Семнадцатая международная МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
Семнадцатая международная МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ»
Санкт-Петербургский государственный университет
Мая 2017
ОРГАНИЗАТОРЫ КОНФЕРЕНЦИИ
Институт наук о Земле Санкт-Петербургского государственного университета, кафедра экологической геологии;
Геологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
ОРГКОМИТЕТ КОНФЕРЕНЦИИ
Председатель: Чистяков К.В.(СПбГУ)
Сопредседатели: Куриленко В.В. (СПбГУ), Трофимов В.Т. (МГУ)
Ученые секретари: Изосимова О.С., Подлипский В.В., Зеленковский П. С.(СПбГУ)
ЧЛЕНЫ ОРГКОМИТЕТА:
Алексеенко В.А., профессор Южного федерального университета; Антонов В.В., профессор кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Национального минерально-сырьевого университета "Горный"; Вревский А.Б., директор Института геологии и геохронологии докембрия РАН; Гричук Д.В., профессор кафедры геохимии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова; Иванюкович Г.А., профессор, кафедра экологической геологии СПбГУ; Каминский В.Д., директор Всероссийского научно-исследовательского института геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга; Королев В.А., профессор кафедры геохимии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова; Петров С.В., доцент, кафедра геологии месторождений полезных ископаемых СПбГУ; Румынин В.Г., профессор, кафедра гидрогеологии СПбГУ; Серебрицкий И.А., заместитель председателя комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности; Хайкович И.М., профессор, кафедра экологической геологии СПбГУ; Холмянский М.А., профессор, кафедра экологической геологии СПбГУ; Чарыкова М.В., профессор, кафедра геохимии СПбГУ
ВВЕДЕНИЕ
С каждым годом интенсивность воздействия человека на литосферу стремительно возрастает. Техногенная деятельность человека на Земле способна не только вызывать активизацию или, наоборот, замедлять развитие природных геологических процессов, но может также порождать новые инженерно-геологические процессы, которые раньше на данной территории не отмечались. Различные вопросы экологических проблем литосферы изучаются в научном направлении - экологической геологии. Основными проблемами экогеологии на современным этапе развития и посвящена эта конференция.
Семнадцатая международная молодежная научная конференция «Экологические проблемы недропользования» направлена на обмен научными достижениями в области экологической геологии между ведущими преподавателями и научными сотрудниками вузов различных стран, учеными академических институтов и студентами, аспирантами и молодыми специалистами, для распространения современных теоретических и практических знаний в области разработки экологических принципов и методов охраны и реабилитации окружающей природной среды.
Огромные площади Земли и ее недра изменяются, в результате деятельности человека и природных явлений (оползней, селей, подтопления и заболачивания территорий, засоления почв и т.п.), которые были вызваны или активизированы человеком, часто его неразумной хозяйственной деятельностью. Они ровесники человеческой цивилизации, и по мере углубления экологического кризиса масштабы их проявлений на Земле все более возрастают.
Пока нерешенных проблем в этой области очень много и среди них одна из центральных - выявление предельно допустимых уровней техногенных воздействий на геологическую среду и ее отдельные компоненты - почвы, горные породы, подземные воды, рельеф территории и развитые на ней геологические процессы, изменение которых влияет на различные экосистемы. Основная задача заключается в том, чтобы научиться правильно прогнозировать экологические последствия тех или иных техногенных воздействий на литосферу, а следовательно, научиться предотвращать негативные экологические процессы и тем самым влиять на разразившийся глобальный экологический кризис.
Немалую роль в решении этой проблемы должен сыграть экологический мониторинг геологической среды - система постоянных наблюдений, контроля, оценки, прогноза и управления состоянием геологической среды с целью обеспечения ее экологических функций.
В рамках научной тематики Семнадцатой международной молодежной научной конференции «Экологические проблемы недропользования» предполагается обсудить теоретические и методологические основы экологической геологии; экологические проблемы недропользования; экогеологические методы оценки состояния промышленных и городских агломераций, а также компонентов природной среды; экогеологические риски и принципы экологической безопасности недропользования; современные проблемы радиоэкогеологии; экогеологии водных экосистем; технологии реабилитации геологической среды; научно-методологические основы экогеологического картирования и ГИС; а так же формированию эколого-правовых механизмов рационального недропользования.
