Объем в часах
 Скачать 1.96 Mb.
|
Таблица 14.1 – Уровни загрязнения почв и снежного покрова металлами(Методические рекомендации …, 1990)
Для оценки воздействия количества поллютантов, поступающих в организм, используются также гигиенические нормативы загрязнения – предельно-допустимые концентрации (ПДК). Это максимальное содержание вредного вещества в природном объекте или продукции (воде, воздухе, почве, пище), за определенный период еще не влияющее на здоровье человека или другие организмы. ПДК устанавливают для отдельных химических элементов и соединений. Сильная дифференциация природного фона тяжелых металлов затрудняет разработку жестких критериев предельных уровней их содержания в ландшафтах. Лекция № 15 Тема: ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРОДОВ И ГОРОДСКИХ ЛАНДШАФТОВ 1. Геохимическая классификация городов. 2. Геохимическая классификация городских ландшафтов. 1 Основания геохимической классификации городов Города и городские ландшафты относятся к отряду антропогенных ландшафтов. Ведущим в них является техногенный вид миграции вещества. Поэтому при их геохимической классификации на верхних таксономических уровнях должны анализироваться особенности техногенной миграции, а на нижних – природно-обусловленные. При классификации городов выделяют следующие таксономические уровни: разряды – по степени техногенного воздействия на население и городскую среду. Одним из показателей может выступать коэффициент эмиссионной нагрузки E = P/N, где P – количество выбросов, тыс. т в год, а N – число жителей, тыс. чел.; подразряды – по геохимической специализации выбросов в городах («серные», «азотные», «свинцовые», «фторные» и т.д.); группы – соответствуют группам природных ландшафтов (лесные, степные, пустынные и т.д.); типы - соответствуют типам природных ландшафтов (для лесной группы: тропических лесов, тайги, широколиственных лесов и т.д.); семейства – по особенностям воздушной миграции продуктов техногенеза (одним из показателей может служить геоморфологическое положение города: равнинные, горно-долинные, предгорные, приморские и др.); классы – по классам водной миграции продуктов техногенеза (кислые, глеевые, кальциевые и др.); роды – по геохимической специализации литогенной основы (фоновые, субаномальные, природно-аномальные). 2 Геохимическая классификация городов Для городских ландшафтов выделяют следующие таксономические уровни: порядки – по принадлежности к функциональной зоне (парково-рекреационные, агротехногенные, селитебные, селитебно-транспортные, промышленные); отделы – по геохимической специализации выбросов и отходов, особенностям воздушного привноса и выноса загрязняющих веществ (селитебные – по этажности, промышленные – по видам производства и т.д.); семейства – по уровням и опасности загрязнения и динамическим особенностям загрязнения (по уровням – низкий, средний, высокий; по динамическим особенностям загрязнения – устойчивое, реликтовое, современное); группы – соответствуют группам природных ландшафтов (лесные, степные, пустынные и т.д.); типы - соответствуют типам природных ландшафтов (для лесной группы: тропических лесов, тайги, широколиственных лесов и т.д.); классы – по классам водной миграции продуктов техногенеза (кислые, глеевые, кальциевые и др.); роды – по особенностям воздушной и водной миграции, положению в ландшафтно-геохимических катенах (элювиальный, трансэлювиальный, супераквальный, субаквальный и др.); виды – по геохимической специализации литогенной основы (гранулометрический состав – пески, супеси, суглинки, глины и т.д.). Лекция № 15 Тема: ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОХИМИИ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ 1. Классификация горнопромышленных ландшафтов (ГПЛ). 2. Эколого-геохимическая характеристика горнопромышленных ландшафтов. 