Исследователь Исследователь

Исследователь
  
новости  |  о проекте  |  карта сайта  |  форум  |  подписка на новости
Разделы сайта

Другие материалы
ПРАКТИКА
Версия для печати

Содержание тяжелых металлов в почвах островов Баренцева моря и Москвы.


Автор: Альметова Анна
Научный руководитель: Шевченко Владимир Петрович

Введение

Людей с давних времен интересует — откуда берутся частицы в воздухе (аэрозоли) над морями и океанами, на большом удалении от суши. Понятно, что они попадают туда под действием ветра, но возникает вопрос — откуда, из какого района эта пыль поступила. В то же время аэрозольные частицы, выпадающие из атмосферы, вносят свой вклад в формирование состава почв. Особый интерес в последнее время вызывает Арктика.

Целью нашей работы является сопоставление состава поверхност ного слоя почв из районов, окружающих Баренцево, море с составом аэрозолей над ним. Для этого мы изучили пробы почв, собранных на арктических островах сотрудниками Института океанологии РАН и сравнили их состав с литературными данными о составе аэрозолей.

Литературный обзор

Аэрозолем называется совокупность мельчайших частиц или жидких капелек, взвешенных в газовой фазе [Бримблкумб, 1988]. Размеры аэрозольных частиц сравнительно невелики. Они составляют от 0,002 до 100 мкм. Содержание же аэрозольных частиц в воздухе также невелико, и мы обычно не замечаем их.

По происхождению аэрозольные частицы делятся на первичные (образовавшиеся на земле) и вторичные (образовавшиеся в результате химических реакций) [Бримблкумб, 1988].

К первичным частицам относятся частицы биологического происхождения (пыльца, микроорганизмы, растительные ткани и т. д.) Множество частиц образуется при разложении опавшей листвы. Также существуют растения, способные напрямую выделять частицы в воздух. Одним из источников частиц являются лесные пожары. В результате этих пожаров может образоваться до нескольких тонн пепловых частиц на гектар. Очень значительный вклад в образование аэрозольных частиц вносят процессы выветривания, в частности пылеобразования.

Поступление аэрозольных частиц из атмосферы является одним из важнейших источником осадочного вещества в океане. Для Северного Ледовитого океана имеются противоречивые оценки вклада аэрозолей в современное осадконакопление. И пока отсутствуют попытки оценить почвы окружающей суши как источник аэрозольных частиц над арктическими морями.

Почвы — один из основных компонентов природной среды, и в их свойствах отражаются сложные взаимодействия литосферы и биосферы. Почвенные процессы влияют на растительный покров и фауну, формируют растительные ассоциации, образуют верхнюю активную оболочку земного шара [Лобова, Хабаров, 1983].

Формации криогенных, нейтральных и слабокислых насыщенных почв арктического климата распространены на островах Северного Ледовитого океана (Шпицберген, Земля Франца Иосифа, Северная Земля, северная часть Новосибирских островов и др.) и на севере полуострова Таймыр. Среднегодовая температура здесь колеблется от -11° до -16°С. В январе — от -27° до -36° С, в июне — от +0,7° до -1,6° С. Осадки выпадают преимущественно в твердом виде в количестве 100—300 мм. Растительность крайне разреженная. Господствуют водоросли, накипные и другие лишайники и мхи.

Почвообразующими породами на арктических островах являются щебнистый элювий и делювий массивных кристаллических и плотных осадочных пород, а также моренные, морские и аллювиальные отложения различного механического состава, преимущественно сильно щебнисто-каменистые. В развитии арктических почв большую роль играет мерзлота. Господствует физическое выветривание.

Арктические (типичные) почвы развиты главным образом на невысоких плато, планерных водораздельных возвышенностях и на абразионно- аккумулятивных морских террасах под мохово-разнотрав но-злаковой растительностью. Реакция почв слабокислая и нейтральная (рН от 6 до 7), реже слабощелочная. Арктические пустынные почвы встречаются в более суровых условиях. Значительные пространства здесь занимают щебнистые элювиальные-делювиальные отложения, каменные россыпи, эоловые пески. На оголенных участках грунты слабо затронуты почвообразованием или покрыты тонкой почвоплен кой с цианобактериями. Арктические болотные почвы распростране ны на участках, увлажненных талыми проточными водами ледников. В устьях рек, заливаемых морскими водами, встречаются маршевые солончаки, а на птичьих базарах — биогенные аккумуляции.