РАЗДЕЛ 1
·
обзорные лекции и доклады по ТЕОРЕТИЧЕСКИм И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИм ОСНОВам ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ
·
ЕЩЁ РАЗ ОБ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ КАК ОБЪЕКТЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ: СОДЕРЖАНИЕ, СХЕМА, ПОЛОЖЕНИЕ В СТРУКТУРЕ ЭКОСИСТЕМЫ
В.Т. Трофимов
ФГБОУ ВО Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
геологический факультет, г. Москва, Россия
1. В подавляющем числе работ по экологической геологии объектом исследований называют верхние горизонты литосферы. Это с одной стороны верно, а с другой недостаточно полно.
Еще в учебнике «Экологическая геология» в 2002 году было показано, что «Объектисследования экологической геологии – традиционный для наук геологического цикла: теоретически – это литосфера со всеми её компонентами, в прикладном плане – её приповерхностная часть, расположенная преимущественно в зоне возможного природного и техногенного воздействия. Она исследуется как многокомпонентная динамическая система, включающая породы, подземные воды и газы, и влияющая на существование и развитие биоты, в том числе и человеческого сообщества.
При таком определении объекта экологическая геология исследует системы «литосфера-биота», «техногенно изменённая литосфера-биота», либо «литосфера-инженерное сооружение-биота», прямые и обратные связи между абиотическими и биотическими подсистемами, а в конечном счёте – чаще всего воздействие «неживого» на «живое», хотя, если говорить шире, – взаимодействие литосферы и живого.
Все эти названные системы с содержательной точки зрения являются системами эколого-геологическими (термин введён М.Б. Куриновым*). Главное их отличие наличие живого и неживого компонентов. Биота как живое живёт и функционирует в литосфере или непосредственно на её поверхности» [5, с.10]. И если содержание первого абзаца этой цитаты всем понятно и широко используется, то очень важное положение третьего абзаца обычно опускается.
В связи с этим автором в работах [3, 8] был специально рассмотрен вопрос о содержании эколого-геологической системы и подчёркнуто, что именно она должна изучаться при эколого-геологических исследованиях. Но положение в публикациях мало изменилось. Поэтому считаю необходимым «заострить» внимание к этому вопросу на нашей конференции.
2. Эколого-геологическая система – определённый (в принципе любой по размерам) объём литосферы с функционирующей непосредственно в нём или на его поверхности биотой, включая человека и социум. Именно эти системы являются объектом экологической геологии. По структуре они представляют собой сложные, многофакторные динамические образования, изменяющиеся под влиянием природных или природных и техногенных процессов, причём изменяющиеся очень быстро даже в физической временной системе, а с точки зрения геологического времени – практически мгновенно.
Экологическая геология исследует четыре типа эколого-геологических систем: 1) природная эколого-геологическая система реальная; 2) природная эколого-геологическая система идеальная; 3) природно-техническая эколого-геологическая система идеальная; 4) природно-техническая эколого-геологическая система реальная [2, 3, 8].
3. Современное состояние таких систем сформировалось и трансформируется под влиянием трёх групп причин: 1) закономерностей геологического развития в прошлом и современного тектонического режима; 2) современного климата; 3) а на освоенных территориях и антропогенных (техногенных) воздействий (таблица). Первая группа причин обусловливает формирование так называемых региональных геологических факторов эколого-геологических условий, а первая и вторая вместе (особенно вторая) – зональных геологических факторов. Поскольку природные эколого-геологические условия определяются естественным для данного времени сочетанием этих двух групп факторов, то необходимо в равной степени изучать причинные закономерности их формирования и пространственного распределения. Только на основе такого анализа можно познать основные закономерности формирования, пространственного распределения и изменения самих эколого-геологических условий. Эта задача решается при изучении любых природных объектов. На освоенных территориях возникает необходимость анализировать влияние антропогенных воздействий на трансформацию природных эколого-геологических условий [1,6,7].
