Характеристика объектов исследований

Эколого-геохимическая оценка территории района города по данным биогеохимической съёмки

Методические указания по выполнению лабораторной работы №3 по дисциплине «Геохимия, геохимический мониторинг окружающей среды» для студентов 4 курса, обучающихся по специальности 020804 «Геоэкология»

Составители Е.Г. Язиков, Н.В. Барановская, Т.Н. Игнатова

Издательство

Томского политехнического университета

УДК 550.4

Язиков Е.Г., Барановская Н.В., Игнатова Т.Н.

Эколого-геохимическая оценка территории района города по данным биогеохимической съемки. Методические указания по выполнению лабораторной работы № 3 по дисциплине «Геохимия, геохимический мониторинг окружающей среды» для студентов очного и заочного обучения специальности 020804 – Геоэкология/ сост.Е.Г. Язиков,Н.В. Барановская, Т.Н. Игнатова,– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 32 с.

УДК 550.4

Методические указания рассмотрены и рекомендованы
к изданию методическим семинаром кафедры
геоэкологии и геохимии ИГНД

« 10 » сентября 2009 г.

Зав. кафедрой ГЭГХ

профессор, д.г.-м.н. __________ Л.П. Рихванов

Председатель учебно-методической

комиссии __________Н.А. Осипова

Рецензент

Профессор, доктор геолого-минералогических наук

С.И. Арбузов

© Язиков Е.Г., Барановская Н.В., Игнатова Т.Н., составление, 2009

© Составление. Томский политехнический

университет, 2009

© Оформление. Издательство Томского

политехнического университета, 2009

Цель и задачи

Цель работы – применить теоретические знания в интерпретации результатов биогеохимической съемки для эколого-геохимической оценки городов Междуреченска и Стрежевого.

В задачу исследований входит обработка геохимической информации биогеохимических проб; построение моноэлементных схем по тяжелым металлам, расчет суммарного показателя загрязнения.

Биота – наиболее динамичная компонента ландшафта, она всегда реагирует на любое изменение в нем, даже при отсутствии видимых нарушений в других составляющих (Биоиндикация.., 1999).

Индикация территории по измененному микроэлементному составу биообъектов применяется издавна, а биоиндикация как таковая возникла еще в древности. Начинался этот метод с использованием, в основном, растительных организмов. Еще античные ученые обращали внимание на то, что облик растений зависит от условий их произрастания. Теофраст в работе «Природа растений» описывает немало советов о том, как по характеру растительности судить о свойствах земель. Идею биоиндикации по растениям сформулировал еще в 1 веке до нашей эры Колумелла: «Рачительному хозяину подобает по листве деревьев, по травам или по уже поспевшим плодам иметь возможность здраво судить о свойствах почв и знать, что может хорошо на ней расти». Работа А.П. Карпинского, который по праву считается основоположником биоиндикационного использования растений, который отметил определенную приуроченность растений к различным горным породам, была опубликована еще в 1841 г.

Произрастание растений определенного вида на территории с наличием в почвах повышенных концентраций некоторых микроэлементов дало начало развитию биологических и биогеохимических методов поисков полезных ископаемых.

Собственно биогеохимические методы представляют собой исследование химического состава различных объектов живой природы (растительность, животные и т.д.). Из этих методов наиболее широко распространенным является фитогеохимический. Так, например, было показано высокое содержание цинка в галмейной фиалке, произрастающей на галмейных почвах в районах месторождений цинка, бария – в растениях на почвах с баритом, бериллия – в растениях районов, богатых турмалином и т.п. (Ферсман, 1934; Виноградов, 1954, 1957 и др.). С другой стороны, было выяснено, что существует закономерное избирательное накопление растениями определенного вида некоторых химических элементов независимо от места их произрастания. В силу толерантности ряда растений к воздействию химических факторов окружающей среды и наличию адаптивных форм, повышенные концентрации элементов не всегда приводят к возникновению специфической морфологической изменчивости (Ковальский, 1974 и др.). Поэтому более широкое развитие получили биогеохимические методы исследования, основанные на определении химического состава растительности с одновременным изучением химического состава почв. Благодаря развитию этих методов, которые дополняют комплекс исследований, проводимых при поиске месторождений полезных ископаемых, стали известны многие механизмы накопления в растительности различных макро- и микроэлементов.

