Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы эколого-геохимического изучения почвенного покрова и его эволюции во времени .9
1.1. Эволюция почвенных экосистем 9
1.2. Почвы в оценке экологического состояния окружающей среды 12
1.3. Воздействие антропогенно-техногенных систем на городские почвы 18
1.4. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и их воздействие на здоровье человека 23
1.4.1. Экологические свойства физиологически необходимых и токсичных микроэлементов (Cu, Co, Ni, Pb, As, Cr, Mn, Zn, V, Sr) 38
1.5. Устойчивости почв к антропогенным воздействиям 49
1.6. Геоморфология города и ее влияние на геохимическое состояние почв .. 54
1.7. Погребенные почвы и их значение для исторической геоэкологии 57
1.8. Выводы по главе .58
Глава 2. Геохимические особенности городских почв Санкт-Петербурга в условиях современного техногенеза 60
2.1. Геохимическая характеристика почв Санкт-Петербурга .60
2.1.1. Тяжелые металлы в почвах Санкт-Петербурга 61
2.1.2. Суммарный показатель загрязненности почв Санкт-Петербурга и приоритетные загрязняющие вещества 65
2.2. Геохимическое картирование состояния почвенного покрова г. Санкт-Петербурга 72
2.3. Сравнение содержания тяжелых металлов в современных городских почвах с погребенными почвами неолита 92
2.4. Выводы по главе 93
Глава 3. Палеогеоэкологические реконструкции окружающей среды по погребенным почвам и грунтам и их геохимическое картирование 95
3.1. Геоэкологические исследованияпогребенных почв и грунтов. 95
3.1.1. Культурный слой, погребенные почвы и их характеристика .96
3.1.2. Эволюция развитие культурного слоя 100
3.1.3. Палеоэкология культурного слоя 102
3.2. Палеогеоэкологические реконструкции по материалам исследований археологического памятник Охта 105
3.2.1. Геохимическая характеристика элементов индикаторов антропогенного воздействия на почвы 110
3.2.2. Реконструкция функциональных зон на неолитическом памятнике «Охта» по данным геохимического анализа палеопочв и грунтов .112
3.2.3. Геохимическое картирование отложений крепости Ландскрона 124
3.3. Влияние природной среды на формирование человеческих обществ .131
3.4.Геоэкологические исследования антропогенных образований пещеры Петралона и ее окрестностей 133
3.4.1. Палеоклиматические реконструкции 139
3.5. Выводы по главе 148
Заключение 150
Литература 154
Приложение 1 171
Приложение 2 213
Приложение 3 271
Приложение 4 290
- Почвы в оценке экологического состояния окружающей среды
- Геоморфология города и ее влияние на геохимическое состояние почв
- Суммарный показатель загрязненности почв Санкт-Петербурга и приоритетные загрязняющие вещества
- Культурный слой, погребенные почвы и их характеристика
Введение к работе
Актуальность исследования. Диссертационное исследование посвящено изучению закономерностей геохимической эволюции почв и грунтов во времени, влияния антропогенной деятельности на их состояние для решения вопросов геоэкологии, археологии, эволюционной географии, а также влияния этих изменений на особенности условий проживания человека в окружающей среде.
Параметры среды влияют на человека как непосредственно, так и косвенно: через изменения объектов его социальной и хозяйственной деятельности. Именно такие воздействия имеются в виду, когда речь идет об ухудшении экологической обстановки или её улучшении в рамках ноосферной концепции.
Почвенный покров является своеобразным природным архивом, в котором сохранена информация о развитии современных и прошлых геоэкологических обстановок местного и общепланетарного уровня.
Погребенные почвы и грунты являются источником важной информации о среде обитания древнего и исторического человека и её изменения в ходе когерентной эволюции природы и человека.
Почва – интегральный показатель экологического состояния окружающей среды, так как является источником вторичного загрязнения атмосферы и вод, служит начальным звеном пищевой цепи. Кроме того, возможно и прямое негативное воздействие загрязненных почв на здоровье населения – особенно детей. Именно поэтому большинство обследований урбанизированных территорий начинается с исследования состояния почв, а показатели их загрязненности входят в набор обязательных параметров при определении мест экологического бедствия или кризиса.
На некоторых урбанизированных территориях уже пройден порог самозащиты природы и нарушилось ее экологическое равновесие. Большую опасность представляет воздействие загрязняющих веществ на почву.
Объектом исследования являются современные городские почвы, а также погребенные почвы и грунты исследуемых регионов.
