими содержа-78

.

ниями во многих отходах органического материала, необыч-ностью и разнообразием состава макроосновы проб Для органо-содержащих отходов обычно приходится проводить отдельноанализы на летучие элементы (Н§, Аз) после разложения смесьюкислот в автоклавных «бомбах» и на прочие элементы послеозоления. Однако и для минеральных отходов мокрого разложе-ния часто не удается избежать. Так, для плохо дробимых икрайне неоднородных золошлаковых металлосодержащих мате-риалов мокрое разложение — единственный способ усреднениясостава пробы. Поэтому атомно-абсорбционный анализ — основ-ной метод в этих условиях. Большие содержания чаще всегопозволяют обходиться без процедур концентрирования. Однаков связи со сложностью состава проб для отделения мешающихэлементов часто приходится применять сорбцию и ионный обмен.

При исследовании удобрений, где главные элементы-примесиР, 5г, ТК, также приходится применять комплекс методов (фтор-ионо-селективные электроды; стронций-атомная абсорбция, ред-кие земли и уран-нейтронно-активационный анализ) . Все методыстандартны и при существующих концентрациях особых затруд-нений не возникает.

Завершающий этап работы — детальные эколого-геохимиче-ские исследования в пределах выявленных ранее техногенныхи агрогенных ореолов и потоков рассеяния — наиболее сложенв химико-аналитическом отношении.

Основное требование к аналитическим исследованиям наданном этапе изучения окружающей среды — получение коли-чественных характеристик для широкого круга химических эле-ментов. При этом, исходя из приведенного выше перечня ре-шаемых задач, очевидны разнообразие вида материалов, посту-пающих на анализы, и сложность их химического состава. Длянекоторых видов анализируемых материалов большую трудностьпредставляет уже само получение проб в сколько-нибудь значи-тельных навесках. Эти сложности, в частности, возникают приизучении водных взвесей, для выделения которых при мутностяхвод порядка 10—20 ^мг/л приходится проводить фильтрованиечерез мембранные фильтры значительных объемов воды. Ещесложнее получение проб атмосферных аэрозолей. Важный пока-затель воздействия загрязнений на человека — уровень биогео-химической концентрации — определяется по содержанию хими-ческих элементов в волосах [28]. Для детского населения воз-можная масса пробы волос не больше десятков — несколькихсотен миллиграммов сухого вещества (или несколько миллиграм-мов золы). Таким образом, во многих случаях неизбежно прове-дение анализа из малых навесок.

Перечисленные требования и условия приводят к необходимос-ти привлечения к химико-аналитическим исследованиям самогосовременного и разнообразного арсенала методов.

79

Рис. 22. Схема обработки и анализа водных проб при проведении детальных эколого-геохимических работ

При анализе атмосферного воздуха возникает целая сериясложных химико-аналитических задач. Они связаны прежде все-го с необходимостью определения химических элементов в малыхнавесках атмосферного аэрозоля, получаемых при фильтрованиивоздуха через специальные фильтры. При обычном содержанииаэрозолей порядка 0,1 мг/м 3 и скорости отбора около 100 л/минза приемлемое для стандартного пробоотборного оборудованиявремя удается, как правило, собрать не более 10 мг взвеси. Этоопределяет необходимость применения высокочувствительных ме-тодов анализа из малых навесок (нейтронно-активационного,рентгенофлюоресцентного, химико-спектрального). Исследованиеатмосферной взвеси — специальная задача, подробно рас-смотренная в ряде работ, обобщенных, например, в обзоре [18].

При анализе проб водных потоков рассеяния в раствореннойи взвешенной фазах исследования проводятся обычно на до-вольно широкий круг ингредиентов загрязнения. Это обусловли-вает необходимость проведения довольно трудоемкой процедурыпреданалитической подготовки водных проб (рис. 22). Реализа-ция этой схемы требует развертывания в полевых условияхсложной лаборатории, предназначенной для фазового разделе-ния, консервации, концентрирования проб, а также для экспресс-ного определения некоторых элементов и соединений.

Для соблюдения сопоставимости данных взвешенное веще-ство и растворенные формы желательно определять одним мето-дом. Для значительной группы элементов наиболее удобны в этихслучаях атомно-абсорбционные методы.

Для полноценной характеристики уровня загрязнения водныхсистем необходимо исследовать основные формы нахожденияхимических элементов как в водной фазе, так и в донныхосадках.

В частности, для речных донных отложений в зонах загряз-нения нами апробирована следующая схема.

Растворители Извлекаемые формы

Раствор ацетатного буфера (рН 4,2) Сорбционно-карбонатный комплексРаствор пирофосфатного натрия Металлы, связанные с гумусовыми ве-(рН 10,0) ществамиРаствор 0,15 н НС1 Металлы, связанные со свежеосажден-

ными оксидами и гидроксидамиРаствор 6 н НС1 Металлы, связанные с кристаллическими

оксидами и гидроксидами

Содержания металлов в вытяжках определяются атомно-абсорбционными методами.

С целью расширения круга элементов, анализируемых врастворенной форме, используется количественный спектральныйанализ сухого остатка (из 1 л воды). Для этого Л. Г. Логиноваи Р. М. Арапова применяли малый камерный электрод, повы-

81

шающии чувствительность и точность определения многих эле-ментов. Несмотря на довольно высокую трудоемкость пробопод-готовки и анализа, получаемые результаты очень важны и ин-тересны. Они, в частности, позволяют выявить очень широкийкомплекс обычно не изучаемых химических элементов, накапли-вающихся в техногенных гидрогеохимических аномалиях (на-пример, Ва, Ве, V, ТК, 5п, А§, 5Ь, Т!, А1, образующие очень \контрастные потоки рассеяния).

Биогеохимические исследования в пределах техногенных гео-химических аномалий также связаны с организацией довольносложного и разнообразного комплекса химико-аналитическихисследований.

Для сельскохозяйственных и природных территорий цель этихисследований — количественное изучение взаимодействия хими-ческих элементов в системе «почва — растение» и оценка уровнясодержаний токсичных элементов в растительных тканях, особен-но в пищевой продукции человека и кормах. Для решения этихзадач изучается уровень валовых содержаний всех выявленныххимических элементов-загрязнителей в почвах и растениях, атакже валовые и подвижные (усвояемые растениями) содержа-ния биологически важных элементов — Р, К, 5, (макроэлементы)и Си, 2п, Со, Ре, В, Мп (микроэлементы).

Основу комплекса аналитических методов, используемых приорганизации этих исследований, составляет атомно-абсорбцион-ный анализ (Си, 2п, РЬ, Сс1, N1, Ре, Со, Н§), дополняемыйколичественным спектральным анализом. Последний позволяетрасширить комплекс оцениваемых химических элементов, чтодает возможность выявить более широкий список химическихэлементов, контрастно концентрирующихся в растениях приантропогенных воздействиях (Мп, Зп, V, Т1, N1, 2г, Сг, Ва).

Анализ растений на большую часть микроэлементов прово-дится из зол (температура озоления не более 400° С). На летучиеэлементы (Н§, Р, Аз), а также на макроэлементы (Р, К, N.3 и др.) проводится анализ сухого вещества. Во всех случаяхдля оценки результатов необходим пересчет концентраций насырую массу.

2.5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И З У Ч Е Н И Я ОРЕОЛОВИ ПОТОКОВ Р А С С Е Я Н И Я

Одна из главных характеристик геохимической антропогеннойаномалии — ее интенсивность, которая определяется степеньюнакопления элемента-загрязнителя по сравнению с природнымфоном.

Показателем уровня аномальности содержаний элементов яв-ляется коэффициент концентрации Кс, который рассчитываетсякак отношение содержания элемента в исследуемом объекте С к82

По данным снегового опробования рассчитывается аналогич-ный показатель и для нагрузки загрязнения (элемента) на окру-жающую среду — массы загрязнителя, выпадающей на единицуплощади за единицу времени. Для этого учитывается общаямасса потока загрязнителей — среднесуточная пылевая нагрузкаР„ (в кг/км 2 ) и концентрация элемента С (в мг/кг) в снеговойпыли.

На этом основании рассчитываются:1) общая нагрузка, создаваемая поступлением химического

элемента в окружающую среду Робщ = С-Р„;2) коэффициент относительного увеличения общей нагрузки

элемента Кр = Р0бщ/Рф при Рф==Сф-Р„ф; где Сф — фоновое содер-жание исследуемого элемента; Р„ф — фоновая пылевая нагрузка;например, для Нечерноземной зоны фоновая пылевая нагрузкасоставляет 10 к г / ( к м 2 - с у т ) ; Рф — фоновая нагрузка исследуемо-го элемента.

Поскольку техногенные аномалии обычно имеют полиэлемент-ный состав, для них рассчитываются суммарные показатели за-грязнения Т.с и нагрузки 2.р, характеризующие эффект воздейст-вия группы элементов. Показатели рассчитываются по следую-щим формулам:

где п — число учитываемых аномальных элементов.Все перечисленные показатели могут быть определены как

для содержания в отдельной пробе, так и для участка террито-рии (района, функциональной зоны, природной ландшафтнойединицы, очага ореола) . В последнем случае исследование ведет-ся по геохимическим выборкам.

Главная задача исследования выборок — выявить химическиеэлементы, накапливающиеся в почвах или в выпадениях изучае-мого объекта, и провести сравнительную характеристику качест-венных и количественных особенностей накопления в объектахразного типа.

Для каждой выборки подсчитываются основные параметрыраспределения химических элементов: средние значения С и стан-дартное отклонение 5, а также коэффициент вариации V, кото-рый отражает меру неоднородности выборки. Если в выборкепреобладают пробы, в которых содержание элемента находитсяниже предела чувствительности анализа, то дисперсия и стан-дартное отклонение не рассчитываются. В этих случаях выборкахарактеризуется не средним содержанием, а встречаемостью зна-

83

среднему фоновому его содержанию Сф:

чимых содержаний в процентах общего числа проб в выборке.После расчета коэффициентов концентрации и коэффициентов

относительного увеличения общей нагрузки каждая выборкапредставляется в виде набора относительных характеристиканомальности химических элементов. Такой набор позволяет датькачественную и количественную оценку геохимической ассоциа-ции исследуемого объекта. Например, городская ассоциацияможет быть представлена следующей формулой накапливающих-ся элементов:

Г л а в а 3ГЕОХИМИЧЕСКОЕ И З У Ч Е Н И ЕОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ГОРОДОВ

Антропогенные потоки вещества, образующиеся в ходе произ-водственно-бытовой деятельности городского населения, чрезвы-чайно многообразны (рис. 23), содержат высокие концентрацииширокого круга химических элементов, в том числе и токсичных.Включаясь в природные циклы миграции, антропогенные потокиприводят к быстрому распространению загрязняющих веществ вприродных компонентах городского ландшафта, где неизбежноих взаимодействие с .человеком. Анализ путей миграции антро-погенных потоков и их сложности взаимодействия с окружающейсредой — необходимое звено в цепи многофакторной оценки со-стояния экологической обстановки в городах.

3.1. ОСНОВНЫЕ И С Т О Ч Н И К И З А Г Р Я З Н Е Н И ЯОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ГОРОДОВОБЩАЯ ОЦЕНКА ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Основные источники загрязнения

В результате различных видов деятельности человека создаютсяогромные количества отходов.- По прогнозным исследованиямМеждународной корпорации по научным исследованиям и техно-логии в 1970 г. в мире образовалось 5 млрд т твердых отходов,19,8 млрд т газообразных загрязнителей, 0,2 млрд т пыли,84

(цифровые индексы около символов элементов представляют со-бой коэффициенты концентрации Кс).

В целом, для обработки материалов могут быть использованыстандартные методы и программы, детально описанные в руко-водствах по прикладной геохимии.

Рис. 23. Источники загрязнения окружающей среды, распространение загрязняющих веществ и последствия ихвоздействия

9145 млрд т стоков. К 2000 г. ожидается увеличение количестваотходов в 3 раза. Подавляющая их часть образуется в городах,где проживает большая часть населения земли и сконцентриро-вана основная масса различных производств.

В целом, несмотря на существование большой литературы,характеризующей отходы, их химический состав, особенно рас-пределение в них токсичных химических элементов, изученыплохо.

Химический состав отходов весьма разнообразен. Их харак-терной чертой является наличие широкой ассоциации накапли-вающихся элементов, совместное нахождение которых обуслов-лено не только общностью свойств, но и (в отличие от природныхассоциаций) спецификой производственной и бытовой деятель-ности.

По частоте встречаемости в отходах среди химических эле-ментов преобладают 2п, Си, Сс1, Н§, РЬ, А^, Зп, Сг, N1.

Каждый вид деятельности характеризуется своей специфиче-ской ассоциацией накапливающихся химических элементов.Вместе с тем, ассоциации элементов в промышленных и бытовыхотходах поразительно схожи. Общим является большая комп-лексность состава.

Для производств, связанных с первичной или вторичной пе-реработкой •" неорганических материалов (металлообработка,химическая промышленность, промышленность стройматериалов,энергетика) характерна концентрация химических элементов вовсех типах отходов (выбросы, стоки, твердые отходы). При этомкачественный состав ассоциаций сонахождения близок. Для про-изводств, обрабатывающих органическое сырье (пищевая, тек-стильная промышленность), более характерно накопление хими-ческих элементов в стоках.

Важнейшая особенность практически всех видов отходов —преимущественное накопление в них малых и редких химическихэлементов, отличающихся повышенной технофильностью и, какправило, повышенной экологической токсичностью.? Здесь преждевсего отметим Н§, РЬ, Сд, 2п; чрезвычайно характерными за-грязнениями являются также Ш, 5п, А§.

Значительная часть твердых и жидких отходов утилизирует-ся. Наиболее полно используется лом металлов, отходы пищевой,мясомолочной промышленности, отходы бумаги, текстиля, масло-и нефтесодержащие отходы. В 1980 г. в нашей стране из отходовбыла произведена каждая третья тонна стали, четвертая тоннабумаги и картона, пятая тонна цветных металлов и серной кис-лоты [38].

Большая часть неутилизируемых отходов вывозится на свал-ки, в результате чего поблизости от населенных пунктов концент-рируются огромные массы свалочного материала, обогащенноготяжелыми металлами. Свалки — потенциальные источники по-86

ступления металлов в подземные и поверхностные воды, в при-легающую почву.

Некоторая часть отходов размещается в отвалах, на специ-альных полигонах и на внутризаводских свалках. В этих случаяхтакже создаются локальные скопления значительных масс ме-таллов. Например, на внутризаводской свалке одного крупногоприборостроительного завода за 30 лет скопилось около 75 тыс. тсвалочного материала, содержащего более тысячи тонн 2п, сотнитонн XV, Си, РЬ, 5п, десятки тонн Со, N1, Сг, Вь Изучениебаланса распределения отходов в пределах промышленного рай-она, в котором имелись внутризаводские свалки, показало, чтозначительная масса отходов и заключенных в них химическихэлементов остается в городе.

Для некоторых видов отходов (например, для гальваническихшламов, которые содержат токсичные металлы и соединения,не имеется установленных мест захоронения). Отходы удаляютсяпредприятиями самостоятельно, что не позволяет контролироватьобъемы отходов и распространение от них загрязнения.

Высокими концентрациями многих тяжелых металлов отли-чаются коммунально-бытовые отходы — твердые бытовые отходыи осадки городских очистных сооружений. Часть их перерабаты-вается в компост, используемый в качестве удобрения, и стано-вится источником загрязнения сельскохозяйственных почв ипродукции.

Коммунально-бытовые и производственные стоки поступаютв поверхностные водные объекты или непосредственно (условночистые стоки) или после заводских и (или) городских очистныхсооружений. При этом взвесь, не уловленная при локальнойочистке стоков, задерживается на городских очистных сооруже-ниях, обогащая металлами осадки, которые иногда вывозятся вкачестве удобрений на сельскохозяйственные поля. Растворенныеметаллы также частично задерживаются очистными сооруже-ниями, а частично поступают в водные объекты, увеличивая вних содержания металлов.

Газовые и пылегазовые выбросы от работающего оборудова-ния (организованные и неорганизованные выбросы), от склади-руемых и транспортируемых отходов и сырья (как правило,неорганизованные выбросы) загрязняют воздушный бассейн.

Таким образом, промышленные выбросы и стоки определяютсовременное качество вод, атмосферы и (через выпадения) почвв урбанизированных зонах и их обрамлении. Твердые отходы(бытовые и промышленные) образуют фиксированные скопленияхимических элементов — источники загрязнения почв и воды

Рассмотрим особенности химического состава различных от-ходов, объединенных по близости связанных с ними цепей рас-пространения загрязняющих веществ в окружающей среде: твер-дые отходы, выбросы, стоки.

87

Твердые отходы. В эту группу включают преднамереннособираемые твердые промышленные и бытовые отходы и пасто-образные осадки очистных сооружений. В высокоразвитых стра-нах на одного человека приходится в год до 3—5 т промышлен-ных и около 0,3—0,4 т бытовых отходов [29]. Каждый годколичество отходов возрастает на несколько процентов.

Виды промышленных отходов многообразны. Наиболее объем-ные отходы образуются на металлургических комбинатах, маши-ностроительных заводах, предприятиях стройиндустрии и в энер-гетике— это шлак, зола, формовочные материалы, разнообраз-ная уловленная пыль. Наряду с отходами, специфическими дляопределенных производств, на предприятиях разного профилянакапливаются большие объемы одинаковых отходов: древесины,резины, пластмассы, краски, растворителей, нефтепродуктов и др.Помимо этого, на каждом предприятии имеется производствен-ный и строительный мусор, который по объему часто превосхо-дит все остальные виды отходов.

Отходы разнообразны по химическому составу. Некоторые изних отличаются высокими концентрациями отдельных химическихэлементов, в том числе токсичных.

В табл. 15 приведены ассоциации химических элементов, на-капливающихся (относительно средних содержаний в земнойкоре) в главных видах твердых отходов на типичных для горо-дов производствах.

Основными отходами в черной металлургии являются шлаки,шламы, пыль, отходы производства кокса.

При выплавке 1 т чугуна и стали получают 0,2—1 т шлака.Ежегодно в стране на предприятиях черной металлургии накап-ливается более 52 млн. т доменных, 24 млн. т сталеплавильныхи 2,4 млн. т ферросплавных шлаков [38].

Доменные шлаки состоят из оксидов 51 (44—40%), А1 (5—16%), Са (30-50%), Ме (1-7%), Ре (0,2-4,5%), Мп (0,5—3%). Сталеплавильные шлаки отличаются от доменных болеевысоким содержанием оксидов Ре (5—16%), Мп (5—9%) иР. Микроэлементный состав шлаков зависит от перерабатывае-мого сырья. Так, в изученных шлаках комбинатов Урала кон-центрируются О и V; в доменных шлаках в 2—3 раза вышекларковых содержаний, в ферросплавных и мартеновских — бо-лее, чем в 100 раз; V накапливается в доменных и ферросплав-ных шлаках соответственно в 3 и 11 раз. В доменных шлакахкомбинатов европейской части Союза ССР содержания назван-ных элементов низкие, но в них накапливается В (Кс 3—10) и5г (Кс 2—13). Содержание других микроэлементов в шлаках непревышает средних в земной коре. Большая часть доменных шла-ков используется для получения различных строительных мате-риалов. Из сталеплавильных и ферросплавных шлаков, обла-дающих высокой нейтрализующей способностью и содержащих

Т а б л и ц а 15 Ассоциации химических элементов в твердых промышленныхотходах

Вид отходов

Шлак доменныйШлак сталеплавильный иферросплавный

Шлак медеплавильныхпечейШлак свинцовой шахтнойплавкиШлак никелевого произ-водства

Шлак чугунаШлак сталиШлак алюминияШлак магнияГорелая земляПыль от дробеметных ипескоструйных установокГальванические осадки

Шлам очистных сооруже-нийШлам от производствакрасителейШлам от производствапластмассОтходы фенопластовОтходы резины

Кожевенные отходы

Бумажная пыльОсадки цехов цинкогра-фии и гальванического

Бетонная смесь (брак)

Зола и шлак теплоэлект-ростанций

Ряды относительной концентрации

п - 1000 п-100 «•10 п - 1

Черная металлургия

— — Мп, Сг, VМп.Сг, V, В, 5г

—

Цветная металлургия

—

2п, РЬ

—

Си

Си

Сг

—

—

N1, Со, Си

—

—

—

Машиностроение и металлообработка

——————

Си

МпМп—\У—

\У, Мо

Си, Сг, РЬ

СгСгШ

\УСг, N1, Си

N1, 2п

—V

Сг, Со2п, Сг, Со

Мо, 2п, Си, РЬV, Со

—

Химическая промышленность

Си, А8

Со, А8

—

——

Аз, РЬ, Сг

Си

2п, Со

Аз—

Си

2п, N1

Мо, N1, Сг

—2п

Мо, N1

—

РЬ, Со, V

В, Со„ Vса;си

Легкая промышленность

Сг — - —

Полиграфическое производство

——

—8п, 2п, Си,N1, Сг, §Ь

ЗЬРЬ

2п, РЬ—

Производство стройматериалов

- 2п, РЬ, Си

Энергетика

РЬ, Мо, Ве, V,N1, Си, 2п, \У

89

в небольшом количестве необходимые растениям микроэлементы(В, Мо, Си, 2п, Со, V и др.) и Р, производят известковуюмуку для сельского хозяйства. Учитывая высокие концентрациив шлаке токсичных металлов (например, хрома) этот способтребует экологического обоснования. Применяют шлак также вдорожном строительстве и литейном производстве.

Кроме шлака в металлургическом процессе образуется многошламопылевых отходов — до 100 кг на 1 т стали. Большаячасть доменной пыли (87%) улавливается и идет на приготов-ление окатышей для металлургического производства; пыль со-стоит из оксидов Ре (50—90%), оксидов Са и М§ (1 —10%),А1, Р, 51 (несколько процентов) содержит тяжелые металлы.Особенно высокими концентрациями металлов (4—6% 2п, 1 —2% РЬ, а также Сг, N1, Сё) отличается пыль электроплавиль-ных печей. Из-за вредных примесей она не используется и явля-ется источником загрязнения окружающей среды легко вымывае-мыми токсичными металлами (СА, Сг, РЬ, 5е).

На коксохимических заводах, входящих в комплекс произ-водств металлургических комбинатов, в процессе обогащения,коксования угля, у л а в л и в а н и я и переработки отходов образуютсяфусы, кислотные смолки, кубовые остатки, полимеры, состав-ляющие 0,1—0,15% массы угольной шихты. Содержание хими-ческих элементов в отходах углеобогащения обычно не превы-шает содержаний в литосфере.

Весьма многоотходной отраслью производства является цвет-ная металлургия, объединяющая сотни горнодобывающих, обо-гатительных, металлургических и обрабатывающих предприятий,на которых перерабатываются десятки типов руд и извлекаетсяболее 70 химических элементов.

Основные отходы производства отрасли — хвосты обогащенияруд, шламы, шлаки, пыль. Объем накопленных вскрышных породв отвалах и отходах обогатительных фабрик, в хвостохранили-щах составлял в стране в 1980 г. 2,5 млрд т, а объемы отвальныхшлаков и шламов — соответственно, 317 и 114 млн т [38].

В зависимости от видов перерабатываемого сырья выход шла-ка в цветной металлургии колеблется от 10 до 200 т на 1 тполучаемого металла. Отвальные шлаки имеют состав (в %):5Ю2 35—40, ДЬОз 6—10, СаО 16—18, М§О 2—7, Ре2О3 1—2,РеО 20—35, МпО 0,1—0,4, 5О3 0,5—2. Как правило, шлакисодержат значительные количества ценных компонентов. Так, вотвалах шлаков медных заводов страны заключено около 27 млн тРе, 335 тыс т Си и 2 млн т 2п, а шлаковые отвалы свин-цовых заводов содержат около 3 млн т Ре, более 900 тыс т 2п,150 тыс т РЬ и 70 тыс т Си. Отвальные шлаки отличаютсяочень высокими содержаниями многих цветных металлов. Шлакимедеплавильных печей содержат 0,4—0,6% Си (коэффициентконцентрации Кс 85—130), шлаки свинцовой шахтной плавки

90

6—22% 2п (Кс 720—2650), 1—3,5% РЬ (Кс 620—2180), 0,15—0,7% Си (Кс 30—150); при производстве никеля получаетсяшлак, содержащий 1% Сг (Ко 120), 0,08—0,18% N1 (Кс 14—30),0,03—0,1% Си (Кс 6—20), 0,02—0,03% Со (Кс 12—17). Исполь-зование шлаков в отрасли не превышает 15%.

Ежегодно в цветной металлургии улавливается и обезврежи-вается около 30 млн т пыли и газообразных вредных веществ.В зависимости от профиля производства пыль содержит Си, РЬ,2п, N1, 5п, Аз, В1, Сс1 и другие элементы.

Места хранения неутилизируемых отходов предприятий от-расли часто не имеют хорошей изоляции и являются мощнымпотенциальным источником поступления токсичных химическихэлементов в окружающую среду.

Предприятия машиностроительного профиля при исключи-тельном многообразии выпускаемой продукции потребляют близ-кое по составу сырье и используют сходные технологическиеприемы при его обработке. Поэтому отходы машиностроительныхпредприятий имеют ограниченную номенклатуру и, как правило,мало изменчивы по составу, хотя количество того или иногоотхода может колебаться в широких пределах.

Обследование, проведенное кафедрой технологии машиностро-ения ЛИЭИ на 30 предприятиях машиностроительного профиляг. Ленинграда [29] показало, что на одном предприятии образу-ются в среднем (в т/год): металлы черные — до 8750; металлыцветные — до 400; шлак, окалина, зола — до 4000; горелаяформовочная смесь — до 3800; шлам, флюсы — до 600; абра-зивы — 0,5—48; древесина (опилки, обрезки, стружка, упаков-ка) — 100—1500; пластмасса — до 780; бумага и картон — 2,6—12; мусор (древесина, ветошь, бумага, картон, резина, пластмассы,стекло) — 150—20000.

Наиболее объемные виды твердых отходов приходятся на ли-тейные цехи машиностроительных заводов. В основном это шла-ки и горелая земля; общее их количество на предприятияхкрупного индустриального города может достигать сотен тысячтонн в год.

На обследованных авторами предприятиях — состав шлаковот литья черных металлов варьирует в широких пределах. Кис-лые ваграночные и электропечные шлаки содержат в %: 42—595Ю2, 3—13 А12О3, 4—29 РеО + Ре2О3) 2—17 МпО, до 8% М§Ои до 19 СаО. Основные шлаки имеют состав (в %): 12—345Ю2, 6—40 А12О3> 2—12 РеО + Ре2О3, 1—20 МпО, 3—35 М§О и2—27 СаО. Из микроэлементов в шлаках накапливаются Сг(Кс Ю—12 для шлаков от плавки чугуна, 48 для сталелитейныхшлаков) и V (Кс 2). Другие микроэлементы в этих шлакахне концентрируются.

При плавке алюминия с большим количеством флюса обра-зуется шлак, дробимая часть которого содержит от 4 до 42%

91

алюминия в металлических включениях, количество которых со-ставляет несколько процентов. В шлаке концентрируются XV(в 10 раз выше кларка), Сг, Со (в 7 раз).

Состав шлака от плавки магниевых сплавов довольно выдер-жанный; М§ (18—26%), А1, Ре, К, Ва (несколько процентов),81, Са, N3 (доли процента), хлориды и фториды. В шлакеповышены концентрации XV (в 100 раз выше кларка), 2п (5) Сг(2) Со (2).

Шлаки алюминия частично перерабатываются на заводахвторичных металлов. Переработка магниевых шлаков в отечест-венной промышленности пока не производится. Имеются сообще-ния об использовании за рубежом магниевых шлаков для из-влечения магния и приготовления удобрений.

В атмосферных условиях алюминий и магний в шлаках втечение года почти полностью окисляются, из шлаков вымы-ваются хлориды и фториды, засоляя почву, загрязняя водоемыи грунтовые воды.

Объемными отходами литейных цехов являются использован-ные формовочные материалы и, в первую очередь, горелая земля.Хотя их частично регенерируют и возвращают в производство,неиспользуемая часть велика по объему — десятки тысяч тонн вгод на одном предприятии. Основой формовочных материалов яв-ляются кремнезем (кварцевый песок) и алюмосиликаты ( г л и н а ) .Содержания микроэлементов в свежих материалах близки ккларковым значениям. При заливке металлов происходит неболь-шое обогащение формовочных материалов некоторыми химиче-скими элементами, но существенного их концентрирования непроисходит.

Количество уловленной пыли от дробеметных и пескоструйныхустановок, в которых отливки очищаются от частиц земли,достигает на заводах десятков — сотен тонн в год. Пыльотличается повышенными концентрациями Мо, XV (в 100—300раз выше кларка), Сг, N1, Си (в 20—30 раз), V (в 2 раза) . Пыльне используется.

Значительную по объему группу составляют отходы механи-ческой обработки металлов (лом, стружка, окалина, уловленнаяпыль и шлам). Утилизируются лом, стружка металлов и частичноокалина и пыль от заточки инструмента.

Количество пыли, образующейся при механической обра-ботке металлов, зависит как от типа станка, так и от обрабаты-ваемого материала. По исследованиям Л. Я. Градуса (1983), приполной нагрузке режущего станка за смену выделяется 40—300 гпыли чугуна, 20—150 г пыли цветных металлов, 300—2000 гпыли пластмасс. Еще больше пыли выделяется при обработкеметаллов абразивом, за смену количество ее может достичь2—3 кг, при мокрой обработке накапливается 4—5 кг шламана станок. Содержания тяжелых металлов в уловленной пыли

92

Т а б л и ц а 16 Параметры распределения химических элементов в гальваниче-ских осадках

Элемент

КадмийВисмутОловоМедьХромЦинкСвинецСереброНикель

мальные

16,80,169,5

38,618,415,219,20,086

Содержания, %

преобладающие

0,01 — 1 •—

0, -10, —100, —100, —100, —1

0,00001—0,00010,01 — 1

средние

0,10,0030,41,31,61,20,20,00080,3

Среднийкоэффициентк о н ц е н т р а ц и и

76903330160027519014512511550

изменяются в широких пределах. В пыли и шламе от различныхвидов механической обработки черных металлов преобладаютследующие концентрации (в %): 2п и Сг 0,01 — 1, (максималь-ный Ко 120), N1 0,01—0,3 (Кс 50), V и Со 0,001—0,1 (Кс 20 и50), Си 0,01—2 (Ко 400), 0,001—0,04 (Кс 25), Мо до 0,1 (Кс1000), Ш до 0,6 (Кс 6000). В пыли от обработки цветных ме-таллов содержание Си и 2п достигает десятков процентов, аРЬ и 5п — нескольких процентов. Пыль и шлам, как правило,вывозятся на свалку.

С процессами химического травления и гальванического по-крытия металлических поверхностей связано образование назаводах накопления больших количеств одного из наиболее ток-сичных видов отходов — осадков физико-химической очисткистоков.

Авторами изучен состав осадков более чем 130 предприятийразличных отраслей машиностроения. В осадках большинстваиз них обнаружены очень высокие концентрации Си, 2п, Си, N1,Сг, Зп, реже встречаются РЬ, А§, В1.

Параметры распределения металлов предприятий приведены втабл. 16. Состав осадков весьма невыдержан. Размах содержа-ний всех элементов составляет несколько порядков.

Наиболее широкие ассоциации металлов с повышеннымиконцентрациями характерны для осадков предприятий автомо-билестроения, электротехнического машиностроения, приборо-строения, машиностроения для легкой и пищевой промышлен-ности, химического и нефтехимического машиностроения. Причемв осадках этих производств наблюдаются очень высокие уровнисодержаний металлов: автомобилестроение — 2п (2,3%), РЬ(1,2%); приборостроение — Зп (2,1%), Си (1,9%), РЬ (1,4%),Ш (0,09%); электротехническое машиностроение— Си (7,2%);2п (5,6%), N1 (3,3%), Со1 (2,6%); машиностроение для легкойпромышленности — Сг (3,7%), РЬ (2,2%); химическое и нефте-

93

химическое машиностроение — Си (4,6%), Сг (3,8%), 5п (3,3%)АВ (0,0017%).

В среднем гальванические осадки содержат по сравнению сземной корой в тысячи раз больше СА, в сотни раз — Си, Сг,РЬ в десятки раз — N1 и 2п (максимальные коэффициенты кон-центрации на один — два порядка выше).

Осадки, содержащие токсичные металлы и соединения, офи-циально не подлежат вывозу на городские свалки. Вместе с темполигонов для размещения таких отходов пока нет и поэтомупредприятия, на которых образуются осадки, захоранивают ихнеорганизованно на территории предприятий и за городом, сбра-сывают в канализацию, вывозят в смеси с другими отходами нагородские свалки, что создает мощные зоны загрязнений раз-личных природных систем.

В крупном промышленном городе ежегодно образуются де-сятки тысяч тонн осадка (в пересчете на сухое вещество) сосредними содержаниями Си, 5п и Си, сопоставимыми с ихсодержаниями в природном сырье. Кроме того, осадки разныхпредприятий могут быть объединены таким образом, чтобы полу-чить наиболее высокие концентрации интересующих металлов.Это позволяет считать гальванические осадки перспективнымсырьем ценных металлов. Поиски экономически эффективныхспособов извлечения металлов из осадков ведутся в нашейстране и за рубежом.

Особенность предприятий химической промышленности — ши-рокий круг вовлекаемого в переработку сырья, специфичностьтехнологических процессов, многообразие номенклатуры выпус-каемой продукции и изделий. Отходы в больших объемах накап-ливаются на предприятиях, связанных с обогащением и перера-боткой минерального сырья. К многотонным отходам относятсяфосфогипс, пиритные огарки, галитовые отходы, железный купо-рос и др. В настоящее время налажена частичная утилизациятолько фосфогипса и пиритных огарков. Для предприятий, непроизводящих переработку горнохимического сырья, характеренотносительно малый объем образования специфических отходовпо отдельным процессам, что является серьезным препятствиемдля их утилизации.

Так, в шламе от получения химических реактивов содержитсяСё в количестве 0,08% (в 2300 раз выше кларка) и А^ в количе-стве большем, чем 0,01% (более чем в 1400 раз); Аз, РЬ, Сг пре-вышают кларковые значения в сотни раз, Си — в десятки. Хлориднатрия, который накапливается при изготовлении красителей, со-держит (в %): 0,01 А§ (в 1400 раз выше кларка), 3,6 Со (в 1300),1,3% Си (в 300 раз), 2п и N1 (в десятки раз выше кларка) . В отхо-дах производства пластмасс накапливаются 2п, Си, Аз (в среднемв сотни раз выше кларка), Мо, N1, Сг (в десятки раз) и другиеэлементы. В отходах резины содержится более 0,1% 2п (в десятки94

раз выше кларка), в несколько раз повышены содержания Си иСи. Из перечисленных отходов только резина подвергается повтор-ному использованию, остальные отходы поступают на свалки.

Разнообразные отходы текстиля, пластмасс, кожи, бумаги,шлама, и других материалов накапливаются на предприятияхлегкой промышленности. Большая их часть используется. Частич-но утилизируются и отходы от обработки кожи, но в основномони вывозятся на свалки. Вместе с тем отходы, связанные с кра-шением, дублением и раскроем выделанных кож, содержат до2—3% Сг. За рубежом такие отходы используют для извлеченияхрома.

В типографиях наиболее объемным видом отходов являетсявывозимая на свалки бумажная пыль. При сравнительно низкихконцентрациях основных металлов она содержит в среднем0,0015% 5Ь (Кс 30), 0,05% 2п (Кс 6), 0,008% РЬ (Кс 5). Осадкиот обезвреживания стоков участков цинкографии и гальваниче-ских покрытий металлами литейных досок и литер при сравнитель-но небольшом объеме накопления характеризуются той же ассо-циацией металлов, что и аналогичные осадки машиностроительныхпредприятий и очень богаты тяжелыми металлами — 5п (коэф-фициент концентрации К с 800), 2п (Кс более 400), Си (Кс более200), N1 (Кс 200), Сг (Кс 120) и 5Ь (Кс 400).

Производство строительных материалов связано с переработ-кой огромных объемов природных (известняк, глина, песок, гра-нит и др.) и искусственных (пластмассы и др.) материалов. Ши-роко используются в отрасли отходы других промышленныхпредприятий — металлургический шлак, зола электростанций,пиритные огарки, древесные опилки, резина и др. Большая частьотходов предприятий, выпускающих строительные материалы(уловленная пыль, брак и бой изделий и др.), возвращается впроизводство, остальные отходы вывозят на свалки, используютпри планировке территорий. Отходы, как правило, не концент-рируют тяжелые металлы.

Накоплением громадных масс твердых отходов сопровож-дается работа теплоэлектростанций на твердом топливе — угле,горючем сланце, торфе. Основным топливом служит уголь, кото-рого ежегодно сжигается около 5 млрд. т. Доля в топливном ба-лансе других видов твердого топлива невелика (в нашей странене более 0,5%).

Зольность ископаемых углей 4—45%, горючих сланцев —до 50%, торфа 6—10%. Состав золы твердых топлив меняется вшироких пределах (в %): 5Ю2 30—60, А12О3 18—39, Ре2О3 5—21,СаО 1—40, М^О 0,6—7, К2О 0,2—3,8, Ма2О 0,02—2,3. Кроме мак-роэлементов в золе присутствуют в меньших количествах многиехимические элементы.

Зола ископаемых углей обогащена по сравнению с земной ко-рой В, Мо, Аз, Ое, Ве, РЬ, 2п, 5п, XV (табл. 17). Если в среднем

95

для углей степень концентрации элементов невелика, то дляуглей отдельных бассейнов и месторождений она достигает дляотдельных элементов нескольких раз, а для углей, добываемыхнекоторыми предприятиями — десятков раз. При этом углям раз-ных бассейнов и регионов свойственны свои ассоциации элемен-тов. Широкими ассоциациями накапливающихся элементов инаиболее высокими их концентрациями (Кс до 10) отличается золауглей Подмосковного (Ве, В, 2п, 2г,МЬ, Мо, А§, 5п, РЬ), Львов-ско — Волынского (1л, Ве, В, V, Со, N1, Си, Ое, Мо, А§, 5п, РЬ) иИркутского (Ь1, Ве, В, Ое, Мо, Зп, \У, РЬ) бассейнов. Более беднымикроэлементами угли Канско — Ачинского (В, 2п, 5г) и Куз-нецкого (В, 2г, Мо, РЬ) бассейнов. Горючие сланцы часто кон-центрируют Мо, V, Ке, Си, а торф — Си, Мо.

Из минеральной части топлива образуются шлак и летучаязола. В зависимости от конструкции топки выход шлака колеб-лется от 10—20% до 85—90%; 94—98% массы золы задержи-вается пылеулавливающими установками и направляется в от-стойники и отвалы.

Т а б л и ц а 17 Среднее содержание химических элементов в золе углей, г/т

Элемент

ЛитийБериллийБорСкандийТитанВанадийХромМарганецКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденКадмийСереброОловоБарийЛантанИттербийВольфрамСвинец

Угли СССР

325

1906

660012045

890183665

142164

—410

33270

157

—0,007

4830

2532

36

Угли мира (по Я Э Юдович)

бурые

8011

56015

260012070

510205148

100369

601100

37160

5133

—4,1890—

5—

53

каменные

ПО21

68020

460018086

460349080

150512090

46047

2501225

6,5—7,5930—

7—170

Земная кора(по А П Вино

градову)

323,8

1210

45009083

10001858478319

1,41,8340

2917020

1,10,130,072,5650

290,331,3

16

96

На электростанции, сжигающей 1 млн т угля со средней золь-ностью 20%, ежегодно скапливается около 190 тыс. т золы и шла-ка. В целом по стране золошлаковые отходы энергетики оцени-ваются не менее, чем в 100 млн т. Около 1 млрд т шлака и золыуже находятся в отстойниках и отвалах. Они обогащены посравнению с литосферой отдельными элементами обычно не бо-лее, чем в несколько раз.

Утилизация золошлаковых отходов в СССР не превышает10% (используются в производстве строительных материалов).В США используется 20% отходов, в Великобритании — 60%,в ФРГ — 72%, в Финляндии — 84% [38].

Отходы, образующиеся в населенных пунктах в процессекоммунально-бытовой деятельности, сопоставимы по объему с про-мышленными отходами. Коммунально-бытовые отходы включаютгородской мусор (твердые бытовые отходы), осадки городскихочистных сооружений и очистных сооружений поверхностногостока.

Количество твердых бытовых.отходов на душу населения со-ставляет в городах нашей страны 0,15—0,3 т/год и продолжаетувеличиваться в связи с усилением процесса урбанизации и рас-ширением производства товаров потребления

Морфологический состав твердых бытовых отходов (ТБО) сло-жен и меняется в зависимости от степени благоустройства жилищ-ного фонда, сезона года, климатических и других условий. Хими-ческий состав непосредственно ТБО определить сложно, но пред-ставление о нем дает состав материалов, оставшихся от сжига-ния городского мусора на специализированных мусо^осжигатель-ных заводах.

Продукты сжигания городского мусора условно можно раз-делить на составные компоненты: лом черных металлов (выход14,1%), лом цветных металлов (0,7%) и золошлаковый мате-р и а л — дробимая часть продуктов сжигания (83,6%).

Лом черных металлов на 92,6% состоит из железа В ломецветных металлов содержится в среднем (в %): А1 —59,2, Си —23,4, 2п — 8,6, Ре — 2,3. В золошлаковом дробимом материалеконцентрации всех металлов, кроме железа и алюминия, не пре-вышают долей процента, но из-за того, что эта фракция имеетсамый большой выход, именно в ней заключены основные коли-чества большинства металлов. В целом продукты сжигания твер-дых бытовых отходов различных крупных городов имеют сходныймикроэлементный состав (табл. 18), они обогащены по сравнениюс литосферой В1 (в сотни — тысячи раз), А§, 5п, РЬ, Со1, 5Ь(в десятки — сотни раз), Си, 2п (в десятки раз), Сг, Нд (в не-сколько раз). В осевшей на электрофильтрах летучей золе содер-жание перечисленных химических элементов еще выше.

Около 98% ТБО в нашей стране вывозится на свалки. Рас-четы показывают, что с мусором города с миллионным населе-

977-3486

Т а б л и ц а 18 Содержание химических элементов в продуктах сжигания твер-дых бытовых отходов разных городов

Элемент

ВисмутСереброОловоСвинецКадмийСурьмаМедьЦинкХромРтуть

Продукты с ж и г а н и я ТБО

Содержание, %

0,0003—0,00130,0006—0,0021

0,02—0,180,155—0,186

0,0005 -0,00120,003—0,009

0,15 -0,40,18—0,560,06—0,16

0,00004—0,00009

Коэффициентк о н ц е н т р а ц и и

300—130086—30080—72097—11638—92360—18032—8522—68

7—205—10

Летучая зола

Содержание, %

0,010,003—0,01

0,22—0,30,45—1

0,005—0,010,01—0,020,07-0,3

1—30,08—0,6

-

Коэффициентк о н ц е н т р а ц и и

10000430—1430880—1200281—625380—770200—400

15—64120—360

10—200—

Примечание К о э ф ф и ц и е н т ы к о н ц е н т р а ц и и р а с с ч и т а н ы относительно содержания элементов в литосфере

нием на свалку ежегодно поступает 200—250 т 2п и Си, 70—80 т5п и РЬ 4 т 5Ь, 0,5—1 т А§ и СА, 0,02 т Н§.

В ряде городов налажена промышленная переработка частибытовых отходов — сжигание, компостирование. Обогащенныеметаллами продукты сжигания также поступают на свалку, а ком-пост используют в сельском хозяйстве в качестве биотоплива иудобрения, что требует серьезных ограничений.

Осадки городских очистных сооружений накапливаются настанциях аэрации при очистке и обезвреживании хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод.

Ежегодно в стране образуется 4—4,6 млн т осадка (в пересчетена сухое вещество), к 1990 г. количество их составит 6—6,6 млн т[37]. Около 10% осадков перерабатывается и используется какудобрение на сельскохозяйственных полях, остальная масса скап-ливается на территории станций аэрации или сгружается в отвалы.

Осадки представляют многокомпонентную смесь минеральныхи органических веществ, содержание последних колеблется от35 до 80%. В зависимости от способа обработки они имеют влаж-ность 50—97%.

Осадки всех городов, как правило, в высокой степени обога-щены тяжелыми металлами (табл. 19). Среди повсеместно накап-ливающихся химических элементов присутствуют токсичные Н§,СА, РЬ, Сг. Даже в городах, где имеется только легкая промыш-ленность, осадки в десятки раз обогащены А§, Н§, Си, иногдаВ1, СА. Широкие ассоциации элементов с высокими уровнямиконцентрации характерны для осадков городов, в которых имеютсяпредприятия машиностроения и химической промышленности,причем ассоциации совпадают с перечнем используемых на про-изводствах металлов: А§, Н§, СА (накопление в сотни раз),В1, 5п, 2п, Си, РЬ, Сг, и', N1- (в десятки раз).98

Т а б л и ц а 19 Содержание химических элементов в осадках сточных вод горо-дов с различными видами промышленности

Элемент

КадмийРтутьСереброМедьЦинкХромВисмутОловоНикельСтронцийВольфрамСвинец

Машиностроение, химичеекая и легкая промыш-

ленность

Содержание,г/т

44(97)2,3(10)13(30)2610(6780)3200(11670)2635(11015)17(30)220(675)625(2770)360(780)13(28)218(900)

Коэффициентконцентрации

520(750)245(1110)205(510)85(250)65(225)60(240)55(100)40(130)33(140)13(30)13(28)8(35)

Машиностроение илегкая

промышленность

Содержание,г/т

3(10)0,3(0,8)9(14)1265(2230)835(1875)320(645)12(33)210(470)160(635)165(390)10(23)

Коэффи-циент

концентрации

24(80)30(90)155(240)45(80)15(35)7(14)40(110)40(908(30)6(15)10(23)

Легкаяпромышленность

Содержание, г/т

0,5(1,7)0,2(0,3)1,3(1,4)240(375)520(510)

0.9(3)

Коэф-фициентконцент-

р а ц и и

4(13)22(33)22(24)

9(14)10(29)

3(10)

Примечание В скобках у к а з а н ы м а к с и м а л ь н ы е з н а ч е н и я п а р а м е т р о в

Выработанный из таких осадков компост — крупный источ-ник поступления тяжелых металлов в сельскохозяйственнуюпочву.

Осадки очистных сооружений поверхностного стока образу-ются при очистке стока с городских территорий в виде дождевых,талых, поливомоечных вод, которые содержат в основном взвешен-ные, а также растворенные минеральные и органические веще-ства. Поступление поверхностного стока в водные объекты при-водит к их заиливанию и загрязнению.

Накапливающиеся в различного типа очистных сооруженияхв большом количестве донные осадки концентрируют широкийкруг химических элементов (табл. 20). В первую очередь, это Си иА§, средние концентрации которых превышают фоновые значенияв 860 и 140 раз. В десятки раз выше фона накапливаются в осад-ках Си, N1, Сг, Со, 2п, V, РЬ, Мо, Ш, 5п, 5Ь. Причем максимальныеконцентрации обычно в 1,5—3 раза выше средних.

Осадки из очистных сооружений используют для засыпкиоврагов, пониженных частей пойм (часто в пределах города,где они могут представлять опасность для почв и воды из-за вы-соких содержаний токсичных химических элементов).

Выбросы. Пылегазовые выбросы промышленных предприятий,энергетических установок и транспорта являются основными ис-точниками поступления в атмосферу населенных пунктов загряз-няющих веществ. Самые распространенные из них — оксиды азо-та, серы, углерода, углеводорода, твердые частицы. Наиболь-шее количество оксида углерода и углеводородов выделяется

99

Т а б л и ц а 20 Накопление химических элементов в осадках прудов-отстойников

Х и м и ч е с к и йэлемент

КадмийСереброМедьНикельХромКобальтЦинкСвинецМолибденВанадийОловоСурьмаВольфрамСтронцийБарийВисмутТитанМарганец

Содержание, %

среднее

8714

3000585880147

1750370

24660

551632

470820

14500

550

м а к с и м а л ь н о е

20030

1050015002000

5002900

45075

2100903575

13001300

260001700

Коэффициент концентрации

средний

860140805640392622242319161665422

м а к с и м а л ь н ы й

200030030014566

125432575803035381910633

Примечание Коэффициенты концентрации рассчитаны относительно донных отложе-н и й в фоновых водотоках

при эксплуатации автомобильного транспорта и от промышлен-ных источников. Оксиды азота поступают в основном от энерго-установок и автотранспорта, а оксиды серы — от сжигания твер-дого и жидкого топлива. Твердые частицы имеются в выбросахвсех названных источников, особенно много их в выбросах про-мышленных предприятий и энергетических установок. Кроме того,в атмосферу городов поступают и другие вредные вещества, ко-личество их в настоящее время превышает 500.

Промышленные предприятия выбрасывают в воздух самыеразнообразные загрязнения. Практически при всех видах промыш-ленной деятельности происходят выделения пыли. Особенно многоее поступает в атмосферу от предприятий черной и цветной метал-лургии; машиностроительных заводов и заводов по выпуску строи-тельных материалов. На предприятиях черной металлургии глав-ными источниками пыли являются доменное (выбросы пыли 64—128 кг/т чугуна), агломерационное (20—40 г/м ) и в меньшеймере мартеновское (0,3—0,5 г/м3) производства. Пыль состоитиз частичек железа, топлива, флюсов, присадок. При размолеугля, загрузке шихты в батареи и выгрузке кокса на коксохимиче-ских производствах выделяются угольная пыль и сажа.

В цветной металлургии источниками пыли служат печи раз-личных типов, сушилки концентратов, дробильно-помольное обо-рудование. Наибольшим уровнем запыленности отличаются крио-литные и алюминиевые заводы. Пыль включает частицы топлива,металлической шихты, легирующих и металлургических присадок.100

На машиностроительных и металлообрабатывающих заводахмассовое пылевыделение связано с работой литейных, кузнечно-прессовых, модельных и механических цехов. При работе вагра-нок выделяется 15—20 кг пыли на 1 плавку, при работе электро-дуговых печей — 0,2—3,6 кг/ч. Пыль состоит из оксидов Ре, Мп,в меньшей мере М§, А1, Р. Много пыли поступает в воздух отприготовления формовочной смеси, выбивки форм, галтовочныхбарабанов и другого оборудования. Литейный цех на 100 тыс. тлитья при эффективности пылеулавливания 70—80% выбрасы-вает в атмосферу до 1 тыс. т пыли в год.

Производство строительных материалов связано в большин-стве случаев с измельчением и обжигом огромных масс природ-ных и искусственных материалов. При этих процессах из агре-гатов может выноситься до 25%, а в атмосферу поступать (сучетом пылеулавливания) до 2% первоначальной массы мате-риалов.

Изучение химического состава пыли дает исключительно важ-ные данные для экологогеохимической оценки производства.В табл. 21 показаны ряды относительной концентрации химическихэлементов в пыли некоторых изученных авторами производств,типичных для крупных городов.

Т а б л и ц а 21 Ассоциации химических элементов в пылях различных производств

ПроцессРяды относительной концентрации

п -1000 п -100 п - 10 п- 1

Переработка цветных металлов

Переработка лома баб-бита

Производство алюминия

Выплавка олова

Производство аккумуля-торов

Мд, зь, сё

—

—

5Ь, Ад

1п, В], РЬ,5п, Ад, 2п,АзСё, 2п, 5Ь,РЬ, Си5Ь, Ад, 5п,2п, РЬ, СИ,ШВ1, РЬ, Сё,5п

Си, Сг, Т1

Ш, 5п, Сг,В|, МоСг, Оа, В1,Мо

N1, Аз, Со,Си, 2п, Ш,1п, Т1

XV, N1, Мо

Мп, Ад, В,

Си, Со, V,

—

Машиностроение и металлообработка

Литье чугуна»

Литье стали

Выбивка формОчистка отливок в дробеметных и пескоструйныхустановкахКузнечно-прессовое про-изводство

—

—

——

—

—

—

—\У, Мо

2п

2п, Ш

5п, ЗЬ, N1,ШШСг, N1, Си

Ш, Мп

Мо, Зп, РЬ,СгМп, 2п, В,МоМо, 2п, Со,V, Со

Мо, N1, Зп,РЬ

Со

N1

Си,

РЬ,

РЬ

Со,

101

Продолжение табл. 21

Процесс

Механическая обработкачерных металловМеханическая обработкацветных металловПроизводство и заточкаинструментаСборка узлов машин

Ряды относительной концентрации

п- 1000

Си, 2п, РЬ

XV

я -100

XV, Мо, Си

Сг, N1

Мо, Со, 5п,РЬ, 5Ь

«•10

Сг, №, Со,2пXV, Зп

Сг, Си, N1,V

п - 1

Мп, V, РЬ, Зп

Со, Мо, V

2п, Зс

Химические производства

Производство чистых ве-ществИзготовление масляныхкрасокКоксохимическое произ-водствоИзмельчение компонентовдля производства пласт-массы

XV

Нд, Со1

Н?

—

ЗЬ, 5п, СИ,ША^, 2п, Зп,Си, В., XV

—

—

Ад, РЬ, 2п,В1, МЬЗЬ, Мо

ЗЬ, Ш, 2п,РЬРЬ, ЗЬ, Зп,XV

Си, Мо, N1, 2п

Со, Зп, N1

Мо, Зп

Зп

Производство стройматериалов

Обжиг цементной шихты

Помол цементного клин-кераПроизводство керамзита

Производство перлитовыхплитПроизводство огнеупор-ного кирпича

—

—

—

—

АВ—

РЬ

XV, 5Ь

5Ь, РЬ

ЗЬ, 2п, В),XVЗЬ

XV, Ад, В1,МоМо, РЬ

В1

Зп, Т1, Си, Мо,Ва2п, Мо, Си, 5с,Ва, А§Со, 2п, Си, 1л,N1, V, СгЗп, 5г, V, Со,N1, 2п, СиV, Си, Сг, Зп,В, (За, 2п, ЫЬ

Энергетика

Сжигание угля на ТЭС

Сжигание мазута на ТЭС

—

—

—

V, N.

В, РЬ, Мо,ОеСг, 2п, Мо,XV, РЬ

Ве, 1л, V, N1,Си, 2п, Ад, XVСи, Ад, 5п

Пылевой выброс промышленных предприятий города харак-теризует исключительно широкая ассоциация химических эле-ментов (в порядке убывания встречаемости): Н§, 5Ь, 2п, Си,РЬ, 5п, Ш, Мо, N1, Ад, В1, Со, Сг, V, Сё.

Коэффициенты концентрации элементов варьируют очень ши-роко: 5Ь — от 25 до 5000, Ш — от 10 до 10000, Си — от 3 до370, РЬ — от 3 до 385, А§ — от 2 до 1000, Сг от 2 до 119 и др.В то же время в пыли одного производства химические элемен-ты распределяются равномерно. Такое распределение химиче-ских элементов свидетельствует о специфичности пыли того илииного производства.

Высоким уровнем накопления металлов отличается пыль за-102

водов по переработке цветных металлов, по производству акку-муляторов. Она характеризуется весьма широким набором эле-ментов, самые высокие концентрации (соответственно профилюпроизводства) имеют Си, 5Ь, XV (в тысячи раз выше кларковыхзначений), РЬ, Ей, 5п, 2п, А§, Аз, Сс1 (выше в сотни и десяткираз).

В литейных цехах машиностроительных предприятий отхо-дящая от плавильных печей пыль в десятки раз обогащена 2п,XV, 5Ь, N1, 5п. Для пыли, которая образуется при различныхвидах обработки черных металлов, характерно накопление (в де-сятки и сотни раз) XV, Мо, Сг, N1, Си. Причем наиболее широ-кий круг накапливающихся металлов имеет пыль предприятийэлектротехнического машиностроения, в котором широко при-меняются различные сплавы и легированные стали: \У (Кс 13000),Сг (Кс 880), Мо (Кс 270), 2п (Кс 37), N1 (Кс 17). В пылях авто-мобилестроительного завода концентрируются Си (Кс более 200),N1 (Кс 50), Сг (Кс 37). Для пыли тех производств, где произво-дится сварка, типичен Мп. Особенно высоким уровнем накоп-ления XV (в тысячу раз), Мо, Со, РЬ, 5п, 5Ь (в сотни раз) от-мечается пыль от изготовления и заточки инструмента. Ассоциа-ция накапливающихся металлов в пыли от обработки цветныхметаллов включает Си, 2п, РЬ, А§ (накопление в тысячи раз),N1, 5п, XV, Си, 5Ь, Аз (в десятки — сотни раз). В пыли горелойземли уровень накопления тяжелых металлов не превышает10-кратного.

Пыль химических производств, также как и отходы, отлича-ется разнообразием накапливающихся химических элементов ивысокими их концентрациями; многие элементы (Ш, В1, ЫЬ идр.) редко встречаются в других промышленных отходах. Так,пыль от производств по получению чистых веществ обогащенаXV (в тысячу раз), 5Ь, 5п, Со, Ш (в сотни раз). В пыли от изго-товления масляных красок накапливаются Н§, Сс1 (в тысячураз), А§, 2п, 5п, Си, В1, XV (в сотни раз).

Для предприятий по производству строительных материаловхарактерно накопление 5Ь, РЬ, \У, В1, Мо, А§ (в десятки —сотни раз); в пыли, отходящей от обжигового оборудования,в выбросах присутствует Р. В пыли, образующейся при другихтехнологических процессах, уровень концентрации химическихэлементов не превышает 10-кратного.

Значительно загрязняют атмосферу населенных пунктов теп-лоэнергетические установки, особенно в поставке пыли, оксидовсеры и азота. Количество выбросов оксидов азота зависит оттипа сжигающего оборудования и режима процесса горения иможет составлять близкую величину для разных видов топли-ва — угля, мазута, газа. Оксиды серы (в основном, сернистыйангидрид) образуются при сгорании угля и мазута, количествоих определяется содержанием серы в топливе. Поступление сер-

103

нистого ангидрида от предприятий энергетики составляет боль-шую часть общего его поступления в атмосферу. Выброс твер-дых частиц также зависит от вида и качества топлива. Наи-больший выброс пыли дают установки, работающие на угле.Например, электростанция, сжигающая ежегодно 1 млн т угляс зольностью 20% даже при эффективности пылеулавливающегооборудования 94—98% выбрасывает в атмосферу 4—12 тыс. тмелких частиц пыли.

Некоторые химические элементы находятся в зольной частиугля в количествах, превосходящих в несколько раз кларковыеконцентрации. Кроме того, твердые частицы золы, из которыхсостоит прошедшая через очистные установки пыль, обогащают-ся некоторыми (в основном легко летучими) элементами. Диф-ференциация элементов не имеет четкой выраженности, хотяна ряде ТЭС наблюдается обогащение в несколько раз твердыхчастиц (отобранных из газового потока за электрофильтрами)N1, Си, Аз, А^, Ое, РЬ, Сг, Оа. По данным отечественных изарубежных исследователей [29], в летучей золе могут накап-ливаться Мо, 2п, Со, Си, 5е, 5Ь, Аз, А$?, причем четыре послед-них элемента и Р выбрасываются в воздух в значительной мерев парообразном состоянии.

При сгорании мазута образуется на два порядка меньшетвердых частиц, чем при сжигании угля. В мазутной золе содер-жится 6—12% V, 3—4% N1, а концентрации остальных элемен-тов аналогичны содержаниям в угольной золе. Твердые частицывыбросов на отечественных мазутных электростанциях не улав-ливаются.

Сжигание природного газа дает в 10 раз меньше твердыхчастиц, чем сжигание мазута.

Загрязнение атмосферы пылью происходит и при сжиганиитвердых бытовых отходов открытым способом или на мусоро-сжигающих заводах. Как отмечалось, тонкая фракция продуктовсжигания мусора — летучая зола — отличается весьма высокимиконцентрациями В1 (в 10000 раз выше кларкового значения),А^, 5п, РЬ, Сс1, 5Ь, 2п (в сотни раз выше), причем металлычастично находятся в подвижной форме и могут легко вымы-ваться из золы.

Одним из главных источников загрязнения атмосферного воз-духа урбанизированных территорий является транспорт. Так, поданным Аксенова (1986) в США в 1980 г. на долю транспортаприходилось более 55% общей массы загрязняющих воздушногобассейна веществ, т. е. больше, чем на остальные виды деятель-ности человека. В Нью-Йорке, Лос-Анджелесе, Токио, Тегераневклад выхлопных газов в загрязнение воздуха достигает 90%.В нашей стране на транспорт приходится примерно 25% всехзагрязняющих атмосферу веществ, в том числе 50% оксидауглерода.104

Из всех видов транспорта в наибольшей мере загрязняетокружающую среду в городах автомобильный, роль других ви-дов — железнодорожного, водного, воздушного — значительноменьше.

В настоящее время в мире насчитывается более 400 млнавтомобилей, в том числе 83—85% легковых, работающих набензине, и 15—17% грузовых и автобусов, потребляющих какбензин, так и дизельное топливо; сравнительно небольшое коли-чество грузового транспорта работает на газовом топливе.

Большинство сортов бензина содержат в качестве антиде-тонационной присадки тетраэтилсвинец (0,41—0,82 г/л), а в ди-зельное топливо для уменьшения в составе отработавших газовсажи вводят металлоорганические соединения на основе РЬ, Си,N1, Сг (0,02—0,25%).

. Отечественные легковые автомобили расходуют около 10 лтоплива на 100 км пробега, грузовые автомобили и автобусы —20—50 л. Среднегодовой пробег автомобилей составляет около15 тыс. км, за это время он потребляет от 1,5 до 7,5 т топлива.

Выхлопные газы транспортных двигателей — чрезвычайносложная смесь компонентов, в них обнаружено более 200 хими-ческих соединений и элементов, из которых наиболее вреднымиявляются оксид углерода (0,5—10% объемов выбросов), оксидазота (до 0,8%), несгоревшие углеводороды (0,2—3%). Наи-большее количество загрязняющих веществ дают бензиновыекарбюраторные двигатели — особенно оксид углерода, углеводо-роды, оксиды азота, свинца; в выхлопах дизельных двигателейбольше сернистых соединений, сажи, присутствует бензапирен.Свинец (в виде кислородосодержащих соединений, карбонатов,фосфатов и др.) поступает в воздух при работе транспорта наэтилированном бензине. При сжигании 1 л бензина в воздухпопадает 200—400 мг свинца, в течение года один автомобильвыбрасывает в среднем около 1 кг этого металла. Несмотряна проводимые в стране и за рубежом разработки по обезвре-живанию отработавших газов загрязнение воздушного бассейнатранспортными выбросами остается значительным.

Загрязняет атмосферный воздух также пыль, которая под-нимается с проезжей части магистралей при работе городскоготранспорта. Она обогащена не только свинцом, но и цинком,кадмием за счет истирания шин.

Стоки. Большое количество тяжелых металлов попадает вокружающую среду в виде стоков от коммунально-бытовой ипроизводственной деятельности. Стоки поступают или непосред-ственно в водотоки (условно чистые промышленные стоки) илипосле различных видов очистки (загрязненные промышленные,коммунально-бытовые стоки, поверхностный сток с урбанизиро-ванных территорий).

Очистка коммунально-бытовых и загрязненных промышлен-105

Т а б л и ц а 22 Химические элементы в сточных водах некоторых производств.По данным Р. Кейна

Виды деятельности

Мясная промышленностьПроизводство жираРыбная промышленностьПроизводство хлебаПроизводство пиваПроизводство безалкогольныхнапитковПроизводство мороженогоОкрашивание текстиляВыделка и окраска п у ш н и н ыПрачечныеАвтомобильные мойки

Среднее содержание в водахзоны гипергенеза

Средняя к о н ц е н т р а ц и я в стоках, м к г / л

Медь

150220240150410

2040

270037

70401700

180

5,58

Хром

150210230330

60180

50820

20 1401220

140

2,9

Никель

70280140430

40220

ПО250740100190

3,31

Ц и н к

46038901590280470

2990

7800500

17301750920

34

К а д м и й

1 16

14253

3130

115134

18

0,33

ных (часто прошедших перед этим локальную очистку) водпроизводится на городских очистных сооружениях. Расход водына коммунально-бытовые нужды составляет в городах 115—125 л/сутки на 1 человека, а с учетом промышленных нужд,расход на 1 человека достигает 700 л/сут. С промышленнымистоками в канализационную систему попадают разнообразныезагрязняющие вещества, из которых наиболее распространенынефтепродукты, фенолы, пестициды, сложные химические соеди-нения, минеральные и органические взвеси, тяжелые металлы.Широкие комплексы тяжелых металлов и высокие их соединенияв сточных водах характерны для многих видов промышленности,причем не только тех, где эти элементы используются в техно-логическом цикле, но и многих других, в том числе производя-щих продукты питания и предметы первой необходимости

Т а б л и ц а 23. Химические элементы в различных видах стоков

Место сброса стоковСодержание

Фтор Хром Медь

Гальванические

Городская канализация 0,2—38,0(0,5—76)

1,0—125,0(100—12500)

0,4—50,2(50—6250)

Различные

Городская канализация

Поверхностные водотоки

0,5—10,4(1-21)0,2—5,5(0,5—11)

0,01—0,5(1-50)0,01(П

0,01 — 15,0(1 — 1875)(0,01—0,2)(1-25)

Примечание Коэффициенты к о н ц е н т р а ц и и ( у к а з а н ы в скобках) рассчитаны по отношению

106

(табл. 22). Особенно высокие содержания металлов отличаютстоки предприятий, имеющих гальванические производства.Здесь встречаются концентрации Сг, Сс1, Си, 2п — в сотни итысячи раз, а РЬ — в десятки раз выше фоновых (табл. 23).Таким образом, промышленным стокам принадлежит ведущаяроль в поставке тяжелых металлов в канализационную систему.По данным Савранской (1976), в праздничные дни на станцииаэрации поступает в несколько раз меньше Ре, Сг (в 9 раз),Си (в 7), 2п, N1 (в 5), РЬ (в 3), чем в будние дни.

Городские очистные сооружения не дают 100% удаленияметаллов из стоков, часть их (4—5%) проходит в водоемы.Учитывая большой объем канализационных стоков, принос сними металлов в окружающую среду представляется значитель-ным.

Условно чистые стоки промышленных предприятий, сбрасы-ваемые непосредственно в водотоки городов, сравнительно чисты,хотя максимальные содержания в них Си, Сд, 5г, Р могут пре-вышать фоновые концентрации в десятки раз (см. табл. 23).

Другим крупным источником приноса металлов в водоемыявляется поверхностный сток с урбанизированной территории,загрязненной за счет смыва части почвы, твердофазных выпа-дений из атмосферы, размыва свалок и т. д. Даже после отстой-ников, в которых оседает основная масса взвешенных частиц,содержание металлов в стоке продолжает оставаться значи-тельным (табл. 24), особенно Си (в 69 раз выше фона), N1(в 16 раз), Сг (в 12 раз), 5г и Н^ (в 9 раз).

Тяжелые металлы попадают в водотоки и со сбрасываемымпри уборке городских территорий снегом. За счет атмосферныхвыпадений снег загрязняется тяжелыми металлами, а разбрасы-вание на дорогах соли приводит к накоплению в нем хлоридов.В талой снеговой воде крупного промышленного города содер-жалось хлор-иона в 150 раз больше, чем в воде фонового'водо-

элементов, мг/л

Цинк М ы ш ь я к Стронций Кадмий Свинец

производства

1,0—23,6(20—472)

0,002—0,030(1-10)

0,05—0,5(1-10)

0,0—10,0(до 10000)

0,0—0,3(до 37)

производства

0,05—4(1-80)0,05—0,2(1-4)

0,00—0,025(1-8)0,003(1)

0,05—2(1-40)0,05—1,0(1-20)

0,0(до 130)0,005—0,025(5-25)

0,0—10,0(до 1250)0,005(До 1)

к фону в поверхностных водах

107

Т а б л и ц а 24 Содержание химических элементов в воде на выходе из очист-ных сооружений поверхностного стока в устьевой части водотока, дренирую-щего промышленно-селитебную зону *

Элемент

МедьНикельХромСтронцийРтутьМарганецЦинкСвинецМолибденКадмий

Содержание, м г / л

Растворенноевещество

0,20,020,020,80,00150,20,030,010,0060,007

Взвешенноевещество

0,2880,0130,0290,060,00050,0760,0540,0170,00080,0001

Всего

0,4880,0330,0490,860,00200,2760,0840,0270,00680,0071

Коэффициентконцентрации

691612995331,51,5

Примечание Коэффициенты концентрации рассчитаны по отношению к фону в поверх-ностных водах

тока, а кобальта, стронция, меди — в несколько раз. Количествотвердого материала, накопленного в снеге, колебалось от 4,7до 24,5 г/кг снежной массы. В твердом осадке снега содержалосьА§, 2п и РЪ в десятки раз, а 5п, V, Си, Сг, Мп — в несколькораз больше, чем в донных осадках на фоновых участках водо-тока (табл. 25). Максимальные содержания 2п, РЬ, Сг, N1 и5г обнаружены в снеге, вывезенном из промышленных зон ис магистралей с интенсивным автомобильным движением.

