Введение к работе
Актуальность темы. В числе важных направлений .современной геохимии особое место занимает проблема загрязнения окружающей среды. Реки и речные долины - это те элементы ландшафта, где наиболее четко проявляется техногеохимичеекое преобразование природы. Это обуславливается их положением в геохимическом ландшафте и спецификой антропогенной деятельности. Поэтому исключительно важным является анализ результатов техногенеза в этих геосистемах.
Среди широкого спектра химических загрязнителей природной среды приоритетное значение имеют микроэлементы, отличающиеся высокой технофильностыо, отсутствием природных процессов деструкции в ландшафте и часто обладающие канцерогенными, мутагенными, патогенными свойствами даже при низких концентрациях.
Выбор в качестве объекта исследований микроэлементов современных осадков рек и водохранилищ определяется важной эколого-геохимической ролью .аллювиальных осадков з еодных экосистемах, их ведущем значением в миграции технофильных элементов и формировании техногенных потоков рассеяния, высокой геохимической информативностью, чувствительностью и временной селективностью получаемых при этом оценок. Однако широкое применение речных осадков для решения медико-гигиенических проблем, задач охраны и мониторинга окружающей среды, других потребностей народного хозяйства сдерживается недостатком знаний специфики диалогических и геохимических трансформаций аллювия при техногенезе.
В познание современных осадков рек и водохранилищ Беларуси крупный вклад внесли М. А. Нальчик, Л. Е Бознячук, Г. И. Горецкий, В. А. Кузнецов, Э. А. Левков, Б. Л. Личков, Б. К. Дукате в, К. И. Лукашев, А. В. Матвеев, В. М.Мотуз, м. М. Цапенко, С. JL Шиманович, В. М. Широков. О. Ф. Якушко и многие другие исследователи. Вместе с тем цельного представления о геохимии современных аллювиальных осадков таких крупных рек как Березина и её приток Свислочь создано не было. Бассейн реки Березины охватывает 1/3 территории республики, в нем проживает 1/4 ее населения и производится 40Х" промышленной продукции. Большую региональную актуальность имеет анализ результатов экстремального техногеохимического воздействия Минска на реку Свислочь и оценка ее" современного эколого-геохимического состояния, а также изучение природного фона для ландшафтов Центральной Беларуси - р. Березины в Березинском биосферном заповеднике.
Пель и задачи исследований. Предлагаемая работа выполнялас: с целью разработки научнообоснованных подходов к использовании состава современных осадков рек и водохранилищ для индикации техногенного воздействия на природную среду и оценки экоаого-геохи-мического состояния речных геосистем.
Реализация данной цели потребовала решения следующих задач:
собрать и проанализировать фактический материал на широк;» круг химических элементов; определить природный фон; выяеить элементы-загрязнители: провести эколого-геохимическое районирование рек по данным микроэлементного состава аллювиальных осадков:
изучить распределение элементов-загрязнителей по аллювиальным фациям и литологическим типам осадков, и на этой основе выделить наиболее геохимически информативные участки речных доли*
-охарактеризовать формы нахождения химических элементов s современных осадках рек и водохранилищ в природных и техногенных условиях;
- разработать практические' природоохранные рекомендации пс
геохимическому контролю и мониторингу рек и их долин.
Фактический материал. В основу диссертации положены материалы, полученные и обработанные автором в ходе экспедиционных и лабораторных исследований в период с 1988-1992гг. Отобрано и проанализировано 1100 образцов современных осадков рек и водохранилищ, 37 речных взвесей, 23 еод. 46 искусственных сорбентов. Подготовка проб к анализу, определение, в них влажности и зольности, рентгено-флуоресцент.чый анализ макросостава 150 образцов донных осадков выполнены автором. Основу фактического материала работы составили результаты атомно-эмиссионного спектрального определения 31 микроэлемента, проведённого во всех образцах. Анализы выполнены в лабораториях Института Геологии, Геохимии и Геофизики АЙ Б и Беларусского научно-исследовательского геолого-разведочного института, для которых проконтролирована сходимость результатов. Использованы данные химического анализа вод, качественного рентгенофазового, термического, атомно-абсорбционного, ионно-селективного, электронно-микроскопического. гранулометрического," минералогического, нейтронно-активационного анализов. Привлекались литературные источники", кадастровые справочники и фондовые материалы Белгкдромета. ИГГиГ АН Б, ИПЙПРЭ АН Б.
Научная новизна. Выполненная работа представляет собой комплексное геохимическое исследование современных осадков рек и во-
дохранилищ для оценки зколого-геохимического состояния водных экосистем. Впервые изучены аллювиальные осадки крупного географического региона на широкий спектр химических элементов, многие из которых ранее не анализировались.
Раскрыты особенности воздействия техногенеза на аллювиальный литогенез. Существенно расширена, а з ряде случаев получена новая информация о дифференциации химических элементов в природных условиях. Впервые показана специфика распределения загрязнителей по фаииальным и литологичесгаш типам речных осадков. Для целей мониторинга предложена система литофаций речных осадков. Детально описано субфациальное образование - донный наилок (название автора) . показаны его высокие техноиндикационные возможности.
Выявлен и охарактеризован комплексный характер литологи-ческих преобразований аллювиальных осадков при техногенезе, по разному проявляющихся на уровне гранулометрического и минерального составов, отдельных минералов, особенно новообразований. Описаны три техногенных для речных долин минеральных образования.
Изучена структура и оценена роль геохимического барьера -малого водохранилища, на процессы миграции химических элементов в техногенном потоке рассеяния.
Расширены представления о формах нахождения микроэлементов з современных осадках рек и водохранилищ в природных и техногенных условиях.
