Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимия хрома в зоне гипергенеза (на примере Белоруссии и смежных территорий)

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Геохимия хрома в зоне гипергенеза (на примере Белоруссии и смежных территорий)"

АКАДЕМИЯ Ш ЕЁЖРУСИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ, ГЕОХИМИИ И ГЕОФИЗИКИ

УДК 550.4.55/.79 (476)

ГЕОХИМИЯ ХРОМА. В ЗОНЕ ГИПЕРГЕНЕЗА (НА ПРИМЕРЕ БЕЛОРУССИИ И СМЕЖНЫХ ТЕРРИТОРИЙ)

Специальность 04.00.02 - геохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

На правах рукописи

ЛУКАШЕВ Олег Валентинович

Минск - 1993

Работа выполнена в Институте геологии, геохимия и геофизики ЛЯ Б.

Научный руководитель: член-корреспондент АН Б, доктор геолого-

мзшералогическкх наук В.А. КУЗНЕЦОВ

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Б.Ф. МИЦКЕВИЧ

кандидат геолого-минералогичесхих наук В.Е. БОРДОН

Ведущая организация: Белорусский ваучно-исследовательский гео^о-го-раяведочный институт

Залита состоятся "В" ост^^л 1933 г. в "/У час. на заседании специализированного совета К 006.26.01 в Институте геологии, геохимия и геофизики АН Б по адресу: 220$$, г. Минск, ул. Же детская, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института геологии, геохимии и геофизики АН Б.

Автореферат разослан сгмпиф 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор геслогсыиинераяогн-

ческих наук У H.H. Левых

ОБЩАЯ 1АРАКТЕРИЗТЖА РАБОТЫ

Актуальность тема. Геохтаия хрома в зоне гилергенеза, в отличив от соответствующего раздела геохимии магматических и метаморфических процессов, до последнего времени изучалась недостаточно. В значительной степени это объяснимо малой подвижностью преобладающей катионлой форш элемента при выветривании, а такте отсутствием стимулирующих его изучение прикладных задач. Как следствие, в подав-ляхщем большинстве работ по геохимии гипергевеза хром в основном рассматривался в совокупности с переходными элементами 4-го периода таблицы Менделеева.

В 70-х гг. было установлено, что хром активно накапливается во всевозможных промышленных и коммунальных отходах, в анионной форме способен интенсивно мигрировать в гидросфере и, как вещество 1-го шасса опасности, может являться причиной многих заболеваний чело-зека, включач онкологические. Проявления хромового загрязнения стати отмечаться в воздухе, почвах, водах, речных, озерных и морских сложениях, сельскохозяйственной продукции, причем источниками по-¡тупления элемента служили типовые промышленные производства и отводы, широко представленные во всех индустриально развитых районах.

Недостаточная изученность ряда аспектов естественной и техно-•енной геохимии хрома послужила толчком для настоящего исследования. ! качестве объекта изучения была выбрана территория Белорусско-Прибалтийского региона, характеризующаяся многообразием генетических 'ипоз покровных отложений и высоким уровнем промышленного развития, 'ипаргенез в работе трактуется в широком его понимании (Ферсман, 322, 1934; Лукашев, Дукашез, 1975), в основном соответствующем поня-ию экзогенные процессы.

Данные о распределении хрома в различных компонентах природной реды региона представлены в трудах Института геологии, геохимии и еофизики АН Беларуси, Белорусского научно-исследовательского геоло-о-разведочного института, Атлантического отделения Института океа-ологии Российской АН (г.Калининград) и других научных и научно-роизводственных организаций. Анализ литературных источников показал, то: ь настоящее время в научный обиход введено большое количество анных различной степени достоверности и представительности - от нди-ичных оценок содержания хрома до его региональных кларков; крупные бобщения отсутствуют - уровень осмысления и систематизации материа-а варьирует от упоминаний до небольших логически законченных описа-ий; наименее изучена в регионе техногенная геохимия хрома. Таким

образом, постановка исследований является актуальной с учетом как •теоретической, так и практической значимости проблемы.