Т а б л и ц а 25 Содержание химических элементов в твердом осадке снега,сбрасываемого в реки

Элемент

СереброЦинкСвинецОловоВанадийХромМарганецМедьНикельКобальтСтронцийМолибденТитанСтронций

Содержание, г/т

от — до

0,05—20100—300025—500

2—6010—2005—200

200—400030—60010—1002—20

15—15000,5—4500—5000

15—1500

среднее

0,8700140

106670

129013237

7

1,21780

73

Коэффициент концентрации

средний

32181333332,21,41,1

0,90,80,15

максимальный

8007546201099

1043332,73

Примечание Коэффициенты концентрации рассчитаны относительно донных осадковна фоновых участках водотоков

108

Общая оценка важнейших источников антропогенногогеохимического загрязнения окружающей среды

Общий анализ данных по составу и концентрации химическихэлементов в выбросах, стоках и твердых отходах показывает,что практически все виды деятельности формируют отходы, со-держащие широкий и разнообразный комплекс химических эле-ментов — источников загрязнения окружающей среды.

Для оценки эколого-геохимического значения того или иногоисточника загрязнения необходим более точный учет массы хими-ческих элементов, поставляемой им в окружающую среду. Такойучет возможен только по результатам анализа итогов воздей-ствия источников загрязнения — геохимических аномалий в окру-жающей среде.

Геохимическая оценка нагрузки на окружающую среду, фор-мируемой источниками загрязнения урбанизированных зон (выб-росами, стоками, твердыми отходами). Фактическая нагрузка насреду определяется объемами отходов, а также количественнымии пространственными соотношениями различных видов деятель-ности, концентрирующихся на определенной территории Прямойучет такой нагрузки пока не удается. Ниже мы попытаемся оце-нить ее с помощью косвенных методов на примере материаловгеохимических исследований ряда урбанизированных территорий.

Для обобщения оценки выброса использованы материалыпо концентрации, распределению и химическому составу атмо-сферной пыли, осажденной на снеговой покров.

Оценка стоков произведена раздельно для основных групписточников загрязнения вод: 1) поступление в водотоки и водо-емы условно чистых стоков промышленных предприятий; 2) по-ступление ливневых вод, загрязненных при их контакте со зда-ниями и сооружениями, стихийными свалками отходов и сырья,почвами, концентрирующими промышленные выбросы; 3) по-ступление канализационных стоков после городских очистныхсооружений.

Среди твердых отходов наиболее объемные виды, концентри-рующие химические элементы: бытовые отходы, золы и шлаки,шламы очистных сооружений, пыли.

Все категории источников химических элементов синхронноизучены для одних и тех же урбанизированных территорий ихорошо сопоставимы.

Таким образом, полученные оценки определяют общий поря-док геохимической нагрузки на окружающую среду, формируе-мой в урбанизированных зонах, и соотношения отдельных хими-ческих элементов в этой нагрузке.

Для удобства сопоставлений все оценки выражены в трехформах: 1) массе химического элемента, поступающей на еди-ницу площади за единицу времени; 2) массе химического эле-

109

Т а б л и ц а 26. Распределение содержаний и нагрузок химических элементовв твердофазных выпадениях из атмосферы

Элемент

БериллийБорЛитийТитанВанадийХромМарганецКобальтНикельМедьЦинкСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденСереброКадмийОловоСурьмаБарийЛантанИттербийВольфрамСвинецВисмутРтуть

Среднеесодержание,

м г / к г

2,329,333,8

3800,0151,0173,0

1170,019,1

132,6155,0500,0

83,127,5

329,019,24,70,312,52

10,415,4

350,015,72,7

22,8129,0

0,551,2

Коэффициентк о н ц е н т р а ц и и

1,20,61,70,62,02,01,41,94,05,26,80,60,70,61,04,70,6

19,42,7

14,00,80,40,7

22,88,11,8

12,0

С р е д н е с у т о ч н а я н а г р у з к а

на 1 км 2 , I

0,8741 1 ,32412,844

1440,057,33065,740

444,67,258

50,38858,900

190,031,57810,450

125,0207,2961,7861,1780,9573,952

58,520133,0

5,9661,0268,664

49,0200,2090,456

на 1 чел , м г к

98,31274,01445,1

162450,06455,37395,6

50017,5816,5

5668,66626,2

21375,03552,51175,6

14064,7820,8200,9

13,2107,7444,6658,3

14952,3671,2115,4974,7

5514,823,551,3

Превышениенагрузки

над фоновой

44,721,865,724,676,2803674

156274374

252723,734

18322

769104548,3

31,615,926,1

886313,3

71,2466,4

Примечание. Коэффициенты к о н ц е н т р а ц и и р а с с ч и т а н ы относительно фоновых содер-ж а н и й

мента, приходящейся на одного человека в этот же период;3) коэффициенте относительного увеличения нагрузки в урба-низированной зоне по сравнению с показателем фоновой на-грузки.

В качестве фоновых величин приняты:для атмосферной пыли — масса выпадающей пыли на удале-

нии 90—100 км от урбанизированных зон при концентрациихимических элементов, равной средним содержаниям в наиболеебогатых микроэлементами почвах — черноземных и сероземных(предполагается, что в условиях фоновой нагрузки состав атмо-сферной пыли в основном формируется за счет почвенных час-тиц) ;

для поверхностного стока — существующий объем вод присодержаниях химических элементов, аналогичных содержаниямв поверхностных водах на участках той же территории, не испы-тывающих антропогенного воздействия;110

для твердых отходов — кларковые запасы химических эле-ментов в объеме исследованного отхода (очень условная вели-чина, так как фактически такого продукта в природе не суще-ствует) .

В табл. 26 сведены данные по распределению рассматривае-мых химических элементов в твердофазных выпадениях на урба-низированной территории.

Анализ средних содержаний химических элементов в атмо-сферной взвеси позволяет разделить их на три группы (в по-рядке уменьшения показателя концентрации, приводимого вскобках):

элементы, накапливающиеся по сравнению с фоном,— XV(23), Си (19), 5Ь (14), Н§ (12), РЬ (8), 2п (7), Мо (5), N1 (4),5п (3), Сг (2), V (2), В1 (2), Со (2), 1л (2);

элементы с содержаниями, близкими к фоновым,— Ве, Мп,МЬ, V, УЬ;

элементы, содержание которых ниже фонового,— А§ (0,6),5г (0,6), В (0,6), 2п (0,6), Т1 (0,6), Ьа (0,4).

Состав химических элементов в перечисленных выше трехгруппах весьма закономерен.

Накапливаются преимущественно халькофилы и элементыгруппы железа. Все химические элементы, перечисленные в груп-пе накапливающихся, активно используются в промышленномпроизводстве и типичны для промышленных пылей и твердыхотходов.

Напротив, химические элементы, содержащиеся в атмосфер-ных взвесях на уровне фоновых или более низких концентраций,являются почти исключительно литофильными. Они слабо ис-пользуются в промышленности и не накапливаются ни в про-мышленных пылях и твердых отходах, ни в выбросах электро-станций.

Накапливающиеся элементы резко варьируют по величинекоэффициентов концентраций (К от 2 до 23), тогда как эле-менты с пониженным содержанием очень близки по этому по-казателю (К = 0,6 или в 1,7 раза ниже фонового). Это свидетель-ствует о том, что большая часть пылевой нагрузки на территорииурбанизированных территорий формируется однородным матери-алом, отличающимся равномерным составом с пониженным от-носительно почвенной пыли содержанием В, Т1, 2п, Ьа и близ-кими к ней содержаниями V, УЬ, Ве, МЬ.

Указанные соотношения показывают, что минеральной осно-вой-матрицей являются выбросы электростанций и строительныепыли, формирующие большую часть общего количества выпа-дения из атмосферы на территорию (около 70%).

Вклад особенно промышленных твердых выбросов в общееколичество выпадений из атмосферы значительно меньше (около30%), и наблюдаемое распределение средних содержаний хими-

111

Рис. 24. Оценка относительной интенсивности поступления химических элементовс выпадениями из атмосферы в крупном городе:/ — нагрузка, формируемая за счет выпадения пыли с аномальным содержаниемхимических элементов, 2 — нагрузка, формируемая за счет выпадения пыли сфоновыми содержаниями химических элементов, К — коэффициент интенсивностинагрузки

ческих элементов может быть объяснено рассеянием в атмосфересравнительно небольших масс пыли от разнообразных источни-ков, резко варьирующей по составу и с очень высокими содер-жаниями химических элементов.

В табл. 26 и на рис. 24 для крупной урбанизированной тер-ритории приведены оценки поставки химических элементов вокружающую среду за счет выпадения взвешенного в атмосферематериала. Иными словами эти оценки определяют нагрузку наокружающую среду, создаваемую в результате загрязненияатмосферы.

В условиях урбанизированных зон все химические элементыотличает повышенная по сравнению с фоном нагрузка на окру-жающую среду и, соответственно, на живые организмы.

Это касается даже тех элементов, содержание которых ватмосферной пыли близко к фоновому или ниже его. Повышен-ные нагрузки с коэффициентами относительного накопления до38 (в среднем) формируются в данном случае за счет увеличе-ния общего количества выпадающей пыли.

Для элементов же с высокими средними (и тем более экс-тремальными) содержаниями относительное увеличение нагруз-ки в урбанизированных зонах очень велико: Ш — в среднемоколо 900, Н^ — около 500, РЬ и Си — около 300, Сг и V —около 100.

В табл. 27 приведены материалы по оценке поставки химиче-ских элементов в воды с растворенным и взвешенным стоком112

Т а б л и ц а 27 Оценка среднегодового поступления химических элементов в воды источниками различного типа

Элемент

Литий

Стронций

Барий

Марганец

Хром

Ванадий

Никель

Кобальт

Медь

Серебро

Цинк

Кадмий

Свинец

Олово

Молибден

Ртугь

Мышьяк

Сурьма

Среднегодовое поступление, к г / к м 2

с условно чистыми промыш-

л е н н ы м и стоками

20,58

—

6,64

0,76

—

1,14

—

6,96

—

3,47

0,47

0,78

—

0,15

0,04

—

—

с к а н а л и з а ц и -оннымистоками

0,90

14,10

30,00

33,00

52,20

1,80

5,16

0,45

20,40

1,89

80,10

2,76

5,19

4,20

2,28

—

0,60

0,12

с ливневымистоками

5,74

30,24

57,26

129,85

24,57

23,52

11,83

4,48

55,86

0,42

885,50

4,69

41,16

2,38

5,95

—

—

—

Оценкасреднегодового

фоновогостока, к г / к м 2

16,00

81,60

92,80

17,60

—

8,48

4,96

12,96

—

81,60

0,80

13,40

1,38

8,00

0,32

4,96

16,00

С у м м а р н а я оценка средне-годового поступления от всех

источников

в к г / к м 2

22,64

146,52

262,30

95,13

—

26,61

9,89

96,18

—

1050,67

(,77

60,57

7,96

16,38

—

—

—

в отн едк фону

1,4

1,7

2,8

5,4

—

3,1

1,9

7,4

—

12,8

11,0

4,5

5,7

2,1

—

—

—

Среднесуточ-ная нагрузкана 1 чел , мкг

7698

49818

89 179

32344

—

9047

2967

32670

—

357 227

2982

20595

2706

5568

—

—

—

Рис. 25. Баланс поставки химическихэлементов в поверхностном стоке круп-ного города:/—4 — стоки: / — фоновый, 2 — услов-но чистых промышленных вод, 3 — ка-нализационный, 4 — ливневый

от источников различного типа, рассчитанной в массах поступ-ления элементов в воды с 1 км2 урбанизированной территориив год.

Объем условно чистого промышленного стока, сбрасываемогов водоемы, обычно точно не фиксируется. В этой связи можетбыть взят объем стока химических элементов, рассчитанный поводотокам, дренирующим промзоны, и распространен на всеколичество промышленных зон урбанизированной территории.

Суммарное поступление химических элементов в воды урба-низированной территории для всех рассмотренных элементоввыше фонового. Особенно оно значительно для 2п и Сс1 (общийкоэффициент концентрации К соответственно в 13 и 11 раз вышефонового).

Высокая интенсивность поставки отличает Си (К=7,4), 5пи Сг (К = 5,7—5,4), РЬ (К = 4,5), N1 (К = 3,1), Мп (К = 2,3).Для Мо, Со, 5г, 1л количества, поставляемых техногенезом,также довольно велики (от 40% до 100% фоновых количеств —коэффициенты концентрации от 1,4 до 2,0).

Сопоставление интенсивностей поступления химических эле-ментов в водотоки от источников различного типа (рис. 25)показывает, что для большей части химических элементов важ-нейшим источником является ливневый сток. Так, с ливневымстоком в водоемы и водотоки попадает до 85% 2п, 68% РЬ,50—68% Сё, Си, Мп, около 40% Мо и N1.

Для 5п и Сг наиболее значительная поставка осуществля-ется с канализационным стоком (53% и 55% соответственно).Для остальных химических элементов вклад канализационногостока в общую поставку химических элементов составляет 10—20%.114

Т а б л и ц а 28. Сравнение масс поступления химических элементов с атмосфер-ной взвесью и поставка в водотоки с поверхностным ливневым стоком, т/год

Элемент

СтронцийМарганецХромНикельМедьСвинецОловоЦинкКадмий

Поступление на территориюс атмосферной взвесью

10,4146,1

21,616,619,416,1

1,362,4

0,3

Поступление в водотокисо взвешенным веществом

в ливневом стоке

5,7125,0

23,811,555,340,5

2,3882,0

4,7

Поступление химических элементов с условно чистыми про-мышленными стоками против ожидания оказалось небольшим.Лишь для 5г оно составляет 14%, что несколько выше, чем по-ставка 5г с канализационным стоком. Для Си, Сё, N1 прямоепоступление промышленных стоков в водотоки обеспечивает око-ло 5% поставки, для всех остальных элементов эта доля около1 % и менее.

В целом, техногенное поступление химических элементов вводотоки крупных урбанизированных зон превышает фоновое(природное). Среди техногенных источников вклад в загрязне-ние водотоков увеличивается в ряду: промышленный сток услов-но чистых вод — канализационный сток после очистных соору-жений — ливневый поверхностный сток.

Подчеркнем, что канализационный сток оценивается послеочистных сооружений, на которых задерживается в 15—20 разбольше химических элементов, чем попадает в водотоки.

Состав ливневого стока, являющегося важнейшим техноген-ным поставщиком химических элементов в водоемы, формируетсяза счет смыва почв, смыва пыли с асфальтированных поверхнос-тей, эрозии зданий и сооружений, размыва небрежно хранящихсяматериалов и свалок. Несомненно, что в загрязнении взвешенно-го вещества ливневого стока значительно влияние выпаденийиз атмосферы. Действительно, данные по приносу вещества спылью, выпадающей из атмосферы, и его поступлению в водо-токи со взвесью в ливневом стоке имеют близкий порядок(табл. 28).

Для 5г, Мп, Сг и N1 поступление из атмосферы или нескольковыше, чем из поверхностного стока. Для Си, РЬ, 5п, наоборот,приход со стоком в 2 раза, а для 2п и Си в 10 раз больше, чемс выпадениями из атмосферы. Далеко не весь материал, выпадаю-щий из атмосферы, смывается поверхностным стоком (коэффи-циент стока даже в городах не более 0,6), что свидетельствуето значительной роли неатмосферных источников поставки техно-генных частиц в ливневый сток.

115

Т а б л и ц а 29. Химические элементы твердых отходов различных типов

Элемент

ТитанВанадийХромМарганецКобальтНикельМедьЦинкМолибденСереброКадмийОловоСурьмаВольфрамСвинецВисмутСтронцийЦирконий

Среднегодовое поступление элементов из различных

Золы и шлакибытового мусора

11007,7412?6,6

43,313203960

4,815,87,416176

6,51050

2,813534

Шламы сооруже-ний физико-х и м и ч е с к о й

очистки

00

75060

0,2150500

10004

2,530

1000

1,51827

20

Осадки канали-зационных

стоков

68411,53312092,8

32,712950714,512,017,526,6

0,81,1

32,93,88976

Металлоабра-зивные пыли

1346

260026010080

1504480

0,2?0,2?

4303

?01

По данным Мапсе, Нагтап (1978), процентное содержаниехимических элементов воздушного происхождения в поверхно-стном дождевом стоке урбанизированных территорий можетсоставлять от 35 до 54% для Мп, 2п, РЬ и 96% — для Си.

Установленное влияние рассмотренных нами источников напоставку химических элементов в водотоки неоднозначно совпа-дает с эколого-гигиенической оценкой этих источников.

Например, ливневый сток обогащен в основном за счет взве-шенного вещества и, следовательно, легко может быть очищенпутем канализирования и создания эффективных сооружениймеханической очистки.

Потенциальная опасность собственно канализационных и про-мышленных стоков много выше, так как мы рассматриваем стокиуже прошедшие очистку.

Твердые отходы по общему объему поставляемого в окружаю-щую среду техногенного материала, вероятно, наиболее мощныйисточник.

Большая их часть, поступая на официальные и неофициаль-ные свалки, становится локальными центрами загрязнения под-земных вод (инфильтрация атмосферных осадков через материалсвалки), почв и атмосферы (дефлюкация). Канализационныеосадки и некоторая часть бытового мусора перерабатывается наоргано-минеральное удобрение (компост) и становится рассеян-ным источником сельскохозяйственных почв и продукции.116

твердых отходов, к г / к м 2

Золы и шла-ки электро-

с т а н ц и й

5500180ПО

5

1975

170190

40,1

?3>?

42?

300145

Твердые от-ходы внутри-

заводскихсвалок

35713

8185

2261

4191102

2161

57,6>

88221

?4522

Всего

7654258

5021—151443

40086803

12836,6

66348

77527

1367,90,6

571,9278,9

Запасы впочвах ус-

ловногофона,

к г / к м 2

42004532

3795

141935

0,70,10,23,61,40,718

0,220

296

Относитель-ный коэффи-циент накоп-

л е н и я вотходах

0,51,7

1541,7

26,426,32031891773653309655

75374—!4

0,5

Среднесуточнаянагрузка на

1 чел., мг

73827

168217845

12612462265

421223

11826

180454—

9346

Важнейшими поставщиками химических элементов среди твер-дых отходов являются; бытовой мусор, шламы очистных соору-жений физико-химической очистки промышленных стоков, пыли(прежде всего, металлоабразивные), золы и шлаки ТЭЦ, осадкиочистных сооружений канализационного стока, промышленныеотходы (неутилизированные бракованные изделия, шлаки и т. п.),захороняемые чаще всего на внутризаводских территориях (массаточно неизвестна, предполагается около 20% общего объема от-ходов).

Данные по массам химических элементов, заключенных в твер-дых отходах (табл. 29), определяют, вероятно, общий порядокцифр и соотношение между различными типами твердых "отходов.

Анализ относительного коэффициента накопления химическихэлементов в твердых отходах показывает, что среди исследован-ных химических элементов наиболее значительный уровень по-ступления характерен для XV, А§, Сё, Си, 2п, Мо, Сг, РЬ (рис. 26).

Продукты мусоропереработки поставляют основные количе-ства РЬ (80% общей поставки), 2п (60%), 5п, Ад, Си (около40%). С меуаллоабразивными пылями поступают XV и Со (около80%), Мо, V и Сг (50—60%). Со шламами физико-химическойочистки промышленных стоков связаны основные количества N1и Си (40—45%), а также 5п (30%). Канализационные осадкисодержат значительные массы Сё и А^ (около 30%), в несколько

117

меньшем количестве (10—15%) — практически все исследован-ные элементы.

Выбросы — стоки — твердые отходы (три основные группыисточников загрязнения, поставляющие химические элементы вокружающую среду урбанизированных зон и формирующие гео-химическую нагрузку на основные ее компоненты — почвы, воды,

118

атмосферу,— а через них на биоту) различаются как по абсолют-ному уровню поставки химических элементов, так и по ее отно-сительной (в сравнении с фоновыми природными данными)интенсивности (рис. 27).

Для удобства сопоставления абсолютные массы химическихэлементов, поступающие от техногенных источников в урбанизи-рованных зонах, выражены в единицах массы, поставляемойежесуточно в пересчете на одного человека. С целью сравненияприведены кларки химических элементов.

Анализ графиков показывает, что во всех группах источниковзагрязнения порядок расположения химических элементов поувеличению массы, поставляемой в окружающую среду, практи-чески одинаков. Кривые распределения масс химических элемен-тов в выбросах, стоках, твердых отходах хорошо корректируюти для исследованной (далее не полной) ассоциации химическихэлементов фиксируют следующий ряд увеличения абсолютнойнагрузки: Сс1 — Мо — 5п — 5Ь — Со — XV — N1 — РЬ — Си —Сг — Т.п.

Этот ряд грубо совпадает с рядом распределения кларковхимических элементов. При этом своеобразно положение Сс1, 5Ь,XV, Си, 2п. Эти элементы поступают в окружающую среду в боль-ших количествах, чем это следует из их положения в ряду клар-ков. Однако и для этой группы элементов объемы поступленияпропорциональны их кларкам. Таким образом, эти химическиеэлементы отличаются повышенной технофильностью.

Количественная оценка поступления химических элементовот трех характеризуемых групп источников загрязнения неоди-накова. Для всей рассматриваемой ассоциации химических эле-ментов в ряду «выбросы — стоки — отходы» абсолютные массынагрузки увеличиваются для каждого химического элемента надва порядка. Так, если для выбросов нагрузка на окружающуюсреду отдельных химических элементов варьирует в пределах(о, п—п) мг/чел. сут., то в стоках она составляет (п —10«)мг/чел. сут., а в твердых отходах (10п — ЮОя) мг/чел. сут. Такимобразом, по абсолютным массам основным поставщиком хими-ческих элементов в окружающую среду являются твердые отходы.

Сопоставление относительных нагрузок химических элементовдля различных групп источников загрязнения урбанизированныхзон позволяет выяснить их сравнительную интенсивность (см.рис. 27). В сущности, только относительные величины появлениятой или иной абсолютной массы любого химического элементаявляются критерием значимости для окружающей среды.

Для каждой группы источников загрязнения характерен спе-цифический набор концентрирующихся химических элементов.

Интенсивность относительной нагрузки на окружающую средунаиболее высока для выбросов (увеличение нагрузки химическихэлементов в 10п — 100п раз выше фоновой). Несколько меньший,

119

но близкий уровень характеризует твердые отходы. Для стоковотносительная интенсивность загрязнения меньше (до 10).

Сравнивая опасность загрязнения атмосферы выбросами,водотоков и водоемов — стоками, почвы и грунтов — размещае-мыми в них отходами, следует учитывать не только абсолютноеколичество и относительную концентрацию, но и усвояемостьживыми организмами, возможность попадания в системы жизне-обеспечения (пищу, воздух, питьевую воду). Все это обусловленоособенностями миграции химических элементов в техногенныхландшафтно-геохимических системах, изучаемых М. А. Глазов-ской (1976, 1978).

Для общих оценок полезно иметь в виду следующие обстоя-тельства:

1) загрязнение (исключая углекислый газ) в воздухе не на-капливается, тогда как в водных системах и почвах оно можетдепонироваться на длительное время;

2) воду можно очищать перед использованием или подобратьдругой источник водоснабжения, тогда как для воздуха и почвыэто маловероятно;

3) загрязнение выбросами и стоками является рассеянным,тогда как загрязнение твердыми отходами обычно строго локали-зовано;

4) почва является многолетним (десятки — сотни лет) депо-нентом загрязнений.

Следует различать прямое и отдаленное экологическое воз-действие. Прямое воздействие сказывается на ухудшении качест-ва жизни, начиная с текущего поколения. Отдаленное экологи-ческое воздействие скажется в ухудшении качества жизни в пер-спективе.

С изложенных позиций выбросы в атмосферу в урбанизи-рованных зонах являются ныне наиболее опасным интенсивнымисточником загрязнения с прямым экологическим воздействием.Сток в водоемы и водотоки в равной степени обладают призна-ками прямого и отдаленного воздействия. Твердые отходы —преимущественно загрязнитель с отдаленным воздействием.

Вероятно, вложение средств и общая политика общества поохране окружающей среды от загрязнения должны базироватьсяна относительной значимости отдельных категорий источниковвредных нагрузок.

3.2. АЭРОГЕННЫЕ ОРЕОЛЫ Р А С С Е Я Н И Я

Аэрогенные ореолы рассеяния обусловлены распространениемв атмосфере промышленных, энергетических и транспортныхвыбросов, т. е. особенностями атмохимических миграционныхпотоков. Характер этих потоков определяется структурой функ-ционального использования городской территории и, соответ-120

ственно, пространственными соотношениями между источникамивыбросов (промзонами, шоссе) и страдающими объектами —селитебными и рекреационными территориями.

Опыт геохимических исследований показывает, что по спе-цифике пространственной функциональной структуры городамогут быть разделены на три укрупненные группы: 1) города-центры, столичного типа (государства, области) с многоотрасле-вой промышленностью, включающей разнообразные по составуи мощности источники выбросов в атмосферу; 2) специализиро-ванные города, возникающие обычно в связи с крупными пред-приятиями или блоками однородных предприятий (металлурги-ческие, химические, машиностроительные, горнообогатительныекомбинаты, энергетические центры) — часто наиболее мощнымиисточниками выбросов в атмосферу; 3) города-спальни, вклю-чающие спутники (или отдаленные микрорайоны) крупных горо-дов селитебного назначения, малые города с местной промышлен-ностью, т. е. поселения, где источники выбросов в атмосферу,ограничиваются необходимым для жизнеобеспечения минимумом(главным образом, энергетическими и транспортными потребно-стями) .

Характер использования городской территории фиксируетсяна картах функционального зонирования. К основным функцио-нальным зонам относятся промышленные, селитебные, транспорт-ные, рекреационные и др.

По специфике размещения промышленности, основной градо-образующей базы, выделяются три главных типа структур: пор-фировидная (мозаич-ная, вкрапленная, точечная) и зональная(центрическая). Порфировидную структуру имеют города или от-дельные их части, в градостроительной планировке которых про-мышленность, представленная многими объектами, сконцентри-рована в промышленные зоны, разбросанные по городу. Притакой структуре промышленность по отношению к другим функ-циональным зонам в городах типа «центр» занимает 30—50%площади (рис. 28).

Вкрапленная структура размещения характерна для горо-дов, где появление промышленности совпало с началом разви-тия фабрично-заводского производства. Жилые дома строилисьвплотную к производственным объектам. Площадь, занятая низ-коэтажной жилой застройкой значительно превосходила терри-тории фабрик и заводов. Таким образом, промышленность былакак бы вкраплена в жилую зону. Для городов группы «центр»площадь промышленных объектов при такой структуре размеще-ния обычно составляет 10—30% других функциональных зон(см. рис. 28). Для фоновых городов эта площадь значительноменьше, она занимает всего лишь 5—10% общей территории.

Зональный тип структуры формируется около крупных совре-менных промышленных объектов или их блоков, объединенных

121

Рис. 28. Структура размещения промышленности в городах (а — порфировид-ная, б — вкрапленная, в — зональная):/ — промышленный объект, 2 — селитебная зона, 3 — зеленая зона, 4 — буфер-ная зона, 5 — контуры промышленных зон

единым производственным циклом. Функциональные зоны непро-изводственного профиля пространственно удалены от места ло-кализации промышленности и как бы опоясывают промплощадку,которая чаще всего размещается на окраине города. Зональнаяструктура характерна для многих «специализированных» городов.

Условия распространения потоков атмосферного воздуха,загрязненного выбросами и оценка опасности их воздействия наобъекты окружающей среды и населения во многом различнадля рассмотренных типов городов.

Атмохимические аномалии

Техногенные геохимические преобразования атмосферы и загряз-нение воздуха в городах — один из наиболее актуальных вопросовдля этих территорий. Ему посвящена огромная литература, рас-122

сматривающая, главным образом, общие тенденции, характери-зующие состояние атмосферы по так называемым приоритетнымзагрязняющим веществам — общей пыли, оксидам азота, серыи углерода [17].

В большинстве промышленных городов по всем этим ингре-диентам наблюдаются обширные атмохимические аномалии. Поориентировочным средним оценкам в большинстве промышлен-ных зон концентрации оксидов серы и азота выше фоновой в 5—8раз, а пыли — в 15—20 раз. В селитебных зонах промышленныхгородов интенсивность загрязнения значительно меньше, но оста-ется достаточно высокой (в 3—10 выше пригородных террито-рий).

В последние годы появились исследования Ю. А. Израэля,Ф. Я. Ровинского, И. М. Назарова с соавторами, В. А. Михайловас соавторами, работы других отечественных и зарубежных иссле-дователей [8, 18], свидетельствующие о высоких и очень высокихуровнях концентрации в воздухе городов токсичных химическихэлементов.

Обобщение этих материалов, а также данные авторов пока-зывают очень контрастную структуру изменения микроэлемент-ного состава атмосферы в ряду «воздух условного антарктиче-ского эталона — пригородные территории, удаленные от промыш-ленных источников выбросов — города типа «центр» — специали-зированные металлургические города» (табл. 30).Т а б л и ц а 30 Концентрации химических элементов (в мкг/м3) в атмосферномвоздухе различных типов территорий. По В А Михайлову с дополнениями

Элемент

АлюминийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкМышьякСеленБромМолибденСереброКадмийСурьмаВольфрамРтутьСвинец

Ю ж н ы й полюс,л - 1 0 - !

0,0820,0100,0130,004

' 0,0010,0620,00005

—0,0030,0030,0030,0840,2600,0000020,000040,00150,00008

Пригородныйфон

0,90,10,070,0090,061,50,0010,060,070,30,0050,0010,050,010,0010,0060,010,0010,0010,3

Промышленныегорода

181,40,170,120,6

240,040,121,11,70,10,0191,3

0,0020,130,40,020,0053,0

Центры очаговзагрязнения

около м о щ н ы хисточников

з а г р я з н е н и я

—12

1001000

876

106010

—

1

39

123

Т а б л и ц а 31 Концентрации химических элементов в атмосферном воздухеи снежном покрове фоновых территорий

Элемен г

МагнийТитанВанадийХромМарганецНикельМедьЦинкМышьякБромКадмийОловоЛантанСамарийЕвропийРтутьСвинец

Атмосферный воздух м к г / м 3

Региональн ы й фон

0490,090,0030,0060,0 1300040,0200,023Н о0,007Н о0,004Н оН оН о0,0020,006

Фоновыйрайон города

1 480,100,0120,0340,0320,02400670,1430,0100,01700700,0080,0050,00070,000050,0070,0034

К

314

562,56,03,36,2—2,4—2———3557

Пыль в с н е ж н о м покрове м г / к г

Региональный фон

—5052

52057

100610——0,540———

02290

Фоновыйрайон города

—15070

55062

220340——2,650———

0,90180

Кс

_—3

1,31,11,12,20,6——5,21,2———4,12

В воздухе сельских территорий, урбанизированных регионов,находящихся под каким-то количественно неясным антропоген-ным, воздействием, концентрации большинства микроэлементоввыше, чем на Южном полюсе, в десятки и сотни раз Для такихтерриторий даже ориентировочно пока нельзя оценить количественно уровень глобального и регионального загрязнения Дляэтого необходимо получить представительные данные по содер-жанию микроэлементов в воздухе в наиболее отдаленных отурбанизации континентальных районах в различных ландшафт-ных зонах Мира В городах типа «центр» степень концентриро-вания многих химических элементов (РЬ, Си, Мп, Вг, Сг, Мо,5е, XV) возрастает по сравнению с выбранным фоном в 5—20раз, а С<] и Аз — в сотни раз При этом довольно контрастнов воздухе городов увеличивается содержание таких малоизучен-ных в экологическом плане элементов, как А1, Т), Ре В ядрахатмохимических аномалий металлургических городов — наиболееострые известные нам ситуации загрязнения воздуха селитебныхтерриторий — уровни концентрации возрастают на один-два порядка И здесь рост содержаний таких наиболее изученных тя-желых металлов как РЬ, 2п, XV, Си, Сс1, С не так уж контрастен(в 3—5—10 раз) Очень контрастно увеличиваются в этих слу-чаях содержания Ре, Мп, 5е, Со, Аз (в сотни раз) — элементов,которым обычно придается меньшее значение124

Примечания К — коэффициент концентрации рассчитанный по отношению к регион а л ь н о м у фону Н о - элемент не обнаружен «—» — элемент не определятся

Проблема фона при анализе атмохимических аномалий в го-родах довольно сложна, что связано с существованием плохоисследованных региональных полей загрязнения атмосферноговоздуха Для получения данных о фоновых содержаниях химических элементов в атмосферном воздухе, урбанизированныхтерриториях нами на протяжении нескольких лет проводилисьсопряженные исследования воздуха и снежного покрова в мест-

125

Т а б л и ц а 32 Концентрации химических элементов в атмосферном воздухе

Положение селитебнойт е р р и т о р и и

Зона в л и я н и я выбросов машино-строительных производствЦентральная часть города с до-м и н и р у ю щ и м влиянием авто-транспортаП е р и ф е р и й н ы й фоновый район

Ч и с л опроб

78

73

ПО

В а н а д и й

Сс р

0,02(0,39)

0,01 (0,05)

0,01(0,09)

Кср

7(130)

3(17)

3(30)

Хром

С г р

0,09(0,83)

0,08(0,74)

0,03(0,70)

к,„

15(140)

13(120)

5(110)

Примечания С,р - с р е д н е г о д о в а я к о н ц е н т р а ц и я , К.р к о э ф ф и ц и е н т к о н ц е н т р а ц и имальные з н а ч е н и я п а р а м е т р о в

ности, являющейся дальней периферией крупной городской агло-мерации, отстоящей на 70 км от промышленного центра и на20 км от ближайшего небольшого городка, где промышленностьотсутствует (в дальнейшем мы будем условно называть получен-ные данные по этому участку исследований региональным фо-ном), а также на городских территориях нового освоения, нахо-дящихся на расстоянии не менее 10—15 км от промышленныхпредприятий и являющихся по сути дела городами-спальнями(фоновый район города, табл. 31).

Степень загрязнения воздуха в пределах региональных полейантропогенного воздействия п р я м ы м и замерами установитьнелегко. Косвенно существование таких полей подтверждаетсяпри сопоставлении содержаний химических элементов в пыли,осажденной снеговым покровом, и почве (рис. 29). При общемсходстве рядов содержаний пыль выпадений обогащена техно-генными элементами: Н§ (в 24 раза), 2п (в 12 раз), 5п (в 8 раз),Сс1 (в 5 раз), Си (в 4 раза), РЬ (в 3,5 раза), № (в 2,5 раза) .Можно предположить, что из-за существования таких полейнаши оценки уровня загрязнения городов всегда несколькозанижены.

По сравнению с «региональным фоном» уровень содержанийхимических элементов в городах-спальнях (фоновых микрорай-онах) отчетливо выше (см. табл. 31).

В атмосферном воздухе здесь можно выделить несколькогрупп элементов, по степени накопления отличающиеся от регио-нального фона. Во-первых, элементы, характерные для выбросовэнергетических установок — №, V, Н§ (коэффициенты концент-рации 6—3,5). Во-вторых, элементы, присутствующие в выбро-сах большинства машиностроительных производств — Сг, Мп, РЬ.РЬ, как и Вг, характерен для состава воздуха, загрязненноговыхлопными газами автомобилей. Типоморфными элементами,встречающимися в окружающей среде любого промышленногогорода, являются 2п и Си, которые могут выделяться в воздухс промышленными выбросами, при коррозии металлическихчастей зданий и инженерных сооружений. Есть также и элементы,126

селитебных территорий различных зон города, мкг/м'

Марганец

С,р

0,12(0,90)

0,10(0,84)

0,03(0,42)

К,р

9(69)

8(65)

2(33)

Никель

С е р

0,04(0,36)

0,04(0,44)

0,02(0,41)

Кср

10(90)

10(110)

5(102)

Цинк

Сер

0,23(1,85)

0,13(0,45)

0,05(0,67)

К,р

10(80)

6(20)

2(29)

Свинец

Сс„

0,13(0,70)

0,04(0,22)

0,01 (0,09)

Кср

22(117)

7(37)

2(15)среднего с о д е р ж а н и я по о т н о ш е н и ю к р е ! и о н а л ь н о м \ фон\, в скобках даны м а к с и

происхождение повышенных концентраций которых в воздухене совсем понятно — М§ и 5п. Исследование микроэлементногосостава пыли, осажденной на снежный покров, в основном под-тверждает состав ассоциации аномальных элементов, наблюда-емых в воздухе.

Изучение форм нахождения в атмосферных выпадениях(рис. 30) показывает, что аномалии в «фоновых» городах вомногом обусловлены поступлением химических элементов в видепыли. С нерастворимой частью выпадений здесь связывается70—90% аномальных конденсаций. В фоновых условиях большаячасть химических элементов находится в растворенной форме.Это же фиксируется и ростом массы пылевых выпадений в горо-дах-спальнях. При фоновом уровне выпадений 10—20 кг/км 2

в сутки выпадение здесь возрастает до 30—45 кг.При изучении состояния окружающей среды городов боль-

шое значение имеет выявление пространственной структурызагрязнения воздушного бассейна. Оценка качества атмосфер-ного воздуха внутри городов дается на основании сведений,поступающих с стационарных постов общегосударственной служ-бы наблюдения и контроля атмосферного воздуха. В соответ-ствии с существующими нормами стационарные посты устанав-ливаются в городах из расчета один пост на 10—20 км2 в равнин-ной местности и на 5—10 км2 в пересеченной местности. В боль-шинстве городов имеется 5—6 стационарных постов, в крупней-ших — 6—20 постов. Результаты наблюдений на стационарныхпостах позволяют получить осредненную характеристику степенизагрязнения атмосферного воздуха, проследить в течение рядалет тенденции изменения уровня степени загрязнения. Получе-ние детальной пространственной картины распределения токсич-ных веществ в различных зонах города с множественнымиисточниками загрязнения при принятой сети контроля довольносложно. Так, по данным К. А. Буштуевой и авторов, в крупномгороде по данным 22 стационарных постов контрастность раз-личия уровней загрязнения отдельных его частей всего 1,7. В тоже время даже расчетные поля концентрации загрязняющих

127

Т а б л и ц а 33 Концентрации химических элементов в атмосферном воздухе

Источник з а г р я з н е н и я

Машиностроительный за-вод и ТЭЦ на мазутномтопливеЗавод транспортного ма-шиностроенияЧугунолитейный заводСталеплавильный заводШлифолитейный заводПроизводство вычисли-тельной техникиМз1 истраль с интенсив-ным движением автотран-спорта

В а н а д и й

С

0,16

0,02

0,050,220,01Н о

Н о

к;16

22

522

1—

—

Кс

53

7

1773

3,3-

—

Хром

С

0,11

0,03

0,390,060,040,02

0,04

к:4

1

1321,31

1,3

Кг

18

5

651073

7

М а р г а н е ц

С

0,14

0,11

1,310,120,110,04

0,05

к;5

4

4443,71

1,7

К?

1 1

8

10198,53

4

Примечания С — средняя концентрация за цикл наблюдения Кс - коэффициент конфона), Н о — н е обнаружено

веществ в воздухе, устанавливаемые по официальным (обычнозаниженным) сведениям в массе их выброса в атмосферу пока-зывают различия в 3—5 и более раз. Фактические вариациисодержаний значительно больше. Обобщение материалов позагрязнению атмосферного воздуха крупного промышленногогорода металлами при осреднении для разных типов территорийпоказало (табл. 32), что средние уровни содержаний металловв жилых территориях, примыкающих к промышленным зонам,обычно более чем в 10 раз выше фонового. Наблюдаемая ассо-циация (РЬ, 2п, N1, Сг, М§, XV) фиксирует все наиболее распро-страненные в городах типы источников загрязнения — транспорт,энергетику, промышленность. Максимальные концентрации всеххимических элементов выше примерно на порядок. Характерно,что в центре города, где сколько-нибудь крупная промышлен-ность отсутствует, уровни загрязнения воздуха в 1,5 раза меньше.Это характерно для большинства городов и, возможно, связанос особенностями циркуляции воздуха при условии формирую-щегося над ним острого тепла.

В табл. 33 приведены материалы по среднесуточным концент-рациям ряда химических элементов в ядрах геохимических ано-малий близ наиболее характерных для городов источников за-грязнения — машиностроительных и приборостроительных пред-приятий, небольших литейных заводов, автотранспортныхмагистралей, полиграфического производства. Во всех случаяхнаблюдается широкий спектр химических элементов в воздухе.Специфика источника подчеркивается лишь относительным уров-нем концентрации того или иного металла. Например, свинец повполне понятным причинам наиболее контрастен близ чугуноли-

128

в центрах очагов загрязнения, мкг/м 3

Никель

С

0,06

0,05

0,350,090,060,03

0,02

К,1

3

2,6

17531,5

1

К,2

15

13

872814

7,5

5

Цинк

С

0,29

0,15

0,70,240,231,0

0,17

К,1

2

1

51,71,67

1

К?

13

6

30101043

7

Олово

С

0,015

0,021

0,120,080,130,023

Н о

к;1,5

2

121,8

132,3

—

К?

4

5

304,5

326

—

Свинец

С

0,09

0,04

0,190,140,480,10

0,45

к;3

1

65

163

15

К;

15

7

32238017

75

центрации ( К 1 относительно городского фона. К?—относительно регионального

тейного завода и у автомагистрали. Однако в первом случае онсочетается с оловом, которое у дорог не проявлено.

Марганец наблюдается повсеместно (Кс около 10), но оченьконтрастно выражен около чугунолитейного завода ( К < . Ю О ) .Содержания ванадия контрастно увеличены около всех «горячих»производств: ТЭЦ на мазуте, сталеплавильный и чугунолитей-ный цеха. Цинк проявлен стабильно на уровне в 7—10 раз вышефона, но около чугунолитейного цеха и приборостроительногозавода степень концентрации цинка много выше. Данные табл. 33еще раз подчеркивают поликомпонентность атмохимических ано-малий в городах, их высокую контрастность по отношению к бо-лее представительному региональному фону, специфичностьассоциации тяжелых металлов для различных типов источниковзагрязнения воздуха.

Общая пространственная структура загрязнения атмосфер-ного воздуха — суммарный^ итог сложения атмохимических по-токов всей существующей совокупности источников выбросов.

Прямое изучение распределения содержаний химическихэлементов в воздухе из-за динамических особенностей и невоз-можности синхронных наблюдений в достаточно большом коли-честве точек не позволяет при современном техническом уровнезакартировать пространственную структуру загрязнения атмос-феры.

В этой связи интересно проследить основные закономерностипространственного распределения химических элементов в воз-душных потоках, определяющие размеры зон воздействия ти-пичных для городов источников выбросов.

Такие закономерности выявляются главным образом по дан-129

9-3486

ным подфакельных наблюдений, т. е. синхронного опробованияна различных расстояниях по направлению течения ветровогопотока.

На рис. 31 демонстрируются графики пространственногораспределения серии типоморфных химических элементов в воз-духе для зон воздействия, характерных в городах видов произ-водств (машиностроительных, приборостроительных, вторичнойпереработки цветных металлов), а также транспорта Нарис. 32 представлены аналогичные графики для типичных мощ-ных источников выброса — медеплавильного завода и мазут-ной ТЭЦ.

Для всех перечисленных источников выбросов мы наблюдаемблизкий характер структуры распределения. Выделяется двезоны: ближняя, где происходит резкое убывание концентрацийэлементов, и дальняя — территория, где градиент значительноменьше и происходит плавное уменьшение содержаний до фоно-130

Рис. 32. Пространственное распределение химических элементов в атмос-ферном воздухе около ТЭЦ на мазутном топливе (вверху) и медеплавильногокомбината.К( — коэффициент концентрации относительно регионального фона

вых Первая зона во всех случаях сравнительно небольшая —вторая примерно на порядок больше.

Абсолютные размеры зон зависят от характера источниказагрязнения. Для ТЭЦ и металлургических предприятий размерыпервой (наиболее опасной по уровням загрязнения) зоны —сотни метров, общие размеры потока достигают 15 км. Дажедля небольших предприятий вторичных цветных металлов пара-метры аномалий примерно такие же. Для машиностроительныхпредприятий зона воздействия — первые сотни метров, дляградостроения несколько меньше, для транспорта — десяткиметров. Характерно, что зоны воздействия по тяжелым металлами по выпадению осадков азота, серы, фтора, практически совпа-дают (рис. 33). Таким образом, типоморфные элементы-индика-торы достаточно точно фиксируют общую зону воздействия выб-росов предприятия.

Анализ пространственных характеристик атмохимических по-токов показал, что не во всех случаях они строго увязываютсяс факелом выброса. Так, в ходе синхронных динамических наблю-дений в зоне влияния аккумуляторного завода повышенные со-держания в воздухе фиксируются даже в тех случаях, когдафакел выброса направлен в противоположную от места наблюде-ния сторону (рис. 34). Это может быть связано с несколькимипричинами: неорганизованными выбросами, вторичным загряз-нением приземного слоя воздуха частицами почв, неблагоприят-ными метеоусловиями, препятствующими рассеиванию примесей.Наблюдается и влияние ландшафта на уровень загрязнения

131

воздуха. В штилевой период (наиболее опасный для загрязнениявоздуха) содержание свинца в низине увеличилось более значи-тельно, чем на водоразделе. Этот пример хорошо иллюстрируетпотенциальную опасность пониженных участков городских тер-риторий. Во многих городах, построенных в долинах рек, централь-ные их части с плотной жилой застройкой наиболее загрязнены.

Атмохимические аномалии подразделяются на две основныечасти — ядро, где наблюдаются наиболее высокие концентра-ции, приуроченные к промышленной площадке и их ближайшемуобрамлению (в основном 0,5 км от предприятий машиностроитель-ного типа и до 1,5 км по метачлургическим комбинатам), и пе-риферическую часть аномалии, где содержание химических эле-ментов обычно не превышает гигиенических нормативов, новыше фоновых значений в несколько раз. В табл. 34 приведеныобобщенные данные среднесуточных наблюдений по содержаниюхимических элементов в ядрах и перифериях аномалий околопредприятий машиностроительного типа, типографий, предприя-тий приборостроения и для сравнения показаны концентрациив наиболее чистых, фоновых районах городов, являющихся поуровню загрязнения переходными территориями между атмохи-мическими аномалиями и региональными фоновыми значениями.Мы видим, что в ядрах аномалий средние концентрации РЬ, 2п,N1, Сг, Мп в 17—63 раза выше значений регионального фона,а максимальные концентрации — в сотни раз. На перифериианомалий коэффициент превышения средних концентраций сни-жается до 3—14, но эпизодически возникающие максимальныеконцентрации (максимальные из среднесуточных) по большин-ству элементов выше фоновых значений в 12—33 раза, РЬ —в 127 раз. В воздухе наиболее чистых районов города средниеконцентрации в основном в три раза выше фоновых. На этихтерриториях продолжают оставаться высокими максимальныеконцентрации металлов.

Соотношение площадей между структурными частями атмо-химических аномалий в городах варьирует очень широко в за-висимости от количества источников, планировочной структуры:имеющаяся сеть стационарных постов наблюдений за атмосфер-ным воздухом не может выявить такую сложную мозаичнуюкартину распределения металлов в атмосфере. В связи с этимтрудно выделить и контингенты населения, подвергающиесянаибольшему воздействию загрязненного атмосферного воздуха.Способствовать решению этой задачи помогают исследованиятехногенных геохимических аномалий, фиксирующих выпаденияхимических элементов из атмохимических потоков.

Использование в качестве индикатора загрязнения воздухаснежного покрова в этом же городе позволило выделить значи-тельно более сложную и дробную структуру распределения хими-ческих элементов и пыли, причем аномалии фиксируются не

133

Т а б л и ц а 34 Химические элементы в атмосферном воздухе города машино

Г е о х и м и ч е с к а я с и т у а ц и я

Ядро аномалий около маши-ностроительных, приборо-строительных предприятии,полиграфических производств,опытных заводовПериферические части ано-малий около этих произ-водствПереходные территории —фоновые районы городаРегиональный фон

Числопроб

302

142

191

26

Хром

Сср

0,12(3,10)

0,02(0,2)

0,03(0,53)

0,006

К< Р

20(516)

3(33)

5(88)

1

Марганец

Сг?

0,28(4,18)

0,098(0,15)

0,03(0,42)

0,013

КГР

22(322)

8(12)

2(32)

1

Примечание- Сср — средняя к о н ц е н т р а ц и я , К^Р — коэффициент к о н ц е н т р а ц и и среднеюз н а ч е н и я параметров

только около ТЭЦ или крупных промышленных зон, но и вблизиотдельно расположенных машиностроительных предприятий. Накарте распределения пыли (рис. 35), построенной на основеопробования снежного покрова по равномерной сети 1 X 1 км,четко выявляются основные источники пылевых выбросов — ТЭЦ,крупные машиностроительные предприятия. Зоны влияния от-дельных промышленных предприятий машиностроительного типаили крупных промышленных объединений составляют 3—10 км2.Содержание пыли в снежном покрове более контрастно, чемв атмосферном воздухе. Так, среднесуточное выпадение пылив различных районах этого города колеблется от 100 до1000 кг/км 2 , т. е. различается в 10 раз. (в атмосферном воздухе —только в 2—3 раза).

Значительная контрастность прослеживается при рассмотре-нии распределения отдельных химических элементов или ихсуммы в снежном покрове (см. рис. 35). Сравнение карт рас-пределения пыли и химических элементов в снежном покровепоказывает, что зона влияния выбросов ТЭЦ, фиксируемая повыпадениям пыли, не выделяется по показателю 2С в связи с от-носительно низким содержанием в пыли изученного комплексахимических элементов. С другой стороны, выбросы машинострои-тельных производств насыщены металлсодержащей пылью, иоколо них проявляются аномалии химических элементов. Наизученных территориях выделено 10 аномалий, а посты контролявоздуха расположены только в двух из них. Принятая в настоя-щее время система наблюдений за загрязнением воздуха на ста-ционарных постах не обладает необходимой разрешающей спо-собностью для выделения столь дробной структуры, как этовозможно при исследовании структуры выпадений на земнуюповерхность.134

строительного типа, мкг/м3

Никель

С,р

0,07(2,6)

0,03(0,10)

0,02(0,41)

0,004

КС,

17(260)

8(25)

5(102)

1

Цинк

сср

0,47(5,50)

0,12(0,32)

0,07(0,43)

0,02

К,р

20(239)

5 ( 1 4 )

3(19)

1

Свинец

С,р

0,19(1,80)

0,04(0,38)

0,02(0,19)

0,003

К,р

63(630)

13(127)

7(63)

1

содержания по о т н о ш е н и ю к р е г и о н а л ь н о м у фон\, в скобках \ к а з а н ы максимальные

Техногенные ореолы рассеяния

Пространственная картина ряспространения техногенных потоковв условиях города наиболее четко устанавливается по измене-нию химического состава тех природных сред, которые надолгодепонируют поступающие загрязняющие вещества. Преждевсего это относится к почве — наиболее устойчивому компонен-ту ландшафта.

Изучение распределения химических элементов в почвах, нахо-дящихся в зоне влияния выбросов различных промышленныхпредприятий, позволило определить характер и степень их заг-рязнения за счет выпадений из атмосферы.

В табл. 35 демонстрируются ассоциации химических элемен-тов, наблюдавшиеся в центральных частях техногенных ореоловрассеяния, образовавшихся в зонах воздействия выбросов раз-личных промышленных предприятий, достаточно типичных длясовременных урбанизированных территорий. Около большейчасти источников загрязнения техногенные ореолы в почвахпредставлены очень широкой и качественно сходной ассоциа-цией химических элементов: РЬ, Си, 2п, 5п, XV, Мо, N1, Со, Сг,Н§, В1. Таким образом, современное производство сопровожда-ется появлением комплексных полиэлементных аномалий. Рас-четы суммарного показателя загрязнения 2С показывают, чтоособенно интенсивные аномалии в зоне воздействия предприятийцветной металлургии (средняя оценка 2С порядка 450), прибо-ростроения (280), и черной металлургии (240). Менее загрязне-ны почвы вблизи машиностроительных и химических предприя-тий (2С порядка 80—85). Очень слабо проявлено загрязнениепочв химическими элементами на территориях, примыкающихк предприятиям энергетики и строительной индустрии ( 2 С 10—

135

Рис. 35. Структура загрязнения выпадений на территории крупного города.А — распределение суммарного показателя загрязнения 2С в снеговом покрове/ — менее 32, 2 — 32 -64, 3 — 64—128, 4 — 128—256Б — среднесуточное выпадение пыли ( к г / к м 2 ) / — менее 160, 2— 160—320, 3 —320—480, 4 — 480—640, 5 — 640—800, 6 — более 800 Буквы в кружках М —машиностроительные предприятия, Э — энергетические предприятия (ТЭЦ)

20). Исследования состава почв в небольших промышленныхгородах, городах-спальнях (источники загрязнения—транспорт,котельни, предприятия общественного питания) показали, чтоструктурированные в пространстве ореолы рассеяния здесь вы-ражены плохо (за исключением участков скопления транспорта)

Здесь, как правило, наблюдаются мозаично распределенныеточки со слегка (до 1,5—2,0 раз) повышенным содержанием136

Т а б л и ц а 35 Ассоциации химических элементов в почвенных аномалиях предприятий

Тип производства

Черная металлургия

Цветная металлургия

Приборостроение

Машиностроение и металлообработка

Химическая промытленность

Производство строиматериалов

Х а р а к т е р п р е д п р и я т и й

Опытный завод по производству легированныхсталейКомплексный завод повыпуску цветных металловЗавод по производствусплавовЗавод по переработкевторичных цветных металловАккумуляторное пр воРадиотехническое производствоЭлектротехническое производствоТочное машиностроениеЗавод бытовых изделий

Тяжелое машиностроение

Легкое машиностроениеПроизводство пластмассЛакокрасочное пр воКоксохимия

Производство полупродуктовЦементный заВод

Коэффициент к о н ц е н т р а ц и и о т н о с и т е л ь н о г о фона

Болсч 10

Сов„ - Мо„г - М|о8 -Саи--ХУ25— 2п2о

2ПЗООО ХУзбО -5П|]5-

— Си Ю5— С (Ьв — РЬ62 —— ЗЬ4з — Моз5

ЬЬюо — Са юо — 2л 45 —— \У|2 — РЬю

3Ь^5 Н^40 2Пз | — 5П]2

—Си,,

5П21- Шц,— РЬ|4

С(1400 ^]5~ 2Г1|2 З П ю

Си-т — 2п25— РЬ(

РЬз2 2ПЗО— XV >о ЗПю

МО|5 — 2П12

Х У 4 - - 2 п „ РЬю

XV 18 — (N5, РЬ) |2 2 П ю

НЙ*Р>Сс142 2 п щ ЗЬ/8

Н^2|

Н^м - 2П П

—

10- 3

Сгч— Си7— (5п, РЬ)5

Сг5 Зг3

(Сг, Зп) 7— (Мо, Со, 5г) 3

—

Н^э — Си» — N14РЬ5-(А8, Си, В.Ь

(Со, Мо, В], N1, Сг) 5

Си8— В15— (Мо, N1, С г ) ,\У8— РЬ6— Си,—

— (Зп, Ви N1, С г ) зН^э — (Си, 8п)ь — N15 —

— Сг 4

(Си, 5 п ) 6 - Ы цА§6 — (Си, 2 п ) 4

(РЬ В 1 ) ч

7л 5 -(Си, N 1 ) 4

В1,

Н^ч — Згз — 2п3

3-1 5

—

—

—

(XV, N1)2

С г ,(Мо N1 С г ) 2

—

——

—

(Сг,Со) 2

(РЬ, N1, Со, С г ) 2

(Мо, Зп, Со, N1, С г ) 2

(Ве, РЬ, Зп, Со, XV, N1,С и ) 2

( N 1 Си Мо, Аь Р Ь ) 2

(Мо, Со, N1 Си) 2

Примечание Ртуть изучена только в тех случаях где она включена в ассоциацию, коэффициенты к о н ц е н т р а ц и и у к а з а н ы и н д е к с а м иэлементов

РЬ, 2п, иногда V, Сг, Мо, N1. С у м м а р н ы й показатель загрязненияпочв в таких городах обычно около 8—10, что, вероятно, являетсябытовым селитебным «фоновым» уровнем.

Специфичность отдельных производств проявляется преждевсего в количественных характеристиках геохимической структу-ры ассоциации, в соотношениях между уровнями аномальностейтех или иных групп х и м и ч е с к и х элементов. Например, упомя-нутая выше ассоциация химических элементов, наблюдаемаяв городах-спальнях, т и п и ч н а для транспортных (бензин, дизтоп-ливо) и энергетических (мазутные котельни) источников выбро-сов. Близкий комплекс элементов наблюдается и близ заводовчерной металлургии. Однако уровни концентрации N1, Мо, Со,Сг здесь резко возрастают (1С 10 и более).

В ряде случаев появляются и специфические типоморфныеассоциации, четко индицирующие то или иное предприятие. Так,интенсивные аномалии Ш, Мо совместно с Сг, Со отличают точноемашиностроение, рассеянные элементы — Ое, Уп, 5е в сочетаниис дру! ими тяжелыми металлами и, особенно, СА, 8п, Си —приборостроительные предприятия; Р, ТК, 8г — заводы по произ-водству удобрений.

Морфоструктурные особенности техногенных ореолов доволь-но сложны и определяются характером источника загрязнения,метеорологическими условиями исследуемой местности, ее геомор-фологическими особенностями и характером застройки. Мате-риалов, детально характеризующих территориальную структурутехногенных ореолов, накоплено очень мало. Лишь для одиночностоящих мощных источников загрязнения известны попыткисхематично (серией геохимических профилей) получить представ-ление о пространственных особенностях распределения загряз-няющих веществ в атмосферных выпадениях, зафиксированныхпочвой и снеговым покровом.

Широкое использование более информативного метода пло-щадного геохимического картирования природных компонентовокружающей среды позволило выявить морфологическую струк-туру техногенных ореолов рассеяния химических элементов отмногочисленных источников загрязнения.

Рассмотрим особенности морфологии техногенных ореолов,связанных с наиболее т и п и ч н ы м и промышленными объектамигородов. Основное внимание будет обращено на характеристикуобщих контуров ореолов и специфику их внутренней структуры,создаваемых всей совокупностью химических элементов, которыеопределяют повышенную нагрузку на окружающую среду. Приэтом еще раз напомним, что наиболее широкие по площади ореолырассеяния образуют химические элементы, масса которых преоб-ладает в техногенных выбросах, хотя содержание может бытьи не очень высоким. Наиболее же контрастные ореолы по степениконцентрации относительно фонового уровня связаны с элемен-

138

тами, типоморфными для того или иного производства. Ихсодержание в выбросах весьма значительно.

Морфология ореола рассеяния в значительной степени опре-деляется характером рельефа. На р а в н и н н ы х территориях ониособенно широки по площади и обычно имеют структуру, близкуюк концентрической: максимальное содержание металлов в ядреореола, которое приурочено к источнику выброса. К перифери-ческой части ореола уровень содержания металлов постепенноубывает. Такие ореолы подробно описаны Н. Г. Зыриным,Л. И. Обуховым, Д. С. Орловым, С. Г. Малаховым, П. В. Елпать-евским и др.

На рис. 36 приведен пример техногенного ореола рассеянияхимических элементов в почвах от крупного комбината по про-изводству цветных и тугоплавких металлов. Комбинат располо-жен в условиях равнинного рельефа, что способствует широкомуразносу загрязняющих веществ. Общая площадь ореола занимаетоколо 400 км2. В образовании а н о м а л и и принимает участиеширокий комплекс химических элементов- РЬ, 7.г\, Си, А^. Сс1,Ш, 5п, Мо, ЗЬ, ВК Аз.

Хорошо просматривается изометрическая форма ореола с цент-ром максимального уровня загрязнения на территории одной изпромплощадок завода. Высокий и опасный уровень загрязнениядля человека, фиксируемый величиной суммарного показателязагрязнения почв 32 и выше (см. табл. 8), отмечается в радиусе3—4 км на территории 100—120 км. В зону опасной экологичес-кой ситуации наряду с городским населением попадают мелкиеприлегающие населенные пункты, приусадебные участки, сельско-хозяйственные и рекреационные земли.

Принципиально иной характер имеют ореолы рассеяния отпредприятий цветной металлургии, которые находятся в горно-долинных ландшафтах (рис. 37). Формирование ореолов в такихусловиях определяется долинными ветрами. Техногенный воз-душный поток «локализуется» между горами, что определяетвытянутую по долине конфигурацию ореола.

Представленный на рисунке техногенный ореол от медепла-вильного комбината также отличается широкой ассоциациейаномальных химических элементов (Аз, Си, А§, 5Ь, РЬ, 2п, Мо).Создаваемый ими высокий и опасный для здоровья уровень заг-рязнения прослеживается на расстоянии 4—7 км от комбината.А очень высокий и чрезвычайно опасный уровень целиком охва-тывает город, который в рассматриваемом случае (очень типич-ном) строился одновременно с комбинатом и в непосредственнойблизости к нему. Принимая во внимание интенсивное сельско-хозяйственное освоение долин (что тоже характерно) можноожидать, что и продукция не будет отвечать принятым норма-тивам. Таким образом, металлургические предприятия создаютопасные экологические ситуации в радиусе 4—7 км.

139

Рис 36. Техногенный ореол рассеянияв почвах зоны влияния металлургиче-ского комбината по производству цвет-ных металлов:I II — промышленные площадки /—5 — конторы техногенных ореолов нагородской территории по показателюзагрязнения 2С, с у м м и р у ю щ е м у аэрогенное накопление свинца, цинка, меди,серебра, кадмия, вольфрама, оловамолибдена сурьмы, висмута и мышьяка(/ — более 128, 2 — 64—128, 3 — 32—64, 4 16 -32, 5— менее 16)

Рис. 37. Структура техногенного ореола в почвах в зоневлияния медеплавильного комбината в горно-долинномландшафте.1—3 — контуры техногенного ореола по показателю2С, суммирующему аэрогенные концентрации мышьяка,сурьмы, серебра, свинца, молибдена, меди, цинка (1 —64—256, 2 — 32-64, 3 — 16—32)

Рис. 38. Техногенный ореол рассеяния в почвах города в зоне влияния группыпредприятий электротехнического профиля/—4 — контуры техногенного ореола А — по показателю 2 суммирующемуаэрогенное накопление свинца, цинка меди, ртути и олова (/ -менее 16, 2 —16—32, 3 — 32—128, 4 — более 128), Б — по коэффициенту концентрации свинца(/ — менее 3 2 — 3—6, 3 6—10, 4 — 10—30) фоновое содержание свинца —26 м г / к г

Рассмотренные металлургические производства являютсяпредставителями так называемых специализированных городов,для которых они явились градостроительной базой Предприя-тия же по переработке цветных металлов часто находятся впромышленных городах типа «центр» К таким металлоемкимпредприятиям можно отнести кабельное, аккумуляторное производство, заводы по обработке цветных металлов и др Образу-емые ими мощные техногенные потоки по радиусу воздействияв ряде случаев практически не уступают выше описанным

На рис 38 приведен пример комплексной техногенной геохимической аномалии на равнинной территории в почвах городаот блока предприятий с большим потреблением свинца Онаимеет изометрическую форму Некоторая извилистость контуровнаблюдается там, где аномалия проходит по сельскохозяйствен-ным угодьям, и связана с разубоживанием концентраций вовремя перепахивания

Загрязнение, характеризуемое как среднее и умеренно опас-ное по суммарному показателю Ъс (16—32), прослеживается до7 км от источника Более высокий и опасный уровень для чело-

141

века (26 У2—128) устанавливается в радиусе 4—5 км от пред-п р и я т и й .

Загрязнение носит комплексный характер. Оно создаетсят а к и м и металлами как РЬ, 2п, Си, Нд и 5п. Однако ведущуюроль в этом процессе играет свинец. Об этом свидетельствуетморфологическое сходство его ореола рассеяния с аддитивнымореолом, а также наибольшая относительная степень концентра-ции по сравнению с другими металлами (см. рис. 38).

Размер санитарно-защитных зон для таких промышленныхобъектов в городах, как правило, составляет около 1 км. Такимобразом, по геохимическим данным в экологически неблагоприят-ных условиях оказываются жители районов за пределами этойзоны. Прямые определения содержания металлов в атмосферномвоздухе жилых кварталов, удаленных до трех километров отпредприятий, подтвердили существующий опасный уровень за-грязнения окружающей среды.

К одной из ведущих отраслей промышленности в крупныхгородах можно отнести машиностроение. Создаваемые в зоневлияния машиностроительных заводов техногенные ореолы отли-чаются специфическим составом. Среди элементов концентрациипоявляются XV, Мо, в отдельных случаях — Ве, Т\ (типичныедля легированных сталей). В то же время в ореоле присутствуютхимические элементы, характерные для любого металлоемкогопроизводства — 2п, РЬ, Си. Интенсивность проявления техноген-ных ореолов рассеяния вокруг машиностроительных заводовзависит от наличия в составе производства «горячих» литейныхцехов.

Общая зона влияния машиностроительных объектов даже прин а л и ч и и горячих цехов значительно более локальна, чем у метал-лургии. На рис 39 показан техногенный ореол рассеяния,проявленный в снеговом покрове от двух машиностроительныхзаводов авиационного профиля. Как и для большей части другихисточников, находящихся в сходных равнинных условиях, ореолимеет изоморфную структуру. Ядро ореола с максимальной кон-центрацией металлов занимает промышленные площадки и при-легающие территории в радиусе 200—400 м. Общая зона фикси-руемого влияния распространяется почти на 4 км. Однако попочвам ореол рассеяния химических элементов прослеживаетсяна меньшей площади (1 —1,5 к м ) , но центрическая структураи комплексность состава геохимической аномалии сохраняется(см. рис. 39, б) .

Высокий и опасный уровень загрязнения, отмеченный значе-ниями суммарного показателя в почвах более 32 и в снеге более128, установлен на площади в радиусе 1,5 км. Это не исключаетнеблагоприятную экологическую ситуацию в жилых массивах,которые находятся в непосредственной близости от завода.

Приведенные примеры демонстрируют техногенные ореолы

142

Рис. 39. Техногенные ореолы рассеяния вокруг предприятий точного машинострое-ния (А: а, — почвы, аг — снеговой покров), тяжелого машиностроения (Б: б] —транспортное, б2 — станкостроительное), приборостроительных (В: в\ — электро-ника, вг — измерительная техника):/—4 — контуры зон ореолов, выделенные по с у м м а р н о м у показателю загрязнениякомплексом типоморфных для каждого предприятия химических элементов (А —Ш, Мо, Во, 2п, §п, Си, Б— 2п, Си, РЬ, Ш, в, - Си1, 2п, 5п, РЬ, в, — А^, РЬ,5п, Си, 2п, N1, Си)

рассеяния от машиностроительных заводов, где существеннуюроль в образовании ореола играет выброс загрязняющих веществ.Значительно меньшую площадь занимают ореолы рассеяния отмашиностроительных заводов с обработкой металлов толькомеханическим способом (металлорезание, шлифование и т. д.).Образующаяся при этом грубодисперсная пыль осаждаетсявблизи таких заводов. Экологически опасная зона редко превы-шает 0,5—1 км.

Техногенные ореолы рассеяния химических элементов в поч-вах образуются в зоне двух крупных заводов тяжелого машино-строения (см. рис. 39, в). Четко видно, что зоны их влиянияменьше, а экологически опасный уровень высокого загрязненияне выходит далее чем за 400—1200 м от источника. Существеннауже и геохимическая ассоциация. Относительно фонового уровняздесь накапливаются 2п, РЬ, Си и \У.

Таким образом, с предприятиями машиностроительного про-филя связано образование экологически опасных зон в радиусене более 1,5 км.