Предмет исследования – процессы геоэкологической эволюции почв и грунтов во времени и их современное состояние, устанавливаемое геохимическими методами исследования.
Цель данного исследования заключается в реконструкции
геоэкологических обстановок во времени с помощью выявления геохимических особенностей эволюции почв и грунтов, а также в совершенствовании методов геоэкологического мониторинга окружающей среды.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
– расширить теоретические представления о «геоэкологической памяти» почв и грунтов, как важном индикаторе антропогенной деятельности человека;
– изучить современные геохимические особенности почв и грунтов крупной городской агломерации;
– посредством геоэкологического картирования выявить особенности распространения поллютантов в почвах Санкт-Петербурга;
– определить и проанализировать уровень техногенной нагрузки на почвы Санкт-Петербурга;
– через геохимические индикаторы выявить черты палеоэкологических обстановок прошлого;
– установить факторы и механизмы адаптации человека к меняющейся природной обстановке.
Защищаемые положения:
-
Закономерности образования аномалий с высокими уровнями загрязнения, с учетом карт распределения тяжелых металлов в городских почвах.
-
Динамика изменения антропогенной нагрузки на исследуемой территории в позднем голоцене.
-
Результаты геохимических исследований памятника археологии «Охта», являющегося источником генетической информации отношений между человеком и окружающей средой.
-
Временная динамика пребывания древнего человека в пещере Петралона и содержание геоэкологической памяти среды пребывания в ней древнего человека.
Теоретической и методологической основой диссертации являются конструктивные идеи и результаты исследований отечественных и зарубежных специалистов в области геохимии, геоэкологии, геологии, археологии и палеогеографии: А.Л. Александровского, Е.И. Александровской, Э.И. Гагариной, М.А. Глазовской, В.В. Докучаева, Е.М. Емельянова, Ю.А. Израэля, Н.С. Касимова, М.А.Кульковой, Е.М.Нестерова, А.И. Перельмана, А. Пуляноса, Б.А. Ревича, А.В. Русакова, Ю.Е. Саета, П.Е. Сорокина, Д.Ю. Ступина, Д.А. Субетто, О.А. Чичаговой, Я.Э. Юдовича, Е.П. Янина, E.M. Bridges, H.P. Blume и др.
Научная новизна работы:
– получены новые авторские данные по геоэкологии городских почв г.Санкт-Петербурга;
– построены геохимические карты, установлены закономерности распределения тяжелых металлов в городских почвах Санкт-Петербурга;
– получены геохимическими методами исследования новые данные по эволюции окружающей среды обитания человека на археологическом памятнике «Охта»;
– выполнена детальная геохимическая характеристика погребенных
грунтов пещеры Петралона, которая послужила основой для
палеогеоэкологических реконструкций развития окружающей среды;
– проведены комплексные геохимические реконструкции качества окружающей среды и установлена роль влияния природных условий на поведение человека под их воздействием;
– выполненные геоэкологические исследования почв и грунтов показали их перспективность и необходимость развития этого направления как нового инструмента для реконструкций палеогеографических обстановок прошлого.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в выявлении новых геоэкологических сведений об эволюции почв и грунтов районов исследования во времени и в развитии теории геоэкологии антропогенно измененных территорий.
Проведена модернизация существующих методологических основ и методов геоэкологического мониторинга, обеспечивающих получение новых результатов по исследованной тематике.
Расширено понятие о памяти почв, как источнике взаимоотношений между человеком и окружающей средой.
Практическая значимость. Результаты проведенных исследований позволяют реконструировать особенности геоэкологической эволюции окружающей среды во времени и влияние этих особенностей на условия его проживания, а материалы, изложенные в работе, могут быть использованы и используются в целях палеогеографических и палеогеоэкологических реконструкций истории взаимоотношений общества и окружающей среды. Детальные геохимические исследования пещеры Петралона, позволили выявить геоэкологические особенности эволюции среды обитания человека. Полученные данные могут служить основой геоэкологического мониторинга окружающей среды и природоохранных мероприятий. Материалы, полученные автором, внедрены в учебный процесс РГПУ им. А.И.Герцена, включены в научно-производственные отчеты кафедры геологии и геоэкологии по договорам и грантам, в которых автор принимал непосредственное участие как исполнитель.
Построенные картосхемы содержания тяжелых металлов для исследуемого
региона и выявленные геохимические особенности городских почв в
пределах Санкт-Петербурга, а также осуществленное зонирование
территории по величине коэффициента суммарного загрязнения являются основой рекомендаций на проведение экологических мероприятий по экологическому оздоровлению.