■ Цели и задачи исследования. Основные цели работы вклвчают:"изучение региональных закономерностей и особенностей распределения хрома в покровных отложениях; исследование важнейших аспектов техногенной геохимии хрома; разработку методов его геохимического мониторинга.

В соответствии с указанными целями перед автором стояли следующие задачи: собрать, проанализировать и систематизировать фактический материал о содержании хрома £ покровных отложениях, почвах, растениях и речных водах Белоруссии, а также современных донных осадках Балтийского моря; рассмотреть влияние природных и техноген-ннх факторов на распределение хрома в компонентах загрязняемых ландшафтов; разработать новые подходы к оценке загрязнения ландшафтов хромом.

Фактический материал. Основу диссертации составляет полученный и обработанный автором за 12-летний период фактический материал. Опробование пород, почв, вод, растений, речных и морских отложений (всего 1830 проб) осуществлялось в 1979-1991 гг. в составе полевых отрядов лабораторий Института геологии, геохимии и геофизики АН Беларуси - геохимии гипергенеза (испытание поискового метода с использованием искусственных сорбентов/ эколого-геохимическое картирование городов), региональной геохимии (ландшафтно-геохимическое изучение онкологических заболеваний), и экспедиций Атлантического отделения Института океанологии Российской АН в Балтийском море -51-й рейс НИС "Профессор Добрынин" и II и 17-й рейсы НИС "Шельф". В работе такяе использованы материалы Института минералогии, геохимик и кристаллохимии редких элементов ?осс;;лскэи АН :: Института геологии, г'еохкмии и геофизик:". АН Беларус".

Научная новизна. Впервые получен и систематизирован аналитический материал по загрязнению хромом почв областных центров Беларуси. Существенно дополнены имевшиеся данные о содержании элемента в ландшафтных компонентах региона. Охарактеризовано распределение хрома в мелкодисперсной фракции донных осадков Балтийского моря. Предложен и апробирован новый метод оценки загрязнения речных систем хромом.

Научная и практическая значимость работы. Проведенные исследования существенно расширяют, а в ряде случаев дакт новую информацию о распределении и поведении хрома в природных и техногенных обста-

новках Белоруссии, Полученные данные могут быть использованы в качестве оснош дая геохимического мониторинга хрома в ландшафтах урбанизированных территорий.

Материала работы переданы в Зодинскую городскую санэпидемстанции и Белорусский автомобильный завод (г.Еодино) для экологической экспертизы проектов капитального строительства.

Основные защищаемые" положения;. I) Распределение хрома в покровных отложениях Белоруссии и сменных территорий определяется генетическими, литологическими и фациальными особенностями отложений1 и. сформировано под влиянием его поступления с Украинского кристаллического щита в кайнозое, при участии сноса с Балтийского кристаллического' щита в плейстоцене. Локальным фактором, влияющим на распределение хрома в антрояогеновых отложениях, язляется выветривание глауконитсодеряащнх пород С&мбийского полуострова; 2) Геохимия хрома в ландшафтах урбанизированных территорий определяется объемами хромеодержатих выбросов и отходов промышленных предприятий, теплоэнергетических установок и транспорта, формами нахождения элемента - в составе аэрозолей, органических соединений й гидрооксидой железа, естественными процессами гипергенеза. Важным региональным фактором миграции и аккумуляции хрома является органическое вещество болот, озер и речных долин; 3) Современные геохимические методы (использование искусственных сорбентов, мультипликативных коэффициентов, растений) позволяют выявлять глубинные источники поступления хрома в зону гипергенеза - расположенные близко к поверхности рудные тела, тектонические разломы, выходы газо-флшдных потоков, что представляет интерес для решения геолого-разведочных и других прикладных задач; 4) Для повышения эффективности комплексного мониторинга хрома в ландшафтах Белоруссии необходимо опробование донных осадков речной сети, степень загрязнения элементом которых может быть более точно определена по отношению содержаний хрома и железа.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Межреспубликанском семинаре "Минеральные и геохимические, индикаторы процессов литогенеза в осадочных толщах Прибалтики и Белоруссии" (Таллин, 1984), Всесоюзном семинаре "Экогеохикия городов" (Москва, 1989), УШ научной конференции БГУ "Проблеьы рационального использования и охраны природной среды" (Минск, 1990), Республиканских семинаре "Применение спектрального анализа в промышленности и научных исследованиях" (Витебск, I9S0) и совещании "Эколого-геохкмичес-