1 Классификация горнопромышленных ландшафтов Так как горнопромышленные ландшафты (ГПЛ) относятся к ряду антропогенных ландшафтов, то их главные геохимические особенности определяются техногенными параметрами, второстепенные – природными. В пределах отряда горнопромышленных ландшафтов предлагается установить три таксона: колено, секцию, звено. Колено. Этот таксон выделяется по отраслевому признаку и характеризуется основным компонентом добываемого полезного ископаемого. Различаются следующие главные колена: – нефти и газа – угольной, сланцевой и торфоразрабатывающей промышленности – ГПЛ рудных месторождений – черной металлургии – цветной металлургии и золотодобывающей отрасли – атомной промышленности – строительного и облицовочного сырья. Таксон секция может относиться и к геохимическим, и к элементарным ГПЛ. Он выделяется по характеру производства. Различаются секции ландшафтов с добычей, переработкой и хранением горной массы. Звенья выделяются по способу отработки месторождений: звенья открытой и подземной разработки, подземного выщелачивания и др. С этих позиций следует, например, различать ландшафты карьеров и разрезов, рудников и шахт, участков подземного выщелачивания, складов некондиционных руд, отвалов металлосодержащих пород, терриконов угольных шахт, хвосто- и шламохранилищ, а также ландшафты отходов обогатительных фабрик, гидрометаллургических и химико-металлургических заводов. 2 Эколого-геохимическая характеристика горнопромышленных ландшафтов Добыча и использование горючих полезных ископаемых – наиболее интенсивный источник загрязнения окружающей среды. Загрязнение окружающей среды углем, нефтью и нефтепродуктами происходит при их добыче и транспортировке. В районе нефтепромыслов основными загрязнителями являются сырая нефть, высокоминерализованные нефтяные и сточные воды, продукты сжигания попутных газов. Техногенное воздействие самой нефти на ландшафты определяется токсичностью ее основных компонентов. Среди них особо опасны для микроорганизмов, водорослей, почвенных животных, растений легкая, наиболее подвижная фракция, состоящая из метановых, циклических (нафтеновых и ароматических) углеводородов. Техногенное загрязнение при добыче угля и особенно его сжигании связано с высокой концентрацией многих химических элементов в углях и большой массой сырья, извлекаемого из недр, достигающей ежегодно для всей планеты нескольких миллиардов тонн. При добыче угля и нефти по сравнению с рудами металлов в биосферу поступает больше углерода, азота, серы, калия, мышьяка, алюминия, кадмия, титана, марганца, молибдена, кобальта, лития, свинца, фтора, брома и других элементов. С рудами черных, цветных, благородных и радиоактивных металлов в окружающую среду поступает меньше химических элементов, чем с углем и нефтью, за исключением Сг, Сu, Zn, Fе, и Ni, но степень концентрации металлов в рудах, как правило, значительно выше. Техногенная трансформация ландшафтов рудных месторождений определяется не только способом добычи, транспортировки, технологией переработки руд, но и многими геолого-геохимическими и ландшафтно-геохимическими факторами — химическим и минеральным составом руд и ореолов, их обогащением рудными элементами относительно местного фона, достигающего сотен и тысяч раз, гидрогеологической обстановкой, природными условиями водной и воздушной миграции и концентрирования загрязнителей. Загрязнение ландшафтов в районах разрабатываемых рудных месторождений связано с пылением карьеров, дефляцией и размывом отвалов, с рудничными водами, рассеянием рудного материала при транспортировке, с выбросами и стоками обогатительных фабрик и горно-металлургических комбинатов, эрозией первичных и вторичных литохимических ореолов месторождений, с водными ореолами и потоками в грунтовых, подземных и поверхностных водах. Нg, Рb, Сd и др. металлы в высоких концентрациях токсичны и опасны для здоровья. ГПЛ урановых рудников. С экологических позиций главной и отличительной чертой этих ГПЛ является загрязнение окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными радиоактивными отходами. Как и для большинства горнодобывающих отраслей, для урановой характерна высокая территориальная концентрация производства. ГПЛ в районах добычи агрономических руд обогащены своеобразной ассоциацией загрязнителей. При добыче магматогенных апатитов это F, As, Y и редкоземельные элементы, Sr, Pb, Cd, Sn. Осадочные фосфориты обогащены Sr, редкоземельными элементами, F, Y, местами U и V. Влияние добычи на ландшафты изучено слабо. Более существенно влияние продуктов переработки агрономических руд (фосфорных удобрений) на загрязнение агроландшафтов. Лекция № 17 Тема: АГРОТЕХНОГЕНЕЗ 1. Типы агротехногенеза. 2. Источники загрязнения агроландшафтов. 1 Типы агротехногенеза Агротехногенез влияет на природную среду в глобально-региональном масштабе и нередко приводит к ее загрязнению, превышающему допустимые экологические нормы. По интенсивности и характеру воздействия выделяют два геохимических типа агротехногенеза и несколько подтипов: прямое геохимическое влияние на природные ландшафты связанное с химизацией с/х и агротеногенная обработка земли; косвенные геохимические последствия, возникающие в результате гидромелиорации, эрозии почв, обезлесения, опустынивания и других процессов деградации ландшафтов. 