Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Изменения химического состава ландшафтных компонентов, объединяемые термином "загрязнение", отмечаются повсеместно, вызывают нарастающее беспокойство и заслуживают целенаправленных исследований, поскольку сохранение удовлетворительного качества природной среды выдвигается в ранг важнейших проблем цивилизации. Следует отметить, что исследования различных аспектов загрязнения не рассматривают последнее в качестве закономерного явления, обусловленного ходом геологического времени, т.е. определенной стадией развития биосферы. Отсюда за пределами внимания остаются вопросы соотношения результатов антропогенной деятельности с фундаментальными принципами химического строения и функционирования геосфер, а также место загрязнения в общей эволюции химического строения природной среды. Необходимость подобного анализа вытекает из проекта Международной геос-ферно-биосферной программы (МРБП) на 90-е годы, нацеливающей, в частности, на выявление и объяснение "структурно-функциональных изменений глобальных, региональных и локальных географических систем в истории Земли". В соответствии с МГБП особое внимание на современном этапе исследований должно уделяться пониманию биогеохимических процессов и глобальных изменений "в трех масштабах времени: за последний ледниково-межледниковый цикл, охватывающий 100-150 тыс. лет; за голоценовый период (последние 10-12 тыс.лет) - время проявления антропогенного влияния; за последние 100 лет, когда техногенная трансформация природной среды приобретает значимые масштабы".
Для Беларуси, в частности, все большую остроту приобретает прогрессирующее загрязнение окружающей среды технофшшными элементами, в том числе искусственными радионуклидами. Под тохно-фильнмми микроэлементами (МКЭ) в работе подразумевается группа так называемых тяжелых металлов (Ті, V, Сг, Мл, Со, N1, Си и РЬ), оказывающих при определенных условиях токсичное влияние на живые организмы, в'том числе и на высокоорганизованные. Среди искусственных радиоактивных изотопов рассматриваются "чернобыльские" радионуклиды (Сз-1Я7, Сз-134, Се-144, Ru-ІОб, Sr-90), ставшие о 1986 г. наиболее опасными загрязнителями природной < еды, поскольку после аварии на ЧАЭС появилась угроза непосредственному
выживанию отдельных групп населения Республики в связи с нарастающей тенденцией ухудшения их здоровья.
Связь работы с научными программами. В основу диссертации положены материалы, полученные в ходе выполнения исследований по республиканским программам ("Онкология", "Последствия аварии на ЧАЭС", "Природопользование"): 1) "Изучение эпидемиологии рака в БССР в связи с геохимической спецификой почвогрунтов и питьевых вод" (1978-1985); 2) "Радионуклиды и сопутствующие элементы в ландшафтах Беларуси" и др., начатые с мая 1986 г.; 3) "Изучение естественных и антропогенных изменений потоков вещества и энергии в геоэкосистемах" (1991-1995). Первичные материалы изложены в ежегодных и заключительных отчетах, находящихся в фондах Института геологических наук (ИГН) АНЕ, Научно-исследовательского института онкологии и медицинской радиологии Министерства здравоохранения Беларуси, Института радиобилогии ДНЕ (ИРБ), Института проблем использования природных ресурсов и экологии (ИПИПРЭ) АНБ.
Теоретическая часть работы, включающая мировоззренческие аспекты проблемы, на заключительном этапе разрабатывалась по теме Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь и ее итогом явилась рукопись монографии автора "Биосфера как система", включенная в план издания на 1995 г. ("Наука и техника").
Цель и задачи исследования. Основываясь на вышеизложенном, цель работы формулируется следующим образом: выявить закономерности распределения тяжелых металлов и радионуклидов в отложениях, сформировавшихся в ландшафтах верхнего антропогена Беларуси.
При этом решались следующие задачи:
проанализировать ' фактические данные о химическом составе геосфер под системным углом зрения, считая природную среду генетически единой системой;
проследить особенности концентраций изучаемых химических элементов в разновозрастных гумусовых и гумусированных породах позднего плейстоцена и голоцена;
установить для рассматриваемого периода (муравинское меж-лелниковье - поозерская эпоха - голоценовый этап) время появления антропогенной составляющей в общей миграции вещества;
определить Фоновые содержания микроэлементов (ТІ.. V, Сг, мл. Со, N1. Си и РЬ) для почв элементарных ландшафтов в пределах заповедных территорий;
провести анализ распределения технофильных элементов в современных сопоставимых гумусированных горизонтах почв, испытывающих разнотипное антропогенное воздействие;
выявить специфику трансформации радиационной обстановки и миграцию радионуклидов (Cs-137, Сз-134. Се-144, Ru-106, Sr-QO) в пределах чернобыльского загрязнения территории Беларуси;
разработать количественные показатели для оценки степени загрязнения конкретных элементарных ландшафтов тяжелыми металлами и радионуклидами.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что обобщение знании о биосфере с системных позиций позволяет дополнить представления о закономерной уникальности ее структурного и химического строения, выступающего в качестве "начала отсчета" при выяснении трансформирующего влияния антропогенного фактора на геохимические переменные. Работа представляет собой первое исследование по анализу распределения техиофильных МКЭ в сводном разрезе "теплых" отложений верхнечетвертичного времени. Захороненные гумусовые и гуыусировапние образования использованы как носители информации о ландшафтах, существующих на протяжении последнего мехнедникового муравинского (микулипского) и современного ритмов развития природной среды. Впервые на большом статистическом материале проведено комплексное сравнение распределения тяжелых металлов и выявлены достоверные различия их концентраций в гумусовом горизонте почв "природных - сельскохозяйственных - урбанизированных" территорий. -На основе ландшафтно-геохимических исследований автора и с его участием разработана оригинальная модель расчета прогнозных и ретроспективных значений параметров радиационной обстановки на территории Беларуси.
