Корнієнко Марія Василівна
Факультет: Екології й хімічних технологій
Кафедра корисних копалин та екологічної геології
Спеціальність: Екологічна геологія
Тема випускної роботи:
Закономірності розподілу токсичних елементів у грунтах у зв'язку з різноманітними антропогенними джерелами забруднення на прикладі Донбасу
Керівник: Виборов Сергій Герасимович, кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент
АВТОРЕФЕРАТ
Актуальність теми
Відомо, що токсичні елементи небезпечні для життя і здоров'я людей. Рівень їх небезпеки визначається концентрацією і формою знаходження. В даний час існує нормативна база, що визначає гранично-допустимі концентрації для змістів деяких елементів у грунтах. Природний характер розподілу токсичних елементів у грунті визначається фоновими концентраціями. Існуючі природні закономірності порушуються, утворюються техногенні аномалії, які ще слабо вивчені. Їх необхідно вивчати для визначення ступеню небезпеки забруднення грунтів території, розмежування зон впливу окремих джерел забруднення. Без вирішення цих важливих питань не можна розробити ефективні природоохоронні заходи, спрямовані на захист територій від забруднення токсичними елементами. З урахуванням того, що основним джерелом забруднення грунтів є забруднене викидами атмосферне повітря, вивчення закономірностей розподілу токсичних елементів у грунтах дозволяє розібратися з умовами та напрямами міграції компонентів антропогенних викидів.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Робота виконується для розробки та вдосконалення методики моніторингу стану грунтів в зонах впливу підприємств і в умовах риси м. Донецька в тісній співпраці з ПГП «Артемівська гідрогеологічна партія». Моніторинг грунтів м. Донецька включений в програму природоохоронних заходів місцевого значення м. Донецька на 2008 і 2009 р.р.
Мета та завдання розробки дослідження
Метою роботи є вивчення закономірностей розподілу токсичних елементів в грунтах для оцінки ступеня небезпеки, масштабів їх забруднення, визначення та розмежування зон антропогенного впливу джерел забруднення.
Ідея роботи. На підставі вивчення характеру розподілу токсичних елементів в грунтах зон впливу різних джерел антропогенного впливу визначити геохімічну спрямованість процесів забруднення, провести зіставлення геохімічних спектрів аномалій та обгрунтувати правомірність визначення та розмежування зон їхнього впливу.
Завдання дослідження:
- Вивчити природні і антропогенні фактори, що впливають на розподіл токсичних елементів у грунтах;
- Вивчити природні та антропогенні процеси міграції та локалізації токсичних елементів у грунтах;
- Дослідити ландшафтно-геохімічні умови території;
- Вивчити концентраційну і асоціативну зональність ореолів антропогенного забруднення;
- Зіставити геохімічні параметри ореолів забруднення у зв'язку з діяльністю різнорідних антропогенних джерел;
- Вивести геохімічну формулу кожного об'єкта.
Предметом дослідження є грунти зон впливу різних джерел антропогенного впливу.
До об'єктів дослідження відносяться зони впливу Слов'янської, Луганської, Курахівської, Старобешівської, Зуївської ТЕС, ЗАТ «ДМЗ», Ларинського полігону ТПВ, Ларинського полігону ПСО, мулонакопичувача Моспінського УПП, КП «Макіївський міськводоканал», териконів № 1-7 Гілка і № 1 ш . ім. Горького.
Методами дослідження є:
- Комплексний аналіз вихідних даних;
- Складання вибірки для дослідження структури досліджуваних об'єктів;
- Статистична обробка результатів аналізів;
- Дослідження просторових закономірностей (побудова та інтерпретація карт).
Наукова новизна
Наукова новизна полягає: в узагальненні матеріалу про стан грунтів зон впливу різних джерел забруднення (регіональних і локальних); в проведенні порівняльного аналізу ореолів забруднення зон впливу різних джерел забруднення; в отриманні закономірностей дозволяючих намітити регіональну антропогенну зональність у розподілі токсичних елементів у грунтах.
Практичне значення отриманих результатів
Складається в оцінці існуючого стану грунтів зон впливу джерел забруднення, у вдосконаленні методики з визначення, розмежування зон впливу джерел забруднення.
Апробація роботи
За матеріалами досліджень опубліковано тези доповідей на ХХ Всеукраїнську наукову конференцію аспірантів і студентів на теми: «Оцінка впливу викидів териконів на якість грунтів прилеглих територій» та «Проблема утилізації твердих побутових відходів в регіоні».