Обоснованность и достоверность результатов исследования базируется на большом объеме количественных и качественных исходных материалов, применении высокоточных методов исследования вещества на современном оборудовании с использованием новейших компьютерных технологий обработки аналитических материалов, ГИС технологий, а также анализе отечественных и зарубежных литературных источников и публикаций по исследуемой проблеме.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации
легли результаты исследований современных городских почв шести районов
Санкт-Петербурга (Адмиралтейский, Приморский, Выборгский,
Красногвардейский, Пушкинский (г.Пушкин, г.Павловск), Василеостровский). Погребенные грунты исследовались в пещере Петралона (Греция), а также на
археологическом памятнике «Охта» (Санкт-Петербург) в течение полевых сезонов 2009-2012 гг.
Соискателем использовано более 1600 образцов для геохимического анализа (более 19000 элементоопределений). Отбор и подготовка проб к анализу проводились в соответствии с официально утвержденными и разработанными методиками (ГОСТ 17.4.4.02-84; ГН 2.1.7.2041-06; ГН 2.1.7.2042-06). Экспериментальная и аналитическая часть работ выполнена в лаборатории геохимии окружающей среды им. А.Е. Ферсмана кафедры геологии и геоэкологии РГПУ им. А.И. Герцена. Обработка аналитических данных производилась с применением пакетов программ Statistica 6.0, Surfer 8.0, Arc GIS Geostatistical Analyst и др.
Апробация исследования и публикации. Основные положения диссертации изложены в 8 печатных работах, в том числе в двух статьях в изданиях, рекомендованных ВАК. Результаты исследований были доложены на LIX Межвузовской конференции «Герценовские чтения» (РГПУ им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, 2007 г); VI Международной конференции «Геология в школе и вузе: Геология и цивилизация» (РГПУ им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, 2009 г); Международной молодежной конференции «Науки о Земле и цивилизация» (РГПУ им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, 2012 г).
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав и заключения. Цитированная литература содержит 191 названий. Объем работы 166 страниц машинописного текста, включая 17 таблиц и 67 рисунков.
Почвы в оценке экологического состояния окружающей среды
Состояние почв, грунтов имеет важнейшее значение для оценки экологического состояния той или иной территории. Большинство обследований урбанизированных территорий начинается с исследования состояния почв, а показатели их загрязненности входят в набор обязательных параметров при определении мест экологического бедствия или кризиса. В настоящее время загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами через атмосферные выпадения в городах и промышленных районах России возрастает с каждым годом. Городские почвы выступают в качестве механического барьера на пути аэрогенных потоков техногенных веществ и являются долговременной депонирующей средой. Для почв городов аэрогенные потоки загрязнителей не являются единственными их источниками, так как в почвы они могут поступать также с талыми водами, при внутрипочвенном и поверхностном стоке загрязненных вод и другими путями. При длительном загрязнении городских почв происходит изменение их химического состава и кислотнощелочных характеристик. Устойчивость техногенных геохимических аномалий в почвах во многом зависит от их экологического состояния, которое в значительной степени определяется их буферностью. Буферность, в свою очередь, зависит от способности почв к самоочищению. Следовательно, от того, как развивается этот процесс, зависит «здоровье» техногенных геохимических аномалий и их устойчивость в природных условиях (Летувнинкас, 2002). Изучением и анализом содержания различных химических элементов в компонентах природной среды, в том числе и почвах, выполнялись многими исследователями. Наиболее значительными являются работы В.И. Вернадского (1954); А.П. Виноградова (1957); А.А. Беуса (1976); А.И. Перельмана (1979); Ю.В. Алексеева (1987); М.А. Глазовской (1988); Ю.Е. Саета и др. (1990); В.А. Алексеенко (2005); В.В. Добровольского (2003) и многих других. Одними из первых работ по загрязнению почв были работы И.Н. Антипова-Каратаева (1947) о состоянии и поведении меди в почвах.