Практическая значимость полученных результатов определяется, в частности, тем, что анализ биосферы как генетически единой системы формирует представление об имманентных особенностях ее структуры, вещественного состава и функционирования, напрапдениш на формирование и поддержание биологически оптимальных экологических условиях на протяжении геологической истории. Такой вывод позволяет дополнить мировоззренческое восприятие о причинах и за-' іюномерностях поведения глобальной системы," что созвучно целям и задача)/, инициируемым МГБЇЇ.
Прикладные аспекты работы несут возможность существенного
социального эффекта, который сводится к следующему:
пространственно-временной анализ распределения технофиль-ных элементов в гумусовых и гумусированных образованиях предоставляет дополнительные возможности для понимания современных биогеохимических процессов, ..что способствует выделению техногенной составляющей в общем потоке вещества и позволяет, на этой основе, количественно оценивать антропогенную трансформацию ландшафтов.
изучение структуры чернобыльского загрязнения, его районирование и установление закономерностей трансформации радиационной ситуации в основных типах элементарных ландшафтов может быть использовано для прогнозных и ретроспективных расчетов применительно к локальным участкам, что важно с позиций проведения медико-профилактических, реабилитационных и др. мероприятии.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Уникальные черты земной природы, включая вещественный состав геосфер - закономерный результат функционирования глобальной системы "биосфера".
-
Вариации содержанки микроэлементов в гумусовых и гумусированных образованиях верхнего антропогена Беларуси являются эффективным индикатором структурно-функциональных изменений природной среды, в том числе и под воздействием техногенного фактора.
-
Особенности распределения технофильных элементов и форм их нахождения в гумусовом горизонте современных почв с разнотипным антропогенным использованием характеризуют направленность и масштабы развития загрязнения в заданных ландшафтах, а также позволяют судить об их устойчивости.
-
Загрязнение ландшафтов технофильными элементами формирует на территории Беларуси новый искусственный географический фактор, наиболее отчетливо проявляющийся на'примере становления Оиогеохи-мической радиоактивной провинции.
Личный вклад соискателя при решении обозначенного круга проблем состоит в формулировании теоретических и практических положений, систематизации и интерпретации научных материалов. Ему принадлежит обоснование методики проведения полевых работ и выбор представительных натурных полигонов, явившихся базовыми в регионе как для комплексного изучения влияния геохимических параметров окружающей среды на уровень злокачественных новообразований автохтонного населения, так и для районирования и ландшафтно-геохи-
- Б -
ыического изучения поведения искусственных радиоизотопов. В ряде случаев, для детализации отдельных положений, им привлекались специалисты в области биогеохимии, аналитической химии, радиационной физики, что и нашло отражение в совместных публикациях.
Апробация результатов диссертации. Положения диссертации докладывались на: I Международном конгрессе по биосферным заповедникам (Минск, 1983), Европейской конференции в рамках международной программы "МАВ" по биосферным заповедникам и экологическому мониторингу (Ческе Будеевицы, 1986), сессиях Всесоюзного Палеонтологического Общества - "Палеонтология и эволюция биосферы" и "Теоретические и прикладные аспекты современной палеонтологии" (Ленинград, 1979, 1987), Всесоюзных совещаниях "Устойчивость геосистем" (Минск, 1988) и "Принципы и методы ландшафтно-геохимических исследовании миграции радионуклидов" (Суздаль, 1689), V Конференции "Геохимические пути миграции искусственных радионуклидов в биосфере" (Пущино. 1991); VI Всесоюзной конференции "Методологические основы медицинской географии" (Ленинград. 1983), IX Съезде Географического Общества СССР (Казань, 1990), І--П Всесоюзных совещаниях "Геохимия техногенеза" (Иркутск, 1985; Минск, 1991), XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Минск, 1993) и ряде других научных форумах! Работа рассматривалась на заседании Ученого совета Института проблем использования природных ресурсов и экологии (И1ЖІР0) АНБ.
'Опублнкованность результатов. По теме диссертации опубликовано более 80 работ, -в том числе 3 монографии. Написаны главы и разделы в ряде научных отчетов Института геохимии и геофизики АНБ шине ИГН). ШШПРЭ АНВ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, семи глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы - 300 страниц. Она содержит 68 таблиц и 26 рисунков. В списке литературы - 342 наименований.