Основний зміст роботи
У першому і другому розділах магістерської роботи наведена загальна характеристика природних і антропогенних факторів та процесів міграції і локалізації токсичних елементів у грунтах. Антропогенні фактори пов'язані з характером джерела забруднення, його параметрами: інтенсивності викидів, висоти розсіювання шкідливих речовин, площі джерела (рисунок 1). Цим фактором визначається також набір забруднюючих речовин.
Рисунок 1 - Антропогенне джерело забруднення навколишнього середовища. GIF-анімація, 10 кадрів, зацикленне повторення, 12 кб.
На рисунку:
1 - Кислі гази (діоксид сірки та оксид азоту викидаються в атмосферу).
2 - Гази переносяться вітром.
3 - Гази розчиняються і утворюється кислотний дощ.
4 - Кислотні дощі знищують рослинність, забруднюють річки та струмки, і руйнують кам'яну кладку.
Природні чинники визначаються кліматичними та ландшафтно-геохімічними умовами. Кліматичний фактор включає в себе: переважний напрямок і швидкість вітру, кількість і періодичність атмосферних опадів, температуру повітря. Ці показники впливають на міграційні властивості забруднюючих речовин в атмосферному повітрі, поверхневому стоку при випаданні опадів. Ландшафтно-геохімічний фактор впливає на міграцію, локалізацію і подальший перерозподіл речовин в основних типах ландшафтів території. Основними характеристиками цього фактору є: характер рельєфу (вододіл, крутий або пологий схил, річкова долина, балочне пониження і ін.); геолого-структурні умови (в основному літологія і склад порід приповерхневоого підгрунтя частини розрізу); глибина залягання грунтових вод (особливо на ділянках підтоплення, заболочування); характер рослинного покриву; тип грунтів (мінеральна частина, особливо гранулометричний склад, органічна частина, мікробіологічний склад, вміст солі).
У третьому розділі описується методика вивчення закономірностей розподілу токсичних елементів.
Для Донбасу характерні високі показники регіонального геохімічного фону багатьох елементів у грунтах. Це обумовлено діяльністю великих регіональних джерел забруднення - промислових підприємств міст. При цьому грунти є акумуляторами техногенних викидів, як з боку промислових підприємств, так і з боку інших джерел антропогенного забруднення. Під дією різних факторів, наприклад, кислотних дощів, поступово багато хто з металів утворюють розчинні та високо токсичні з'єднання, які мігрують далі в біосферу в результаті вилуговування атмосферними опадами, споживання рослинами, під впливом ерозії і дефляції.
Щільність мережі спостереження, її параметри залежать від характеру джерела забруднення (від його площі і від інтенсивності і масштабності негативного впливу).
Для оконтурювання зон впливу майданних (полігони відходів, проммайданчик підприємств і т.д.) і точкових (переважно димові труби, площа розсіювання забруднюючих речовин з боку яких, залежить від їх висоти) джерел забруднення мережа випробування намічалася за системою радіальних профілів орієнтованих по сторонах світу і перетинаються в центрі джерела забруднення (ГОСТ 17.4.402-84, ГОСТ 17.4.3.01-83).
Радіальна мережа дозволяє оцінити площу зони впливу, обвести її межі і вивчити внутрішню будову ореолу забруднення, тобто закономірності розподілу забруднюючих речовин навколо джерела.
Згущення мережі відбувалося в міру наближення до кордонів джерел забруднення.
Вивчення ореолів впливу з боку накопичувачів відходів (полігони ТПВ та ПСО, мулонакопичувача, терикони) проводилося з видаленням крайніх точок на відстань до 800 м.
Вивчення ореолів впливу промпідприємств, де є значні викиди (металургійний завод, ТЕС) виконувалося з видаленням крайніх точок на відстань до 10 км.
Випробування грунтів в межах досліджуваних майданчиків виконувалося методом "конверта", коли з ділянки розміром 5х5 м з п'яти точок (по кутах майданчика та до її середині) відбираються п'ять точкових проб. При цьому з кожної точки відбирається приватна проба вагою 0,5 кг з глибини 0 - 20 см. Потім п'ять приватних проб об'єднуються, перемішуються, скорочуються методом квартування. У кінцевому підсумку відбирається одна проба об'єднана вагою 1,0 кг.
Проби відбиралися у поліетиленові пакети та постачалися етикеткою встановленого зразка.
