Введение к работе
Актуальность проблемы
Напряженность экологической ситуации в нашей стране, и в частности в Сибири, известна давно, и поэтому, одной из важных задач настоящего времени является организация мониторинга, определения наиболее критических источников и факторов воздействия на биосферу и здоровье населения. Причем характер этих исследований должен быть не только региональным, но и локальным (Ю.А.Израэль, 1984).
В Сибири в связи с повышенной уязвимостью природы, с неблагоприятными метеоусловиями, способствующими загрязнению атмосферного воздуха, и другими факторами проблема мониторинговых наблюдений стоит очень остро. Известен ряд работ, затрагиваюпщх этот аспект в природоохранной деятельности в целом по стране (Ю.А. Израэль и др., 1978, 1983; В.Н. Василенко и др., 1985). Большое внимание уделяется исследованию атмосферных (в том числе, снеговых) осадков. Начиная с 1980 г. в результате снегомерной съемки получены данные о выпадении пыли и ее составляющих на территории СССР (И.М. Назаров и др., 1978; Н.Ф. Глазовский и др., 1983; Р.А. Бабаянц, 1984).
Что касается Сибири, и конкретно г. Томска, где снеговая съемка проводилась, начиная с 1974 г. (А.П. Бояркина и др., 1976, 1978, 1984,1988), то в течение последних двадцати лет было опубликовано немало монографий, статей и отчетов, затрагивающих вопрос организации мониторинга выпадений атмосферного аэрозоля (А.П. Бояркина, 1985; В.В. Банковский и др., 1989; А.И. Летувнинкас, А.В. Квасников, 1992; А.И. Летувнинкас, В.Е. Хохлов, 1992; Е.Г. Язиков и др., 1996).
Но в большей части работ рассматриваются возможности организации и результаты мониторинга выпадений фонового аэрозоля на территории Сибири, и лишь незначительное количество публикаций затрагивает проблему изучения загрязнения окружающей среды техногенными выбросами в атмосферу промышленными центрами (А.И. Летувнинкас,
A.B. Квасников, 1996). Так, в монографии "Аэрозоли в природных планшетах ..." (А.П. Бояркина и др., 1993) приводятся результаты исследования атмосферных выпадений пыли и ее составляющих на основании природных планшетов - снегового покрова и торфяной залежи в г. Томске и его окрестностях. Также дана характеристика интенсивности выпадения атмосферных примесей как по площади, так и во времени. Выделены зоны повышенной экологической опасности, сделан прогноз атмосферных выпадений до 2000 года.
Большая роль в мониторинге окружающей среды отводится изучению химических элементов, особенно тяжелых металлов, которые в списке приоритетности занимают одно из ведущих положений (Ю.А. Израэль и др., 1980). Имеется ряд работ, в которых показано, что основным поставщиком тяжелых металлов в атмосферный воздух является техногенный аэрозоль (В.В. Фет, 1961; Е.К. Вульфсон и др., 1978; В.В. Добровольский, 1998). Так, в снеговом покрове окрестностей г. Томска выделено более тридцати лимитирующих показателей вредности, в том числе тяжелые металлы (А.П. Бояркина и др., 1978, 1980,1985; А.И. Летувнишсас, В.Е. Хохлов, 1992; Е.Г. Язиков и др., 1996).
Значительная пространственная и временная изменчивость состояния аэрозоля в атмосферном воздухе приводит к необходимости применения различных методов его исследования (В.А. Ковда, А.С. Керженцев, 1980), в частности, лазерное и лидарное зондирование (В.Е. Зуев, М.В. Кабанов, 1977; Б.Д. Белан, 1992; Ю.С. Балин, А.И. Разенков, 1993).
В последние годы возросло число работ по изучению состояния
городских ландшафтов как в СНГ, так и в других странах. В частности, получено большое количество данных об уровнях загрязнения атмосферы и растительности.