В современных крупных городах типа «центр» к наиболеераспространенному виду производства можно отнести приборо-строение. С геохимических позиций оно в экологическом отно-шении в принципе наименее опасно. Зона воздействия со средними умеренно опасным уровнем загрязнения для здоровья человекаустанавливается не далее чем на 200—600 м, а высокий и опасныйвсего лишь на 100—150 м от источников (см. рис. 39, А,Б).

Техногенный ореол рассеяния от приборостроительных пред-приятий представлен обычно чрезвычайно широкой ассоциациейхимических элементов, который включает такие токсичные какСс1, РЬ, А§. Интересно отметить появление экзотических элемен-тов в геохимической ассоциации отдельных специализированныхпредприятий — 1п, Сз, Ое.

Несмотря на небольшие размеры зон загрязнения вокруг при-боростроительных предприятий они могут иметь неблагоприятныепоследствия для населения. Это связано со спецификой разме-щения таких предприятий в городах — они, как правило, вкрап-лены среди жилых массивов.

Особо остановимся на двух видах загрязнения, которыепроявлены в городах повсеместно и связаны с предприятиямиэнергетики и автотранспортом. Для ТЭЦ, работающих на угле,характерна большая масса выброса загрязняющих веществ снизким содержанием химических элементов. Таким образом,геохимические аномалии в почвах выражены обычно слабо. Глав-ную опасность для здоровья населения здесь представляют пыльи оксиды серы. Ореолы рассеяния пыли четко фиксируются снего-вым покровом.

На рис. 40, А показан ореол твердофазных выпадений изатмосферы от крупной ТЭЦ, потребляющей более 3 млн т угля

144

Рис. 40. Техногенные ореолы рассеяния в районах ТЭЦ:А — распределение пыли в зоне влияния угольной ТЭЦ, / — 4 - лонтхры техно-генных аномалий по уровню выпадения пыли ( к г / к м 2 в с\тки) / более 800,2 — 640—800, 3 — 480 640, 4—160—320 Б распределение ванадия в зоневлияния мазутной ТЭЦ, / — 4 — контуры техногенных аномалии ванадия (г/км 2

в сутки) 1 - более 10, 2-7 -10, 3 — 3—7, 4 — 1 -3

ежегодно. Площадь ореола составляет около 400 км 2, ч го позво-ляет по общему масштабу воздействия сравнить ГЭЦ с крупнымметаллургическим комбинатом. При этом зона высокого и опас-ного уровня выпадения пыли (более 400 кг/км 2 в сутки) наблю-дается на территории 75 — 120 км2.

Столь же крупные по потреблению топлива мазутные ТЭЦне создают пылевой нагрузки на окружающую среду. Степеньопасности воздействия таких объектов изучена плохо. Однакопо ванадию (элементу-индикатору мазутных ТЭЦ) зона влиянияпрослеживается на 15 км в направлении господствующих вет-ров (см. рис. 40, б) при ширине ореола до 6 км Степень концент-рации металла в 7 — 10 раз выше фонового уровня.

Выбросы ТЭЦ осуществляются обычно на большую высоту.чем другими предприятиями городов. Поэтому поля загрязнения,связанные с выпадением материала этих выбросов, лучше кор-

145

Рис. 41. Аномалии свинца в почвах города с интенсивной автомобильной нагруз-кой около !000 автомашин на квадратный километр в горно-долинном ландшафте./ — крутые склоны, 2 — шоссе основные, 3 — шоссе вспомогательные, 4 — линей-ные аномалии свинца с содержанием в почве 250—500 мг/кг, 5—7 — площадныеаномалии свинца (5 — менее 250 мг/кг, 6 — 250—500 мг/кг, 7 - более 500 м г / к г ) ,8 — пункты, где установлены превышения ПДК свинца в атмосферном воздухе

релируют с розой ветров и имеют эллипсоидальный вид. Темне менее, центры высоких концентраций и здесь пространственноприурочены к источнику загрязнения.

Несмотря на то. что большая часть крупных ТЭЦ располо-жена на окраине городов, с учетом радиуса их воздействияможно говорить о их значительном влиянии на экологическуюобстановку. Кроме того, в городах находится много мелких коте-лен, которые вносят существенный с у м м а р н ы й вклад в их за-грязнение.

Автотранспорт — один из хорошо известных и наиболееизученных источников загрязнения. В научной литературе опи-сываются линейные придорожные аномалии, занимающие первыедесятки метров от полотна дороги. В городах значительный инте-рес представляют большие по площади техногенные ореолы отавтотранспорта, в образовании которых сказывается влияниеландшафтных условий.

На рис. 41 приведен пример такой аномалии свинца натерритории города с горно-долинным амфитеатровидным харак-тером рельефа. Особенности режима циркуляции воздуха в такихусловиях привели к формированию широкого площадного ореола146

свинца в партерной части города за счет «отекания» выбросовавтотранспорта в понижения рельефа.

Общая площадь ореола рассеяния свинца занимает около 60%территории города. При этом высоко опасный уровень загрязне-ния наблюдается почти на половине этой площади.

Такое явление в распространении выбросов от автогран-спорта практически никогда не учитывалось, хотя огромноеколичество городов, в том числе и крупных, имеют сходную ланд-шафтную структуру, способствующую концентрации выбросовот низких источников загрязняющих веществ

В обобщенном виде важнейшие типы источников загрязнениягородов по размерам зон неблагоприятного воздействия (высо-кий и средний уровень загрязнения) могут быть ранжированыследующим образом: 1) металлургия и крупные ТЭЦ — 5—6 до10 км; 2) машиностроение— 1,5—2 км; 3) приборостроение —до 0,5 км; автотранспорт— 0,1 км.

Мы рассмотрели основные морфологические особенноститехногенных ореолов рассеяния з а г р я з н я ю щ и х веществ ототдельных промышленных объектов, определяющих неблагопри-ятную экологическою ситуацию в зоне их влияния. Для большейчасти городов характерно развитие многоотраслевой промыш-ленности. Совокупное воздействие всех источников загрязненияпрогнозируется с трудом. И только геохимическое картированиеприродных компонентов ландшафта городов позволяет оценитьсуммарный эффект влияния на окружающую среду различныхпроизводственных объектов. При этом важно отметить, что веду-щую роль в характере распространения загрязняющих веществпри множественности источников загрязнения играет структураих размещения. Техногенные ореолы рассеяния химических эле-ментов, сформировавшиеся при порфировидной и вкрапленнойструктуре размещения промышленности, различны. Сравнениесуммарного уровня загрязнения почв по величине 2.- и площад-ного соотношения высокого и опасного уровня загрязнения (7.,.больше 32) указывает на экологически более неблагоприятнуюситуацию при вкрапленной структуре, т. е. когда предприятия«рассыпаны» среди других функциональных зон.

В т а к и х условиях происходит смешение техногенных ореоловот индивидуальных источников и создается высокий уровеньзагрязнения практически на всей территории, заключенной междупредприятиями.

Для крупных городов предпочтительна порфировидная струк-тура размещения промышленности, при которой отдельныепромышленные предприятия комплектуются в блоки, формирую-щие так называемые промышленные зоны. От других функцио-нальных зон (селитебной, зеленой и др.) они должны быть отде-течы буферной зоной, учитывающей размеры зон воздействияпредприятий промзоны. В то же время для малых и специализи-

147

Рис. 42. Типичные структуры загряз-нения территорий городов./ — 1 — у р о в н и з а г р я з н е н и я : / - чрез-в ы ч а й н о опасный ( 2 , —более 128),2 — опасный (2, —32-28), 3 — уме-ренно опасный (7.с — 16—32), 4 — не-опасный (2, — менее 16) Типы горо-дов I — специализированный метал-лургический, !1 - многоотраслевой т и -па «центр», I I I — автотранспортный,IV - машиностроительный, V — малыйнепромышленный

рованных городов эффективен только зональный тип функцио-нальной структуры.

Геохимическая оценка состояния окружающей среды, прове-денная более чем в 30 городах, позволила выявить типовыеструктуры загрязнения для трех основных групп городов: мно-гоотраслевых типа «центр», специализированных и фоновых.В основу выделения структур положено соотношение площадейс различным уровнем загрязнения и степенью опасности длячеловека. Уровень загрязнения оценивался по четырем установ-ленным категориям: относительно чистая, умеренно опасная,опасная и чрезвычайно опасная (см. табл. 8).

Типовые структуры загрязнения городов представлены нарис. 42. Самая опасная экологическая обстановка характернадля городов с преобладанием в промышленности металлурги-ческого производства. Для некоторых из них почти вся террито-рия может находиться в опасной зоне загрязнения химическимиэлементами. Уровень загрязнения, сказывающийся в городах сплохими ландшафтными условиями для рассеивания пылевыбро-сов, даже при небольшой промышленности, но с интенсивнымдвижением автотранспорта, соизмерим с уровнем загрязнениякрупных городов с многоотраслевой промышленностью. В сред-них и малых городах с малозагрязняющими среду машинострои-тельными предприятиями структура загрязнения складываетсявполне удовлетворительно. Опасных и чрезвычайно опасных си-туаций здесь практически нет.

Идеальные условия для жизнедеятельности человека наблю-даются в небольших городах с ограниченным развитием про-

148

мышленности местного назначения, в микрорайонах крупныхгородов, удаленных от п р е д п р и я т и й на 5 —10 км, в городах-спальнях. Умеренно опасный уровень загрязнения обнаруживает-ся не более чем на 10—20% территории. Основными загрязните-л я м и выступают здесь мелкие котельни, автотранспорт, мастер-ские и т. д. Содержание в почвах таких элементов как V, РЬ и Адможет быть в 1,5—2 раза выше фонового уровня. Суммарныйже показатель загрязнения в городах фонового типа по почвамне превышает 8, по снегу — 64. Уровень выпадения пыли нахо-дится в пределах 30—100 кг/км 2 в сутки.

Пространственная геохимическая структура загрязнения вгородах определяет особенность ответной реакции живых орга-низмов на сложившийся уровень загрязнения, на его специфику,проявленную в преобладании среди загрязненных веществ техили иных токсичных х и м и ч е с к и х элементов.

3.3. Т Е Х Н О Г Е Н Н Ы Е ПОТОКИ Р А С С Е Я Н И Я

В общем случае в л и я н и е городов на водные системы опреде-ляется тремя основными факторами: 1) вовлечением во влаго-оборот больших масс воды, которые после их использования,приобретая иной х и м и ч е с к и й состав, сбрасываются в гидрогра-фическую сеть; 2) климатическими изменениями, связанными сзагрязнением атмосферы, нарушением теплового режима и воз-душной циркуляции; 3) изменением условий формирования стокаи характера русловых процессов.

Водоподача и водоотведение составляют главные элементыводного баланса городских территорий, резко изменяя его при-родные составляющие. Так, сопоставление водного баланса го-родских (Москва, Минск, Курск) и прилегающих сельскихтерриторий показало, что под влиянием города полный речнойсток возрастает на 20—97%, подземный сток сокращается на6—34%, поверхностный сток увеличивается на 26—186%, испа-рение снижается на 4—42% [25]. Уменьшение доли подземногостока характерно для большей части городских территорий. Од-нако снижение испарения, увеличение поверхностного стока ибольшие объемы сточных вод приводят, как правило, к возраста-нию расходов рек на выходе из города.

В городах за счет покрытий (асфальт, к р ы ш и домов и т .д.)проницаемость поверхности намного ниже, чем в естественныхусловиях. Площади непроницаемых для воды территорий во мно-гом определяются размерами и благоустроенностью городов.Так, по данным Г. М. Черногаевой [12] , .для малых и среднихгородов с численностью населения менее 300000 человек онине превышают 20%; в крупных городах их размеры возрастаютдо 30%; в городах с населением более 1 млн человек колеблютсяот 35 до 80%. Все это приводит к изменению коэффициента

149

стока, который в условиях города значительно выше (0,3—0,9),чем в естественных условиях (редко превышает 0,2—0,3). В це-лом, наличие непроницаемых покрытий и дренажной сети спо-собствует быстрому добеганию поверхностных вод в местныебассейны стока.

Городские территории отличаются принципиально иным х а -рактером эрозии и твердого стока. Как правило, твердый стокв условиях города заметно увеличивается. Например, р. Пото-мак, имеющая в районе г. Вашингтон площадь водосбора250000 км 2 , ежегодно проносит 2 млн т взвешенных наносов, изкоторых 1/5 часть поступает с урбанизированных территорий,занимающих 1/50 площади водосбора [22]. Поставка твердогоматериала осуществляется как со сточными водами, так и споверхностным стоком. Поступление твердого материала со сточ-ными водами практически не учитывалось до недавнего времени.Однако простые расчеты показывают, что они являются сущест-венным источником. Например, в р. Москву в пределах городасбрасывается примерно 5 млн м3 сточных вод. Поскольку (политературным д а н н ы м ) их средняя мутность составляет 10-15 мг/л (реально намного больше), то со сточными водамиежегодно поступает до 20—30 тыс. т взвешенного .материала.Модуль стока взвешенных наносов для данного природногорайона колеблется в пределах 5—30 т/км 2 в год. Иными сло-вами, с природного участка, равного по площади г. Москве(900 км 2 ) , может поступать до 4,5—27 гыс. т твердого вещества.Таким образом, поставка твердого материала со сточными вода-ми не только соотносится с природной, но даже может заметнопревышать ее.

Еще более значительные объемы поступают с поверхностнымстоком, отличающимся высоким содержанием взвешенных ве-ществ (до 2—6 г / л ) . Так, по данным американских авторов,сток наносов с водосборов, находящихся под застройкой колеб-лется от 300 до 2200 т/км 2 в год, что превосходит смыв сестественных площадей в 2—100 раз, причем н и ж н и й пределотносится к большим бассейнам, верхний — к малым [22]. В по-верхностном стоке даже с наиболее благоустроенных городскихтерриторий содержится в среднем 1400—1500 мг/л взвешенныхвеществ. Таким образом, с поверхностным стоком с территорииг. Москвы может поступать до 500 тыс. т взвешенного материалаежегодно (исходя из среднегодового количества осадков 700 мми коэффициента стока примерно 0,6), что во много раз превы-шает сток с естественных водосборов центра Русской равнины.

Территории городов существенно отличаются изменениямихарактера русловых процессов. В частности, происходит непо-средственное изменение гидрографической сети. Это связано сцеленаправленным преобразованием морфологии русел, берегови пойм за счет мелиорирования территории, канализации или

150

засыпки отдельных ее участков, создания каналов, плотин и дру-гих гидротехнических сооружений.

Специфический гидрологический режим, определяемый харак-тером водного баланса и источников загрязнения, а такжесвоеобразие руслового процесса в условиях города приводят кизменению геохимического облика водных систем в зоне еговоздействия. Это проявляется как в общем их преобразовании(изменение основных физико-химических параметров воды и дон-ных отложений, трансформация гидробиоценозов), так и в фор-мировании техногенных потоков рассеяния химических элементовв различных компонентах водных систем. Характеристики пото-ков — состав, степень концентрации, формы нахождения, интен-сивность водной миграции и биологического поглощения хими-ческих элементов — определяют качество водной среды.

Общий геохимический анализ составатехногенных потоков рассеяния

В результате техногенного рассеяния происходят резкие изме-нения основных физико-химических и биологических параметровводных систем.

Главное изменение водных масс, связанное с воздействиемгородов, проявляется в перестройке их гидрохимического облика.Например, в пределах бассейна малой реки (1700 к м 2 ) , испы-тывающей значительное техногенное воздействие, естественнымфоном являются гидрокарбонатно-кальциевые воды с минера-лизацией не более 400 мг/л. В зонах загрязнения на значитель-ных участках реки и ее притоков отмечено изменение не толькотипа и группы, но даже класса воды. Начинают преобладатьгидрокарбонатно-натриевые, хлоридно-натриевые, сульфатно-кальциевые, азотные воды. Таким образом, на сравнительно не-большой и однородной в ландшафтном отношении территориинаблюдается резко выраженная мозаичность гидрохимическогосостава воды. Подобная пестрота в природных условиях практи-чески не фиксируется.

Трансформация состава вод просходит на общем фоне за-метного возрастания минерализации воды. Это, в первую оче-редь, связано с увеличением содержаний хлоридов, сульфатов,калия, фосфатов, соединений азота, н а т р и я (табл. 36). Во многихслучаях отмечается переход вод из пресных в солоноватые, чтоприводит к появлению очень редко встречающихся в природегидрокарбонатных вод с минерализацией свыше 1000 мг/л. Кро-ме того, отмечается значительная пространственная и временнаянеоднородность распределения компонентов солевого состававоды на коротких интервалах времени, что связано с особенно-стями динамики поступления сточных вод и поверхностного сто-

151

Т а б л и II а 36 Интенсивность техногенных изменений макрокомпонентов поверх

И с т о ч н и к з л р я з н е н и я

Средний город ( к р \ п н ы йпромышленный центр)Средний город (металлообработка и машиностроение)Средний город ( к р у п н ы йпромышленный центр)Малый город ( х и м и ч е с к и й>авод)Малый город (коксохимиче-ский завод)Малый город ( н а у ч н ы йцентр физического направле-н и я )Свалка промышленных и бы-товых отходов со стоком вразные водотоки

Малый город (машинострое-ние)

рН

7,2

6,8

7,1

6,2

6.3

6,7

7,67,78,77,0

НС

ч г /л

357

333

317

363

262

357

5742359,5280

О,

К,

1,2

1,1

1 , 1

1.2

0,9

1 2

2,00,90,31,0

ьо

м г / л

74

73

52

91

159

35

160767970

4

К.

4,9

4,9

3,5

6,1

10,6

2,3

10,73,75,34,7

С1

ч г/л

119

1344

89

255

161

49

176414986317

66

К,

11,9

134

§,?

25,5

16,1

4,9

176,5

119,8631,7

6_,6

N

ч г/л

15

4

8,8

3,5

7,5

16

1829

Эг

Кс

7,5

2

4,4

1,8

3,65

_8_

2_4_

1

4,5

Примечания рН фонового водотока 7,91. К р и ц и е н т к о н ц е н т р а ц и и о т н о с и т с т ы ю

ка, а также с пространственным положением источников загряз-нения.

Одна из ярких особенностей техногенных потоков рассеяния —увеличение количества дисперсных частиц (мутности), что име-ет принципиальное геохимическое значение. Техногенная взвесьпо сравнению с природной резко обеднена оксидами кремнияи обогащена оксидами железа, кальция, магния и органиче-ским веществом (табл. 37). Для нее также характерна резковыраженная неравномерность распределения во времени.

Техногенно загрязненные воды отличаются своеобразнымиизменениями рН и ЕН среды, электропроводности воды, газовогои температурного режима и других физико-химических характе-ристик. К сожалению, эти параметры для условий загрязненияизучены недостаточно полно, а их характер трудно предсказуеми зависит от целого ряда различных факторов. В то же времяони во многом определяют поведение химических элементов вводных системах и их эколого-токсикологическое значение. В ча-стности, для зон загрязнения в урболандщафтах характерноширокое развитие термофикации (тепловое загрязнение) вод.Известны сообщения о том, что в условиях повышенных темпе-ратур токсическое воздействие некоторых металлов может бытьболее острым и быстрым, они активнее включаются в пищевуюцепь.

Для загрязненных вод характерно присутствие разнообраз-ных синтетических органических веществ — фенолов, нефтепро-152

ностных вод бассейна малой реки

\О2

мг/л

0,6

0,4

0,6

0,07

0,03

8

1,2

0,9

1,5

1,1

К,

30

20

30

3,5

1,5

400

60

45

75

55

РО]

мг/л

5,0

1,5

5,8

6,3

1,4

15

3,5

5

0,02

4

К,

_250_

75

240

315

70

750

175

250

1

20

Мл "

м г/л

95

768

81

223

102

57

899

816

2434

54

Кс

1$

64

6,8

18,6

8,5

4,8

75

63

203

3,7

Са2'

мг/л

80

134

65

67

95

69

274

161

256

73

К

1.3

2,2

1

1

1,5

1

4,4

2,6

4,1

1,2

Мй +

чг/л

2,7

42

18,5

21

31 н

25

54

42

84

22

К

1,6

2,5

1,1

1,2

1,8

1,5

3,2

2,5

4,3

1,3

К^

МГ/ I

17

54

18,5

12

12

12

19

55

2200

9,5

Кс

Г7_

54

18,5

12

12

12

19

55

2200

9,5

Общая минерализация

М1 /Л

810

2773

663

1062

858

663

3764

2345

11497

604

К<

1,9

6_Д

1,5

2,5

1,9

1,5

3,7

6,8

27

1,4

фонового с о д е р ж а н и я , п о д ч е р к н м ы к о м п о н е н т ы , з н а ч и т е л ь н о п р е в ы ш а ю щ и е фон

Т а б л и ц а 37 Химический состав (в %) твердого взвешенного веществаи донных отложений малой реки

Меето отбора проб 8|СЬ ТЮ2 АЬО, Ре,(Х ГеО МпО

Взвешенное вещество

Ниже очистных сооруженийгорода20 км ниже города

28,3

67.74

0.40

0,67

5,50

9,47

4,16

1,73

3,20

2,60 0,29

Донные огложенич

Ниже очистных сооруженийгородаВыше города

Место отбора проб

69,92

83,75

мйо

0,40

0,22

СаО

6,20

4,43

N3^0

3,21

1,94

К 2О

-

Р;0,

0,08

0,003

ППП

Взвешенное вещество

Ниже очистных сооруженийгорода20 км ниже города

2,32

1,84

8,14

3,90

0,88

0,80

1,15

2,12 0.7

41

8,0

Донные отложения

Ниже очистных сооруженийгородаВыше города

0,42

0,50

5,44

2,73

0,72

0,57

1,97

1,12

0.69

0,39

4,90

1,2

Примечание ППП — потери п р и п р о к а л и в а н и и « » — к о м п о н е н т не определялся

153

дуктов, ПАВ и других, которые оказывают огромное влияниена м и г р а ц и ю химических элементов. В таких водах заметно сни-жается относительное содержание природных органическихвеществ типа «водный гумус», но резко увеличивается доляорганики техногенного происхождения, что имеет определенныегеохимические последствия. Например, фенолы играют сущест-венную роль в процессах а к к у м у л я ц и и тяжелых металлов высши-ми водными растениями; поверхностно активные вещества спо-собны формировать устойчивые хелаты с химическими элемен-тами и оказывать на них абсорбирующее действие. В последнеевремя выявлен новый фактор в загрязнении водных систем —так называемая редистрибуция (перераспределение) основныхзагрязняющих веществ, обусловленная присутствием ПАВ изаключающаяся в переходе химических веществ из объема водына ее поверхность с формированием поверхностной пленки микро-скопической толщины, обладающей повышенной реакционнойспособностью и отличающейся чрезвычайно высокими содержа-н и я м и различных загрязняющих веществ, в том числе тяжелыхметаллов.

Существенные изменения отмечаются и в другом важнейшемкомпоненте водных систем — донных отложениях, определяющихмногие важные черты геохимии природных вод.

В водоемах и водотоках в зонах влияния городов отмечаютсясвоеобразные донные отложения — техногенные илы, для кото-рых х а р а к т е р н ы тонкодисперсный состав, повышенная пластич-ность, иногда желеобразная консистенция, наличие частиц тех-ногенного происхождения, маслянистость, специфический запах(фекальный, нефтяной, сероводородный), окраска темных ипепельных тонов. Самые верхние слои таких илов (10—20 см)часто представляют собой коллоидную массу (суспензию илигидрозоль). Участки русла с подобными илами могут прослежи-ваться на десятки километров даже в средних и крупных реках.Они могут выстилать значительные части современного русларек, достигая мощности в несколько метров. В сравнении сфоновыми условиями в их гранулометрическом составе отмеча-ются заметные изменения (табл. 38). В пределах города проис-ходит увеличение доли крупного песка (влияние поверхностногостока) и глинистой фракции (сточные воды предприятий). Нижеочистных сооружений заметно преобладают фракции алевритаи глинистых частиц. Изменения в минералогическом составепроявились в уменьшении количества кварца и в увеличении со-держания карбонатных минералов, лимонитизированных облом-ков и гидроксидов железа. Техногенные илы обогащены орга-ническим веществом, карбонатами, оксидами и гидроксидамижелеза и алюминия (см. табл. 37), а также повышенными коли-чествами органических загрязняющих веществ — нефтепродук-тов, ПХБ и др.

154

Т а б л и ц а 38. Механический состав (в %) донных отложений малой реки в зоневлияния города

Участок реки

Выше города (фон)Центр городаНиже очистных соошженин города

Состав отложений в % ( р а з м е р ы ф р а к ц и и в м м )

К р у п н ы йпесок

( 1 -0,25)

19,8298,7

М е л к и йпесок

(0,25-0,1)

53,134,933,5

А л е н р и г(0,1 0,01)

26,233,449,2

„I л и н а

(0,01- 0,005)

: 0,5

1,33,8

(< 0,005)

0,41,44,8

В поверхностных водных объектах идет активный процессформирования особых донных отложений — техногенных илов,образование которых в первую очередь связано с увеличенннойпоставкой техногенной взвеси и ее последующим перераспреде-лением в руслах и акваториях. Техногенные илы — основнаяарена развития техногенных потоков рассеяния химических эле-ментов.

Многочисленные литературные данные свидетельствуют овысоких содержаниях химических элементов в различных ком-понентах водных систем в связи с их техногенным преобразо-ванием [27, 34, 50]. К сожалению, круг изучаемых элементовне очень широк, тогда как практически все виды человеческойдеятельности и производства, связанные с городами, образуютотходы, содержащие разнообразный комплекс химических эле-ментов.

В табл. 39 приведены упорядоченные по величине коэффи-циентов концентрации ряды распределения химических элементовв донных отложениях водотоков, дренирующих различные типыпоселений и промышленных предприятий. Это позволяет выявитьи сравнить формирующиеся здесь техногенные геохимическиеассоциации. Исследования проводились в пределах крупногоэкономического района, отличающегося достаточно однороднымландшафтно-геохимическим строением. Как видим, техногенныепотоки рассеяния в городах характеризуются широким комплек-сом химических элементов и очень высокими концентрациямимногих из них Качественный анализ техногенных геохимическихассоциаций в целом слабо выявляет специфику отдельныхпроизводств, промышленных зон или городов, поскольку обшир-ная группа микроэлементов характерна для большинства объек-тов. В то же время, несмотря на видимую качественную бли-зость состава, количественные соотношения целого ряда эле-ментов как внутри ассоциации, так и по отношению к ассоциа-циям других источников загрязнения заметно различны. В ре-зультате аномалия каждого конкретного объекта обладает специ-фическим геохимическим обликом.

155

Т а б л и ц а 39. Ассоциации химических элементов в донных отложениях

Т и п п о с е л е н и я

Города с населени-ем 100 тыс. человек

Города с населени-ем 30—100 тыс. че-ловек

О с н о в н ы е нидып р о м ы ш л е н н о с т иили производства

Тяжелое машиностро-ение, металлообработ-ка, кабельная, акку-м у л я т о р н а я , строи-тельная, пищевая про-мышленность и др.

Металлообработка,химическая, текстиль-ная, окраска тканей,электронная, строи-тельная промышлен-ность

Металлообработка,машиностроение,строительная про-мышленность

Экскаваторный завод

Коксохимическийк о м б и н а т

Строительная про-мышленность, метал-лообработка

С т р о и т е л ь н а я про-мышленность, метал-лообработка

К о э ф ф и ц и е н т к о н ц е н т р а ц и и К,

Более 100

Н к н у А ^ г , !

А К ' ) 2 | Н К ) 9 8

_

-

—

—

АК457НК.199

1 00 80

Сс1ьо2п->)

В1 4 8/П44СОи

Ми,?,,

А Й И

НЕ ,7

—

—

—

30 10

Си 2 ( ,М1 2 |РЬ 2 2 8П15

8Ь| 4 8ец

С(1 | 7 8г м Сгц

Сс1| 2 Се] |

—

Нйч

НК12С(1и

Си |7

\

10 3

V 7.п Сг МЬ В

X V ' В1 8г Ва Т1

8г РЬ Ва Со

7.п Н^ 8Ь8п РЬ 8 с

РЬ АО; 8г Ва

2п Мо Си 8г N1

В1 8г Си 2п 8с 8п

Сс1 2п В1 Р 8гСг N1

3-1,5

Со Ве Мо 8с \Ь Р

XV Мо V Мп

Р С и 8с 8г 7л- 1\ Со

В| N1 Ва

(Л1 '/М МО Мп

А ц Со N4) 8с 1л

Ва РЬ 8с 7л

»Ва Со РЬ 8с 2г Мо

Города с населени-ем до 30 тыс. чело-

Поселки юродско-го т и н а

Сельские поселения

Химическая, строи-тельная п р о м ы ш л е н -ность

Т к а ц к а я фабрика

Т е к с т и л ь н а я ф а б р и к а

Х и м и ч е с к а я п р о м ы ш -ленность (производ-ство г р а м п л а с т и н о к )

Н а у ч н ы й центр физи-ческого н а п р а в л е н и я

Научный центр радио-технического н а п р а в -л е н и я

Х и м и ч е с к а я п р о м ы ш -л е н н о с т ь (производ-ство пластмасс)

Вторичная переработ-ка цветных металлов

К и р п и ч н ы й завод

К е р а м и к е п л и т о ч н ы йзавод

Переработка сельхоз-п р о д у к ц и и

Поселок сельскоготипа

"

—

НВ„,АВ 1 И 7

АВ 1 Ч .

АВ„0

НВ1МЛВ17И

—

--

А^7!Н^]|

Нй5.)А^52

N1,5

Со1,,

В15,Н„,

—

РЬ„ВЫ

нк *

I I I

—

-

Си 17

В1,,,

Л К г а Н В а ,Си 1 2

СсЬг,8г2„

Нин,

РИ

"й2"Р п С и п / д т м

АВМ

В Н8

—

2п 8 г 8п Р РЬ

Си \У Ва РЬ 7.п Р8п

/и Ва РЬ

7л РЬ

В! Си 2п Р 8п РЬ

7л Си Сг 8с Сс!

8п А^ 8с С г Оа РРЬ Мо

8Ь 8и Ва С с!

Си Ва V Со

7л 7.г 8г РЬ Ва Си

А И Ва Си Р Со V

АО Со Р Си

В! Сг Со Мо Ва

8 г Мо Со V Сг N1

8г Со 8п Мо Сг Р

8п Сг В!

8г Со N1 8с Сг Ва

У 8п Оа N4) Т| /гУЬ 8г Мп N1 Со

Т| Со N1) Си V 8гВ а

Со С г 8 г

N1 2п Р 8г РЬ СгМп

Ац Со Оа

Сг Оа РЬ Мо N1

V 7п РЬ Ва Оа МпУ УЬ

Характерная особенность техногенныханомалий в донных отложениях --пре-имущественное концентрирование халько-фильных элементов (Н^, А^, Сс1, РЬи др.; коэффициенты к о н ц е н т р а ц и и этихэлементов достигают нескольких десяткови даже сотен). Как правило, Н&, А^, Сс1и в меньшей степени РЬ являются типо-морфными элементами большинства тех-ногенных ассоциаций в донных отложе-ниях. Очень часто именно в степени ихконцентрации и проявляется специфич-ность техногенной ассоциации. А н а л и злитературных данных также указываетна ведущую роль Н&, А&, Сс1, а также РЬв з а г р я з н е н и и водных систем.

Исследования состава техногенныхилов дает обшее представление об основ-ных загрязняющих веществах. Следус^,однако, помнить, что в донных отложе-ниях фиксируется результат дос!аточнодлительного антропогенного воздействияна данную водную систему. Поэтому состав донных отложений отражает несо-вершенство систем очистки сточных водне в настоящее время, а в более ранниепериоды воздействия.

Для выявления комплекса элементов-индикаторов современного загрязнениянеобходимо проведение специальных ис-следований состава воды вблизи источни-ков з а г р я з н е н и я . Эти исследования пока-зали, чго комплекс химических элементов,участвующих в загрязнении вод, оченьширок. Это хорошо видно на приводимыхпримерах, характеризующих наиболеечасто встречающиеся в урболандшафтахситуации. В частности, в зоне влияниямногопрофильного города (рис. 43) кромесравнительно хорошо изученных и опи-санных в литературе элементов (С<1, Н^,Си, РЬ, N1, Сг, некоторые другие), в тех-ногенной ассоциации присутствуют элементы, геохимическое поведение и эколо-гогигиеническое значение которых в вод-ных системах практически не изучено илиизучено очень слабо. Эти элементы (5Ь.

Рис. 43. Геохимические спектры в водеручья, принимающею сточные водыгорода.Сплошная л и н и я - средние з н а ч е н и якоэффициентов к о н ц е н т р а ц и и К( растворенных форм за месячный периоднаблюдения, п \ н к т и р — м а к с и м а л ь н ы езначения К, за тот же период

А^, V, 2 г , Ва, "П, Ве, V, А1) не учитываются с\ш,ествующимьслужбами контроля за состоянием вод. В то же время длямногих из них установлено отрицательное воздействие нажизнедеятельность многих организмов, в том числе и начеловека.

Широкий комплекс х и м и ч е с к и х элементов фиксируется в раст-воренной фазе потоков в зоне в л и я н и я двух других промзон(рис. 44) . Зона А отличается высокими содержаниями рядаэлементов и прежде всего Сс1 и Н^; характерная особенность —повышенные содержания, V, Са, Мо, 8п, Ва, Се, А1, УЬ, В!1п, Т1. Геохимический облик выявленной техногенной ассоциациипрактически всецело определяется элементами, техногеннаямиграция которых изучена очень слабо и которые никогда неучитываются при проведении контроля за качеством вод. В зонеБ обращает на себя в н и м а н и е высокое содержание приоритетных Сг, Со1, Н§, N1 - гипоморфиых элементов выявленной ас-социации. В то же время характерно увеличение концентрацийМо, Ва, УЬ, Оа, Ое, А1, в меньшей степени — В1 и 1п. Спе-цифично появление Т! — элемента, обладающего куммулятивнымдействием и высокотоксичного для водных организмов и чело-века.

Таким образом, несмотря нз существенное различие произ-водственного профиля рассматриваемых промзон, качественныйсостав характерных для них ассоциаций довольно близок. Выяв-ленные аномалии в водах отличаются комплексностью и, крометрадиционно контролируемых, включают широкую группу малоизученных с экологических позиций химических элементов. Раз

159

Рис. 44. Геохимические спектры в воде реки выше (сплошная л и н и я ) и ниже(пунктир) прудов-отстойников.Кс —коэффициент концентрации относительно фона. Характеристика зон А и Бприведена ь тексте

л и ч и е ассоциаций проявляется главным образом в характереконцентрации химических элементов и в меньшей степени в ка-чественном отношении, т. е. в появлении специфичных лишь дляданной зоны элементов. Выявленные особенности проявляютсяв составе взвешенной фазы водных потоков и иловых вод.

Геохимические процессы распределения и формы миграциихимических элементов в водных потоках рассеяния

Для выявления и п о н и м а н и я процессов формирования зон за-грязнения водных систем целесообразно рассмотреть характери-стики распределения химических элементов в структуре водногопотока рассеяния. В общем случае можно выделить зону сме-шения сточных и речных зон (зона смешения) и зону распреде-ления загрязняющих веществ природными факторами миграции(зона распределения). Зона смешения четко разделяется наверхний и нижний участки. На практике верхние участки зонысмешения представляют собой ручьи, принимающие сточныеводы города. В их пределах происходит смешение всех видовсточных вод и осуществляется начальный этап разбавления засчет поступления поверхностного стока. Качественные и коли-чественные параметры потоков определяются технологическимрежимом источников загрязнения. В пределах нижних участков

160

данной зоны происходит непосредственное смешение сточныхвод с речными, а характеристики зависят прежде всего от степе-ни разбавления. В зоне распределения параметры потоков рас-сеяния в большей степени зависят от природных факторовмиграции, обуславливающих естественное рассеивание, диффе-ренциацию и трансформацию загрязняющих веществ, их накопле-ние в донных отложениях и биоте.

Основные задачи исследования геохимических процессов рас-пределения химических элементов в структуре водного потокарассеяния: 1) изучение динамики распределения элементов вразных зонах потока с целью получения достоверной оценкиобщего уровня загрязнения вод, выявления закономерностеймиграции элементов, установления форм нахождения и их соот-ношения в зависимости от технологического режима источникапоступления; 2) изучение пространственного распределения эле-ментов и их форм нахождения в структуре потока для выявлениязональности, установления дальности, скорости и их механизмамиграции. Для решения этих задач необходимо проведение комп-лекса динамических наблюдений (режимные наблюдения за со-ставом воды в определенные отрезки времени) и прослеживаний(изучение изменения состава воды вниз по потоку от источниказагрязнения с определенным шагом опробования и с учетомскорости добегания водной массы) состава вод на створах восновных структурных частях потока, а также в фоновых усло-виях. Таких данных очень мало. Авторам удалось изучить харак-теристики водных потоков рассеяния в зоне влияния города,обладающего многопрофильной и хорошо развитой промышлен-ной структурой. Приводимые ниже материалы базируются надетальном изучен-ии бассейна типичной равнинной реки в усло-виях интенсивного антропогенного воздействия. Выявленныеособенности формирования техногенных водных потоков рассея-ния могут быть характерны и для других аналогичных водныхсистем.

Особенности распределенияхимических элементов в фоновых условиях

В фоновых условиях химические элементы мигрируют в видедвух основных потоков — растворенных и взвешенных форм(табл. 40). В динамическом ряду наблюдения растворенные фор-мы отличаются в целом слабо выраженным и незакономерноварьирующим распределением. Для взвешенных форм выявленавысокая степень неоднородности распределения. Отмеченные осо-бенности хорошо прослеживаются на графиках фактическогораспределения элементов в динамическом ряду наблюдения(рис. 45) и находят отражение в значениях коэффициентоввариации многих из них.

161

Рис. 45. Динамика распределения взве-шенных (пунктир) и растворенных(сплошная линия) форм химическихэлементов в воде фонового водотока

Корреляционный анализ не выявил каких-либо динамическихсвязей между двумя основными м и г р а ц и о н н ы м и потоками. Этосвидетельствует о том, что закономерности поведения взвешеннойи растворенной форм внутри водной массы достаточно различны.В частности, распределение растворенных форм химических эле-ментов в фоновых условиях определяется сложным взаимодей-ствием различных физико-химических, биогеохимических и гидро-динамических факторов, по разному сказывающихся на ихпоступлении и миграции в водной толще. Так, в течение всего

Т а б л и ц а 40 Формы нахождения химических элементов в воде фонового водотока

Элемент

Хром

Никель

Медь

Цинк

Кадмий

Ртуть

Свинец

Форман а х о ж д е н и я

Врврврврврврвр

Среднеес о д е р ж а н и е ,

м к г / л

9,803,00

4,132,60

4,697,62

14,5928,56

0,4040,240

0,00150,6600

5,272.20

Коэффициентв а р и а ц и и , %

1150

7673

8430

4240

7825

24081

6329

Содержание,В + Р. м к г / л

12,8

6,73

12,31

43,15

0,644

0,6615

7,47

Доляв з в е ш е н н ы х

форм, %

76,6

61,4

38,1

33,8

63,7

0,2

70,6

Примечание «В» и «Р» — соответственно взвешенные и р а с т в о р е н н ы е формы, приве-дены средние д а н н ы е за 10-дневный период опробования в межень

162

1 а б л и ц а 41 Сравнительная характеристика содержаний химических элементовво взвесях, донных отложениях и почвах в фоновых условиях, мг/кг

Э ч е ч е н т

ХромНикельМедьЦинкКадмийРтутьСвинец

Взвеси

Среднее

40928319571028

0,089439

К о э ф ф и ц и е н тв а р и а ц и и , %

90151894915215698

Донныео т л о ж е н и я

5118301230,3

0,0129

Почвы

452026520,3

0,0125

периода исследования растворенные формы отличались резковыраженной асинхронностью распределения. Более того, еслидля растворенных форм меди четко фиксировалась обратнаязависимость от расхода воды в реке, то для растворенных формртути, кадмия и цинка отмечена слабая положительная связь.Уровни содержания свинца и кадмия в речном растворе независели от водообильности потока. Таким образом, растворен-ные формы химических элементов отличаются незакономернымхарактером поведения в фоновых условиях.

Во взвешенной форме химические элементы в фоновых усло-виях мигрируют более согласным потоком. Исключение состав-ляет ртуть. В отличие от других элементов, для ее взвешенныхформ фиксируется четкая прямая зависимость от расхода и мут-ности воды. Это позволяет предположить, что для нее преобла-дает поступление с твердыми частицами с водосбора в периодыдождей. Это подтверждается хорошей корреляционной связьюабсолютных концентраций ртути во взвеси с мутностью (г 0,69) ирасходом воды (г 0,64), не установленной для других элементов.

Вероятно, в составе поверхностного стока существенное зна-чение имеют техногенные атмосферные выпадения, связанныес региональным переносом ртути от промышленных источников.Для остальных элементов взвешенные формы формируются глав-ным образом за счет внутриводоемных процессов вторичногоперераспределения речного материала.

В результате естественной дифференциации фоновая речнаявзвесь, представленная очень тонкодисперсным материалом, бо-лее обогащена химическими элементами, нежели почвы и донныеотложения (габл. 41). Подобная закономерность отмечается идля ряда крупнейших рек мира. Для средних и малых рекданное явление может быть выражено еще резче, посколькугранулометрический состав их взвесей в большей степени форми-руется за счет тонкодисперсных фракций.

В целом в условиях фона для Н§ характерна преимуще-ственная миграция в растворенном состоянии; для Си и 2п

163

Т а б л и ц а 42 Растворенные формы химических элементов в фоновых условиях,мгк/л

Форма н а х о ж д е н и я

ОрганическаяНеорганическаяОбщая растворенная

Доля органической фор-мы, %

N1

4,004,008,00

50,0

Си

2,734,677,40

36,9

/.п

6,5426,3632,90

19,9

С(1

0,030,580,61

5,0

Примечание Приведены средние д а н н ы е за 9 д н е в н ы й период н а б л ю д е н и я

растворенные формы в среднем составляют около 60—65%; дляСг, РЬ, Сс1 и N1 преобладают взвешенные формы (60—70%валового содержания). Выявленные соотношения взвешенных ирастворенных форм изученных элементов укладываются в рамкисуществующих глобальных оценок [23]. Практически для всехэлементов в течение всего периода исследования соотношениедвух основных форм миграции было достаточно стабильным,хотя в отдельные дни отмечались изменения как в сторонуувеличения доли взвешенных форм, так и наоборот. Растворен-ные формы складываются из неорганических и органическихкомпонент (табл. 42), причем для всех изученных элементовхарактерно преобладание неорганических составляющих и лишьдля никеля велико значение органических форм в растворе. Вовзвесях химические элементы также закреплены в различныхформах. В частности, для никеля характерно преобладаниесорбционно-карбонатных форм, а для меди — органических исорбционно-карбонатных.

Особенности распределения химических элементов в техногенныхводных потоках рассеяния

В условиях загрязнения поведение химических элементов опреде-ляется сложным взаимодействием техногенных и природных фак-торов.

В пределах верхнего участка зоны смешения, характеризую-щего поставку химических элементов источниками загрязнения,техногенные а н о м а л и и в водах формируются в результате поступ-ления двух основных потоков — потока взвешенных и потока рас-творенных форм (табл. 43). Для всех элементов велико значениевзвешенных форм, причем для Сг, РЬ, Си и 2п они являются пре-обладающими.

Сумма растворенных форм складывается из неорганической иорганической компонент (табл. 44), причем техногенные анома-лии проявились, хотя и в разной степени, в обеих компонентах.Для растворенных Си, 2п и N1 характерно преимущественное по-ступление в неорганических формах, а для Сс1 — в органических.Такое соотношение может быть связано с тем, что в загрязненных164

Т а б л и ц а 43 Химические элементы во взвешенной (В) и растворенной ( Р ) фор-мах в пределах верхнего участка зоны смешения водного потока рассеяния

Элемент

Хром

Никель

Медь

Цинк

Кадмий

Ртуть

Свинец

Форманахожде-

н и я

ВРвРвРвРвРвРвР

Сред-нее,

м к г / л

29,5010,6026,148,073,7034,30

69,848,2

3,226,140,5520,730

63,505,63

К о ^ ф ф ициент ва-

р и а ц и и , %

608786496786623468

23813752

178105

Кс

3,023,536.32

19,515,714,54,781,697,97

25,63681 , 1 1

13,102,56

Общее сод е р ж а н и е ,

В + Р,м к г / л

40,1

74,1

108

1 1 8

9,361,282

69,13

К,

3,1

1 1

8,8

2,8

14,51,94

9,4

Доля взве-шенной формы от общего содержа

н и я %

73,57

35,22

68,24

59,15

34,40

43,1

91,85

Примечание П р и в е д е н н ы е средние д а н н ы е за 32 д н е в н ы й период н а б л ю д е н и я в летнююм е ж е н ь , К - коэффициент к о н ц е н т р а ц и и относительно фонового с о ( е р ж а н и я

водах заметно снижается относительная доля высокомолекуляр-ных природных органических веществ типа «водный гумус» и начи-нает преобладать техногенная низкомолекулярная органика. Хоро-шо известно, что комплексообразующая способность последней вотношении Си и N1 немного ниже, чем у гумусовых веществ [23].Поэтому в условиях загрязнения доминируют их комплексы с не-органическими лигандами, а также ионные формы. За счет болеевыраженного сродства цинка к низкомолекулярным органиче-ским лигандам в условиях загрязнения отмечается некоторое уве-личение доли его органических растворенных форм. Кадмий, какизвестно, отличается невысокой комплексообразующей способно-стью; малохарактерна для него и связь с природными органичес-

Т а б л и ц а 44 Растворенные формы химических элементов в зоне смешениятехногенного потока рассеяния

Форма н а х о ж д е н и я

ОрганическаяНеорганическаяОбщая растворенная

Доля органическойформы, %

Медь

I

7,3033,6040,08

17,85

II ,

2,9012,4815,38

18,66

Ц и н к

I

11,4639,2750,73

22,59

II

1 1 ,3026,1437,44

30,18

Никель

I

10,2145,8856,09

18,20

I I

4,4013,8018,20

24,18

К а д м и й

1

0,404,859,25

47,57

II

0,720,981,70

42,35

Примечание I и I I соответственно верхний и н и ж н и й у ч а с т к и зоныприведены средние д а н н ы е за 30-дневный период наблюдения в межень

165

Т а б л и ц а 45. Формы нахождения химических элементов в техногенной взве-си в зоне смешения техногенного потока рассеяния

Эле-мент

Ни-кельМедь

Кад-мииС ч и -нец

У ч а с т о кзоны сме-

шения

В е р х н и йН и ж н и йВ е р х н и йНижнийВ е р х н и йНижнийВ е р х н и йН и ж н и й

Вало-вое со-держа-

ние,мг/кг

425,00257,50

1412,25730,00

71,2535,67

516,67952,86

Среднее с о д е р ж а н и е ( в м ! / к г ) э л е м е ш о в , н а х о д я щ и х с яв форме

с о р б н и о н н о -карбонатной

178, 88-- (42, 09)128,88— (50,00)

123,81 (16,96)61,30(4,34)

50,35(70,66)27,58(77,32)

118,54(12,44)96,57(18,69)

о р г а н и ч е с к о й

75,08(17,65)35,92(13,75)

261,28(17,79)189,00(25,89)

0,67(0,94)0,33(0,92)

71,27(7,48)72,80(14,09)

г и д р о к с и д н о й

8 1 , 2 2 ( 1 9 , 1 1 )35,58(14,03)

332,22(23,52)233,97(32,05)

1 2 , 4 1 ( 1 7 , 4 2 )7.05(19,78)

255,67(31,03)171,22(33,14)

к р и с т а л л и -ческой

88,89(21,15)57,20(22,20)

757,69(54,35)183,22(25,10)

7,82(10,98)0,71 (1,98)

467,38(49,05)176,08(34,08)

Примечания В с к о б к а х у к а з а н а доля ф о р м ы в валовом с о д е р ж а н и и , п р и в е д е н ысредние з н а ч е н и я за 30-дневный период наблюдения в л е т н ю ю межень, м ч т н о с т ь водыв пределах в е р х н е г о и н и ж н е г о участков соответственно р а в н а 53,1 и 28,0 м г / л

кими лигандами, поэтому в природных условиях его преобла-дающей формой является неорганическая ионная [23]. В то жевремя для Сс1 установлена способность активно формироватьдостаточно устойчивые хелатные соединения с синтетическимиорганическими веществами (например, с ПАВ) [34], По-види-мому, это и объясняет высокую долю органически связанногорастворенного кадмия в сильно загрязненных водах, содержащихбольшие количества техногенных органических веществ.

Принципиальное значение имеет выяснение форм нахожденияхимических элементов в техногенной взвеси. Установлено, чтодля многих элементов характерно преимущественное закрепле-ние в геохимически подвижных (сорбционно-карбонатных, ор-ганических, гидроксидных) формах (табл. 45). Это свидетельст-вует о высокой миграционной способности, потенциальной воз-можности преобразования и экологической опасности химиче-ских элементов, связанных со взвесью.

Яркой особенностью как для взвешенных, так и для раство-ренных форм в динамическом ряду наблюдения в пределах верх-него участка зоны смешения является резко выраженная неод-нородность их распределения на коротких интервалах времени(рис. 46). Характерно, что неоднородность фиксируется на общемвысоком фоне их содержаний. Для большинства элементов техно-генные аномалии устойчивы во времени (табл. 46).

Для всех элементов корреляционный анализ не показал вре-менной связи их распределения во взвешенной и раствореннойформах. Таким образом, техногенная поставка загрязняющих ве-ществ осуществляется двумя независимыми способами — совзвесью и в растворе. Вместе с тем при анализе распределенияво времени ассоциаций химических элементов устанавливаетсяразличие между растворенными и взвешенными формами. Взве-шенные формы всех элементов варьируют согласованно. В раст-166

Рис. 46. Динамика распределения взвешенных (пунктир) и растворенных (сплош-ная л и н и я ) форм химических элементов в воде ручья в пределах верхнего участказоны смешения

Т а б л и ц а 46 Встречаемость дней с высокими содержаниями взвешенных (В) ирастворенных (Р) форм нахождения химических элементов в водном потокерассеяния (в % от всего периода наблюдения)

Элемент

Хром

Никель

Медь

Цинк

Кадмий

Ртуть

Свинец

Форманахож-дения

ВРвРвРвРвРвРвР

Превышение фонового содержания в зонах

смешения потока

любое

Вер9756

9797

10097

9772

9794

9750

9747

3раза

хний4156

8197

9766

783

8488

97

8822

5

раз

учас1622

4197

3431

28

5672

97

6313

10раз

ток

6

19

78

66

9

3447

97

193

лю-бое

Ниу4156

5966

9784

8856

6663

10031

9063

3раза

кний3

41

1359

4113

93

1650

943

4528

5

раз

учас

16

41

16

—

322

913

1519

10раз

ток

3

6

6

I

3

69

56

распределенияпотока

лю

бое

4744

5978

9488

8481

6363

10031

7869

3раза

22

3

69

93

6

931

883

931

5

раз

3

50

33

^

9

69

39

10раз

—

6

3

—

I53

3

Примечание Период наблюдения 32 дня

воре распределение большинства элементов независимое. Поступ-ление растворенных форм элементов от источника загрязненияотличается незакономерным и варьирующим во времени харак-тером. Взвешенные формы поступают и мигрируют синхронно,согласованным во времени появлением максимальных содер-жаний.

Верхний участок зоны смешения характеризуется поступлениемдвух очень динамичных и самостоятельных потоков загрязняющихвеществ. В целом поставка химических элементов осуществляетсяв темпах, содержаниях и формах, существенно отличающихсяот фоновых. Для многих элементов ведущее значение имеют ихвзвешенные формы, что связано как с увеличением мутностипотоков, так и с повышением их абсолютных концентраций в самойвзвеси. Аномалии во взвешенной форме более устойчивы и син-хронны и в значительной мере определяют уровень загрязненияводных систем.

Поведение химических элементов в пределах нижнего участказоны смешения во многом зависит от гидродинамических факто-ров, которые обуславливают разбавление поступающих сточныхвод речными. Как известно, перемешивание загрязняющих ве-ществ в речном потоке в случае длительного их поступления при168

Т а б л и ц а 47 Сопоставление фактических и расчетных концентраций некоторыхкомпонентов в зоне смешения сточных и речных вод

Э л е м е н т

Никель

Медь

Цинк

Хром

Кадмий

Свинец

Форма н а -х о ж д е н и я

Вр

вр

вр

в

в

в

Ф а к т и ч е с к и е д а н н ы е

Р е ч н а яфоновая

вода

1,2510,80

4,298,80

19,1816,60

3,87

0,11

2,68

В е р х н и йучасток

зоныс м е ш е н и я

23,7322,40

61,2438,60

75,4629,40

32,57

2,61

52,21

Н и ж н и й \ ч а сток (створ

полного смсш е н и я )

5,5015,20

20,8015,40

30,8021,80

9,47

0,78

13,55

Р а с ч е т н ы ек о н ц е н т р а ц и и

для створаполнот о сме-

ш е н и я

8,7014,70

23,2018,70

37,8020,90

13,44

0,84

19,19

Примечание «В» и «Р» — соответственно взвешенные и р а с т в о р е н н ы е формы

установившемся процессе оценивается соответствующими уравне-ниями баланса, хорошо известными и применяемыми в гидроло-гических исследованиях и позволяющими рассчитать уровень за-грязнения на различных расстояниях от источника.

Натурные исследования и расчетные данные показали, чтодля растворенных форм химических элементов в условиях ниж-него участка зоны смешения ведущее значение имеет физиче-ское разбавление. Об этом свидетельствует неплохая сходимостьрасчетных и фактических данных по этим формам (табл. 47),т. е. поведение этих форм определяется преимущественно проце-ссами гидродинамического перемешивания и соответственно раз-бавления исходных концентраций в сточных водах речной водой.Для взвешенных форм элементов в зоне смешения, кроме того,существенны процессы ускоренного механического выпадения измиграционного потока в составе прежде всего грубой взвеси.Это является следствием подпруживания потока сточных вод иуменьшения скорости течения. Возможно определенное значениеимеет коагуляция тонкой взвеси и ее последующее осаждение.В частности, здесь может выпадать до 30% аномальных коли-честв взвешенных Сг, N1, РЬ, до 20% 2п и Си, связанных преиму-щественно с кристаллическими формами (см. табл. 45). Потерирастворенных форм невелики, и, по-видимому, происходят главнымобразом за счет попутной сорбции взвешенным веществом. Этоприводит к заметному снижению содержаний всех элементов.Однако, аномалии по-прежнему достаточно стабильны во вре-мени (см. табл. 46), а распределение химических элементов в

169

динамическом ряду наблюдений также остается резко неоднород-ным (рис. 47, табл. 48). Следует отметить, что варьирующий ха-рактер распределения в большей мере связан с появлением единич-ных экстремально высоких содержаний как растворенных, так ивзвешенных форм. Характерно, что вследствие процессов гидро-динамического перемешивания и разбавления между двумя миг-рационными потоками элементов — взвешенным и растворен-ным — устанавливается неплохо выраженная динамическая связь.170

Рис. 47. Динамика распределения взвешенных (пунктир) и растворенных (сплош-ная линия) форм химических элементов в воде реки в замыкающем створезоны смешения

Т а б л и ц а 48 Химические элементы во взвешенной ( В ) и растворенной ( Р ) фор-мах в нижнем участке зоны смешения (замыкающий створ зоны) водного потокарассеяния

X И М И Ч С

( . К И И

3 * 1 е м 1 _ н т

Хром

Никель

Медь

Цинк

К а д м и й

Ртуть

Свинец

Ф о р м ана коЖ ],<.

Н И Н

вР

вР

вР

вР

вР

вР

вР

( редпеем к г / т

10,608,47

6,4811,0

15,91.1,8

26,333,8

0,7530,800

0,0450,696

13,506,66

К о э ф ф и ц и е н тв а р и а ц и и %

59113

7282

8479

4745

89129

153101

90136

К

1,12,92

1,64,4

3,41,91

1.91,2

23,33

461 , 1

2,63,03

Общее сид е р ж а н и е

В 4-Р М К Г / 1

19,07

17,58

29,70

60,10

1 553

0,741

20, 1 Ь

к

1,5

2.5

2,4

1,4

2,4

1,12

2,6

Доля в з в е ш е нной формы отобщего с одер

ж а н и я , %

55,58

36,9

53,55

43,76

48,49

6,07

67

Примечание П р и в е д е н ы средние д а н н ы е за 3 2 - д н е в н ы й период наблюдения н м е ж е н ь .К, — к о э ф ф и ц и е н т к о н ц е н т р а ц и и опюоительно фоновою ю д е р ж а н и я

Это проявляется наиболее четко для Си, 2п, N1 и Сг. Заметно воз-растает в динамическом ряду наблюдения согласованность враспределении ассоциации элементов в растворе. Еще более онаувеличивается для взвешенных форм.

Процессы разбавления и гидравлического осаждения грубойвзвеси привели к определенному изменению в соотношении раз-личных форм миграции химических элементов. Это выражаетсяпрежде всего в увеличении относительной доли растворенныхформ почти для всех элементов (см. табл. 48). Для большинстваэлементов характерно и более стабильное соотношение двух ос-новных форм в течение всего периода исследования, что такжеуказывает на установление определенного динамического равно-весия в водной массе. Характерно, что существенных измененийв соотношении растворенных неорганических и органическихформ не отмечено (см. табл. 44). Это подтверждает вывод опреобладающем влиянии на поведение растворенных форм взоне смешения процессов физического разбавления. Даль-нейшее распределение химических элементов в русле реки опре-деляется, главным образом, естественными факторами их миг-рации.

Поведение химических элементов в пределах зоны распре-171

Рис. 48. Распределение взвешенных (сплошная л и н и я ) и растворенных (пунктир)форм химических элементов в техногенном потоке рассеяния.Кс — коэффициент к о н ц е н т р а ц и и относительно фона, стрелкой показано началозоны распределения

деления з а г р я з н я ю щ и х веществ природными факторами мигра-ции, определяется взаимодействием двух групп разнонаправлен-ных процессов: 1) способствующих их выведению из водноймассы в донные отложения и биоту; 2) обусловливающие ихпоступление из донных отложений и биоты в водную массу. Прин а л и ч и и постоянно действующих источников загрязнения пре-обладают процессы первой группы, что и приводит к формиро-ванию в донных отложениях контрастных и протяженных тех-ногенных а н о м а л и й . Естественно, что в процессе миграции можетпроисходить преобразование первоначальных форм нахожденияхимических элементов в результате взаимодействия различныхфизико-химических процессов в системе «вода — взвесь —донные отложения — биота».

Распределение химических элементов в данной зоне потокарассеяния характеризуется несколько неоднородным, но в це-лом постепенным убыванием содержаний по мере удаления отисточника загрязнения (рис. 48). Наиболее стабильно и конт-растно' техногенные аномалии проявляются для взвешенныхформ. Аномалии растворенных форм менее контрастны, а дляряда элементов отмечено лишь эпизодическое появление значи-мых содержаний на отдельных участках потока.

Существующие различия в интенсивности миграции химиче-172

Рис. 49. Зональность распределения химических элементов в техногенном потокерассеяния:а растворенные формы, б - концентрации элементов во взвеси, я — абсолют-ные массы, переносимые со взвесью, К( — коэффициент н а к о п л е н и я относительнофоновых концентраций

ских элементов обусловливают неплохо выраженную зональ-ность их распределения в потоке рассеяния (рис. 49). Это позво-ляет предположить существенное значение процессов вторич-ного переотложения речного материала для формирования зонзагрязнения в донных отложениях, особенно в краевых частяхпотоков рассеяния. В целом, протяженность гидрохимическиханомалий велика и для наиболее контрастно концентрирую-щихся элементов достигает 20—25 км и более.

Динамические параметры потоков рассеяния в данной зонеотличаются более спокойным характером (рис. 50,табл. 49).

Т а б л и ц а 49 Химические элементы в растворенной (Р) и взвешенной ( В ) фор-мах в зоне распределения техногенного водного потока рассеяния

Элемент

Хром

Никель

Медь

Цинк

К а д м и й

Ртуть

Свинец

Форманахождения

ВРвРвРвРвРвРвР

Среднее,м к г / л

10,35,50

5,2713,4

121523,423,6

0,6260,543

0,0620,596

9,245,94

К о э ф ф и ц и е н тв а р и а ц и и , %

5578567858

10262318165377861

103

к

1,11.93

1,35,22,62

1,50,93

1,62,26

43,30,91,752,7

Общее содерж а н и ( _ В + />

М К 1 / Л

15,8

18,67

27

58,0

1,169

0,658

15,18

К

1.2.3

2,8

2,2

1,34

1,92

1

2,03

До 1я в в н е ш е нн о н ф о р м ы отобщею содер

/, < | Н И Я , %

65.19

29,23

44,4

40,3

53,55

9.42

60,9

Примечание Приведены средние д а н н ы е за 32-дневный период н а б л ю д е н и я . К, - коэф-фициент к о н ц е н т р а ц и и относительно фонового содержания

173

Рис. 50. Динамика распределения взвешенных (пунктир) и растворенных (сплош-ная линия) форм химических элементов в зоне распределения техногенногопотока рассеяния

Однако для растворенных форм элементов неоднородность до-статочно велика. Они отличаются и более частым появлениемвысоких к о н ц е н т р а ц и й (см. габл 46). Корреляционный анализне показал ч е т к и х временных взаимосвязей между д в у м я основ-ными м и г р а ц и о н н ы м и потоками химических элементов, т. е. миг-рация загрязняющих веществ осуществляется в виде двух неза-висимых потоков. Вместе с тем, если растворенные формы хи-мических элементов, входящих в выявленную ассоциацию, миг-рируют асинхронно, то распределение взвешенных форм отли-чается высокой согласованностью.

174

Рис. 51. Формы нахождения химических элементов во взвешенных частицахтехногенного потока рассеяния:/ — сорбционно-карбонатные, 2 - органические, 3 — гидроксидные, 4 — кристал-лические

При общем убывании уровней содержания элементов засчет их выведения из миграционного потока или поступленияв него происходит процесс химической дифференциации пере-носимого материала. Это проявляется в некотором изменениисоотношения различных миграционных форм х и м и ч е с к и х эле-ментов. Так, установлено относительное увеличение доли взве-

175

Т а б л и ц а 50 Растворенные формы химических элементов в зоне распре-деления техногенного потока рассеяния, мкг/л

Форма н а х о ж д е н и я

ОрганическаяНеорганическаяОбщая растворенная

Доля органической формы

\1

4,9011,6016,50

29,7

Си

2,0910,1112,20

17,1

/ п

10,5526,1536,70

28,8

СЛ

0,120,610,73

16,4

Примечание П р и в е д е н ы с р е а н и е данные за 30 д н е в н ы й период наблюдения в межень

шенных форм для Н§, Сс1 и Сг (см. табл. 49), доли растворен-ных неорганических форм Сё (табл. 50). Для взвешенных формН§, N1 и Си вниз по потоку отмечено увеличение относитель-ной доли органических соединений Кроме того, для N1 характер-но относительное возрастание сорбционно-карбонатных форм(рис. 51).

Изменение соотношения различных форм нахождения хими-ческих элементов указывает, что их поведение и миграцияв зоне распределения обусловливаются не только процессамигидравлического осаждения взвеси или взмучивания донных от-ложений, но и р а з л и ч н ы м и физико-химическими процессами,происходящими в толще воды и донном осадке (сорбционныепроцессы, поглощение биотой, выщелачивание из твердого ма-териала и др.).

Таким образом, поступление химических элементов в водото-ки от техногенных источников загрязнения превышает природ-ное, резко отличается от него динамическими параметрами,формами нахождения и характером ассоциаций, создаваемыхпрежде всего накоплением элементов с малым кларком и по-вышенной токсичностью. Это проявляется в развитии комплекс-ных аномалий микроэлементов, фиксирующихся в растворен-ных формах. Для многих элементов ведущее значение имеетконцентрирование во взвешенной форме, что связано как с по-вышенными их содержаниями во взвеси, так и с увеличениемв антропогенных потоках общего ее количества. Закономерно-сти миграции и распределения химических элементов в водномпотоке определяются наличием двух зон — зоны смешения сточ-ных вод и зоны распределения антропогенных веществ природ-ными факторами миграции. Для первой зоны характерны высо-кая изменчивость содержаний элементов на коротких интерва-лах времени, нестабильность соотношения форм миграции.Динамические характеристики потока хорошо коррелируют срежимом поступления элементов от источников загрязнения,уровни содержаний определяются степенью разбавления и ме-ханическим осаждением взвеси. Вторая зона отличается умень-шением пространственно-временных флюктуации содержанийэлементов, более стабильным соотношением их миграционных

176

форм и иногда пространственной зональностью. Распределе-ние химических элементов в водной массе определяется ско-ростями осаждения взвеси, сорбции из раствора и процессамивторичного поступления их донных отложений.

Потоки рассеяния в донных отложениях

Многочисленные исследования указывают на то, что ведущуюроль в загрязнении водных систем играют донные отложения(техногенные и л ы ) , формирующиеся в результате седимента-ции взвешенного в воде материала и его взаимодействия с вод-ной фазой Донные отложения, являясь конечным звеном ланд-шафтно-геохимических сопряжений, интегрируют геохимиче-ские особенности водосборной площади. Это позволяет по иххимическому составу выделить техногенные потоки и оценитьстепень техногенной нагрузки на водоток. Их изучение важносамо по себе, так как, являясь по в ы р а ж е н и ю В. И. Вернад-ского «подводной почвой», донные отложения определяют мно-гие особенности экологии водных систем Имеющийся литератур-ный материал свидетельствует в ряде случаев о сублетальнойтоксичности загрязненных металлами донных отложений дляводных организмов. Результаты натурных и эксперименталь-ных наблюдений указывают на возможность перехода загрязняю-щих веществ из донных отложений в водную фазу. При этом,в случае интенсивного загрязнения, время их отрицательноговоздействия может быть очень велико даже при прекращениисброса сточных вод Вывод химического элемента из водной фазысвидетельствует лишь о временном «самоочищении» водной мас-сы, но не водного объекта (как экологической системы).

При изучении потоков рассеяния в донных отложениях п р и н -ципиальное значение имеет выяснение их морфологических осо-бенностей и форм нахождения химических элементов.

Задача и з у ч е н и я пространственного строения потоков рас-сеяния состоит прежде всего в том, чтобы: 1) установить харак-тер их территориальной связи с источниками загрязнения вод,2) определить размеры воздействия различных источников,3) оценить пространственное соотношение распределения кон-центраций различных х и м и ч е с к и х элементов, обусловленноеразличием в интенсивности их миграции; 4) исследовать харак-тер связи распределения химических элементов с геоморфоло-гическими особенностями водотоков; 5) выявить типы геохими-ческих барьеров, обусловливающих высокие уровни накопле-ния загрязнений в водотоках и водоемах, и, следовательно,наиболее вероятные у ч а с т к и опасного в л и я н и я на живые ор-ганизмы.

Рассмотрим морфологические особенности потоков рассеянияв пределах типичного равнинного урболандшафта, представлен-

177

Рис. 52. Распределение серебра и никеля в донных отложениях реки в зоневлияния города.Тонкая л и н и я -- фактическое распределение, ж и р н а я л и н и я - осредненное рас-пределение, стрелкой показано место сброса основного объема промышленныхи бытовых сточных вод города, р и м с к и м и ц и ф р а м и обозначены выделяемые\частки (см. табл 53)

ного средним городом с многопрофильным характером производ-ства и связанной с ним свалкой отходов (рис. 52, табл. 5 1 ) .Характер распределения химических элементов в донных отло-жениях всецело определяется либо типом воздействия, либоособенностями геоморфологического строения русла малой реки.Это позволяет выделить в водотоке ряд участков с характернымлишь для них распределением элементов.