К началу ХХ века был накоплен значительный материал как геоботанического, так и химического характера, который указывал на тесную взаимосвязь между растением и окружающей средой. Возможность применения биогеохимии для поисков месторождений никеля, кобальта, меди, хрома, свинца, молибдена селена и др. элементов подчеркивалось в работах А.Е. Ферсмана (1939), Д.П. Малюги (1963), А.Н. Перельмана (1955), Е.Т. Шаховой (1958), Х.Л. Кэннон (1957) и многих других.

Современные основы биогеохимического метода поисков заложены в работах С.М. Ткалича, А.П. Виноградова, В.В. Поликарпочкина, А.Л. Ковалевского, и др. За рубежом – С. Палмквиста, Н. Брундина, Г.В. Уоррена, Х.Л. Кэннон, Р.Р. Брукса и др. Накоплен значительный положительный опыт его применения (Ковалевский, 1984; Ивашов, 1991; Талипов, 1988 и др.). Применение биогеохимического метода способствовало открытию ряда месторождений. Так, в Британской Колумбии (Канада) путем анализа хвои и ветвей деревьев обнаружили молибденовое месторождение Эндако и медно – молибденовое Бетлехем (Warren e.a., 1970), а на юго – востоке США группа небольших месторождений урана открыта в итоге анализа золы астрагалов, ветвей деревьев и кустарников. Подобные открытия были сделаны и в бывшем СССР (месторождение молибдена в Бурятии и др.) и в других регионах (Добровольский, 1983).

Химические элементы избирательно накапливаются теми или иными растениями, а уровень их накопления в различных частях может существенно отличаться.

В различных ландшафтных и климатических условиях в одних и тех же растениях они накапливаются по-разному. Это является определенным ограничением использования метода биогеохимии для широкого применения в поисковой геохимии.

Одним из важнейших научных результатов развития биогеохимических методов поиска является появление учения о биогеохимических провинциях, созданное А.П. Виноградовым (1954), развивающееся в работах В.В. Ковальского (1974) и др.

В основе биоиндикации лежат реакции организмов на воздействие факторов окружающей среды. Антропогенные воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, с другой – обуславливают антропогенную модификацию уже имевшихся природных факторов и тем самым изменение свойств биологических систем. Если эти новые параметры значительно отклоняются от соответствующих исходных величин, то возможна биоиндикация. Соответственно, организмы, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться при их оценке, называются биоиндикаторами.

При биоиндикации изменение биологических систем всегда зависит как от антропогенных, так и от природных факторов среды (Захаров,1993).

Для оценки влияния антропогенного фактора используются как дикая растительность (природная), так и культурная, сельскохозяйственная. Широкое использование растительности и ее микроэлементного состава в качестве индикатора обусловлено тем, что они одни из первых испытывают на себе техногенное влияние.

Изучение индикаторных свойств и региональных геохимических особенностей растений актуально в настоящее время еще и в связи с поисками новых параметров экологического нормирования территории. Биоиндикация, рассматривающая реакцию биосистем на стрессоры, в совокупности с экотоксикологией, создает диагностическую базу для анализа антропогенных изменений экосистем. Экодиагностика создает основу для формирования целого ряда направлений прикладной экологии, одним из которых и является получение экологических нормативов. Проблемы нормирования нагрузок на экосистемы обсуждаются у нас в стране уже более двух десятилетий, однако ни одна из имеющихся концепций не позволяет ответить на все вопросы, возникающие в практике. Степень изменения экосистем под воздействием предприятий с различными технологическими циклами невозможно оценить без предварительного представления о геохимических особенностях природных и биологических сред локальных территорий, регионов. Поскольку изменение биогеохимических циклов происходит в пространстве и во времени, постольку и параметры экологического нормирования должны быть связаны с геохимическими особенностями природных сред и изменяться в зависимости от их антропогенной трансформации.

Показатели микроэлементного состава растительного сырья важны с точки зрения человека, поскольку многие растения являются источником питания, а также лекарственным сырьем. Применение растительного лекарственного сырья в настоящее время становится все более популярным, ведется его интенсивный сбор, а исследования микроэлементного состава не всегда проводятся в достаточно полном объеме.

