Problems of integrated assessment of pollution of the geological environment

Dubrova S.V. (SPSU, Saint-Petersburg);

Kurilenko V.V., Prof., Dr. of Sc (SPSU, Saint-Petersburg)

Одной из основных проблем крупных мегаполисов на сегодняшний день остается нарушение и загрязнение приповерхностной геологической среды. Геохимическое воздействие характерно практически для любых видов техногенеза, имеет повсеместное распространение, протекает в течение всего времени использования территории и отражается на всех составляющих природного комплекса. Грунты являются динамически развивающимся природным ресурсом, имеющим основополагающее значение для жизни человека в городской среде. Благодаря своей матричной структуре они принимают основную долю техногенной нагрузки (Luo и др., 2007), концентрации в них тяжелых металлов и органических соединений являются отражением («зеркалом») накопленного эколого-геологического ущерба. Можно утверждать, что на территории мегаполисов формируются особые техногенные грунты: реплантозёмы, урбаноземы, урбоестестенные почвы (Попова и Наквасина, 2013), с характерными физико-химическими особенностями. Существует большое количество работ по оценке экологического риска здоровью человека и оценке загрязнения компонентов окружающей среды мегаполисов (Suwanteep и др., 2016; Igondova и др., 2016; Artmann, 2016), но очень редко в исследованиях учитывает аспект землепользования в качестве индикатора (Головин и др., 1996), оказывающего сильное влияние на концентрации тяжелых металлов в грунтах.

Во II половине XX века, в связи с развитием «симбиоза» математики и геохимических методов поисков полезных ископаемых, в значительной степени продвинулось научно-прикладное направление, связанное с моделированием внутренних процессов эколого-геологических систем. Проблема связи природных и техногенных потоков веществ плодотворно развивалась в работах В.А. Снытко (Снытко и др., 1990), V. Cvetkovic (Cvetkovic и др., 2006), Z. Karim (Karim и др., 2014) и других исследователей на примерах достаточно конкретных геологических объектов (месторождений топливно-энергетического комплекса и других геологических тел). В данных исследованиях тема миграции вещества рассматривалась в свете термодинамических и прикладных математических исследований, большее внимание уделяется физико-химическим особенностям процесса. При этом, сам концептуальный подход и его презентация, как отдельного перспективного направления для области техногенеза в целом, не до конца осознаны. Что касается пространственно-геологического представления, в большинстве случаев, работы в этой области носят либо достаточно общий характер, основываясь на базовых принципах круговорота веществ (Van der Voet и др., 2013), или же являются частью комплекса решений конкретных прикладных задач объектов исследования.

Необходимо по-новому подойти к пониманию геохимической связи территориальных единиц (ландшафтов), проходящей путем «потока» миграции веществ как динамической составляющей эколого-геологических систем. Сохраняя пространственное геологическое представление, приемы которого положительно сказываются на составлении моделей и последующей их интерпретации, с помощью простых методик математической обработки данных возможно выстроить понятную, но в то же время, реалистичную модель миграции потока вещества в антропогенно-модифицированных геологических телах и на прилегающих к ним территориях с учетом природных характеристик (геохимической разности материнских пород и их состава) и типа использования, то есть с применением функционального эколого-геологического зонирования (Dubrova и др., 2015).

Применение методов математической обработки данных является важной и перспективной составляющей для моделирования геохимических процессов (Bermudez и Garcıa-Garcıa, 2012). Физико-химическое направление исследований в области потенциального воздействия контрастных в геохимическом плане геологических объектов на территории города (полигонов бытовых и промышленных отходов, золошлаковых отвалов, хвостохранилищ, исторических промышленных зон) на окружающую среду позволяет связать точные экспериментальные данные с геологическими наблюдениями о закономерностях природных ассоциаций элементов, дать количественную оценку условий, при которых возможно возникновение и изменение данных ассоциаций. Интегральная оценка состояния природных экосистем «геологическое тело - окружающая среда» позволяет довести результаты эколого-геохимического анализа до расчетного, строго контролируемого решения - построения модели.

Учитывая тот факт, что техногенная нагрузка рассеивается в геосферах важной задачей остается выделение «чистой» (абсолютной) ее составляющей воздействия. Разграничения таких характеристик как геохимический фон, статическая составляющая загрязнения, динамическая компонента потоков миграции вещества, предположения о структуре взаимосвязей между миграцией различных элементов могут служить первоначальным большим шагом к пониманию особенностей миграции и, главное, к управлению процессами в геологической среде.