Факторы эколого-геологических условий и факторы формирования
эколого-геологических условий (по [4])
| Факторы (компоненты) эколого-геологических условий | Факторы формирования эколого-геологических условий | |||
| Региональные геологические | 1. Мега- и мезорельеф 2. Состав, строение и свойства пород, условия их залегания и распространения 3. Условия залегания и химический состав подземных вод глубоких горизонтов 4. Геохимические поля, их неоднородность 5. Геофизические поля, их неоднородность 6. Характер эндогенных и экзогенных геологических процессов | Региональные геологические | 1. Совокупность геологических процессов, реализованных в ходе истории геологического развития территории 2. Современное тектоническое развитие территории | Антропогенные (техногенные) |
| Зональные геологические и ландшафтные | 1. Современное состояние пород, их состав и свойства 2. Глубина залегания и химический состав грунтовых вод 3. Характер и интенсивность экзогенных геологических процессов 4. Ландшафтные особенности | Зональные | 1. Теплообеспеченность территории 2. Увлажнённость территории 3. Соотношение теплообеспеченности и увлажнённости территории 4. Ландшафтные особенности |
4. Исходя из содержания приведённой таблицы, точнее её левой части, в которой перечислены факторы эколого-геологических условий, и определения содержания эколого-геологической системы, все эти факторы должны найти место в структуре такой системы. Геологические факторы, образующие литотоп экотопа (биотопа) этой системы должны быть (в обобщенном виде) представлены такими группами: 1) состав, строение, состояние и рельеф массивов горных пород; 2) подземные воды; 3) геохимические поля; 4) геофизические поля; 5) современные природные и антропогенные экзогенные и природные эндогенные процессы. Кроме этого в экотоп экологической системы должен быть включён и эдафотоп.
Элементы ландшафтных особенностей – растительность, животный мир и микроорганизмы составляют биоценоз системы. В него включён и социум – человеческое сообщество, поскольку современная экология изучает систему природа – человек – общество, а также классы воздействий на неё.
Схема структуры эколого-геологической системы, составленная с учётом изложенных положений, приведена на рисунке. На нём же отчётливо видно положение эколого-геологической системы в структуре экосистем: первая изних входит в состав экосистемы, представляет лишь часть последней, но часть чрезвычайно важную. Из этого следует вывод: изучение экосистем любых типов и размеров без оценки литотопа невозможно. Без этого все экологически ориентированные выводы будут недостоверны.
5. В связи с изложенной позицией о содержании понятия «эколого-геологическая система» целесообразно уточнить редакцию научных и практических задач экологической геологии, сформулированных В.Т.Трофимовым и Д.Г.Зилингом [1,5,7]. В уточнённой редакции научные задачи формулируются так:
1) изучению экологических свойств и функций литосферы эколого-геологических систем, закономерностей их формирования и динамики современного их развития под влиянием природных и техногенных процессов;
Рисунок. Схема структуры экосистемы с учётом геологической составляющей и классов воздействий на неё. Точками выделены границы эколого-геологической системы (по [3, 8]): 1-5 – параметры литосферы: 1 – состав, строение, состояние и рельеф массивов горных пород; 2 – подземные воды; 3 – геохимические поля; 4 – геофизические поля; 5 – современные эндо- и экзогенные процессы
2) разработке теории и методов оценки устойчивости эколого-геологических систем к природным и техногенным воздействиям с точки зрения изменения их экологических свойств и функций;
3) разработке теории и методов эколого-геологического обоснования управления состоянием и свойствами эколого-геологических систем с целью сохранения или улучшения их экологических свойств и функций;
4) разработке теории, методов и геологически обоснованных рецептур утилизации экологически опасных хозяйственных и промышленных отходов и выбор оптимальных (по геологическим условиям) участков массивов для их складирования или захоронения с целью наименьшего ухудшения экологических свойств эколого-геологических систем;
5) разработке теории и методики эколого-геологического обоснования инженерной защиты территорий, объектов и сооружений от природных и антропогенных геологических процессов, ухудшающих экологические качества эколого-геологических систем, экосистем в целом.
Прикладные задачи в укрупнённом виде и типологическом плане могут быть сформулированы так:
1) эколого-геологическое обоснование рационального использования ресурсов литосферы для нормального функционирования эколого-геологических систем;
2) установление влияния природного и техногенного загрязнения приповерхностной части литосферы на биоту;
3) геологическое обоснование разработки и принятия решения по управлению состоянием экотопа (биотопа) эколого-геологических систем или экосистемами в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Теория и методология экологической геологии. / Под ред. В.Т. Трофимова. М. Изд-во Моск. ун-та, 1997. 368 с.