Почва – компонент природной среды, несущий в себе долговременную информацию о техногенном воздействии (основная депонирующая среда), представляет собой сложную природноантропогенную систему (Экогеохимия ..., 1995). Кроме того, почвы являются главным физико-химическим барьером на пути миграции техногенных элементов. Продолжительность пребывания загрязнителей в почвах больше, чем в других компонентах биосферы (Васильева и др., 1998). Загрязнение почв имеет устойчиво-прогрессивный характер. Из-за способности почвы с разной силой поглощать и удерживать ионы тяжелых металлов их повышенное содержание и наличие соединений тяжелых металлов, не характерных для незагрязненных почв, могут свидетельствовать не только о современных процессах загрязнения, но и о таковых процессах, имевших место в прошлом. На формирование определенного типа почвы и почвенного профиля влияют рельеф, климат, материнские горные породы, характер водообменных процессов, растительность, животные и микроорганизмы, обитающие в почве. Также деятельность человека стала важным фактором почвообразования, особенно в последнее время. Антропогенный фактор почвообразования является ведущим на урбанизированных территориях. В городах формируются так называемые техноземы – почвы, создаваемые человеком в процессе хозяйственного освоения территории. Характерной чертой техноземов является мозаичный характер окраски, отсутствие четко выраженных почвенных горизонтов и повышенная плотность. В.И. Вернадский, изучая разнообразные биогеохимические процессы, протекающие на нашей планете, постоянно подчеркивал активную роль в них человека. Он считал, что биосфера все глубже изменяется под влиянием научной мысли и деятельности человека. Преобразованную человечеством биосферу Земли В.И. Вернадский назвал «ноосферой» (Вернадский, 1944). Одним из следствий перехода биосферы в ноосферу является изменение биогеохимических круговоротов многих химических элементов, значительный вклад в них техногенной составляющей и образование биогеохимических аномалий. Особенно интенсивно все эти процессы протекают на территории крупных городов, где сосредоточены значительное количество промышленных предприятий, автотранспорта, огромные массы населения. В.И. Вернадский писал о необходимости для человека соизмерять воздействие на природу с ее возможностями. Он считал, что в ноосфере «должны проявляться разум и направляемая им работа человека как новая, небывалая геологическая сила» (Вернадский, 1977). Применительно к урбанизированным территориям это предполагает изучение состава компонентов городской среды и постоянный контроль их состояния с целью предотвращения нежелательных изменений, проведение мероприятий по нейтрализации последствий техногенеза и по оздоровлению городской среды. При исследовании компонентов природной среды необходимо принимать во внимание полиэлементный характер загрязнения территории. По результатам исследований различных авторов, в городах с развитой промышленностью и транспортом происходит загрязнение компонентов экосистем сразу рядом химических элементов. Накапливаясь в почве и других компонентах природной среды, они образуют техногенные ассоциации, состав которых позволяет сделать вывод о том, какой вид промышленного производства вызвал данное загрязнение почвы. Под загрязнением почв понимается избыточное содержание химических веществ, при котором нарушается нормальное функционирование растительности и животных, изменяются почвенные процессы (Артамонова и др., 2005). На территории городов в основном отмечаются следующие виды воздействий на почвы: механическое (деградационное – нарушение структуры поверхности, замусоривание); физическое (формирование техногенных температурных, динамических, электромагнитных полей); физико-механическое (изменение свойств почв и грунтов); химическое (загрязнение вредными веществами); физико-химическое (подщелачивание, подкисление, засоление); биологическое; биогенное и микробное (уменьшение способности почв к самоочищению, изменение структуры микробных комплексов и др.).
Геоморфология города и ее влияние на геохимическое состояние почв
При выборе места поселения человека одним из самых главных факторов являлся рельеф. Главным геоморфологическим признаком антропогенеза является рельеф города. Городской рельеф - это сложное сочетание естественных, преобразованных, техногенных и строительно-архитектурных форм, создающих специфические геоморфологические условия на городской и сопредельных с ней территориях. В первую очередь рельеф города - основа экосистемы человека, это историко-генетическое образование, с присущими ему природными свойствами и ресурсами, комплексом современных геоморфологических процессов: русловых, склоновой денудации и аккумуляции, овражно-балочной эрозии и других, активность которых предопределяется климатическими и морфотектоническими особенностями местности (Рельеф среды жизни человека, 2002).
Изменения рельефа, происходящие с быстрым ростом городов, направлены на создание комфорта проживания и сводятся в основном к уничтожению микро-и мезоформ рельефа, переведению некоторых форм (особенно отрицательных) в погребенное состояние, созданию новых форм техногенного рельефа и к общему выравниванию поверхности. В процессе вертикальной планировки города часто срезаются возвышенности, выполаживаются речные террасовые уступы, выравниваются береговые валы, расширяются или суживаются русла рек, террасируются склоны, создаются различные повышения. С преобразованиями рельефа на территории городов нередко связана активизация ряда экзогенных и эндогенных процессов, так как изменения морфометрических характеристик и морфологического облика сложившегося историко-генетического комплекса рельефа и литогенной основы приводит и к изменению направленности и интенсивности экзогенных рельефообразующих процессов.