Велика роль техногенного аэрозоля и в формировании элементного состава почв. Известен ряд работ, посвященных аэрозольному загрязнению почв тяжелыми металлами в окрестностях городов и отдельных
промьшілеїшьіх предприятий, закономерностям распределения токсикантов в почвах в зависимости от удалегаюсти от промышленных предприятий и автомагистралей (Т.Д. Белицьша, И.А. Салпагарова, 1980; В.А. Ковда, 1982; Г.К. Вертинская и др., 1988; М.Г. Агаркова, 1991; В.Н. Макаров, 1994; «Геохимия...», 1990; «Экогеохимия городских...», 1995; А.И. Перельман, Н.С. Касимов, 1999; и др.).
Имеется также ряд работ, характеризующих особенности загрязнения почво-грунтов тяжелыми металлами на территории бывшего СССР, и в частности, Сибири (О.И. Лепнева, А.И. Обухов, 1990; Ю.Г. Покатилов, 1993; Н.А. Росляков и др., 1996; М.С. Панин, 1999) и в г.Томске (А.В. Квасников, Н.А. Сазонтова, 1994; Л.П. Рихванов и др., 1993, 1995). Однако в большинстве из них упор делается на почвенно-химический мониторинг, отражаются особенности качественного и количественного загрязнения почв, и в первую очередь их верхнего горизонта (Л.В. Рохмистров, 1986; Л.К. Садовникова, 1989; Л.П. Рихванов, ЕГ. Язиков, 1992).
В настоящее время ведется интенсивная разработка теоретических основ учения о городских экосистемах и роли в них почв. Широко известна монография голландского ученого А.Виика (A.P.AVink, 1983), в которой большое внимание уделено урбанизированным экосистемам. В последние годы вышли сборники, посвященные городским почвам в Японии, Германии, Англии и других странах (Craul, 1992; Тугжжавьш Оюнчимэг, 1998).
В то же время только незначительная часть этих работ посвящена генезису и свойствам городских почв. Среди большого количества публикаций, содержащих информацию о химическом состоянии городских почв, лишь единичные касаются вопросов геохимии тяжелых металлов в почвенном профшіе в условиях промышленного города. Остается слабо разработанной классификация нарушенных почв и почвенных горизонтов (Н.Ф. Мырлян и др., 1992; Н.С. Касимов, И.А. Перельман, 1993; Н.С. Касимов, 1995; А.И. Летувнинкас, 1998). Наиболее полно эти вопросы затронуты в книге «Почва, город, экология», вышедшей в 1997г. Здесь
обсуждаются принципиальные теоретические аспекты экологии городских почв: генезис и свойства, их роль в городских экосистемах, экологические функции, изменение свойств под воздействием человека. Особое внимание уделяется специфичности геохимических потоков в городских условиях и техногенному загрязнению почв: составу элементов, влиянию загрязнения на свойства почв и др.
Аналогичные исследования городских почв проведены Д.С. Обуховым (1989), рассмотревшим закономерности распределения тяжелых металлов вдоль автомагистралей и внутри крупных парков г. Москвы, формы соединений микроэлементов в почвенных профилях. Подробных работ, освещающих генезис, свойства городских почв по Западной Сибири и, конкретно, по г. Томску, нет.
В целом, можно отметить, что практически все публикации, касающиеся мониторинга промышленного города, загрязнений атмосферного воздуха и почво-грунтов, закономерностей распределения в них микроэлементов техногенного происхождения, имеют отношеїше к Центральной России, к крупным городам Сибири и Урала. Очень мало подобных исследований, особенно комплексных, проводилось на территории г. Томска, а по некоторым аспектам они практически отсутствуют и по сей день.
Естественным образом возникает необходимость продолжения работ
по контролю качественных и количественных характеристик чистоты
атмосферы г.Томска с использованием ранее апробированных методик и
_внедрением новых методов в систему экологического мониторинга.
Цель работы: На основании использования данных наземного мониторинга основных депонирующих сред (снеговой покров и почво-грунты) дать экогеохимическую характеристику загрязнения окружающей природной среды г.Томска техногенной пылью и тяжелыми металлами, оценить интенсивность притока загрязняющих веществ на подстилающую
поверхность и разработать методику экогеохимического изучения техногенного воздействия на урболандшафты с использованием результатов лидарного зондирования.
В рамках достижения данной цели решались следующие задачи: 1 .Разработать и апробировать комплекс экогеохимических методов по использованию информации, полученной в результате лидарного зондирования для выявления зон техногенного загрязнения окружающей среды.