В пределах участка I (жилой зоне города) формированиепотоков рассеяния связано с влиянием поверхностного стока источных вод отдельных предприятий (металлообработки и сред-него машиностроения), поступающих в реку по ручью. В пре-делах участка II, расположенного в промышленной зоне города(тяжелое машиностроение, металлообработка, аккумуляторное,кабельное, химикометаллургическое и другие виды производств)осуществляется сброс основных объектов промышленных и быто-вых вод города, также поступающих в реку по ручью. УчастокI I I представляет собой геохимический барьер, обусловленный

178

Т а б л и ц а 51 Химические элементы в донных отложениях малой реки в зоневлияния города

Примечание К, к о э ф ф и ц и е н т к о н ц е н т р а ц и и о т н о с ш е л ь н о фоново!0 содержания, ^ —коэффициент в а р и а ц и и , %, выделенные у ч а с т к и с о о т в е т с т в у ю т анажл и ч н ы м на рис 83

геоморфологическим строением русла -- резкое выполаживаниеего продольного профиля, наличие островов и затонов, с интен-сивным развитием в последних водной растительности, заметноесужение русла реки, что создает определенный подпор речныхвод, т. е. н а л и ч и е м условий, способствующих а к к у м у л я ц и и пере-носимых взвешенных и донных насосов. В пределах зоны влия-ния крупной свалки бытовых и промышленных отходов (учас-ток IV) химические элементы поступают с поверхностнымстоком по системе ручьев, а также при разгрузке загрязненныхгрунтовых вод. Распределение х и м и ч е с к и х элементов в перифе-рийной части потока (участок V) связано с разубоживаниемтехногенного материала природным и с естественным затуха-нием аномалий.

Потоки рассеяния в пределах жилого района города харак-теризуются сравнительно невысокими содержаниями элементов идовольно отчетливо выраженной вариацией их распределения(см. табл. 51, рис. 52). В отдельных точках фиксируются конт-растные локальные а н о м а л и и Н§ (Кс до 2200), А^ (до 150),5п (до 20), в меньшей степени 7.п и РЬ. Протяженность анома-л и й невелика (до 4 — 5 к м ) . Для пространственного распределе-ния наиболее контрастно н а к а п л и в а ю щ и х с я элементов отмеченадостаточно высокая степень корреляции. Это указывает на един-ство источника их поступления — с поверхностными и сточнымиводами по ручью.

Промышленный район города отличается резким увеличениемсодержаний многих элементов (см. рис. 52). Здесь фиксируютсяконтрастные аномалии Си и Лп, являющихся типоморфными

179

элементами для данной зоны (см. табл. 51). Наиболее значи-тельные по интенсивности аномалии образуют А§ (Кс до 400—500), Не и Си (Кс до 100—150), РЬ, N1, 5п, Си, Лп (Кс до20—40). Если в пределах жилой зоны содержания даже всоседних точках опробования варьировали от высокоаномальныхдо фоновых, то здесь аномалии элементов очень стабильны ивариации проявляются в высоких областях аномальности. Напри-мер, коэффициенты концентрации Си меняются в соседних точ-ках от 15—20 до 30—50, редко до 100; А& от 70 до 300—500,5п от 5 до 15—20; Н§ от 10 до 40—50, редко до 70—100; РЬ от8—10 до 15—20, что находит отражение в уменьшении их коэф-фициентов вариации. Поскольку основным источником поступ-ления загрязняющих веществ являются сточные воды, то длябольшинства химических элементов отмечается очень высокаястепень пространственной корреляции (коэффициенты парнойкорреляции превышают значение доверительного уровня при0.1% уровня значимости).

Отличительной особенностью следующего участка реки(см. табл. 51, рис. 52, участок III) является максимальное на-копление практически всех элементов, прежде всего Сс1, А§, Н§,а также нарушение корреляционных связей между ними, фикси-руемых на других участках. Это связано с тем, что данныйучасток является геохимическим барьером, на котором создают-ся благоприятные условия для осаждения (но с разной интен-сивностью) химических элементов, прежде всего их взвешенныхформ, а также влекомых наносов.

В пределах участка IV на поток рассеяния города как бынакладывается воздействие свалки отходов. Это находит отра-жение в очень высоких, но резко варьирующих концентрацияхмногих элементов и особенно СА, 5п, А^, №, Сг (см. табл. 51).Контрастные аномалии 5п, возможно, обусловлены захоронениемв прошлые годы отходов с завода по его переработке (около40 лет назад).

Непосредственно ниже свалки графики распределения эле-ментов остаются относительно варьирующими, а для всех эле-ментов четко проявлена тенденция к снижению уровней содер-жания. Общая протяженность изученного потока рассеянияширокой группы химических элементов, связанного с воздейст-вием города и свалки отходов, составляет более 40 км. Постепени контрастности накопления, особенностям измененияконцентраций элементов и их соотношения в пространстве в строе-нии изученного потока выделяется ряд характерных участков,закономерно связанных со структурой урболандшафта и геомор-фологическим строением русла. В то же время, несмотря наналичие этих участков, химические элементы прослеженной ас-социации в целом мигрируют с неплохой степенью согласован-ности, которая локально нарушается на геохимических барьерах

180

и в зонах поступления дополнительных потоков от второстепен-ных источников загрязнения. Особенно сильно корреляция прояв-ляется вблизи источника; по мере удаления корреляционныесвязи несколько нарушаются. По-видимому, при удалении от ос-новного источника воздействия возрастает роль вторичного пере-отложения речного материала, приводящая к возрастанию неод-нородности распределения элементов в донных отложениях.

Обычно потоки рассеяния в донных отложениях описываютсякак линейные объекты. В действительности же они обладаютреальной шириной и мощностью. Изучение формы потоков рас-сеяния имеет большое методическое и практическое значение,поскольку оно позволит детализировать процессы их формиро-вания в руслах водотоков, реально оценить общий уровень за-грязнения реки и ее отдельных участков, получить материал, не-обходимый для прогнозирования развития потока загрязняющихвеществ в водотоках; важен этот материал и для организацииотбора проб.

Русло равнинных рек представляет собой сложно построенныйкомплекс разнообразных форм рельефа, структурно-морфологи-ческие особенности которого определяются гидродинамическимипараметрами водотока и литологией руслоформирующих отло-жений. Речное русло создается в процессе взаимодействия дви-жущейся водной массы и взвешенного в ней твердого материалас подстилающими ее донными отложениями. Течение рек вслед-ствие сложности формы естественных русел почти никогда не бы-вает равномерным и носит неустановившийся характер. Даже вмеженные периоды, когда расходы воды в реке не меняются,неустановившееся движение воды отличается, как правило, тур-булентным характером. Осаждение химических элементов, миг-рирующих с водной массой (в первую очередь, со взвесью),определяется выше названными процессами, а их распределениепо руслу носит неоднородный характер. Кроме того, в процессеперемещения наносов речной поток непрерывно обмениваетсятвердыми частицами с дном, что также способствует дифферен-циации речного аллювия и связанных с ним химических эле-ментов.

Анализ распределения химических элементов по площадирусла в зоне смешения сточных и речных вод показал зависи-мость пространственной структуры аномалий от гидродинамиче-ских особенностей водотока, отчасти определяемых геоморфо-логией устьевой зоны ручья, дренирующего сток города (рис. 53).Наиболее контрастные аномалии связаны с участками замедле-ния течения и приурочены к местам накопления техногенныхилов. Сложное гидродинамическое поле рассматриваемого участ-ка обусловливает значительную литологическую пестроту донныхотложений, что приводит к формированию мозаичной структурытехногенных аномалий в плане. По мере удаления от устьевой

181

Рис. 53. Распределение кадмия (сплошнаялиния) на различном расстоянии от местасброса сточных вод города.Кс — коэффициент концентрации кадмия относительно фона, М — превышения над урезом устья ручья (в м), пунктир — линияпродольного профиля ручья

зоны гидродинамический режим потока становится более устано-вившимся и спокойным, что находит отражение в формированиисплошной зоны техногенных илов и в более широком развитиитехногенных аномалий

Изучение распределения химических элементов на участкерусла реки, характеризующегося развитием свободных излучин,также указывает, что площадная структура техногенных ано-малий всецело определяется литолого-геоморфологическими осо-бенностями строения русла (рис 54). Места наиболее интенсив-ной аккумуляции илистых отложений отличаются повышеннымнакоплением химических элементов, что и обусловливает мозаич-ность аномалий в плане Приводимый пример свидетельствует отом, что гидротехнические сооружения могут оказывать сущест-венное влияние на пространственные особенности потоков рас-сеяния в донных отложениях В частности, для большинства изу-ченных элементов в потоке (см. рис 54) характерно довольноотчетливое разделение на две зоны: первая (до бывшей плотины)характеризуется в целом более широким распределением ано-мальных участков, вторая (ниже плотины) — большим распрост-ранением участков с фоновым содержанием элементов Вероятно,плотина играла роль барьера для основной массы твердого мате-риала, что нашло отражение и в характере распространенияпесчано-илистых отложений.

Особенности пространственного строения потоков рассеяния вдонных отложениях во многом зависят от геоморфологическихособенностей русла и долины рек В частности, характерраспределения элементов в потоке рассеяния может сильно ме-няться при прохождении озеровидных расширений или прудов,созданных на реках Как правило, такие водоемы являютсяперехватчиками существенной части взвешенного вещества, чтооказывает влияние на пространственную дифференциацию ас-социаций химических элементов (табл 52). В то же время сле-дует помнить, что такие барьеры могут являться и вторичнымиисточниками загрязнения водной фазы Большое значение имеет182

Рис. 54. Литологическая схема (а) и распределение меди (б) в донных отложе-ниях реки в зоне смешения сточных и речных вод:/ — гравийно галечн ле отложения с песчаным заполнителем, 2 — крупнозернистые пески, 3 — тонкие илистые пески, 4 — ил, 5 — острова, 6 — граница речнойотмели, 7—13 — коэффициенты концентрации меди (7 — менее 1,5, 8—1,5—3,9 — 3—6, /0 — 6—9, / / — 9—12, /2— 12—15, 13 — более 15)

характер продольного профиля водотоков Так, ручьи, выходя-щие на поймы рек, отличаются резким выполаживанием. Этоприводит к изменению гидродинамических параметров водотокови отражается в формировании на устьевых участках геохими-ческих барьеров (рис 55)

Т а б л и ц а 52 Пространственная дифференциация ассоциаций химическихэлементов в донных отложениях малой реки в зоне влияния химическогозавода

Участокреки

ВышепрудовПруд IПруд IIНижепрудов

Коэффициент концентрации

Более 100

Не*»

—

100 — 30

А^94М1,2

Н§52А§5оН|42

30- 10

С(Ьо5Г|8

Си^СпвЗгп

Нёп

10—3

2п9Си8Сг4

РЬ4Сс1з5СсЬА§4Нвз 1

№6А^5г4

3—1,5

РЬ §п

2п 5п5г N1

Си 2п Сг

Примечание Коэффициенты концентрации (относительно фонового содержания) указаныв индексах химических элементов

183

Рис. 55. Литологическая схема (а) и распределение меди (б) и свинца (в) в донных отложениях реки.Условные обозначения см на рис 54

Потоки рассеяния в донных отложениях в условиях урболанд-шафтов характеризуются значительными размерами и высокимисодержаниями широкой группы химических элементов с резковарьирующим распределением по профилю. По величине анома-лий и характеру изменений концентраций в строении потоковрассеяния достаточно четко проявляется связь с особенностямиразмещения источников загрязнения, планировочной структурыгородских зон, а также с литолого-геоморфологическим строе-нием русла и долины и гидродинамическими параметрами водо-токов Все это в совокупности с существующей в реках естест-венной дифференциацией и накоплением речного материала врусле, осложняющейся воздействием гидротехнических сооруже-ний, приводит к ярко выраженной мозаичности техногенных ано-малий в плане. Мозаичность выражается в чередовании участковс различной степенью аномальности, причем их расположениевсецело определяется литологогеоморфологическими и гидроди-намическими параметрами водотока. Изменения в пространствен-ном распределении элементов связаны в основном с разнойстепенью их концентрации, что в конечном счете определяетсяразличием в интенсивности их поставки в водный поток и раз-нообразием форм миграции на отдельных участках потока. Выяв-ленные геохимические барьеры в руслах рек могут являться нетолько участками резкого концентрирования химических элемен-тов, но и при изменении условий среды источниками их вторич-ного поступления в водную фазу По мере удаления от источниказагрязнения для формирования потоков рассеяния огромное зна-чение имеют процессы вторичного переотложения аллювия Это,в частности, подтверждается несоответствием между протяжен-ностью потоков в донных отложениях и в водно-взвешеннойфазе. Как правило, длина первых заметно больше вторых.

Проблема загрязненных донных осадков как источника вто-ричного загрязнения вод в первую очередь имеет значение длякрупных водоемов — озер и водохранилищ, где они в значитель-ной мере определяют режим и поведение химических элементов,и, соответственно, качество воды. Высокая динамичность составаприродных вод во многом определяется процессами, регулирую-щими скорость движения веществ через границу вода/грунт. Дляих реальной оценки необходимо изучение форм нахождения эле-ментов в донных отложениях, а также состава иловых и природ-ных вод, сочетающееся с углубленными исследованиями физико-химической обстановки в водах и их динамики Сколько-нибудьзаконченных целенаправленных исследований этой проблемыпока нет, хотя значимость проблемы и сущность слагающих еезадач отмечена многими исследователями. Установлено, что взагрязненных донных отложениях химические элементы находят-ся в значительной мере в геохимически подвижной форме, спо-собной к взаимодействию с водной фазой и живыми организ-

185

мами. В иловых водах интенсивно накапливаются компоненты,активно участвующие в формировании качества воды (табл. 53).

К сожалению, работ по изучению форм нахождения хими-ческих элементов в загрязненных донных отложениях и иловыхводах рек урболандшафтов не очень много. Наибольший инте-рес представляет изучение распределения химических элементовв гранулометрическом спектре донных отложений и их физико-химических форм нахождения.

Полученные нами данные позволяют наметить некоторые осо-бенности распределения элементов по гранулометрическим фрак-циям загрязненных донных отложений (табл. 54). Техногенныеаномалии в донном осадке образовались за счет увеличенияконцентраций практически во всех выделенных фракциях. Почтидля всех изученных элементов характерно увеличение их-.абсо-лютных содержаний от фракции крупного песка (1—0,25 мм) кглинистым частицам, достигая максимума в самой тонкой фрак-ции (<СО,005 мм), причем абсолютные концентрации элементовво фракциях 0,01—0,005 и <0,005 мм в целом незначительноразнятся.

Рассмотрение особенностей пространственного распределенияабсолютных содержаний элементов в разных фракциях показало,что для большинства из них наиболее протяженные аномалиификсируются во фракциях физической глины (<0,01 мм); дляН§ — во фракции крупного песка; для 5п — во фракции мелкогопеска. Для абсолютных концентраций в тонких фракциях харак-терна более выраженная пространственная вариация, особенновблизи источника загрязнения. Для всех изученных элементов ос-новным носителем является фракция алеврита (0,1—0,01 мм), скоторой связано до 50—70% валового содержания. Это обуслов-ливается высокой долей данной фракции в отложениях (в сред-нем до 30—40%) и сравнительно высокими абсолютными кон-центрациями элементов в данной фракции. На долю фракцийпеска приходится в среднем по 10—20% валового содержанияэлементов. Распределение запасов элементов, связанных с кон-кретными фракциями, вниз по потоку довольно однородное. Од-нако на геоморфологических барьерах отмечается увеличение вбалансе доли более крупных фракций.

Наибольший интерес представляет изучение физико-хими-ческих форм нахождения химических элементов в донных отло-жениях (табл. 55). В условиях наиболее сильного загрязнения всравнении с участком реки выше города большая часть элемен-тов (при увеличении их валовых концентраций) связана с легко-подвижными формами — до 90% Сс1, 80—90% Си, 80—85% №и РЬ, что для первых трех элементов в среднем на 10—15%,а для свинца на 30—35% больше, чем на участке реки вышегорода (см. табл. 55). Для N1 и РЬ характерна преимуществен-ная связь с сорбционно-карбонатными и гидроксидными фор-186

Т а б л и ц а 53 Сравнительная характеристика состава иловых и придонных вод малой реки

Характеристика пробымн,+ Мп Ре

м г / л

V Си 2п Си РЬ

м к г / л

Выше города

Иловая водаПридонная вода

15,07,5

0,2480,014

0,3400,100

2,482,68

43

5816

1,01,2

52,504,08

Ниже города

Иловая водаПридонная вода

9,08,1

0,4000,073

0,6000,320

6,802,73

3813

18025

3,61,0

400,008,25

Т а б л и ц а 54 Распределение химических элементов в техногенных илах на участке реки ниже города

Элемент

АлюминийТитанВанадийХромМарганецЖелезоНикельЦинкСереброОловоРтутьСвинец

Ф р а к ц и и , м м

1—0,25

X

18400305

28108250

4280086

2181,99

680,083

182

Кс

0,80,92,86,83,1242,81,8

322,6

836,5

0,25—0,1

X

26900663

24ПО344

5740097

3211,58

580,04

212'

Кс

0,92,71,7372,5247,52,8

41840

16,3

0,1—0,001

X

528002617

45350448

85800154422

3,7143

0,26431

Кс

1,81,91,4

61,2366,23,5

8245,2

19,6

0,01-0,005

X-

756003414

70429492

18200274511

4.7256

0,22761

К,

1,81,51,25,10,88,7

72,16,7

13,51,123

< 0,005

X

870004671

116449472

15400353570

4,6261

0,22914

Кс

3,31,21,37,50,7247,52,65,88,21,1

15,8

Валовоесодержание

X

437001887

41247354

79475143380

2,84117

0,1645328

Кс

1,41,52,2

51,8346

3,122194

15

Примечание Ко — коэффициент к о н ц е н т р а ц и и относительно содержания в соответствующих ф р а к ц и я х илов выше 1орода, к — среднеесодержание, м г / к г

Рис. 56. Распределение ва-ловых содержаний свинца имеди и баланс форм их на-хождения в донных отложе-ниях реки в зоне влияниягорода:А—Г — формы нахожденияэлементов А — кристалличе-ская, Б — гидроксидная, В -органическая, Г — сорбцион-но карбонатная, остальныеуел обозначения см нарис 52

мами. Медь наиболее активно закрепляется в органической фор-ме, а также связана с гидроксидами железа. Для СА преобла-дающее значение имеют сорбционно-карбонатные формы.

При удалении от источника загрязнения отмечаются измене-ния в соотношении форм нахождения элементов в общем ихбалансе. Например, для Си и РЬ отмечается в целом посте-пенное и закономерное увеличение доли сорбционно-карбонатныхформ (рис. 56). Если вблизи источника загрязнения кадмийфиксировался преимущественно в сорбционно-карбонатной фор-ме (до 80—90%), то в краевой части потока до 50% его связанос органической формой (см. табл. 55). Никель отличается отостальных изученных элементов относительно стабильным соот-ношением различных форм по всему потоку. Таким образом, судалением от источника загрязнения для большинства химиче-ских элементов отмечается активная трансформация форм на-хождения как в ходе миграции, так и в самом донном осадке.Вблизи источника, по всей видимости, преобладает механическоеосаждение первичных форм, т. е. образовавшихся при технологи-ческих производственных процессах или в результате процессовна очистных сооружениях.188

Т а б л и ц а 55 Формы нахождения химических элементов в донных отложениях малой реки

Элемент

Никель

Медь

Кадмий

Свинец

/Ч ЭСТОКреки

III

IIIIVV

III

IIIIVV

IIIV

IIIIVV

Валовоесодержание в

донныхотложениях

X М Г / К Г

241064535

11,5

403661209030

0,38,710,5

331925320

!<;

4,421,881,460,48

......

9,153

2,250,75

291,7

5,81,610,61

Сорбционно-карбонатная

X

%

42,9548,6358,4657,1442,82

27,5615,5121,9547,2367,72

28,5788,9616,79

13,7941,2658,2758,19

м г / к г

10,3151,5526,3119,99

4,92

11,0256,7726,3442,519,72

0,0867,830,0815

4,5579,2230,8811,64

К

_5

2,551,940,48

5,152,393,861,79

910,95

17,46,792.56

О р г а н и ч е с к а я

X

0//0

21,4312,90

8,992,11

19,02

48,2342,1740,2728,9822,31

42,852,55

49,94

3,422,172,933,79

м г / к г

5,1413,674,050,742,18

19,29154,3448,3226,08

6,69

0,130,2220,256

1,135,21,550,76

К

_2,660,79——

_82,51,350,35

1,72,0

4,61,370,67

Гидроксидная

X

%12,7622,3116,8619,8516,01

10,9132,6928,5716,14

7,57

14,291,79

16,67

34,5538,4526,8422,80

м г / к г

3,0623,65

7,146,951,84

4,36119,6434,2814,53

2,27

0,0430,16

0,0815

11,473,8214,23

4,56

К

7,732,332,27—

27,447,863,330,25

3,721,9

6,481,250,4

Кристаллическая

X

0//0

22,8616,1716,6920,9022,11

13,39,639,217,664,4

14,245,7

16,67

48,2518,4211,9615,22

м г / к г

5,4917,14

7,517,322,57

5,3233,2411,056,891,32

0,0430,50

0,0815

15,9228,45

6,343,04

Кс

3,121,371,330,45

6,252,081,30,25

11,631,9

1,790,40,7

Примечания Участки реки I — выше города, II — ниже места сброса основного объема сточных вод города, I I I — геохимический( м е х а н и ч е с к и й ) барьер перед свалкой, IV — зона дополнительного в л и я н и я свалки отходов, V — периферийная часть потока рассеянияКс — коэффициент концентрации относительно 1начений выше города, % — доля ф р а к ц и и в валовом содержании

Т а б л и ц а 56. Содержание некоторых химических элементов в воде водотоков

Водоток, и с т о ч н и кзагрязнения

р. Майн (устье)р. Рейн (ниже р. Рур)р. Мала Панев (Поль-ша) цинковый заводр. Мала Панев (Поль-ша) промышленныйрайонр. Тава, Юж. Уэльс(промышленный рай-он)р. Камбилеевка, Сев.Осетия (завод «Элек-троцинк»)р. Тама (Япония)(промышленный рай-он)рр. Гаронна и Дерзе-на, Францияр. Мозель (устье)Фоновые воды

Хром

С

3,811

4,5

25

—

—

—

10—30

3,80,5

К,

7,622

9

50

—

—

—

20—60

7,6—

Медь

С

8,317

6,25

12,5

5,4

60

150

300—500

3,01,8

К,

4,69,43,5

6,9

3

33,3

83,3

166—277

1,7—

Цинк

С

222201

43 100

7700

764

8500

90

—

14610

К,

22,220,14310

770

76,4

850

9

—

14,6—

Примечание- С — содержание химического элемента, мкг/л, Кс — коэффициент концент

Данные по формам нахождения химических элементов в дон-ных отложениях позволяют наметить группы геохимических про-цессов, способствующих переводу этих элементов в водную фазу:увеличение минерализации природных вод (процессы десорбциии ионного обмена), понижение рН (растворение карбонатов),развитие анаэробной слабовосстановительной (глеевой) обста-новки (разложение оксидов), деятельность микроорганизмов(разложение органических веществ и железомарганцевых ок-сидов), появление в водах природных и синтетических комплек-сообразователей, процессы взмучивания. Эти факторы в водото-ках и водоемах проявляются достаточно интенсивно, так каксвязаны с реально существующими природными и техногеннымипроцессами.

Таким образом, зоны воздействия источников загрязнениянаиболее полно фиксируются в донных отложениях (техногенныхилах). В них формируются полиэлементные аномалии, отличаю-щиеся высокой корреляцией пространственного распределенияхимических элементов и преобладанием подвижных форм на-хождения. Морфологические особенности потоков рассеяния свя-заны с русловой дифференциацией аллювия, что определяет не-однородную структуру аномалий в водотоке.

антропогенных ландшафтов и степень их концентрации [27]

Серебро

С

0,240,51

—

—

—

—

0,120,3

К,

0,81,7

—

—

—

—

0,4

К а д м и й

С

0,53,7

1325

130

6,2

20

до 9

0,40,07

Кг

7,153

18929

1857

88,6

285

до 129

5,7

Ртуть

С

0,140,49

—

—

—

0,08—1

0,040,01

К,

1449

—

—

8—100

4

Свинец

С

0,74,2175

15

6,9

—

20—40

430,2

К,

3,521

875

75

34,5

—

100—200

6,5

рации относительно фонового содержания, «—» — данные отсутствуют

Общая оценка последствий загрязнения водных систем

Техногенное воздействие, связанное с городами, привело к рез-кому и быстрому изменению геохимического состояния водныхсистем во многих районах мира. Это проявилось в многократномувеличении содержаний широкого комплекса химических эле-ментов (в том числе токсичных) в различных компонентах вод-ных объектов (табл. 56, 57).

Постоянно растущее водопотребление в урболандшафтах при-водит к увеличению объемов сбрасываемых в поверхностныеводные системы сточных вод. Сток крупных рек, протекающих поурбанизированным районам промышленно развитых стран, обыч-но в среднем на 10—20% состоит из сточных вод, а в периодымежени — в еще большей степени. Небольшие реки в индустри-альных районах состоят на 30—40% (иногда на 90%) из сточныхвод городов. Так, в США к категории наиболее загрязненныхотносятся 72% всех водных объектов страны. В Нидерландахсильно загрязнены 95% вод, в Швейцарии — 75%, в ГДР —87%, в Болгарии — 46%, Испании — 37%, ПНР — 35%, в Авст-ралии— 27%. Аналогичная картина наблюдается и в другихстранах [6, 50].

В то же время экономические и эколого-гигиенические послед-ствия загрязнения водных систем в урболандшафтах выявленыи изучены недостаточно полно. Во многих экспертных оценках,

191

Т а б л и ц а 57. Содержание химических элементов в донных отложениях водотоков

Водоток

р Гранд-Калумет, США

р. Мала Панев, ПНРр. Мала Панев, ПНРр. Эльба, ФРГр. Гудзон, СШАр. Тама, Япония

р. Рейн в нижнем течении

р. Бяла Пжемша, ПНР

р. Кер'д'Ален, Франция

Источник з а г р я з н е н и я

Крупный сталелитейный за-водЦинковый заводХимический заводг. ГамбургПроизводство батарейКрупный урбанизированныйрайонК р у п н ы й промышленно-ур-банизированный районМеталлургические предпри-ятия, производство сернойкислотыГорнодобывающая и метал-лургическая промышлен-ность, добыча и производст-во РЬ и 2п

Хром

С

—

——359——

397

21

—

Кс

—

——4,1——

4,4

—

—

Медь

С

—

——

359104

2600

376

156

115

К,

—

——82,3

57,8

8,4

1,2

2,6

Примечание С - содержание х и м и ч е с к о г о элемента, м г / к г ; Кс — коэффициент концентствуют

как правило, речь идет о потенциальном риске и уровне, кото-рые в полной мере смогут проявиться лишь в дальнейшем. Ноболее тщательный анализ проблемы взаимодействия «город —водоток» позволяет выявить ряд проблемных ситуаций, которыеуже в настоящее время имеют негативные последствия.

Во многих районах мира города и связанные с ними промыш-ленные предприятия испытывают существенную нехватку водывысокого качества. Это связано с тем, что в результате техно-генного загрязнения из хозяйственно-питьевого и промышленноговодопользования изымаются крупные водные системы либо ис-пользование их вод очень затруднено и требует больших мате-риальных затрат. Качество водопроводной питьевой воды су-щественно зависит от качества исходной воды. Существующиетехнологии очистки питьевой воды малоэффективны в отношениимногих загрязняющих веществ и особенно металлов. Более того,во многих случаях разбавление сточных вод, сбрасываемых вмалые реки, очень незначительно. Поэтому в крупных агломера-циях при небольших расстояниях от пункта сброса стоков допункта водопользования, когда нельзя ожидать существенногосамоочищения воды (для металлов практически невозможного),сточные воды почти в неизменном виде используются в самыхразличных целях. В результате подпитки и инфильтрациивозможно загрязнение вод аллювиальных горизонтов, которыево многих районах широко используются для питьевого водо-снабжения.

Загрязнение негативно сказывается не только на состоянии вод192

антропогенных ландшафтов и степень их концентрации [27]

Цинк

С

2060

3000500024993881700

1098

2000

3800

Кс

21,7

31,652,621,34,117,9

11,5

21,1

40

Кадмий

С

7,85

15,211616,99089,8

28

—

43

Кс

26,2

50,738656,3302632,6

93

—

143,3

Ргуть

С

—

—

16,9—

—

18

-

6

К,

—

—42,3—

—

45

—

15

Свинец

С

811

200150262179370

333

500

3700

Кс

40,6

. Ю7,513,19

18,5

16,5

25

185

рации относительно среднего содержания в осадочных породах, «—» — данные отсут-

как экономического ресурса, но и оказывает воздействие на цен-ности, не имеющие прямой экономической оценки. Это преждевсего урон, наносимый водным системам, используемым для^ рек-реационных целей, что связано не только с ухудшением их эс-тетического состояния, но и с прямой угрозой для здоровьялюдей. В настоящее время уже есть попытки экономическихоценок влияния загрязнения на рекреационные ресурсы водныхсистем. Например, ущерб для рекреационных ресурсов в резуль-тате загрязнения вод в 1973 г. в США оценивался в 6,3 млрддолларов. Особую опасность представляет загрязнение водныхсистем в районах крупных курортных зон. В частности, авторынаблюдали, как в результате загрязнения поверхностных вод бы-товым стоком города, гидравлически связанных с подземными,происходило загрязнение минеральных вод, широко используе-мых в бальнеологических целях.

В последние годы интенсивно развивается орошение сельско-хозяйственных угодий на местном стоке. Применение загрязнен-ных стоками городов речных вод для полива приводит к накоп-лению токсичных элементов в сельскохозяйственных почвах ипродукции. Аналогичные явления могут отмечаться и при разли-вах рек во время половодий и паводков. Все это увеличиваетвероятность попадания загрязняющих веществ в организм чело-века. Уже известны случаи отравления людей и сельскохозяйст-венных животных, употреблявших в пищу растения, орошаемыезагрязненными речными водами.

Техногенное воздействие приводит к изменению биогеохими-193

ческих циклов и существенной перестройке водных биоценозов.Способность гидробионтов аккумулировать химические элементыболее или менее пропорционально их содержаниям в воде идонных отложениях приводит к обогащению пищевой цепи ток-сичными элементами, что в конечном итоге способствует нару-шению естественных циклов химических элементов и деградацииводных экосистем. Живыми 'организмами, испытывающими воз-действие загрязнения, прежде всего являются гидробионты, со-вокупность которых не в меньшей степени, чем физико-химиче-ские факторы, определяет качество воды.

Пресные воды — биокосные системы. Влияние изменений вгидробионтах сказывается далеко не сразу. Эти процессы сейчасявляются предметом интенсивного изучения, но, к сожалению,прямые корреляции биогеохимических параметров с геохимиче-скими характеристиками потоков в водотоках пока еще оченьмало известны.

В ряде случаев прослеживается связь с накоплением хими-ческих элементов в водах и биогеохимическими реакциями чело-века или животных. К сожалению, отработанной методики иссле-дований, позволяющей получить достоверные данные, до сихпор нет. Наиболее разработаны подходы к изучению вопросовэпидемиологии — влияния микробного загрязнения вод на инфек-ционную заболеваемость населения [44].

Широко известны случаи массового отравления людей вЯпонии в районе залива Минамата и в Ниигата, которые быливызваны промышленными сбросами ртутных соединений химиче-скими заводами по синтезу ацетатальдегида и винилхлорида, чтопривело к накоплению ртути в промысловой рыбе, крабах, уст-рицах. При употреблении в пищу таких продуктов возникалисимптомы поражения центральной нервной системы, паралич,потеря слуха, разума, зрения. К 1974 г. в Минамате б"ыло выяв-лено более 700 случаев ртутных отравлений и более чем 500случаев в Ниигате. Признаки болезни Минамата, а также случаиотравления людей другими химическими элементами в результатезагрязнения природных вод известны и в других районах мира.

Таким образом, загрязнение водных систем в городах при-водит к невозможности использования их ресурсов в самыхразличных целях (питьевого, промышленного и сельскохозяйст-венного водоснабжения, рекреации), увеличивает вероятностьвоздействия токсичных элементов на живые организмы и челове-ка, вызывая у них отрицательные биогеохимические реакции, а вотдельных случаях — даже гибель.

3.4. БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ И ГЕОГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКИТ Е Х Н О Г Е Н Н Ы Х А Н О М А Л И Й

Окружающая среда современных индустриальных городов —искусственно созданная среда обитания. Химический состав ат-мосферного воздуха, вод, уровень шума, электромагнитныхполей, ультрафиолетовой радиации и другие факторы в городахрезко отличаются от природных условий, в которых ранее су-ществовало человечество. Поступление химических элементов ворганизм человека происходит с продуктами питания, водой ивоздухом. Но в условиях большинства городов доминирующеезначение приобретает ингаляционный путь. Это связано с тем,что качество питьевой воды в большинстве городов является бо-лее стабильным фактором, чем состав атмосферного воздуха.Если иногда наблюдаются значительные отклонения в химиче-ском составе воды, связанные с его природной вариацией илиантропогенным преобразованием источников водоснабжения, тообычно это относится ко всей территории города или к его оченькрупным частям. Нивелируется в городе и влияние состава про-дуктов питания, так как они поступают из различных источникови в городах обычно смешиваются. Даже если в общий «котел»города и поступают продукты с отклонениями от нормальногомикроэлементного состава, то, как правило, они рассеиваются повсей территории.

Для небольших городских поселений возле крупных промыш-ленных предприятий с расположением водозаборных сооруженийв зоне влияния выбросов или золоотвалов, возможны случаи, когдаизбыточные количества металлов или других загрязняющихвеществ проникают в питьевую воду. Повышенное поступлениетоксичных веществ по всем основным путям с воздухом, питье-вой водой и продуктами питания наиболее вероятно в рабочихпоселках около крупных металлургических, горнодобывающихи химических производств, где люди живут в зонах интенсивныхаэрогенных аномалий. Здесь же расположены источники водо-снабжения и жители широко применяют продукты питания изподсобных хозяйств.

Для оценки воздействия на человека геохимической обста-новки в городах необходимо понять закономерности проникно-вения техногенных геохимических потоков в организм человекаи установить их влияние на изменение его микроэлементногостатуса. Таким образом, необходимо создание индикационнойбиогеохимической модели «техногенная аномалия — организмчеловека». Формирование такой модели возможно на основе изу-чения диагностических биосубстратов (кровь, волосы, моча идругие) населения в городах различного типа и техногенного воз-действия различной интенсивности. Наличие биогеохимическихсвязей в системе «среда — человек» обосновывает принципиаль-

195

Т а б л и ц а 58 Содержание свинца, кадмия, меди и цинка в волосах населения

Регион (ландшафт)

Нечерноземный (равнинный)Центральночерноземный (равнин-ный) ^Закавказский (горно-долинный)Закавказский (горный)Крым (горно-долинный)

Среднее значение по регионам

Число проб

дети

13637

172527

236

взрослые

3824

2914

105

Свинец

дети

3,58 + 0,347,24 + 0,96

4,0 + 0,544,8 + 0,744,8+1,7

4,4 + 0,31

взрослые

2,97 + 0,463,07 + 0,6

1,83 + 0,223,3 + 0,5

2,7 + 0,5

ную возможность перехода к изучению состояния здоровьячеловека и, в последующем, к формированию эколого-геохими-ческих моделей городов, в рамках которых можно провестигеогигиеническое структурирование территорий с выделениемгрупп населения повышенного риска.

Биогеохимические особенности организма человека в городе

Изучению микроэлементного состава тех или иных диагности-ческих органов и тканей посвящено уже довольно много иссле-дований. Особенно детально изучается микроэлементный составволос — доступного для массовых исследований диагностическо-го биосубстрата, чутко отражающего уровень поступления хи-мических элементов в организм [28]. Тем не менее работы,показывающие связь микроэлементной структуры организма схимическими характеристиками окружающей среды, пока не-многочисленны. Практически не изучено влияние ландшафтно-климатических и ландшафтно-геохимических характеристик иприродной геохимической неоднородности окружающей среды.Особенно мало исследований, посвященных фоновой характерис-тике распределения химических элементов в биосубстратах.

Совершенно ясно, что понятие о «фоновом содержании» при-менительно к биосубстратам человека весьма условно. Природной«биологически обусловленной» картины распределения хими-ческих элементов в организме человека наблюдать, вероятно,уже не удастся. Использование в качестве эталона сравненияпри анализе бионакопления химических элементов в городах,состав биосубстратов у сельских жителей не всегда правомерноиз-за резкого различия характера используемых продуктов пита-ния и источников водоснабжения.

В табл. 58 приведены данные по содержанию наиболее рас-пространенных в техногенных геохимических аномалиях тяжелыхметаллов (РЬ, СМ, Си и 2п) в образцах волос взрослых и детей,проживающих в различных ландшафтных зонах СССР.

196

«фоновых» районов городов различных регионов, мкг/г

Кадмий

дети

0,19 + 0,070,38 + 0,10

0,15 + 0,030,35 + 0,060,30 + 0,07

0,24 + 0,04

взрослые

0,26 + 0,030,27 + 0,05

0,34 + 0,110,30 + 0,03

0,29 + 0,07

Медь

дети

11,0 + 0,3510,1+0,5

10,1+0,4610,5 + 0,3814,1+0,32

11,1+0,43

взрослые

14,3 + 0,713,3+1,8

12,3+1,026,3 + 3,9

15,1 + 1,85

Цинк

дети

132,8 + 22,0131,5 + 7,1

121,4 + 6,1155,7 + 3,9147,0 + 86,0

135,8 + 2,1

взрослые

195,3+10,0198,6 + 8,3

166,0+11,1212,0+10,0

190,2+12,0

Отметим, что среди перечисленных элементов два (РЬ и С<1)являются высокотоксичными, а два (Си и 2п) — биологическиважными. Отметим также, что в окружающей среде изученныхтерриторий кадмий, цинк и медь имели надежные фоновые ха-рактеристики. В отношении свинца имеются определенные сомне-ния, так как в любых городах некоторое количество автотранс-порта с выбросом свинца всегда имеется.

Приведенные материалы показывают некоторые различия вбиоконцентрациях этих элементов. Для всех элементов, кромесвинца, содержания у детей и взрослых в фоновых условиях

Т а б л и ц а 59 Содержание химических элементов в волосах детей фоновыхрайонов городов различных регионов, мкг/г

Элемент

НатрийАлюминийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтМышьякСеленБромРубидийСереброСурьмаТеллурЛантанЦерийСамарийЕвропийЗолотоРтуть

Нечерноземье (я = 20)

х, м к г / г

12,01 + 1,1612,8+1,27

0,007 + 0,0017,09 + 0,500,07 + 0,0140,62 + 0,200,27 + 0,0418,5+1,860,07 + 0,0090,16 + 0,020,42 + 0,032,13 + 0,051,80 + 0,310,16 + 0,020,18 + 0,070,52 + 0,08

0,039 + 0,0030,09 + 0,03

0,004 + 0,00040,014 + 0,0010,006 + 0,001

0,99 + 0,14

о, %

4344643289

1446645575632107756

1746934

14945324763

Закавказье (п = 33)

X , М К Г / Г

28,3 + 2,5414,7+1,82

0,004 + 0,001——

0.65 + 0,070,53 + 0,0821,7 + 2,210,04 + 0,0040,14 + 0,020,58 + 0,042,81+0,351,40 + 0,170,15 + 0,030,12 + 0,04

—0,044 + 0,005

—0,009 + 0,001

—0,06 + 0,0151,06 + 0,17

1, %

5271

144—

—6287585782407270

115109—65—65—

14492

197

различаются слабо. Для свинца во всех случаях наблюдаетсяповышенное (в 1,5—2,0 раза) содержание в волосах детей. Объяс-нить это явление можно тем, что накопление токсичных эле-ментов в молодом растущем организме в результате активныхметаболических процессов происходит более интенсивно.

Для описываемой группы элементов в пределах изученныхслучаев ландшафтных различий в распределении содержаний неотмечается. На основе нейтронно-активационного анализа про-ведено сопоставление распределения большой группы элементовв двух районах, контрастно отличающихся по климатическими ландшафтно-геохимическим характеристикам (табл. 59). Мывидим, что большинство редких элементов содержится в близкихконцентрациях. Однако для Ыа, Мп, а также 5е, Аи, 5п за-фиксировано контрастное увеличение в волосах детей из субарид-ной зоны (Закавказье), тогда как Со и 5с имеют более высокиесодержания у детей из гумидной зоны (Нечерноземье).

В табл. 60 сведены данные по содержаниям химических эле-ментов в волосах взрослого населения из разных стран (всюдуприведены результаты нейтронно-активационного анализа).Имеющиеся сведения не позволяют дать ландшафтно-геохими-ческие интерпретации этим данным. Тем не менее, результатыпозволяют оценить наблюдаемые пределы вариации фоновыхсодержаний. Интересно отметить, что для Канады демонстри-руется широкая вариация фоновых содержаний по ряду макро-элементов окружающей среды (Ыа, Са, А1, ТМ, Мп), а такженекоторым микроэлементам (Аи, А§, Аз, Вг). Это позволяетпредположить более важную, чем нам представляется значимостьландшафтных факторов в биоконцентрировании химических эле-ментов.

Биогеохимическое исследование влияния загрязнения окру-жающей среды города проведено для ряда групп населения,контрастно отличающихся по условиям воздействия на них по-токов загрязненного воздуха.

Максимально возможные уровни накопления изучались напримере рабочих, имеющих профессиональный контакт с хими-ческими элементами. Биоконцентрирование для наиболее высокихуровней загрязнения окружающей среды изучалось на рабочихи служащих тех же предприятий, не связанных по условиямработы с профвредностью. Эта группа рабочих обычно находитсяв ядрах формируемых геохимических аномалий.

Кинетика биоконцентрирования исследовалась на сопряжен-ных выборках детей и взрослых, проживающих на различныхрасстояниях от источников выбросов.

Биогеохимические последствия загрязнения окружающейсреды городов изучены как в условиях многоотраслевых городов,так и на примере серии производств, где прослеживается цепьполучения, переработки и использования таких токсичных эле-198

Т а б л и ц а 60. Микроэлементный состав волос взрослого населения разных стран мира, мкг/г

Х и м и ч е с к и йэлемент

НатрийАлюминийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтМышьякСеленБромРубидийСереброСурьмаТеллурЛантанЦерийСамарийЕвропийЗолотоРтуть

Европа

СССР (Нечерно-з е м н ы й регион)

12,9 + 0,759,04+1,31678+161

0,0098 + 0,00154,35 + 0,55

0,033 + 0,0201,09 + 0,100,66 + 0,18

87 + 20,50,13 + 0,0140,09 + 0,0100,50 + 0,042,37 + 0,701,97 + 0,0160,18 + 0,020,10 + 0,0070,63 + 0,07

0,085 + 0,0140,18 + 0,02

0,009 + 0,0020,001+0,00050,020 + 0,008

1,81+0,15

ГДР

17,7————

0,541,3420

0,38—

0,31——

0,24——————

0,019—

Италия

—————

0,9—1,7—

30—600,1—0,3

—0,3—0,7

—2,00,60,05—_————

1,5—2,2

ПНР

2420

560——

0,182,071,42145

0,560,140,982,7—

0,590,26—

0,054———

0,036—

Бельгия

2012

5!0——

0,062—

1,2040

0,130,110,803,0—

0,800,15—————

0,037—

А м е р и к а

США

28924

18540,07—0,051,62,6

30,00,301,91,38,0—0,410,7—0,06———

0,156,3

Канада

516—12053,7—9,0135—1150

—3,9—24,0

—1,3—2,01,7—8,873—100

0,24—0,340,06—1,20,48—0,79

0,2—2,10,20—0,230,4—2,56

——

0,49—0,83———

0,001—0,0051,1 — 1,5

А з и я

Индия

—————

0,463,3660

0,070,0381,28——

0,680,12—————

0,66—

ЮжнаяКорея

647,49

1630—63

0,222,3?3,54152

0,480,27—

3,45——

0,60—

0,025-——

0,0411,88

Я п о н и я

1010

7900,006—

0,030,580,4829

0,0420,0850,707,0—

0,270,078—

0,024—

0,0040,0030,013,9

П а к и -стан

—————

1,424,275,110,330,261,03——

0,470,15—————

0,311,73

Примечание: «—» — данные отсутствуют

ментов как РЬ, Сс1 и Н§. С этой целью обследовано население,проживающее в окружении различных источников загрязнения(металлургические комбинаты, машиностроительные заводы,производства аккумуляторов, минеральных красок, термометров,минеральных удобрений). Перечисленные выше элементы отно-сятся к первому классу опасности и входят в списки приори-тетных загрязняющих веществ, подлежащих обязательному конт-ролю по рекомендациям ВОЗ и Программы ООН по охранеокружающей среды. Рассмотрим закономерности накопления ворганизме человека этих химических элементов.

Свинец. В организм человека большая часть свинца посту-пает с пищей, 1% может попадать с питьевой водой и 0,1% — изатмосферного воздуха. Курильщики получают дополнительно по1 мкг свинца от каждой сигареты. Неорганические соединениясвинца всасываются при прохождении через респираторный ижелудочно-кишечный тракты. Количество свинца, задерживае-мого в респираторном тракте или проникающего через него вкровь, зависит от размера частиц и частоты дыхания. Крупныечастицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкиепоступают в легкие, где и осаждается 30% достигающего ихсвинца [42].

Большая часть свинца выводится из организма через желу-дочно-кишечный тракт. Часть элемента элиминируется с желчью,мочой, волосами. Выведение свинца из организма происходитмедленно, что способствует его накоплению в органах и тканяхчеловека. Преодолев биологический барьер (альвеолярную стен-ку легких или слизистую оболочку кишечника), свинец попадаетв кровоток, где большая часть его (95%) связывается с эрит-роцитами.

Воздействие свинца на организм человека проявляется преж-де всего в нарушении синтеза гемоглобина и отклонениях пока-зателей состояния нервно-психической системы. Важно отметить,что установленные в ряде работ психоневрологические измененияу детей могут быть связаны с воздействием свинца на организмматери. У беременных женщин, которые использовали воду сповышенным содержанием свинца или подвергались влияниюэтого металла на производстве, концентрации свинца в крови, атакже в плаценте, крови и пупочном канатике новорожденногодостоверно выше, чем в контрольной группе. Свинец можетпоступать в организм ребенка и с молоком кормящей матери.Между концентрацией свинца в молоке матери и крови ребенкаобнаружена прямая корреляция.

Вопросы накопления свинца в биосубстратах, определениесвязей между биоконцентрациями и показателями воздействияна состояние здоровья населения широко освещены в литературе.Основные результаты проведенных работ содержатся в резюми-рующем документе международной группы экспертов ВОЗ [42].200

Наиболее информативным биосубстратом является кровь. Со-держание свинца в крови отражает текущее состояние динами-ческого равновесия между количеством свинца, поступающего ворганизм, переходящего в кровь и отлагающегося в тканях.Предполагается, что у населения, не имеющего профессиональ-ного контакта со свинцом, существует длительное устойчивоеравновесие концентраций свинца в крови, а у промышленных ра-бочих устойчивого состояния нет из-за значительных колебанийсвинца в воздухе рабочей зоны.

Выделение свинца с мочой зависит не только от содержанияэтого металла в крови, но и от других факторов: прямых заклю-чений об уровне воздействия и поглощения свинца на основанииданных о его содержании в моче делать нельзя. Комплексныеисследования, проведенные советскими учеными, позволили уста-новить, что для промышленных рабочих допустимым уровнемсодержания свинца в крови является 40 мкг/100 мл крови, кри-тическим — 60 мкг/100 мл крови. В качестве допустимого уровнясвинца в моче предложено его содержание 50 мкг/л [28].

Параллельное изучение свинца в крови и волосах рабочихпозволило определить, что допустимому уровню свинца в крови40 мкг/100 мл соответствует содержание свинца в волосах70 мкг/г [28].

Во всем мире проводятся широкие эпидемиологические иссле-дования по оценке воздействия атмосферного воздуха, загряз-ненного свинцом, на состояние здоровья населения. Результатомисследований явилось, в частности, понимание закономерностейраспределения свинца в крови взрослого населения, не имеющегопроизводственного контакта со свинцом. По нормам Европейско-го экономического сообщества содержание свинца в крови недолжно превышать 20 мкг/100 мл крови у 50% населения,30 мкг/100 мл у 10%. населения и 35 мкг/100 мл у 2% населе-ния. Такой путь нормирования микроэлементов в биосубстратахпредставляется наиболее перспективным, так как он отражаетстатистические закономерности распределения свинца в крови.Рекомендаций по допустимому уровню содержания свинца в во-лосах и моче взрослого населения нет, но анализ результатовисследований во многих странах мира показывает, что в город-ских условиях вне зон высокого загрязнения свинцом содержа-ние свинца в волосах не превышает 30 мкг/г, т. е. примерно в2 раза ниже допустимого уровня свинца в этой среде для произ-водственного контингента.

Результатом эпидемиологических исследований с определе-нием свинца в различных биосубстратах явились и рекомендациипо допустимому содержанию этого металла в организме ребенка.Если в 1976 г., основываясь на показателях нарушения пор-фиринового обмена, для детей была предложена величина содер-жания свинца в крови, равная 20—29 мкг/100 мл, то проведение

201

Т а б л и ц а 61 Содержание свинца в биосубстратах рабочих

Производство

Свинцового гле-таМинеральныхкрасокПроизводствокадмияВторичная пе-реплавка цвет-ных металловЭлектродов дляаккумуляторовПроизводствомеди

Фоновые терри-тории

Содержание в волосах, м к г / г

Число проб

всего

29

14

8

25

19

1 1

105

более70

м к г / г ,%93

43

0

24

7

0

0

Среднеезначение иего ошибка

596±ПЗ,2*

102,8 + 21,7*

56,0 + 8,0*

52,6+17,4*

45,1+2,9*

7,9+1,1

2,72 + 0,5

Кс

220

38

22

19

17

3

1

Содержание в моче, мкг/л

Число проб

всего

—

40

16

26

—

—

10

более50

мкг/л,0//0

—

75

90

38

—

—

0

Среднеезначение иего ошибка

—

93,6 + 8,7*

78,4 + 4,1*

50,0+14,5*

—

—

11,7 + 2,7

Кс

—

8

7

4

—

—

1

Примечание * — различ0,1%, Кс — коэффициент

ия с к о н т р о л ь н о й группой достоверны с вероятностью ошибкиконцентрации относительно фоновых территорий

параллельного изучения содержания свинца в крови детей иуровня интеллектуального развития послужило основанием дляболее жесткого норматива — 12 мкг/100 мл, т. е. почти в 2 разаниже, чем у взрослого населения. Аналогичные исследования, вкоторых сопоставлены концентрации свинца в волосах детей иизменения со стороны зрительного восприятия (увеличение числаошибок, удлинение времени психомоторных реакций и др.), по-зволили американским исследователям рекомендовать в качестведопустимого уровня содержания свинца в волосах 9 мкг/г.

Изучение состояния здоровья детей, подверженных воздейст-вию повышенных концентраций свинца, проведенное в СССРИ. Е. Кунцевичем и О. В. Тарасенко [21], показало, что содер-жание свинца 9,8 ±1,9 мкг/г в волосах детей 5—7 лет являетсяверхней границей физиологической нормы. Таким образом, задопустимый уровень содержания свинца в волосах детей можнопринять нижнюю границу — 8 мкг/г. За критическое содержаниесвинца в волосах принята величина 24 мкг/г, при которой у де-тей регистрируется повышенная заболеваемость нервной си-стемы. К этой величине близки показатели содержания свинцав волосах — 30 мкг/г, при которых наблюдаются специфиче-ские изменения в костях детей.

С целью изучения закономерностей накопления свинца в ор-ганизме рабочих и жителей промышленных городов в различных202

регионах страны проведено исследование биосубстратов детей,подвергающихся воздействию различных концентраций свинца вцехах или проживающих в техногенных 1еохимических анома-лиях, в центрах которых и располагались источники выбросовсвинца. Естественно, что наибольшую свинцовую нагрузку ис-пытывают рабочие свинцовых предприятий, в воздушной средецехов которых очень высоки концентрации свинца. Особеннонеблагоприятная ситуация на производстве свинцового глета, гдеконцентрации свинца в воздухе цехов превышают допустимыенормативы в сотни раз. Естественно, что это отразилось и нанакоплении свинца в организме рабочих (табл. 61). У 93% ра-бочих содержание свинца в волосах превышало допустимый уро-вень. На этом производстве постоянно выявляются рабочие 'свыраженными формами свинцовой интоксикации. Значительночисло рабочих с превышением допустимых и критических уровнейсодержания свинца в волосах на производстве минеральныхкрасок. Еще более контрастны различия в концентрациях свинцав организме этих рабочих по сравнению с физиологическими,фоновыми концентрациями этого элемента (см. табл. 61). Коэф-фициенты концентраций свинца в волосах достигают (в относи-тельных единицах): 220 — у рабочих производства свинцовогоглета, 38 — у рабочих производства минеральных красок, 21 —17 — у рабочих других производств.

С биогеохимических позиций такую ситуацию можно оценитькак экстремальную, так как в природных биогеохимических усло-виях биоконцентрации элементов редко достигают столь высокогоуровня.

По содержанию свинца в моче коэффициенты концентрациинесколько ниже по сравнению со значениями в контрольнойгруппе и колеблются от 8 у рабочих производства минераль-ных красок до 4 у рабочих завода по вторичной переплавкеметаллов

Центры химических аномалий локализуются всегда на про-мышленных площадках предприятий и поэтому людьми, которыеиспытывают максимальную техногенную нагрузку, хотя и неимеют профессионального контакта с металлами, являются слу-жащие свинцовых производств. Это хорошо видно на примереизучения свинца в волосах сотрудников заводов по производствуаккумуляторов и свинцового глета. Среднее содержание этогометалла в волосах составило соответственно 49,7 + 5,5 мкг/ги 14,1 ±2,0 мкг/г, т. е. было значительно выше (в 18—5 раз)фоновых значений этого элемента. Более высокое содержаниесвинца в организме служащих завода по производству аккуму-ляторов объясняется и более мощной геохимической свинцовойаномалией на территории этого завода. Несмотря на то, чтослужащие не имеют непосредственного производственного кон-такта со свинцом, у 10% обследованных лиц на аккумуляторном

203

заводе биоконцентрации свинца превышали допустимый уровеньего содержания в волосах.

Загрязнение воздуха свинцом не ограничивается территориейпромышленной площадки и распространяется за ее пределы,захватывая жилые массивы, территории расположения детскихи медицинских учреждений, спортивных сооружений, зон рекреа-ции. С целью изучения закономерностей накопления свинца ворганизме жителей городов, подвергающихся воздействию раз-личных концентраций этого металла, оце>> ( зон влияния раз-личных источников в различных ландшаф' •• условиях проведенсравнительный анализ содержания свини. полосах и моче на-селения в городах с развитой машиностр, , .-льной промышлен-ностью, отдельными свинцовоемкими предприятиями (например,производство минеральных красок) и работой автомобильноготранспорта на неэтилированном бензине; с доминирующим влия-нием автотранспорта; со смешанным влиянием машинострои-тельных производств и автотранспорта; с доминирующим влия-нием металлургических производств.

Анализ свинца в питьевой воде этих городов показал, чтосодержание свинца было в пределах гигиенического нормативаи поэтому накопление свинца в организме жителей городов свя-зано с воздействием загрязненного атмосферного воздуха.

Одновременно с проведением биогеохимических работ былопроведено исследование свинца в атмосферном воздухе, преиму-щественно в течение месячных циклов, а также в почве и снеж-ном покрове. Это позволило в дальнейшем перейти к получениюколичественных зависимостей между концентрациями свинцав атмосферном воздухе, выпадениях из атмосферы, фиксируемыхв почве, снежном покрове, и биоконцентрациями свинца в воло-сах и моче. В качестве «контрольных» групп в каждом городевыбрано население, проживающее в наиболее «чистых» микро-районах в отдалении от источников выбросов свинца. Содержа-ние свинца в биосубстратах этих групп населения было доста-точно близким и принято за фоновое значение.

Данные о концентрации свинца в волосах населения, прожи-вающего в техногенных геохимических аномалиях различныхисточников загрязнения (табл. 62), показывают, что наиболее

.выражено накопление свинца в зоне воздействия предприятийпо выплавке и переработке свинца. Это металлургические ком-бинаты, аккумуляторные производства. Так, в ядре аномалийоколо свинцово-кадмиевого комбината, (на расстоянии 0,5 км отзавода) среднее значение свинца в волосах детей (31,1±±4,7 мкг/г) было в 7 раз, а у взрослых (14,5±4,8 мкг/г)в 5 раз выше фоновых значений. Только у 6% детей, прожи-вающих в непосредственной близости от предприятия, содержа-ние свинца в волосах было в пределах физиологической нормы,а доля детей, у которых накопление этого металла превышало204

Т а б л и ц а 62 Содержание свинца в волосах населения, проживающегов техногенных геохимических аномалиях, мкг/г

Источник з а г р я з н е н и я ирасстояние от него, км

Отсутствует

Машиностроительныепредприятия 0,5 — 1,0Производство мине-ральных красок:

дети рабочихдети служащих

Автотранспорт

»

Машиностроительныепредприятия и авто-транспорт

Предприятия вторич-ной переработки цвет-ных металлов 1,0

Медеплавильныйкомбинат

0,51,01,5

Свинцово-кадмие-вый комбинат

1,02,03,0

Производствоаккумуляторов

0,51,52,02,5—3,0

Родландшафта

Дети

числопроб

среднее значениеи его ошибки К,

Взрослые

числопроб

среднее значение и его

ошибкиКо

Фоновые территории

Равнин-ный, гор-ный, до-линный

236 4,42±0,31 1 105 2,72 + 0,50 1

Зона воздействия промышленных предприятий

Равнин-ный

»

308

21!0

4,57 + 0,22

1 0,8+1, 59 а)

5,9+1,34

1

2,41,3

Зона воздействия автотранспорта

Межгор-ная кот-,п | ' Ш

шый: . и

20

4282

6,7 + 0,9 б)

9,4 + 0,7 а)

5,6 + 0,4 в)

1,5

2,11,3

822

8,8+1,7а)

4,9 + 0,82 в)3,21,8

Зона воздействия промышленных предприятийи автотранспорта

Межгор-ная кот-ловина

67 8,40 + 0,74 а) 1,9

Зоны воздействия предприятий по переработке свинцаи свинецсодержащих продуктов

Равнин-ный

Горно-" Т И Н Н Ы Й

Равнин-ный

Равнин-ный

34

192013

161826

52292730

6,35 + 0,81 в)

18,2 + 3,6 а)

5,9+1,05,8 + 0,94

31,1 +4,7 а)

16,5 + 4,0 а)

10,7+ 1,2 а)

48,3 + 7,7 а)

1 1 , 1 + 1,4"'7,8 + 0,89 а)

10,0+ 1,8 а)

1,4

4,11,31,3

7,13,72,4

10,92,51,82,3

61119

202410

195

1 125

5,8 + 3,522,0 + 0,311,8 + 0,29

14,5 + 4,8 а)

3,2 + 0,294,7 + 0,41 а)

*

9,5+ 1,37 а>

7,4 + 2,01 б)

6,4 + 1,54в)

7,5±1,35а)

2,111

5,31,21,7

3,52,72,32,7

Примечание а), б), в) — различия с населением на фоновых территориях достоверны с вероятностьюошибки 0,1%, 1% и 5% соответственно, К с — коэффициент концентрации относительно фона

205

Рис. 57. Распределение свинца в волосах детей:/—3 — частота встречаемости со, детей с содержанием свинца в волосах (в мкг/г) :/ — менее 8, 2 — 8—24, 3 — более 24. А — зоны воздействия машиностроитель-ных предприятий и автотранспорта (I — фоновые территории, II — зона влияниямашиностроительных предприятий, III — зона влияния машиностроительныхпредприятий и автотранспорта, IV — зона влияния автотранспорта в горномландшафте, V — зона влияния автотранспорта в долинном ландшафте); Б, В —зоны воздействия предприятий по переработке свинца и свинецсодержащих про-дуктов (Б — ядро аномалий. VI — медеплавильного комбината, V I I — свинцово-кадмиевого комбината, V I I I — аккумуляторного завода, В — центральные областианомалий: IX — медеплавильного комбината, X — свинцово-кадмиевого комби-ната, XI — аккумуляторного завода)

критический уровень, достигала 76% (рис. 57). Еще более вы-соки биоконцентрации свинца у детей, проживающих околоаккумуляторного завода (0,5 к м ) . У них в волосах в 10 разбольше свинца, чем в контрольных группах, а у взрослого насе-ления — соответственно в 3 раза. В этой зоне у 27% детей со-держание свинца в волосах выше допустимого и у 65% — вышекритического уровня, т. е. только у 8% детей находится в пре-делах физиологической нормы.

Воздействие атмосферного воздуха, загрязненного свинцом,поступающего с выхлопными газами автотранспорта и с выбро-сами машиностроительных производств, не приводит к стольрезко выраженному накоплению металла, как около металлурги-ческих производств, но отклонения от фоновых значений доста-точно значительны. Например, в городе машиностроительноготипа содержание свинца в волосах детей, проживающих нарасстоянии 0,5—1,0 км от предприятий варьировало от 1 до206

9 мкг/г, составляя в среднем 4,6 мкг/г, что только на 5% выше,чем в контрольной группе. Однако оценка распространениясодержания свинца в волосах детей показывает, что в 13% слу-чаев его концентрация выше допустимого уровня 8 мкг/г. Кри-тический уровень 24 мкг/г не был превышен ни у одного ребенка(см. рис. 57). В контрольной группе также было небольшоечисло детей с содержанием свинца в волосах выше допустимогоуровня (6,6%), что соответствует общим закономерностям р а с - 'пределения свинца в организме, но около машиностроительныхпроизводств доля таких детей была в 2 раза выше. В зоне влия-ния выбросов машиностроительных предприятий содержаниесвинца в моче детей составило 17,3+1,16 мкг/г, что в 2 разавыше, чем в «чистых» районах. Функционирование небольшихмашиностроительных производств, в окружении которых содер-жание свинца в атмосферном воздухе не достигает ПДК, а впочве выше фона в 2—3 раза, все же вызывает двукратное уве-личение числа детей, имеющих повышенные концентрации свин-ца в организме.

Загрязнение атмосферного воздуха городов автотранспортомприводит к значительно более интенсивному поступлению свинцав организм горожан, чем в результате выбросов машинострои-тельных производств. Например, в городе на равнинной терри-тории с достаточно хорошими условиями проветривания среднеесодержание свинца в волосах детей составило 6,7±0,9 мкг/г,т. е. было выше в 1,5 раза, чем в зоне влияния выбросов маши-ностроительных производств. Еще более неблагоприятная си-туация сложилась в городе с горно-долинным ландшафтом, гдезагрязненные массы воздуха практически не выносятся за пре-делы данного ландшафта и формируются обширные и интенсив-ные геохимические аномалии, занимающие значительную частьего территории. Наиболее высокий уровень загрязнения атмо-сферного воздуха фиксируется в долинах небольших рек, кудаи стекаются массы загрязненного воздуха. На рис. 58 представ-лен биогеохимический профиль города, построенный на основа-нии данных о содержании свинца в волосах детей. При измене-нии рельефа и уровня загрязнения почв свинцом соответственнопроисходит изменение и содержания свинца в волосах детейи взрослых. У жителей, проживающих в партерной части города,происходит более интенсивное накопление свинца в организме(в 1,7 раза), чем у людей, чьи дома находятся на склонахгор. В жилых кварталах этого города, примыкающих к маги-стралям с интенсивным движением автомобилей в прибрежнойчасти города, где задерживаются потоки загрязненного воздуха,у 64% детей содержание превышает допустимый уровень, т. е.биогеохимическая ситуация четко совпала с геохимическойструктурой города. Можно констатировать, что по выраженностиизменений биогеохимических показателей населения этот не-

207

Рис. 58. Распределение свинца в волосах детей в городе с горно-долиннымландшафтом и интенсивной автотранспортной нагрузкой.со,— частота встречаемости детей с содержанием свинца в волосах (в мкг/г) :/ — менее 8; 2 — 8—24; 3 — более 24

большой город, где отсутствуют крупные промышленные пред-приятия, но высокий уровень загрязнения воздуха в результатедвижения автотранспорта и застойного состояния воздушныхмасс, сопоставим с металлургическими городами.

Оценка воздействия одновременно двух источников загрязне-ния окружающей среды свинцом — машиностроительных пред-приятий и автотранспорта — показала почти двукратное среднееувеличение накопления свинца в организме детей, а у 48% детейуровень свинца превышал допустимые значения. Учитывая ин-тенсивный рост автомобильного транспорта, отсутствие в боль-шинстве городов необходимых защитных планировочных меро-приятий, можно считать, что значительное число городских жи-телей, проживающих вблизи автомагистралей, имеют высокоесодержание свинца в организме.

Проследить пространственные изменения биоконцентрацийсвинца в организме жителей в условиях техногенного воздей-ствия различной интенсивности можно на примере изучениясвинца в волосах детей, проживающих на территориях геохими-208

Рис. 59. Распределение свинца в волосах детей в зоне влияния выбросов свин-цово-кадмиевого комбината.ш, — частота встречаемости детей с содержанием свинца в волосах (в мкг/г):/ — менее 8; 2 — 8—24; 3 — более 24; 4 — среднее содержание свинца

ческих аномалии уже упоминавшихся аккумуляторного произ-водства и металлургических комбинатов. Практически даже нарасстоянии до 3 км от этих источников загрязнения содержаниесвинца в волосах детей продолжало оставаться несколько повы-шенным, хотя и резко снижалось по сравнению с ближайшейк заводам зоне.

На расстоянии 2 км от свинцово-кадмиевого комбината про-исходит снижение биоконцентраций, однако у 69% детей содер-жание свинца в волосах превышает допустимый, а у 8% — кри-тический уровень. Даже на расстоянии 3 км от предприятия,несмотря на уменьшение средней концентрации элемента в воло-сах до 10,7+1,2 мкг/г, продолжает оставаться достаточно боль-шой доля детей с превышением допустимого уровня — 69%, нопревышения критического уровня содержания свинца в волосахуже нет (рис. 59). У взрослого населения, проживающего в этойзоне, биоконцентрации свинца снижаются до физиологическогозначения. Аналогичная ситуация наблюдается и в зоне влияниявыбросов медеплавильного комбината, выбросы которого содер-жат значительные количества свинца. Если на расстоянии 0,5 кмот этого завода содержание свинца в волосах детей в 4 разабыло больше, чем на фоновых территориях, то уже на расстоя-

20914-3486

нии 1,0—1,5 км только в 1,3 раза. Аналогичная закономерностьпроявилась в накоплении свинца в организме взрослых, у кото-рых кратность превышения фоновых значений в зоне заводадостигала двух, а на расстоянии 1 км снижалась до уровня фона.

В городе, где расположен медеплавильный комбинат, в зонемаксимального загрязнения у 64% детей превышен допустимый,а у 14% детей критический уровень содержания свинца в воло-сах. На расстоянии 1,0 км число детей с превышением допусти-мого уровня свинца в волосах уменьшается до 34% и на рас-стоянии 1,5 км до 22%. Резкое снижение биоконцентраций свин-ца в организме людей по мере удаления мест жительства отисточника загрязнения прослеживается также в окружениикрупного аккумуляторного завода. Концентрации свинца в воло-сах детей на расстоянии 1,5 км от завода в 4 раза меньше, чемв ядре геохимической аномалии, и далее на расстоянии 2—3 кмнаходятся примерно на одном уровне (7,8—10,0 мкг/г), т. е. про-должают оставаться довольно высокими, превышая фоновыезначения в 2 раза. Такая же закономерность прослеживаетсяи по биоконцентрациям свинца у взрослых. Биогеохимическийпрофиль, который характеризует убывание средних концентра-ций свинца в волосах детей, также хорошо показывает постепен-ное уменьшение доли лиц с повышенным уровнем накоплениясвинца в волосах. На расстоянии 1,5 км более чем у половиныдетей (55%) нет отклонений от нормативных значений, хотя ивелика доля лиц с повышенными биоконцентрациями свинца.В жилой застройке, отдаленной на 2 км от источника загрязне-ния, нет детей с очень высоким уровнем содержания свинцав волосах, но в 41% случаев его содержание выше допустимого.