Литолого-геоморфологические характеристики почв во многом влияют на экологические свойства почвенного покрова: состав и свойства почвообразующих пород, гранулометрические и химико-минералогические характеристики. Основой ландшафта является рельеф, который во многом определяет особенности геохимических процессов. А именно, дальность переноса, интенсивность миграции, аккумуляцию элементов в определенных геоморфологических условиях и т.д. Вследствие этого, геоморфологическая карта может быть основой для ландшафтно-геохимического районирования территории. (Алексеенко, 2000; Головин и др., 2000). В промышленных городах существует два основных вида поведения загрязняющих веществ в окружающей среде. Первый — сопряженный, когда сохраняется известное соотношение между атмотехногенной поставкой вещества и загрязнением почв, растений и донных осадков, лежащее в основе применения концепции депонирующих сред при эколого-геохимических оценках городов. Второй — диссонансный, когда это сопряженное соотношение нарушается в ту или иную сторону. Такое явление названо техногенным геохимическим диссонансом (Перельман, 1999). Выделяются две разновидности такого диссонанса. Аккумулятивный геохимический диссонанс возникает в том случае, когда природные и природно-техногенные факторы миграции усиливают относительно небольшое по контрастности и объему выбросов атмотехногенное загрязнение. Примером такого диссонанса является и Санкт-Петрбург, где вещества, поступающие из атмосферы, концентрируются и на территории города, расположенного на Приневской низине — звене местного поверхностного и подземного стока. Возведение плотин на реках с незапамятных времен, являются механическими барьерами для веществ, перемещаемых в водной среде. Лесополосы стали механическими барьерами для дисперсных частиц, перемещающихся в нижних приземных слоях атмосферы. Города, представляющие сложный по структуре техногенный рельеф, являются комплексными геохимическими барьерами, как для атмосферного транзита, так и для водного и почвенного транзита. На городской территории, благодаря вертикальной планировке, засыпке естественной дренажной сети, создании искусственных коммуникаций и других техногенных преобразований возникла сложная геохимическая обстановка, сформировались техногенные потоки и аномалии (Экогеохимия городских ландшафтов, 1995) и барьеры, которые не имеют природных аналогов: зоны складирования и захоронения отходов. Наиболее сложной проблемой является формирование комплексных техногенных барьеров, так как часто процесс формирования одного из барьеров, например, механического - дамбы, насыпи или прорези дороги, влечет за собой формирование другого, - возникающего в грунте - физико-химического. Проявляются механизмы саморазвития природной и природно-техногенной систем.
Таким образом можно сказать, что деятельность человека, уже оказала существенное геохимическое влияние на биосферу, изменив миграцию, концентрацию и распределение химических элементов. И, хотя этот процесс в различных частях биосферы Земного шара не везде одинаково интенсивен, значительная часть изменений происходит довольно быстро. Геохимические изменения биосферы теснейшим образом связаны с техногенными изменениями рельефа. Изменения рельефа города, его морфометрических характеристик происходит не только за счет целенаправленных мероприятий, но и под влиянием естественных экзогенных и эндогенных и техногенно активизированных процессов, обеспечивающих саморегуляцию городской системы. В городах, как в основном типе экосистемы человека, следует создавать формы рельефа и инженерные сооружения, которые бы эластично вошли в природный комплекс, не нарушая внутреннего динамического состояния природной системы, войдя в гармонию с природой. Решать проблемы экологии человека целесообразно только на основе принципов динамического равновесия.
Изучение экологических функций почв необходимо для понятия почвенных процессов в возникновении, сохранении и эволюции экосистем и биосферы. Рассматривая экологическую роль и функции почв необходимо выявить и охарактеризовать экологические функции других оболочек Земли, а также биосферы в целом. Это даст возможность рассмотреть единство среды обитания человека и всей существующей биоты, глубже понять неотделимость и незаменимость отдельных компонентов биосферы. Почва находится на границе, где проникают друг в друга и взаимодействуют все четыре геосферы, которые в течение всей геологической истории Земли судьбы этих компонентов оказались сильно переплетенными. Они проникли друг в друга и взаимодействуют через круговороты вещества и энергии, что и обусловливает их развитие. Многие естественные глобальные механизмы, регулирующие состояние экосферы, протекают в почвенном покрове. Почва особое образование, на грани живого и неживого, с переплетающимися, сложнейшими химическими, биологическими и физическими процессами. Эти процессы зависят от природных условий каждого места. Погребенные почвы являются генетическим материалом, несущие в себе отпечаток тех условий, как естественных, так и антропогенных, в которых они развивались. По геохимическим данным погребенных почв представляется возможность решать вопросы адаптации и взаимоотношения человека с окружающей средой, проводить исторические реконструкции и прогноз современных изменений природы и климата. Поэтому для исторической геоэкологии очень важным остается изучение палеопочв различных временных эпох, а объектами исследования являются археологические памятники с погребенными почвами.