Проби відбиралися спеціальним пробовідбірником, виготовленим з щільного пластику.
По закінченню відбору, проби вкладалися в ящики і прямували до лабораторії.
Хіміко-аналітичні дослідження проб грунтів проведені в центральній лабораторії ДРГП «Донецькгеологія» м. Артемівськ.
Після доставки проб в лабораторію, вони пройшли підготовку для аналітичних досліджень. Проби грунтів роздрібнили. Для цього використовували щокові дробарки ДГШ 100х60 або кульові млини. Надалі проби просіялися із застосуванням набору сит діаметром 0,5-0,1 мм. Просіяну частина перетерли до стану пудри (розмір часток 0,074 мм і менше) керамічними істірателями.
Лабораторні методи визначення забруднюючих речовин у грунті повинні відповідати вимогам НТД та забезпечувати визначення концентрацій компонентів на порядок нижче ГДК або на рівні фону. Методики визначення забруднюючих речовин повинні бути узгоджені з контролюючими органами [ГОСТ 17.4.4.02-84.].
Концентрації елементів визначалися із застосуванням хімічного аналізу для наступних токсичних елементів: Cd, Cu, Ni, Hg, Pb, Zn, Mn, V, Cr, Co, As.
Обробці піддалися 310 проб, що відібрані з 11 антропогенних джерел забруднення. Дані, отримані після аналізу, були оброблені за допомогою методів математичної статистики із застосуванням пакетів SPSS, MS Excel.
Отже, в першу чергу отримані дані польових робіт та лабораторних досліджень систематизувалися і проаналізувалися.
Далі, для оцінки ступеня небезпеки забруднення грунтів за результатами хімічного аналізу для кожної проби був розрахований сумарний показник хімічного забруднення (Zc) (формула 1):
Zс =
, (1)
де Кс - коефіцієнт концентрації елемента, що дорівнює відношенню його змісту в конкретній пробі до фонового змісту (Кс = С / СФ) і n - кількість проаналізованих елементів в конкретній пробі. У розрахунок приймаються Кс елементів > 1.
Отримав значення Zc, були сформовані шість вибірок з наступними показниками:
1) Zc <4 - грунти вважають мінімально забрудненими.
2) Zc 4 - 10 - грунти слабо забруднені.
3) Zc 10 - 16 - грунти середньо забруднені.
4) Zc 16 - 32 - грунти є сильно забрудненими.
5) Zc 32 - 128 - грунти дуже сильно забруднені.
6) Zc> 128 - грунти надзвичайно забруднені.
Наступним етапом, у вибірці з мінімальним забрудненням грунтів (Zc <4), по кожному елементу були розраховані середні значення, які в подальшому були взяті за фонові змісти для досліджуваної території.
При геохімічній оцінці рівня забруднення навколишнього середовища слід керуватися таким положенням: однією з головних характеристик геохімічних аномалій є її інтенсивність, яка визначається ступенем накопичення забруднюючої речовини в порівнянні з природним фоном (регіональним і місцевим). Показником рівня аномальності є коефіцієнт концентрації (Кс), який був розрахований для кожного елемента, що входить в кожну пробу всіх 6 вибірок.
Потім, за результатами розрахованих Кс, по кожній вибірці були пораховані середні значення для кожного елемента. Отримані середні значення характеризують середньостатистичні геохімічні параметри епіцентрів аномальних зон і відображають їх геохімічний спектр.
Далі була складена нова вибірка (з середніх значень по кожному елементу для 5 вибірок), розраховані коефіцієнти кореляції.
Отримані коефіцієнти кореляції були ранжовані за силою і характером зв'язку, значення коефіцієнтів кореляції були винесені на карти і з урахуванням попереднього угруповання проб за силою і характером зв'язку, були откартовані відповідні зони аномального ореолу.
За характером встановленої зональності були визначені межі зон впливу досліджуваних джерел забруднення.
Четвертий розділ роботи присвячений характеристиці геохімічних ландшафтів досліджуваної території. У процесі геолого-екологічних маршрутів з використанням топопланів проводилася типізація елементарних ландшафтів, визначалися їхні кордони. Під елементарним ландшафтом розуміється ділянка з певним типом рельєфу, грунтового і рослинного покриву, гідродинамічного і гідрохімічного режиму. Сукупність (парагенетичних асоціацій) елементарних ландшафтів з односпрямованим характером міграції та близькими умовами локалізації хімічних елементів складають геохімічний ландшафт.