Сравнение уровней содержания свинца в волосах детскогои взрослого населения, подвергающихся воздействию загрязнен-ного атмосферного воздуха, подтвердило приведенные ранееданные о более интенсивном поглощении свинца детьми в фо-новых регионах. Практически во всех группах обследованногонаселения (см. табл. 62) содержание свинца в волосах детейв 2—3 раза больше, чем у взрослых, проживающих в условияхтой же геохимической ситуации, причем, чем выше интенсивностьзагрязнения окружающей среды свинцом, тем более контрастныэти различия.210

Рис. 60. Частота встречаемости ш,детей с повышенным (более 8 мкг/г)содержанием свинца в волосах взависимости от загрязнения почвсвинцом

Интересно отметить, что на накопление свинца в организмедетей влияет не только состояние окружающей среды, но и за-грязнение свинцом воздуха жилых помещений в результате де-сорбции этого металла с одежды и открытых частей тела рабо-чих. Например, среднее содержание свинца в волосах детейрабочих производства минеральных красок, имеющих контактсо свинцом, составляет 10,8±1,59 мкг/г, что в 1,8 раза выше,чем у детей сотрудников заводоуправления. Среди этих детей в50% случаев содержание свинца в волосах превышало допусти-мый уровень

Оценивая с биогеохимических позиций «свинцовую» ситуациюв промышленных городах, следует сказать, что в них достаточновелика доля лиц с повышенным содержанием свинца в организ-ме. На рис. 60 показано увеличение доли детей с повышеннымсодержанием свинца в волосах (более 8 мкг/г) в зависимостиот содержания свинца в почве мест их проживания. При содер-жании свинца в почве более 500 мг/кг число детей с повы-шенным содержанием свинца в волосах достигает 50%. На осно-вании карт распределения свинца в почве городов с различнымиисточниками загрязнения можно определить, что в жилой за-стройке площадь со столь высоким содержанием свинца зани-мает ориентировочно 50% в зоне влияния выбросов свинцово-кадмиевого комбината, 5% — в городе с интенсивным движе-нием автотранспорта, 2% — в городе преимущественно маши-ностроительного профиля.

Можно предположить, что среди детского населения про-мышленных городов у значительного количества детей содержа-ние свинца в волосах выше допустимого уровня. Это свидетель-ствует и о возможных отклонениях в состоянии их здоровья,в частности об изменениях нервно-психического статуса. Значи-тельное увеличение доли детей с содержанием свинца в волосахвыше критического уровня (24 мкг/г) фиксируется на терри-ториях с содержанием этого металла в почве более 2000 мг/кг,хотя до 15% таких детей выявляется и при меньшем уровнезагрязнения — 1000 мг/кг. Такие столь высокие уровни загрязне-ния практически отсутствуют в городах машиностроительногопрофиля, но могут занимать до 10% территорий, где располо-жены металлургические предприятия. В таких городах, следова-тельно, у 8% детей можно ожидать повышенную заболеваемостьнервной системы и другие отклонения в состоянии здоровья,характерные для воздействия высоких доз свинца.

Кадмий. Основное потребление кадмия происходит с про-дуктами питания и колеблется в зависимости от индивидуальныхили региональных особенностей от 4 до 170 мкг/сутки. Долякадмия, поступающего в организм человека с водой, в общейсуточной дозе незначительна — 5—10% общего количества.Даже в сильно загрязненном районе бассейна р. Дзинцу (Япо-

211

ния), где расчетное суточное поступление кадмия составляет600 мкг, поступление Сс1 из системы водоснабжения составляеттолько 2 мкг/сутки (менее 5%). Количество Си, поступающегов организм с воздухом, в незагрязненных районах равно 0,4%суточной дозы, но загрязнение атмосферного воздуха Сс1 в кон-центрациях, выше допустимых (более 0,5 мкг/м 3 ) , увеличиваетдолю ингалированного кадмия в 50 раз.

Дополнительным источником поступления кадмия в организмявляется курение. Одна сигарета содержит 1—2 мкг кадмия иоколо 10% его может вдыхаться, причем сигаретные фильтры неспособны задерживать кадмий. Выкуривание 20 сигарет в деньувеличивает суточное потребление кадмия на 2—4 мкг, а у лиц,потребляющих до 30 сигарет в день, за 40 лет в организменакапливается 13—52 мкг кадмия, что превышает его количе-ство, поступившее с пищей.

Всасывание кадмия у человека не превосходит 5—10% и по-этому его количество, реально попавшее в ткани организма,значительно меньше, чем поступающее с пищей. Поглощенныйкадмий выводится через почки, желудочно-кишечный тракт и во-лосы, и только небольшая часть поглощенного кадмия выделяет-ся с фекалиями и мочой.

Период биологического полувыведения кадмия в организмечеловека достаточно длителен (может длиться более 20—30 лет).Суточное отложение кадмия составляет всего несколько микро-грамм (2—3), однако кадмий обладает специфической особен-ностью накапливаться в печени и почках. С возрастом содержа-ние кадмия в почках неуклонно возрастает и затем снижается,что является характерным для процесса старения результатомпотери почечной ткани. Сравнительное определение кадмия в по-чечной ткани людей XIX в. и умерших от различных болезнейв течение 1973 и 1979 гг., проведенное О. О. ЕПпдег (1977),показало, что концентрация кадмия в 4 раза выше в почкахлюдей XX в (57,1 мкг/г и 15,1 мкг /г соответственно).

У рабочих, профессионально контактирующих с кадмием,в зависимости от степени интоксикации регистрируется высокоесодержание кадмия в почках. Нарушение функций почечныхканальцев — один из характерных признаков кадмиевой инток-сикации, наблюдается при концентрации кадмия в коре надпо-чечника около 200 мкг/г сырой массы. У населения, не имеющегопроизводственного контакта с кадмием, критическая концентра-ция кадмия в почках при современном режиме питания не дости-гается. Кроме почек, кадмий аккумулируется в печени, трубча-тых костях и селезенке, которые при кадмиевой интоксикацииявляются органами-мишенями. Аккумуляция в печени зависит отвозраста и привычек, связанных с курением.

Опубликованные в последние годы работы бельгийских, швед-ских и японских исследователей позволяют считать мочу диагно-212

стической средой при определении нагрузки кадмия на организмФизиологическое содержание кадмия у жителей различных ре-гионов колеблется в пределах 1,0—1,8 мкг/л мочи.

Высокие концентрации этого элемента регистрируются в про-изводственных помещениях, где получают кадмий и его солипри производстве щелочных аккумуляторов, катодолюминофоров,минеральных красок, при использовании кадмийсодержащихприпоев, при кадмировании в гальванике.

Клинические симптомы профессионального отравления соеди-нениями кадмия проявляются в виде легочной патологии, нарушении функций почек, что фиксируется повышенным выделениембелка с низкой молекулярной массой (32 — микроглобулина. По-казателем почечной дисфункции является увеличение содержа-ния этого белка в моче.

Растущее загрязнение окружающей среды кадмием можетнанести серьезный ущерб здоровью человека, не имеющего про-фессионального контакта с металлом. Это объясняется незначи-тельной разницей между нормальной суточной дозой кадмия,потребляемой человеком с пищей (10—50 мкг), и критическойдозой в 200 мкг, которая может привести к необратимому ухуд-шению функций организма. Впервые С последствиями загрязнения окружающей среды кадмием столкнулись в Японии, где в1955 г. была зарегистрирована вспышка болезни Итай-Итай,возникшей в результате интенсивного загрязнения бассейнар. Дзинцу сточными водами, содержащими кадмий, и последую-щего поступления высоких концентраций кадмия в рис, выращи-ваемый в этой местности. Потребление риса привело к увеличе-нию суточного поглощения кадмия почти в 10 раз (до 600 м к г ) .Заболевали в основном женщины среднего возраста и старше.Всего было зарегистрировано 223 случая заболевания (56 слетальным исходом). У лиц, пораженных болезнью Итай-Итай,отмечалось повышенное по сравнению с нормой содержание кад-мия в моче, повышенное выделение белка, заболевания почеки костей. Проявление нарушений функций почек почти не отличалось от подобного заболевания, обнаруживаемого у лиц,имеющих постоянный профессиональный контакт с кадмием.

Данные о влиянии атмосферного воздуха, загрязненного кад-мием, на состояние здоровья немногочисленны. Детальные исследования на протяжении многих лет проводятся в Льеже(Бельгия) в окружении металлургического завода, выбрасываю-щего в атмосферу соединения кадмия. У женщин, проживающихв окружении завода, отмечались высокие показатели смертностиот заболевания почек (нефрозов и нефритов). В ряде экспери-ментальных работ приводятся данные о том, что у животных,получавших высокие дозы кадмия, повышалось артериальноедавление.

Критическим уровнем содержания кадмия в моче профессио-213

Т а б л и ц а 63. Распределение кадмия в биосубстратах рабочих

Производство

Кадмиевыхэлектродов дляаккумуляторовПолучение кад-мия и его солейМинеральныхкрасокВторичнаяпереплавкацветных метал-ловСвинцовогоглетаПолучениемедиКонтрольнаягруппа

Содержание в волосах, м к г / г

Число проб

всего

29

8

14

25

29

11

105

более 2м к г / г ,

%

100

100

100

16

0

0

0

Среднее значениеи его ошибка

133,2 + 41,0 •"

92,0±17,0а)

25,1 ±6,7 а)

2, 5 + 0,97 в)

0,63 + 0,20

0,73 + 0, 16 б)

0,29 + 0,07

Кс

459

317

86

8,6

2,2

2,5

1

Содержание в моче, м к г / л

Число проб

всего

32

16

40

26

—

—

10

более14

м к г / л ,%

100

87

23

19

—

—

—

Среднее з н а ч е н и еи его ошибка

54,4 + 6,4 л)

40,9+15,7 б)

9,18+1,72

9,93+1,98

—

—

1,5 + 0,11

К,

36

27

6,1

6,6

—

—

1

Примечание а), б), в) — р а з л и ч и я с контрольной группой достоверны с вероятностьюошибки 0,1%, 1% и 5% соответственно, К с — коэффициент концентрации относительнофоновых территорий

нальных групп населения, работающих с кадмием и его соеди-нениями, является 14 мкг/л. Согласно данным японских иссле-дователей такое содержание кадмия в моче наблюдается присодержании кадмия в воздухе рабочей зоны на уровне 0,05 мг/м 3

(в СССР ПДК кадмия составляет 0,1 мг/м 3 в воздухе цехов).В организме людей, не имеющих профессионального контактас кадмием, допустимым уровнем в моче, установленным ВОЗ,является величина 7 мкг/л. Эта величина определена японскимиисследователями на основании полученных количественных зави-симостей между числом почечных нарушений, содержанием Р2-микроглобулина и концентрациями кадмия в моче. Рекомендацийпо допустимому уровню кадмия в волосах населения нет, физи-ологическое содержание этого элемента у жителей различныхрегионов мира не превышает 2 мкг/г, поэтому эта цифра можетбыть принята условно в качестве допустимого уровня. У детейсодержание этого металла в волосах не должна превышать1 мкг/г.

По кадмию, так же как и по свинцу, мы постарались про-следить закономерности накопления этого элемента у различных

214

групп населения, подвергавшихся воздействию различных кон-центраций кадмия.

Наиболее высокие биоконцентрации кадмия наблюдаются урабочих, имеющих профессиональный контакт с этим металлом,причем весьма высока доля лиц с повышенным уровнем содер-жания кадмия в моче (табл. 63). Так, у всех рабочих, занятыхв производстве кадмиевых электродов, содержание кадмия вмоче превышало критическую концентрацию (14 мкг/л) . Этавеличина также превышена у 87% рабочих электролизного цехапроизводства кадмия, у 23% рабочих производства минераль-ных красок и у 29% рабочих плавильного и баббитового цеховзавода по вторичной переплавке цветных металлов. Содержаниекадмия в волосах большинства рабочих в сотни и десятки разпревышало верхнюю границу физиологического уровня.

Геохимические исследования различных компонентов ланд-шафта (атмосферного воздуха, почв, снежного покрова) в окру-жении кадмиевых источников показывают, что повышенные со-держания элемента локализуются практически всегда только натерритории промышленной площадки и ближайшем окружениизавода. Эта закономерность проявилась и при исследовании кад-мия в биосубстратах населения. В отличие от свинца, накоплениекоторого в организме городских жителей выявляется повсеместноиз-за множества промышленных источников и воздействия авто-транспорта, повышенные биоконцентрации кадмия проявилисьтолько в организме жителей микрорайонов, непосредственно при-мыкающих к мощным кадмиевым источникам — свинцово-кад-миевому комбинату, аккумуляторному заводу, медеплавильномукомбинату (табл. 64).

Наиболее высокие биоконцентрации кадмия характерны длянаселения, проживающего в центре геохимической аномалии (вполукилометровой зоне от аккумуляторного завода). Накоплениекадмия в организме жителей в зоне влияния выбросов этогопредприятия резко снижается уже на расстоянии 1,5 км. Так,если вблизи завода у 44% детей содержание кадмия в волосахпревышает допустимый уровень 1 мкг/г, то у детей, проживаю-щих на расстоянии 1,5—2 км от предприятия и на фоновых тер-риториях, такие значения не обнаруживаются. По сравнениюсо всеми остальными обследованными группами у детей, нахо-дящихся в зоне влияния выбросов аккумуляторного завода, мак-симально и содержание кадмия в моче, причем у некоторыхдетей уровень кадмия в моче превышает допустимое значение.Сопоставление накопления кадмия в волосах и моче этих детейвыявило сходную контрастность по сравнению с фоновыми уров-нями содержаний кадмия в моче (выше в 4,9 раза) и в волосах(выше в 6,5 раза). У взрослого населения, проживающего в бли-жайшем к заводу жилом массиве, содержание кадмия в мочесоставило 7,26±1,02 мкг/л (в 4,8 раза выше фонового значе-

215

ния) и в 31% случаев превышало допустимый уровень. В воло-сах взрослых накопление кадмия было выражено не столь ясно,как у детей. Аккумуляторное производство является мощнымисточником выбросов кадмия в воздушный бассейн, но так каканомалия выражена достаточно локально, то и повышенноенакопление кадмия в организме жителей других микрорайоновоколо завода не проявилось, в то время как накопление свинцау них было достаточно ярко выражено.

Интенсивными поставщиками кадмия в окружающую средуявляются также металлургические производства, привлекающиеособое внимание исследователей как у нас в стране, так и зарубежом. Характерной особенностью свинцово-кадмиевого пред-приятия, в окружении которого нами проводились исследования,было расположение кадмиевого производства в глубине про-мышленной площадки, в результате чего несмотря на большойвыброс кадмия его концентрации в атмосферном воздухе оказа-лись невелики. Однако, в ядре аномалии (1,0 км от территориизавода) содержание кадмия в волосах и моче детей в 3 разавыше фоновых значений, у взрослых соответственно в 2,4 и 4,8раза. У 10% детей и у 26% взрослых содержание кадмия в мочебыло выше допустимого уровня. При отдалении от источникавыбросов содержание металла в волосах жителей снижаетсяи отличия от фоновых содержаний уже не достоверны.

На медеплавильном производстве кадмий не является основ-ным ингредиентом выбросов, как на предыдущих производствах,но высокое его содержание в сырье обусловливает возможностьего попадания и в окружающую среду. Геохимическая аномалиякадмия в окружении медеплавильного производства не стольвыражена, но содержание кадмия в почве превышало фоновыезначения в жилой застройке, примыкающей к комбинату, в 16раз. Повышенное накопление кадмия в волосах характерно толь-ко для жителей этой зоны, причем кратность увеличения содер-жания кадмия в волосах по отношению к фоновому уровнюодинакова для детей (1,7 раза) и взрослых (1,8 раза). Болеевыражено повышение кадмия в моче, хотя его концентрациии не достигали допустимого уровня. По сравнению с накопле-нием свинца в биосубстратах населения, проживающего вблизиэтих же источников загрязнения можно заметить значительнобольшую локальность в распространении повышенных биокон-центраций кадмия. Воздействию повышенных концентраций этогометалла подвержено значительно меньшее число жителей, чемвоздействию свинца.

Ртуть. Основной путь поступления неорганической ртути —ингаляционное поглощение. С атмосферным воздухом в среднемпоступает около 1 мкг ртути в сутки. Большая часть вдыхаемыхпаров ртути задерживается в легких. Ртуть, попадая в кровь,быстро окисляется до ионной ртути [40]. В ряде международных216

Т а б л и ц а 64 Содержания кадмия в биосубстратах населения, проживающего в техногенных геохимических аномалиях

Источникизагрязнения

ФоновыетерриторииМедеплавиль-ный комбинат

Свинцово-кадмиевый ком-бинат

Производствоаккумуляторов

Расстояниеот источника км

0,51,01,5

1,02,03,0

0,51,52,0

2,5- 3,0

Дети

Содержание в волосах м к г / г

числопроб

236

192013

161826

52313032

среднее з н а ч е н и еи его ошибки

0,24 + 0,04

0,42 + 0,05 б)

0,27 + 0,030,30 + 0,02

0,75 + 0,11 а)

0,38 + 0,080,37 + 0,04

1,56 + 0,19 а)

0,32 + 0,040,32 + 0,030,36 + 0,03

Ко

1

1,71,11,2

3,11,61,5

6,51,31,31,5

С о д е р ж а н и е в моче, м к г / л

числопроб

59

1211

29

9

20

среднее з н а ч е н и еи его ошибки

1,21+0,18

3,50 + 0,80 а>

4,50 + 0,80 а)

3,65 + 0,65 "'

5,9+1, 10 а )

1,94 + 0,47

Ко

1

2,93,7

3,0

4,9

1,6

Взрослые

Содержание в волосах м к г / г

числопроб

105

61119

202410

197

1 125

среднее з н а ч е н и еи его ошибки

0,29 + 0,07

0,52 + 0,130,28 + 0,020,40 ±0,1 4

0,70 + 0,11 а)

0,36 + 0,120,37 + 0,04

0,44 + 0,100,28 + 0,050,30 + 0,050,32 + 0,03

К

1

1,811,3

2,41,21,3

1,5111

Содержание в моче м к г / л

чи*:лопроб

10

23

13

среднее значениеи его о ш и б к и

1,50 + 0,11

7,26+1,02а)

6,2+1, 18 а )

К,

1,0

4,8

4,1

Примечание Р а з л и ч и я в б и о к о н ц е н т р а ц и я х на фоновых территориях достоверны с вероятностью ошибки а) —0,1%, б) — 1%, Кс —коэффициент концентрации относительно фоновых территорий

документов и обзорах по ртути высказывается мнение, что низ-кое содержание паров ртути в атмосфере не представляет длянаселения в целом опасности. Однако не исключены случаи,когда поглощение ртути человеком может быть значительно бо-лее высоким.

В желудочно-кишечный тракт ртуть поступает преимущест-венно с питьевой водой и продуктами питания. Ртуть, содержа-щаяся в питьевой воде, составляет менее 0,4 мкг общего суточ-ного поступления ее в организм. Основным источником ртутидля населения, не имеющего производственного контакта с рту-тью, является пища (главным образом, рыба и рыбные продук-ты). В районах с высоким местным загрязнением ее суточноепотребление может достигать 300 мкг, что приводит к вспышкамотравления метилртутью. Ввиду широкого распространения рту-ти в окружающей среде и ее кумулятивных свойств Междуна-родная организация по питанию и Всемирная организация здра-воохранения ввели норматив еженедельного потребления: 300мкг общей ртути на человека в неделю, из которых в видеметилртути не более 200 мкг. Уровень поглощения ртути в орга-низме в значительной степени зависит от пути ее поступленияи форм соединений ртути. Так, если до 80% вдыхаемых паровнеорганической ртути задерживается в организме, то поглощениетакой ртути из пищи намного меньше — 7%. Метилртуть, кото-рая поступает с продуктами питания, в желудочно-кишечномтракте всасывается практически полностью. Период выведенияиз организма 50% поступающей ртути составляет около 70 дней.Выделение ртути с мочой примерно пропорционально концентра-ции ее в воздухе. Хорошей индикаторной средой для людей,подвергающихся воздействию ртути, являются волосы, причемсодержание ртути в волосах пропорционально ее концентрациив крови.

Ртуть, попадающая в организм в виде паров, способна быстропроходить через плаценту, а метилртуть проникает и в грудноемолоко. Высокое содержание ртути в грудном молоке служитпричиной накопления ртути в крови детей.

Распределение ртути при отравлении обусловлено характеромсоединений и способом их поступления в организм. При ингаля-ционном поступлении ртути основным ее депо являются почки.

^Это согласуется с известным фактом «сулемовой почки», котораяявляется характерным признаком ртутной интоксикации. Ртутьтакже накапливается в тканях головного мозга, этим объясня-ются те нервные поражения при ртутной интоксикации у людей,которые проявляются через несколько лет после прекращенияэкспозиции. К первым проявлениям ртутной интоксикации отно-сятся психомоторные нарушения, которые проявляются при со-держании ртути в крови рабочих выше 1—2 мкг/100 мл крови(допустимый уровень). В моче рабочих нормальным содержа-218

нием ртути считается до 10 мкг/л. Аналогичные нормативы длядетей пока не установлены.

Для непрофессиональных групп населения воздействие ртутиобычно описывается по болезни Минамата, возникшей в резуль-тате сброса промышленных сточных вод, содержащих соедине-ния ртути, в реку и последующим ее накоплением в промысловойрыбе в виде высокотоксичной метилртути. В результате этогоотравления погибли десятки людей, а у родившихся в это времядетей отмечались симптомы церебрального паралича. Ранниеэффекты воздействия метилртути приблизительно в 5% случаевнаблюдались у наиболее чувствительной части взрослого насе-ления при концентрации ртути в волосах 50 мкг/г. Однакояпонские ученые считают, что при содержании ртути в волосах20 мкг/г уже необходимо медицинское наблюдение, т. е. этотуровень можно считать критическим.

Значительное накопление ртути в организме зафиксированои у людей, подвергающихся воздействию повышенных концен-траций неорганической ртути. У работников завода по произ-водству электрических ламп среднее содержание ртути в мочесоставляло 204 мкг/л (в 20 раз выше допустимого уровня).В литературе приводятся данные о высоких биоконцентрацияхртути у рабочих завода по производству хлора, где применяетсяв качестве катода металлическая ртуть (в моче до 200 мкг/л,в волосах до 72 мкг/г, что выше фоновых значений в сотни идесятки раз). Известно, что в десятки раз выше биоконцентра-ции ртути у населения, проживающего в зоне влияния выбросовтаких наиболее мощных источников загрязнения, как предприя-тия по производству ртути, хлорщелочные заводы.

Более локальные техногенные аномалии ртути возникают врезультате деятельности предприятий, которые расходуют ртутьв значительно меньшем количестве, чем указанные выше источ-ники, но выброс ее все же составляет десятки килограммовв год. Это производства люминесцентных ламп, измерительныхприборов (термометров, манометров, барометров), ртутных вы-прямителей.

Рассмотрим распределение ртути в окружающей среде в зоневлияния выбросов завода по производству термометров. Околоэтого предприятия содержание ртути в атмосферном воздухе непревышало ПДК, но было в 3 раза выше фоновых значений,и аномалии ртути в почве и снежном покрове были выраженыеще ярче. В непосредственной близости от завода отсутствуютжилые дома, но обследование детей, проживающих на перифе-рии аномалии, показало повышенное накопление ртути в их моче,причем это накопление заметнее у детей работников ртутногопредприятия. При среднем содержании ртути в моче детей, роди-тели которых работают на заводе (2 мкг/л), более высокиепоказатели (3 мкг/л) обнаружены у детей рабочих, имеющих

219

Рис. 61. Содержание ртути вмоче детей на различном рас-стоянии от завода ртутныхприборов:/ — атмосферный воздух, 2 —почва, 3 — снежный покров,4 — моча детей рабочих за-водов ртутных приборов, 5 —моча детей сотрудников дру-гих предприятий

непосредственный контакт с ртутью (отметчицы, делилыцицы,вакуумщицы, градуировщицы). По-видимому, как и в случае сосвинцом, это связано с сорбцией паров ртути одеждой рабочихи последующим их выделением в жилых помещениях. Содержа-ние ртути в моче детей коррелируется с уровнями загрязненияразличных компонентов окружающей среды (рис. 61) .

Кроме «ртутных» производств в воздух больших городовопределенное количество этого металла поступает от сжиганияорганического топлива, эксплуатации ртутьсодержащих ламп,измерительных приборов и другого оборудования. Попадаетртуть в воздух и с выбросами металлургических производств,так как она является сопутствующим компонентом большинстваруд. Поэтому в атмосферном воздухе промышленных городовсодержание ртути в 3—5 раз выше фоновых значений, хотя и недостигает нормативных величин. Однако, даже при таких уров-нях воздействия ртути концентрация ртути в волосах жителейоколо машиностроительных и металлургических производств в1,6—2 раза выше, чем в фоновых условиях (табл. 65).

Т а б л и ц а 65. Содержание ртути в волосах детей, проживающих в техногенныхгеохимических аномалиях, мкг/г

Источник загрязнения ирасстояние от него, км

Фоновые территорииМашиностроительные предприятия иавтотранспорт в городе; 0,5Машиностроительные предприятия; 0,5Предприятия по вторичной перера-ботке цветных металлов, 1,0Свинцово-кадмиевый комбинат; 0,5

Число проб

2055

3322

29

Среднее значе-ние и его ошибка

0,99 + 0,140,93 + 0,09

1,19 + 0,141,64 + 0,17*

2,02 + 0,24*

Коэффициентк о н ц е н т р а ц и и

11

1,21,6

2,0

* — различия с контрольной группой достоверны с вероятностью ошибки 0,1%

220

Техногенные геохимические аномалии в городах почти всегдахарактеризуются полиэлементным составом ассоциации концен-трирующихся элементов. В зависимости от мощности источникаи качественного состава выбросов в составе ассоциации обнару-живаются 5—7 химических элементов. Мы рассмотрели особен-ности накопления отдельных микроэлементов в биосубстратахнаселения, однако для экологической и геогигиенической харак-теристик интенсивности техногенных воздействий важно оценитьособенности концентрирования в организме более широкогоспектра химических элементов, присутствующих в окружающейсреде. На примерах мощных источников выбросов, отличающих-ся широкой ассоциацией химических элементов, хорошо видно,что как у рабочих, так у населения происходит накопление ос-новных компонентов выбросов и сопутствующих им элементов.Например, у рабочих производства кадмия биогеохимическиеизменения наиболее выражены и в состав биогеохимическойассоциации кроме кадмия, превышения фоновых значений оченьвелики (317 раз), входят также элементы с десятикратным на-коплением (РЬ, 5Ь, Те), а также Аз, 5т, А§, Со, Н§, 2п, Си,присутствующие в виде примесей в исходном сырье. На этомпроизводстве, выплавляющем среди прочих металлов и цинк,в волосах рабочих в 2 раза выше содержание цинка,— явление,которое не отмечалось ни в одной группе населения. Если насвинцово-кадмиевом производстве в организме рабочих про-изошло наиболее интенсивное накопление основных элементов,поступающих в воздушную среду цехов (Сс1 и РЬ), то у рабочихмедеплавильного комбината отмечается, в первую очередь, по-вышение содержания Аз. По сравнению с контрольной группойу рабочих, связанных с выплавкой меди, наиболее выраженыразличия по Аз, Сс1, 5Ь, Те; у рабочих цеха рафинированиямеди — по Аз, Те, Си, А§, 5Ь.

Основными объектами исследования неблагоприятного воз-действия загрязненной металлами производственной и окружаю-щей среды на биогеохимические показатели населения являютсяметаллургические производства. Однако интенсивное поступлениехимических элементов в воздух рабочей зоны и для других тех-нологий, использующих сырье с богатым элементным составом.Так, у рабочих производства минеральных красок интенсивностьнакопления токсичных химических элементов в волосах почти неотличается от аналогичных показателей на металлургическомпроизводстве, а ассоциация даже шире и включает 13 элемен-тов (табл. 66). По сравнению с контрольной группой у рабочихпроизводства минеральных красок наиболее достоверно выра-жены различия по С<1, 5Ь, РЬ, Со, 5е, Сг, КЬ, Те, Ей (Р<0,1%),Аз, А§ (Р 1%), и определенная тенденция прослеживается посамарию (Р 5%). Повышенные концентрации большинства хи-мических элементов на этом производстве практически локали-

221

Т а б л и ц а 66. Ассоциации химических элементов в волосах рабочих различныхпроизводств

Производство

Кадмия:Меди

выплавкарафинирование

Минеральных удобренийМинеральных красок

Коэффициент концентрации относительно фоновыхтерриторий

Более 50

СИЗ, 7

—

Са86

50—25

Азе,

5Ь4бРЬ38

25—10

РЬ 2 1 ЗЪ | 4

—

8гП]бСо2|5е15

10-5

ТеюАвв

С 119

А5юСи6

Ьа7Р7ЗЬ6

А58Сгь

Продолжение табл. 66

Производство

Кадмия:Меди

выплавкарафинирование

Минеральных удобренийМинеральных красок

Коэффициент концентрации относшельно фоновыхт е р р и т о р и й

5—3

ЗгтцА^Соз

Те3[ЗЬ, Са] 3

АКЗСе4

Те4 [А1, Т1] ;

3-1,5

[2п, Н^, А и ] 2 Си1,б

[РЬ, А е]2 [§т, Аи] ,.5

РЬ 2 §Ь,5

Аз2

[КЬ, А§, 5т] 2

зуются в пределах промышленной площадки и поэтому изучениеширокого комплекса микроэлементов в волосах населения при-легающих кварталов не производилось.

Совершенно иная по качественному составу биогеохимиче-ская аномалия проявилась при исследовании волос рабочих про-изводства минеральных удобрений из Кольских апатитов. В от-личие от микроэлементного состава рабочих других производствздесь на первое место выступает накопление редких земель —5т, Ьа, Се, а также Р, который определялся при помощи ион-селективного метода.

Т а б л и ц а 67. Ассоциации химических элементов в волосах детей,проживающих в техногенных геохимических аномалиях

Производство (расстояниеот источника загрязнения)

Свинцово- кадмиевыйкомбинат (1,0 км)Минеральных удобрений(0,5 км)Медеплавильный комби-нат .(0,5 км)

Коэффициент концентрации относительно фоновыхтерриторий

Более10

—

Р1 8

Аз2 3

10-5

РЬ7. Те6

—

—

5-3

5Ь4 [Со, Аз]з

Ьа3

РЬ4

3—1,5

[Ае, Со, мв]2

[5е, Св| ь, §т]2

Си2

222

Геохимические аномалии в окружении рассмотренных произ-водств не ограничиваются территорией промышленной площадкии распространяются за ее пределы, охватывая жилые кварталы.Биогеохимическая ассоциация в волосах детей, проживающихв ядре аномалии около свинцово-кадмиевого комбината, повто-ряет по своему составу ассоциацию у рабочих, хотя и не стольвыраженную (табл. 67). Если у рабочих накопление металловв волосах в десятки и даже сотни раз превышало фоновыезначения, то у детей содержание большинства химических эле-ментов превышено в 2—7 раз. Имеются различия и в качествен-ном составе биогеохимической ассоциации. Так, у детей не про-исходит накопление в волосах 2.п, Си, 5т и Аи. Подобное сов-падение состава биогеохимической ассоциации проявилось у ра-бочих и детей, проживающих в ядре аномалии, возникшей припроизводстве минеральных удобрений. Так же как у рабочих,в волосах детей повышено содержание редкоземельных элемен-тов — Ьа, Зт, Се, а также 5е. В экологическом отношении этиэлементы изучены слабо.

Проследить зональность распространения комплекса элемен-тов в волосах населения в зависимости от отдаленности местих проживания по отношению к ядру техногенной аномалииможно на примере жителей поселка медеплавильного завода.

На рис. 62 представлено изменение содержаний трех основ-ных накапливающихся элементов (Аз, Си и РЬ) в волосах де-тей дошкольного возраста и взрослого населения, находящегосяна различном расстоянии от комбината. В качестве допустимогосодержания Аз в волосах детей нами принята величина верхнейграницы физиологического уровня — 2 мкг/г [28]. Обращает насебя внимание резко выраженная локальность накопления наи-более высоких концентраций у населения, проживающего в0,5 км зоне от завода. Уже на расстоянии 1,0 км биоконцентра-ции резко снижаются, хотя у 30% детей содержание РЬ и Азв волосах превышает допустимый уровень. С расстояния 2,5 км

Рис. 62. Содержание Си, РЬ,Аз в волосах (С, мкг/г) наразличном расстоянии (Д, км)от медеплавильного завода:/—5 — содержания Си, РЬ,Аз в волосах людей разноговозраста: / — Си у взрослых,2— Си у детей, 3 — РЬ увзрослых, 4 — РЬ у детей, 5 —Аз у детей

223

от источника загрязнения происходит закономерное постепенноеуменьшение концентраций РЬ в волосах детей. На этом рисункеотчетливо видна и другая, уже упоминавшаяся закономер-ность — более высокое накопление РЬ в организме детей посравнению с взрослым населением.

Приведенные примеры характеризуют изменения микроэле-ментного состава волос населения, подвергающегося воздейст-вию наиболее мощных источников загрязнения, т. е. отражаютизменения по довольно ограниченному контингенту населения.Значительно большая часть населения в городах испытываетвлияния более низкого уровня загрязнения атмосферного воз-духа, создаваемого выбросами многочисленных машинострои-тельных производств, типографий, автотранспортом. Результатыизучения микроэлементного состава волос в городе с домини-рующим влиянием машиностроительной промышленности пока-зывают, что в условиях относительно низкого загрязнения атмо-сферного воздуха влияние машиностроительной промышленностипроявляется слабо, хотя все же происходит накопление 3—4 эле-ментов (РЬ, Вг, Сг, А§) с малоконтрастными коэффициентамиконцентрации (не более 2).

Информация о содержании в волосах значительного числамикроэлементов позволила оценить изменения и самого микро-элементного баланса, т. е. количественных взаимосвязей. Привоздействии высоких концентраций металлов происходит разде-ление токсичных элементов и биоэлементов. Например, у рабо-чих металлургического производства возникают устойчивыесвязи между Си и 2п (г = 0,52), РЬ и Сс1 (г = 0,73), что ненаблюдается в контрольной группе. У детского населения про-является антагонизм между концентрациями РЬ и 2п, т. е. с уве-личением содержания в волосах РЬ происходит снижение содер-жания 2п. По отдельным группам населения коэффициентыотрицательной корреляции достаточно велики и составляютг=—0,77 у детей, находящихся в полукилометровой зоне отполиметаллического комбината. Можно предположить, что сни-жение содержания 2п в организме детей отражает и снижениеиммунологической резистентности организма ребенка, так как2п играет определенную роль в поддержании иммунных свойств.

Биоконцентрации зависят от токсичности вещества и исход-ного уровня его содержания в организме. Например, фоновыесодержания РЬ в биосубстратах минимальны (в волосах 1 —3 мкг, в моче — 5—10 мкг/л) и даже небольшое увеличениесодержаний этого элемента в окружающей среде вызывает кон-трастное возрастание биоконцентраций. По-другому выглядитнакопление Р, содержание которого в организме значительновыше (фоновое содержание Р в волосах 80 мкг/г, в моче — бо-лее 1000 мкг/л, т. е. практически на один—два порядка выше,чем РЬ). Даже значительное увеличение содержания Р в воздухе224

(в 250 раз) приводит только в 6—8-кратному увеличению егосодержания в моче и волосах.

Интенсивное загрязнение окружающей среды городов ком-плексом химических элементов вызывает не просто увеличениебиоконцентраций тех или иных элементов в организме человека,но приводит к появлению определенной части населения, про-живающей в ядрах аномалий с содержанием химических эле-ментов выше допустимого и критического уровня. Исходя изгеохимической ситуации в городах можно предположить, чтозначительно больше жителей с не столь явно выраженнымиотклонениями микроэлементного статуса организма, но с 1,5—2-кратным увеличением содержания ряда химических элементов.Оценить непосредственную опасность накопления столь невысо-кого уровня химических элементов для состояния здоровья чело-века трудно, но повышение биоконцентраций указывает на про-никновение техногенных потоков в организм человека. Следуетотметить, что биоконцентрации токсичных элементов отражаютуровень загрязнения атмосферного воздуха не только металлами,но и другими веществами. Так, в атмосферном воздухе рядагородов США и ФРГ установлена тесная корреляция междуконцентрациями РЬ и другими токсикантами — оксидами угле-рода, ацетиленом, этиленом, различными углеводородами

Задача геогигиенической оценки опасности загрязнения окру-жающей среды городов может быть решена при сопоставленииданных о состоянии здоровья населения с геохимической струк-турой изучаемых городов.

Состояние здоровья населения в связис геохимической структурой территории городов

В условиях современного города человек подвергается воздей-ствию широкого комплекса средовых, социальных и биологиче-ских факторов, во многом определяющих неблагоприятные изме-нения состояния его здоровья. Мы показали, что ведущим фак-тором, дифференцирующим территорию города по состояниюсреды обитания, является загрязнение атмосферного воздуха,фиксируемое в виде техногенных геохимических аномалий в при-родных средах и биогеохимических реакций населения. Атмо-сферные загрязнения нельзя рассматривать только как причину,непосредственно вызывающую повышенную заболеваемость.Прежде всего этот фактор оказывает влияние на общую рези-стентность (сопротивляемость) организма, результатом сниже-ния которой могут стать повышенная заболеваемость и другиеизменения состояния здоровья населения. Во многих научныхисследованиях описаны количественные связи между концентра-циями отдельных загрязняющих веществ в атмосф'ере (или ихкомплекса) и показаниями состояния здоровья населения. В то

225

же время работы, в которых пространственная структура загряз-нения городов соотносится с данными о состоянии здоровья на-селения, носят единичный характер. Авторы настоящей работыпоставили задачу совместить имеющиеся материалы о геохими-ческой структуре городов с собственными данными и даннымилитературы об изменениях различных показателей состоянияздоровья населения. При этом геохимической оценке территориипридается индикационная роль, поскольку она показываетструктуру загрязнения воздуха не только металлами, но кос-венно отражает и закономерности распределения некоторыхдругих загрязняющих веществ.

Показателями неблагоприятного влияния загрязнения окру-жающей среды, наряду с повышением в. организме человекаконцентраций токсичных химических элементов, являются раз-личные функциональные и морфологические нарушения, которыеу детей возникают практически с момента их рождения. Этосвязано с влиянием атмосферных загрязнений на мать в периодбеременности и непосредственно перед ее началом. Физическоеразвитие новорожденных является существенной характеристи-кой дальнейшего развития и здоровья ребенка. Например, весноворожденных, родившихся у матерей, проживающих на терри-тории с высоким уровнем загрязнения почв, в среднем на 400 гменьше (10%), чем в районе без геохимических аномалий. Фактухудшения показателей физического развития новорожденныхподтвержден также в городах и поселках с развитой металлур-гической и горнообрабатывающей промышленностью. В этихгородах также увеличено число детей с крайними значениямиантропометрических признаков. Нарушение нормальных законо-мерностей распределения детей по антропометрическим показа-телям сопровождается снижением устойчивости организма к ши-рокому спектру заболеваний. У детей в городах с металлурги-ческой промышленностью по сравнению с контрольными груп-пами замедлено физическое и нервно-психическое развитие, про-являющееся в отставании времени, с которого ребенок начинаетходить, говорить, в более позднем появлении молочных зубов.

Нарушения нормального физического развития детей отме-чаются и в более старшем возрасте. Так, среди детей в возрасте5—7 лет, проживающих в упоминавшихся очагах загрязнения,на 5% детей меньше с нормальным физическим развитием ипочти в 2 раза больше детей с дефицитом и избытком массытела. Указывается также на дисгармоничность физического раз-вития детей и школьного возраста, причем установленная дляних избыточная масса тела связывается с неблагоприятнымивоздействиями атмосферных загрязнений [7]. Среди других функ-ционально-морфологических показателей, наиболее широко изу-чаемых при оценке влияния загрязненного атмосферного воздухана состояние здоровья детей, являются гематологические пока-

226

затели, характеристика нервно-психического и иммунного статусаребенка. По мере увеличения интенсивности загрязнения воздуш-ного бассейна, определенное на основании оценки степени опас-ности загрязнения почв число детей с повышенным содержаниемлейкоцитов увеличивается в промышленных районах в 1,6 разаи до .2 раз в центре города с опасным уровнем загрязнения.У детей, проживающих в зоне интенсивного загрязнения близотдельных производств, изменения гематологических показателейеще более выражены. Так, в районе расположения эмалевогопроизводства у них на 7% снижено содержание в крови гемогло-бина, вблизи нефтехимического комплекса — выражен рост лей-коцитов при снижении гемоглобина. Эти морфо-функциональныесдвиги в системе крови свидетельствуют о напряжении адапта-ционных резервов в организме. В случаях чрезвычайно высокогоуровня загрязнения атмосферного воздуха изменения картиныкрови свидетельствуют о выраженной анемизации населения.В центре металлургической промышленности, где на всей терри-тории города загрязнение почв соответствует опасному и чрезвы-чайно опасному уровню, у жителей города не производится забордонорской крови из-за низкого содержания в ней гемоглобина.

Воздействие атмосферных загрязнений сопровождается изме-нением функции внешнего дыхания, сердечно-сосудистой систе-мы. Например, в зоне влияния выбросов нефтехимического ком-плекса и вблизи автомагистралей у детей жизненная емкостьлегких, резервные объемы вдоха и выдоха снижены на 10—30%,а у детей вблизи придприятий стройиндустрии с большим пыле-вым выбросом — на 70%. Дети, проживающие в загрязненныхрайонах с опасным уровнем загрязнения почв, чаще жалуютсяна одышку и утомляемость, у них учащен пульс, удлинен вос-становительный период, нарушены возрастные нормы пределовотклонений других функциональных показателей состояния сер-дечно-сосудистой системы.

Наиболее быстро и чутко на изменения качества окружающейсреды реагируют показатели иммунологической реактивности.По сравнению с другими показателями функционального состоя-ния организма количественные различия показателей иммуноло-гической реактивности в загрязненных и контрольных районахнаиболее выражены. Среди детей, проживающих вблизи маши-ностроительных производств, число детей с высокой степеньюобсемененности слизистой оболочки носа было в 3 раза выше,чем в контрольной группе [48]. В результате снижения общейсопротивляемости организма увеличивается опасность действияразличных патогенных факторов — инфекции, стресса, переох-лаждения и др. В последнее время установлена взаимосвязьмежду состоянием иммунологической резистентности детскогоорганизма и частотой респираторных заболеваний у детей, про-живающих в условиях химической нагрузки. При высоком уров-

227

не загрязнения атмосферного воздуха у детей происходит изме-нение всего комплекса указанных функциональных показателей.

Различия в уровне заболеваемости населения рассмотреныво многих исследованиях. В большинстве работ дана сравни-тельная оценка заболеваемости детей «чистых» и «загрязнен-ных» районов одного города или разных городов, которые отли-чаются интенсивностью загрязнения атмосферного воздуха. На-личие связей между уровнем заболеваемости и интенсивностьюзагрязнения атмосферы показано на большом фактическом ма-териале. Установлены достоверные связи между заболеваемостьюорганов дыхания, кожи, пищеварительного тракта, глаз и кон-центрациями в атмосферном воздухе сернистого ангидрида,сажи, оксидов углерода и азота, пыли [14]. Эти зависимостиносят, как правило, линейный и (или) логарифмический харак-тер. Анализ заболеваемости детей в зависимости от уровня за-грязнения атмосферного воздуха, питьевой воды, интенсивностивоздействия физических факторов (шума, электромагнитных по-лей), содержания в продуктах питания пестицидов социально-бытовых условий выявил, что наиболее Значимым в увеличенииобщей заболеваемости в данном исследовании оказался комплексфакторов «концентрация оксида углерода в атмосферном возду-хе -|- городской шум + низкий уровень дохода семьи». Инымисловами, контрастно проявилось химическое и шумовое воздей-ствие автотранспорта, наиболее четко фиксируемое в принятойсистеме контроля загрязнения окружающей среды. По распро-страненности отдельных групп заболеваний установлена связьи с некоторыми другими факторами — концентрацией сернистогоангидрида и пыли в атмосферном воздухе, неблагоприятнымижилищными условиями и др. Постоянным фактором являлосьзагрязнение атмосферного воздуха оксидом углерода [47].

Наиболее часто при изучении заболеваемости населенияфиксируется увеличение частоты респираторных заболеванийдетей, проживающих в условиях химических нагрузок. Учитывая,что у детей суммарная заболеваемость в значительной степениобусловлена заболеваниями органов дыхания (60—70%), уве-личение частоты последних влечет за собой увеличение и сум-марной заболеваемости. Накоплено много данных по контраст-ности различий в уровне респираторной заболеваемости детей,проживающих в центре зон загрязнения и в выбранных длясравнения «чистых» районах. Например, в зоне влияния хими-ческих производств респираторная заболеваемость у детей в 2раза выше, чем в фоновом районе; нефтехимических и нефте-перерабатывающих производств — в 2 раза; сланцевых произ-водств — в 2,5 раза; металлургического комбината — в 4—5 рази т. д. Эти цифры характеризуют заболеваемость детей, подвер-гающихся наибольшему воздействию загрязненного воздухавблизи производств. При общепринятом анализе заболеваемости228

детей по более крупным территориальным единицам (например,административный район), включающим зоны как с максималь-ным, так и со средним уровнем загрязнения, контрастность раз-личий в заболеваемости органов дыхания снижается. Так, в го-родах с высоким уровнем загрязнения воздуха при анализезаболеваемости детского населения в масштабе целого районаконтрастность различий в заболеваемости органов дыхания в1,3—1,6 раза выше, чем при анализе заболеваемости по зонаммаксимального загрязнения.

В ряде работ отмечается, что снижение заболеваемостинаступает довольно резко по мере удаления от источника загряз-нения и снижения интенсивности загрязнения атмосферноговоздуха. В городе с металлургической промышленностью вблизикомбината частота ОРЗ у детей в 3—5 раз вьцг , чем в фоновомрайоне; на расстоянии 1,5 км контрастность роста заболеваемо-сти снижается до 2—3; на расстоянии 6 км — до 1,5.

В большинстве работ з 1болегпемость детей в зонах загрязне-ния сравнивается с а н а л о г и ч н ы м и показателями по контрольнойгруппе детей, прожива} щих на окраине этого же города. Приэтом не учитывается л'.ффузный характер загрязнения, которыйможет обусловливать повышенную заболеваемость детей и вотносительно чистых районах промышленных городов. Это про-явилось и при анализе заболеваемости детей окраинных микро-районов промышленных городов по сравнению с городом-спутни-ком, практически не имеющим промышленности и выбраннымв качестве фонового. В считающихся «чистыми» районах про-мышленных городов у детей на 20% выше суммарная заболе-ваемость, чем в фоновом городе.

Основными проектными документами, определяющими напра-вление природоохранных работ в городах (генпланы городов,схемы районной планировки и территориальные комплексныесхемы охраны природы), требуются выявление в городах наибо-лее неблагоприятных гигиенических ситуаций, определение ихприоритетности, установление основных вредных веществ," вызы-вающих изменения состояния здоровья населения, т. е. необхо-димо комплексное зонирование территории города как по интен-сивности загрязнения окружающей среды и, в первую очередь,атмосферного воздуха, так и по изменениям показателей здо-ровья населения. Наличие эмпирически установленных корреля-ционных связей в системе «показатели загрязнения атмосферноговоздуха — показатели здоровья», подробно охарактеризованныевыше, позволяют помочь решению этой задачи.

Результаты анализа пространственной структуры заболевае-мости, проведенного на основе эколого-геохимической модели,могут быть продемонстрированы на примере широко распростра-ненной ситуации крупного промышленного города со сложнойпромышленной структурой и мозаично расположенными про-

229

Рис. 63 Зависимость между распро-страненностью заболеваний средидетей и уровнем выпадения пыли.Кс — показатель увеличения заболеваемости детей относительно заболеваемости на фоновых территориях 2С — показатель суммарногосреднесуточного выпадения загрязкителей Цифры в кр\жках — заболевания 1 — бронхиальная астма2 конъюнктивит 3 — отит 4 -острый фарингит и острый тонзиллит, 5 — острый бронхит

мышленными, селитебными и рекреационными территориямиВ городе изучены показатели здоровья населения в соответ-

ствии с выявленной территориальной структурой распределенияхимических элементов и выпадений пыли Заболеваемость детей(по данным первичной обращаемости) бронхиальной астмой,острым бронхитом, острым фарингитом, острым тонзиллитом,хроническим отитом, конъюнктивитом в 2—3 раза выше в районахс высоким выпадением пыли На рис 63 представлены показа-тели заболеваемости детского населения в связи с разным уров-нем пылевой нагрузки Показатели заболеваемости в районе сминимальной пылевой нагрузкой приняты за 1 При увеличениинагрузки, фиксируемой картированием снегового покрова, наибо-лее интенсивно возрастает заболеваемость бронхиальной астмой,конъюктивитом (до 3 раз)

Пространственное распределение выпадений пыли в УСЛОВИЯХэтого города и изменения уровня заболеваемости детей хорошотакже иллюстрирует приведенная ниже схема (рис 64) Районы,в которых уровень заболеваемости наиболее высок, характеризуются высокой концентрацией промышленности и влияниемвыбросов ТЭЦ Для определения связи между показателямизаболеваемости детского населения и геохимической ситуацией(количеством выпадений на снеговой покров) рассчитаны коэф-фициенты парной корреляции Достоверная положительная связьсильной и средней интенсивности выявлена в разных возрастныхгруппах по острым заболеваниям органов дыхания — остромубронхиту (г = 0,4—0,65), острому назофарингиту (/- = 0,32—0,48), б'ронхиальной астме (г = 0,47), хроническим и острымотитам (г = 0,41—0,65) Показатели заболеваемости детей сравнивались также с содержанием пыли в воздухе и с показателемопасности загрязнения воздуха по сумме ингредиентов, опреде-ленных на стационарных постах наблюдений Зависимости между этими показателями и заболеваемостью населения не уста-новлено ни по одному из видов заболеваний По-видимому, этосвязано с тем, что информация с редкой сети стационарныхпостов в городе неполностью отражает действительный уровень

230

.

Рис 64 Карта-схема зонирования урбанизированной территории по уровнюзаболеваемости детей/—5 — уровни загрязнения территорий (среднесуточное выпадение пыли в кг/км 2 )/ — н и з к и й неопасный (менее 250, наиболее низкий уровень заболеваемости),2 — средний умеренно опасный (250—450, повышена заболеваемость преимущественно бронхиальной астмой и конъюктивитом) 3 — высокий, опасный (450—850, повышена заболеваемость органов дыхания и органов чувств), 4 — оченьвысокий и чрезвычайно опасный (более 850 увеличение заболеваемости более,чем в 2 раза) 5 — промышленные зоны включающие отдельные жилые массивы(очень высокий и чрезвычайно опасный), 6—зеленые насаждения, неосвоенныеи неудобные земли

загрязнения в местах их расположения. Геохимическое карти-рование позволяет более четко выявить структуру распростра-нения загрязняющих веществ на территории города, чем данныедействующей в настоящее время сети стационарных постов.

Одним из заболеваний, наиболее быстро реагирующим назагрязнение атмосферного воздуха, является бронхиальная аст-ма. Изучение зависимостей между частотой встречаемости этойпатологии среди детского населения крупного промышленногогорода и широким комплексом показателей, отражающих загряз-нения окружающей среды, позволило выделить основные средо-вые факторы, определяющие изменчивость показателей распро-страненности бронхиальной астмы, к которым относятся: сум-марный показатель загрязнения снегового покрова металлами,суммарный показатель загрязнения атмосферного воздуха (Кс у м),рассчитанный по максимальным расчетным концентрациям четы-рех основных загрязняющих веществ (оксиды углерода и азота,сера и пыль); максимальные расчетные концентрации: оксидовазота от ТЭЦ, оксидов азота от районных котельных, оксидовазота от выбросов промышленных предприятий, оксида углеродаот автотранспорта и пыли от промышленных и энергетическихвыбросов. Все эти факторы определяют только 70% дисперсиизаболевания. Между интенсивностью проявления аэрогенныхгеохимических аномалий и уровнем заболеваемости бронхиаль-ной астмой можно выделить два основных типа соотношений:коррелирующие и некоррелирующие (рис. 65).

Коррелирующий тип соотношения развит примерно на 70%территории города. Здесь видно хорошее пространственное со-пряжение высокой (5 случаев на 1000), средней (5—15 случаевна 1000) и низкой (менее 5 случаев на 1000) распространенностибронхиальной астмы с высоким, средним и низким уровнемзагрязнения. Более детальный анализ распространенности брон-хиальной астмы выявил территории с наибольшей распростра-ненностью заболевания. Выделенные «очаги» или, как определяют их медицинские географы, «локусы» патологии, составляютпримерно 5% общего числа участков. Они совпали с центрамигеохимических аномалий возле предприятий, связанных с пере-работкой цветных металлов, локализованы вдоль автомагистра-лей с интенсивным движением, а также близ предприятий пар-фюмерной, пищевой и медицинской промышленности.

Повсеместно наблюдаемый рост частоты рождения детей саномалиями развития связывают и с загрязнением окружающейсреды городов. Наиболее ярко нарушения репродуктивной функ-ции проявлены в металлургических городах. Например, в «мед-ных» городах в 2 и более раз чаще, чем в «фоновых» городах,регистрируются токсикозы у беременных женщин, самопроиз-вольные выкидыши, мертворожденность, рождение детей с врож-денными уродствами и аномалиями развития. Высокий уровень

232

Рис. 65. Карта-схема распространенности бронхиальной астмы среди детей всвязи с геохимической структурой аэрогенных аномалий в снеговом покрове:/—4 — территории с различными условиями уровнями распространенности брон-хиальной астмы / — высокий уровень (более 15 случаев на 1000), 2—среднийуровень (5—15 случаев на 1000), 3 — относительно низкий уровень (менее 5 слу-чаев на 1000), 4—относительно высокий и средний уровни распространенностибронхиальной астмы при относительно низком уровне загрязнения депонирующихсред

распространения этой патологии выявлен в центрах черной ме-таллургии и химической промышленности. Наиболее выраженыизменения детородной функции у женщин, работающих на про-мышленных предприятиях и проживающих вблизи них в зоненаибольшего загрязнения. Так, проведенный нами анализ исто-рий родов работниц крупного машиностроительного производствапоказал, что у женщин, проживающих в загрязненной частигорода и работающих на заводе, достоверно выше, чем в кон-трольной группе (на 30%), угроза выкидыша во время текущейбеременности, число стремительных родов (в 2 раза), гипотро-фия новорожденных (на 20%).

Приведем еще примеры геогигиенической оценки геохимиче-ской структуры территорий городов, один из которых характе-ризуется высоким уровнем выпадения пыли, выбрасываемой це-ментным заводом, а другой — высоким уровнем загрязненияокружающей среды металлами от крупных электротехническихпредприятий с выбросами свинца и других металлов. Выпадениепыли в поселке вблизи цементного завода достигает 400 кг/км 2 ,что оценивается как опасный уровень загрязнения (рис. 66).

234

Уровень выпадения пыли быстро снижается, и на расстоянии1 км, где и расположен следующий жилой массив, составляет150 кг/км2 в сутки. Дальняя часть города отличается небольшимколичеством поступающей пыли (50 кг/км 2 в сутки). Изучениечастоты хронических заболеваний среди детей этого города по-казало, что высокий уровень выпадения пыли приводит к резкомуувеличению числа хронических заболеваний миндалин и аде-ноидов.

В городе, загрязненном металлами (этот пример описывалсяпри характеристике патологии беременности и родов), дажена периферии аномалий по сравнению с фоновыми городамиотмечается увеличение частоты хронических пневмоний на 15—20% и хронических заболеваний миндалин на 20%. В центрахже аномалий уровень этих заболеваний возрастает еще в 1,5—2раза. Здесь же проявляется повышенная заболеваемость отитом(рис. 67).

Влияние автотранспорта, проявленное наиболее ярко в зонахвоздействия крупных шоссе, сказывается в увеличении (до 6 раз)числа острых респираторных заболеваний, острых бронхитов ифарингитов (в 3 раза). Для городов с хорошими условиями рас-сеивания примесей эти цифры характеризуют лишь зоны, при-мыкающие к шоссе.

В связи с неблагоприятными ландшафтными условиямипроветривания многих городов, расположенных в котловинахи долинах рек, роль автотранспорта в загрязнении и заболева-емости может резко возрасти.

В городах с плохими условиями рассеивания на 10% терри-тории наблюдаются чрезвычайно опасные уровни загрязнения,на 30% — опасные, на 50—60% — умеренно опасные. В чрезвы-чайно опасных и опасных зонах отмечается превышение ПДКсвинца в атмосфере и накопление этого элемента в организмедетей больше физиологической нормы. В результате у детейместных жителей наблюдается рост заболеваемости верхнихдыхательных путей на 40—100% и органов чувств на 100—140%.

Приведенными выше данными об изменениях состоянияздоровья населения в промышленных городах мы показалиреальный уровень увеличения отклонений функциональных по-казателей и заболеваний в различных возрастных группахнаселения. При этом, как правило, в каждом случае анализи-ровалось распространение той или иной патологии, поэтому

Рис. 66. Частота распространения хронических заболеваний среди детей в городес различным уровнем выпадения пыли:/—5 — уровни среднесуточного выпадения пыли (в кг/км 2 ) : / — менее 20; 2 —20—50; 3 — 50—150; 4— 150—400; 5 — более 400; 6 — граница промышленнойзоны. На гистограммах показана частота распространения хронических заболе-ваний: I — отит, II — заболевания миндалин и аденоидов, III — пневмонии

235

Рис. 67. Частота распространения хронических заболеваний среди детей в городес разным уровнем загрязнения почв металлами относительно фонового город-ского уровня:1—4 — 2С почв (/ — менее 16, 2- 16—32, 3 — 32 128, 4 - более 128), 5-граница промышленной зоны На гистограммах показаны частоты распространения хронических заболеваний I - отит, II — заболевания миндалин и аденоидов, III — пневмонии

интересно проследить на примере города с многоотраслевойпромышленностью и сложной геохимической структурой терри-тории более широкий спектр показателей изменения состоянияздоровья В таком городе только у 50% детей из новых жилыхкварталов в отдалении от промышленных зон отмечается срав-нительно низкий уровень заболеваемости и наибольшее числоздоровых детей с нормальным физическим развитием (рис 68)

Рис. 68. Карта-схема зонирования урбанизированной территории по степени из-менения состояния здоровья детей в связи с геохимической структурой аэрогенныханомалий в снеговом покрове:

236

/—4 — уровни загрязнения / — низкий, неопасный (2С менее 64 наименьшееизменение показателей здоровья детей), 2 - средний, умеренно опасный (2С —64—128, повышение суммарной заболеваемости), 3- высокий, опасный (2Г -128—256, повышена суммарная заболеваемость, увеличено цисло болеющих ичасто болеющих четей), 4 — очень высокий и чрезвычайно опасный (2С — более256, значительно повышена заболеваемость, увеличено число болеющих, частоболеющих детей, детей с хроническими заболеваниями и отклонениями от нормального физического развития), 5 — промышленные зоны с небольшими жилымимассивами (очень высокий и чрезвычайно опасный уровень загрязнения), 6 —зеленые насаждения, неосвоенные и неудобные земли

Т а б л и ц а 68. Изменение функциональных показателей и рост заболеваемостинаселения в зонах загрязнения (в % по отношению к относительно не загряз-ненным территориям)

Реакции организма

Функционально- морфологическиеотклоненияСуммарная заболеваемостьЗаболевание органов дыхания

Характеристика очагов загрязнения

умеренноопасная опасная чрезвычайно

опасная

I. Дети+ 10--30

+ 10-20+ 10—50

+ 30—100

+ 20—60+ 50—100

100

30—100+ 100—300

II. Взрослые

Патология беременности и родовСердечно-сосудистые заболеванияОнкологические заболевания(рак легкого)Временная утрата трудоспособности —

+ 20—30+ 50

—

До 100До 300—400

до 100

до 100

Примечания 1 Характеристика очагов загрязнения по Методическим у к а з а н и я м пооценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами, утвержден-ным Минздравом СССР (№ 4266—87) В качестве и н д и к а т о р а загрязнения атмос-ферного воздуха принят показатель суммарного загрязнения почв — 2С, величина кото-рого до 16 оценивается как допустимая, от 16 до 32 как умеренно опасная, от 32 до128 как опасная, и более 128 как чрезвычайно опасная 2 « + » — процент увеличенияотносительно фоновых территорий 3 «. —» — данные отсутствуют

По мере приближения жилых кварталов к промышленным зо-нам, увеличения суммарных показателей загрязнения почв иснегового покрова до средних умеренно опасных уровней про-исходит увеличение числа детей с отклонениями в состоянииздоровья. В таких зонах города проживает 40% детского насе-ления, у которого проявляется тенденция к росту общей забо-леваемости на 15—20% и заболеваний органов дыхания на20—90%. Около 10% жителей города находится вблизи промыш-ленных предприятий и автомагистралей с интенсивным движе-нием машин в зонах с опасным и очень опасным уровнями за-грязнения. Среди них сильно выражена тенденция ухудшенияпоказателей состояния здоровья: общая заболеваемость и от-клонения от нормального физического развития возрастают на30—50%, заболеваемость органов дыхания на 100—150%, числочасто болеющих детей на 20—30%.

Имеющиеся материалы однозначно свидетельствуют, чтозагрязнение окружающей среды повсеместно сопровождаетсянеблагоприятными реакциями организма человека. Взаимо-связи между показателями загрязнения окружающей среды ипоказателями здоровья весьма сильные. Количественные оценкиэтих взаимосвязей варьируют в широких пределах. Они зави-сят (при близкой социальной и биологической структуре насе-ления) от типа источников воздействия (ассоциации загрязняю-щих веществ), их мощности (интенсивности воздействия) и

238

Т а б л и ц а 69. Типичные структуры загрязнения территорий городов (в % общейплощади)

Характеристика города

Крупнейшие и крупные го-рода с многоотраслевойпромышленностьюСредние и малые специа-лизированные города с ме-таллургическими источника-ми выбросовСредние и малые специа-лизированные города маши-ностроительного профиляСредние и малые города снебольшой промышленнойнагрузкой, интенсивнымдвижением автотранспортаи плохими природными усло-виями рассеивания выбросовМалые города с небольшойпромышленной нагрузкой(фоновый тип)

Степень загрязнения

относительночистая

30-50

0

50

10—20

80—90

умеренноопасная

30—50

30—50

50

50—60

10—20

опасная

10—20

50—100

0

20—30

0

чревычайноо п а с н а я

1—5

10—20

0

до 10

0

градостроительной структуры — соотношения промышленных иселитебных территорий (площади жилых массивов, попадаю-щих в зоны загрязнения той или иной интенсивности). Исследо-вание этих зависимостей только начинается, еще не доведено доуровня надежного количественного прогноза. Это связано преж-де всего с отсутствием комплексных работ, одновременно оце-нивающих интенсивность воздействия, его пространственнуюструктуру и широкий спектр реакций организма в связи с этойструктурой. Тем не менее, ориентировочные количественныеоценки влияния загрязнения окружающей среды на состояниездоровья населения (в том числе рост заболеваемости) все жемогут быть даны.

Обобщение собранных авторами материалов по сопряжен-ному геохимическому и эпидемиологическому анализу уровнязагрязнения окружающей среды городов и показателей состоя-ния здоровья населения в крупных промышленных агломера-циях и городах с доминирующим влиянием отдельных видовпроизводства (цветная металлургия, машиностроительнаяпромышленность, многоотраслевой промышленный комплекс идругие) позволило оценить интенсивность реакции организмачеловека в зонах загрязнения различного уровня. В частности,установлены типовые вариации изменения (в % от контроля —относительно чистых территорий тех же городов) для умеренноопасных, опасных и чрезвычайно опасных очагов загрязненияпо суммарному показателю загрязнения почв (табл. 68); гра-

239

Рис. 69. Изменение функциональных показателей и уровня заболеваемости на-селения в зоне загрязнения (в процентах относительно малозагрязненных тер-риторий):/—4 — заболевания взрослых (/—сердечно-сосудистые, 2 — онкологические3—патология беременности и родов, 4 — временная утрата трудоспособности),5—7 — заболевания детей (5 — заболевания органов дыхания, 6 — функциональ-но-морфологические отклонения, 7 — суммарная заболеваемость), и — верхнийпредел, 9— нижкий предел. 1 — 3 — характеристика очагов загрязнения: ' —очень интенсивные и чрезвычайно опасные, 2 — интенсивные и опасные, 3 — сред-ней интенсивности и умеренно опасные

фическое выражение изменения функциональных показателей иуровня заболеваемости по отдельным видам патологии пред-ставлено на рис. 69.

При характеристике техногенных ореолов в городах мысделали попытку оценить общую структуру загрязнения городовразличного типа (табл. 69). С учетом проведенных нами оценоксостояния здоровья населения в зонах загрязнения различногоуровня и степени опасности можно оценить вариацию показа-телей средневзвешенной интенсивности проявления неблаго-приятных реакций населения на загрязнение окружающей среды240

Т а б л и ц а 70. Средневзвешенные показатели изменения функциональныххарактеристик и роста заболеваемости населения в городах разного типа (в % к от-носительно чистым территориям городов того же типа)

Показатели

Иммунологическая реактив-ность организмаФункционапьные отклонения(дыхания, сердечно-сосу-дистой системы)Суммарная заболеваемостьдетского населенияЗаболеваемость органовдыхания детейНарушение детороднойфункции

Тип города

к р у п н е й ш и ймногоотрас-

левой

+ 50—150

+ 6—35

+ 6—27

+ 9—60

+ 2—10

к р у п н ы й смощным ис-

(металлург)

+ 150—300

+ 20—120

+ 20—90

+ 30—180

+ 15—20

средниймашино-

строи-тель-ный

+ 50—100

+ 5—15

+ 5—10

+ 5-25

0

средний ав-тотранспорт-

ный

+ 120—200

+ 15—48

+ 15—30

+ 20—60

+ 3—9

Примечание « + » — процент увеличения показателей относительно фоновых территорий.

(табл. 70) и, соответственно, осредненный вклад загрязне-ния в ухудшение функциональных характеристик и рост забо-леваемости населения (табл. 71).

Ухудшение иммунного статуса организма детей примерно на50% связано с факторами загрязнения. Если в средних и малыхгородах машиностроительного профиля суммарная заболевае-мость лишь не более чем на 10% связана с загрязнением, то вкрупных городах этим фактором определяется до 25% всех за-болеваний, а в городах близ особо мощных источников вредных

Т а б л и ц а 71. Вклад загрязнения окружающей среды в рост заболеваемости на-селения и изменение функциональных показателей (в % средневзвешенных пока-зателей по городу)

Показатели состоянияздоровья

Иммунологическая реактив-ность организмаФункциональные откло-нения (дыхания, сердечно-со-судистой системы)Суммарная заболеваемостьдетского населенияЗаболеваемость органовдыханияНарушение детороднойфункции

Тип города

крупнейшиймногоотрас-

левой

33—60

5—29

5—25

10—40

2—9

к р у п н ы й смощным ис-

точником

60—75

17—55

17—47

33—64

12—33

средний ма-шинострои-

тельный

55—67

17—33

12—23

17—40

0

средний ав-тотранспорт-

ный

33—50

4-17

4—9

4—20

0

241

выбросов (металлургия, химия, горнообогатительное производ-ство) загрязнение определяет иногда до 50% роста заболеваний.Особенно интенсивен вклад загрязнения в уровень заболеванийорганов дыхания. В крупных городах с этой нозологией свя-зано до 40% болезней, в городах близ мощных источниковвыбросов до 60%.

Рост патологии беременности и родов обусловливает загряз-нение окружающей среды примерно на 10% в крупных городахи на 30% — в наиболее загрязненных.

Эпидемиология сердечно-сосудистых заболеваний в связи'с загрязнением среды изучена мало. Тем не менее, самая предва-

рительная оценка позволяет считать, что для крупных городовоколо 10% этой патологии может быть связано с состоянием ок-ружающей среды.

Для особо загрязненных городов с мощными источникамивыбросов загрязнение окружающей среды определяет 30—70%общего числа заболеваний. В этих же городах в связи с загряз-нением возникает до 40% онкологических заболеваний некото-рых локализаций. Потери рабочего времени в связи с загрязне-нием воздуха увеличиваются на 20—26%. Приведенные данныесвидетельствуют, что загрязнение окружающей среды — один изведущих факторов, определяющих состояние здоровья населения.

3.5. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРАКТИЧЕСКИЕВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Г Е О Х И М И Ч Е С К И Х МЕТОДОВ

Города, в которых урбанизация сводит на одной территориибольшие массы населения и наиболее совершенную техноло-гию, являются концентром проявления техногенных воздействийна условия обитания человека.