Суммарный показатель загрязненности почв Санкт-Петербурга и приоритетные загрязняющие вещества
Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводилась по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками загрязнения. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (Кс). Кс определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (Сi) в мг/кг почвы к (Сfi) - региональному фоновому (Экологическая …, 1993): Кс=Ci/Cfi; и суммарный показатель загрязнения (Zc) Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентрации химических элементов-загрязнителей и выражен формулой: Zc = S (Ксi +...+Кcn) - (n-1), где n - число определяемых суммируемых вещества; Ксi - коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения (Методические…, 1990; Трофимов, Зилинг, 2002). Естественно, кроме самой величины показателя Zc, большое санитарно-гигиеническое значение имеет состав основных токсикантов. Унифицированного подхода к определению набора элементов, по которым осуществляется расчет Zс не существует. Нами принят следующий подход: определение суммарного загрязнения почв проводится по содержанию элементов первых трех классов токсической опасности. Таким образом, для расчета используются 10 элементов: свинец, мышьяк, цинк (1 класс токсической опасности); кобальт, никель, медь, хром (2 класс); ванадий, стронций, марганец (3 класс).
Анализ распределения геохимических показателей, полученных в результате апробирования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и позволяет выделить зоны риска для здоровья населения (Методические …, 1987; Методические …, 1982). Необходимо отметить, что выбранный нами способ оценки состояния территории также не является идеальным и имеет ряд недостатков. Во-первых, при работах на больших территориях концентрация и состав элементов на разных участках этой территории различается. Таким образом, часто суммируются числовые значения химических элементов из разных классов опасности. Во-вторых, превышение концентраций элементов над фоном или не является основанием для однозначного решения, так как химический элемент может находиться в различных формах и соединениях. Токсический эффект и относительная безопасность не находятся в прямой зависимости от количественного содержания химического элемента. В-третьих, показатель не учитывает характер использования земель (Капелькина, 2007; Водяницкий, 2009). Несмотря на ряд существенных недостатков, на которые обращают внимание многие исследователи, показатель Zc является одним из немногих утвержденных санитарно-гигиенических нормативов, более информативен, чем ПДК, относительно просто рассчитывается, дает возможность осуществить комплексную оценку загрязненности депонирующих сред (Дабахов и др., 2005). Результаты расчетов суммарного показателя загрязнения почв показали, что в наибольшей степени загрязнены почвы Василеостровского района (Zc=33,2) и Адмиралтейского района (Zc=32,9), а в наименьшей степени – почвы Выборгского района (Zc=14,8) (табл. 13). По уровню загрязненности почв исследованных районов они могут быть ранжированы следующим образом: Василеостровский Адмиралтейский Красногвардейский Приморский Пушкин Павловск Выборгский. Согласно (Санитарно …, 2003) низкий уровень загрязнения почв отмечен только в Выборгском районе Zc 16. В Красногвардейском, Приморском, Пушкине и Павловске наблюдается средний уровень загрязнения почв Zc=16-32. Почвы Адмиралтейского и Василеостровского района относятся к высокому уровню загрязнения почв Zc 32. Для выявления приоритетных (наиболее значимых) металлов, загрязняющих почвы, были рассчитаны коэффициенты концентрации (Кс), определяемые отношением реального содержания тяжелого металла в почве к его фоновой концентрации. В перечень приоритетных металлов были включены те металлы, для которых Кс 2 (рис. 2-8).
Как следует из приведенных данных, для всех районов приоритетными металлами, загрязняющими почвы, является свинец, хром, цинк, мышьяк, марганец. Ванадий является приоритетным загрязнителем почв во всех районах кроме Выборгского.
Статистическая обработка данных геохимического состояния почв Красногвардейского района показала, что среднее содержание тяжелых металлов первого и второго класса опасности, за исключением меди, в почвах Красногвардейского района превышает допустимые значения. Среднее превышение относительно ПДК по свинцу составляет 2,59, мышьяку – 6,29, цинку – 5,03, никелю – 1,24. Превышение ПДК по мышьяку (1-ый класс опасности) наблюдается на всех исследуемых участках. Повсеместно в почвах исследуемого района отмечены крайне низкие показатели марганца. Значения ванадия также находятся в допустимых пределах.