2. Трансформация экологических функций литосферы в эпоху техногенеза. / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Ноосфера, 2006. 720 с.
3. Трофимов В.Т. Эколого-геологическая система, её типы и положение в структуре экосистемы. //Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2009. № 2. С. 48-52.
4. Трофимов В.Т. Эколого-геологические условия и факторы их формирования.// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2010. № 1. С. 52-55.
5. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология. М.: Геоинформмарк, 2002. 415 с.
6. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Формирование экологических функций литосферы. СПб.: Изд-во СПб ГУ, 2005. 190 с.
7. Экологические функции литосферы. / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. 432 с.
8. Эколого-геологические условия России. Том 1. Экологические функции литосферы как природное геологическое образование и их пространственное распределение на территории России. / В.Т. Трофимов, М.А. Харькина, Т.А. Барабошкина и др. – М.: «КДУ», «Университетская книга», 2016. – 302 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сает Ю.Е., Равич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды.// М.: Недра, 1990.
2. Башкин В.Н. Биогеохимия/учебное пособие. М.: Высшая школа, 2008.
3. Куриленко В.В., Хайкович И.М. Методика оценки эколого-геологического загрязнения территорий осваиваемых месторождений полезных ископаемых// Обогащение руд, №3 (357), 2015, с. 56-59.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОБНАРУЖЕНИЯ, И КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Изосимова О.С.(СПбГУ, Санкт-Петербург),
Нурмакова Ж.И. (АГТУ, Астрахань)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Поверхностно-активные вещества. Строение. Свойства. Применение: Монография. Н.М. Алыков, Г.Н. Литвинова, Т.В. Алыкова, Ю.П. Васько и др; под ред. Н.М. Алыкова и Т.В. Алыковой. Астрахань: Ид-во Астраханского гос. ун-та, 2001. – 128 с.
2. Biological activity and environmental impact of anionic surfactants. Cserháti Tibor, Forgács Esther, Oros Gyula. Environ. Int. 2002. 28, №5, с.337-348. Англ. Р.Ж. Охрана природы и воспроизводства природных ресурсов. 2003. №5. с. 26.
3. Ерусалимская Л,Ф., Мудрый. И.Б., Григорьева. Ш.Б., Дебривная И.Е. //Микробиол.журн. -Т. 55, № 5. с. 13-21.
4. Калашников А.А., Алексеев А.С., Леплинский Ю.И., Лайранд Н.И.//Актуальные проблемы гигиенического регламентирования химических факторов в объектах окружающей среды. - Пермь, 1989; - с. 78-79.
Таблица 1
Классификация уровней загрязнения атмосферы
| Градация/степень (уровень) загрязнения воздуха | СИ | НП | ИЗА |
| I. Низкое (загрязнение) | 0-1 | 0-4 | |
| II. Повышенное | 2-4 | 1-19 | 5-6 |
| III. Высокое | 5-10 | 20-49 | 7-13 |
| IV. Очень высокое | более 10 | более 50 | более (равно) 14 |
Таблица 1
Результаты определения содержания подвижных форм тяжелых металлов в золошлаковом материале.
| Показатель | Fe | Mn | Cu | Zn | Pb | Co | Ni | Cr | Cd |
| медиана | 13,3 | 0,22 | 38,1 | 3,60 | 0,18 | 0,012 | 0,03 | 0,03 | 0,015 |
| квартиль 25% | 10,8 | 0,20 | 28,3 | 1,80 | 0,18 | 0,011 | 0,02 | 0,02 | 0,013 |
| квартиль 75% | 16,6 | 0,28 | 72,5 | 15,43 | 0,77 | 0,018 | 0,08 | 0,04 | 0,027 |
Целью проведенного рентгено-фазового качественного анализа являлась идентификация различных кристаллических фаз на основе анализа дифракционной картины (дифрактометр Rigaku «MiniFlex II» с кобальтовым анодом), путём сравнения экспериментальных значений относительных интенсивностей с эталонными рентгенограммами. Качественный фазовый анализ позволил разделять и идентифицировать отдельные фазы гетерогенной системы. Для анализа были использованы три образца с поверхности (0,0-0,2 м), с глубины 2,0-2,7 м и с глубины 3,0-3,7 м скважины № 11-1 (рис. 3). Результаты анализа представлены на рис. 8 и табл. 2.