raie аспекта изучения, охраны почв и агроланлшафтов" (Минск, 1990), П Всесоюзном совещания "Геохимия техногечеза" (Мекск, 1991>, Всесоюзной конференции "Физико-географические аспекты изучения урбанизированных территорий" (Ярославль, 1992), а также изложены в 2 отчетах к докладмой записке.

Публикации. По те:ле диссертация опубликовано 5 работ.

Объем и структура работа. Диссертация сострит из введения, 5 глав, заключения и 6 пггаложений. Текстовая часть включает 9J машинописных страниц и иллюстрировала 4rJ рисунками и 39 таблицами. Список литературы содержит 207 наименований.

Диссертация выполнена под руководством член-корреспондента АН Б, доктора геолого-минералогических наук В.А.Кузнецова. Автор пользовался консультациями доктора геолого-минералогических наук Ю.Е.Саета, кандидатов геолого-минералогических наук В.П.Самодуро-ва и А.Д.Народецкой. Помощь в выполнении аналитических работ оказала С.Л.Трошина, в оформлении диссертации Я.С.Чернова. Всем им выражается глубокая признательность и благодарность.

СОДЕРЕАл-Œ РАБОТЫ 1. Материалы и методы исследований.

Исследование природных объектов Белоруссии проводилось на участках, характеризующихся типичными для ее территории ландшафтно-геохимяческими условиями. Отбирались пробы почв и почвообразующих пород, доминантных растительных видов, поверхностных вод, речных и озерных отложений. В зонах техногенного воздействия почвы, растения, поверхностные, метеорные воды опробовались двумя способами: а) по площадной системе, исходя из плотности 10 точек на 1-10 км^ в зависимости от.размера урбанизированной территории и характера контаминации природной среды; б) по системе профилей с аагом 0,5-5 км при повышенной частоте отбора на участках максимальной антропогенной трансформации ландшафтов; в отдельных случаях отбор материала производился в локализованных пределах путей распространения загрязнителей (речные осадки). Опробование дна Балтийского моря осуществлялось при помогай драги, дночерпателя и ударней трубки с координатной привязкой расположения станции.

Отбор проб, их хранение и подготовка к анализам выполнялись в соответствии с требованиями, предъявляемыми к проведению геохимических полевых работ (Инструкция по геохимическим методам...,1965, 1983; Брукс, 1986; Карякин, Грибовская, 1937).

.1

Определение хрома производилось методом эмиссионной спектроскопии (Русанов, 1978;'Карякин, Грибовская, 1987). Использовались спектрограф PSS-2, генератор ДГ-2, микрофотометр MD-I00, фотопластинки СП-1. Для оценки результатов анализа применялся метод постоянного графика с периодическим контролем изменения его положения при помощи внешних стандартов. Калибровочные графики строились на основе провшпленных эталонов 3 группы, выполненных на различных макроосновах. Снижение матричного эффекта достигалось буферированием проб графитозым порошком марки ОСЧ-7-4. Воспроизводимость определения, в зависимости от изучаемого объекта, составляла - 10-20%. Проанализировано 170 образцов осадочных горных пород, 573- сапропелей, 110 - современных речных и морских осадков, 858 - почв, 32 - растений, 65 - вод и 22 - снеговых взвесей.

При обработке и систематизации полученной геохимической информации использовались методы параметрической статистики (Большев, Смирнов, 1983; Венецкий, Кильдышев, 1975; Герасимович, 1983 и др.).

П. Геохимические свойства хрома

Дана краткая характеристика физико-химических свойств элемента. Обпие закономерности распределения хрома в геосферах освешэны на основе работ В.И.Вернадского (1933, 1934), А.Е.Ферсмана (1955, 1959),V.M. GoMschmidt (1954), А.П.Виноградова (1957, 1962, 1967), А.И.Перельмана (1975), К.И.Дукашева, В.К.Лунашева (1967), В.В.Добровольского (1983), В.В.Аникиева (1987), А.Левинсона (1976), Г.Н. Батурина (1978), Ю.А.Бурмина (1987), Б.Б.Полынова (1953), Р.Р.Брукса '(1986) и др.