Для Приморского района статистическая обработка данных показала, что среднее содержание тяжелых металлов первого и второго класса опасности в почвах Приморского района, превышают допустимые значения. Особенно высокое превышение по мышьяку – 7,85. Значения ванадия находятся в допустимых пределах, в целом схоже ведет себя и марганец, хотя отмечаются точки с максимальным содержанием марганца, превышающее ПДК. Статистическая обработка данных геохимического состояния почв Адмиралтейского района показала, что среднее содержание тяжелых металлов первого и второго класса опасности, за исключением меди, превышает допустимые значения. Среднее превышение относительно ПДК по свинцу составляет 3,76, мышьяку – 8,91, цинку – 6,74, никелю – 1,32. Результаты статистической обработки данных почв Василеостровского района показали, что среднее содержание тяжелых металлов первого и второго класса опасности, превышает допустимые значения. Среднее превышение относительно ПДК по свинцу составляет 3,91, мышьяку - 11,27, цинку - 4,31, никелю - 1,07 Статистическая обработка данных по содержанию тяжелых металлов в почвах г. Пушкин показала, что среднее содержание тяжелых металлов первого и второго класса опасности, за исключением меди, в почвах г.Пушкина Пушкинского района превышает допустимые значения. Среднее превышение относительно ПДК по свинцу составляет 2,16, мышьяку – 5,81, цинку – 3,17, никелю – 1,06. Превышение ПДК по мышьяку (1-ый класс опасности), свинцу (1-й класс опасности), хрому (2-класс опасности) наблюдается на всех исследуемых участках. Повсеместно в почвах исследуемого района отмечены крайне низкие показатели марганца. Значения ванадия во всех пробах также находятся в допустимых пределах. Статистическая обработка данных геохимического состояния почв г. Павловска Пушкинского района показала, что среднее содержание тяжелых металлов первого и второго класса опасности, за исключением меди, в почвах превышает допустимые значения. Среднее превышение относительно ПДК по свинцу составляет 2,49, мышьяку - 6,12, цинку – 2,39. Повсеместно в почвах исследуемого района отмечены крайне низкие показатели марганца. Значения ванадия во всех пробах также находятся в допустимых пределах.
Культурный слой, погребенные почвы и их характеристика
В настоящее время геохимические методы исследования начали активно привлекаться для решения задач археологии. С помощью геохимической индикации, возможно ответить на ряд вопросов, среди которых, реконструкция структуры поселения, характеристика климатических условий, в которых существовал древний человек, определение источников поступления минералов и горных пород в сферу его деятельности, характер воздействия человеческих агломераций на окружающую среду, а также эволюция антропогенной деятельности на поселении во времени. Антропогенная деятельность способствовала и способствует преобразованию горных пород и почв в специфический литогенно-почвенный субстрат – культурный слой (Каздым, 2006). Геоэкологическое изучение культурных слов в целом и геохимическое картирование в частности открывает новые возможности для палеогеографических и палеоэкологических реконструкций. Известно, что каждый вид хозяйственной деятельности человека характеризуется глубоким преобразованием исходных пород и почв и одновременным накоплением специфических веществ. Если анализ макроэлементов в основном направлен на изучение природных процессов, то по накоплению тех или иных микроэлементов можно более четко реконструировать интенсивность и род деятельности человека, наличие тех или иных производств. Также по данным этого анализа можно определять величину и характер примеси антропогенного вещества в культурном слое, а по составу привнесенного вещества – реконструировать тип хозяйственной деятельности человека, выявить используемые им вещества.
Стоянки характеризуются наличием в рыхлых отложениях заполнителя, который маркирует культурный слой и может быть представлен костным материалом, кремнем, керамикой, частицами угля и др. Культурный слой является частью геологических разрезов, к изучению которого возможно применить традиционные минералого-геохимические методы исследования. Наибольшую долю культурного слоя составляют костные ткани, которые в своем составе и свойствах несут информацию о значительных интервалах геологического времени.