Метод биоиндикации территории по микроэлементному составу биообъектов можно с успехом применять в геохимической экологии для оценки загрязнения экосистем вследствие формирования техногенных потоков минерального вещества под влиянием антропогенного воздействия промышленных производств, а также в качестве основы для разработки экологического нормирования территорий.

Вариант задачи выбирается для студентов очного обучения по номеру в списке группы, а заочного – по номеру зачетной книжки (табл.1).

Материал по теме «Эколого-геохимическая оценка территории района города по данным биогеохимической съемки» предлагается в виде реальных данных, которые были получены в ходе проведения научно-исследовательских работ на территории гг. Междуреченска и Стрежевого по заданию городских комитетов экологии.

Таблица 1

Номера заданий для студентов

Номер контрольной работы	Характеристика задания
г. Междуреченск
	Вариант I-I
	Вариант I-II
	Вариант I-III
	Вариант I-IV
	Вариант I-V
	Вариант I-VI
	Вариант II-I
	Вариант II-II
	Вариант II-III
	Вариант II-IV
	Вариант II-V
	Вариант III-I
	Вариант III-II
	Вариант III-III
	Вариант III-IV
	Вариант III-V
г. Стрежевой
	Вариант I-I
	Вариант I-II
	Вариант I-III
	Вариант I-IV
	Вариант I-V

Характеристика объектов исследований

Город Междуреченск

Город Междуреченск расположен в предгорьях Кузнецкого Алатау на слиянии рек Томь и Уса в пойменной заболоченной низменности, осушенной в ходе строительства жилых кварталов (рис. 1). Искусственный грунт, использованный в качестве засыпки заболоченной поймы, является преимущественно местным, частично привозным.

В геологическом отношении город расположен на сочленении двух крупных орогенных структур – Западно-Сибирской низменности и Алтае-Саянской складчатой области, на стыке Кузнецкого бассейна и складчатого сооружения Кузнецкого Алатау. Отложения Кузнецкого бассейна представляют мощную толщу относительно однородных осадков, подразделение которых основано на литологических и биостратиграфических данных. В пределах палеозойских отложений выделяются две мощные серии осадков – балахонская и кольчугинская. Каждая из этих серий начинается безугольными отложениями, а затем мощные пласты угля.

Город находится в умеренном поясе. Ветровой режим определяется положением города в пределах субширотной впадины. Преобладают ветры восточного, юго-восточного и северо-восточного направлений.

Летом отмечаются кратковременные обильные осадки, а зимой мощный снеговой покров.

На городской территории преобладают искусственные грунты, а естественные почвы отсутствуют. Облик города характеризуют насыпи, дамбы и постоянно засыпающиеся отвалами горных пород и золой болота.

Следующий компонент ландшафта – лесонасаждения, лесопарки, плодово-ягодные участки частного сектора – сосредоточены в черте города на трех участках: в северной части Восточного района, в пределах Сыркаши и турбазы «Восход». В целом выделяются 4 типа городских территорий: промышленные зоны, жилые селитебные зоны, естественные леса (р. Сыркаши) и искусственные лесопосадки.

Промышленные зоны

Основным источником загрязнения атмосферы являются предприятия, отопительные котельные, автотранспорт, а также шахты и угольные разрезы. Большинство предприятий сосредоточены в южной части города, котельные же расположены по всему городу, преимущественно в его центральной части. В атмосферу от них поступают пыль, сернистый газ, окись углерода, окислы азота, а также такие тяжелые металлы, как свинец, цинк, хром и др…

Значительную долю в загрязнение вносит также транзитная железнодорожная трасса Абакан – Новокузнецк.

Жилые селитебные зоны

На территории города, имеющей площадь 15 км², проживает более 100000 человек. Основной жилой фонд составляет 2х-3х этажные дома, реже 9-ти этажные дома. По окраинам города (Старое Междуречье, Сыркаши, Нахаловка, п.Притомский) много деревянных домов с печным отоплением. Отапливаются они каменным углём из различных объектов добычи.

Восточная часть города (Сыркаши) – наиболее возвышенная, заселённая, практически не содержит источников загрязнения. Аномалии, выявляемые здесь, могут иметь естественную геологическую природу.