2.Сопоставить результаты наземного мониторинга с данными, получеїшьіми при лидарном зондировании.
3.Изучить уровень накопления и геохимические особенности радиального распределения тяжелых металлов в почвенном профиле в условиях г. Томска. 4.Выявить временную дішамику загрязнения техногенной пылью и тяжелыми металлами на исследуемой части территории г.Томска и в пределах конкретных техногенных полей загрязнения. Основные положения, выносимые на защиту:
1. Параметры пространственного распределения коицентраций аэрозоля в
атмосфере, полученные при лидарном зондировании в зимних условиях,
хорошо коррелируют с результатами наземной снеговой съемки и позволяют
проводить оценку количественных характеристик загрязнения приземного
слоя атмосферы (интенсивности выпадения аэрозоля и скорости его оседания
на подстилающую поверхность).
2. Скорость оседания загрязняющих веществ из атмосферы на
подстилающую поверхность на основании данных лидарного зондирования и
наземной снеговой съемки в пределах изученной части г.Томска составляет в
среднем 2 см/сек, что необходимо учитывать при прогнозировании
пространственной структуры и характера техногенных геохимических
аномалий аэрозольной природы.
3. Использование снегового покрова для решения основных, задач
мониторинга загрязнения окружающей среды даже в относительно короткий
срок (в данном случае три года) позволяет дать объективную оценку объема и экогеохимических особенностей аэрозольных выпадений в черте промышленного города.
4. Миграция и накопление тяжелых металлов в почвенном профиле в
условиях урболандшафта отличаются от таковых в естественных условиях и,
в конечном итоге, определяют уровень техногенного загрязнения и характер
возникающих техногенных геохимических аномалий в почвах.
Научная новизна и теоретическая значимость работы: 1.Впервые для г.Томска проведен сравнительный анализ результатов двух методик изучения техногенного загрязнения приземной атмосферы: лидарного зондирования и основанной на исследовании природного планшета - снегового покрова.
2. Доказано дифференциальное проникновение микроэлементов техногенного
происхождения вглубь почвенного профиля в условиях г.Томска (до
70-80 см).
3. Установлено, что под влиянием техногенных факторов кислые зональные
почвы южно-таежной зоны ощелачиваются и нередко подвергаются
оглеешио, что существенно сказьшается на поведении в них многих
микроэлементов ввиду появления специфических техногенных
геохимических барьеров.
4.Обоснован и апробирован метод вычисления скорости осаждения аэрозольных частиц из атмосферы на подстилающую поверхность с использованием карт лидарного зоїщирования, позволяющий определять интенсивность притока загрязнения в любое время года и оценивать вклад в ибщее~загрязнениеотдёльных~ёго~источников:
5. Впервые для г.Томска проведена оценка изменения площадей участков с
разной степенью пылевого загрязнения на изученной части города в течение
1996-1998 гг.
Публикации по теме диссертации: По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 10 тезисов докладов.
Практическая значимость работы:
1.Впервые проведено исследование содержания микроэлементов во всех почвенных горизонтах в условиях г. Томска
2.Проведена оценка аэрогенного притока загрязняющих веществ от предприятий: ГРЭС-2, Домостроительный комбинат, объединение «Эмальпровод», 32-й цех Томского завода резиновой обуви в летний период. 3. Предложена комплексная методика контроля состояния приземной атмосферы и депонирующих сред для условий промышленного города, пригодная для круглогодичного использования. Апробация результатов работы:
- Материалы исследований доложены и обсуждены на: научной
конференции, посвященной 75-летию геологического образоваїшя в ТГУ
(Томск, 1996), Международной конференции «Сопряженные задачи
механики и экологии» (Томск, 1996), Первом международном научном
симпозиуме «Молодежь и проблемы геологии» (Томск, 1997),
Международной конференции «Геоэкологические проблемы
урбанизированных территорий» (Томск, 1999) Втором международном
симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск, 2000),
Международном симпозиуме «Enviromis-2000», конференции «Проблемы
геологии и геохимии юга Сибири» (Томск, 2000).
Объем и структура диссертации: