Геохимия миграционных потоков в природных и техногенно измененных геосистемах Елпатьевский, Павел Валерьянович

Введение к работе

Актуальность темы. Целостность природно-территориальных комплексов обусловлена ь^щественно-энергетическими связями между их компонентами и медчу системами. Изучению геохимии функционирования гесистем. то ecv'j современных разноскоросгчых процессов в геосистемах, уделялось до настоящего времени намного меньше внимания по сравнению с исследованиями геохимии промежуточных и/или конечных продуктов разнообразных гипергениых процессов. В современней период актуальным стало антропогенное геохимическое загрязнение ландшафтной оболочки суши. Включение технсгенных вецэств в природные миграционные потоки, "освоение" геосистемами техногенных поступлений, трансформация миграционных форм элементов, процессы, способствующие их депонированию и аккумуляций - все эти вопросы в настоящее время стити злободневными "экологическими" проблемами, в решении которых ведуще место принадлежит геохимии гипергенеза, геохимии ландшафтов. Естественно, что геохимия техногенных поллютаьигов (в нашем случае -Н+-иойа и группы тяжвлкх металлов) может быть обоснованно рассмотрена "олько на базе исследования геохимии- провесов в естественйых геосистемах й изучения трансформации геохимии функционирования геосистем под воздействием поступающих в нее техногенных веществ.

Дели и задачи раб' ты. Исходя из излоивнного целью исследования было: на основе целостного представления о гес.имии геосистем прибранного пояса Приморья установить закономерности взаимодействия природных миграционных потоков с аврально-техногенным потоком металлов'М серы 'на примере, дубовых лесов Приморья и пирометаллургии цветных металлов). Г ля этого нужно было решить следу юпие зада**Ч: (1) установить основньк ландшафтно- геохимические особенности миграции элементов, в том числе и тяжелых металлов, в гумидных прибрежных ландшафтах Приморья в условиях нормального геохимического фона; (2) изучить геохимию основных миграционных потоков в фоновых ландша>но-гео"^тши-ческих условиях;(3) проследить процессы включения техногеных элементов в приролчне миграционные потоки, трансформацию миграционных форм элементов, установить среды-депоненты (геохгчи-чеокйе барьеры) и оценить баланс элементов'ч геосистеме; (4) оценить реакцию отдельных компонентов и геосистемы в целом на техногенный поток элементов,' которая могла бы яв^,дться основой для прогнозирования последующего функцг нирования и развит.

- 4 -і еосистемы. Полученные ' результаты могут служить методической основой геохимического мониторинга как части геосистемного мониторинга.

Объекты и методы. Объектами исследования явились геосистемы пояса дубовьг лесов Япономорского Прибрежья в среднем Сихо-т...-Алине. Гее истемами рассматриваются водосборные бассейны первого порядка площадью 0,3-0,8 кв. «м. В числе изученных - во<-досбо". не подьергаг"нйся прямому техногенному воздействию и геосистемы, в которые аэральнь-м путем поступают пыле-газовые выб'осы предприятия цветной металлургии, иоставляющкэ комплекс' яжелых металлов, серу и -;ислотность в форме Ш-ионя, геохимия которых является предь. том исследования.

Для получения балансовых характеристик проводился режимный ,:-3 летам пробоотб.эр всех форм авральных поступлений (дождей, снегопадов, пылевых выпадений); родниковых вод, дренирующих водосооры, и почвенных (лизиметрических) вод из-под разных горизонтов почвенных профилей, различающихся степенью техногенного Воздействия'и запасами органического вещества. Во всех природных растворах определялись ионы оснорчого солевого составі ['"кроэлементый (Pb, /л, Hd, Си, Fe, Мп) состав определен раздельно д,"я растворенной и нерастворимой (взвешенной) фора В течение вегетационного периода изучена диламчка накопления металлов растениями. Результаты по биогеохимии тяжелых металлов и их распределению в почвах базируются нє однократном опробовании. Ионный состав природных растворов и физико-химические свойства почь определялись общепринятыми катодами. Анализы на тягкелые металлы выполнялись эмиссионным спектральным и атом-, йо-абсорбционным методами после соответствующей подготовки анализируемого материала. Молекулярні-массовое распределение вод- норастворимых органических веществ почвенных вод и степень связи с нкмг мигрирующих тяжелых металлов изучалась с использованием гель-хромат, графии на ^ефаде.:сах. Гыполнен фазовый селек тивный asmi.j' аэрал^ных вьпіадений и почв для изучения форм поступления и аккгмуляции металлов.

Личный вклад автора состоит в разработке программы и методики ксол^довани"; выполнении полевых наблюдений и проботбора; в кодготовке полевых сборов к аналитическим работам; выполнении «іасти анализов-/ в систематизации и интерпретации хими^о-аналитических данных'; в теоретическом обобщении оригинальных данных и литературных материалов.

ііа^чная новизна работы. Ла основе многолетних стационарных нее."сований изучена геохимия миграционных потоков, оценен'; ба-

длись элементов (макро- и ыикро-) и вещества в цеж /.. Выполнено сравнительное исследование геохимии функционирования неизмененной природгой геоактеыы и техногенно-трансіїюрмированной. Исследованы различия в геохимии функционирования геосистем в зависимости от интенсивности воздействия техні.генних факторов ч от запасов органического вещества в геосистеме. Ксследоваі'~ соотношение форм поступления, трансформация миграционных форм и форм нахождения чяжелых металлов з почьенном блоке геосистемы. Оценено значение биоблока в закреплении тяжелих металлом е геосистеме. Изучены реакции функционирования геосистемы на uj-ральное закисление и тяжелометальный пресс.

Практические значені, лежит в области методических _уы.работок для геохимического мониторинга состояния окружающей среды. Полученные результаты могут быть использованы как при легальном импактном мониторинге, так и при выполн аии мониторинга в условиях Биосфеоных заповедников.

Апробация работы. Основные положения раб /ш докладывал..сь на V,VI.VII Делегатских съездах Всесоюзною общества почвоведов; И, III, IV и V Всесоюзних совещаниях "Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах"; I и II Всесоюзных совещаниях "Геохимия-техногенеза"; VIII, IX, XI Всесоюзных конференциях "Микроэлементы в биолої 'И и их применен э в сельском хозяйстве и медицине"; Всесоюзном совещании "Охранг окружающей среды от техногенного загрязнения" (І981); Всесоюзном совещании "Проблемы А МеТОДЫ ГеоеИСТЄМНСГГ¹ МОНИТОрИНГа ( 198*);

Всесоюзной конференций "Виогеохимический круговорот веществ" (1982); Всесоюзном совещании "Геохимия ландшафтов npi. поисках месторождений полезных ископаемых и охране окружающей среди (1982); Всесоюзном научном симпозиуме "Методы исследования антропогенных ландшафтов" (1982); Всесоюзной шкале "Влияние промышленных предприятий на окру, ііощую среду (1984); нр"чно-практической конференции "Человек и природа ьи Дальнем Востоке" ,(1984); II Всесоюзном совещании "Общи проблемы биогеоценоло-гки" (1Q86); Симпозиуме социалистов стран-членов СЭВ "Комплексные методы контроля качества г.. иродной среды (1986); научной конференции "Мониторинг лесных экосистем" (Каунас,1986); XXIX Всесоюзном гидрохі шческом совещании (1988); Республиканском семинаре "Зкптокеикология ч охрана природы" t,Рига, 1988); IV Всесоюзном совещании "Теория и практика г-охим* -ческих поисков в современных условиях" (1988); 2-й Всесоюзной конференции "Тяжелые металлы в окружающей среде и :храна природы" (* ti88); Всесоюзном семинаре "Биогеохимические методы изуче-

ния окружающей среды (1388); Всесоюзном совещании "Географические стационары: исследование! и эктраполяция результатов (1G88); Выездной сессии Научного Совета АН СССР до проблемам Биосферы "Экологические аспекты развития производительных сил Дальнего Востока" (1989); Всесоюзном совещании "Зкогеохимия городов" (1989); Р-ееоюзиом совещании "Геоэкология: проблемы, ре-гения, ваначи" (1990).

Основное содержание работы изложено в 56 публикациях, в издательстве "Наука" подготовлена к печати рукопись монографии объёмом 20 печатных листов, ,

Основные защищаемые положения, 1. Функционироіание и развитие геосистем осуществляется сложным сочетанием разноскороотных миграционные отоков : гементов, обеспечивающих мексистемнье связи и обмен элементами между блоками геосистемы. Изучение на з-ементном уровье позволяет сопоставлять г^терогэнные и гетеро-Фааные миграционные потоки: аьральный, сквозной гид, эхими--ческий, биогеохимический, по'чвенно-литологическиї

1. Техногенные вещества (в рассматриваемом случае - группа тяжелых металлов, Н+-ион, вызывающий поступление избыточной кислотности) включаются в процессы природного метаболизма, трансформируя условия формир зания внутрисистемных геохимических ПОТОКОВ.

2. Геосистема аккумулирует техногенные вещества в формах и соединениях, неравновесных с существующей геохимической обстановкой, "характерные времена" метаболизма техногенных компонентов выходят за рамки 'техногенного" времени развития геосистемы. - .

OP"iGm и структура работы. Диссертация общим объемом 271 страниц машине писного текста, ' 59 страниц '. іблиц, 47 рисунков, состоит из 7 глав, и заключения. Слисок литературы, содерлыт 457 названий,' из них 156 англоязычных.

Автор благодарен коллективу химиков лаборатории геохимии Тихоокеанского інституте і .'ографии ДВО РАН за большой труд в разнообразной аналитической обработке проб различных природных веще -;тв.