На основе данных работ А.Е.Ферсмана (1959), А.И.Перельмана . (1975, 1979), В.В.Добровольского (I96I-I983), С.Л.Шварцева (1978), Б.Ф.Мицкевича (1971), Р.С.Крайнова, В.М.Швеца (-1987), H.A.Лисицыной (i960), Е.Н.Борисенко (1980), Б.А.Воротникова (1974)., И.В.Яку-шезской (1973), R.l. Mibhdl (1964, 1972) и др. рассмотрено поведение хрома в зоне ггаергенеза.

Кратко охарактеризовано воздействие элемента на организм человека.

Ш. Основные закономерности распределения хрома в природной среде Белоруссии и смежных территорий.

Систематизированы данные о содержании хрома в породах кристаллического фундамента, осадочной толщи и ландшафтных компонентах Бе-

лоруссии, современных лонных отложениях Балтийского моря, явяяще-гооя конечным бассейном аккумуляции вещества, скосгаза с Балтийсло-Черноморского водораздела.

Авализ информации, подученной на территории Белоруссии в связ? с рассмотрением специфики состава п условий формирования пород позволяет констатировать следующее.

Кристаллические пороги. Среднее содержание хрома в породах фундамента составляет 34 г/т (основные - 52, средние - 34, кислые -- 30). Повышенные концентрации установлены в яльменит-магнетитовчх рулах Новоселковского, Кореличского и других рудопрояаяений. Содержание элемента в древних корах выветривания в большинстве случаев оценивается в 10-50 г/т.

Осадочные породы. Средние концентрации хрома в песках, песчаниках и алевролитах составляют 17 г/т, в глинах и аргиллитах - 44, карбонатах - 8 г/'т. Основными носителями хрома в осадочной толще региона являются глинистые минералы, амфиболы, турмалин, ильменит, рутил, гранат, глауконит, содержащие п-100 г/т элемента. Средняя концентрация хрома в неогеновых глинах Центрального Полесья - 220 г, заметно превыиает соответствующие показатели, установленные для Прибалтики, Польши и Украины (50-80 г/т). Высокое среднее содержание элемента характерно также для Зурых неогеновых углей южной части Брестской впадины - 150 г/т (данные на золу).

Медианная концентрация хрома в моренных отложениях в целом составляет 33 г/т (не обн.-ЗООО), что существенно ниже чем в Финляндии - 71 г/т (не обн.-900), где эти породы в большинстве случаев эялегают непосредственно на кристаллическом фундаменте. Среднее содержание элемента во флювиогляциальных отложениях различных районов оценивается в 7-90.г/т, в лессовых - 2-80, озерно-ашовиальных -10-90 г/т. *

При формировании аллювиальных отложений существенное влияние на уровень концентрации хрома оказывают услович переноса материала, фациальная обстановка осадконакопления, лигалогический тип осадка, гпгергенное минералообразование. В процессе аллювиального литогенеза формируются литогенная (среднее содержание хрома 4-100 г/т), оиаллитно-глинистая (19-230), биогенная (6-30), сиаллитно-карбонат-ная (10-50) и'оиаллитно-ферритная (10-100 г/т) фацип. Средняя концентрация элемента в различных типах аллювия Днепра составляет 5-7 г/т, Припяти - 15-27, Западной Двины - 35-65, Немана - 42-156г/т Аномально высокие содержания хрома в аллювии Центрально-Кеманского

• - б -

участка связаны с переливом валдайских фяювиогляциалышх и озерно-ледниковых отложений, сопровождающимся формированием естественных шлихов (выход гранатов - 0,05%, ильменита - 0,06, амфиболов - 0,14%). Повышенные концентрации элемента, обусловленные выносом хрома из пород Украинского кристаллического щита, выявлены в аллювии (до 150 г/т), вторичных карбонатах, фосфатах (50-80) и глинистых минералах (до 500 г/т) правых притоков Припяти.