Основными составными частями почвы являются минеральные частицы и органическое вещество (перегнивающие остатки растений и животных). Среди минералов наиболее распространенными в составе арктических почв являются кварц, полевые шпаты, глинистые минералы, кальцит [Зверева, Игнатенко, 1983].

Почвенный покров Московского региона пережил длительную эволюцию, прежде чем сформировался в естественном виде. Исходные московские почвы были представлены подзолистыми и дерново-подзо листыми разностями, сформированными на пестрых по литологичес кому составу отложениях. На территории Москвы они сохранились в лесопарках, а в районах интенсивного освоения погребены под культурным слоем или сильно трансформированы.

Городские почвы представляют собой сложные и быстро развивающиеся природно-антропогенные образования. Основные отличия городских почв от природных обусловлены интенсивным накоплением антропогенных отложений («культурного слоя») особого состава и строения.

Наиболее полно почвенно-культурный слой изучен в центральной части Москвы. В основании залегает исходная почва, обычно дерново-подзолистая, супесчано-суглинистого состава, сформированная на ледниковых, водно-ледниковых, покровных и аллювиальных отложениях. На поверхности исходной почвы залегает толща техногенных отложений средней мощностью около 3-х м на водоразделах и до 20 м в понижениях рельефа. Для этой толщи в отличие от исходных почв характерна слоистость, наличие техногенных включений, каменистость, загрязненность рядом химических элементов, щелочность.

Интенсивное строительство и рост промышленного производства вызывают определенные изменения в почвенном покрове — он подвергается подкислению, подщелачиванию, засолению, обогащению тяжелыми металлами, а в ряде случаев и полностью уничтожается. В результате на большей части территории города верхний естественный почвенный слой разрушен или практически полностью изменен.

Накопление элементов-загрязнителей в городских почвах происходило в течение всего периода урбанизации территории. Промышленное загрязнение почв идет, в основном, через атмосферу путем осаждения паров, аэрозолей, пыли или растворенных соединений токсикантов с дождем и снегом. Основная доля токсикантов попадает в воздух из дымовых труб заводов и вентиляционных каналов. Большая часть их осаждается вблизи предприятий, некоторая часть тяжелых металлов переносится атмосферными потоками на некоторое расстояние и выпадает в пределах от 3—4 до 8 км от места выброса. Токсиканты, попадающие в атмосферу из выхлопных труб автотранспорта, осаждаются как правило вблизи автотрасс города. Распространенность загрязнения и направления движения потоков загрязняющих веществ зависят от скорости и направления ветров, высоты труб, дисперсности частиц и их плотности, рельефа местности, растительного покрова.

Атмосферные аэрозоли, содержащие токсичные элементы, могут возникать за счет эрозии почвы, которая является одновременно коллектором и вторичным источником загрязнений. Почвенный слой аккумулирует около 90% поступающих тяжелых металлов. Горизонты почвы являются физико-химическим барьером на пути химических поллютантов. Эрозионное разрушение почвенного покрова в городских условиях приводит к тяжелым экологическим последствиям, т. к. часть почвенных поллютантов вновь оказывается в воздушной среде.

Загрязнение почв может происходить за счет организованных и регламентированных поверхностных сбросов твердых отходов, жидкого стока с растворенными и взвешенными токсичными соединениями. Существенным источником загрязнения почвенного покрова являются также промышленные и бытовые свалки.

Опасность загрязнения почв для человека заключается в том, что при взаимодействии ассоциаций тяжелых элементов с почвенным покровом, последний приобретает токсические свойства, которые могут иметь различные проявления. В результате миграционных процессов элементы-загрязнители и их соединения из почвы мигрируют в природные воды, поглощаются растениями, поступают в пищевые цепи, а затем в организм человека. Все это представляет реальную угрозу для здоровья человека, а особенно детей.