Практическая значимость. Проведенное эколого-геохимическое районирование рек Березины и Свислочи, дренирующих 12% территории Беларуси, позволяет разработать рациональную схему геохимического контроля и дифференцированные по зонам природоохранные мероприятия. Выявлены основные элементы-загрязнители рассматриваемых рек - Cr, Ni, Zn, Си, Sn, Ag, Ito. Фактический материал по геохимии речных осадков может быть использован как исходная информация для последующего мониторинга.
Уточнены и расширены сведения по фоновому содержанию Зі, А1, Fe,' Са, Me, К, Р, З, Ті, Mn, Zr, Ва, Сг. Ni, Си, V, Со, Pb, Nb, У. Yb в аллювиальных осадках Центральной Беларуси - р. Березина в Еерезинском биосферном заповеднике.
Выделены наиболее информативные и репрезентативные для мониторинга участки речных долин, аллювиальные фации, литологические типы осадков, их гранулометрические и химические фракции, минералы и новообразования. Показана высокая аккумулирующая* роль малых
- 4 -водохранилищ в локализации загрязнения.
Дана рекогносцировочная санитарно-гигиеническая оценка качества пойменных почв и разнотравья (пастбищные угодья) долин Березины и Свислочи в отношении тяжёлых металлов.
Полученные материалы и результаты использованы при разработке территориальной комплексной схемы охраны природы ( ТЕРКСОП ) Минской области и вошли в систему фоноЕого регионального геохимического мониторинга на основе Березинского биосферного заповедника.
Основные защищаемые положения:
-
Рациональная ' схема эколого-геохимического районирования рек Березины и Свислочи. На основе микрозлементного состава их донных осадков выделено 10 зон. различающиеся (Р< 0.05) по содержанию химических элементов и их "ассоциациям.
-
Специфика воздействия крупного урбанизированного центра на процессы и продукты геохимической дифференциации элементов при аллювиальном литогенезе проявляется в: увеличении объемов вовлекаемых в перенос техногенных веществ, опережающем росте в миграционном потоке роли дисперсной фазы, формировании значительных по протяженности и контрастности ореолов рассеяния микроэлементов, образовании при седиментогенезе особых по литологии и геохимии аллювиальных осадков, увеличении геохимической гетерогенности ландшафта речной долины при диагенетических и почвообразовательных процессах. Выявлена высокая аккумулирующая роль водохранилищ, как комплексных геохимических барьеров, в локализации водных техногенных потоков. В илах искусственных водоемов задерживается более 90% поступающих количеств типоморфных загрязнителей.
-
Установление существенных различий в техноиндикаиионных свойствах аллювиальных фаций, литологических типое и литофзлий современных осадкоз рек и водохранилищ в отношении Сг. Mi. Си. 2n, Sn, Mo, Ag, Pb, Ba. V. Выделены приоритетные участки (.зчкых долин для геохимического контроля и мониторинг. - илы прирусловых отмелей, заводей и водохранилищ. Значительно расширяются пространственно-временные возможности литогеохимической индикации рек при анализе состава Донного каилка.
4. Основные закономерности изменения диалогического состава
речных осадков при гехнсгеохимическом воздействии заключаются в:
формировании более тонких по гранулометрии осадков, увеличении
содержания органического вешестЕа и доли фракции меньше 0,01мм,
ухудшении, сортированное'осадков; изменения в минералогическом составе менее значительны. Важным техноиндикационным признаком является формирование ' и С или) наличие в.речных осадках искусственных для зоны гипергенеза минералов и новообразований.
5. Для. загрязнённых донных .осадков характерно закрепление основной части от валового содержания элементов-загрязнителей в 'подвижных и потенциально подвижных (биодоступных) формах. Ведущими гранулометрическими фракциями миграции микроэлементов являются частички менее 0,01мм. Среди химических.форм нахождения преобладают растворимые, обменно-сорбированные, связанные с органическим вешестЕом. гидроксидами железа и марганца, карбонатами.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались .на научных совещаниях: V-ой и 8-ой научных конференциях "Проблемы рационального' использования и охраны природной среды" (Минск. 1988. 1990). Всесоюзном совещании "Научные основы нормирования антропогенных нагрузок на ландшафты" (Москва, 1988). научных чтениях имени К. И. Лукашёва (.Минск, 1990), республиканском семинаре "Применение спектрального анализа в промышленности и научных исследованиях" (Витебск, 1990), совещании "Эколого-геохимические аспекты изучения, охраны почв и агроландшафтов" (Минск, 1990), 11-ой Всесоюзной конференции "Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине" (Самарканд, 1990), 2-ом Всесоюзном совещании по геохимии техногенеза (Минск, 1991). Всесоюзном симпозиуме "Комплексный мониторинг, оптимизация, и прогноз состояния природной среды" (Верхневолжье. 1991), совещании "Минералого-геохимические аспекты охраны окружающей-среды" (Санкт-Петербург, 1991). 15-ом Менделее'вском съезде по общей и прикладной химии "Химические проблемы экологии" (Шнек, 1993).
По теме диссертации опубликовано 14 работ и . 1 находится в печати.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения, содержит 120 страниц машинописного текста, 41. таблицу. 32 рисунка. Список литературы включает 185 наименований.
Автор Еыраяает искреннюю благодарность и признательность за ценные замечания и помощь научным руководителям: члену-корреспонденту АНБ доктору геолого-минералогических наук В. К. Лукашёву и кандидату геолого-минералогических наук В. Б. Кадацкому: а также члену-корреспонденту АНБ доктору геолого'-минералогических. наук
- б -
В. А.Кузнецову, всем консультантам, аналитикам, и коллегам, способствовавшим проведению полевых и камеральных исследований.