Таблица 2
Результаты качественного фазового анализа.
| Минеральные фазы | № проб | ||
| хризотил | + | - | - |
| мусковит (слюды) | + | + | - |
| андрадит (гранаты) | + | + | - |
| гематит | + | + | + |
| диопсид (пироксены) | + | + | + |
| тремолит (амфиболы) | + | + | + |
| гипс | - | + | + |
| клинохлор (хлориты) | - | + | + |
| кварц | - | - | + |
| Альбит (плагиоклазы) | - | - | + |
| +/- присутствие/отсутствие минеральных фаз в пробах. |
Определенный типичный вид радиального распределения минеральных фаз, характерный для подобных объектов (увеличенная доля устойчивых на дневной поверхности минералов), а установленный состав техногенных грунтов соответствует рудной минерализации скарнов «Старого рудного поля» Питкярантского месторождения, что позволяет однозначно говорить о конкретном источнике происхождения переработанных руд.
Параллельно качественного рентгено-фазового анализа был проведен гранулометрический анализ отобранных образцов (табл. 3), результаты которого свидетельствуют о достаточной степени однородности грунта и слабом проявлении конкгломирирующих диагенетических преобразований.
Таблица 3
Результаты гранулометрического анализа золошлаков
| № проб | Массовая доля фракции в пробе, % | ||
| >0,5 мм | 0,5-0,2 мм | <0,2 мм | |
Геохимия донных отложений.
Донные отложения представляют собой депонирующую среду для поллютантов, поступающих в водоем в разных формах и количествах. Важную и активную роль играет верхний, наиболее подвижный слой толщиной 0-10 см, непосредственно участвующий во взаимодействии двух сред (вода → грунт).
После стандартной процедуры гомогенезации выборки (литогеохимия поверхностного слоя донных отложений Питкярантского залива Ладожского озера) (рис. 2) были рассчитаны основные статистики положения (рис. 6) и рассеяния (табл. 4). В результате можно однозначно установить высокую степень геохимической связи техногенных грунтов и донных отложений Питкярантского залива (по степени превышения фоновых содержаний типоморфной ассоциации тяжелых металлов золошлаковых отложений). Кроме того, по настоящим данным нет возможности установить границу II зоны по акватории, т.к. в выборке отсутствуют пробы с около фоновыми содержаниями. Для достижения поставленной задачи необходимы дополнительные исследования.
Таблица 4
Основные статистики рассеяния выборки по донным отложениям
| Медиана | Ст.откл. | Коэф.вар-и | Асимметрия | Эксцесс | |
| Cr | 36,7 | 23,6 | 60,9 | 0,74 | 1,23 |
| Zn | 174,3 | 142,2 | 77,3 | 2,26 | 7,41 |
| Cu | 55,1 | 169,8 | 172,8 | 3,85 | 15,13 |
| Pb | 85,6 | 49,4 | 92,4 | 3,47 | 13,01 |
| Co | 29,3 | 20,1 | 75,5 | 0,47 | 0,02 |
| V | 87,6 | 27,3 | 29,6 | 0,55 | -0,80 |
Рис. 6 Основные статистики положения (донные отложения).
Таким образом, по результатам проведенного геохимического зонирования территории можно однозначно установить наличие в пределах санитарно-защитной зоны подобных объектов трех зон. Кроме того, по первым литогеохимическим данным по донным осадкам можно предположить возможность разработки и обоснования подобного подхода и для акватории.
