Введение к работе
Актуальность. Возрастающее техногенное воздействие вызывает интенсивное загрязнение окружающей среды. Этот негативный процесс достиг масштабов, потребовавших выделения геохимии техногенеза в самостоятельное научное направление (Ферсман, 1955; Лукашев, 1991).
В последнее время для оценки уровня загрязнения окружающей среды широко используются природные индикаторы, к которым относятся и донные отложения. Содержания элементов-зар-гязнителей в этих природных объектах позволяет определить степень антропогенной нагрузки на природный комплекс и оценить экологическую опасность для человека.
Изучение современных процессов формирования геохимического фона донных отложений имеет не только теоретическое, но и практическое значение для прогноза последствий антропогенного поступления металлов на акватории заливов, подвергающихся интенсивному техногенному воздействию (под геохимическим фоном мы понимаем общую элементную характеристику генетически однородных территорий, а также начальный уровень отсчета, превышение которого указывает на изменение геохимических параметров среды в районе исследования).
Рассматриваемые в работе тяжелые металлы (РЬ, Си, Сг, Ni) относятся по классификации ЮЗ к категории особо опасных загрязнителей, поскольку способны накапливаться в трофических цепях. Их избыточное поступление в организм человека приводит к возникновению как специфических заболеваний, так и ослаблению иммунитета, росту общей заболеваемости, алерги-ческим реакциям.
Среди проблем природопользования значительное место занимают вопросы, связанные с поступлением в окружающую среду промышленных и бытовых отходов. Наибольшее распространение во всем мире имеет сброс материалов драгирования при проведении дноуглубительных работ, связанных со строительтством и эксплуатацией портов. Однако, до настоящего времени не проводилось детального узучения отдаленных последствий воздействия дампинга на аквасистемы.
Диссертационная работа выполнена на материале геохимического обследования заливов второго порядка (Амурского, Уссурийского и Находка) залива Петра Бэликого Японского моря. Исследуемые акватории окружены наиболее густонаселенными и промышленно развитыми районами Южного Приморья. На побережье Амурского залива, которому в работе уделяется наибольшее
- г -
внимание, расположен крупный город-порт Владивосток с населением около 650 тыс. человек. Природные условия рассматриваемого региона благоприятны для закрепления в донных отложениях заливов тяжелых металлов. С этим связывается повышенная опасность интенсивного загрязнения названных акваторий и необходимость контроля за процессами формирования современного геохимического фона донных осадков заливов.
Целью работы является выявление особенностей современного процесса поступления и закрепления тяжелых металлов в донных отложениях изучаемых заливов и оценка степени антропогенного воздействия, в том числе и дампинга, на рассматриваемые природные процессы.
При этом решались следующие задачи:
-изучение природных условий формирования современного геохимического фона донных отложений;
-выявление пространственной изменчивости концентраций рассматриваемых металлов, в том числе и форм различной степени подвижности, в донных отложениях Амурского залива;
-анализ вертикального распределения концентраций различных форм подвижности тяжелых металлов;
-индикация основных источников поступления микроэлементов;
-выявление особенностей основных миграционных процессов, формирующих современный геохимический фон донных осадков;
-определение последствий влияния дампинга на донные отложения в заливах различной степени открытости. Изученность района иследований.
Японское море является одним из наиболее изученных морей Дальнего Востока (Грамм-Осипов, 1975; Марков,1983; Мануйлов, 1990). Вместе с тем ощущается недостаток крупномасштабных геохимических работ. Имеются сведения о распределении некоторых тяжелых металлов в донных отложениях открытой части Японского моря (Страхов, 1973), бухты Рудная . (Шулькин, 1991). Достаточно подробно с геохимической точки зрения изучен Уссурийский залив (Шулькин, 1988). Получено представление об общем содержании тяжелых металлов в донных отложениях и в водной массе Амурского залива (Мамонтова, 1979; Аникиев, 1989). Однако, в донных отложениях залива не проводилось крупномасштабное изучение содержания микроэлементов и особенно их форм различной степени подвижности. Методика исследований. Полевые исследования. В связи с поставленными задачами
f I
было проведено обследование Амурского залива и районов дам-пинга в Уссурийском заливе и заливе Находка. В Амурском заливе было заложено 8 основных профилей, пересекающих акваторию залива с запада на восток. Среднее расстояние между профилями 5 км , расстояние между станциями опробования - 1,5 км. В районе, испытывающем наибольшее антропогенное воздействие (вдоль восточного побережья), частота отбора проб была увеличена до 3-4 на кв. км. Всего в Амурском заливе заложено 150 станций отпробования, в Уссурийском заливе - 9, в заливе Находка - 40.