Среднее содержание хрома в болотных отложениях различных районов составляет 7-28, эоловых отложений Полесья - 13 г/т.

Исследовано распределение хрома в озерных отложениях (573 пробы из 274 озер). Средняя концентрация элемента в золе кремнеземистых и органических сапропелей равна 37 г/т, смешанных - 22, карбонатных - 9 г/т. Распределение хрома во всех типах сапропелей подчиняется логарифмически нормальном? закону. Установлено статистически достоверное (р=0,001) различие средних содержаний элемента в кремнеземистых сапропелях Северной (41) и Южной (21 г/т) геохимических провинций, обусловленное большей концентрацией хрома в антропогеновых отложениях севера и ведущей ролью терригенной составляющей при формировании сапропеля данного типа. Аномально высокие уровни содержания элемента (95$ уровень) приурочены к озерам Западно-Двинского геохимического района, сложенного озерно-ледни-ковыми отложениями и продуктами их переработки (среднее содержание хрома 270 г/т). По данным В.К.Лукашева (1988), повышенная концентрация элемента в сапропелях Чашникского района (Северная геохимическая провинция) может быть связана с поступлением хрома из тектонического разлома, влияние которого на составсапропелей индицируется мультипликативным коэффициентом М'*Со-<Сг.

Основными формами нахождения хрома в осадочных породах региона являются прочносвязанная (в кристаллической решетке минералов) и оксидно-гидрооксидная . В гранулометрическом спектре элемент тяготеет к пелитовой и мелкодисперсной фракциям.

Содержание хрома в почвах региона составляет не обн.-90 г/т, в поверхностных водах (растворенная форма) - не обн.-1,2 мкг/л, в доминантных видах растений - менее 2 г/т сухой массы.

Приведена краткая физико-географическая характеристика Балтийского моря и его водосборного бассейна.

Анализ данных (Геология Балтийского моря, 1976; Осадкообразование в Балтийском море, 1981 и др.) показывает, что среднее содержание хрома оценивается, г/т: во взвеси - 92 ( <4-330), песках и

крупных алевритах - 50 ( <10-97), мелкоалевритовых клах - 74 (21-120), алевритово-пелятовых илах - 95 (46-200), пелитовых илах - 106(19-250), Во всех литологических типах осада.ов наблюдается положительная корреляция концентраций элемента и фракции <0,01 мм. Пространственно максимальные содержания хрома приурочены к зонам преимущественного накопления иелитового и мелкодисперсного материала - Готландской, Гданьском и другим глубоководным впадинам. Основной формой нахождения элемента в осадках является прочносвязанная.

Исследовано распределение хроме, во фракции <0,001 мм современных илов. Содержание элемента по данным 29 определений составляет 5^-140, при среднем 91 г/т. В пределах открытой акватории выделяются две зоны, характеризующиеся относительно повышенной концентрацией хрома в рассматриваемой фракции: район Саыбийского пату острова (КК до 1,5) и северо-запад (до 1,3). По нашему мнению, наблюдаемая картина распределения элемента связана с действием следу шлих факторов: а) выносом хрома в составе глауконита из палеогеновых глеукокитсодержащкх пород береговых обрывов у. подводного склона Самбийского полуострова (содержание минерала в дсн:г:л осадках до 42$) и аккумуляцией его поступающим из того же источника монтмориллонитом (содержание минерала в осадках до 35$); б) поступлением хрома лз крупкообломочнего материала зоны распространения докембркйских кристаллических пород (обломки пород Северной Швеции, дна Ботнического залива, Атландских островов и Западной Финляндии) на северо-западе.

17. Позедение хрома в условиях техногенеза.

Охарактеризованы основные производства, использование и поступление хрома ь окружающую среду.

На примере урбанизированных территорий Белоруссии изучено распределение элемента в снеговых водах и взвесях, почвах и почвогрун-тах, растениях, речных водах и осадках.