Основными природоохранными мероприятиями можно рекомендовать ряд территориально обусловленных действий, применение которых в рамках проектов благоустройства и экологического мониторинга санитарно-защитных зон, позволит значимо сократить расходы природопользователей.
| Зона I | Зона II | Зона III |
| Укрепление склонов (пространственные георешетки). Задернение склонов и вершины отвала. Сбор поверхностных вод со склонов и подошвы отвала (склоновый и кольцевой дренаж). Сбор и биолог. очистка ливневых и талых вод на ЛОС. | Озеленение и благоустройство. Поддержание оптимальных условий для формирования климаксовых древесных сообществ. Запрет других видов природопользования. Возможно размещение промышленных площадок, если проектируемое СЗЗ не выходит за пределы II зоны. | Фиторемедиация. Возможно с/х использование (технические культуры). Запрет размещения объектов повыш. риска (ДОУ, школы и др.). |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Аксюткин С.В., Беляев А.М. Эколого-геологическая оценка шлаковых отвалов металлургического производства Питкярантского горнорудного района (Республика Карелия). / Материалы V межвузовской студенческой конференции “Школа экологической геологии и рационального недропользования”. Под ред. В.В. Куриленко. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004, с. 185-186;
2. Беляев А.М. Гранитоидный магматизм Приладожья и Карельского перешейка и связь с ним оловянного оруденения. / Диссертация на соискание учёной степени кандидата геол.-мин. наук. Л., 1985;
3. Кириченко Я.А., Ионкина Д.С., Агафонова Е.К., Лескова П.Г., Мишенкова И.Н., Навинкин А.П., Байтелова В.В., Подлипский И.И. Данные о проведении эколого-геологических работ на территории золошлакоотвала г. Питкяранты. / Материалы «VII молодежного конгресса по итогам практик». М., 2016, с. 175-176;
4. Подлипский И.И. Теория обоснования границ промышленных и техногенных объектов. / XIV Международный семинар «Геология, геоэкология, эволюционная география». СПб., изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2015, с. 22-24;
5. Подлипский И.И. Полигоны бытовых отходов как объекты геологического исследования. // Вестник СПбГУ, Сер. 7, 2010, Вып. 1, с. 15-31;
6. Подлипский И.И. Эколого-геологическая оценка территории полигонов бытовых отходов. Монография. LAP Lambert Academic Publishing, 2015, 200 с.;
7. Подлипский И.И. Импилахтинский учебно-научный полигон как объект эколого-геологических исследований. / Материалы XVI межвузовской молодежной научной конференции «Экологические проблемы недропользования». СПб.: Изд-во СПбГУ, 2016, с. 166-171;
8. Подлипский И.И. Теория обоснования границ промышленных и техногенных объектов. / XIV Международный семинар «Геология, геоэкология, эволюционная география». СПб., изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2015, с. 22-24;
9. Хомич В.С., Городецкий Д.Ю. и др. Золоотвалы ТЭЦ как потенциальные источники загрязнения окружающей среды. / Природопользование, Вып. 21, 2012, с. 124-135;
10.Bonferroni and Šidák corrections for multiple comparisons, H. Abdi, 2007, in: N.J. Salkind (ed.), Encyclopedia of Measurement and Statistics, Thousand Oaks, CA: Sage
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ НА ПРИМЕРЕ НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА «СМОЛЕНСКОЕ ПООЗЕРЬЕ»
Подлипский И.И., Зеленковский П.С., Кононова Л.А.,
(СПбГУ, Санкт-Петербург), Хохряков В.Р., к. б. н. (Национальный парк «Смоленское Поозерье»)
ECOLOGICAL-GEOCHEMICAL ESTIMATION OF THE CONDITION OF COMPONENTS OF THE NATURAL ENVIRONMENT OF SPECIALLY PROTECTED NATURAL TERRITORIES BY THE EXAMPLE OF THE NATIONAL PARK "SMOLENSK LAKELAND"
Zelenkovskii P.S., associate professor, Ph.D. Podlipsky I.I., associate professor, Ph.D. Kononova L.A.(St. Petersburg State University, St. Petersburg), Khokhryakov V.R., Ph.D. (national park “Smolensk Lakeland”)
Изучение донных отложений является одним из наиболее приоритетных направлений в экологических исследованиях водных систем это связано с тем, что донные отложения являются депонирующей средой, аккумулирующей природные и техногенные процессы. На основании элементного состава донных отложений, можно прогнозировать изменения качества вод. В связи с тем, что в России на данный момент не разработаны нормативно-правовые документы, содержащие данные о предельно-допустимых концентрациях (ПДК) в донных отложениях наиболее актуальным является вопрос, связанный с определением региональных фоновых концентраций химических элементов в донных отложениях, эти данные используются в любых экологических и инженерных изысканиях.