Отбор образцов производился дночерпателем из средней части ковша. Стратиграфия осадка не нарушалась, что визуально контролировалось наличием ненарушенного верхнего слоя и прямыми ходами полихет. Пробы отбирались до глубины 16 см и разделялись на горизонты через 2 см. Послойный отбор образцов позволил определить особенности вертикального распределения содержания тяжелых металлов.
Аналитическая обработка. Для оценки процессов современного накопления тяжелых металлов в донных отложениях заливоз потребовалось изучение литолого-геохимических параметров осадков. Для этого в 880 образцах был проведен гранулометрический анализ (выполнен В СОИЗИ), исследованы шелочно-кис-лотные и окислительно-восстановительные условия. Определения рН (40 определений) и еН (67 определений) проводились по стандартным методикам.
В донных отложениях исследуемых акваторий изучалось валовое содержание тяжелых металлов и их формы различной степени их подвижности. Валовое содержание элементов определялось в лаборатории Бронницкой геолого-геохимической экспедиции ИМГРЭ методом группового количественного спектрального анализа. Всего было проанализировано 700 образцов. Проводилось определение Pb, Zn, Си, Ag, Sn, Kfo,.Сг, Ni, Со, Mn.
В настоящее время не существует единой унифицированной последовательной методики выделения различных форм нахождения микроэлементов. В работе использовалась методика, разработанная а ИОАНе для восстановленных осадков, к которым относятся донные отложения Амурского залива.
Для определения наиболее подвижных форм металлов использовалась вытяжка ацетатного буфера (CH3CO0HNa+CH3CO0H, рН=4,7). В целях выделения металлов связанных с органическим веществом и сульфидами проводилась пятикратная обработка пе-
- 4 -рекисью водорода (Н202)с последующим переводом в 5% соляную кислоту (НС1). Аналитическим окончанием являлась пламенная атомная абсорбция на AAC "Hitachi 170-80". Определялись РЬ, Zn, Си, Cd, Сг, Ni. Всего было проведено 1656 элементоопре-деления подвижных форм тяжелых металлов и 1456 элементоопре-делений металлов, связанных с органическим веществом и сульфидами.
Математико-статистическая обработка результатов. Большой объем аналитического материала, необходимость сравнения результатов потребовали применения методов математической статистики и вычисления некоторых наиболее распространенных статистических показателей (X - математическое ожидание, с- -среднее квадратическое отклонение, г - коэффициент корреляции) . В целях выделения районов с одинаковым уровнем содержания тяжелых металлов в донных отложениях применялся кластерный анализ.
Картографическое представление. В работе использовались следующие способы картографического изображения: изолиний с послойной окраской, качественного и количественного фона, локальных диаграмм.
Новизна работы заключается в том, что впервые:
-была составлена детальная карта-схема литолого-геохимических обстановок накопления тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива;
-проведено крупномасштабное изучение содержания тяжелых металлов различной степени подвижности в донных осадках; -
-выявлены закономерности вертикальной дифференциации распределения значений концентраций различных форм подвижности металлов;
-на основании особенностей пространственного и вертикального распределения тяжелых металлов в донных отложениях проведено зонирование акватории Амурского залива по характеру основных миграционных процессов;
-оценены последствия воздействия дампинга на донные отложения в заливах различной степени открытости.
Практическая значимость диссертации определяется возможностью использования ее результатов при планировании и нормировании сбросов как сточных вод города Владивостока, так и материалов дноуглубительных работ. Разработана методика опробования и предлагается набор аналитических методов для выявления последствий воздействия дампинга.
# I
- 5 -Апробация работы и публикации. Материалы диссертации изложены на заседании геохимической комиссии МФ ГО СССР (1989), НТС лаборатории новейших отложений и палеогеографии плейстоцена географического фалакультета МГУ (1993), лаборатории геохимии ландшафта ТИГа ДВО РАН (1993). По теме диссертации опубликовано 4 статьи. Методические рекомендации, картографические материалы, фактические данные, полученные в ходе работы над диссертацией использовались в ДВНШ по гидрометеорологии и контролю окружающей среды и в ПО "Дальморгеология".
Объём и структура работы. Диссертация изложена на2'35 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 80 рисунков. Работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 81 наименования, в том числе и 9 на иностранных языках.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю П. А. Каплину и научному консультанту А. К. Евдокимовой. Автор благодарен так же А. В.' Поротову, Н. К. Кулиничу, О. В. Зайцеву за научные консультации и помощь в отборе образцов, Г. А. Соловьеву, Т. Г. Суховой, Е. А. Шахпеньдорян и сотрудникам лаборатории геохимии ландшафта ТИГа под руководством А. Н. Качура за помощь в проведении аналитической обработки материала.