Снеговые во;цы и взвеси. Хром в атмосфере мигрирует главным образом в виде оксидной пленки на поверхности аэрозолей. Эта особенность миграции и низкая растворимость оксидагэлемента предопределяют формы его нахождения в составе снега. Фоновое содержание растворенной форш для ландшафтов Минской возвышенности составляет 0,7-1,4 мкг/л. В пределах г.Минска (включая зоны автомобильного и тракторного заводов) отмечены концентрации от не обн. до 3 мкг/л; с другой стороны в ряду: городской фон — центр — промзона наблюдается устойчивый рост средних содержаний за счет твердой фазы - от 12 до 200 мкг/л. В условиях городского фона доля растворенной форш оос-

тавляет 20$, а центре - 4,5, з промзоне - 1,5%. Повышенные концентрация хрома выявлены также во взвесях цбнтров и промзон гг.Борисова, Орпш, Гомеля и Могилева (КК = 1,2-4,7).

Систематизированы данные о пылевом выбросе хрома различными предприятиями: По модулю техногенного давления выделены группы: менее 100 г/(км^»сут) - производство пластмасс, удобрений, цемента, станкостроение, цветная металлургия; 100-200 - лптейное производство, тяяелые машиностроение и станкостроение; более 200 г/ (км^«сут) - крупное металлургическое производство.

Почвы. Исследовано распределение хрома на глубинах 0-10 и 10-20 см почв областных центров Белоруссии. Среднее содержание элемента (верхний слой) составляет, г/т: Брест - 8,6, Витебск - 23, Гродно- 24, Минск - 27, Гомель - 29, Могилев - 33. Распределение в большинстве случаев подчиняется логарифмически нормальному закону. Минимальный размах вариации выявлен в Бресте (3-20 г/т), максимальный - Могилеве, Гомеле; и Минске (10-700 и 7-1000 г/т, соответственно).1 Вследствие наличия в почве строительного мусора, аномально высокие концентрации хрома отмечены в обоих-слоях.

Статистически достоверные различия между содержаниями хрома на глубинах 0-10 и 10-20 см отсутствуют (р=0,05). Вместе с тем опробование какого-либо одного слоя при картировании загрязнения неприемлемо, так как различие концентраций элемента в них монет достигать 23 раз (доля проб, показавших различие более чем в 3 раза для Минска составила около 20%). Корреляция между содержаниями хрома в указанных слоях неустойчива: в Минске и Витебске данные показатели не связаны, в Бресте, Гродно, Гомеле связаны слабо или в средней степени, в Могилеве - сильно (r = -t 0,732). Весьма вероятно, что отмеченная зависимость обусловлена наиболее интенсивным техногенным загрязнением почв Могилева хромом в' сравнении с остальными областными центрами.

Почвогпунты. Исследование загрязнение хромом бывших полей фильтрации очистных сооружений Белорусского автомобильного завода (г.Яодино). Источником контаминации является промышленный шлам мощностью 0,5-25 сцсодержалщй, г/т сухой массы: хром (Сг3+) -- 17200 (2400-78000), свинец - 260 (83-1140), никель - 220(100-730), медь - ИЗО (670-3940), цинк - 2090.(630-21200). Общий объем осадка - около 2000 ы3. Вследствие высокой зольности - 74,3 (54,8-88,9/0 - переработка путем сжигания неэффективна. Территория в современном ее состоянии не пригодна для использования под строи-

тальствс, т.к. средняя концентрация хрома в еламе превышает принятый пороговый уровень (местный почвенный фон х 5! в 190 раз, ЦДК в почвах для свинца - в 7, никелл - 4, меди - 27, цинка - 21 раз. Кардинальное улучшение эколого-геохигического состояния может быть достигнуто путем снятия и вывоза плана (0,5-25 см) и подстилавшего его грунта (5-10 см); соответствие нормам ПДК при этом будет достигнуто з 100^ случаев. Содержание элеыентоз в подстилавшем злам грунте мощностью 10 см, г/т: хром - 59 (22-440), свинец - II (8,5-16), никель - 15 (7-54), медь - 10 (2,5-45), цинк - 100. Отношение концентраций металлов в шламе и нижележащем слое свидетельствует о низкой миграционной способности трехвалентного хрома, раз: хром -240 (33-810), свинец - 19 (8,9-43), никель - 13 (6,9-40), медь -- 120 (21-420).