2 Источники загрязнения агроландшафтов Для возмещения выноса химических элементов с урожаем, повышения продуктивности агроландшафтов, борьбы с сорняками, вредными насекомыми и микроорганизмами применяются минеральные и органические удобрения, пестициды и другие агрохимические средства, кторые являются мощным фактором загрязнения агроландшафтов. Минеральные удобрения делятся на две группы: стандартизованные (азотные, фосфорные, калийные комплексные, микроудобрения) – в которых содержание элементов питания растений регламентируются ГОСТами; нестандартизованные удобрения (осадки сточных вод - ОСВ, коммунальные твердые бытовые отходы - КТБО, загрязненные речные воды - ЗРВ и т.д.) - в которых содержание элементов питания растений не стандартизовано. К сожалению, во всех видах удобрений не нормировано содержание большинства микроэлементов, в том числе приоритетных загрязнителей. Фосфорные удобрения помимо Р обогащены F, Cd, As, редкоземельными элементами, Y, Cu, Pb. Одним из основных неблагоприятных следствий азотизации и фосфатизации ландшафтов является накопление соединений азота и фосфора в грунтовых и поверхностных водах. В результате водоемы чрезмерно обогащаются питательными веществами, что приводит к их эвтрофикации (зарастании растениями). Большую опасность представляет загрязнение питьевых вод нитратами, нитритами и их производными, что ведет к различным заболевания (у детей – метгемоглобинемии и др. болезням). Главным источником поступления тяжелых металлов (ТМ) в агроландшафты являются нестандартизованные удобрения. Экологическая опасность в зависимости от Zc убывает в ряду: ОСВ (500 – 600) – КТБО, ЗРВ (100 – 200) – минеральные удобрения (50 – 70). КК ТМ в почвах и растениях, орошаемых сточными водами образуют следующие ряды загрязненности: почвы – Cu>Cd>Zn>Hg>Pb>Ni; растения – Hg>Cd>Pb>Ni>Cu>Zn. ТМ поступающие в агроландшафта включаются в местные миграционные циклы и частично выносятся за его пределы. Многие пестициды используемые для борьбы с вредными насекомыми (инсектициды), сорняками (гербициды), болезнями растений (фунгициды, бактерициды), для регулирования роста растений (дефолианты) и др., не разлагаются несколько десятков лет и аккумулируются в почвах, донных осадках, пищевых цепях, вредно действуя на организмы. Неправильное орошение и осушение может привести к трансформации ландшафтно-геохимических условий (засолению почв, поверхностных и грунтовых вод; изменению окислительно-восстановительных условий; формированию испарительных и др. геохимических барьеров). Совокупное воздействие загрязнения, эрозии почв, обезлесения, опустынивания и т.д. приводят к ухудшению состояния агроландшафта, в первую очередь к снижению плодородия почв и качества с/х продукции. Деградация агроландшафтов ведет и к ухудшению условий жизни населения, вызывает специфические заболевания, связанные с неблагоприятными воздействиями на организм соединений азота, фосфора, пестицидов, ТМ, диоксинов и тд. Лекция № 17 Тема: ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ 1. Виды эколого-геохимического мониторинга. 2. Методы проведения ландшафтно-геохимического мониторинга. 1 Виды эколого-геохимического мониторинга Экологический мониторинг – слежение за состоянием природных систем и их изменением под воздействием антропогенных нагрузок. Важной составной частью этого мониторинга является геохимический мониторинг, т.е. наблюдение за геохимическими параметрами природных и техногенных ландшафтов. Различают фоновый и импактный геохимический мониторинг Фоновый геохимический мониторинг заключается в наблюдении за распределением и поведением химических элементов и соединений в ландшафтах вне сферы влияния локальных источников загрязнения. Он занимает важное место в международных программах по окружающей среде ЮНЕСКО и ЮНЕП и проводится главным образом на фоновых станциях и биосферных заповедниках (И.П. Герасимов, Ю.А. Израэль, Ф.Я. Ровинский, В.