Одним из геохимических маркеров процессов, происходящих в природной среде, является концентрация тяжёлых металлов. Тяжёлые металлы - это элементы с атомной массой от 50 до 238, от ванадия до урана (Водяницкий Ю.Н., 2008). Для этих элементов характерно длительное сохранение и накопление в донных отложениях и водных биоценозах.
На территории Смоленской области наиболее подходящим фоновым объектом является национальный парк «Смоленское Поозерье», входящий в сеть биосферных резерватов ЮНЕСКО, на территории парка отсутствуют объекты промышленности, ограничена сельскохозяйственная, транспортная и строительная структуры.
Целью данной работы является оценка степени загрязнения тяжёлыми металлами донных отложений и вод акваторий заповедной и рекреационной зон центральной части национального парка «Смоленское Поозерье». В рамках поставленной цели будет определено валовое содержание ряда тяжёлых металлов в донных отложениях, их формы нахождения, в том числе в водах. На основании этих данных будут даны рекомендации по проведению ежегодного мониторинга.
Работа выполнялась в лабораториях и ресурсных центрах СПбГУ на основании полевых данных, полученных во время выездов в национальный парк «Смоленское Поозерье» в период с 2014 по 2017 г. Для начала на базе РЦ «Геомодель» было определено валовое содержание тяжёлых металлов в донных осадках на спектрофотометре Спектроскан Макс-G. В связи с тем, что пробоподготовка и анализ не требуют больших затрат ресурсов и времени, с помощью этого метода были изучены все 155 отобранных проб. Что касается определения минерального состава донных осадков, проведённого на базе РЦ «Рентгенодифракционные методы исследования» методом порошковой дифрактометрии на Rigaku MiniFlex, то в данном случае нам не требовалось узнать фазовый состав каждой отобранной пробы, здесь задача состояла в том, чтобы иметь представление о том, какими минералами в среднем сложены донные осадки озёр, для этого был выбран ряд проб, в котором представлены образцы, взятые с разных глубин нескольких озёр. Для определения количества органического вещества было взято несколько проб, отобранных с разной глубины.
Методика исследования.Отбор проб донных отложений проводился в озёрах двух функциональных зон национального парка «Смоленское Поозерье»: в рекреационной и заповедной в районе посёлков Пржевальское и Михайловское. Первый выезд на территорию парка был совершён в августе 2014 года, исследовано три озера рекреационный зоны: Сапшо, Рытое, Чистик и одно озеро заповедной зоны - Лошамье (Кононова Л.А., Зеленковский П.С., Подлипский И.И., 2015) далее, в 2015 и 2016 годах, увеличивается количество исследуемых озёр (озеро Баклановское, озеро Дго в рекреационной зоне) и расширяется сетка опробования (Терехова А.В., Попова Е.А., Зеленковский П.С., Подлипский И.И., Хохряков В.Р., 2016).
В данной работе рассматриваются 5 озер с наиболее густой сетью опробования: Сапшо, Рытое, Чистик, Баклановское (рекреационная зона) и Лошамье (заповедная зона). Озеро Лошамье, являясь минимально подверженным антропогенному вмешательству, так как, согласно ФЗ «Об особо охраняемых природных территориях» в её пределах исключается любая хозяйственная деятельность, в данной работе выступает в роли озера с фоновыми концентрациями.
Донные отложения отбирались в два этапа. Первый заключается в отборе проб прибрежных на расстоянии 15-30 м от берега на глубинах около 1-2 м через каждые 200 м. береговой полосы. Второй этап производился по регулярной сети 200×200 м при помощи бентосного дночерпателя, аналога ковша Ван Вина для небольших глубин. Пробы донных и береговых отложений отбирались в тряпичные мешочки, снабженные этикеткой с указанием номера пробы и объекта исследований. Вместе с отбором проб был произведён промер глубин озера.
Определение химического состава донных отложений.Подготовка проб донных отложений проводилась также на базе ресурсного центра «Геомодель». Пробы для рентгенофлуоресцентного анализа были высушены и измельчены до размера частиц порядка 50 мкм, на планетарной мельнице Pulverisette 7 (1 мин на скорости вращения 400 об./мин).