Разработка и обоснование модели миграции потоков вещества (техногенного и природных) является единственным возможным методом решения проблем оценки состояния экосистем, находящихся «ниже по течению», то есть в пределах сопряженных геохимических ландшафтов (Jordana и Szucsab, 2011). Оперирование при этом стандартным набором информации, используемым в геоэкологических изысканиях (в значительной мере увеличивает доступность методики и удобство ее использования без необходимости проведения дополнительных трудоемких исследований.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Luo W., Lu Y.L., Giesy J.P., Wang T., Shi Y., Wang G., Xing Y. Effects of land use on concentrations of metals in surface soils and ecological risk around Guanting Reservoir, China // Environmental Geochemistry and Health, 2007. 29(6). P. 459-471. (DOI: 10.1007/s10653-007-9115-z)

2. Попова Л.Ф., Наквасина Е.Н. Интенсивность накопления и перераспределения тяжелых металлов в вомпонентах почвенно-растительного покрова различных функциональных зон г. Архангельска. // Экология и промышленность России, 2013. 1. С. 47-51.

3. Suwanteep K., Murayama T., Nishikizawa S. Environmental impact assessment system in Thailand and its comparison with those in China and Japan // Environmental Impact Assessment Review, 2016. 58. P. 12-24. (DOI: 10.1016/j.eiar.2016.02.001)

4. Igondova E., Pavlickova K., Majzlan O. The ecological impact assessment of a proposed road development (the Slovak approach) // Environmental Impact Assessment Review, 2016. 59. P. 43-59. (DOI: 10.1016/j.eiar.2016.03.006)

5. Artmann, M. Urban gray vs. urban green vs. soil protection — Development of a systemic solution to soil sealing management on the example of Germany // Environmental Impact Assessment Review, 2016. 59. P. 27-42. (DOI: 10.1016/j.eiar.2016.03.004)

6. Головин А.А., Морозова И.А., Трефилова Н.Я., Гуляева Н.Г. Учет и оценка природных ресурсов и экологического состояния территорий функционального использования. М.: ИМГРЭ, 1996, 98 с.

7. Снытко В.А., Мартынов А.В., Семенова Л.Н. Ландшафтно-геохимическая оценка антропогенной трансформации геосистем Прибайкалья // Вопросы геохимии и экологии Восточной Сибири, 1990. С.53-58.

8. Cvetkovic V., Martinet P., Baresel C., Lindgren G., Nikolic A., Molin S., Carstens C. Environmental Dynamics: an Introduction to Modeling Anthropogenic Impact on Natural Systems. Course Compendium for Environmental Dynamics/ Physical Processes. Department of Land and Water Resources Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, US AB Universitetsservice, 2007, 187 p.

9. Karim Z., Qureshi. B.A., Mumtaz. M., Qureshi S. Heavy metal content in urban soils as an indicator of anthropogenic and natural influences on landscape of Karachi e a multivariate spatio-temporal analysis // Ecol. Indic., 2014. 42. P. 20-31. (DOI: 10.1016/j.ecolind.2013.07.020)

10. Van der Voet E., Salminen R., Eckelman M., Mudd G., Norgate T., Hischier R. Environmental Risks and Challenges of Anthropogenic Metals Flows and Cycles. Report of the Working Group on the Global Metal Flows to the International Resource Panel. Paris: United Nations Environment Programme, 2013, 232 p.

11. Dubrova, S.V., Podlipskiy, I.I., Kurilenko, V.V., Siabato, W. Functional city zoning. Environmental assessment of eco-geological substance migration flows // Environmental Pollution, 2015. 197. P. 165-172. (DOI: 10.1016/j.envpol.2014.12.013);

12. Bermudez A., Garcıa-Garcıa L. Mathematical modeling in chemistry. Application to water quality problems // Appl. Numer. Math., 2012. 62 (4). P. 305-327.

13. Jordana G., Szucsab A., 2011. Geochemical Landscape Analysis: Development and Application to the Risk Assessment of Acid Mine Drainage. A Case Study in Central Sweden // Landscape Research, 2011. 36(2). P. 231-261. (DOI:10.1080/01426397.2010.547569)

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПОНЕНТОВ СРЕДЫ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЭЦ И ЗОЛОШЛАКООТВАЛА (КИРОВСКИЙ РАЙОН, Г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ)

Ельмеева А.П. (СПбГУ, Санкт-Петербург),

науч. рук. Подлипский И.И., доц., канд. геол.-мин. наук (СПбГУ, Санкт-Петербург)