Е. Соколов, М. Gwine, R. Munn и др.). Фоновый мониторинг дает информацию не только о локальных параметрах конкретных ландшафтов станций и заповедников. Проводимый на единой методической основе во многих странах, он позволяет оценивать глобальные изменения природной среды. Поэтому фоновый мониторинг иногда называют глобальным. Без определения содержания элементов в окружающей среде, которое было до глобально-регионального (фонового) загрязнения, невозможно оценить уровень техногенного загрязнения. Кроме традиционных геохимических методов изучения ландшафтов и их компонентов при этом используются специфические приемы и объекты (глубокие горизонты верховых торфяников, растения из гербариев, многолетние льды, погребенные почвы, волосы и кости человека, старые вина и т.д.). Импактный геохимический мониторинг – это слежение за региональным и локальным антропогенным воздействием в местах кризисных экологических ситуаций – городах, промышленных центрах, зонах радиоактивного загрязнения и т.д. По иерархии ландшафтов или экосистем мониторинг делится на комплексный (экосистемный, геосистемный) и компонентный (атмосферный, водный, биологический, почвенный). Методология геохимии ландшафта, базирующаяся на сопряженном анализе отдельных блоков ландшафта, особенно адекватна целям комплексного экологического мониторинга. 2 Методы проведения ландшафтно-геохимического мониторинга Существует несколько методов ландшафтно-геохимического мониторинга. Метод кларков. Так называются исследования распространенности химических элементов в различных природных средах – от глобальных геосфер до локального уровня (ландшафтов, экосистем). Кларки являются геохимической константой, отражающей фоновое распределение элементов и соединений, без знания которого невозможна оценка импактного воздействия. Наряду с достоинствами (массовость, сопоставляемость) метод кларков имеет и недостатки. Прежде всего это излишняя обобщенность данных, полученных в результате статистической обработки, малая степень сепарации геохимических материалов. Самое главное, он не дает целостного представления о геохимических и биогеохимических процессах в таких сложных системах, как природные и тем более техногенные ландшафты. Анализ геохимической структуры ландшафта (R, L-анализ). Фоновый и импактный мониторинг должен базироваться на изучении миграции химических элементов в ландшафтах, учитывать роль и место геохимических барьеров и зон выщелачивания в распределении элементов, на представлениях об элементарных и каскадных ландшафтно-геохимических системах. Для оценки геохимического состояния и ответных реакций природных ландшафтов на внешнее воздействие используются представления о фоновой геохимической структуре ландшафта, отражающие характер связей между различными компонентами. Фоновые и техногенные геохимические структуры должны устанавливаться для отдельных регионов с учетом зонально-провинциальной и локальной ландшафтно-геохимической типичности (центральные, типичные части регионов) и уникальности (пограничные районы, экотоны, дельты рек и др. территории), лито-, палео- и биогеохимической дифференциации ландшафтов, степени их геохимической автономности, подчиненности и латеральной контрастности, близости к техногенным источникам и т.д. Различные ландшафты имеют не только определенную радиальную и латеральную геохимическую структуру, но и свойственные только им типы атмо-, гидро- и биогеохимического круговорота и баланса веществ. Нарушение того или иного типа круговорота и баланса веществ, появление дисбаланса часто являются индикатором антропогенного воздействия. Существуют два направления исследования состояний ландшафтов для целей мониторинга. Первое из них пользуется как бы методом кларков, но с учетом временных изменений параметров. Это направление в целом преобладает сейчас в программе фонового геохимического мониторинга в биосферных заповедниках и на фоновых станциях. Второе направление исследований – анализ фонового функционирования ландшафта на основе изучения потоков и балансов вещества и энергии, биогеохимических круговоротов элементов. Данное направление не является специфическим для геохимии ландшафта и наибольшее развитие получило в экологии, биогеоценологии и почвоведении, где установлены фундаментальные закономерности энергетических и биогеохимических циклов на локальном и глобальном уровнях. Лекция № 18 Тема: ЗДОРОВЬЕ ЭКОСИСТЕМ И ЧЕЛОВЕКА 1. Биогеохимические провинции. 2. Влияние химических элементов на здоровье человека. 3. Санитарно-гигиенические нормативы качества природной среды. 