Геохимическое картирование культурных слов археологического памятника «Охта» позволяет определить расположение артефактов, стоянок древнего человека, основные направления деятельности человека и оценить состояние природных компонентов. Одним из наиболее хорошо изученных субаэральных техногенных отложений (техногенных фаций) является культурный слой, сформировавшийся на территории поселений, городов, различных заселенных и урбанизированных территорий. Термин культурный слой появился в научном мире из работ археологов (Абрамова, 1989; Александрова, 1989). По определению археологов, культурный слой - это слой любой горной породы и почвы со следами деятельности человека, т.е. наличия в его толще различных артефактов (Матюшин, 1996). Здесь используется термин "артефакт", который несколько искажает понимание. По (Глазко, 2006) культурный слоя - это слой почвы, образующийся в результате жизнедеятельности людей и процессов естественного почвообразования на месте их проживания. Понятие культурного слоя определяется "...как слой земли (напластование) на месте поселений минувших эпох (городов и сельскохозяйственных поселений), состоящий из двух связанных компонентов - остатков сооружений (строительных и архитектурных, развалин), являющихся его скелетом, и напластований или наслоений (насыпей), отражающих основные направления хозяйственной жизни..." (Стоянов, 1984). Культурные слои поселений фиксируются с момента появления первых стоянок древнего человека в раннем палеолите. Отмечается, что культурный слой фиксирует отношение явлений, изучаемых археологией к природной среде, кроме того, определение культурного слоя соответствующее процессу, невозможно без использования понятий техносфера, техногенез, культурный ландшафт (Стоянов, 1984).
Е.М. Сергеев отмечал, что культурный слой является сложным образованием, под которым понимают "...верхние слои земли крупных населенных пунктов, несущие в себе отпечаток деятельности человека..." (Сергеев, 1978). По мнению Е.M. Сергеева "...в местах поселений человека в течение десятилетий и столетий на поверхности земли формируется слой, который по вещественному составу и свойствам отличается от нижележащих естественных пород. В культурном слое в качестве остатков встречаются самые разнообразные материалы, как-то: строительный мусор, битый кирпич и камень, предметы домашнего обихода - глиняные черепки и т.п." (Сергеев, 1978). Формирование культурного слоя связано как с геологическими и геоморфологическими условиями местности, так и с историей города, характером хозяйственно-культурной деятельности человека. По определению географов и почвоведов (Александровский, 1997; Сычева, 1994) культурный слой - это антропогенный почвенный или почвенно-литологический горизонт, образованный на месте поселения людей, включенный в профиль, как древних, так и современных почв. Рядом авторов подчеркивается, что культурный слой является уникальным объектом, продуктом "...творения природы и человека, имеющим двойственную основу - природный и антропогенный компонент" (Сычева, 1994). Антропогенный компонент — это разнообразные остатки человеческой деятельности, дошедшие до нас как в виде отдельных предметов или целостных объектов (остатки различных сооружений; жилища, производственные объекты, печи, горны, очаги, скопления культурных остатков), так и в виде ее следов (отпечатки, «тлен», химические новообразования искусственного происхождения, возникшие на месте или привнесенные извне; различные изменения текстуры вмещающей породы, такие, например, как утаптывание и втаптывание, при этом различных микроскопических частиц неприродного происхождения на местах оживленных передвижений и активной деятельности) (Сычева,2004). Природный компонент КС составляет почвенно-литологический субстрат, образованный из литологического слоя и (или) почвенного горизонта, на месте которого сформировался КС. И чем древнее КС, тем больше в нем природной и меньше — антропогенной составляющей (Сычева, 1994). Исключением являются специализированные поселения (мастерские, места массового забоя животных) или поселения, где применялись различные вымостки улиц или использовался трудноразрушаемый материал для строительства жилищ (Леонова, 1990; Медведев, 1983). Культурный слой (КС), таким образом, продукт не только биологической, бытовой, производственной деятельности человека, но и результат процесса преобразования почв и поверхностных отложений вследствие этой деятельности (Сычева,2004).
Основным отличием культурного слоя, как почвенно-литологического субстрата, от других типов техногенных отложений, в частности, антропогенно измененных почв, по мнению ряда исследователей, является наличие в нем артефактов, т.е. определенных вещественных остатков искусственного происхождения (Сычева, 1994). Т.е. "...культурный слой можно определить как целостное природно-историческое тело, представленное вещественными остатками искусственного происхождения (артефактами), и органо-минеральным субстратом (заполнителем), имеющим природные и антропогенные составляющие". Изучая культурный слой, археологи фиксируют не только различные находки, но пытаются реконструировать весь комплекс археологического объекта, оценить длительность существования объекта, освоение прилежащих территорий, решить некоторые частные задачи (использование сырьевой базы, интенсивность заселения территории). Ряд исследователей отмечают, что культурный слой - это поверхностные и приповерхностные части земной коры, превращенные деятельностью человека в целостную систему напластований и сооружений, рельефов и ландшафтов (Стоянов, 1984).