Результаты геохимических исследований показывают воз-можность экспрессно и точно выявить распространение хими-ческих элементов по цепи «источник загрязнения — геохимиче-ская аномалия в окружающей среде — живые организмы». Гео-химические данные позволяют установить пространственнуюструктуру экологически опасных зон загрязнения, создавая темсамым опорный фактический материал для всестороннего анали-за проблем окружающей среды городов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТ

Общие принципы организации и характеристика работ наконкретном этапе прикладных геохимических исследованийокружающей среды городов детально рассмотрены в методи-ческих рекомендациях [28, 29].

Главной целью рекогносцировочных работ начального этапаэколого-геохимических исследований в городах является выяв-

242

ление основных источников загрязнения и геохимической специ-фики зон их воздействия, а также установление природныхи антропогенных условий формирования ореолов и потоковрассеяния. Предусматривается сбор и обобщение материалов,необходимых для конкретизации задач и интерпретации резуль-татов геохимических исследований. Для крупных урбанизирован-ных территорий необходимо составление ландшафтно-геохими-ческих схем.

Ландшафтные схемы строятся на базе топографической, гео-логической, почвенной и других специальных карт местности,имеющихся в фондах и архивах. Они корректируются в процессеполевых рекогносцировочных исследований и детализируютсяпри отборе проб.

Для городских территорий аналогом ландшафтной картыявляется карта-схема функциональных зон, отражающаяструктуру городского ландшафта, которая складывается изотдельных промышленных предприятий, жилых домов, бульва-ров, улиц и т. д.

На среднемасштабных картах функциональных зон показы-ваются промышленные зоны, где могут быть сосредоточены де-сятки разнопрофильных предприятий. Каждая промышленнаязона характеризуется по основному направлению функциони-рования (промышленное, складское, транспортное или их соче-тания), по преобладающему виду промышленности (чернаяметаллургия, машиностроение и т. д.), по плотности мест труда.Селитебные зоны (жилые массивы) разделяются по плотностинаселения и по типу застройки (капитальная, индивидуальная).Транспортные зоны различаются по интенсивности потоков.

Предварительные варианты карт функциональных зон городасоставляются на основе фондовых архитектурно-планировоч-ных материалов. Уточнение контуров проводится в рекогносциро-вочных маршрутах и непосредственно в процессе опробования.Карты-схемы должны сопровождаться инвентаризационнымсписком предприятий, характеризующим их как потенциальныеисточники загрязнения. Список должен содержать характери-стику типа производства, объем выбросов и стоков.

Выявление источников загрязнения начинается со сбора ианализа данных о действующих в городе производствах, сопро-вождающихся образованием выбросов, стоков, жидких и твердыхотходов: выясняется структура производственных узлов, пре-обладающие виды производства; выявляются многоотходныеи вредные производства; собираются данные по неутилизируе-мым отходам — количеству, составу, степени токсичности, спо-собам удаления и ликвидации, местам складирования или захо-ронения.

Статистическая отчетность предприятия по выбросам и сто-кам содержит сведения о количестве всех видов отходов и от-

243

части об имеющихся в них загрязняющих веществах. Данныепоступают в статистические управления, в санитарно-эпиде-миологические станции, в инспекции по регулированию исполь-зования и охраны вод и по контролю за работой газоочистныхи пылеулавливающих установок. Хуже обстоит дело с жидкимии твердыми неутилизируемыми промышленными отходами:регулярной отчетности по ним нет, учет отходов производитсяэпизодически.

В архитектурно-планировочных организациях на основе обоб-щения данных о разных видах отходов составляются кадаст-ры потенциальных промышленных источников загрязненияокружающей среды с указанием видов и объемов загрязнителей.

Сведения о бытовых источниках загрязнения (объемы от-ходов, способы обезвреживания и утилизации) имеются в управ-лениях коммунального хозяйства.

Сбор данных продолжается и на выбранных для изученияобъектах, где производятся паспортизация видов отходов, озна-комление с технологическими процессами, связанными с образо-ванием отходов, уточнение количества отходов, выяснение сос-тояния и эффективности очистных сооружений, способов уда-ления неутилизируемых отходов и мест их размещения. Дляизучения состава загрязнителей проводится геохимическое опро-бование [29].

Геохимическое опробование ореолов и потоков рассеяния наданном этапе проводится в районе известных и потенциальныхисточников загрязнения. Как правило, опробуются наиболееинформативные компоненты — пыль, снег, донные отложения. Этопозволяет сформировать представительные геохимические выбор-ки уже выявленных аномалий и оценить соответствующие имассоциации химических элементов. Кроме того, эти выборки рацио-нально дополнять опробованием почв и снега с детальностью 1проба на 1 км2. Гидрохимическому опробованию подлежат устье-вые участки всех водотоков, дренирующих промышленные зоныгорода.

Основой эколого-геохимических исследований на следующем(среднем) этапе изучения городов является метод геохимическогокартирования распределения химических элементов в почвах,снеговом покрове, донных отложениях, что позволяет выявитьпространственную структуру состояния среды и установить очагиее загрязнения.

Сущность геохимического картирования заключается в отборепроб характеризуемого компонента по равномерной сети пунктовнаблюдения с последующим анализом проб на содержание хи-мических элементов, сравнении полученных результатов с фоно-выми аналогами и выделении геохимических аномалий по резуль-татам проведенных исследований.

Методика исследования антропогенных ореолов и организа-244

ция работ по их изучению основаны на следующих закономерно-стях [28].

1. Антропогенная аномалия характеризуется полиэлементнымсоставом с четко выраженным градиентом характеристик от цент-ра — источника загрязнения — к периферии.

2. Размеры аномалий, связанных с промышленным загряз-нением, и для урбанизированных территорий с высокой концент-рацией производства могут достигать сотен и тысяч квадратныхкилометров. Непосредственно вокруг источника выброса форми-руется ореол наиболее интенсивного загрязнения. Центральныечасти ореолов, в которых особенно отражается индивидуальнаяхарактеристика источника выброса, характеризуются наибольшейконцентрацией всего комплекса элементов-загрязнителей. Пло-щади этих частей составляют 10—200 га, т. е. обычно не превы-шают 2 км2. При высокой концентрации производства с боль-шим числом рядом расположенных предприятий ореолы их, сли-ваясь, образуют своеобразный «очаг» загрязнения. На территориипромышленных городов площади очагов могут изменяться от еди-ниц до 100—150 км2.

3. Аномалии в снеговом покрове отражают состояние окру-жающей среды сегодняшнего дня, аномалии в почвах — болеестабильное многолетнее загрязнение. Поэтому обычно не наблю-дается полной идентичности в расположении контуров ореоловв почвах и снеге.

4. Распределение воздушных потоков и выпадение на город-ской территории зависит от типа застройки, распределения дворови улиц.

Перечисленные закономерности необходимо учитывать приорганизации опробования городской территории и зоны влиянияотдельно стоящего источника.

При изучении промышленных районов с высокой концентра-цией производства, где происходит формирование крупных оча-гов загрязнения, исходя из их характерных размеров (десяткиквадратных километров), оптимальная густота опробования мо-жет быть принята 1—5 точек на 1 км 2, т. е. расстояние междуточками опробования может варьировать от 400 до 1000 м.

Равномерная сеть опробования обычно дополняется специ-альным выборочным геохимическим опробованием около заведомоизвестных крупных источников загрязнения и на наиболее инте-ресных (приоритетных по социальным или ландшафтным особен-ностям) участках. Рекомендуется размещать точки опробованияжилых зон в глубине дворов или на полузамкнутых участках,заслоненных домами от уличного движения. Это позволяет умень-шить долю случайного загрязнения, не связанного с выпадения-ми из атмосферы.

Геохимическое изучение структуры загрязнения поверхност-ных водных систем и выявление зон влияния конкретных источ-

245

ников загрязнения проводятся путем маршрутного геохимиче-ского опробования донных отложений [27]. В пределах крупныхпромышленно-урбанизированных зон проводится съемка всехосновных водотоков. При изучении отдельных источников загряз-нения обычно достаточно проследить поток рассеяния до устьяводотока.

Опыт работы показывает, что при отборе проб по водото-кам через 200—400 м потоки рассеяния зоны влияния городоввыявляются достаточно надежно. При опробовании небольшихрек и ручьев в пределах городской территории с целью получе-ния пространственной картины распределения загрязнения не-обходимо уменьшить шаг опробования до 100 м.

В очагах загрязнения, установленных по результатам геохи-мического картирования, проводятся детальные эколого-геохи-мические работы. Они включают детализацию геохимическогоопробования с целью уточнения морфологии зон загрязнения.Из опыта работ для выявления пространственной геохимиче-ской структуры окружающей среды почвы опробуются по сети200X200 м, а снеговой покров, имеющий более широкий ореолрассеяния загрязняющих веществ от источника,— по сети 400 XХ400 м.

Главная задача опробования природных вод на данном этапесостоит в изучении пространственно-временных параметров рас-пределения и форм нахождения химических элементов. Органи-зуются на исследуемых водотоках серии стационарных створов,как правило, на наиболее загрязненных участках русел, выяв-ленных литохимической съемкой донных отложений на этапе гео-химического картирования.

Изучение кинетики распределения химических элементов иформ их миграции в водном потоке проводится путем прослежи-вания распределения элементов от источника загрязнения внизпо реке. Отбор водных проб при этом производится с учетомскорости,добегания воды. Опробование проводится на расстоя-нии от источника загрязнения не меньшем, чем протяженностьантропогенного потока рассеяния в донных отложениях. Полу-ченные данные позволяют установить механизм миграции хими-ческих элементов, дальность их переноса, наличие зональностив потоке. Изучение динамики распределения химических эле-ментов и форм их нахождения осуществляется путем проведениянаблюдений и опробования в течение определенных отрезков вре-мени на эталонных створах с учетом пространственной структу-ры водного потока. Полученные данные позволяют выявить осо-бенности динамики распределения элементов и форм их нахож-дения, оценить достоверный общий уровень загрязненности вод-ной массы и установить комплекс элементов-индикаторов загряз-нения и, главное, характер отношения различных форм мигра-ции и закономерности поведения элементов в зависимости от

246

режима работы источника загрязнения и гидрологических харак-теристик водотока.

На промышленных предприятиях, для которых установленапространственная связь с геохимическими аномалиями, изучает-ся технология производства, определяются все каналы утечкизагрязняющих веществ во внешнюю среду, устанавливаютсявиды отходов и их химический состав, характеризуются состоянияпочв на промплощадках как индикаторов максимального уровнязагрязнения отходами предприятия. В итоге устанавливаетсяучастие предприятия в создании неблагоприятной ситуации посодержанию химических элементов в окружающей среде приле-гающих территорий.

Опасность загрязнения окружающей среды для живых орга-низмов может быть доказана превышением содержания химиче-ских элементов в гигиенически нормируемых компонентах — воз-духе и воде — предельно допустимых концентраций (ПДК).С этой целью проводятся прямые определения содержания метал-лов в атмосферном воздухе. В пределах центров выявленныхгеохимических аномалий отбирается статистически значимое коли-чество проб воздуха—25 (одна проба в день).

Изучение реакции живых организмов на загрязнение окру-жающей среды химическими элементами проводится главным об-разом по двум направлениям — для растительности и для чело-века.

Реакция растений оценивается через изменение их химиче-ского состава, которое увязывается как с проявлением внешнихпризнаков угнетения растений, так и с качеством продуктов пи-тания. Отбор проб растений проводится по площадкам, которыерасположены в зонах геохимических аномалий разной интенсив-ности.

Влияние загрязнения химическими элементами различных ком-понентов окружающей среды на человека оценивается по изме-нению комплекса показателей здоровья населения. С этой цельюв поликлиниках собираются первичные данные (учетные карточки)по заболеваемости (наиболее целесообразно это делать на при-мере детского населения) и обобщенные учетные медицинскиесведения, отражающие состояние здоровья населения на отдель-ных территориях. Сравнением уровней загрязнения, составазагрязняющих веществ с заболеваемостью устанавливаются ко-личественные соотношения в ответной реакции человека на со-стояние окружающей среды.

На наиболее интенсивных аномалиях выполняются определе-ния содержаний металлов в биосубстратах населения (кровь,моча, волосы и др.). При этом может использоваться метод группо-вых проб, при котором индивидуальные пробы населения объеди-няются по основным признакам (место жительства, профессия,возраст, пол и др.). Это позволяет получить достаточные для

247

химико-аналитических исследований навески биологических мате-риалов, что обычно непросто при работе с детьми.

Выбор районов и групп наблюдения за содержанием микро-элементов в биосредах проводится совместно с территориальнымиорганами здравоохранения в соответствии с общими гигиениче-скими принципами, принятыми при изучении здоровья населения.

Перед началом биогеохимических исследований выбираютсядиагностические среды, которые в наилучшей степени отражаютвлияние того или иного элемента. Методика отбора биопроб,сроки проведения работ также согласовываются с местными ор-ганами здравоохранения и санитарного надзора, а при работе вдетских учреждениях — с отделами народного образования [28].

Материалы геохимического картирования и данные по связиочагов загрязнения с показателями здоровья населения дают воз-можность:

усовершенствовать систему контроля состояния окружающейсреды города (выбор расположения стационарных постов и уточ-нение перечня контролируемых ингредиентов загрязнения);

проводить градостроительные разработки с обоснованием ар-хитектурно-планировочной структуры, границ промышленных исанитарно-защитных и водоохранных зон, условий водопользова-ния, размещение рекреаций;

установить производства и процессы с повышенным выбросоми стоком токсичных химических элементов, требующие специали-зированного обследования с целью технологического и проектно-конструкторского улучшения пылегазоочистного и водоочистногооборудования;

проводить специализированную медико-организационную ипрофилактическую работу на конкретных территориях с условия-ми повышенного риска для здоровья населения;

выявить участки водных систем и городских территорий, уров-ни загрязнения которых требуют проведения санирования и очи-стки природных сред (снятие зараженного грунта, чистка донныхотложений).

Основные практические выводы

Общий анализ всей совокупности материалов по эколого-геохими-ческим исследованиям окружающей среды городов показываетнеобходимость общей корректировки структуры и характера при-родоохранной деятельности в городских агломерациях и городах.

Геохимические исследования показали возможность разработ-ки методов комплексного межотраслевого природоохранногоэкологического проектирования, учитывающего всю совокупностьи взаимосвязь проблем, связанных с последствиями загрязненияокружающей среды.

Организация экологического проектирования требует разра-248

ботки принципов и системы экологической экспертизы и, главное,проведения комплексных экологических изысканий. Это в перспек-тиве приведет к созданию специализированной сети проектно-изыскательских организаций. В основу изысканий должны бытьположены экологическое картографирование территорий, созда-ние и регулярное подтверждение экологических паспортов, чтопозволило бы структурировать проблемы и дифференцироватьтерритории по типу и интенсивности вредных воздействий, поуровню неблагоприятного отклика живых организмов на воздей-ствия.

Необходимо кардинально изменить структуру и содержаниесистемы контроля за состоянием окружающей среды урбанизи-рованных территорий и экологическими последствиями ее за-грязнения.

Существующие системы выборочного контроля на закреп-ленной сети стационарных постов и створов по плотности распо-ложения, частоте наблюдений и перечню наблюдаемых загрязняю-щих веществ не соответствуют характеристикам и масштабу про-явления процесса загрязнения. Контроль за состоянием здоровьятакже осуществляется лишь по единичным выборкам с неяснойпредставительностью, включающим небольшую часть населенияконтролируемых городов.

Следует внедрить методы картографирования состояниясреды с медико-географической оценкой состояния здоровья наоснове постоянно действующей информационной системы автома-тизированного анализа изменения пространственной структурыпоказателей неблагоприятных реакций населения на загрязнениесреды (динамический контроль структуры заболеваемости идругих показателей здоровья и на основе данных автоматизиро-ванного учета карт обращаемости и результатов функциональ-ной диагностики). Необходима на единой методической основесистема биомониторинга за содержанием токсичных веществ(металлы, пестициды) в различных группах населения.

В целях кардинального снижения уровня заболеваемости длягородов со сложившейся структурой расселения и промышлен-ностью необходимо разработать детальные проекты здравоохрани-тельных мероприятий. Эти проекты должны основываться на ре-зультатах геохимических изысканий и анализе пространственнойструктуры загрязнения и заболеваемости.

Важнейшими элементами таких проектов должны явиться:1. Архитектурно-планировочные решения по изменению гра-

ниц промзон, санитарно-защитных зон, условий землепользова-ния в соответствии с реально наблюдаемой в городе пространст-венной структурой дифференциации экологических условий, а нетолько по расчетно-нормативньш планировочным показателям,принятым сейчас.

2. Обоснование характера первоочередных мероприятий для

249

территорий с опасными уровнями загрязнения (около 10% пло-щади крупных городов, для городов близ особо крупных пред-приятий иногда много больше), включающих либо полный вы-вод жилья и присоединение этих территорий к промышленным зо-нам, либо принципиальное изменение технологии особо опасныхисточников загрязнения вплоть до перепрофилирования предпри-ятий.

3. Обоснование системы перестройки организационной струк-туры медицинского обслуживания в соответствии со структуройзагрязнения и заболеваемости (усиление интенсивности и спе-циализации медобслуживания для территорий с повышенной за-болеваемостью населения).

4. Разработка территориальной структуры размещения дет-ских учреждений, спортивных баз и режима их работы в зависи-мости от дифференциации состояния окружающей среды и здо-ровья населения).

Необходимо общее решение проблемы защиты окружающейсреды и населения от прямого и косвенного вредных воздействийтвердых бытовых и промышленных отходов. Следует кореннымобразом изменить распространенную сейчас практику фактиче-ски неконтролируемого рассеяния отходов в окружающей средепутем их захоронения на необорудованных свалках и экологи-чески необоснованного применения их в качестве удобрений. Де-понирование или утилизация в природных системах отходов,содержащих токсичные загрязняющие вещества, должна произ-водиться в строго контролируемых условиях специализирован-ными организациями.

Следует повсеместно, во всех промышленных городах орга-низовать обезвреживание отходов физико-химической очистки(гальванических и пр.) , являющихся одним из основных загряз-нителей водных систем, канализационных осадков, в некоторыхслучаях почв. Полноценное решение этой проблемы возможнодаже на уровне существующих разработок. Для охраны окружаю-щей среды от загрязнения единственным способом является ути-лизация накапливающихся отходов. При этом стоимость полу-чаемой продукции должна учитывать природоохранный эффект,что делает ее рентабельной для общества. Способы утилизации ча-стично уже известны (но не применяются), частично могут бытьсозданы в обозримой перспективе. Необходимо уже сейчас, до пол-ного решения проблем утилизации, создать достаточно широкуюсеть полигонов-накопителей отходов. Расчеты показывают, чтоотсутствие сравнительно дешевых полигонов и является основнойпричиной загрязнения перечисленных выше природных сред,так как сейчас в связи с отсутствием официально признаннойсистемы захоронения или утилизации эти отходы бесконтрольнорассеиваются в окружающей среде.

Рассмотрим конкретные практические рекомендации, которые250

могут быть даны по результатам комплексного эколого-геохими-ческого исследования городов.

Типы практических рекомендаций, разрабатываемых при эко-лого-геохимическом изучении аэрогенных очагов загрязнения.Характер практических рекомендаций, следующих из геохимиче-ских, биогеохимических и геогигиенических материалов по изу-чению городов, дифференцируется в зависимости от количест-венной характеристики геохимических аномалий, разделяющихсяна три категории по уровню загрязнения и их экологическойоценке: 1) средний умеренно опасный; 2) высокий опасный;3) очень высокий, чрезвычайно опасный (см. табл. 8).

Разрабатываемые мероприятия по своей направленности раз-деляются на две группы: 1) планировочно-изыскательские и конт-ролирующие, ориентированные на источник загрязнения и ком-поненты природной среды; 2) медико-организационные, здраво-охранительные мероприятия, ориентированные на профилактикуи улучшение здоровья населения.

Для всех категорий очагов загрязнения в числе первоочеред-ных мероприятий рекомендуется проведение сплошной инвента-ризации выбросов предприятий, расположенных на территорииэтих очагов, исследование всех установленных полютантов, ана-лиз и выявление технологических звеньев и производств, ответ-ственных за выбросы химических элементов и других загрязняю-щих веществ. На основе данных инвентаризации проводитсяразработка мероприятий по снижению или прекращению выбро-сов.

Рекомендации медико-организационного характера для всехкатегорий очагов загрязнения включают:

1. Организацию постоянно действующих систем автоматизи-рованного анализа изменений пространственной структуры по-казателей неблагополучных реакций населения — динамическойинфраструктуры показателей здоровья.

2. Перестройку организации структуры медицинского обслу-живания в соответствии со структурой загрязнения и заболевае-мости (увеличение числа врачей и специализация медицинскойслужбы в очагах загрязнения и повышенной заболеваемости).

3. Проведение иммуномониторинга с целью выявления группповышенного риска.

4. Организация загородного отдыха детей, усиление профилак-тической оздоровительной деятельности.

5. Усиление детской аллергологической службы и организациярегистра аллергических заболеваний.

Для очагов с высоким опасным уровнем загрязнения средыпрактические рекомендации начинают ориентироваться на архи-тектурно-планировочные, градостроительные решения возникаю-щих проблем. Здесь рекомендуются:

1. Архитектурно-планировочный анализ с целью определения251

необходимости и возможности изменения планировочной струк-туры и в частности: а) оздоровления территории при уменьшениивыброса; б) выявления возможности расширения промзон (созда-ния складских помещений, гаражей, незагрязняющих цехов) засчет вывода жилых массивов из очагов загрязнения.

2. Запрет на новое строительство детских, лечебных и рек-реационных учреждений впредь до ликвидации выбросов.

3. Организация снегоуборки с вывозом снега на особые снего-свалки с последующей очисткой стока от вредных примесей.

4. Организация санации почв детских учреждений путем дер-нования и известкования.

5. Расширение сети стационарных постов слежения за атмосфе-рой и организация контроля специфических для промышленно-сти очагов загрязнения на этих постах.

Здравоохранительные рекомендации в очагах с высоким и опас-ным уровнем загрязнения включают:

1. Введение в детских учреждениях комплекса лечебно-про-филактических мероприятий по оздоровлению часто болеющих де-тей, разработанных и утвержденных Минздравом СССР.

2. Увеличение сети специализированных детских дошкольныхучреждений для детей с аллергическими заболеваниями.

3. Усиление детской поликлинической службы врачами узкихспециальностей (психоневролог, отоляринголог, окулист и др.)с целью улучшения ранней диагностики заболеваний. Развитиефункциональных методов исследований сердечно-сосудистой сис-темы, органов дыхания и других систем.

4. Перемещение детских дошкольных учреждений в чистыерайоны впредь до снижения уровня загрязнения до нормативного.

Очаги с очень высоким и чрезвычайно опасным уровнем заг-рязнения, естественно, требуют наиболее серьезных и дорого-стоящих решений. Здесь необходимы:

1. Архитектурно-планировочный, технологический и экономи-ческий анализ территории с целью решения вопроса о выводе илиперепрофилирования вредных производств либо о включениитерриторий очагов в пределы промзоны с ликвидацией жилыхмассивов и, в первую очередь,— с выводом детских учреждений.

2. Санация почв путем снятия верхнего слоя или перекрытияего новым слоем привозной почвы (на территории игровых пло-щадок и скверах).

3. Запрет рекреации.До решения технологических и организационных проблем

следует организовать: 1) постоянное диспансерное наблюдениеза детьми и взрослым населением; 2) составление санитарно-ги-гиенических характеристик «очагов» заболеваний; 3) введе-ние биомониторинга за содержаниями токсичных элементов вбиосредах различных групп населения.

Типы практических рекомендаций, разрабатываемых при эко-

252

лого-геохимическом изучении гидрогенных аномалий. Для поверх-ностных водных систем характер практических рекомендацийопределяется уровнем их загрязнения и типом хозяйственного ис-пользования: питьевое, сельскохозяйственное, рекреационное(см. табл. 9). Для водотоков всех типов при слабом и среднемуровне загрязнения следует провести инвентаризацию стоковпромышленных предприятий и выявить технологии, требующиедополнительных систем более глубокой очистки сточных вод.Здесь может быть рациональным создание устьевых групповыхочистных сооружений на притоках, дренирующих промзоны иорганизация створов и пунктов наблюдения для выявления и по-следующего контроля специфических для данных аномалий за-грязняющих веществ. На участках использования вод для по-лива сельскохозяйственных угодий следует проводить их очисткуот взвешенных веществ. Для сильно и очень сильно загрязненныхводотоков необходимо временное ограничение всех видов водо-пользования с последующим проведением изыскательских работдля детализации структуры загрязнения и изъятия зараженныхдонных отложений. В ряде таких случаев требуется перепрофи-лирование особо опасных производств, создание на предприя-тиях систем глубокой очистки стоков 'или систем замкнутого во-доснабжения. На участках сельхозугодий в поймах, орошаемыхводами загрязненных рек, необходимо проведение специализи-рованных работ по изучению накопления токсичных химическихэлементов в почвах и сельскохозяйственной продукции для вы-явления участков, требующих санации или изъятия из использо-вания. В пределах урбанизированных территорий при появлениианомалий такой интенсивности необходимо строительство группо-вых очистных сооружений в устьевых участках водотоков, лока-лизующих загрязненный поверхностный сток.

Г л а в а 4ГЕОХИМИЧЕСКОЕ И З У Ч Е Н И ЕСЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Масштабы и значение геохимической и биогеохимической диффе-ренциации сельскохозяйственных территорий в должной мерееще не осознаны. Проблема эта была поставлена еще Н. И. Вави-ловым, начавшим в 30-х годах широкие полевые и эксперимен-тальные исследования географических закономерностей диффе-ренциации биохимических свойств и показателей качества сель-скохозяйственной продукции. Прямая задача географическойизменчивости химического состава сельскохозяйственной про-дукции только намечена исследованиями специалистов по химиии биохимии растений, особенно в фундаментальных работах по

253

микроэлементам. В последние годы возникла проблема загрязне-ния сельскохозяйственных почв и продукции, что расширяет сферуисследования геохимии сельскохозяйственных территорий.

Основная задача исследований геохимии сельскохозяйствен-ных территорий — выявление природных и антропогенных зако-номерностей изменения состава, качества и количества сельско-хозяйственной продукции.

Можно наметить три группы процессов, обусловливающихдифференциацию геохимической структуры 'сельскохозяйствен-ных территорий:

агрогенные геохимические преобразования, связанные с тех-нологией сельскохозяйственного производства;

техногенные преобразования, не вызванные потребностямисельскохозяйственного производства;

природная геохимическая дифференциация.Агрогенные геохимические преобразования территорий —

преобразования, связанные с неизбежным воздействием на агро-ландшафты стандартных технологических циклов сельскохозяй-ственного производства: агротехнической обработки почв; воднойи химической мелиорации; комплекс обработки почв и растенийв период вегетации растительной массы и уборки урожая.

Отмеченные технологические циклы могут быть рассмотреныкак геохимическое явление, интенсивность проявления которогозависит главным образом от социально-экономических факто-ров: уровня организации предприятий, их технической оснащен-ности, выбранной технологии, использования тех или иных средствхимизации.

Типы агрогенных геохимических воздействий весьма разнооб-разны, и они также отличаются по масштабу проявления и егоинтенсивности.

Агрогенные геохимические воздействия разделяются на двекрупные подгруппы: собственно агрогенные и агротехногенные.

Собственно агрогенные воздействия — планируемые, повсе-местно проявленные воздействия, неизбежные при существую-щих принципах сельскохозяйственной технологии:

1. Агротехническая обработка почвы, сопровождающаясяуплотнением почвы, ее взаимодействием с истирающимися ору-диями механической обработки и с выхлопами транспортныхсредств.

2. Внесение стандартных фосфорных, калийных и азотныхудобрений в дозах, зависящих от агрохимических показателей.

3. Внесение почвенных мелиорантов — известкующих илираскисляющих материалов, торфа, в некоторых случаях песка илиглины.

4. Проведение водной мелиорации (осушение или обводнение).5. Обработка территорий фунгицидами, гербицидами, инсекти-

цидами.

254

Агротехногенные воздействия не являются неизбежным след-ствием агротехнологии. Они проявлены значительно локальнеесобственно агрогенных воздействий и связаны с применениемнестандартных загрязненных средств мелиорации:

1. Внесение в качестве удобрений бытовых отходов промыш-ленных городов и промышленных отходов.

2. Использование в качестве удобрений отходов животновод-ческих комплексов.

3. Использование в качестве почвенных мелиорантов про-мышленных (энергетические золы, металлургические шлаки,фосфогипс) и горно-рудных (породы вскрыши) отходов.

4. Использование для водной мелиорации воды загрязнен-ных рек.

Техногенные геохимические преобразования — следствие за-грязнения сельскохозяйственных территорий при воздействии про-цессов, не связанных с сельскохозяйственной технологией:

1. Региональные поля выпадений из атмосферы, в составе ко-торых суммируются те части промышленных выбросов в атмос-феру, которые поступают в дальние циклы миграции.

2. Локальные поля выпадений из атмосферы — ближниезоны рассеяния выбросов в атмосферу на территориях, примы-кающих к промышленным предприятиям.

3. Зоны воздействия автотранспорта.4. Участки разлива загрязненных рек и поверхностного сто-

ка (аккумулятивные пойменные ландшафты).5. Зоны воздействия хранилищ токсичных отходов, подвер-

гающихся дефляции и размыву поверхностным стоком.Агрогенные и собственно техногенные преобразования про-

исходят на фоне природной геохимической дифференциациитерриторий.

Неоднородность природной геохимической структуры связанас ландшафтно-геохимическими факторами. Эти факторы, как хо-рошо известно [36], весьма разнообразны и обусловливаюточень разные площади и уровни проявления химических раз-личий в составе почв и растений. Наиболее важна дифферен-циация территорий, связанная с различиями типов и семействландшафтов. Она выявляется на уровне смены типов и подтиповпочв и отличается большой и очень большой площадью проявле-ния (примером могут служить общеизвестные геохимическиеи, соответственно, агрохимические различия степных ландшаф-тов с плодородными черноземными почвами и таежных ланд-шафтов со значительно менее плодородными дерново-подзолис-тыми почвами). Важны также и различия, связанные с геохи-мической дифференциацией элементарных ландшафтов, уста-навливаемые на уровне класса водной миграции, вида или рода(положение в рельефе, приуроченность к тому или иному типупочвообразующей горной породы) и отличающиеся средней или

255

сравнительно небольшой площадью выявления. Примером такогорода являются различия между ландшафтами на территориипроявления первичных и вторичных ореолов рассеянных рудныхполей и месторождений и обрамляющими их фоновыми терри-ториями.

4.1. А Г Р О Г Е Н Н Ы Е Г Е О Х И М И Ч Е С К И Е А Н О М А Л И И

Агрогенные геохимические аномалии представляют экологичес-кую опасность в связи с особенно большими масштабами про-явления, охватывающими практически всю существующую сель-скохозяйственную продукцию.

Агротехническая обработка почв проводится многократно втечение вегетационного периода и включает дискование, вспаш-ку, боронование, сев, культивацию, сбор урожая, внесениесредств химизации. При обработке происходит механическийизнос орудий (лемехов, дисков) в процессе контакта с почвой,особенно обогащенной включениями. Кроме того, практическився поверхность почв испытывает воздействие выбросов тран-спортных средств, прежде всего выхлопа дизельных установок,работающих на соляровом масле. Эти виды воздействия, обычноне рассматриваемые и не учитываемые, способны поставлять впочвы химические элементы из износоустойчивых сталей и извыхлопов (Мп, N1, Сг, Ре, Со, V) .

Авторам удалось в зоне развития дерново-подзолистых почввыявить участки, где ряд лет проводилась агротехническая об-работка, но не вносились удобрения и другие средства химиза-ции. Участки расположены на территории, не подвергающейсявоздействию выбросов. В результате такого достаточно чистогоэксперимента выявилось, что в процессе агротехнической обра-ботки происходит довольно интенсивное загрязнение почвы пере-численным выше комплексом элементов. При этом увеличениеих валового содержания в почвах составило от 10 (ванадий)до 40% (никель).

Внесение в почвы минеральных удобрений — главный видагрогенных воздействий. Применение удобрений, обеспечиваю-щих сейчас более 50% урожая, приводит к глобальной хими-зации почв. Основными отрицательными последствиями приме-нения минеральных удобрений считаются концентрированиепотенциально токсичных и канцерогенных соединений азота врастительной продукции и эвтрофикация водных систем. Имеют-ся сведения [20,31] по излишней фосфатизации почв и по вред-ному воздействию элементов-примесей фосфатных удобрений.

В отличие от калийных и азотных удобрений, производи-мых из практически рафинированного природного сырья и близ-ких по составу к химически чистым соединениям, фосфорныеудобрения производятся исключительно на основе природных

256

Рис. 70. Поведение химических элементов при обогащении фосфатного сырья(1 — апатитовые руды, 2 — ракушечные фосфориты).В индексе элемента указан его коэффициент концентрации. Область выноса обо-значена знаком « —», область накопления — знаком «-)-»

Рис. 71. Геохимические спектры фосфоритовых (I) и апатитовых (II) концен-тратов,Кс — коэффициент концентрации относительно кларка в земной коре

фосфатов, являющихся по существу полиминеральным сырьем.Материалы минералого-геохимических исследований различ-

ных видов фосфатного сырья магматогенных апатитовых руди осадочных фосфоритовых руд свидетельствуют о его значи-тельном обогащении широкой ассоциацией элементов-примесей(Р, 5г, ТК, и, иногда РЬ, Аз, 2п, V, Сё).

Анализ проведения химических элементов в цепи обогащенияапатитовых руд (рис. 70) показывает, что при обогащенииапатитовых руд выносится только ниобий. При коэффициентеобогащения фосфора порядка 2,4 редкоземельные элементы и

257

Т а б л и ц а 72 Типоморфные элементы-примеси фосфорных удобрений и кормо-вых добавок

Вид продуктовКоэффициенты концентрации относительно кларка

50—25 25- 10 10—5 до 5

Удобрения

Нитроаммофос из апатитаАммофос из апатита

Аммофос из фосфоритаДвойной суперфосфат из фосфорита

Фосфоритовая мука из фосфорита

—

—

Аз

А з , РАз, Р, Ьа

Р

Аз, Се, Ьа, РАз, Се, Ьа,

Р, ЗпСа, Зп

У, Се, Зг.Са,Зп

Си, РЬ, Зп,Зг

У, ЗпУ, Зг

У, РЬ

V, Ьа, Се, 2п

Кормовые добавки

Диаммоний фосфат и монокаль-ций фосфатКальций фосфат кормовой —

Аз

Аз

са, Зп

Р, У, Ьа.Са,Зп

У, Зг, Ьа

Се, РЬ

иттрий концентрируются интенсивнее (3,5 и 4,2 соответственно),а стронций накапливается меньше (в 1,4 раза).

При обогащении фосфоритовых руд выносится почти пол-ностью РЬ, иногда частично А&. Остальные элементы накапли-ваются почти с той же интенсивностью, что и фосфор. В ко-нечном счете концентраты фосфорных руд, зачастую без даль-нейшей переработки вносимые на поля, обогащены спектромэлементов-примесей (рис. 7 1 ) .

Результаты анализов состава удобрений для главных исполь-зуемых сейчас продуктов приведены в табл. 72, 73. По содержа-нию элементов-примесей готовые продукты (удобрения и кормо-вые добавки) по сравнению с исходным сырьем качества своегоне улучшают.

Для удобрений, производимых на основе апатитового сырья,отмечается сравнительно небольшое накопление в конечныхпродуктах мышьяка, редких земель и фтора. Для удобренийиз фосфоритового сырья уровни накопления перечисленныхэлементов возрастают, появляются Сс1 и 5г.

Расчет баланса элементов-примесей удобрений при внесенииих в почву в оптимальных (200 кг/га) и максимальных(500 кг/га) дозах позволяет дать ориентировочную прогнознуюоценку фосфорных удобрений как источника загрязнения агро-ландшафтов.

Подсчеты поступления химических элементов, проведенныедля бедной питательными веществами дерново-подзолистой поч-вы (рис. 72) показывают, что для всех применяемых марокудобрений даже фосфор вносится в количестве лишь 1—3% при-родного запаса в почве. Естественно, что элементы-примеси258

Рис. 72. Поступление химических элементов с фосфорными удобрениями (а —аммофос из апатитового концентрата, б — аммофос из фосфоритового концен-трата):I, II — уровни поступления химических элементов (I — в процентах от природногозапаса С, доза внесения удобрений — 200 кг/га, II — в процентах от поступле-ния фосфора КР)

вносятся в значительно меньших количествах. Ранжируя ихпо уровню увеличения природного запаса при внесении удобре-ний, можно отметить ведущую позицию Р, Аз, иногда 5г (десятыедоли процента их природного запаса, около 10% поступленияв почвы фосфора). Поступление с фосфорными удобрениямиредких земель и тяжелых металлов составляет лишь сотые долипроцента их природного запаса и несколько процентов уровняпоступления фосфора.

Отчуждение фосфора с урожаем даже при дозе 200 кг/гасоставляет не более 50—70% (рис. 73). Все остальные элементывыносятся в значительно меньшем количестве: для 5г, 2п, РЬ,Аз, Сс1 — сотые доли процента запаса в почвах; для Р и ТЬ —тысячные. Таким образом, даже без учета других источниковвыноса химических элементов (поверхностная эрозия, например),годовой прирост природных запасов фосфора составляет несколь-ко процентов, а элементов-примесей — десятые доли процента.

Время удвоения природных запасов валовых содержанийхимических элементов, вносимых с удобрениями, составляетдесятки — сотни лет.

Рис. 73. Потребление химических эле-ментов сельскохозяйственными куль-турами:I — уровень потребления химическихэлементов капустой в процентах от при-родного запаса С, II — относительныйуровень потребления (в процентах отпотребления фосфора)

Т а б л и ц а 73 Химические элементы в некоторых типах фосфорных удобрений

Исходное сырье

Апатитовый кон-центрат

Фосфоритовыйконцентрат мик-розернистых фос-форитов

Фосфоритовыйконцентрат раку-шечных фосфоритовФосфоритовыйконцентрат желваковых фосфоритов

Удобрение

Аммофос

Нитроаммофос

Аммофос

Диаммоний фосфат

Монокальцийфосфат

Кальции фосфаткормовой

Двойной суперфосфат

Фосфоритоваямука

Параметр

С5Кс

С5Кс

С5Кс

С5Кс

С5Ко

С5Кс

С5Кс

С5Кс

Содержание

Г

5507,412408,324317703,710342370,415,612506421,912006401,9337119005,18216,121656,3112,4

10580865,1216,0

Р

21850084322351028624282ПО178416658319223000088282472380008800256245113,67182326417325434614186

738904038,579,5

Мп

20081,60,3101,7842,690,11400575,41,422684,70,240895,60,4915,62196,920,9768,0624,680,8

1090589,61,1

N1

62,40,14,941,460,1189,20,310—0,2113,910,21035,410,610—0,2

57,025,41,0

Си

122,30,24,961,410,17—

0,15—0,161,720,18,14,90,220,8410,620,4

9,02,10,2

Примечание С - среднее содержание х и м и ч е с к о г о элемента, 5 — среднеквадратичноекоры

Важно отметить, что малые уровни прибавки фосфора иэлементов-примесей при внесении фосфорных удобрений в почвуне свидетельствуют об отсутствии экологических последствий.Об этом говорит прежде всего мощное положительное след-ствие — прибавка урожая, многократное увеличение биологичес-кой массы под воздействием этих доз.

Для оценки этой ситуации интересно провести сопоставле-ние микроэлементной биогеохимической структуры растенийи геохимической структуры ассоциаций химических элементов,вносимых с удобрениями в почву. При этом содержание микро-элементов удобно пронормировать по отношению к главномуэлементу удобрений — фосфору (рис 74). По сравнению с фос-фором такие элементы, как Аз, Сё, Р, ТЬ, У, переходят в расте-ния в значительно меньших количествах

Можно предположить, что чем меньше химический элементнакапливается растением в природных условиях, тем болееопасен его избыток. При этом следует учитывать, что большаячасть природного запаса элементов в почвах малодоступна для

260

элементов в г/т

2п

126,80,17,312,740,16521,40,85227,50,66451,90,862,1879,090,724,0312,270,3

127,033,921,5

А ч

14—8,215,864,569,334

20,02218,41323,8—1415,027,29,326,233,015,4

48,524,528,5

Зг

5659,811,687,2433,700,316090,50,5175,240,05450951,31095,9274,23,21751,6881,475,2

1278,524,273,8

V

91,110,23,174,1712,372,684,515,842,912—0,46410,82,2134,8765,814,7281,3820,269,7

66,87,02,3

2г

5020,90,322,379,230,1229,40,1115,730,06303,740,254,029,310,4120,924,350,7

123,112,60,7

МЬ

256,041,218,4922,560,962,480,384,70,4115,40,511,065,390,626,96,261,4

5,02,840,2

Сс1

0,2—1,50,240,161,80,90,59,20,5—3,80,5—3,80,5_3,80,5—3,8

0,650,475,0

5п

8,72,53,47,593,633,010—4,0135,415,210—4,09,561,453,810,221,174,0

10,0—4,0

Ва

261,920,047,181,130,018430,60,1201,80,041179,40,2472116,950,6546,4544,760,8

16010,50,2

Ьа

143404,8120,344,24,023,227,40,819—0,234,8351,0113,493,8350,398,7412

62,04,22,0

Се

260954,3203,3175,243,414,035,80,217—0,127,3120,588,451,5658,22137,69,4

120—2,0

РЬ

20,840,128,6513,090,52014,91,22216,81,45234,63,212,522,761,620,616,171,3

74,012,64,6

отклонение, К( — коэффициент к о н ц е н т р а ц и и элемента относительно к л а р к а земной

Рис. 74. Соотношение поступления и биоло-гического поглощения элементов-примесейудобрений.Крпост/Крпогч — соотношение уровней поступ-л е н и я и поглощения элементов примесей посравнению с фосфором

растений, тогда как вместе с удобре-ниями они приносятся в значитель-но более доступных формах.

Сравнение потребления элемен-тов растениями и их поступления судобрениями показывает, что V, ТК,Аз, СА по сравнению с фосфоромпоступают в количествах в 1000 иболее раз больших, чем используют -

261

Рис. 75. Увеличение содержаний эле-ментов-примесей в почвах при внесенииудобрений. По О. В. Кайдановой.Сплошная л и н и я — доза М|8оР|8оК|во,пунктир — доза МиоРноКмо

Рис. 76. Химические элементы в дер-ново-подзолистых легкосуглинистыхпочвах хозяйств, применяющих мине-ральные (сплошная линия) и органи-ческие (пунктир) удобрения

ся растениями. Для фтора поступление с удобрениями в сотнираз больше потребления растениями. Для Зг, РЬ, Мп величинаэтого показателя около 1 (уровень поступления сбалансированс фосфором), для 2п — меньше 1 (общеизвестен дефицит этогоэлемента в дерново-подзолистых почвах, который, естественно,не покрывается стандартными фосфорными удобрениями).

Таким образом, с одной стороны, уровень поступления эле-ментов-примесей с удобрениями настолько низок, что при су-ществующих дозах внесения загрязнение почв не всегда можетнадежно фиксироваться из-за природной вариации содержанийи аналитической ошибки. С другой стороны, даже при такомуровне внесения экологическая значимость элементов-примесейможет оказаться очень значительной.

Действительно, даже в условиях строгого дозирования опыта,увеличение содержания элементов-примесей в почвах невеликои не всегда хорошо улавливается (рис. 75).

Из элементов-примесей фосфорных удобрений лучше всегоисследовано поведение фтора. В хорошо известных работахЮ. А. Потатуевой установлено, что при очень больших дозахвнесения содержание фтора в растениях возрастает от 2 до30 мг/кг. Это происходит, главным образом, на второй годпосле внесения. Этот уровень считается в агрохимии неопаснымдля животных (допустимое содержание фтора в кормах 30—50 мг/кг). Однако оценка его опасности для самих растенийосталась неясной.

Авторам удалось изучить почвы серии хозяйств, различаю-щихся по интенсивности использования минеральных удобре-262

ний (рис. 76). Для почв хозяйств, интенсивно использующихминеральные удобрения, мы видим небольшие, но устойчивыеприбавки элементов-примесей удобрений (Мп, Р, У, 5г) и эле-ментов-примесей выхлопа транспортных средств (№, РЬ).Для почв с внесением преимущественно органических удобре-ний (район животноводческого комплекса) аномальны толькоэлементы выхлопа.

Влияние удобрений на геохимические особенности сельско-хозяйственных территорий выражается не только в приносеэлементов-примесей, но и в изменении физико-химической обста-новки миграции, обусловливающей подвижность всех химичес-ких элементов почвы.

Э. И. Гапонюк с коллегами (1982) показала, что внесениефосфорных удобрений в дерново-подзолистую среднесуглинистуюпочву способствует резкому увеличению подвижности 2п(с 83 до 220—330 мг/кг элемента, экстрагируемого 0,1 н солянойкислотой), Мп (с 300 до 670 мг/кг), Аз (с 1,5 до 3—4 мг/кг)и водорастворимого органического вещества (с 1,62 до 2,3—3,3%).

По многим данным азотные удобрения повышают в почвахподвижность N1, V, Сг — элементов, загрязняющих почву в ходеагротехнического воздействия. По материалам Г. А. Соловьеваи других, повышение норм внесения азота привело к ростусодержания никеля в корнеплоде свеклы с 1,6 мг/кг сухоговещества до 8,9 мг/кг.

Мобилизация микроэлементов из почв в результате приме-нения удобрений отмечается достаточно часто. В этой связибольшое значение приобретает природная ландшафтно-геохими-ческая дифференциация сельскохозяйственных территорий. Этосамостоятельная область исследований, подробно разрабатывае-мая почвоведением и геохимией ландшафта [13, 36]. Важноотметить, что в большинстве случаев четко прослеживаетсязависимость в дифференциации суммарного накопления элемен-тов от природных факторов: рельефа, почвообразующих пород.Обычно по сравнению с почвами автономных ландшафтов (водо-раздельных пространств) интенсивнее загрязнены сельскохозяй-ственные почвы более тяжелого механического состава транс-элювиально-аккумулятивных (склоны) и транссупераквальных(поймы) ландшафтов. Высокая загрязненность пойменных почвмикроэлементами обусловлена геохимически подчиненной пози-цией, сочетающейся с типоморфным для условий исследован-ных южнотае'жных ландшафтов развитием в долинах сорбционно-глеевого геохимического барьера. Все это делает пойменныеугодья своеобразной линейной геохимической аномалией (рис. 77).

Дифференцирующее воздействие природных факторов на пе-рераспределение в почвах химических элементов, принесенныхс минеральными удобрениями, прослеживается и на уровне

263

Рис. 77. Распределение химических элементов в сельскохозяйственных почвахс минеральными удобрениями (на примере южнотаежных ландшафтов Русскойравнины):/ — дерново-подзолистые (а—сильно, б — средне, в — слабо) почвы, 2 — пой-менные почвообразующие породы, 3 — безвалунные суглинки, 4 — древнеаллю-виальные супесчано-песчаные отложения, 5 — современные аллювиальные сугли-нисто-глинистые отложения; 6—9 — кривые распределения элементов. 6 — фтора,7— группы железа (Мп, Со, N1, Т1, V, Сг), 8 — редких элементов (5с, Ьа, V, УЬ,2г), 9 — суммы химических элементов (Сг, 2п, РЬ, V, Си, Мп, Со, А§, N1, 5с,5п, 5г, 2г, У, УЬ, №. Т!, В, Ва, 1.а, Мо, Р)

микроструктуры ландшафта, который в ходе геохимических ис-следований обычно не фиксируется и рассматривается как есте-ственная вариация в целом однородного ландшафта. Так, слож-ная структура распределения концентраций микроэлементовформируется в пахотном горизонте почв под влиянием микро-рельефа, перераспределяющего их миграционные потоки, а также264

Рис. 78. Распределение подвижных форм микроэлементов в пахотном горизонтепочв в зависимости от форм микрорельефа

определяющего различное увлажнение и различные окислитель-но-восстановительные условия (рис. 78). Детальное исследо-вание (с шагом опробования 10 м) участка пахотных почвпозволило выявить чередование зон высокой обеспеченностимикроэлементами питания (Мп, Со, 2п, Си), приуроченных кмикроложбинам, где происходит аккумуляция элементов на сорб-ционно-глеевом барьере в условиях периодического поверхност-ного переувлажнения, и зон низкой обеспеченности — на повы-шенных элементах микрорельефа.

Различная обеспеченность почв химическими элементамиобусловливает и различное поступление их в сельскохозяйст-венные растения. Так, в многолетних травах, выращенных вусловиях высоких содержаний элементов на пойменных почвахсупераквальных ландшафтов, в сравнении с травами на бедныхдерново-подзолистых песчаных почвах автономных ландшафтовводоразделов выявлено накопление многих химических элемен-тов (табл. 74). Отмечено 9-кратное превышение общей суммыпоглощенных элементов, а также 10-процентное увеличениезольности исследованных растений. Озимая пшеница, выра-

265

Т а б л и ц а 74. Содержания микроэлементов в многолетних травах, выращен-ных в условиях элювиальных и супераквальных ландшафтов

Элемент

БорТитанВанадийХромМарганецНикельМедьЦинкСтронцийМолибденСереброОловоБарийСвинец

Зольность, %

Элювиальныеводоразделы

м г / к гсухой массы

1,119,6

1,31,2

18,80,68,53,39,60,40,0050,1

17,71,4

8,7

Супераквальные микродолины

м г / к гс у х о й массы

1,313,10,40,7

19,10,7

16,714,413,30,60,0100,2

14,01,4

9,3

с

1,20,70,30,61,01,22,04,41,41,52,02,00,81,0

1,1^илопи1_1о, /о о , / а,о 1 , 1

Примечание. К с — коэффициент концентрации, р а с с ч и т а н н ы й по отношению к содержанию элемента в элювиальном ландшафте.

щенная в зоне высокой обеспеченности элементами в областимикроложбин, в сравнении с растениями в зоне низкой обеспе-ченности на микроповышениях увеличила уровень биологичес-кого поглощения ряда элементов (табл. 75). Суммарное превы-шение их концентраций составляет: для зерна — 410%, длястеблей — 440%, для корней — 60%. Биологическая урожайностьтакже оказалась выше на 4 ц (в пересчете на га), в микролож-бинах — 26,5 ц/га, на микроводоразделах — 22,6 ц/га.

Микроудобрения и ядохимикаты характеризуются неболь-шими объемами применения и значимость их как источниковхимических элементов уже по этой причине много меньше, чемдругих мелиорантов.

Многие годы в составе ядохимикатов широко использовалисьисключительно токсичные ртутьсодержащие соединения. Неко-торые пестициды и сейчас являются органо-минеральными сое-динениями, содержащими 2п, Си, Мп, В. Медь широко исполь-зуется в виде чистых солей. В ГДР, например, ежегодно расхо-дуется 7,5 т ртути в сельском хозяйстве, в Японии — 1000 т,в США — 400 т. Часть этих данных обобщена в работе [2].

Большей частью ртуть накапливается в верхних частяхразреза почвы. Росс и Стюарт (данные Хайниш и др., 1979)на участке, где 21 раз проводилась обработка плодовых насаж-дений, через 5 лет обнаружили в слое 0—5 см—1,8 мг/кг;5—10 см — 0,3 мг/кг; 10—15 см — следы.266

Т а б л и ц а 75. Содержание химических элементов в озимой пшенице в агро-ландшафтах с различной их обеспеченностью

Х и м и ч е с к и йэлемент

БорХромМарганецКобальтНикельМедьЦинкМолибденОловоБарийСвинец

2,

Урожайность,ц/га

Микроводоразделы с низ-кой обеспеченностью почв

м и к р о э л е м е н т а м и

зерно

С

36,07,8

2400,00,4

24,0150,0800,0

7,81,6

320,014,0—

22,6

стебли

С

30,011,6

840,00,8

24,0130,066,0

5,42,2

780,040,0—

—

корни

С

120,0130,0

3200,018,056,0

130,0100,0

2,55,0

420,080,0

—

—

Микродолины с высокой обеспеченностьюпочв м и к р о э л е м е н т а м и

зерно

С

35,017,5

2500,01,0

35,0187,5650,0

9,51,8

425,011,3

—

26,5

Г К,

1,02,21,02,51,51,30,81,21,11,30,85,1

—

стебли

С

57,512,5

1625,01,0

37,5137,5132,5

8,31,5

775,040,0

—

—

К,(

1,91,11,91,31,61,12,01,50,71,01,05,4

—

к о р н и

С

150,0127,5

2750,020,057,5

100,0100,0

3,04,8

187,557,5

--

—

Г Ко

,3,0

0,9,1,0

0,8,0,2

1,00,50,71,6

—

Примечания. В обоих п р и м е р а х обеспеченность Мп высокая, С — содержание в м г / к гзолы; К1 — коэффициент к о н ц е н т р а ц и и , 2Г — с у м м а р н ы й показатель з а г р я з н е н и я

И. А. Мырлян показал, что применение медьсодержащихпрепаратов на виноградниках Молдавии в десятки раз увеличи-вает концентрацию меди на почвенно-геохимических барьерах,создавая специфические «медные» ландшафты.

Как правило, ядохимикаты иудобрения применяются совмест-но

Авторам удалось провестисравнение распределения химиче-ских элементов в почвах с поле-выми (пшеница, картофель) и са-дово-огородными (дачные участ-ки, частные огороды) севооборо-тами (рис. 79).

Уровни концентраций химиче-ских элементов удобрений во всехсевооборотах примерно одинако-вы. Резко отличается характер

Рис. 79. Интенсивность накопления хими-ческих элементов в почвах с полевым се-вооборотом (минеральные удобрения) и всадах и огородах (минеральные удобренияи- ядохимикаты)

267

распределения ртути и цинка — химических элементов, входящихв состав ядохимикатов, широко используемых в садово-огород-ных севооборотах. Содержания этих элементов в почвах садов иогородов резко повышены. Прибавка цинка составляет от 90 до280% сверх природного запаса, прибавка ртути — от 200 до550%. Особенно резко выделяются почвы личных огородов идачных участков. Таким образом, частные хозяйства, где при-менение средств химизации не регламентируется, с геохимиче-ских позиций наиболее опасны.

4.2. А Г Р О Т Е Х Н О Г Е Н Н Ы Е Г Е О Х И М И Ч Е С К И Е А Н О М А Л И И

В последние годы наблюдается отчетливая тенденция к ростуиспользования бытовых и промышленных отходов в качествеудобрений и мелиорантов. Это связано с многочисленными мате-риалами по довольно высокой удобрительной ценности отходов.Речь идет прежде всего о повсеместно распространенных органо-минеральных отходах (осадки сточных вод городских очистныхсооружений крупных предприятий типа целлюлозно-бумажныхкомбинатов, бытовой мусор), применяемых вместо остродефи-цитных органических удобрений (навоз, торф). Известны попыт-ки применения в сельском хозяйстве извести и гипссодержащихотходов (фосфогипс, металлургические ш л а к и ) , используемыхв качестве почвоулучшителей. Отмеченная тенденция связанатакже с желанием утилизировать объемные виды отходов,занимающие большие и ценные земли в пригородных зонах.Масштабы применения отходов в сельском хозяйстве несопоста-вимо меньше, чем стандартных удобрений. Тем не менее эколого-

Т а б л и ц а 76 Химические элементы в компосте из бытового мусора крупныхпромышленных городов

Элемент

РтутьСереброЦинкСурьмаВисмутСвинецКадмийМедьСтронцийВольфрамМолибденНикельБорКобальт

Суммарный показатель загряз-нения

Пределы содержаний,мг/кг

2—7,51,1—4,7

1144—19975—706—10

158—6462 7

108—53573—3513—61—46—38

50—613—11

—

Коэффициент концентрацииотносительно к л а р к а

200—75011—4323—40

2,5—3520—336—256—234—203—12,53—61—4

0,3—21,3—1,60,4—1,5

270—984

268

Т а б л и ц а 77 Содержание химических элементов в осадке городских сточныхвод

Элемент

РтутьКадмийСереброХромМолибденЦинкМедьВольфрамОловоНикельСвинецСтронцийКобальтБорФторБарийВисмут

Суммарный показа-тель загрязнения (безучета серебра)

Осадок п р о м ы ш л е н н ы хгородов

С„

1,29—1,7733,64—46,6013,42—36,23

792,14—1260,3928,2—29,9

258,6—1818,0503,5—518,3

22,7—25,945,29—58,26

91,2—210,5191,57—235,8

145,2—184,12,1 — 15,0

44,0—76,3450,0

147,4- 302,62,5

--

К,

129- 177112—165134—36217—2728-29

5- 3518 -1923—26

9—125—117-9

5,2—6,60,3 -2,21,2 -2,0

20,6—1,3

8

370—610

Осадок малопром ы ш л с н н ы х

городов

С,,

0,753,25

13,03423,78

14,79117,3

220—224022,830,98

391201,3

42,44,8

43,0—

227,9—

—

Кс

751 1

1309

152,3

8—8323

6281,50,71,2

—0,9

-

190

Нормы на содержание тяжелых метал-лов (по чарубежным дан-

с\хого осадка

1010—50

—500—1000

201500-3000500—1000

——

50-200500—1000

—20-100

————

—

Примечание Сср — в а р и а ц и и средних содержаний, к г / к г , Кг — коэффициент концент-р а ц и и

геохимическая оценка этого воздействия исключительно важна,в пригородных зонах оно затрагивает наиболее уязвимые видысельскохозяйственной продукции, овощеводство и производствокормов.

К агротехногенным воздействиям относится также поливсельскохозяйственных угодий загрязненными речными водами,что также в основном распространено в пригородных зонах.

Проблема загрязнения химическими элементами бытовых ипромышленных отходов, используемых в сельском хозяйстве,широко обсуждается в агрохимии. Многочисленные полевые ивегетационные опыты дают достаточно противоречивые резуль-таты прежде всего из-за плохой сопоставимости данных различ-ных исследователей и недостаточной комплексности самих иссле-дований.

В табл. 76, 77 приведены материалы по вариации среднихсодержаний в удобрениях из бытовых отходов городов с различ-ной промышленной нагрузкой. Мы видим, что они сильно загряз-нены химическими элементами и прежде всего токсичнымитяжелыми металлами.

269

Для компостов из бытового мусора (которые производятсятолько в крупных промышленных городах с очень разнообраз-ными источниками компостируемого материала, не исключаю-щими участие промышленного мусора) суммарное содержаниетяжелых металлов более чем в 250 раз (до 1000 раз) выше, чемв природных почвах. В таких компостах особенно много ртути,что связано с ртутными лампами и гальваническими элемен-тами (см. табл. 76).

Осадок сточных вод также в большинстве случаев сильнозагрязнен (см. табл. 77). В промышленных городах суммарныйпоказатель концентрации химических элементов в осадках в сотнии тысячи раз, а в малопромышленных городах почти в десяткии сотни раз больше, чем в почвах. В промышленных городахвысокий суммарный показатель обусловлен, прежде всего, такимитоксичными элементами, как Сс1, Н§, Сг, Си, 2п, А§, в меньшейстепени Мо, Ш, 5п, N1, РЬ. В непромышленных городах показа-тель загрязнения обусловлен медью, частично ртутью и в оченьнебольшой степени другими элементами. По литературным дан-ным, осадок сточных вод загрязнен не только тяжелыми метал-лами, но и синтетическими органическими веществами, в част-ности токсичными и трудноразлагаемыми пестицидами, бенза-пиреном, нефтепродуктами.

Отечественные нормы на содержание в осадках тяжелыхэлементов не разработаны. Однако во многих странах такиенормы есть (табл. 78). Сравнение данных по составу осадкови компостов показывает, что осадки промышленных городов постепени загрязненности находятся у верхних пределов норм илизначительно превосходят их по Н§, Сс1, 2п, Си, Сг, N1. Загрязне-ние всегда комплексно, и в большинстве случаев бытовые отходыдостаточно токсичны.

Дозы внесения отходов, определяемые по их удобрительнойценности и агрохимическому эффекту, строго не регламенти-руются и широко варьируют в зависимости от типа почвыи возделываемой культуры. В результате отечественных и зару-бежных агрохимических опытов рекомендуется применение от

Т а б л и ц а 78 Нормы на содержание тяжелых металлов по зарубежным дан-ным (в мг/кг сухого вещества осадка)

Элемент

ЦинкМедьХромСвинецНикельКадмийРтутьКобальтМолибден

США

150075050050015050

———

Австрия

2000500500500200

1010

100—

Нидерланды

2000500500500501010

——

Швейцария

3000100010001000200

30102020

270

40 до 50 т/га. Минимальные известные нам опытные данныеначинаются с дозы 15—20 т/га. Анализ реальных доз внесенияосадка показывает, что они составляют не менее чем 100—200 т/га.

Расчет доз внесения осадка по рекомендуемой в агрохимиисхеме создает возможность прогнозной оценки осадков сточныхвод и компостов из бытового мусора как источников загрязненияпочв. Уже при однократном внесении осадка сточных вод за-пасы Сс1 в почвах возрастают в 5—30 раз, Сг — в 2—5 раз,2п — в 1,5—4,5 раза. Через 2—3 внесения запасы многих хими-ческих элементов удесятеряются. Несколько меньшие уровнихарактеризуют компосты, но и в этом случае запасы химическихэлементов в почвах возрастают в 1,5—2,0 раза.

Нельзя также забывать о том, что действующее «токсичноеначало» связано с подвижной усвояемой растениями частьюобщего содержания металлов и составляет не более 2—3% ихобщего содержания в почве. Это определяет большую продолжи-тельность отрицательного воздействия бытовых отходов на состо-яние почв.

В табл. 79 приведена характеристика концентрации хими-ческих элементов в почвах хозяйств, использовавших компосты.Это средние данные по десяти изученным полям, на каждом изкоторых отобрано около 20 проб. Мы видим очень высокие уровниобогащения почв Н§, В1, РЬ, 2п, 5п, Мо. В некоторых случаях

Т а б л и ц а 79 Валовые содержания химических элементов в сельскохозяй-ственных почвах, удобренных компостами из твердых бытовых отходов

Э твмснт

РтутьСереброОловоЦинкСвинецМедьСтронцийМарганецХромКобальтНикельМолибденВанадийСурьма

Суммарный пока-затель загрязнения

Почвы полей

V , М Г / К Г

0,04—0,430,16—0,463,95—13,47

46,00—154,0037,00—76,5518,85—42,3527,00—41,004«,0— 792,546,20—77,30

8,40—16,559,80—21,150,42— 1,Ы

84,50—170,00—

—

К,

10,75,02,1

,9,6,6,2

>

'о]э—

18,7

К 2

25,019,04,12,52,42,9

,3,5,2,4,5

1,61,2—

53,6

Почвы теплиц

X , М Г / К Г

0,60—1,510,30— 1 ,247,20—61,28"

282,63—963,3386,42—180,0066,37—207,0

106,32—250,0524,21—743,13

29,53—68,165,13—10,67

10,79—34,281,87—8,50

10,68—69,333,71—6,73

—

К,

75,38,29,1

18,15,2

10,75,31,21,00,81,78,00,42,3

135,1

К2

125,812,417,526,2

6,115,58,71,41,31,12,6

16,40,63,4

226,4

Примечание К| — коэффициент концентрации средних значений относительно фона,Кз— коэффициент концентрации м а к с и м а л ь н ы х з н а ч е н и й относительно фона

271

Т а б л и ц а 80. Валовое содержание химических элементов в почвах, удобрен-ных осадками сточных вод

Химический элемент

РтутьМолибденСереброМышьякМедьЦинкХромОловоНикельСвинецВанадийСтронций

Суммарный пока-затель загрязнения

Почвы конт-рольных по-

лей, м г / к г

0,0010,620,061,8

13,337,535,4

3,711,819,75

115,024,75

—

Почвы с осадкоммалопромышленного

города

м г / к г

0,0130,740,061,6

15,630,027,7

3,07,7

15,458,523,2

—

Кс

131,21111110,60,80,50,9

12,4

Почвы с осадкомпромышленного города

в а р и а ц и и среднихсодержаний, мг/кг

0,029—0,2500,71—0,9

0,5—1,86,2—27,0

24,3—55,795,3—145,522,7—124,9

4,0—10,817,7—31,3

34,35—50,1172,5—225,033,5—40,0

—

кс

3—2501,1- 1,483—30

3—152—42—4

0,6—41 — 3

1,5—2,51,7—2,51,5—1,91,3—1,6

15,8—308,6

Примечание. Кс. — коэффициент концентрации относительно содержаний в п о ч и а хконтрольных полей

наблюдались ураганные концентрации химических элементов.Так, на одном из обследованных полей содержание Н§ было2,05 мг/кг. Особенно интенсивно концентрируются тяжелыеметаллы в случае применения компоста как биотоплива в те-плицах.

При внесении осадка сточных вод малопромышленного горо-да (табл. 80) в почвах по сравнению с контролем слегка уве-личилось содержание Си, Мо и сильно (в 13 раз) Н§. Однако ниодин элемент не достиг уровня опасных концентраций.

При внесении осадков сточных вод промышленного городанаблюдается довольно пестрая картина распределения концент-раций. Во всех случаях наблюдается повышение содержанийдовольно широкого спектра химических элементов, типичныхдля состава осадков промышленных городов.

Содержания РЬ, V, N1, 5п, Мо выше контрольных в 2—3 раза,Сг, Си, 2п — в 3—4 раза, Аз, А§, Н§ — более чем в 10 раз. ДляСи, 2п, РЬ, Аз уровни содержаний в почвах с учетом существую-щего фона часто превышают утвержденные нормативы предель-но-допустимых концентраций. Суммарный показатель загрязне-ния почв с осадком от 15 до 300 раз выше, чем в контроле.

При оценке загрязнения почв необходимо учитывать суммар-ное воздействие комплекса загрязняющих веществ. Методикатакого учета пока еще плохо разработана. Приводимые намиданные по показателю суммарного загрязнения характеризуют

272

Т а б л и ц а 81. Средние значения и коэффициенты концентрации подвижныхформ микроэлементов в почвах, удобренных осадком сточных вод и компостомиз бытовых отходов

Элемент

Марганец

Никель

Медь

Цинк

Кадмий

Свинец

Суммарный показа-тель загрязнения

КОНТРОЛЬ, М Г / К 1

14,5

0,31

0,14

0,62

0,03

0,32

Почва с осадком

16,5—24,4

1 — 1,30,12—3,97

0,4—130,27—3,76

2—272,4—35,3

4—570,03—0,8

1—270,38—0,9

1—3

5—123

Почва с компостом

12,7—29,9

1—20,25—0,65

1—20,57—1,90

4—145,23—15,3

8,5—25,00,09—0,39

3—130,39—2,29

1—7

14—58

Примечание: В числителе даны вариации средних содержаний ( м г / к г ) химических эле-ментов в почвах, а в знаменателе — коэффициентов концентрации, подвижная формаопределялась путем экстракции элементов ацетатно-буферным раствором с рН 4,6—4

общую картину состояния среды, но не имеют количественнойэкологической оценки.

В ряде стран при определении опасности уровня загрязненияприменяется так называемый «цинковый эквивалент» (суммар-ный коэффициент, учитывающий различную степень токсичностиэлементов). Коэффициент включает 2п (токсичность 1), Си(токсичность 2 ) , № (токсичность 8), Сс1 (токсичность 50). Реко-мендуемый уровень — не более 250 мг/кг суммы металлов с уче-том коэффициента их токсичности.

Расчет такого эквивалента показал, что в почвах с осадкомпромышленных городов он варьирует от 290 до 480 или на уровневыше норматива (при этом не изучены валовые содержаниякадмия, который в данном исследовании не анализировался потехническим причинам).

Важно отметить, что почти все химические элементы, которыеудалось проанализировать в почвах с осадком сточных вод икомпостов, находятся в подвижных усвояемых растениями формах(табл. 81). Установлено, в частности, что токсичный кадмий впочвах образует довольно контрастную аномалию в подвижнойформе.

Внесение бытовых отходов в почву из-за несовершенства агро-технической обработки производится, как правило, неравно-мерно. Поэтому возможны ситуации ураганных концентрацийхимических элементов (рис. 80). В этом случае участки высокихсодержаний для разных элементов полностью совпадают.