1 Биогеохимические провинции Химические элементы, добавление подвижных форм которых в ландшафт увеличивает биомассу, называются дефицитными. К ним в разных ландшафтах относятся O, N, P, K, F, B, J, Cu и многие другие элементы. В большинстве случаев недостает именно подвижных форм, в то время как общее (валовое) содержание элемента может быть достаточно велико. Элементы, удаление которых из ландшафта увеличивает продукцию живого вещества, называются избыточными. К ним в разных ландшафтах относятся Cl, S, Na, Cu, Ni, Fe, F и др. Один и тот же элемент может быть дефицитным в одном ландшафте и избыточным в другом. Резкий дефицит или избыток элементов приводит к заболеваниям животных, растений, а иногда и человека. Такие болезни А. П. Виноградов назвал биогеохимическими эндемиями, а районы их распространения – биогеохимическими провинциями. Известны биогеохимические провинции с дефицитом J в почвах и кормах, дефицитом и избытком F в питьевой воде, избытком В в кормах, избытком и дефицитом Cu, Co и т.д. Развивая учение о биогеохимических провинциях, В.В. Ковальский предложил понятие геохимическая экология, задача которой состоит в изучении взаимодействия организмов и их сообществ с геохимической средой, а также организмов между собой. Информация по биогеохимии растений очень велика. При расчете “на живую массу” все растения концентрируют О, Н, С, N, а считая “на золу” отдельные виды также накапливают Li, Be, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Se, Sr, Mo, Ag, J, Au, Pb, Ra, U. Следовательно, растительный покров является биогеохимическим барьером, на котором концентрируются воздушные мигранты – С, О, Н, N, J, в некоторых ландшафтах и многие водные мигранты. Если считать на золу, то на биогеохимическом барьере накапливаются Р, S, Cl, Br, B, в отдельных ландшафтах и отдельными видами также Са, Mg, Na, Zn, Cu, Mo и другие элементы. Морские водоросли по сравнению с наземными растениями обогащены Mg, Na, K, S, Cl, Si, Fe, Sr, F, Ba, Br, J, Se, B, Li, Ti, As, Ag, W, Pb и обеднены Ca, Mn, Al, Rb, Cs (при расчете на сухое вещество). Многие из этих закономерностей легко объясняются особенностями состава морской воды. Но и при более дробной систематике четко вырисовывается своеобразие отдельных систематических единиц. Так, диатомовые водоросли северных озер концентрируют Si – их скелет состоит из кремнезема. Морская трава, водяной орех содержат 0,2 – 0,4 % Mn. Говоря о концентрации, часто имеют в виду накопление элемента в золе, т.е. величину Ах. В агрономии еще в ХIХ столетии установили, что зола злаков богата SiO2, зола бобовых – Са, а зола картофеля и подсолнечника – К. Позднее были выделены “алюминиевые растения” (плауны, чай), “железные” (мхи), “иодные” (водоросли), солянки (Na, Cl и др.), гипсофиты, селитрянки (NO3) и т.д. Известны виды, в золе которых повышено содержание Zn, Cu, Se, Li, Mo и других редких элементов. Особенно большой способностью к поглощению редких элементов обладают мхи и лишайники. 2 Влияние химических элементов на здоровье человека Способность химических элементов вызывать нарушение жизнедеятельности организма называется токсичностью. В зависимости от степени воздействия на человека химические элементы делятся на классы опасности (СН 245-71): I – чрезвычайно опасные; II – высокоопасные; III – умеренно опасные; IV - малоопасные. Среди химических элементов поступающих в почву из выбросов, сбросов и отходов наиболее опасными (I класс опасности) являются: мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, селен, цинк, бенз(а)пирен и фтор; умеренную опасность (II класс опасности) представляют: бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма и хром; мало опасны (III класс опасности) – барий, ванадий, вольфрам, марганец, и стронций. Большинство из выше перечисленных химических элементов I-го и II-го классов опасности по их содержанию в воде относятся ко II классу опасности, за исключением ртути, а также бериллия и таллия, которые относятся к I классу опасности. Комплексный и куммулятивный характер действия загрязняющих веществ на живые организмы, полиэлементность техногенных геохимических аномалий требуют разработки более синтетических показателей оценки качества среды. Так геохимическими и гигиеническими исследованиями установлена зависимость между показателями здоровья населения и уровнем загрязнения почв территории, на которой оно проживает (табл. 18.1). Таблица 18.1 - Ориентировочная оценочна шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю [Методические указания …, 1987]
|