П'ятий розділ випускної роботи присвячений вивченню закономірностей розподілу токсичних елементів у зв'язку з вивчаючими джерелами забруднення.
У шостому розділі розкривається проблема розмежування зон впливу джерел забруднення. Завжди в процесі проведення робіт з моніторингу, або при оцінці впливу в зоні впливу будь-якого джерела забруднення грунтів виникає необхідність визначити межі ореолу забруднення. На практиці виникають набагато більш складні ситуації, коли в такий спосіб не можна визначити навіть, чи пов'язаний аномальний ореол з джерелом забруднення. У разі якщо більша частина аномальних ореолів значно зміщена відносно джерела, або територія схильна забрудненню з боку двох і більше джерел і ореоли накладаються один на інший. У цих випадках визначення зони впливу конкретного джерела досить ускладнене, а якщо не встановлено джерело, то не можна визначити ступінь і масштаби забруднення грунтів з його боку. Вся оцінка параметрів забруднення при цьому зводиться до вивчення існуючого стану грунтів в межах зон впливу джерел забруднення без конкретної прив'язки аномальних ореолів до конкретного джерела, або ця прив'язка здійснюється за непрямими ознаками (просторової приуроченості, механізму можливого забруднення, ландшафтно-геохімічних умов). Недостовірні відомості про зв'язок встановленого ореолу забруднення з конкретним джерелом, може призвести до розробки неефективних, непотрібних заходів щодо ліквідації або мінімізації негативного впливу. Це безглуздо розтрачені кошти.
Висновки
Вперше, на основі аналізу закономірностей розподілу токсичних елементів у грунтах проведено зіставлення аномальних ореолів у зв'язку з різнорідними антропогенними джерелами впливу, вивчена асоціативна зональність ореолів, визначений геохімічний спектр аномалій, що дозволяє проводити ідентифікацію джерел забруднення, визначати і розмежувати зони їх впливу. Методично обгрунтоване рішення цих задач дозволяє достовірно оцінити ступінь і масштаби негативного антропогенного впливу на навколишнє середовище, своєчасно і в потрібному напрямку прийняти рішення щодо розробки і реалізації необхідних природоохоронних засобів, що забезпечують екологічну безпеку території.
Робота над магістерською дисертацією ще не закінчена. Остаточні результати будуть представлені в грудні 2010 року.
Використані матеріали
- В.А. Алексеенко Экологическая геохимия/Алексеенко В.А. - М.: Логос, 2000. – 615 с.
- В.А. Алексеенко Металлы в окружающей среде. Почвы геохимических ландшафтов Ростовской области/Алексеенко В.А. - М.: Логос, 2002. – 312с.
- В.А. Алексеенко, Л.П. Алексеенко Геохимические барьеры/АлексеенкоВ.А.,Алексеенко Л.П. - М.: Логос, 2003. – 114 с.
- А.И. Перельман Геохимия ландшафта/Перельман А.И. - М.: Высшая школа, 1989. – 234с.
- В.Р. Клер, В.Ф. Ненахова, Ф.Я. Сапрыкин Металлогения и геохимия угленосных и сланцсодержащих толщ СССР. Закономерности концентрации элементов и методы их изучения/Клер В.Р.,Ненахова В.Ф.,Сапрыкин Ф.Я. - М.: Наука, 1988. – 256 с.
- А.Б. Каждан, О.И. Гуськов, А.А. Шиманский Математическое моделирование в геологии и разведке полезных ископаемых/Каждан А.Б.,Гуськов О.И.,Шиманский А.А. - М.: Недра, 1979. – 168 с.
- П.А. Леонов, Б.А. Сурначев Породные отвалы угольных шахт/Леонов П.А.,Сурначев Б.А. - М.: Недра, 1970. – 112 с.
- Г.В. Войткевич, А.Е. Мирошников Краткий справочник по геохимии/Войткевич Г.В.,Мирошников А.Е. - М.: Недра, 1970. – 280 с.
- В.И. Тютюнова, И.А. Сафохина, П.Ф. Швецов Техногенный регрессивный литогенез/Тютюнова В.И.,Сафохина И.А.,Швецов П.Ф. - М.: Наука, 1988. – 183 с.
- Р.И. Бурда Антропогенная трансформация флоры/Бурда Р.И. - К.: Наук. думка, 1991. – 53 с.
- Грязная отрасль В.Н. Бурлака, В.К. Назарчук: [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.tek.ua/article0$pa!256$a!326201.htm
Вгору