273

Рис. 80. Распределение микроэлемен-тов в пахотном горизонте почв, обу-словленное неравномерностью внесенияосадков сточных вод:/—4 — содержания Си, N1 (в мг/кг)/ — менее 1,2 Си и менее 0,8 N1, 2 —1,2—2,4 Си и 0,8—1,6 №, 5 — 2,4—7,2Си и 1,6—3,2 N1, 4 — более 7,2 Сии более 3,2 N1

Рис. 81. Избыточное накопление хими-ческих элементов в салате, выращенномна участках с компостом (в процентахотносительно контрольного участка)

О концентрировании химических элементов и прежде всеготяжелых металлов сельскохозяйственной продукцией в связис применением в качестве удобрений отходов и сточных вод име-ется много данных [37 и др.]. К сожалению, большинство иссле-дований носило чисто агрохимический характер, и концентрацияэлементов в растениях часто не сопровождалась одновременнымисследованием самих отходов. Тем не менее, во всех случаях,когда источник отходов и их характеристика были известны,выводы однозначны: внесение отходов больших промышленныхгородов с повышенными содержаниями токсичных элементовсопровождается их концентрированием растениями. Для малыхнепромышленных городов этого не наблюдается. Внесение быто-вых сточных вод г. Кишинева [37] увеличивает в кукурузе иячмене содержание В (в 1,7—1,8 раза), РЬ (1,1 —1,8 раза), Сг(1,4 раза), N1 (0,6—1,9 раза), Мп (1,7 раза)

Авторами проведено широкое изучение влияния внесенийкомпостов Московского мусороперерабатывающего завода насоде |ы\сшия химических элементов в сельскохозяйственных рас-т е н и я х

Для эксперимента в качестве растения-индикатора был выб-ран салат. Эксперимент проводился в теплице. Была приготов-лена смесь кварцевого песка и компоста в различных дозах(3 кг/м2, 15 кг/м2, 25 кг/м 2 ) . В каждый опыт добавлялась поагрохимической форме смесь Прянишникова, обеспечивающаяосновные питательные вещества (М, Р, К); на каждой дозе было274

Т а б л и ц а 82 Средние содержания химических элементов в растениях, выра-щенных на почвах, удобренных компостами из твердых бытовых отходов

Химическийэлемент

СвинецМарганецЦинкКобальтНикельМедьХромОловоКадмий

Зольность, %Суммарный показатель загря-знения

Кормовая свекла

листья

м г / к г

2,36171,5636,70

0,200,82

18,221,220,20—

13,63

К,

1,402,623,06—

1,174,190,950,33—

1,098,76

корнеплод

м г / к г

0,5514,3010,100,190,19

10,830,330,19—

5,90

Кс

2,626,475,15—1,276,372,06——

1,5017,94

Кукуруза

листья

м г / к г

3,9335,9338,58

0,470,70

19,184,980,380,112

9,33

К,

2,351,074,092,760,791,572,653,451,49

1,2611,44

стебли

м г / к г

0,234,18

17,580,150,248,390,490,110,062

7,48

Кс

1,001,634,001,071,001,761,001,001,09

1,075,45

корни

мг/кг

21,16281,90

82,226,80

12,1357,6334,03

2,060,225

40,87

Кс

,97,14,76,61,28,24,68,96,55

1,326,19

Примечание Кс — коэффициент концентрации относительно фона

выращено 10 проб салата. Аналогичный опыт проводился вполевых условиях на целинных дерново-подзолистых почвах.

Мы видим (рис. 81), что в сравнении с контролем (песчанаяоснова со смесью Прянишникова без компоста) при внесениикомпоста в салате накапливается 5п (в 9,5 раза), Си (в 8 раз),Сг и Со (в 3,5 раза), А^, N1, V (в 2,5 раза). Интенсивность био-геохимической концентрации не коррелирует с интенсивностьюнакопления химических элементов в компостах и почвах. Поле-вой опыт дал совпадающие результаты.

Изученное на следующий год последействие показало увели-чение роста концентрации большинства элементов и, особенно,свинца, который в первый год накапливается слабо.

Оценка накопления химических элементов растениями прово-дилась также на 20 полях с одноразовым внесением компостапод кормовую свеклу, картофель, капусту и кукурузу. Получен-ные данные (табл. 82) также выявили биологическое концент-рирование широкого круга элементов, но в несколько меньшейстепени, чем в эксперименте (в 1,2—2,5 раза, редко 5—10 раз).

В растениях, выращенных на почвах, удобренных компостом,наблюдается рост зольности и увеличение биологического погло-щения элементов, в число которых входят также те, которыепо валовым содержаниям как загрязнители не выявляются.Химические элементы поглощаются растениями не в эквивалент-ных по отношению к их содержанию в почве количествах. Болеетого, участки концентрирования в растениях и почвах иногдане совпадают (рис. 82). Тем не менее, почти все элементы, кон-

275

Рис. 82. Распределение никеля в почве (а) и кормовой свекле (б — корнеплоды,в — листья), выращенной на неравномерно удобренном поле:/—4 — содержания № (в мг/кг) : / — менее 0,8 (а), менее 0,05 (б), менее 0,3 (в);2—0,8—1,6 (а), 0,05—0,1 (б), 0,3—0,6 (в); 5—1,6—3,2 (а), 0,1—0,2 (б),0,6—1,2 ( в ) , 4— более 3,2 (а), более 0,2 (б), более 1,2 (в)

центрирующиеся в осадках сточных вод и почвах, накапливают-ся и в растениях (табл. 83). Увеличение концентрации химиче-ских элементов в растениях довольно значительно — 3—14 раз.Для многолетних трав, произрастающих на почвах с осадкомсточных вод, выявлен широкий спектр накапливающихся эле-

Т а б л и ц а 83. Средние содержания химических элементов в сельскохозяйст-венных растениях, выращенных на почвах с внесенными осадками сточных вод

Элемент

БорТитанВанадийХромМарганецНикельМедьЦинкСтронцийМолибденСереброОловоБарийВисмут

Зольность, %Суммарный показа-тель загрязнения

Многолетние травы

м г / к г

15,2618,70

1,660,74

18,632,57

14,4235,1612,71

1,820,01570,27

31,310,15

10,40—

К

14,260,951,290,640,994,151,70

10,621,334,333,413,001,772,50

1,1238,65

Кормовая свекла

Листья

м г / к г

16,737,050,171,07

37,891,22

13,3024,8017,200,360-.00950,49

47,730,10

17,16—

Кс

1,041,971,210,840,361,742,602,071,191,161,300,800,680,56

1,126,28

Корнеплод

м г / к г

1,520,430,040,171,200,204,113,491,500,050,0029

—5,250,06

6,17—

Кс

2,981,051,001,060,541,332,421,782,342,002,07—0,771,50

1,5710,24

Примечание Кс — коэффициент концентрации относительно фона

276

ментов. Диапазон накопления сравнительно широк. Более чемв 10 раз в сравнении с фоном накапливаются В и 2п, от 3 до10 раз — 5п, А§, N1, Мо. Полуторакратное превышение отмеченодля Ва, Си и В1. Показатели Кс в интервале от 1,0 до 1,5 имеют5г, V и РЬ.

Многокомпонентный характер имеют геохимические ассоциа-ции элементов в листьях и корнеплодах кормовой свеклы. Однаков отличие от трав, накопление в них химических элементов посравнению с фоном не превышает трехкратного уровня и самаассоциация накапливающихся элементов значительно уже, осо-бенно для листьев.

Наибольший уровень загрязнения всем комплексом химиче-ских элементов отмечен для надземной части многолетних трав(2С — 38,7), что в 6—4 раза превосходит суммарное накоплениеэлементов в листьях и корнеплодах кормовой свеклы.

Загрязнение сельскохозяйственных почв и продукции в связис орошением речными водами, несущими техногенные потокирассеяния, практически не изучено. Однако небольшой массивданных, собранных авторами, показывает, что по своей значи-мости проблема достаточно серьезна.

Материалы, приведенные в табл. 84, показывают, что напойме ниже промышленного города формируется полиэлементнаягеохимическая аномалия тяжелых металлов с суммарным пока-

Т а б л и ц а 84. Химические элементы (мг/кг) в почвах, орошаемых загрязнен-ными речными водами

Химическийэлемент

СереброВольфрамЦинкМедьСвинецРтутьСурьмаХромОловоМышьякНикель

, МолибденСтронцийКобальтМарганец

Суммарныйпоказательзагрязнения

Фоновые почвы

валовыесодер-ж а н и я

0,41—

104,548,543,4

0,261,78

73,558,65

15,023,75

1,2629,25

8,05883,0

—

подвиж-ные

формы

—

Не опр4,80,230,38

Не опр.»»»»

0,09Не опрНе опр

—26,3

—

А н о м а л ь н ы е почвы

валовыесодер-ж а н и я

4,410,7

650,0245,0157,5

0,865,35

209,522,129,654,3

1,330,0

9,1757,5

—

К(

117654333222111

0,9

38

подвижные

формы

0,01Не опр.

112,917,44,6

Не опр»»»»

1,52Не опр.Не опр.

—17,64

—

Кс

1—237612

—————17

———0,7

125

Капуста

на фоно-вых

почвах

0,002Не опр.

3,30,90,54

Не опр0,950,340,05

Не опр.0,370,203,56

—1,51

—

на ано-м а л ь н ы хпочвах

0,005Не опр.

83'

0,6—

10,40,1

Не опр.0,30,5

120,02

2

—

Кс

3—

221

—112

—0,8

3322

13

277

Примечание: «—» — элемент не обнаружен, «не опр » — элемент не определялся.

зателем загрязнения около 40 и с относительно небольшим уров-нем концентрирования отдельных элементов (2,0—6,0 для Си,5г, 2п, Сг, Зп и др.)- Комплекс элементов достаточно типичендля промышленных источников.

Для этого типа аномалий характерен высокий уровень со-держания подвижных, усвояемых растениями форм нахожденияэлементов, особенно Си, Сс1, N1, 2п, РЬ (в 10 и более раз выше,чем в фоновых условиях).

Это привело к высокому уровню накопления тяжелых метал-лов в продукции (в данном случае, в капусте), где суммарныйпоказатель загрязнения порядка 17, а концентрация отдельныхметаллов (Си, 5п, 2п, Сг) в 2,5—3,5 раза больше фонового.

Промышленные отходы в сельском хозяйстве применяютсяпока в небольшом масштабе. Проблема эта ставится давно ивозможные масштабы воздействия здесь огромны, так как речьидет прежде всего о таких многотонных отходах как золы уголь-ных электростанций, шламы и шлаки металлургии, органическиеотходы целлюлозно-бумажных комбинатов, отходы производствафосфорных удобрений. Во всех этих отходах загрязняющимивеществами могут быть не только химические элементы, но исинтетические органические соединения и, прежде всего, весьмаопасные полициклические ароматические углеводороды типабензапирена и других веществ, в сущности, почти не исследо-ванных в этих продуктах.

Кроме того, состав промышленных отходов очень изменчив,зависит от конкретных технологических условий на предприятиии условий сочетания тех или иных видов применяемого сырья.Поэтому возможность сельскохозяйственного использования тогоили иного отхода должна оцениваться на каждом конкретномпредприятии [29].

Так, золы электростанции, планируемые как известьсодержа-щие мелиоранты, не содержат особенно высоких концентрацийтяжелых металлов, но, например, в золах некоторых ТЭЦ наблю-далось до 20 000 г/т 5п (в 70 раз выше кларкового количества)и до 600 г/т В (в 20 раз больше, чем в почвах). В золах слан-цев встречаются повышенные содержания РЬ (до 125 мг/кг,в 5 раз выше, чем в фоновых почвах), иногда Р (до 1210 г/т,в 6 раз выше фонового).

Шлаки черной металлургии, также используемые для извест-кования кислых почв, содержат повышенные количества Сг, V,Мп. При принятых дозах внесения обогащение этими элемен-тами почв невелико — 5—16% от фонового запаса, однако под-вижность их и доступность для растений совершенно не изучены.

Для отходов ЦБК большое опасение вызвала ртуть, котораяпо ряду технологий используется в сопутствующем здесь хлор-щелочном производстве и является опасным загрязняющим ве-ществом для водных систем. В осадках сточных вод содержание278

ртути на очистных сооружениях варьирует от 0,1 мг/кг (в 10 разбольше фонового содержания в почвах) до 0,7 мг/кг (в 70 развыше). Т а к и м образом, даже в отходе уровень не превышаетдопустимого содержания для почвы (2,2 мг/кг) .

Анализ распределения ртути в агроландшафтах, проведен-ный для условий дерновых сильноподзолистых почв, показал,что уровень содержаний в них лишь эпизодически повышаетсядо 0,2 мг/кг (в 20 раз выше фонового, но в 10 раз ниже норма-тивного). В р а ч е н и я х содержания ртути не более 0,2 мг/кг, чтоблизко к фоновому уровню. Таким образом, использование от-ходов не создает опасных геохимических ситуаций.

Большую и хорошо известную специалистам проблему пред-ставляет фосфогипс. В настоящее время разработано множествовариантов его применения в сельском хозяйстве для улучшениякислых (в композиции с известковыми материалами и органи-ческими удобрениями) и щелочных (солонцовых) почв. Все этиспособы, однако, разрабатываются практически без учета уровнязагрязнения фосфогипса элементами-примесями фосфорных руд.

Исследование состава двух разновидностей фосфогипса, ха-рактеризующих предприятия перерабатывающие апатитовое ифосфоритовое сырье, показывает (рис. 83) близость их состава.В обоих случаях фосфогипс является концентратом 5 и Зг(в 100 раз больше кларковых величин), а также широкой ассо-циации редкоземельных элементов (Ьа, Се, Ей, 5т, N(1), У и Р(в 10—20 раз выше кларковой величины).

Прогнозные расчеты показывают, что при внесении 60 т/гафосфогипса, содержание 5г может превысить верхний безопас-

279

ный предел (600 мг/кг) Остальные элементы практически немогут быть оценены, так как их биогеохимия и экологическаязначимость не изучена

Опыт, проведенный в условиях дерново-подзолистой зоны, входе которого в почву вносили фосфогипс в смеси с органиче-скими удобрениями (рис 84) не дал возможность выявить на-копление элементов-примесей в почве Однако в выбранной куль-туре (картофель, который обычно плохо концентрирует микро-элементы) отчетливо проявилось некоторое накопление 5г, Се,5т и Ьа (20—40% прибавки по сравнению с контролем без фос-фогипса) Попутно установлено интенсивное накопление ВгПолученный результат хотя и не дает ясного свидетельства обопасности применения фосфогипса в данных условиях (слабо-кислые дерново-подзолистые почвы) и для данной культуры(картофель), тем не менее свидетельствует о биогеохимическойактивности 5г и "Щ При этом условия кислых дерново-подзо-листых почв наименее благоприятны для миграции этих элементов Таким образом, полученные данные подтверждают возмож-ность загрязнения сельскохозяйственных территорий приприменении фосфогипса в качестве мелиоранта Они показываютнерешенность этой проблемы и необходимость дальнейших иссле-дований, особенно в аридных районах со щелочными условиями280

Рис. 85. Схема загрязнения сельскохозяйственных почв в зоне влияния крупногопромышленного города:/ границы административных районов, 2 — территория крупного промышленного города, 3 — водораздельные территории слабого регионального загрязнения(Р — §г — ТК) минеральными удобрениями, 4 — пойменные территории с новышенным уровнем регионального загрязнения (Р — 5г — ТК) минеральными удобрениями, 5 — участки интенсивного локального загрязнения тяжелыми металламипри внесении осадков сточных вод (доза 150 т/га), 6—участки интенсивноголокального загрязнения тяжелыми металлами при внесении компостов из твердыхбытовых отходов (доза 50 т/га), 7 — пойменные участки с повышенным уровнемлокального загрязнения тяжелыми металлами в результате полива загрязненнымиречными водами, 8 — участки загрязнения осадками городских сточных вод, 9 —участки слабого локального загрязнения (2п, 5г) отходами животноводческихкомплексов

миграции, где должна резко возрасти подвижность редких зе-мель

Оценивая экологические итоги агротехногенных геохимиче-ских воздействий следует отметить, что, несмотря на небольшие абсолютные площади около крупных городов образуетсясвоеобразный пояс загрязненных сельскохозяйственных почв(рис 85)

281

4.3. Т Е Х Н О Г Е Н Н Ы Е Г Е О Х И М И Ч Е С К И ЕПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Техногенные геохимические преобразования в агроландшафтахне связаны со спецификой сельскохозяйственных технологиче-ских процессов. Они, как отмечалось, обусловлены загрязнениемокружающей среды в результате промышленных и транспортныхвоздействий. Это прежде всего влияние выбросов в атмосферуи выпадений на поверхность почв и растений.

По своим основным характеристикам (составу ассоциацийхимических элементов, дальности их распространения и формамнахождения) аэрогенные аномалии урбанизированных и сельско-хозяйственных территорий мало различаются. Эти вопросы де-тально рассмотрены в фундаментальных работах Н. Г. Зырина,С. Г. Малахова, Д. С. Орлова и других [16, 20, 45]. Отметимлишь некоторые особенности, важные для эколого-геохимическойоценки техногенных воздействий на сельскохозяйственные тер-ритории.

Загрязнение почв вследствие выпадения на них выбросов про-мышленных предприятий очень интенсивно. Круг накапливаемыхэлементов здесь ничем не ограничен и в каждом случае обуслов-лен особенностями применяемой технологии. Как показываютмногочисленные данные, среди обогащающих почвы химическихэлементов всегда встречаются экологически токсичные. Кон-кретный уровень накопления в почвах зависит от мощностиисточника и расстояния от него. Так, в почвах огородов в 500 мот завода по переработке вторичных цветных металлов избыточ-ное накопление Н§ составляет 5900%, 2п и Си более 2000%,РЬ и 5п более 1500%, в 1000 м от выброса степень накопленияснижается, но остается избыточной (РЬ — 550%, 2 п — 240%,С и — 110%, остальные элементы — десятки процентов). Дажев 3000 м для таких химических элементов как РЬ, 2п и Сиизбыточное накопление в почве около 50%. Вблизи мощной про-мышленной зоны с кабельным заводом в почвах в 2—3 км отисточника выбросов, избыточное накопление РЬ 300—600%,2п — 200—350%, N1 — 125—325%, Сг — около 100%.

Загрязнение сельскохозяйственной продукции в связи с выб-росами происходит не только путем поглощения химическихэлементов из почв, но и прямым осаждением материала выбросана поверхность растений.

Эти два варианта увеличения содержаний токсичных элемен-тов в продукции различить довольно трудно, так как отмывкалистьев (и плодов) часто не эффективна. Кроме того для зонвоздействия выбросов характерна очень высокая вариация враспределении содержаний элементов и индивидуальная измен-чивость по отдельным растениям. Например, в пределах пло-щадки 1 0 Х Ю м валовые содержания Си в почвах в центре ано-282

Рис. 86. Распределение меди в системе«почва—растение» в зоне воздействиямедеплавильного комбината:П| — валовое содержание меди в почве,П2 — содержание подвижных форммеди в почве, Р — содержание меди всельскохозяйственной продукции

малии медеплавильного заводаварьировали от 250 мг/кг до13600 мг/кг (более, чем в 50раз). Вариация содержаний Сив сельскохозяйственных расте-ниях в этой зоне была меньше,но все же различия между от-дельными особями были деся-тикратными (от 44 до 451 мг/кгсухого вещества). С удалениемот источника выброса неравно-мерность распределения выпадений уменьшается. В 4 км от пред-приятия (на фланге аномалии) валовые содержания Си в поч-вах на аналогичной площадке варьировали от 300 до 380 мк/кг,а в растениях от 30 до 37 мг/кг (при фоновых содержаниях в поч-вах 55—65 мг/кг, в растениях 11—20 мг/кг) .

Высокий уровень выпадения из почвы растворенных формтяжелых металлов и повышенная растворимость металлов изаэрозолей, обеспечивает в почвах техногенных ореолов высокуюстепень концентрации подвижных, усвояемых растениями формнахождения химических элементов. При этом зоны высокого иопасного загрязнения этими формами нахождения распростра-нены довольно далеко, до 5—7 км для крупного металлургиче-ского предприятия (табл. 85). Это определяет и зону влиянияна сельскохозяйственную продукцию, которая для крупных пред-приятий цветной металлургии прослеживается до 5—7 км(рис. 86). Однако в большинстве случаев зоны влияния значи-

Т а б л и ц а 85 Среднее содержание подвижных форм микроэлементов в почвахв зоне влияния крупного металлургического предприятия

Расстояние

загрязнения,м

0—300

400050007000

Медь

м г / к г

770,0958,0354,0

86,02,1

Кс

621773286

691,7

КПДК

154,0191,670,817,20,4

Цинк

м г / к г

124,0210,0

55,26,02,3

К,

901524012

1,6

КПДК

7,7513,123,451,00,14

Свинец

м г / к г

31,076,037,812,00,5

Ко

77,5190,094,530,0

1,2

КПДК

5,1712,176,32,00,08

Примечание Кс — коэффициент концентрации по отношению к фоновой почве, КПДК —коэффициент превышения предельно допустимой концентрации

283

тельно меньше и не превышают 0,5—1,5 км даже для таких до-статочно мощных источников выбросов как заводы по производ-ству удобрений (рис. 87) и типичных для городов предприятийпо производству вторичных цветных металлов (рис. 88).284

Рис. 89. Содержание микроэлементов в плодах груши (сухое вещество) в зоневлияния автотрассы. По данным Л. Н. Павловой

Тем не менее именно здесь расположены территории по со-стоянию воздушного бассейна, входящие в санитарно-защитнуюзону, но используемые под сельское хозяйство (особенно подчастные огороды и сады), на которых возникают особенноопасные ситуации.

Влияние автотранспорта на сельскохозяйственные территорииизучено детально. Обычно описываются [45] повышенные со-держания свинца (в 5, редко до 10 раз) в придорожных ланд-шафтах (10 м, редко до 50 метров от полотна).

В придорожных зонах отмечается увеличение содержаниясвинца во всех культурных растениях. Так, в зерновых культурах(пшеница и ячмень) содержание свинца превышает фоновоев среднем в 5 раз. Высокие концентрации свинца отмечены так-же в капусте, моркови (в 4—7 раз) и репчатом луке (в 10 раз).

Описанные нами выше участки ландшафтно-геохимической'концентрации свинца в горно-долинных территориях (содержа-ние в почвах выше 500 мг/кг свинца) с биогеохимических по-зиций не изучены. В то же время такие участки характерны длянебольших городов с развитым частным сельским хозяйством.

Аномалии, связанные с транспортными магистралями, частокомплексные по химическому составу. На это обычно не обра-щают внимания; в состав ассоциации (рис. 89) включают такиеэлементы как V, 2п, Со, N1, Сг, т. е. типоморфные спутники вы-бросов дизельных двигателей.

Таким образом, воздействие выбросов транспортных потоковна сельскохозяйственные территории приводит к появлению поли-элементных геохимических и биогеохимических аномалий.

285

4.4. В Л И Я Н И Е СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА ВОДНЫЕ СИСТЕМЫ

В общем случае потенциальное воздействие сельскохозяйствен-ного производства на состояние и качество природных вод свя-зано с 1) применением различных средств химизации (удобре-ний, ядохимикатов, компостов, сточных вод и их осадков и т. п.),поступающих в водные объекты с поверхностным, внутрипочвен-ным и грунтовым стоком; 2) влиянием сточных вод и отходовживотноводства, птицеводства, звероводства; 3) влиянием стокаповерхностных и грунтовых вод с территорий выпасов и паст-бищ; 4) влиянием возвратных (дренажных) вод орошения;5) ускоренной эрозией сельскохозяйственных территорий.

Геохимическое изучение сельскохозяйственной деятельностикак источника загрязнения водных систем начато сравнительнонедавно. В настоящее время наиболее подробно рассмотреныи освещены в литературе вопросы, связанные с оценкой поступ-ления, главным образом, биогенных элементов (Р, N. К). Де-тально рассмотрены особенности загрязнения вод органическимивеществами в результате применения пестицидов, а также бак-териальное загрязнение водных объектов при поступлении сточ-ных вод животноводческих комплексов. Хорошо изучено воздей-ствие ускоренной эрозии сельскохозяйственных территорий, хотягеохимические аспекты этого явления освещены не достаточноподробно. Загрязнение водных систем химическими элементами(микроэлементами, тяжелыми металлами) в результате сельско-хозяйственной деятельности изучено очень слабо. В то же время,имеющиеся данные показывают, что в различных средстваххимизации и сельскохозяйственных отходах содержится широ-кий комплекс химических элементов, которые при их использо-вании или утилизации могут накапливаться в компонентах вод-ных систем.

В табл. 86 приведен состав агрогенных потоков рассеянияв донных отложениях малых рек агроландшафтов. Агрогенныеассоциации характеризуются накоплением широкого круга хими-ческих элементов. Значительная группа элементов, в первуюочередь, литофильных, отличается невысокими коэффициентамиконцентрации (1,5—3, редко до 4—5). Как правило, эти элемен-ты обнаруживаются в виде нежелательных примесей в составеминеральных удобрений, применяемых в данном районе. Такимобразом, элементы, специально не используемые в сельскохозяй-ственном производстве, отличаются невысоким уровнем загряз-нения, но их слабоконтрастные аномалии проявляются на зна-чительных территориях. Группа более интенсивно концентрирую-щихся элементов (Нд, А§, 2п, 5е, Р, Си, 5п, Аз и др.), какправило, связаны с целенаправленным внесением в состав мине-ральных удобрений, микроудобрений, ядохимикатов или с влия-нием стоков животноводства и агропоселков.286

Т а б л и ц а 86 Ассоциации химических элементов в донных отложениях малыхрек агроландшафтов

Характериспользования

территории

СвиноводческийкомплексКомплекс крупно-рогатого скотаБассейны рек ком-плексногосельскохозяйствен-ного использова-нияБассейны рек зем-ледельческого ис-пользованияАгроп оселки

Дачно-садоводче-ские поселения

Коэффициенты концентрации относительно фона

30-10

АИ, Н^

не

—

—

—

—

—

—

10—3

2п Зе Р Аз

А§ 2п 5п Р Си АзМо 5еР Мп Оа Си 5с СоN1 ЫЬ 5гН§ 5п Мп АзАе Р

Р 8с Си Мп

А& Со

АЕ НеР Зп Мп Мо Оа 2п

Р Зс Оа Аз

3—1,5

Си Сс1 Ва Со 5с 5г МоМп РN1 5с 5г Оа Сг РЬ СоМп У 5г РНе У ЫЬ 2п 5п Ва РЬР Ае Мо Сг Т1 VСг Р Ы! У УЬ Со Оа ЫЬТ1 Р 5г 5е 5п 5г Р МЬ СгСи 2п Мп Аь ЫЬ ВаЫЬ Мо Сг 2г Т1 У УЬ НеР Со N1 Мо Ве N1 Си ЗпТ1 РЬ Р

РУ N1 2п РЬ Ва Оа Мп2г У ЫЬ УЬ Мо Ве АзМо Р 2г Со 5г Си Ва 5сМп Р УТ1 Со V 2г РЬ Не ЫЬ иР УМо 2п Мп Си Со V У СгN1 Р

Аномалии, обусловленные сбросом сточных вод, более конт-растны, но имеют локальное распространение, проявляясь в не-посредственной близости от мест сброса. Для большей частиэлементов, связанных с неточечными источниками загрязнения,характерно довольно однородное распределение в руслах рек(коэффициенты вариации в среднем составляют 30—50%). Не-однородность распределения возрастает вблизи мест сбросасточных вод с сельскохозяйственных объектов.

Существенные изменения может претерпевать и химическийсостав вод сельскохозяйственных рек (табл. 87). Наиболее силь-ное воздействие связано с животноводческими комплексами.В целом для рек сельскохозяйственных районов отмечено увели-чение содержания не только биогенных элементов, но и некото-

Т а б л и ц а 87 Химический состав воды малых рек агроландшафтов (макро-компоненты в мг/л; микроэлементы в мкг/л)

Характертерритории

Свиноводче-ский комплексИнтенсивноеземледелиеД а ч н ы й посе-локФоновый во-доток

рн

6,0

7,0

6,2

7,9

НСОГ

236

275

168

293

5Ог

51

50

149

20

СГ

84

47

49

10

N3 +

64

39

44

12

Са2 +

72

70

7Ь

62

ме

2+

20

19

16

17

К +

9

6

13

1

^

612

545

531

432

N07

0,13

0,4

0,15

0,02

РОГ

7,5

1,4

0,5

0,02

Р

400

600

400

200

2п

15

15

1 1

9

А ч

3,5

1,0

1,0

1 0

5е

0,85

0,23

0,10

0,09

Примечание Выделены компоненты, з н а ч и т е л ь н о превышающие фоновые уровни

287

рых макро- (натрий, сульфаты, хлориды) и микроэлементов (2п,5е, Р, Аз, А§). Выявленные слабоконтрастные аномалии доволь-но стабильны во времени и в пространстве. Снижение уровнейсодержания компонентов отмечается при переходе к водотокамболее высокого порядка и связано с процессами разбавления.В реках агроландшафтов увеличены содержания, кроме назван-ных выше ингредиентов, Ре, Са, резко возрастает поступлениетвердых частиц, в районах орошения заметно увеличиваетсяминерализация вод. Особенно резко меняется состав вод в рай-онах использования различных компостов и осадков сточныхвод. Так, по данным американских исследователей М. Шелтонаи Г. Лессмана, в поверхностном стоке с водосбора, удобренногоосадком городских сточных вод, содержания Сё достигало31 мкг/л, Ре 78100, Не 35, РЬ 36, 2п 78100 мг/л. Отмечено такжерезкое повышение концентраций Са, М§ ,̂ С1, N3, А1, нитратногоазота, Р и взвешенных веществ. Есть указания на увеличениеконцентраций ртути в воде и донных отложениях в результатеиспользования ее соединений в сельском хозяйстве. Большинствоавторов считает, что данный источник загрязнения вод ртутьюнезначителен, а основную опасность ртутные препараты пред-ставляют для птиц и человека (при использовании протравлен-ного зерна в пищу).

В водотоках сельскохозяйственных районов формируютсяагрогенные потоки рассеяния широкой группы химических эле-ментов, в том числе и высокотоксичных. Наиболее сильное, нолокальное воздействие связано с животноводческими комплек-сами. Контрастность аномалии в районах земледелия невелика,но они фиксируются на значительных территориях. При суще-ствующих темпах химизации сильного воздействия следует ожи-дать дальнейшей геохимической трансформации водных системв агроландшафтах. Это указывает на необходимость проведенияспециальных исследований, направленных на изучение поступ-ления, распределения и миграции химических элементов в вод-ных объектах и оценки экологических последствий, связанныхс их отрицательным воздействием.

4.5. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПРАКТИЧЕСКОЕЗ Н А Ч Е Н И Е ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Преобразования сельскохозяйственных территорий, вызванныеагротехническими, агрохимическими, агромелиоративными воз-действиями, использованием отходов в качестве удобрений, оро-шением загрязненными речными водами, а также общим техно-генным загрязнением окружающей среды и прежде всего вы-бросами в атмосферу приводит к образованию в агроландшафтахэкологически опасных геохимических и биогеохимических анома-лий.288

Технология и методика изучения этих аномалий в основномтакая же как и при изучении техногенных аномалий урбанизи-рованных территорий. В основе исследований лежат методы гео-химического картирования с выявлением ассоциаций химиче-ских элементов и форм их нахождения в почвах, а также оцен-кой биогеохимических и биологических реакций растений на диф-ференциацию геохимической структуры почвенного покрова.

Изучение агроландшафтов должно предусматривать диффе-ренцирование их в соответствии со степенью агрогенной нагруз-ки. Последняя определяется особенностями применения средствхимизации (видами, частотой внесения и дозами удобрений),характером агротехнической обработки (периодичностью, интен-сивностью) и обусловливает определенный уровень и спектр по-ступающих химических элементов.

Дифференциация химических свойств агроландшафтов, обна-руживаемая на уровне микрорельефа или небольших по площадизон различных содержаний элементов, определяемых неоднород-ностью агротехнического воздействия (доли гектара), показы-вает, что не во всех случаях приемлема стандартная методикаагрохимического опробования, основанная на усредненных про-бах для значительных по площади участков и сглаживающаяландшафтную неоднородность распределения.

В агроландшафтах практически повсеместное использованиеминеральных удобрений обусловливает слабое загрязнение почвводораздельных территорий фтором, стронцием, редкими и тя-желыми металлами. Более высокие уровни накопления этих эле-ментов выявлены на пойменных участках, где необходимо соблю-дение водоохранной агротехнологии и контроль за дозами удоб-рений.

Необходимо изучение элементов-примесей во всех удобренияхи особенно получаемых из вновь разведуемых месторожденийфосфора. В частности, особое внимание следует обратить на такназываемые фосмелиоранты-удобрения из небольших местныхместорождений, используемых в виде фосмуки, т. е. без обработ-ки, снижающей содержание примесей. Среди новых видов удоб-рений не исключено обнаружение источников с очень высокимисодержаниями токсичных элементов.

Следует выявить в технологических процессах на заводахудобрений и обогатительных фабриках причины появления вы-соких содержаний мышьяка в цепи концентрат-удобрение. Пред-положительно, они могут быть связаны с используемой в техно-логии серной кислотой и в этом случае могут быть разработанымероприятия по снижению содержаний мышьяка в удобрениях.

Для концентратов из фосфоритовых месторождений следуетначать разработки по оценке принципиальной возможностиуменьшения содержания в. них кадмия и других тяжелых метал-лов.

289

Для всех видов удобрений необходимо провести надежнуюоценку интенсивности влияния элементов-примесей для различ-ных доз внесения и разных ландшафтно-геохимических условийбиологического поглощения.

С целью повышения надежности оценки уровней загрязнениясельхозпродукции необходимо создать эталонные по химическомусоставу растения, выращенные в стандартных условиях, исклю-чающих антропогенное химическое воздействие.

Применение бытовых отходов в качестве удобрений практи-чески неизбежно приводит к формированию локальных аномалийзагрязнения почв тяжелыми металлами.

Контроль за этими процессами должен осуществляться нетолько на последнем этапе сельскохозяйственного производст-ва — этапе получения готового продукта, фиксирующего ужесложившуюся геохимическую ситуацию в агроландшафте,— нои на более ранних этапах, когда экологическая ситуация толькоформируется и ее можно регулировать. При этом с эколого-гео-химических позиций рассматриваются все звенья технологическогопроцесса химической мелиорации: мелиорант, как источник эле-ментов-загрязнителей; почва, как среда питания; растение, какпродукт питания.

Практически все виды нестандартных удобрений в той илииной степени загрязнены химическими элементами. При этом"в значительной части случаев концентрации их достигают ток-сичных уровней, но и тогда, когда уровни загрязнения не стольвелики, применение мелиорантов низкого экологического каче-ства чревато опасностью долговременных и отдаленных послед-ствий. В связи с этим очевидна необходимость в регламентиро-вании концентраций загрязняющих веществ в составе всех видовудобрений. Это, однако, не предусматривается действующимиили разрабатываемыми нормативами в отношении таких токсич-ных мелиорантов как осадки сточных вод и компосты из быто-вых отходов. В определении параметров качества мелиорантовс позиций содержания в них элементов-примесей видится одиниз насущных вопросов экологической проблемы агроландшафтов.

Отсутствие норм на содержание в мелиорантах загрязнителейобусловливает необходимость контроля за уровнями (дозами)внесения удобрений в почвы. В настоящее время этот уровеньопределяется по агрохимическому эффекту, строго не регламен-тируется. Он широко варьирует в зависимости от естественногоплодородия почвы и возделываемой культуры. Рекомендуемыедозы внесения таких мелиорантов, как осадки сточных вод икомпосты из бытовых отходов, колеблются от 40 до 60 т/га дляпервых и от 10 до 100 т/га — для вторых. На практике они зна-чительно выше и достигают 400—600 т/га и 200—300 т/га, соот-ветственно. Расчетные же данные по содержаниям элементовв почвах и в мелиорантах, в частности, в осадках сточных вод

290

дозы внесения составляют: Сг — 25—30 т/га; 2п — 13—17 т/га;РЬ — 4—5 т/га. Эти дозы, очевидно, имеют весьма низкую удоб-рительную ценность и фактически повсеместно превышаются(до 10 раз и более). Учитывая отсутствие жесткой регламента-ции внесений и контроля, трудно ожидать, что эти дозы будутсоблюдаться и впредь.

В связи с высказанными соображениями можно сделать вы-вод о эколого-геохимической неприемлемости использования от-ходов, загрязненных тяжелыми металлами, в качестве удобре-ний.

Для компостов из бытового мусора и загрязненных промыш-ленных отходов имеется возможность разработки технологиче-ских способов утилизации или обезвреживания без их неконтро-лируемого размещения в природных ландшафтах при использо-вании в качестве удобрений. Значительно серьезнее проблемас осадком сточных вод — неизбежным и накапливающимся ви-дом отхода. В перспективе с развитием локальных очистныхсооружений на предприятиях, с появлением отдельной ливневойканализации осадок может стать чище.

Эффективным практическим выходом представляется конт-ролируемое использование осадка в качестве удобрений подкультуры непищевого профиля на специально выделенных тер-риториях и в специально организованных сельскохозяйственныхпредприятиях. Принципиальных препятствий к созданию такиххозяйств не имеется. Их появление локализует загрязнение и пред-отвратит его стихийное рассеяние.

• Применение промышленных отходов в сельском хозяйстветребует индивидуального исследования состава отхода для каж-дого предприятия.

Необходимо провести более детальное изучение распростра-нения элементов-примесей фосфатного сырья в отходах фосфор-ного производства, особенно в фосфогипсе, и проследить судьбуи влияние этих примесей при всех возможных вариантах утили-зации. Особенно это важно при использовании фосфогипса вкачестве мелиоранта в субаридных и аридных ландшафтах.

В поймах рек, расположенных ниже по течению промышлен-ных городов, и орошаемых загрязненными речными водами, вы-явлены участки с повышенным уровнем локального загрязнениятяжелыми металлами. Для предотвращения загрязнения оро-шаемых угодий рекомендуется локальная очистка поливочныхвод. Поля, удобренные отходами животноводческих комплексов(свиноводческих, крупного рогатого скота, птицефабрик), слабозагрязнены некоторыми элементами (2п, 5г). В этих случаяхтребуется проведение водоохранных мероприятий.

Сложная практическая задача возникла в связи с загряз-нением сельскохозяйственных территорий выбросами промыш-ленных производств и автотранспорта. Учет таких территорий

291

сейчас не ведется и известны лишь отдельные примеры, глав-ным образом, для заводов цветных металлов, из которых сле-дует необходимость гигиенической оценки сельскохозяйственнойпродукции в зонах воздействия.

Необходимо организовать планомерные и детальные (1:10000—1: 25 000) геохимические съемки вокруг всех предприятий, имею-щих выбросы тяжелых металлов. Площадь съемки не менее2—3 км от источника выброса, а для особенно крупных источ-ников— до 10 км. Особенно важно оценить санитарно-защит-ные зоны, широко используемые под огороды и садовые участки.

При исследованиях важно учитывать не только концентрацииотдельных элементов, но и суммарное воздействие комплексазагрязняющих веществ. Методики учета суммарного загрязненияпочв разработаны еще плохо. В вопросе контроля за состояниемсельскохозяйственных почв существуют и некоторые другие труд-ности, в частности, малое количество химических элементов, длякоторых разработан норматив (ПДК), особенно для подвижныхсоединений. Это, однако, не снижает актуальности самой поста-новки задачи по геохимической оценке окультуренных почв.

Г л а в а 5

ГЕОХИМИЧЕСКОЕ И З У Ч Е Н И ЕГ О Р Н О П Р О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Х ТЕРРИТОРИЙ

Горнорудная промышленность является одним из наиболее мощ-ных факторов антропогенного преобразования окружающей сре-ды. Это проявляется прежде всего в изъятии и механическомповреждении значительных массивов земель. Специфика добычии обогащения руд заключается в извлечении и переработке ог-ромных масс горных пород. Современная технология позволяетиспользовать лишь небольшую часть извлекаемой массы пород(как правило, несколько процентов). Все остальное накаплива-ется в виде отходов, рассеиваемых природными миграционнымипроцессами и являющихся источниками загрязнения окружаю-щей среды химическими элементами.

Процессы загрязнения окружающей среды интенсивно про-явлены в связи со всеми видами горнодобывающей деятельности.Опасность загрязнения токсичными химическими элементаминаиболее велика для территорий добычи рудно-минеральногосырья. Отрицательные воздействия угле- и нефтедобычи, оченьспецифичны по своим геохимическим проявлениям; детальноизложены в специальных работах.

Эколого-химические исследования горно-рудных территорийрассматриваются в двух аспектах. Во-первых, с позиции оценки

292

Рис. 90. Геохимические цепи воздействия горнорудной промышленности:/ — природные геохимические аномалии во всех природных средах (зоны огра-ничения строительства, сельского хозяйства, водопользования), 2 — техногенныегеохимические аномалии в почвах и растениях, потоках рассеяния в водотокахи водоемах (зоны ограничения при функциональном планировании территорий),3 — транспортировка руды и пород, 4 — твердый и жидкий сток водотоков и сбросрудничных вод в водотоки и водоемы, 5 — пылегазовые выбросы в атмосферу,6 — полив сельскохозяйственных угодий водами загрязненных рек и применениеотходов в качестве удобрений (зона контроля сельскохозяйственной продукциии ограничений в использовании отходов и водопользования)

состояния окружающей среды горнопромышленных районов и,во-вторых, создания геохимических основ изучения таких терри-торий для прогнозирования отрицательного воздействия новых,разведуемых месторождений полезных ископаемых. Второй ас-пект представляется нам особенно важным. Геологоразведочныеработы на месторождениях — именно тот этап, на котором удоб-нее и рациональнее всего получить информацию, предопреде-ляющую экологическую обстановку на осваиваемой территории.

При проектировании предприятий, особенно при разработкефункциональной структуры использования территорий, их эко-логическая специфика практически не учитывается. Это связанос недостаточной информированностью проектирующих освоениеместорождений организаций о вероятном характере загрязнениясреды химическими элементами, обусловленного геолого-геохи-мическими особенностями месторождения и обрамляющей еготерритории.

Экологические проблемы, вызванные деятельностью горно-обогатительных комбинатов, обусловлены как составом перера-батываемых руд и горных пород, так и технологией их добычии обогащения. Экологические проблемы повсеместно носят комп-

293

лексный характер. Это заключается во включении в техногенныемиграционные потоки всех основных цепей распространениязагрязняющих веществ: воздушной (дробление, обогащение,хранение отходов) и водной (водоотведение, сток с хвостохра-нилищ, технологические стоки при обогащении). Для ГОКов соткрытой разработкой особенно актуальны проблемы, касающие-ся воздушной цепи.

Экологические проблемы, связанные с природными геохими-ческими аномалиями в горно-рудных районах, возникают тольков случае сельскохозяйственного, селитебного и водохозяйственно-го использования территории.

Комплексные геохимические исследования по оценке состоя-ния окружающей среды на ряде полиметаллических, медно-кол-чеданных, редкометальных и других месторождений показывают,что наиболее интенсивное загрязнение окружающей среды связа-но со следующими миграционными цепями (рис. 90):

1. Пылевые выбросы при открытых горных разработках, за-грязняющие атмосферный воздух и образующие контрастныеи значительные по площади геохимические аномалии в почвах.

2. Дефляция и размывание хвостохранилищ обогатительныхфабрик, образующие интенсивные потоки рассеяния в водныхсистемах и сравнительно локальные ореолы рассеяния в почвах.

3. Стоки водоотлива из подземных горных выработок, карье-ров, образующие интенсивные и протяженные потоки рассеянияв водных системах.

4. Стоки обогатительных фабрик после очистных сооружений,загрязняющие водные системы.

5. Рассеяние рудного материала при транспортировке, загряз-няющее почвы.

6. Организованные и неорганизованные выбросы в атмосферупри процессах обогащения.

7. Природные геохимические аномалии — вторичные ореолырассеяния в почвах, потоки рассеяния в поверхностных водо-токах, гидрогеохимические аномалии в подземных водах.

5.1. РУДНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАК И С Т О Ч Н И К И З А Г Р Я З Н Е Н И Я

О составе потоков загрязняющих веществ, которые начнут фор-мироваться с началом добычи и обогащения руд разведуемогоместорождения, можно судить по распределению химических эле-ментов в рудах и первичных ореолах. Эти же данные определяютобщий характер природных геохимических аномалий и ландшаф-тах изучаемого рудного поля.

Многолетний опыт геохимических исследований месторожде-ний показывает, что в подавляющем большинстве случаев про-мышленно ценные рудные тела не имеют физических границ ивыделяются по уровню содержаний химических элементов, огра-

294

ничивающих блоки пород экономически и технологически эффек-тивные для извлечения и обогащения полезных компонентовпри сложившейся конъюнктуре и существующем уровне техни-ческих возможностей. Обрамляющие рудные тела горные породысодержат достаточно высокие уровни концентраций химическихэлементов, которыми фиксируются первичные ореолы месторож-дений. Пространственные размеры первичных ореолов и коли-чество заключенных в них запасов химических элементов обычнопревышают параметры самих рудных тел [5].

В состав первичных ореолов входят как главные рудные эле-менты, определяющие промышленный тип месторождения, таки ряд сопутствующих элементов, многие из которых являютсяэкологически токсичными и гигиенически опасными. Обычно при-водимые списки ассоциаций химических элементов в первичныхореолах с рассматриваемых нами позиций не вполне полны, таккак ориентированы лишь на перечень элементов, используемыхкак индикаторы при поисках месторождений. Они должны бытьдополнены химическими элементами, являющимися примесямив рудах. Это главным образом рассеянные элементы — 1п, Зе,Те, Си (который не всегда изучается в ореолах), а также неко-торые элементы, составляющие макрооснову руд— Ре, 5.

В силу горно-технических особенностей первичные ореолы,как правило, при добыче составляют большую часть так назы-ваемых «пустых» пород, формирующих наиболее объемные по-родные отвалы (связанные с проходкой полевых выработок,стволов, или вскрышными работами). Таким образом, данные попараметрам распределения и запасам химических элементов впервичных ореолах с учетом данных по формам их нахожденияи вероятной подвижности в физико-химических условиях дневнойповерхности позволяют дать прогнозную оценку таких отваловкак источников загрязнения и предусмотреть необходимые мерыпо их безопасному размещению, экранированию и рекульти-вации.

Данные по химическому составу рудных интервалов прибли-женно-количественно соответствуют составу пылей, выбрасывае-мых в атмосферу в процессах механического дробления руд и,следовательно, определяют токсичность выбросов и гигиениче-ские параметры рабочих мест в дробильных отделениях. Эти жеданные качественно характеризуют возможный состав отходовобогащения, накапливаемых в хвостохранилищах (один из на-иболее опасных видов отходов в горно-рудных районах) .

К сожалению, опыт эколого-геохимических оценок горно-про-мышленных районов невелик; не по всем месторождениям имеют-ся одинаковые по полноте материалы, что сильно сказываетсяна выводах.

Для одного из разведуемых колчеданно-полиметаллическихместорождений обобщение данных по составу руд и отходов,

295

Т а б л и ц а 88 Химические элементы в рудах и отходах колчеданно-полиме-таллического месторождения

Химическийэлемент

ВисмутТеллурЦинкКадмийСвинецМышьякСераСереброСеленМарганец

Рудная масса

х, г/т

401

66700100

119001000

192000162—

К<

4400100080477074059040023040—

Отходы

X , Г / Т

301

300030

15002001390

101

10000

Кс

3300100036230941203

1372010

Р

371,2

370037

18502461712

121,2

12360

Примечание Кс — коэффициент концентрации по отношению к местному фону, Р — запасы элемента в отходах, образующихся за 1 год работы ГОКа, т

показало наличие очень высоких уровней концентрации широ-кого спектра химических элементов (табл. 88). В рудах содер-жание В!, Те и, что особенно важно, таких токсичных элементовкак Со!, РЬ, Аз, 5 в сотни раз выше фонового уровня. Естествен-но, что при дроблении они будут переходить в атмосферныйвоздух. Простые расчеты показывают, что при загрязнении воз-духа пылью на уровне 4—5 предельно-допустимых концентраций(ПДК по пыли равно 0,2—0,5 мг/м 3) накопление в ней РЬ, Сс1,Аз значительно превзойдет их ПДК в воздухе. Опыт работ мно-гих комбинатов показывает, что зоны с таким превышениемПДК по пыли обычны и закладываются в проектные расчеты,но часто без учета ее состава. Как правило, они занимаюттерриторию в радиусе 1—3 км.

Данные по хвостам обогащения, складирование которых пред-полагается в водосбросе крупного водоема питьевого и рыбо-хозяйственного назначения, показывают, что и для них сохра-няется высокая степень концентрации ряда элементов (особенноСА, РЬ, Аз, Те, В1). При планируемых объемах добычи в хвосто-хранилищах ежегодно должны накапливаться большие запасыхимических элементов. Таким образом, для водных систем рас-сматриваемого района можно предположить формированиеконтрастных потоков рассеяния широкого комплекса токсичныхэлементов.

В «породных» отвалах содержания химических элементов бы-вают сильно повышены. Особенно это касается отвалов разра-боток прошлых лет, когда выбирались руды со значительноболее высокими концентрациями, чем сейчас. Например, в работеДевиса сведены данные по средним содержаниям цветных метал-лов в отвалах ряда полиметаллических месторождений США,Великобритании, Африки: содержания свинца в отвалах состав-296

ляют сотни и тысячи мг/кг (до 1,4% в Уэльсе), цинка — тысячи'мг/кг (до 3%), меди — сотни и тысячи мг/кг.

Для ряда оловорудных месторождений сульфидно-касситери-товой формации, где технологической схемой переработки пре-дусмотрено только получение оловянного и свинцового концент-ратов, геохимическими работами установлено присутствие оченьзначительных количеств широчайшей ассоциации элементов-при-месей (особенно Н§, В1, РЬ, Аз, 5Ь, В), содержания которыхв сотни, тысячи и десятки тысяч раз выше фоновых. Подавляю-щая часть примесей не концентрируется ни в одном из продук-тов обогащения, что определяет особую токсичность пылевыхвыбросов и отходов. Выход готового концентрата составляетвсего 4% перерабатываемой массы горных пород.

Известно, что в отвалах оловянно-полиметаллических место-рождений в верхнем слое образуется зона выщелачивания (30—40 см), обедненная рудными элементами и железом. Породыотвала в верхних горизонтах характеризуются также низкимирН водной вытяжки (3,5—4,5). В нижних горизонтах отмечаетсяобогащение гидроксидами Р и Мп и иногда формируется зонаскопления гипса.

В почвах, погребенных под отвалами, происходит ощутимаягеохимическая трансформация. Так, в почвах, погребенных более20 лет, происходит сильное подкисление всей толщи профиля(рН до 3,5—4,0), разрушаются почвенные коллоиды, нарушаетсяпочвенный поглощающий комплекс, увеличивается подвижностьорганического вещества, происходит вынос Са и М§ из гуму-сового горизонта. Горизонты почв обогащаются рудными компо-нентами, глубина проникновения которых для различных химиче-ских элементов неодинакова. Все это свидетельствует о подвиж-ности химических элементов в отвалах, которые часто практиче-ски не изолированы от водных систем и могут оказывать воздей-ствие на территорию подсобных хозяйств ГОКа, в зоне воздей-ствия выбросов и отходов хранилищ. Не учтены эти обстоятель-ства и при размещении рабочих поселков ГОКов.

Разведуемое месторождение медистых песчаников концентри-рует в рудах лишь Си, Ре, 5 и А§ (вполне вероятные элементы-примеси — 5е, Те, Аз — не изучены). По предварительной техно-логии из руд будут получать медный и магнетитовый, а такжекарбонатный концентрат, соответствующий по техническим усло-виям флюсовым известнякам. Отвальные хвосты составят 85—89% исходной руды. Они будут иметь преимущественно алю-мосиликатный состав и содержать около 1300 г/т сульфид-ной меди (в 28 раз выше фона) и значительное количествосульфидов железа. Хвосты планируется разместить на водосбро-се крупной водной системы рыбо-хозяйственного и питьевогопользования. При планируемых объемах добычи ежегодно вхвосты будут поступать значительные абсолютные массы меди.

297

Т а б л и ц а 89 Состав исходной руды железорудных месторождений

Элемент

СераВанадийХромМарганецКобальтМедьЦинкМолибденВольфрам

Месторождения

магнетитовых руд

х, г/т

308170

15503861100900——

К,

3,42,01,52124

10,8——

борато магнетитовых руд

X , Г / Т

20000———

945425

105200

Кс

42,5———

52,59—95154

Примечание Кс — коэффициент концентрации по отношению к местному фону, в мате-риале из х в о с т о х р а н и л и щ борато-магнетитовых руд обнаружены высокие концентрацииАь и ТК — Кг соответственно 59 и 5,4

Ландшафтно-геохимический анализ ситуации показывает, что сучетом малокарбонатного состава хвостов в данном случае весь-ма вероятно окисление в них сульфидной меди до хорошо раст-воримой сульфатной формы с образованием потока рассеяния.Напомним, что медь — элемент не очень токсичный в питьевыхводах, но исключительно токсичный для гидробионтов.

Железорудные месторождения по относительному уровнюконцентрирующих в рудах элементов-примесей часто не проявля-ются особенно контрастными геохимическими аномалиями. Обыч-но наиболее значимым химическим элементом в рудах, прино-сящим ущерб окружающей среде, является сера, присутствиекоторой (до 10—20%) при проведении агломерации концентра-тов приводит к выбросу сернистых соединений в атмосферу.

Тем не менее, разнообразие типов месторождений железаобусловливает пеструю картину микроэлементной ситуации врудах. Кроме того, обычные для этих месторождений огромныеобъемы извлекаемых и перерабатываемых горных пород при-водят даже при небольшом уровне относительного накопленияэлементов-примесей к появлению значительных абсолютных массхимических элементов в отходах добычи и обогащения, а такжев выбросах при металлургическом переделе.

В качестве примера приведем данные по содержаниям микро-элементов для двух месторождений в древних толщах: 1) место-рождение легкообогатимых богатых магнетитовых руд; 2) место-рождение борато-магнетитовых руд (табл. 89).

В рудах месторождения первого типа постоянно присутствуютСи, Со, 2п, V, Сг, содержания которых значительны. Борато-маг-нетитовые руды содержат более широкий круг химических элемен-тов: Ре, В, Аз, Сг, ТК, Со, АУ, Си. Хвосты обогащения составляют298

15—52%, т.е. при переработке руд этого типа будут накапли-ваться значительные их объемы и, соответственно, большие коли-чества химических элементов.

В настоящее время не разработаны стандартизованные мето-ды прогноза поведения химических элементов первичных ореолови руд после их извлечения и перемещении в отвалы добычи иобогащения. Большинство интересующих нас химических элемен-тов присутствует в горных породах в сульфидных формах. В ус-ловиях дневной поверхности они начинают испытывать активноевоздействие агентов химического и микробиологического вывет-ривания. При этом миграционная подвижность продуктов вывет-ривания обусловлена прежде всего количеством сульфидов(и, следовательно, образующейся при их окислении серной кисло-ты — наиболее активного агента, переводящего тяжелые метал-лы в подвижные формы), а также сорбционными, нейтрализую-щими и осадительными свойствами вмещающих оруденение гор-ных пород. Во многих случаях содержания сульфидов в отходах(особенно, в хвостах) превышают 10—20% при содержанииметаллов (РЬ, 2п, Си), в десятки и сотни раз выше фоновых.Выщелачивание химических элементов в хвостохранилищах ин-тенсифицируется также кислотными остатками флотоагентов,поступающих вместе со сбросными водами.

Изучение на месторождениях поведения химических элемен-тов в естественных корах выветривания позволяет дать прогнозих поведения в отвалах. В геохимической литературе эти вопросыдостаточно полно освещены [41].

В разрезе зоны гипертенеза рудных месторождений четкопрослеживается дифференциация ассоциаций химических эле-ментов в зависимости от характера вертикального профиля корывыветривания, типа вмещающих пород и степени концентрациисульфидов.

Сравнение интенсивности процессов перераспределения эле-ментов в горизонтах окислительного типа в ряду вмещающихпород «силикатные (кремнистый тип коры выветривания) —'алю-мосиликатные (глинистый тип коры) — карбонатные (карбонат-но-глинистый тип коры)» показывает, что для первичных ореолови руд существуют контрастные и однонаправленные тенденциив изменении характера перераспределения типоморфных эле-ментов.

Для пород кремнистого состава при выветривании частонаблюдается резкая дифференциация в поведении химическихэлементов. Многие элементы очень подвижны и энергично вы-носятся (7.п, Со, Си, Сс1, 5е — почти всегда; РЬ и Аз — часто, осо-бенно при обилии пирита). Другие элементы (в частности, Мо,А§, Ва) накапливаются чаще всего вместе с гидроксидами Ре.

В породах алюмосиликатного состава, для которых характер-но образование глинистых кор выветривания, подвижность мно-

299

гих химических элементов уменьшается в связи с появлениемсорбционного барьера. В условиях выветривания первичныхореолов (вкрапленный характер проявления минерализации)даже цинк часто становится малоподвижным. Лишь для анионо-генных элементов (селен, теллур) наблюдается энергичныйвынос. Однако это уменьшение подвижности наблюдается далеконе всегда, оно обусловлено временными соотношениями междупроцессами образования глинистых минералов и окислительнымразрушением сульфидов.

Для пород карбонатно-глинистого состава тенденция умень-шения подвижности химических элементов проявлена оченьконтрастно. Даже в условиях выветривания сравнительно бога-тых руд большинство химических элементов ведет себя инертно.

Техногенное воздействие на месторождение приводит к резко-му (до 10 раз) увеличению зоны гипергенеза. Такие явлениянаблюдались, например, В. Н. Авдониным на Красногвардейскоммедно-колчеданном месторождении на Урале, а также В. П. По-стниковой и Л. К. Яхонтовой на сульфидно-касситеритовых ме-сторождениях Комсомольского оловорудного района [26].

В отвалах интенсивность процессов выветривания многократ-но усиливается. Это связано с их высокой проницаемостью дляагентов выветривания и хорошими условиями для удаления раст-воримых продуктов выветривания, не успевающих осадиться нагеохимических барьерах. Это, собственно, и приводит к загряз-нению окружающей среды.

В отвалах при их изменении новейшим выветриванием так жекак и в коренных породах образуется профиль с вертикальнойзональностью окислительно-восстановительного типа [26]. В ра-боте Девиса [26] приводятся данные по формированию поверх-ностной зоны окисления в погребенной зоне восстановления, чтои определяло распределение химических элементов в отвалах.

Таким образом, геохимическое исследование первичных орео-лов и руд, их поведение в процессах выветривания дают воз-можность для многоаспектной интерпретации данных в приро-доохранных целях.

5.2. ПРИРОДНЫЕ И Т Е Х Н О Г Е Н Н Ы Е АНОМАЛИИВ ГОРНОРУДНЫХ Р А Й О Н А Х

Выбросы в атмосферу

Источником загрязнения атмосферного воздуха в горно-добы-вающей промышленности являются технологические процессы,приводящие к образованию больших масс пыли. Это буро-взрыв-ные работы при открытых разработках, процессы дробления рудпри обогащении и дефляции отвалов, отходов обогащения и до-бычи. Высокий уровень загрязнения воздуха возникает также на

300

участках транспортировки и выгрузки на приемных пунктах илиотвалах. Особенно загрязненный воздух отмечается в глубокихкарьерах, где смесь газов автомобильных выбросов и минераль-ной пыли формирует так называемый «карьерный смог». В усло-виях штиля этот смог распространяется над обширными площа-дями прикарьерной территории. Объемы рассеиваемых в воздухепылевых масс даже на ГОКе средней производительности состав-ляют сотни и тысячи тонн в год, что эквивалентно выбросукрупного промышленного комбината. Так, при массовом взрывена карьере 150—200 т пыли поднимается на высоту 150—250 м.

В районе перечисленных источников загрязнения мощные пы-левые выбросы обусловливают превышение нормативных показа-телей состояния воздуха по концентрации пылевых частиц взоне от 1 до 3—5 км.

По данным И. Н. Волковой и Н. С. Казанской, при взрывныхработах на Михайловском месторождении железных руд (Кур-ская обл.) пыль оседает в радиусе 3—6 км от карьера, а рас-пыление руды на открытых складах наблюдалось в атмосферев радиусе I км. Концентрация пыли в воздухе в зоне воздействиякарьеров сильно варьирует во времени. В среднем она составляет0,3—2,0 мг/м3 (до 4—5 мг/м 3), что в 2—13 раз выше ПДК(0,15 мг/м 3 среднесуточная) и на 2—3 порядка выше фонового

уровня (0,001 мг/м 3 ) .В процессах измельчения участвует вся масса руд (дробле-

ние) или руды и вмещающих пород (буро-взрывные работы).В первом приближении, состав пыли должен отвечать составуисходных пород, хотя, разумеется, избирательное измельчениетех или иных минералов может изменить соотношение междухимическими элементами. Данных такого рода немного, тем неменее все они показывают очень контрастное обогащение пылихимическими элементами (табл. 90). Мы видим во всех видахвыбросов сходство общей ассоциации концентрирующихся хими-

Т а б л и ц а 90. Ассоциации химических элементов в пылях молибден-вольфра-мового ГОКа

Источник выбросовпылей

Карьер

ШахтаЦех дробления рудУчасток сушки и за-грузки редкометаль-ных концентратовУчасток сушки и за-грузки сульфидныхконцентратов

Коэффициенты концентрации относительно к л а р к а

Более 1000

В!

Вь- 5ЬВ1— ЗЬ

В1— 5Ь— - Аз

В1— Аз— Со1 —-Аё-5Ь

1000—100

Аз — 8Ь — Мо — 5п

Ш— Мо— АзXV— Мо--РЬ— Аз

Ш— Мо— РЬ

V— Мо— РЬ

100—10

Ш— РЬ— 2п— Си—

5п — Ад — РЬ5п — Ад — Си

А§ — 2п — 5п — Си

Си — 2п

301

ческих элементов (за исключением участка сульфидных кон-центратов, где появляется очень токсичный кадмий, отсутствую-щий в других пылях) . В то же время степень концентрацииэлементов по видам пылей варьирует, а, главное, максимальныенакопления характерны не для основных промышленных эле-ментов (Мо и X V ) , а для элементов-спутников (В1, 5Ь, Аз, РЬ).

Площадь атмогеохимических аномалий в районе горно-про-мышленных комбинатов Южного Приморья, по исследованиямА. Н. Качура, превышает 40 км2. В зоне максимальных выпаде-ний на расстоянии до 2 км от источников свинца выпадаетв 10000—50000 раз, цинка и кадмия — в 100—200, меди и се-ребра — в 50—100 раз больше, чем на фоновых территориях.Содержание тяжелых металлов в поверхностных горизонтахпочвы увеличено в десятки раз.

Учет состава пыли, концентрирующей широкую ассоциациютоксичных химических элементов, расширяет зоны неблагоприят-ного воздействия. Однако обобщающие материалы, регистрирую-щие фактические размеры таких зон по прямым замерам воздухадля разных типов месторождений и условий добычи и переработ-ки руд, практически отсутствуют. Такие обобщения требуют син-хронного долговременного динамического изучения концентрацииширокого спектра металлов в воздухе на различных расстоянияхот источника выбросов, которое пока не проводится.

В то же время данные геохимического картирования почви снегового покрова выявляют четкие техногенные геохимическиеаномалии, связанные с выпадением на дневную поверхностьматериала выбросов. Эти аномалии фиксируют зону влиянияисточников выбросов, а также состав и соотношения наиболеехарактерных загрязняющих веществ. Как правило, в них обна-руживается весь комплекс главных рудных элементов и элемен-тов-примесей руд.

В горно-промышленных районах аэрогенные аномалии так жекак и в городах имеют четко выраженный градиент концентрацииот центра к периферии. Центральные части аномалий приуроченык источнику выбросов. В их пределах уровни содержаний эле-ментов-загрязнителей в десятки и сотни раз превышают фоновыепараметры. Размеры центральных частей аномалий достигаютнескольких квадратных километров (обычно не более 10 км2).

Морфология зон воздействия выбросов несложна и зависитот рельефа В расчлененных районах наиболее интенсивныеучастки аномалий целиком локализованы в пределах горно-до-линных ландшафтов, в которых расположены источники выбро-сов.

На рис. 91 показан характер распространения выбросовкарьера молибден-вольфрамового ГОКа в горном ландшафте,установленный геохимическим картированием выпадений, улов-ленных снеговым покровом. Мы видим, что облако интенсивных302

Рис. 91. Интенсивность среднесуточного выпадения пыли (в кг/км2) и химическихэлементов (в г/км 2) в зоне воздействия карьера в горном ландшафте (А — по-перечный профиль через долину, Б — продольный профиль)

выпадений локализуется в долине, на склоне которой расположенкарьер, и не выходит за водораздел. Оно целиком накрываетпоселок, расположенный в 1—2 км от карьера, где уровни выпа-дений пыли и рудообразующих металлов (в данном случае изу-чались только они) примерно в 50 раз выше фоновых. В про-дольном профиле долины зона аномальных выпадений растянутазначительно дальше, и фоновые параметры достигаются лишь в10 км от карьера Мощность выброса карьера в рассматриваемомслучае очень велика (масса выпадений в районе карьера 16 т на1 км2 в сутки, что в 800 раз выше фоновой). В этой связи враспределении выпадений влияние обогатительной фабрики иотвалов, расположенных соответственно в 1,5 и 3,0 км от карье-ра, почти не сказалось. Тем не менее, все эти объекты четкофиксируются по результатам опробования почв.

Воздействие обогатительных фабрик может быть очень интен-сивным. Это, в частности, демонстрируется данными по фабрике,ежегодно с 1924 г. перерабатывающей около 0,5 млн т полиме-таллических руд. Фабрика расположена в горной долине назначительном удалении от добывающих предприятий Жилойпоселок расположен в непосредственной близости. Геохимическоекартирование почв, проведенное И. В. Токаревым и Г. А. Тимош-киным, показывает, что за годы работы здесь образоваласьпротяженная (более 10 км) и очень интенсивная комплекснаяпо составу техногенная геохимическая аномалия (табл. 91).В состав аномалий входят все основные элементы перерабаты-ваемых руд и, в частности, такие токсичные, как РЬ, Сс1, Со, атакже А§, 2п, Си, В) и др. Весь выявляемый комплекс уста-

зоз

Т а б л и ц а 91 Интенсивность загрязнения почв химическими элементами вблизиобогатительной фабрики

Элемент

СвинецСереброЦинкМедьКадмийВисмутКобальтМолибденОловоБарийВольфрамСурьма

ИндийМышьяк

С,

500,114030

11

1225

300210

150

Площадьаномалии

км 2

3,92,51,61,51,00,90,40,30,30,3

0,05Единичныепробы

««

С2

11002,1

2250290

128

248

341034

11—

-—

Кс

2221241012824735

—

——

С,

1000020

100002000

5050402040

20003030

5200

Кс

1252007167505031087155

54

Примечание С] Сг и С1 —соответственно фоновое содержание, среднее содержаниев пределах аномалии и максимальное содержание на территории "жилого поселка,м г / к г , Кс— коэффициент концентрации относительно фонового содержания

навливается лишь в сравнительно локальной (1,0—1,5 км) зоневблизи фабрики. Однако именно в этой зоне расположен поселокГлавный элемент перерабатываемых руд — свинец — интенсивнопроявлен в значительно более широкой (10 км) зоне воздей-ствия Пространственная структура зоны определяется геомор-фологией долины (рис 92) При проектировании и строительствегорно-обогатительных комбинатов особенности техногенноймиграции загрязняющих веществ практически не учитываются,многие поселения, сельскохозяйственные угодья и водные объек-ты попадают в зоны интенсивного загрязнения окружающейсреды

Загрязнение поверхностных водных систем стоками

В горнодобывающих районах резко меняются характер и интен-сивность поставки химических элементов в водотоки. Это обус-ловливается изменением условий и соотношения механическойи водной миграции, вызванных перемещением больших массгорных пород и их последующим перераспределением в отвалахпод действием гравитационных процессов, разрушением хвосто-хранилищ под действием экзогенных факторов, сливами с руд-ников, обогатительных фабрик и хвостохранилищ, поверхност-ным стоком с территорий горных отводов Различные виды сли-вов — основной источник поступления техногенных веществ вводотоки304

Рис. 92. Распределение содержаний свинца, цинка и кобальта в почвах вблизиобогатительной фабрики:/ — жилая и промышленная застройка, 2 — обогатительная фабрика, 3 — хвосто-хранилище, 4 — река, 5—8 — почвы с различным содержанием (в Кс) РЬ, 2п, Со5—160—300 РЬ, 350—700 2п, 21—30 Со, 6 — 300—600 РЬ, 700—1400 2п,30—60 Со, 7 — 600—3000 РЬ, 1400—7000 2п, 60—300 Со, 8 — 3000 и более РЬ,300 и более Со, 9 — почвы с фоновыми содержаниями РЬ (80), 2п (140), Со (12)

Большую роль в поставке химических элементов в водныесистемы играет отмечавшееся выше техногенное усиление процес-сов выветривания на разрабатываемых месторождениях НаКрасногвардейском месторождении, например, В Н Авдониннаблюдал герметично закрытую горную выработку, стенки кото-рой были покрыты новообразованными хорошо растворимыми

305

Т а б л и ц а 92 Химические элементы в сливных рудничных водах, мкг/л

Месторождение

Сульфидное, Николаев-ское, Западный АлтайСульфидное, Колыван-ское, Западный АлтайСульфидное, Змеиногор-ское, Западный АлтайЗолоторудные, ЮАР, мак-симальные содержанияСредний состав вод зоныгипергенеза

Мп

15000

6000

2000

4000

547

Ре

30000

6000

2000

3000

49,4

Со

300

70000

20

3900

3,31

N1

50

10000

14

15900

Си

16000

6000

300

5400

5,58

2п

125000

6000

2200

26000

34

С(1

500

170000

200

52

0,33

РЬ

200

'30

40

290

2,21

минералами: мелантеритом, пизанитом, глоккеритом, самороднойсерой и др.