До недавнего времени важнейшими загрязнителями считались, главным образом, пыль, угарный и углекислый газы, окислы серы, азота, углеводороды, синтетические органические вещества, радиоактивные изотопы. Тяжелым металлам и их соединениям уделялось значительно меньше внимания. Проведенные в разные годы исследова ния выявили неуклонный рост загрязнения почв тяжелыми металлами как в пространственном, так и в количественном отношениях. Это прежде всего связано с проявлением острых токсикозных эффектов, вызванных попаданием в организм человека ртути, свинца, кадмия и других металлов. Именно для тяжелых металлов характерно воздействие на здоровье людей с отдаленными последствиями. В настоящее время тяжелые металлы занимают второе место по распространеннос ти относительно других загрязнителей.

Наиболее сильное техногенная нагрузка ложится на Центральный, Северный, Северо-Восточный, Восточный, Юго-Восточный и Южный округа. В Центральном округе, а также на большей части Юго-Восточного округа распространены свинец, вольфрам, цинк, никель, олово, хром и кадмий.

Области максимального загрязнения почв приурочены к промышленным зонам с наибольшей концентрацией разнопрофильных производств и крупных автотранспортных магистралей. Плотность распределения промышленных предприятий на территории города далеко неравномерно. Соответственно, и содержания микроэлементов в почвах отдельных территориальных единиц достаточно резко различаются. К сожалению, в виду крайней скученности разнопрофильных производств не представляется возможным проследить конкретные связи территорий, подверженных техногенному загрязнению определенного типа, с источниками загрязнения.

В данной работе мы рассматриваем состав почв, собранных на островах, окружающих Баренцево море. Баренцево море — самое западное из окраинных морей Северного Ледовитого океана — условно ограничено островами Вайгач, Новая Земля, Земля Франца Иосифа, Шпицберген и Медвежий, а на юге северным берегом Европы. Его площадь 1424×103 км2, объем воды 316×103 км3, средняя глубина 222 м, максимальная глубина — 600м [Добровольский, Залогин, 1992].

Материалы и методы

Автор данной работы совместно с научными сотрудниками Института океанологии РАН и Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) участвовала в изучении состава проб почв, отобранных В. П. Шевченко на островах, расположенных в северной и восточной частях Баренцева моря, в 11-м рейсе научно-исследовательского судна «Академик Сергей Вавилов» в сентябре-октябре 1997 г. (21 проба), и сотрудниками ИМГРЭ в Центральном округе г. Москвы (99 проб). Отбор проб производился с поверхности почвы (глубина около 5 см) в количестве 200 г каждая. Перед проведением анализов пробы почвы подсушивались, затем дробились и просеивались через металлическое сито с диаметром отверстий 0,5 мм для получения навески приблизительно в 50 г, затем истирались на микроистирателе ИВ. Микро в течение 7 мин каждая. Содержания интересующих нас химических элементов в пробах почв определено методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа на многоканальном спектрометре СРМ-25. Точность измерения определяемых элементов составляет до 2—3 %. Навеска проб составляет 3 г. Результаты анализа выводятся на дисплей ЭВМ, обсчет результатов осуществляется автоматически также с помощью ЭВМ.

Статистическая обработка данных проведена с использованием стандартной программы Excel.

Результаты и их обсуждение

В наших пробах почв арктических островов самым распростра ненным минералом является кварц, вторыми идут полевые шпаты. Аналогичный минеральный состав имеют и аэрозоли, изученные над Баренцевым морем летом 1994 г. [Шевченко и др., 1997].

Содержание органического углерода (Cорг) в наших пробах почв характеризуется сильной изменчивостью: от 0,26 % в пробе № 1, отобранной на острове Гукера, архипелаг Земля Франца-Иосифа, до 23,7 % в пробе № 11, отобранной на о-ве Вайгач (табл.1; рис.1). В пробах с высоким содержанием Cорг много растительных остатков, в том числе очень мелких волокон. После выдувания ветром эти органические волокна могут переноситься по воздуху на сотни километров. Скорее всего, они и составляют основную часть растительных волокон, обнаруженных в аэрозолях над арктическими морями [Шевченко и др., 1997].