Определение химического состава донных отложений проводилось на базе ресурсного центра «Геомодель» на волнодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре Спектроскан Макс-G. Прибор позволяет определять содержания элементов от Ca до U.
Определение органического вещества. Для определения концентрации органического вещества использовался метод сухого озоления.
Рентгенофазовый анализ.Для распознавания минеральных фаз в донных отложениях озёр использован метод качественного рентгенофазового анализа. В основе метода лежит идентификация фаз в смеси на основании анализа дифракционной картины изучаемого образца.
Съёмка проводилась на базе ресурсного центра «Рентгенодифракционные методы исследования» на 6 образцах, взятых с разных глубин каждого озера: оз. Сапшо (1 проба, 8 м), оз. Баклановкое (2 пробы 1,5-2 м), оз. Чистик (1 проба, 18 м), оз. Рытое (1 проба, 16 м), оз. Лошамье (1 проба, 28 м). Съёмка проводилась на дифрактометре Rigaku «MiniFlex II» с Co анодом. Диапазон углов 2Θ = 2-75 o, шаг сканирования 0.02о, скорость съемки – 2 град/мин. Обработка полученных рентгенодифрактограмм образцов проводилось при помощи программного обеспечения PDXL2 (Rigaku).
В данной работе выбран метод мокрого озоления в присутствии 10% H2O2. Данный анализ проводился в ресурсном центре по направлению «Химия». После того как проведено озоление пробы, готовится воздушно-сухой ориентированный образец (диапазон углов 2Θ = 3-55o, шаг сканирования 0.02о, скорость съемки – 4 град/мин).
В связи с тем, что илистая фракция может быть представлена смешаннослоистыми глинистыми фазами, которые имеют межслоевые промежутки разных типов, используются дополнительные ступени обработки уже ориентированных препаратов. Для установления смешаннослойных минералов в данном случае используется этиленгликоль, который менее, чем за час может довести препарат до полного насыщения, которое приводит к внутрикристаллическому набуханию глинистой составляющей, после этого проводится съёмка при тех же условиях (Кринари Г.А., 2007).
Определение фаз проводится также при помощи программного обеспечения PDXL2 (Rigaku). Механизм этой программы основывается на алгоритме Search/Match, который идентифицирует минеральные фазы на основании совпадений положений дифракционных пиков и значений интенсивности с эталонными образцами известных соединений, содержащихся в базе данных по порошковой дифракции PDF-2 Release 2011.
Результаты исследования.Определение содержания тяжёлых металлов в донных отложениях проводилось на основании ренгенофлуоресцентного анализа на спектрометре Спектроскан Макс-G на базе ресурсного центра «Геомодель». Анализировалось 155 проб донных отложений, отобранных в заповедной зоне (озеро Лошамье, 34 пробы) и рекреационной зоне (озёра Сапшо, Баклановское, Рытое, Чистик, 82 пробы).
На основании полученных данных, в программе Statistica 13.2 рассчитаны фоновые концентрации по показателю медианы. Этот показатель выбран потому, что, в отличии от математического ожидания, медиана обладает свойством робастности, то есть она является нечувствительной к различным отклонениям и неоднородностям в выборке, связанным с теми или иными причинами (Иванюкович Г.А., 2010). В таблице 1 ПДК представленно согласно ГН 2.1.7.2041-06.
Таблица 1
Значения фоновых концентраций, рассчитанных по медиане, мг/кг
| Элемент | Заповедная зона | Рекреационная зона | ПДК |
| Fe | |||
| Mn | |||
| Zn | |||
| Pb | |||
| Cu | |||
| V |
Как видно из таблицы, значения фоновых концентраций Fe, Mn, Pb, Cu, V в заповедной и рекреационной отличаются в пределах от 3 до 28% и не превышают ПДК, что касается цинка, то это различие составляет 275%, при этом показатель ПДК также не превышен. На основании фоновых концентраций, рассчитанных для рекреационной зоны, в программах Surfer и CorelDraw были построены карты распределения цинка для озёр Сапшо, Баклановское и Рытое, в основу которых взят расчёт коэффициента концентрации по формуле:
- фактическое содержание определяемого i-го элемента, 
– фоновое содержание элемента. Результаты представл