По расчетам за счет химического разубоживания за годбыло вынесено 170 т серы халькопирита и более 500 т серыпирита. За срок наблюдения потери меди составили 1,82%, ацинка — 4%.

Изучение баланса меди, поступившей в водотоки с одного измедно-колчеданных месторождений, показало, что за период экс-плуатации (1935—1983 гг.) рудничными водами вынесено более50 тыс. т меди, причем 2/5 этого количества поступило в окру-жающую среду. В настоящее время на данном руднике извле-кается только медь. Все остальные компоненты (широкая группамикроэлементов), содержащиеся в рудничных водах, поступаютв речную сеть. Аналогичная ситуация наблюдается на многихдругих месторождениях, где сопутствующие элементы часто даютуровень загрязнения, превышающий таковой для извлекаемыхэлементов.

Значительная часть периодически сбрасываемых стоков при-ходится на сливы рудничных вод и сливы с хвостохранилищ(табл. 92). Существенным источником загрязнения являетсяповерхностный сток с породных и рудных отвалов, дорог и дру-гих объектов в пределах горных отвалов. Характернейшая осо-бенность стоков — резкое обогащение их взвешенным твердымвеществом, играющим существенную роль в техногенной мигра-ции элементов. Содержание твердых взвесей в стоках можетдостигать десятков грамм на литр, т. е. на два — три порядкапревышать мутность природных водотоков.

Для водотоков в зонах влияния ГОКов характерно резкоеповышение содержаний N3, К, N. фосфатов (влияние бытовыхстоков), взвешенных веществ, Са и хлоридов (влияние промыш-ленных стоков). Подобные изменения, характерные для многихГОКов, отмечались в районе предприятия по добыче и обога-щению вольфрам-молибденовых руд. Высокие содержания хлори-дов и кальция связаны с использованием хлорной извести приочистке жидкой части хвостов от флотореагентов. Отмечены"

306

также высокие содержания нефтепродуктов и различных органи-ческих веществ, применяемых в качестве агентов флотационногообогащения.

Для районов ГОКов характерны резкие пространственно-вре-менные изменения кислотно-щелочных условий поверхностныхвод, что приводит к заметной перестройке условий миграциихимических элементов. Так, при опробовании реки, на которойрасположен уже упоминавшийся ГОК по добыче и обогащениювольфрам-молибденовых руд, И. А. Авесаломова установила,что в естественных условиях усложнение ландшафтной структурыв пределах высокогорного рельефа практически не сказываетсяна изменении величин рН и содержании гидрокарбонат-иона.Все водотоки выше ГОКа характеризуются нейтральной реак-цией (рН = 7,2—7,5). Тенденция к возрастанию обоих показате-лей наблюдается в районе открытых разработок, в черте города(слив из штолен), в районе хвостохранилища. Это, в частности,приводит к усилению подвижности молибдена на отдельных уча-стках речной сети, миграционная способность которого повы-шается в соответствии с нарастанием рН.

Особую опасность представляют кислые рудничные воды. Так,в районах медно-цинкового сульфидного оруденения Калифорниив результате естественного выщелачивания руд рН вод снижа-ется до 5 —7; эти воды выносят часть рудных компонентов вприродные водотоки. Активная добыча руд еще более увеличи-вала интенсивность выщелачивания, что привело к снижениюрН природных вод до 3,5—1,4. Это обуславливает контрастноевозрастание содержаний многих химических элементов в водах.

В рудных потоках рассеяния, как известно, ассоциации хими-ческих элементов хорошо коррелируют с минералого-геохимиче-скими особенностями дренируемых месторождений. Качествен-ный состав твердофазной и воднорастворенной составляющихпотоков выдерживается на значительных площадях в соответствиис металлогеническими особенностями последних. Распределениеэлементов, как правило, зональное.

Характер накопления и распределения химических элементовв зонах влияния ГОКов резко меняется. Эти изменения отмеча-ются как для растворенной, так и для твердофазной составляю-щих. Меняется уровень содержаний и соотношение элементовв техногенных аномалиях. Причем, даже после прекращенияфункционирования ГОКов уровень загрязнения может оставать-ся достаточно высоким.

Так, по данным Б. А. Судова, на одном из отработанныхмедно-колчеданных месторождений основными объектами загряз-нения являются отвалы штолен и воды, вытекающие из них(штольни пройдены в 60—70 гг.). Уровень загрязнения и внастоящее время достаточно высок (табл. 93). В эстуарии Гон-нел (Великобритания), служившем приемником сточных вод

307

Т а б л и ц а 93. Содержания некоторых химических элементов в воде водотоковв районе бывших штолен, мг/л

Место отбора проб

Штольня, устье ручьяРучей:

600 м ниже штольни1000 м ниже штольни

Река:ниже ручьявыше ручья

Си

12

148

72

7.п

11

327

7,57

Мо

70

2650

3215

Ае

0,20

0,130,40

0,280,25

РЬ

3,4

1,95,5

102,3

свинцового рудника в 1845—1885 гг., донные отложения до сихпор являются источником загрязнения водной фазы и биоты [50].

Сравнительная характеристика содержаний химических эле-ментов в растворе вод рудных и техногенных потоков рассеянияпоказывает, что последние не уступают по контрастности(табл. 94). В обоих случаях наблюдаются превышения предель-но-допустимых уровней.

Одна из главных особенностей воздействия ГОКов на харак-тер миграции элементов — резкое увеличение доли их взвешен-ных форм. Это связано как со значительным увеличением мут-ности водотоков, так и с резким возрастанием абсолютных кон-центраций элементов в самой взвеси, причем последний факториграет более существенную роль. Даже при невысокой мутности

Т а б л и ц а 94. Сравнительная характеристика содержаний химических элементовв рудных и техногенных водных потоках рассеяния (растворенные формы, мкг/л)

Источник з а г р я з н е н и я Медь Цинк Мышьяк Кадмий Свинец

Месторождения

Сульфидные, АлтайМедноколчеданные, ЮжныйУралПолиметаллические, АлтайРтутные, ЗакарпатьеЗолоторудные, ВосточноеЗабайкалье

1—2000100—5000

15—8010—25

—

10—10000100—5000

40—50030—1008—10

следы10—20

—3—12

20—50

3—15012

———

1—2020—1700

10—25—

5—8

Районы добычи

Река ниже обогатительнойфабрики в районе полиме-таллического месторожденияВодоток, дренирующий ста-рый рудникРека ниже ГОКа в районеполиметаллического место-рожденияВодоток, дренирующий руд-ник по добыче полиметал-лических руд

22

10600

—

2—10,7

—

21700

1200

250—1400

—

—

250

—

0,5

—

—

2,5—16,7

10

—

290

20—244

Примечание- «с—» — данные отсутствуют.

308

Т а б л и ц а 95. Химические элементы во взвешенной форме водного потокарассеяния в районе ГОКа по добыче и обогащению полиметаллическихруд, мкг/л

Место отбора проб

5 км выше ГОКа1 км ниже ГОКа20 км ниже ГОКа

Си

4,29,66,1

2п

12,3135,496,1

Си

0,11,20,3

РЬ

3,279,116,6

воды (на уровне фона) очень высокие абсолютные концентрациирудных элементов во взвеси приводят к контрастным техноген-ным аномалиям в речной сети. Это важное положение необходи-мо учитывать при оценках степени техногенного воздействия наводные системы.

В качестве примера рассмотрим распределение взвешенныхформ химических элементов в районе влияния предприятия подобыче и обогащению полиметаллических руд. Как видим, содер-жание элементов во взвешенной форме значительно превышаетфоновые уровни; техногенные аномалии устойчивы в простран-стве (табл. 95).

Высокие содержания и огромные массы взвешенных формхимических элементов приводят к формированию очень контра-стных и протяженных аномалий в донных отложениях водотоков,которые в прогнозе могут определять качество воды и служитьвторичными источниками загрязнения.

На рис. 93 показано распределение химических элементов вдонных отложениях горной реки, протекающей в пределах ГОКа.При входе реки в зону влияния техногенеза отмечается резкоевозрастание концентрации элементов (в десятки и сотни разпревышающее содержание как фоновое, так и в природных орео-лах) . Контрастные аномалии прослеживаются практически повсей длине изученной реки (на 40 км) и фиксируются в рекеследующего порядка.

Рис. 93. Распределение химических эле-ментов в донных отложениях реки гор-но-промышленного ландшафта.Кс — коэффициент концентрации от-носительно фона. Римскими цифрамиуказано расположение: I — обогати-тельной фабрики, II — старого дей-ствующего хвостохранилища, I I I — но-вого действующего хвостохранилища

309

Рис. 94. Соотношение степени накопле-ния элементов в донных отложенияхв зимнюю межень (КЗ) и в летнееполоводье ( К Л ) :I—IV — районы реки (I — фоновыеусловия, II — городские районы, III —район хвостохранилища, IV — районниже хвостохранилища)

В механизме формирования техногенных потоков рассеяния вдонных отложениях четко прослеживается сезонность (рис. 94).Степень накопления многих элементов в донных отложенияхвозрастает в зимнюю межень и снижается в период весеннегополоводья. В рассматриваемом случае наибольшие расхождениянаблюдаются для основных элементов сливов (Мо, XV, 5п) всфере влияния ГОК; фоновые содержания значительно меньше.Это связано с нарушением естественной годовой динамики взве-шенного вещества — резкое увеличение его содержания в водахниже сливов зимой, что не характерно для рек ледниковогопитания. В естественных условиях минимальные содержаниявзвешенного вещества наблюдаются в период зимней межени(реки находятся на грунтовом питании), максимальные — вовремя паводков. Более благоприятные условия для накопленияв донных отложениях вблизи источников загрязнения создаютсязимой, когда увеличение содержания взвешенного веществапроисходит на фоне снижения расходов и скоростей теченияреки.

Оценка распределения химических элементов в рудных и тех-ногенных потоках рассеяния, формирующихся в донных отло-жениях, показывает, что последние по абсолютным содержаниями протяженности не уступают, но часто даже превосходят пер-вые (табл. 96).

В районах развития добывающих предприятий, где качествен-ный состав техногенных источников (отвалы, хвостохранилища)в принципе адекватен рудным, соотношение между элементамив рядах концентрации меняется, а общий уровень их накопле-ния в техногенных потоках значительно выше, чем в рудных.

Характерной особенностью горно-промышленных ландшафтовявляется расположение в их пределах металлургических пред-приятий. Как показывают исследования Г. А. Тимошкина иавторов, в зонах воздействия последних техногенные аномалииотличаются еще более комплексным составом и резко выражен-ной контрастностью накопления химических элементов (табл. 97).

Таким образом, горно-добывающая промышленность оказы-вает существенное влияние на миграцию химических элементов,

310

Т а б л и ц а 96. Сравнительная характеристика содержаний (мг/кг) некоторыххимических элементов в донных отложениях природных и техногенных потокахрассеяния

Месторождения ип р е д п р и я т и я РЬ 2п Сг N1 Ае

Природные потоки

Полиметаллические, Во-сточное ЗабайкальеПолиметаллические, Се-верный Тянь-ШаньЖелезорудные, СеверныйТянь-ШаньМедные и полиметалличе-ские, Центральная частьЧилиСульфидные, АлтайОловорудные, Сихотэ-АлиньПолиметаллические

30—300

200- 300

—

—

20060—300

100—2000

100—2500

2000—3000

—

—

3001000—3000

100—500

—

—

1000—3000

—

—

10—100

—

—

500—2000

—

—

10—100

—

—

'—

—

3030

—

Техногенные потоки

Горнодобывающие пред-приятия в Сев Айдахо,СШАРудник по добыче цинкаи свинца, ПНРГорнообогатительнаяфабрика, ПНРГОК по добыче и обога-щению полиметалличе-ских руд, Кавказ

3000—6300

1200

420

До 2500

3200—4700

2500

10000

До 15000

—

50

58

—

50

26

6—15

-__

которое проявляется в возникновении контрастных и протяжен-ных аномалий в водных системах. Появление последних обуслов-лено потерями вещества в технологической цепи и вовлечениемего в миграцию. Все аномалии имеют полиэлементный характер,что хорошо согласуется с составом промышленных стоков. На-иболее резко и стабильно аномалии проявлены для твердофаз-ной составляющей потоков рассеяния. Даже после прекращенияэксплуатации месторождений, загрязненные донные осадки могутявляться вторичным источником поступления веществ в воднуюфазу.

5.3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И Г И Г И Е Н И Ч Е С К А Я О Ц Е Н К ИГЕОХИМИЧЕСКИХ А Н О М А Л И ЙГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Специфика экологических и гигиенических последствий техноген-ного загрязнения окружающей среды горно-промышленных тер-риторий заключается в комплексности состава загрязняющих

311

Т а б л и ц а 97. Ассоциации химических элементов в донных отложениях рек

Источник з а г р я з н е н и я

Геологоразведочные выра-ботки

Горнорудные пред-приятия,эксплуатируемые:

Горнообогатитель-ные предприятия,эксплуатируемые:

20 лет

35 лет

150 лет

15 лет

90 лет

Металлургический завод

Пробы из шламо- и хвосто-хранилищ

Полиметаллические руды

Коэффициенты концентрации относительнофонового содержания

более 100

—

—

—

—

—

—

А§ — Си — 2п —— РЬ

А?

Си— 2п— АИ—— РЬ

100—30

—

—

—

РЬ

—

2п— Ад— РЬ

Мо— §п — В1—— 1п

РЬ— С<1

Си— В!

30- 10

—

2п-А§

2п

2п

2п

—

\У— Со

Ва— 2п— Си

Мо

веществ, среди которых определяющую роль играют токсичныехимические элементы. Сравнительно небольшое значение здесьимеют органические загрязняющие вещества. Пути поступленияполлютанов в живые организмы, и, главное, в организм человекав горно-промышленных районах многообразны. В районахГОКов — это воздушный путь и продукты питания, выращивае-мые на загрязненных почвах, питьевые воды с природно-повы-шенными концентрациями.

Реакции живых организмов в природных биогеохимическихпровинциях рудных районов посвящены фундаментальные рабо-ты школы Биохимической лаборатории, созданной В. И. Вернад-ским и возглавляемой многие годы А. П. Виноградовым иВ. В. Ковальским. Эти исследования, в частности, показали, чтодаже при сравнительно небольших средних уровнях накопле-ния элементов в пределах региональных геохимических полей(концентрации в породах и почвах всего в 2—4 раза вышекларковых уровней) наблюдаются серьезные экологические по-следствия, приводящие к различным нарушениям в растениях,а также в организме животных и человека.

Естественно, что степень концентрирования химических эле-ментов в растениях вторичных ореолов рудных тел и месторожде-ний может быть значительно выше, о чем, в частности, говорятмногочисленные данные по биогеохимическим ореолам рассеяния.В этих случаях обычно повышается комплексность состава. На-

312

горнопромышленных ландшафтов

Источник з а г р я з н е н и я

Геологоразведочные выра-ботки

Горнорудные пред-приятия,эксплуатируемые:

Горнообогатитель-ные предприятия,эксплуатируемые:

20 лет

35 лет

150 лет

15 лет

90 лет

Металлургический завод

Пробы из шламо- и хвосто-хранилищ

Полиметаллические руды

Коэффициенты концентрации относительнофонового содержания

10—3

—

РЬ

РЬ— АВА§— Си

—

Ва— В1— Си— Сс1

МЬ— 5Ь

В1— Мо

5п — Со

3—1,5

2п— РЬ— Си

Си— N5— С-а— V

Ва— МЬ— Си— У— 5г— В1

Са — N1 — Со — 5п — В)

РЬ— У— 5с— Си— АИ— Со— Ва

Мп — Мо — 5п — Со — 2г — МЬ

Оа — N1 — Мп — 5 г

§п— Со— МЬ

У— Оа— 5г

пример, авторами в пробах укоса на полиметаллических место-рождениях помимо ассоциации элементов, характерной для всейпровинции (Си, 2п), наблюдались концентрации токсичногоСс1 от 1,5 до 11 мг/кг (при фоне 0,4 мг/кг) . Таким образом,экологическая опасность участков развития вторичных ореоловв принципе выше.

Для техногенных зон з-агрязнения в горно-рудных районахтакже известен достаточно широкий спектр отрицательных био-геохимических и биологических реакций живых организмов всвязи с выбросами обогатительных фабрик, зонами влияния местхранения отходов, использованием загрязненных вод для питье-вых целей и орошения.

Прямых исследований воздействия атмосферы, загрязненнойвыбросами горно-обогатительных фабрик, на здоровье населенияпрактически нет. Имеются лишь указания на рост аллергическихи некоторых других заболеваний. В принципе ситуация и послед-ствия здесь не должны отличаться от других источников загряз-нения, для которых установлены значимые положительные кор-реляции в цепи «выброс — воздух — геохимическая аномалиявыпадений и почв — человек». Материал выбросов через цепь«выпадения — почва» приводит к загрязнению растений. Так, напериферии зоны воздействия выбросов обогатительной фабрикив частных огородах и сенокосах наблюдались уровни накопле-

313

Т а б л и ц а 98 Химические элементы в сельскохозяйственных растениях в зоневлияния фабрики по обогащению свинцовых руд, мг/кг сухой массы

Объект опробования

Кукуруза (кормовая часть)Кукуруза (початок)СвеклаУкос травПочва

Медь

4—12 (1—3)3,6 (1.0)

21,6 (2,3)9,0 (1,0)

85—152 (2—5)

Цинк

106—184 (3—9)36,8 (1,6)

212,1 (7,7)110,0 (2,0)

310—1352 (4—15)

Объект опробования

Кукуруза (кормовая часть)Кукуруза (початок)СвеклаУкос травПочва

Кадмий

0,44 (1,0)0,07 (1,2)0,13 (3,2)0,66 (11,6)4—6 (6—10)

Свинец

36 (4,0)0,9 (4,0)6,5 (7,0)

39,4 (5,0)520—560 (18—26)

Примечание В скобках у к а з а н ы коэффициенты к о н ц е н т р а ц и и по отношению к фоно-вому содержанию

ния 2п, РЬ и Си, превышающие в сумме гигиенические нормы(табл. 98).

По материалам, собранным Девисом [26], в районах полиме-таллических рудников отмечается корреляция между распределе-нием в почвах свинца и уровнем заболеваемости атеросклерозоми кариесом. Однако прямых данных о влиянии свинца не имеет-ся, и скорее всего этот элемент играет роль индикатора каких-тоиных неблагоприятных условий.

Имеется ряд исследований, демонстрирующих отрицательноевоздействие на биоту мест захоронения отходов добычи и обога-щений. При этом оно сохраняется даже через десятки лет послезакрытия рудников. Так, в Уэльсе и Сомерсете в 100—500 м отстарых породных отвалов вследствие ветровой и водной эрозииобразовались аномалии с содержанием свинца в растениях до275 мкг/т, что превышает допустимый уровень. При выпасе наэтих участках отмечались случаи гибели домашнего скота. Приэтом в фекалиях коров содержание кадмия, например, достигало6—50 мкг/г (при норме 1—2 м к г / г ) . Аналогичные случаи на-блюдались в Шотландии [26] при выпасе в районе дорог, по-строенных из отвалов свинцового рудника. У погибших коровздесь обнаружилось высокое (2 мг/л) содержание свинца вкрови. На Чиатурском месторождении Э. Б. Тюрюканова выяви-ла обогащение марганцем растений, произрастающих на отвалахи в депрессиях с намытыми почвами. Листья кукурузы содер-жали 250—500 мг/кг Мп, клевер — 80—164 мг/кг, люцерна —59—132 мг/кг, солома злаковых (пшеница, рожь, овес) — 22,5—198 мг/кг. В среднем количество марганца в сеяных травах в2 раза меньше, чем в укосах трав естественных лугов.

В шт. Айдахо (США), где сосредоточено 35% фосфорныхрудников, отвалы засевались люцерной и кормовыми травами на314

Т а б л и ц а 99. Содержания химических элементов в почве и растительностииз района отвалов фосфоритовых руд, мг/кг

Характе-ристикаотвала

Старые

Молодые

Контроль

Объект опробования

ПочваЛюцернаКормовые травы

ПочваЛюцернаКормовые травы

ПочваЛюцернаКормовые травы

2п

4434170

11126396

543430

Си

14,51,11,4

33,44,61,8

1,00,40,1

РЬ

20,32,10,6

33,73,71,7

15,42,20,6

площади 160 га, куда шел сброс стоков в разные годы [26].Результаты геохимических исследований показали, что как в ста-рых, так и в новых отвалах наблюдается интенсивное загряз-нение почвы и растительности. Вместе с тем тенденции к сниже-нию уровней загрязнения на старых отвалах довольно отчет-ливые (табл. 99).

Одно из наиболее известных эндемических заболеваний,объясняемых геохимическими особенностями окружающей сре-ды,— болезнь Кашина — Бека (уровская). Это тяжелейшее вразвитых стадиях поражение костно-суставной системы в видедеформирующего остеохондроартроза имеет очень четкую прост-ранственную локализацию и распространено в некоторых райо-нах Восточной Сибири, Кореи и Китая.

А. П. Виноградов выдвинул биогеохимическую гипотезу фор-мирования очагов заболевания. В ряде последующих работочаги распространения уровского заболевания были связаны снеблагоприятным соотношением химических элементов в при-родных телах и, в частности, с избытком стронция на фоненедостатка кальция и некоторых микроэлементов. Новейшие ис-следования А. В. Вощенко, Н. Н. Дружковой—Алексинцевой,Л. В. Зайко позволили получить данные, поставившие под сом-нение материалы по кальциево-стронциевому дисбалансу в рай-оне уровской эндемии и обосновавшие связь заболевания с фос-форно-марганцевой интоксикацией.

Комплексный анализ геологической и ландшафтно-геомор-фологической специфики участков развития уровской эндемиив Восточной Сибири показал их строгую приуроченность к сле-дующему сочетанию природных факторов: 1) ландшафтнообра-зующие породы коренного фундамента — толща карбонатныхпород с прослоями фосфатоносных терригенных пород в сочета-нии с толщами эффузивных пород среднеосновного состава;2) почвообразующие породы — комплекс склоновых отложенийсубавтохтонного ряда в сочетании с отложениями террас и

315

пойм плоскодонных слаботранзитных рек, содержащих значи-тельную долю местного материала; 3) геоморфологическая пози-ция и ландшафты — среднегорье, поймы и террасы малых рек,лугово-мерзлотные, болотно-мерзлотные ландшафты со сплошнойили крупноостровной мерзлотой, преобразованные антропогеннойпреимущественно сельскохозяйственной деятельностью; 4) со-циальные условия — небольшие поселения, рацион жителей созначительной долей местных продуктов питания (картофель,мясо, молоко, хлеб) и местными источниками водоснабжения.

Геохимический анализ материалов по ландшафтообразующимгорным породам фундамента позволяет четко выделить в качест-ве типоморфного для эндемичного района признака только повы-шенную фосфатоносность. Специфических источников другиххимических элементов не обнаружено.

Сравнительный анализ материалов большого массива данныхпо почвообразующим рыхлым отложениям эндемичной и неэн-демичной территорий позволил выделить в качестве типоморфныхнакапливающих элементов Р (коэффициент концентрации 43,2),Мп (Кс 2,2) и Р (Кс 1,3). Для обоих типов территорий проявлендифицит ряда биологически важных микроэлементов (Си, Со,частично 2п) и 5г. Кальций в обоих случаях находится в неболь-шом избытке. В почвах эндемичных и неэндемичных ландшаф-тов распределение химических элементов, наблюдаемое в почво-образующих породах, дифференцируется еще более контрастно.Коэффициент концентрирования общего фосфора здесь 6,2, мар-ганца — 3,2. Также отмечается избыток кальция и недостатокстронция и ряда микроэлементов. Неоднородность территории пораспределению фосфора и марганца в очагах эндемии контрастнопроявлена при изучении локальных структур местных ландшаф-тов. Например, на участках таликов даже в пределах эндемич-ных сел содержание этих элементов резко понижается.

Фосфор и марганец содержатся в ландшафтах эндемичныхтерриторий в хорошо мигрирующих и легко усваивающихсяживыми организмами формах нахождения. Для фосфора этодоказано исследованием соотношения его валовой формы иподвижных орто- и полифосфатов. В результате в ландшафтахэндемичных территорий обнаруживаются контрастные анома-лии, фосфат-иона и марганца в водах (до 15 раз выше фоновыхуровней) и в растениях (в 2—4 раза) — как в природных (травыпастбищ), так и в сельхозкультурах (картофель, пшеница). Этоявляется причиной избытка рассматриваемых элементов в рацио-нах людей и животных.

Установление роли фосфора и марганца при формированииочагов эндемии болезни Кашина — Бека (уровской) ставитзадачу эколого-геохимической переоценки эпидемиологическихданных по остеохондроартрозам (может быть, и по другимкостно-суставным заболеваниям) и главное — задачу оценки гео-

316

Т а б л и ц а 100. Содержания химических элементов в траве и кустарниках,произрастающих на почвах отвалов, мг/кг

Место отбора проб

Тр зва-на почвах отвалана контрольномучастке

Кустарники:на почвах отвалана контрольномучастке

V

0,340,76

171,06

Со

0,550,33

0,400,49

N1

3,05,6

4,75,1

Си

3335

160,7

Аь

0,130,04

0,430,10

8е

512,4

5748

Мо

1339

2008

РЬ

2712

0,42,0

и

0,160,07

4,80,04

химической обстановки в районах освоения с близкими ланд-шафтно-геохимическими условиями.

Геохимический анализ рассматриваемого явления с более об-щих позиций позволяет предположить, что возможности дляконцентрирования фосфора и марганца в пищевой цепи могутвозникнуть и в ландшафтно-геохимических условиях, отличныхот изученных. Например, эндемические очаги болезни Кашина —Бека в Северной Корее и КНР, вероятнее всего, не связаныс мерзлотными ландшафтами, что значительно расширяет проб-лему выявления и оценки экологического значения ландшафтовс фосфорно-марганцевыми геохимическими аномалиями для раз-вития заболеваний костно-суставной системы.

По материалам Девиса [26], на полях, расположенных впределах нескольких сотен метров от отвалов старого рудника вЗападном Уэльсе, содержания металлов в почвах варьируют(средние — максимальные, в скобках — допустимые): РЬ 1759—14910 мг/кг (70 м г / к г ) , Си — 32—42 (29), 2п — 96—641 (195),Со 1— 1,4—2,9 (2,4). Основной загрязнитель здесь свинец. Наполях наблюдалась гибель животных и отмечено повышенноесодержание свинца в крови детей этого района (14,7—44,1мг/100 мл.). Немытые листья содержали в 3 — 12 раз большесвинца, чем мытые, что свидетельствует о роли пылевого фак-тора. Среднее содержание свинца в мытых листьях составило75,4 мг/кг (до 128 мг/кг).

Отходы урановых горно-обогатительных предприятий содер-жат токсичные элементы (А$, Мо, 8е, V ) , а также тяжелыеметаллы (Со, N1, Си, РЬ), находящиеся обычно в форме суль-фидов. Многие из этих элементов в результате процессов выще-лачивания, происходящих на хвостохранилищах, попадают в ок-ружающую среду, загрязняя почву, грунтовые воды, растения(табл. 100).

В некоторых работах прослеживается влияние загрязненныхвод. Так, индийские ученые установили, что аномально высокиесодержания РЬ в стоках (до 75 мкг/л) и в почвах, испытавшихвоздействие стоков, в районе обогатительной фабрики (в 13—24 раза выше фона) привели к накоплению РЬ в молоке коров

317

(в 15—20 раз) и к свинцовым отравлениям животных. В районеуранового рудника в Колорадо, по данным Г. Дризена, для оро-шения полей применены рудничные воды. Это привело к увели-чению содержаний Мо и 0 в травах и овощах до ПО—190 мкг/гМо (при фоне 1—8 мкг/г) и 0,2—2 мкг/г и (при фоне 0,02—0,07 мкг/г) . Многолетние детальные работы в районе золотодо-бывающих шахт близ г. Галифакс (Канада) показали, что врезультате сбросов мышьяксодержащих сточных вод увеличи-лась концентрация этого элемента в колодцах (до 5 мг/л или в100 раз выше ПДК). У жителей района установлены случаихронического мышьякового отравления [26].

Таким образом, существует значительная экологическая опас-ность практически для всех известных типов геохимических ано-малий, формирующихся в окружающей среде горно-рудныхрайонов.

5.4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ З Н А Ч Е Н И ЕЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙПРИ РАЗВЕДКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Геохимический анализ загрязнения окружающей среды в горно-рудных районах позволяет сформулировать задачи геолого-гео-химического изучения месторождений. В общем виде таких задачтри.

1. Качественная и приближенно-количественная оценка место-рождения как источника токсичных химических элементов в вы-бросах, отходах и стоках при добыче и обогащении для разра-ботки при проектировании горно-обогатительного комбината спе-циально природоохранных мер.

2. Установление в зоне деятельности геологоразведочной пар-тии пространственного распространения, интенсивности и составаприродных геохимических аномалий токсичных химических элемен-тов (вторичных ореолов и потоков рассеяния, биогеохимическихореолов) с целью проектирования экологически безопасногофункционального использования территорий при размещениижилых массивов, сельскохозяйственных угодий, рекреационныхзон и источников водоснабжения.

3. Получение фоновых геохимических характеристик окру-жающей среды района месторождения и параметров ее состоя-ния с учетом влияния производственной и хозяйственно-бытовойдеятельности, сложившейся в районе проектируемого горно-обога-тительного комбината, с целью проведения последующего конт-роля за результатами его деятельности.

Методика эколого-геохимических исследований

Геохимические данные по окружающей среде показывают, чтотолько комплексное изучение дает возможность всестороннейоценки ее состояния. Результаты геохимических исследованийдолжны дать рекомендации по экологически безопасным усло-виям природопользования для населения, уже проживающего визучаемом районе и для поселений геологоразведочных пред-приятий, создающихся на геологически перспективных террито-риях, а также дать материалы для обоснования природоохран-ных мероприятий и схем функционального использования земельдля проектируемого горно-обогатительного производства.

Рассмотрим детальнее содержание задач и характер необхо-димых эколого-геохимических материалов, сбор которых необхо-дим при разведке месторождений.

Оценка месторождения как потенциального источника за-грязнения окружающей среды включает: 1) получение данных попервичным ореолам химических элементов в рудовмещающихгорных породах, извлекаемых при вскрытии оруденения подгото-вительными выработками и перемещаемых в породные отвалы;2) получение геохимических данных по составу рудной массы,поступающей на обогащение и являющейся источником загряз-нения в связи с выбросами пыли при добыче, рассеивании притранспортировке руды к обогатительной фабрике и с полевымивыбросами при дроблении руды; 3) расчет баланса распределе-ния химических элементов (как главных, так и, что особенноважно, элементов-примесей) в цепи технологической переработкируды разрабатываемой схемы обогащения, установление степенинакопления токсичных химических элементов в отходах и сточ-ных водах.

Многие из перечисленных материалов в сущности уже имеют-ся в результатах геологоразведочных работ. Это следует, в част-ности, из существующих требований к итоговым материалам этихработ, предусматривающих, например, изучение первичных орео-лов месторождений и комплексный анализ состава руд. Вместес тем, при геолого-геохимических исследованиях часто ограничи-ваются типоморфным для данного месторождения набором эле-ментов-индикаторов. Для эколого-геохимических целей он невсегда достаточен. Практически во всех случаях необходимоизучение таких токсичных химических элементов как Н§, РЬ, Сс1,5е, Си, Аз, часто Сг и V.

Для оценки токсичности породных отвалов и хвостов обо-гащения очень важно выяснить содержание и запасы накапли-вающейся в них сульфидной серы, которая при окислении в усло-виях дневной поверхности обязательно обусловит образованиесернокислых агрессивных вод, интенсифицирующих водные по-токи рассеяния тяжелых металлов. Необходимо также получить

319

представление о карбонатности и емкости поглощения отвалови хвостов, т. е. о мощности формирующихся в них геохими-ческих барьеров для распространения потоков рассеяния. Поэтим данным можно простым химическим расчетом определитьвозможность нейтрализации или сорбции непрерывно образую-щихся продуктов окисления.

Для оценки опасности отходов очень полезно также изучениеповедения химических элементов в процессах современного идревнего выветривания. Эти материалы позволяют прогнозиро-вать вынос элементов.

Получаемые данные дают приближенную оценку месторож-дения как потенциального источника загрязнения. Эта оценказначительно уточняется при получении данных по балансу рас-пределения всех исследуемых химических элементов в технологи-ческой цепи обогащения руд на стадии предварительной иособенно детальной разведки. Следует иметь в виду, что дляэлементов-примесей (чаще всего, наиболее токсичной части руды)проявляется тенденция к избирательному концентрированию вотходах (пылях, хвостах). Таким образом, реальные оценки ток-сичности бывают выше, чем следует из данных по среднемусоставу руд.

Оценка территории месторождения и, особенно рудного полякак природной эколого-геохимической аномалии, способной ока-зать отрицательное воздействие на живые организмы, включает:1) построение для территории рудного поля ландшафтно-гео-химических карт и детальных геохимических карт распределенияв почвах наиболее распространенных и наиболее токсичныххимических элементов руд и первичных ореолов (особенно натерриториях, перспективных для жилищного строительства исельскохозяйственного использования); 2) проведение выбороч-ной оценки уровня биогеохимического концентрирования элемен-тов в пределах выявленных аномалий в почвах; 3) построениедетальных карт потоков рассеяния в донных отложениях водое-мов и водотоков; 4) проведение динамической оценки распреде-ления химических элементов в поверхностных водах на гидрогео-логических створах в пределах выявленных наиболее интенсивныхпотоков в донных отложениях; 5) получение данных по распре-делению химических элементов в подземных водах, перспектив-ных для любого типа водопользования.

В приближенных оценках многие из требуемых данныхимеются в материалах геохимических поисковых работ, чаще все-го в виде карт геохимических ореолов и потоков рассеяниямасштаба 1:50000 и мельче. Эти материалы и определяют терри-торию, требующую более детальных эколого-геохимических оце-нок с целью безопасной организации земле- и водопользования.

Необходимость экологической интерпретации геохимическихданных приводит к изменению предъявляемых к ним требований

320

как по комплексу изучаемых химических элементов, так и пометодам исследований и представленных данных.

При оценке состояния почв масштаб картирования должендать характеристику территории каждого возможного видаземлепользования (строительство жилых массивов, садово-ого-родные участки, полевые севообороты, выпасы). Опыт показы-вает, что масштаб съемки порядка 1:10000 достаточен для реше-ния этих задач. Наиболее широкий комплекс элементов долженбыть изучен в центрах выявленных аномалий при проведенииих биогеохимического изучения. Последнее особенно важно, таккак позволяет оценить качество естественной растительной про-дукции, дать обоснованные ограничения территорий под сельско-хозяйственное использование.

При проведении эколого-геохимических оценок природныхгеохимических аномалий в почвах и растениях помимо расшире-ния комплекса изучаемых химических элементов и детализациипространственной структуры их распределения большое значениеимеет определение количественных параметров содержаний ин-гредиентов с целью их последующей нормативной оценки.

В этой связи в отличие от принятой в поисковой прак-тике системы представления и описания геохимического мате-риала через суммарные характеристики ассоциаций химическихэлементов (аддитивные, мультипликативные аномалии), полявероятностей появления содержаний выше заданных или черезпоказ распределения интерпретационных показателей (коэффи-циент зональности и т. д.), для экологических целей неменее важны данные по распределению абсолютных уровнейсодержаний. При этом большое значение имеют исследованияформ нахождения химических элементов, которые в ближайшиегоды, вероятно, будут положены в основу экологических норм.В частности, уже сейчас для ряда элементов (РЬ, Си, N1, Р, 2п,Ре, Мо, В) для оценки состояния почв (как с позиций их за-грязнения, так и с точки зрения их агрохимической ценности)необходимо определение содержаний подвижных усвояемых рас-тениями форм нахождения.

При оценке состояния поверхностных водных систем данныепоисковых геохимических съемок, как правило, довольно точнооценивают общую зону влияния месторождения и пространствен-ное положение центров наиболее интенсивных литохимическихпотоков рассеяния. Основная задача эколого-геохимическихработ — расширение комплекса исследуемых химических элемен-тов. Это позволяет достаточно точно определить список хими-ческих элементов, оценка которых требуется для поверхностныхи подземных вод.

Водные потоки достоверно могут быть оценены только в дина-мике, что требует организации створов для их гидролого-гидро-геохимического изучения. Закладка створов проводится прежде

321

всего на основе данных по структуре литохимических потоковрассеяния.

Конечная цель изучения водных потоков рассеяния — оценкавозможностей всех видов водопользования (питьевого, сельско-хозяйственного, рекреационного). В связи с этим требования кисследованиям заключаются в необходимости получения данныхпо всем тестируемым ингредиентам воды (т. е. не только ток-сичные химические элементы, но и физические свойства, мут-ность, общесолевой состав). Кроме того, для поверхностных водочень важна оценка распределения химических элементов поформам нахождения и, в частности, соотношение растворенных ивзвешенных в воде форм [30].

Получение фоновых геохимических характеристик окружаю-щей среды района месторождения, а также оценка параметров ок-ружающей среды, связанных с уже сложившейся хозяйственнойдеятельностью (часто с другими горно-обогатительными комбина-тами) — многоплановая задача исключительного значения. Чащевсего она может быть решена только при разведке месторож-дения, так как позже, с началом работы горно-обогатительногокомбината, такие параметры получить или невозможно, илиочень трудно.

Желательно для всех природных сред (воды, воздуха, выпаде-ний из атмосферы на земную поверхность, почвы, растительногопокрова) получить данные по распределению максимально широ-кого круга химических элементов в спектре типовых ландшафтно-геохимических условий на территориях, не испытывающих влия-ния месторождения (в том числе, и природных аномалий егообрамления) или иной хозяйственной деятельности. Получениенекоторых из перечисленных характеристик (геохимические дан-ные по составу атмосферного воздуха и выпадений из атмосфе-ры) выходит за рамки традиционных методов прикладной гео-химии. Опыт и разработанная методика таких исследований ужеимеются [26].

С позиций использования геохимических методов в природо-охранных целях и общей периодизации освоения новой горно-рудной территории рационально выделить три основных этапа.

Этап I — общее геологическое, геофизическое и геохимиче-ское изучение территории с целью установления перспектив вы-явления промышленного рудного месторождения («поисковый»этап).

Этап II — детальное геологоразведочное изучение перспектив-ного орудения с подсчетом запасов минерального сырья дляобоснования возможности и необходимости создания горно-рудного предприятия («разведочный» этап).

Этап III — проектирование, проведение изысканий и строи-тельство горно-обогатительного комплекса («строительный»этап).

322

Исследования первого («поискового») этапа освоения горно-рудной территории совпадают с I—IV стадиями геологоразведоч-ных работ: 1) региональное геологическое изучение территорий;2) геологическая съемка масштаба 1:50000 с общими поисками;3) детальные поиски с определением ресурсов на конкретныхучастках; 4) поисково-оценочные работы с оценкой выявленныхпроявлений. На этом этапе для территории существует сложив-шаяся хозяйственная структура природопользования, пока ещене связанная с освоением перспективного месторождения. В этотпериод, как правило, принимается решение о создании постояннодействующего геологоразведочного предприятия с поселением,размещаемым чаще всего как можно ближе к участку место-рождения. Задача геохимических исследований — дать экологи-ческую оценку природных геохимических аномалий как зон за-грязнения и обосновать ограничения по использованию земельи водопользованию.

Перечень геохимических данных, собираемых в этот период всоответствии с инструкцией по геохимическим методам поисков,включает:

результаты районирования территории по условиям проведе-ния геохимических поисков с учетом ландшафтно-геохимическихи геологоморфологических критериев;

материалы литохимических поисков в масштабе 1:200000 порезультатам опробования донных отложений современной гидро-сети;

геохимические карты остаточных вторичных ореолов рассея-ния в почвах и потоках рассеяния в донных отложенияхмасштаба 1:50000 (1:25000);

детальные геохимические карты вторичных ореолов рассея-ния в почвах на участках рудопроявлений, намечаемых дляпоисково-оценочных работ;

данные по составу оруденения и предварительные данные попервичным ореолам на участках поисково-оценочных работ.

Собираемые геохимические материалы образуют значитель-ный массив разнообразных данных и могут быть легко переин-терпретированы с экологических позиций.

В частности, имеющиеся результаты позволяют:оценить общий тип геохимической провинции района место-

рождения;выявить пространственную позицию зон наиболее высоких

концентраций химических элементов в почвах и дать гигиени-ческую оценку уровням накопления тех элементов, для которыхимеются нормативы содержаний в почвах;

выделить конкретные участки водоемов и водотоков с ано-мальными характеристиками дон"ных отложений, которые могутфиксировать места появления загрязненных химическими элемен-тами вод и водной биоты.

323

Система анализов проб, применяемая при геохимическихпоисках, позволяет дать представление о распределении большойчасти (но не всех) важных с экологических позиций химическихэлементов. В получаемых анализах отсутствуют представитель-ные сведения по Сс1, 5е, Нд, Аз, требующих для своего опре-деления применения специальных методов. Интенсивные анома-лии этих элементов расположены внутри контуров аномалийосновных элементов-индикаторов.

При принятых сейчас на практике комплексах геохимическихисследований как правило не формируется массив данных побиогеохимическим особенностям территорий и микроэлементамив водных системах (общий гидрохимический состав вод припроведении геологического картирования часто все же характе-ризуется).

Необходимость специальных эколого-геохимических исследо-ваний на рассматриваемом этапе зависит от полученных резуль-татов и интенсивности хозяйственного освоения территории.В большинстве случаев задачи, характер и объемы специальныхработ рационально определять по итогам исследований на стадиидетальных поисков (стадия III), а осуществлять на стадии поис-ково-оценочных работ (стадия IV) . С этой целью карты ланд-шафтов геохимического и геолого-геоморфологического райони-рования территорий должны быть дополнены картой их функцио-нального использования. Эта карта, фиксирующая расположениеи типы сельскохозяйственных угодий, поселков и частныххозяйств, предприятий, зон отдыха, заповедников и особо ох-раняемых природных территорий, при совмещении с картамивторичных ореолов и потоков рассеяния позволяет выделитьтипы, положение и объемы потенциально опасных с экологическихпозиций участков — «горячих точек».

Проведение специализированных эколого-геохимических ра-бот на рассматриваемом этапе исследований необходимо в сле-дующих случаях.

1. Для территорий интенсивного сельскохозяйственного освое-ния с проявлением в почвах широких по площади и контрастныхпо интенсивности геохимических аномалий проводится биогео-химическое изучение концентрирования химических элементов врастительном покрове выпасов и в сельскохозяйственной продук-ции (особенно садово-огородной).

2. Для водных систем с интенсивными потоками рассеянияв донных отложениях, используемых для питьевого и сельско-хозяйственного водоснабжения, проводится динамическое изуче-ние концентрирования химических элементов в водах с определе-нием основных форм их нахождения, а также изучение кон-центрирования химических элементов в водах, используемых дляполива, и в почвах, поливаемых этими водами.

Получаемые материалы позволяют дать рекомендации по эко-

324

логическим ограничениям развитой в районе хозяйственной дея-тельности, необходимым исследованиям для уменьшения вредныхпоследствий уже существующего природного «загрязнения» ок-ружающей среды и безопасному размещению геологоразведоч-ного поселения.

Исследования «разведочного» этапа освоения горно-рудныхтерриторий совпадают с V и VI стадиями геологоразведочныхработ: 5) предварительная разведка; 6) детальная разведка.

На этом этапе необходимо получение детальной характе-ристики окружающей среды территории и оценки возможноговлияния на нее добычи и обогащения руд. Это, в частности,вытекает и из требований к составу и результатам геологоразве-дочных работ на стадии детальной разведки, предусматривающихзадачу рекомендаций по размещению объектов промышленногои жилищно-гражданского назначения и разработку природоох-ранных мероприятий.

Проводимые исследования включают экологическую переин-терпретацию материалов геолого-геохимических работ и прове-дение комплекса специальных эколого-геохимических работ, яв-ляющихся в данном случае уже обязательными.

В состав исследований входят:1. Детальное количественное изучение распределения в рудах

всего комплекса токсичных элементов-спутников и элементов-примесей, а также состава макроэлементов.

2. Выделение по данным изучения первичных ореолов блоковпород, обогащенных химическими элементами, которые должныбыть перемещены в отвалы. Детализация для этих блоковданных по распределению токсичных элементов, а также микро-элементов и показателей пород, влияющих на их миграцию(концентрация сульфидной серы, карбонатов, емкость поглоще-н и я ) .

3. Детальное количественное изучение перераспределения ток-сичных элементов в корах выветривания.

4. Изучение баланса химических элементов в продуктах и от-ходах разрабатываемой технологической схемы обогащения.Изучение общего состава отходов обогащения.

5. Составление детальных (1:10000—1:5000) геохимическихкарт распределения в почвах основных токсичных элементовдля территорий всех планируемых видов землепользования.

6. Проведение биогеохимического изучения выявленных ано-малий в почвах (см. работы I этапа).

7. Проведение в основные гидрологические периоды динами-ческого изучения распределения в поверхностных водотокахвыявленного на месторождении комплекса химических элементов(с исследованием форм их нахождения).

8. Геохимическая съемка состава выпадений из атмосферы.9. Оценка состояния атмосферного воздуха на комплекс ток-

325

сичных металлов (в случае выявления геохимических аномалийв выпадениях).

10. Оценка уровней в планируемых источниках водоснабже-ния содержаний выявленных химических элементов.

• 11. Изучение фоновых параметров окружающей среды.Материалы, полученные в ходе перечисленных исследований,

дополненные гидрометеорологическими сведениями в совокупностис результатами инженерно-геологических и гидрогеологическихизысканий (как на месторождении, так и в районах размещенияотвалов и хвостохранилищ), служат фактическими данными дляразработки природоохранных мероприятий и экологически без-опасного функционального планирования территории проектируе-мого горно-обогатительного комбината.

Природоохранные разработки и мероприятия

При использовании геохимических данных для разработки при-родоохранных мероприятий необходимо иметь в виду общие тре-бования «Основ законодательства Союза ССР и союзных рес-публик о недрах», предусматривающие:

полное и комплексное геологическое изучение недр;предупреждение необоснованной и самовольной застройки

площадей залегания полезных ископаемых;предотвращение вредного влияния работ.Методологическая основа природоохранных работ в горно-

рудных районах сформулирована в виде трех основных положе-ний [35]:

1. В горно-рудных районах интересы горного дела на периодсуществования ГОКа имеют приоритет перед другими видамидеятельности.

2. Горно-обогатительная деятельность имеет временный ха-рактер и должна осуществляться таким образом, чтобы оставитьвозможность последующего эффективного использования терри-торий для других народнохозяйственных целей.

3. В ходе горно-обогатительной деятельности необходимособлюдать количественные критерии допустимых нарушений стем, чтобы они не оказывали вредного воздействия на общуюэкологию района.

Естественно, что геохимические данные могут определитьлишь принципиальные направления деятельности по защите отзагрязнения. Конкретные проектные и технологические решениядолжны разрабатываться компетентными специализированнымиорганизациями.

Намечаются возможности использования геохимических ма-териалов при разработке природоохранных мероприятий в сле-дующих основных направлениях:

326

1. Сокращение вредного воздействия твердых отходов, обо-гащенных химическими элементами.

2. Экологически безопасное функциональное планированиетерриторий и технологических мероприятий в соответствии с осо-бенностями природной геохимической структуры и прогнозируе-мым характером выбросов.

3. Сокращение вредного воздействия сточных вод и охранаводных систем.

4. Рекультивация территорий после завершения горно-обога-тительной деятельности.

В приведенный перечень не включены такие важнейшие вприродоохранном плане результаты геологоразведочных' работкак рекомендации по снижению уровня потерь полезных компо-нентов и увеличению комплексности использования руд, сниже-нию разубоживания руд при добыче, рациональное использова-ние вскрышных пород. Такие рекомендации в соответствии ссуществующими требованиями являются обязательным результа-том разведки месторождений. Они, в сущности, главный приро-доохранный итог детальных исследований геологии, минералогиии состава руд месторождений. Разумеется, и при этих исследо-ваниях применение геохимических методов очень важно. Напри-мер, изучение первичных ореолов позволяет более точно предста-вить морфологию рудных зон и тем самым исключить выбороч-ную отработку месторождений. Данные по первичным ореола.мпозволяют наметить объемы горных масс, которые в ближнейили отдаленной перспективе могут стать объектами вторичнойпереработки и требуют отдельного складирования.

Природоохранные мероприятия по сокращению вредного воз-действия твердых отходов основываются на геохимическихданных по распределению токсичных элементов-примесей в цепиобогащения и на материалах по составу и пространственномуположению первичных ореолов в сочетании с проектными мате-риалами по системе и организации горно-добычных работ.

Блоки околорудных пород вскрыши с первичными ореолами,намечаемыми под извлечение, с содержаниями токсичных эле-ментов выше предельно-допустимых в почвах, содержанием суль-фидной серы более 10% (нормативные оценки) или с контрастновысокими (в 5—10 раз и более выше фонового уровня) концент-рациями химических элементов (эмпирическая оценка) требуютотдельного учета.

При утилизации отходов такие породы рационально исполь-зовать для закладки горных выработок, что уменьшает объемыи токсичность породных отвалов. Эти категории отвальных породне должны предусматриваться в проектах как материал дляулучшения прилегающих к месторождениям неудобий (засыпкаоврагов и т. д.), а также как щебень для строительства дорог.

Для случаев, когда характеризуемые породы все же необхо-327

димо разместить на дневной поверхности, для них следует пред-усмотреть формирование наиболее безопасного вида отвалов исистему изоляции от поверхностных и подземных вод. При вы-боре вида отвалов для пылящих и токсичных отходов непригод-ны гребневидные и конические формы и лучше применять си-стемы внутреннего отвалообразования. Для изоляции отваловможно рекомендовать создание искусственных техногенных гео-химических барьеров карбонатного или карбонатно-глинистоготипа.

Особую опасность, как было показано, представляют отвалыхвостов обогащения, сложенные мелкодисперсным и легко окис-ляющимся при выветривании материалом. Они часто вынужден-но размещаются на породах, плохо изолирующих подземныеводоносные горизонты от попадания загрязняющих веществ. Так-же часто хвостохранилища от поверхностных водотоков отде-ляются лишь дамбами, не препятствующими фильтрации раст-воренных солей. Кроме того, они испытывают воздействие талыхи паводковых вод, переполняющих и размыкающих их.

Для хвостов обогащения с высокими содержаниями токсич-ных химических элементов, низкими содержаниями карбонатов иповышенной концентрации сульфидной серы (более 10%) с гео-химических позиций представляется особо важным созданиемусловий, препятствующих интенсивной миграции химических эле-ментов при выветривании. Это может быть достигнуто смешениемили переслаиванием хвостов с карбонатно-глинистым материалом(внутренний геохимический карьер) и созданием «рубашки» тогоже типа, изолирующей чашу хвостохранилища. Необходимотакже предусматривать дренирование и водоотведение ливневыхи талых вод с последующей их очисткой.

Экологически безопасное функциональное планирование тер-риторий базируется на материалах по геохимическому карти-рованию природных зон загрязнения (вторичных ореолов рассеи-вания в почвах и биогеохимических аномалий) и на данных попрогнозу токсичности выбросов, следующему из геохимическогоанализа состава руд и вмещающих пород.

Большая часть рекомендаций по рациональному и безопас-ному функциональному планированию территории разрабаты-вается еще до проведения разведочных работ на стадиях поиско-вых и поисково-оценочных работ. На основе эколого-геохими-ческих карт в районных планировках должны быть выделенытерритории, занятые природными геохимическими аномалиями,непригодные для жилищного строительства и требующие ограни-чения в сельскохозяйственном использовании и прежде всего ввыращивании садовых культур и овощей. Для участков, где эко-логическая опасность природных аномалий хорошо доказана,необходимо запрещение всякой сельскохозяйственной деятельнос-ти. Для прочих аномальных территорий, в зависимости от кон-328

кретных данных, агрохимическими организациями может бытьразрешено выращивание злаковых (обычно слабо концентри-рующих химические элементы в зерне) или технических и кормо-вых культур В последнем случае зоотехнические и ветеринарныеслужбы могут предусмотреть возможный ущерб для животно-водства и принять необходимые профилактические меры, а такжеорганизовать соответствующий контроль качества продукции.

Эти рекомендации наследуются и развиваются при проектиро-вании размещения жилых массивов и подсобного хозяйствагорно-обогатительного предприятия.

В результате детальных геологоразведочных работ по даннымизучения геохимических особенностей извлекаемых и перерабаты-ваемых руд и вмещающих пород, на основе аналогии с близкимиместорождениями и технологиями и по расчетам рассеиваниявыбросов прогнозируется зона влияния ГОКа. Использованиегеохимических данных позволяет дать полноценную качествен-ную характеристику зоны загрязнения и выявить ее размеры(и соответственно, размеры санитарно-защитных зон) с учетомдостижения индивидуальных и аддитивных предельно-допусти-мых концентраций для всех основных загрязняющих веществ.При этом следует иметь в виду, что по имеющимся многочис-ленным материалам, зона воздействия выбросов фиксирует нетолько санитарно-защитную зону по атмосферному воздуху, но изону гигиенически опасного загрязнения почв. Учитывая, чтостоимость отведения земель под горные работы варьирует впределах 1000—6000 руб/га, и принимая положение, что загряз-нение земель эквивалентно их изъятию, следует планироватьболее значительные затраты на технологические мероприятия поохране от выбросов. При проектировании систем пылеподавленияих следует выбирать тем прецезионней, чем токсичней составвероятных выбросов по геохимическим данным. В этих случаяхэффективно применение относительно дорогостоящих пылесвя-зывающих веществ на карьерах, дорогах, отвалах (мазут, уни-версин).

Для обогатительных фабрик и энергообеспечивающих произ-водств очень важно соблюдение правил размещения с учетомметеорологической ситуации, особенно в горных районах, где ин-версионный слой воздуха колеблется в пределах 200—300 м надднищем котловин и способствует концентрированию загрязнения.Однако обычная рекомендация вести строительство пылящихобъектов выше этого слоя верна лишь для случаев, когда иобъект и жилье приходится размещать в пределах одной кот-ловины. При иных условиях проектирования могут встретитьсяслучаи, когда загрязнение выгоднее локализовать.

Мероприятия по функциональному планированию землеполь-зования для размещения жилья и сельского хозяйства в зоневоздействия выбросов носят в основном запретительный харак-

329

тер. Материалы по состоянию воздуха в районе промплощадкипоказывают, что вблизи интенсивных источников выбросов неследует размещать вспомогательные производства и организа-ции, не связанные непосредственно с обслуживанием основногопроизводства. Это положение следует особо подчеркнуть, так какопыт показывает, что в санитарно-защитных зонах часто распо-ложены отделы, цеха и лаборатории, сотрудники которых безвсяких оснований испытывают воздействие загрязняющих ве-ществ, близкое по уровню к воздействию интенсивных загрязня-ющих источников основного производства.

Природоохранные мероприятия по сокращению вредного воз-действия сточных вод и охране водных систем, в сущности,всегда проводятся по гидрохимическим материалам. В этойсвязи обобщенные геохимические данные могут лишь дополнитьобщепринятые решения некоторыми позициями, на которыеобычно мало обращают в н и м а н и я .

В частности, при разработке водоохранных мероприятий сле-дует проводить исследования и учитывать при определении типовводопользования уровни концентрации в водах элементов-спутников рудных месторождений. Несмотря на то,- что многиеиз этих элементов токсичны и для них разработаны предельно-допустимые нормы, наличие природных гидрогеохимических ано-малий с широкой комплексностью состава учитывается редко.Это важно не только при выборе источников питьевого водо-снабжения поселений, но и при оценке вод, используемых в жи-вотноводстве и поливном земледелии.

Значительным источником загрязнения вод в горно-рудныхрайонах являются сбросы шахтного, рудничного и карьерноговодоотлива. В настоящее время обычно производится сбор этихвод в прудах — накопителях и отстойниках с последующим сбро-сом в поверхностные водные системы. Загрязнение этих системтаково, что отрицательное экологическое влияние прослеживает-ся далеко за пределами месторождений и охватывает крупныерайоны. Вероятнее всего только каскад очистных сооружений —механических, физико-химических и биологических, может датьожидаемый результат. Геохимический анализ показывает эф-фективность оборудования прудов — отстойников искусствен-ными геохимическими барьерами карбонатно-сорбционного типа,участвующими в очистке воды и экранирующими сточные водыот подземных горизонтов.

Для уменьшения возможности попадания загрязненногоповерхностного стока в подземные воды особое значение имееттампонаж буровых скважин.

Рекультивация территорий после завершения горно-обогати-тельной деятельности является обязательным требованием, оп-ределяемым Постановлением СМ СССР от 2 июня 1976 г., сог-ласно которому предприятия должны приводить земли в со-

330

стояние пригодное для использования в сельском, рыбном илилесном хозяйстве.

Среди видов территорий, подлежащих рекультивации, упо-минаются 1) горные отводы; 2) участки размещения отходов;3) водохранилища (20—25% общей площади); 4) территории,нарушенные в результате изменения инженерно-гидрогеоло-гических условий и загрязнения [35]. Однако практическиерекомендации по использованию земель нарушенных горнымиработами, известны только для различных типов механическогонарушения. Загрязнение среды при этом почти не учитывается.Геохимические данные могут оказать значительное содействие приустановлении потребности и характера рекультивации и в выбореэкологически безопасных типов землепользования на рекультиви-руемых территориях.

Карьерные выработки (всегда), западинообразные и кот-ловинообразные нарушения (часто) используются под водоемырекреационного и рыбоводческого характера. Западины и кот-ловины очень часто благоустраиваются под пашню и сенокосы.Терассированные нагорные нарушения обычно занимаютсясадами.

Эти виды землепользования очень чувствительны к уровнямзагрязнения среды. Особенно это касается рыбохозяйственныхводоемов, для которых предельно-допустимые концентрации хи-мических элементов ниже, чем для питьевых вод. Как правило,в рудных районах прогноз токсичности карьерных выработок(стенки которых часто сложены породами с первичными орео-лами) и западин рельефа (концентраторы ливневого стока) не-благоприятен. В то же время отрицательные эффекты могутнаступить через довольно длительное время после рекультивации.Таким образом, для выбора характера рекультивации необхо-димо геохимическое изучение всех нарушенных типов территории.Для карьеров прогнозы могут быть выполнены по данным изу-чения первичных ореолов.

При планировании рекультивации необходимо учитыватьтакже почвы, загрязненные выбросами и не подвергшиеся меха-ническим нарушениям. Площади таких земель значительно боль-ше, чем площади с механическими повреждениями. Токсичностьих очень велика; тем не менее, они включаются в объемы ре-культивации и не учитываются в расчетах ущерба.

Перед началом горных работ рекомендуется провести снятиеплодородного слоя (содержание гумуса более 1%, мощностьболее 100 мм). Для рудных районов надо учитывать возможностьнакопления в нем токсичных химических элементов. Поэтому припроведении рекультивационных работ этот почвенный слой можетиспользоваться для засыпки территорий, которые не будут ис-пользоваться в сельском хозяйстве.

При рекультивации отвалов требования к оценке их фитоток-

331

сичности известны (ГОСТ 175 1 03—78) В случае повышеннойфитотоксичности обычно рекомендуется применение изолирующе-го биологически активного слоя и почвы Вместе с тем, какпоказывают данные по вторичным ореолам погребенного оруде-нения [41], при реальных мощностях такого изолированногослоя с течением времени может происходить накопление хими-ческих элементов в растениях Поэтому отвалы пород, обогащен-ных токсичными химическими элементами, могут быть рекомен-дованы только для использования под естественные насаждения

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Авессаломова И А Геохимические показатели при изучении ландшафтов —М Изд-во МГУ, 1987

2 Агрохимикаты в окружающей среде — М Колос, 19793 Аксенов И Я , Аксенов В И Транспорт и охрана окружающей среды —

М Транспорт, 19864 Алаев Э Б Социально экономическая география — М Мысль, 1983 (поня

тийно терминологический словарь)5 Барсуков В Л, Григорян С В , Овчинников Л Н Геохимические методы

поисков рудных месторождений — М Наука, 19816 Беус А А , Грабовская Л И Тихонова Н В Геохимия окружающей

среды — М Недра, 19767 Буштуева К А Случайно И С Методы и критерии оценки состояния

здоровья населения в связи с загрязнением окружающей среды — М Медицина, 1979

8 Василенко В Н Назаров И М Фридман Ш Д Мониторинг загрязнения снежного покрова — Л Гидрометеоиздат, 1985

9 Вернадский В И Живое вещество — М Наука, 197810 Вернадский В И Химическое строение биосферы Земли и ее окруже

ния — М Наука, 198711 Гигиена окружающей среды — М Медицина, 198612 Гидрогеологические аспекты урбанизации — М МФ ГО СССР 198713 Глазовская М А Теория геохимии ландшафтов в приложении к изуче

нию техногенных потоков рассеяния и анализу способности природных системк самоочищению // Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояниеэкосистем — М , 1981 — С 7—41

14 Голубев И Р, Глотова Г П, Дудинская И Д Применение направленного отбора контингентов для количественной оценки влияния факторов окружающей среды на здоровье населения // Гигиена и санитария — 1980 — № 12 —С 6—11

15 Добровольский В В География микроэлементов глобальное рассеивание — М Мысль 1983

16 Зырин Н Г, Садовникова Л К Химия тяжелых металлов, мышьякаи молибдена в почвах — М Изд во МГУ, 1985

17 Израэль Ю А Экология и контроль состояния природной среды — ЛГидрометеоиздат, 1984

18 Исследование элементного состава атмосферных аэрозолей с помощьюсовременных аналитических методов/В А Михайлов, С Г Пушкин, А А Назаров и др // Труды Западно Сибирского регионального научно исследовательскогогидрометеорологического института — М , 1980 — Вып 40 — С 55—78

19 Кист А А Феноменология биогеохимии и бионеорганической химии —Ташкент ФАН, 1982

20 Ковда В А Биогеохимия почвенного покрова — М Наука, 198521 Кунцевич И Е, Терещенко О В Причинно следственные связи между

содержанием свинца в биосубстратах и некоторые показатели его биологических эффектов у детей дошкольного возраста // Гигиена и санитария — 1986 —№ 8 — С 35—37

22 Куприянов В В Гидрогеологические аспекты урбанизации — Л Гидрометеоиздат, 1987

23 Линник П Н Набиванец Б И Формы миграции металлов в пресныхповерхностных водах - Л Гидрометеоиздат, 1986

24 Лукашев В К, Лукашев К И Научные основы охраны окружающейсреды — Минск Высшая школа, 1980

25 Львович М И Вода и жизнь водные ресурсы, их преобразование иохрана — М Мысль, 1986

333

26 Методические рекомендации по геохимическим исследованиям для оценкивоздействия на окружающую среду проектируемых горнодобывающих предприятий — М Изд ИМГРЭ, 1986

27 Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения поверхностных водотоков химическими элементами — М Изд ИМГРЭ, 1982

28 Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами — М Изд ИМГРЭ, 1982

29 Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды — М Изд ИМГРЭ, 1982

30 Методические рекомендации по геохимической оценке состояния поверхкостных вод — М Изд ИМГРЭ, 1985

31 Минеев В Г Агрохимия и биосфера — М Колос, 198432 Москалев Ю И Минеральный обмен — М Медицина, 198533 Муравьева С И, Козина Н И, Прохорова Е К Справочник по конт

ролю вредных веществ в воздухе — М Химия, 198834 Мур Дж, Рамамурти С Тяжелые металлы в природных водах контроль

и оценка влияния — М Мир, 198735 Охрана окружающей среды при проектировании и эксплуатации руд

ников — М Недра, 198136 Перельман А И Изучая геохимию — М Наука, 198737 Покровская С Ф Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами

и его влияние на сельскохозяйственное производство // Достижения сельскохозяйственной науки и практики — М , 1981 — С 19—28

38 Рациональное использование твердых бытовых отходов/С В Дуденков,В А Зайцев, Г Л Пекелис и др — М , Изд ВИНИТИ 1984 (Охрана природыи воспроизводство природных ресурсов Итоги науки и техники)

39 Реймерс Н Ф , Яблоков А В Словарь терминов и понятий, связанныхс охраной живой природы — М Наука, 1982

40 Ртуть критерии санитарно гигиенического состояния окружающейсреды — Женева, изд ВОЗ

41 Сает Ю Е Вторичные геохимические ореолы при поисках рудныхместорождений — М Наука, 1982

42 Свинец гигиенические критерии состояния окружающей среды — Женева, изд ВОЗ, 1980

43 Свинец в окружающей среде — М Наука, 198844 Сидоренко Г И, Можаев Е А Санитарное состояние окружающей

среды и здоровье населения — М Медицина, 198745 Тяжелые металлы в окружающей среде — М Изд во МГУ, 198046 Химия окружающей среды — М Химия, 198247 Шандала М Г , Звиняцковский Я И Гигиеническое изучение окружаю-

щей среды современных городов в ее связи со здоровьем населения/Проблемыэкологии человека — М , 1986 — С 65—70

48 Экология человека основные проблемы — М Наука, 198849 Яблоков А В , Остроумов С А Уровни охраны живой природы — М

Наука, 198550 Рог$1пег и , У/Мтапп О Т У МеЫ ро11и1юп т 1Не а^па(1с егтгоп

теп! — ВегЬп, Не1с1е1Ьег^, №\у УогЬ 5рпп§ег Уег1ад, 1979

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 3Введение 5

Глава 1. Понятийный аппарат и научно-методические основы геохимиче-ского изучения окружающей среды 1 1

1 1 Окружающая среда и ее компоненты 1 11 2 Изучение загрязнения окружающей среды 14*

Глава 2. Технология геохимических работ 60

2 1 Общая схема прикладных геохимических исследований 602 2 Методика отбора и обработки проб 6523 Исследование неблагоприятных реакций населения на загрязнениеокружающей среды 752 4 Химико аналитические исследования 772 5 Обработка результатов изучения ореолов и потоков рассеяния 82

Глава 3. Геохимическое изучение окружающей среды городов 84

3 1 Основные источники загрязнения окружающей среды городов Общаяоценка их воздействия 84'32 Аэрогенные ореолы рассеяния 12033 Техногенные потоки рассеяния 1493 4 Биогеохимическая и геогигиеническая оценки техногенных аномалий 1953 5 Методические особенности и практические возможности использованиягеохимических методов 242

Глава 4. Геохимическое изучение сельскохозяйственных территорий 253

4 1 Агрогенные геохимические аномалии 2564 2 Агротехногенные геохимические аномалии 2684 3 Техногенные геохимические преобразования сельскохозяйственных территорий л 2824 4 Влияние сельского хозяйства на водные системы 2864 5 Методические возможности и практическое значение геохимических исследований 288

Глава 5. Геохимическое изучение горнопромышленных территорий 292

5 1 Рудные месторождения как источники загрязнения 2945 2 Природные и техногенные аномалии в горнорудных районах 3005 3 Экологическая и гигиеническая оценки геохимических аномалий горнопромышленных территорий 3115 4 Методические особенности и практическое значение эколого геохимических исследований при разведке рудных месторождений 318Список литературы 333