Еще одним признаком яляется отношение содержания в пробах таких компонентов как SiO2 и Al2O3. Для наших проб почв оно в среднем равно 5,2, а для аэрозолей Баренцева и Карского морей 4,4 [Shevchenko et al., 1998]. Мы видим, что разница здесь небольшая.

Аэрозольные частицы, в том числе выбрасываемые в воздух в результате работы промышленности, могут переноситься на большие расстояния и затем осаждаться на поверхность почвы (рис. 2). Сравнение среднего содержания меди и никеля в почвах о. Вайгач, побере жья залива Русская Гавань (архипелаг Новая Земля), о. Гукера (архипелаг Земля Франца-Иосифа) с средним составом земной коры [Taylor, 1964], аэрозолей Баренцева моря [Шевченко и др., 1997] и почв крупных промышленных центров — Норильска и Кольского п-ва [Евсеев, Красовская, 1996] показало, что аэрозольное загрязнение почв на удалённых арктических островах практически не отмечается .

Выводы

Исследование поверхностного слоя почв арктических островов, окружающих Баренцево море, показало, что их состав по ряду признаков (минералогия, наличие растительных волокон) близок к составу нерастворимой в воде части аэрозолей над арктическими морями, что свидетельствует о том, что почвы островов являются важным источником морских аэрозолей Арктики. На островах Баренцева моря почвы практически не загрязнены тяжелыми металлами, переносимыми аэрозольным путем от крупных промышленных центров.

Список литературы.

  1. Баев А. С., Бударин В. Ф., Буренин Н. С. и др. Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопаснос ти в Санкт-Петербурге в 1997 г. СПб: НИИ Химии СпбГУ, 1998. 306 с.
  2. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. М.: Госгеолтехиздат, 1956. 558 с.
  3. Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы. М.: Мир, 1988. 351 с.
  4. Добровольский А. Д., Залогин Б. С. Региональная океанология. М.: Издательство МГУ, 1992. 224 c.
  5. Евсеев А. В., Красовская Т. М. Эколого-географические особенности природной среды районов Крайнего Севера России. Смоленск: СГУ, 1996. 232 с.
  6. Зверева Т. С., Игнатенко И. В. Внутрипочвенное выветривание минералов в тундре и лесотундре. М.: Наука, 1983. 231 с.
  7. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. Перевод с англ. М.: Мир, 1989. 439 с.
  8. Лобова Е. В., Хабаров А. В. Природа мира. Почвы. М.: Мысль, 1983.
  9. Мосеева Д. П., Шулепина Н. А., Троянская А. Ф., Богданович Л. М., Коптеева Н. В., Рубцова Н. В. Нефтепродукты и тяжелые металлы в почвах южных районов Архангельской области. — В кн.: Почвенные исследования на Европейском Севере России. Архангельск. 1996. С. 120—127.
  10. Ушаков С. А., Комарова Н. Г., Ромина Л. В. Москвоведение. Природа и экология. Учебное пособие. М.: Издат. отдел УНЦ ДО МГУ, 1997. 206 с.
  11. Шевченко В. П., Виноградова А. А., Иванов Г. И., Лисицын А. П., Серова В. В. Распределение и состав аэрозолей Западной Арктики. — Доклады Академии наук. 1997. Т.355. № 5. С. 673—676.
  12. Щулепников М. Н. Активационный анализ. — В кн.: Химическая энциклопедия. Т.1. Гл. ред. И. Л. Кнунянц. М.: Советская энциклопедия, 1988. С. 72—73.
  13. Shevchenko V. P., Lisitzin A. P., Stein R., Serova V. V., Isaeva A. B., Politova N. V. The composition of the coarse fraction of aerosols in the marine boundary layer over the Laptev, Kara and Barents Seas. — In: Kassens H. et al. (eds.), Land-Ocean Systems in the Siberian Arctic: Dynamics and History. Berlin: Springer-Verlag, 1999. P. 53—59.
  14. Taylor S. R. The abundance of chemical elements in the continental crust — a new table.— Geochem. Cosmochem. Acta. 1964. V. 28. P. 1273—1285.
на первую страницу | наверх

© 2002-2011 Разработка сервера: Межвузовский "Физтех-центр". Администратор сайта : admin@researcher.ru
При создании сервера использованы АРП-технологии.

Arp.site