Растения. Исследовано влияние железнодорожной магистрали на микроэлементный состав деревье и лугового разнотравья в зоне до 10 км от источника выброса. Установлено, что заметное воздействие дороги на содержание хрома в рябине к разнотравье отсутствует, тогда как у дуба, сосни и березы оно проявляется на расстоянии до I кн.

Коэффициенты концентрации элемента в листьях березы, дуба и хвое сосны составили 1,5; 1,8 и 5,6 соответственно. Сопоставление полученных результатов с данными (Саот и др.,1985), свидетельствует об однопорядковости уровней контаминации биокомпонентов хромом при железнодорожном и автомобильном движении средней и высокой интенсивности.

Речные воды. На основе работ (Герлах, 1985; Мур, Рамамурти, 1987) охарактеризована токсичность хрома для водных организмов. Показано, что большинство неблагоприятных явлений, обусловленных хромовым з'агпязнением, начинает отмечаться при содержаниях ниже или близких к ПЖ (снижение БПК^, торможение аммонификации и нитрификации, гибель низших организмов).

Исследовано распределение растворенной формы хрома в р.Свисло-чи. Содержание элемента варьирует от не оЗн. до 100 мкг/л, составляя выше Минска - не оба.-2,6, на выходе реки из города - 3,0-6,0, ниже сбросов с Минских полей аэрации вплоть до низовья водохранилища "Осиповичское" - 0,1-100 мкг/л. Уровень концентрации хрома 100 мкг/л установлен в 25'? случаев. Встречаемость аномальных содержаний на протяжении 150 км течения реки, относительно низкая концентрация элемента в сбросах (14 мкг/л) и их современные масштабы

свидетельствует о том, что основными источниками поступления хрома в воды Свислочи в настоящее время являются вторичные источники контаминации -загрязненные в период 60-70 гг. донные осадки. О несопоставимости масштабов сбросов и степени обогащения элементом речной воды свидетельствуют также данные долгопериодных наблюдений, полученные В.К.Лукапевым (1992) с помощью искусственных сорбентов. -Донные отложения. На основе систематизации данных (Мур, Рама-мурти, 1987; Weitfer et al. , 1980; Wîtber.Hun+er , 1979; rtoyer, SdiicK , 1981; Аникиев, 1987; Копейкин, 1983; Shottovik.Coptarig, 1981; Геохимические провинции...,1969; Варшал и др., 1981, 1983; Sthniktr, Kcrndorff, 19&1 ) предложены 6 механиз-

мов аккумуляции хрома в донных отложениях рек: I. Динамический -вне зависимости от природы загрязнения хромом взвешенного материала рек, изменение условий движения речного потока обусловливает возможность осаждения частиц и накопление элемента в донных отложениях; 2. Сорбционный - сорбенты: а) глинистые минералы и органические вещества, б) гидрооксиды железа. В первом случае сорбируются катионные формы, во втором - анионные. Первоначально хром :.:ожет накапливаться на взвесях; 3. Щелочной гидролитический - поступление кислых обогащенных промстоков в слабокислую или нейтральную обстановку с последующим выпадением в осадок Сг(0Н)д. В чистом виде, вероятно, редок. Более типичны сорбция коллоидов Сг (ОН) g на отрицательно заряженных сорбентах и совместное соосаж-дение с коллоидами Ре(0Н)3 при коагуляции в случае отсутствия больших количеств растворенных органических веществ; 4. Восстановительный'- поступление промстоков, обогащенных Сг^", в восстановительную обстановку (при недостатке кислорода, наличии EjS , органических веществ и т.д.) или падение рН щелочных стоков, содержащих Сг6+. Образование труднорастворимых соединений Сг34" с последующим выпадением з осадок или сорбцией на взвешенном материале; 5. Когат-лсксообразование с фульвохислотами и последующее осаждение гидро-оксидфульвагов.в результате разрушения высокомолекулярных гидрофильных комплексов или снижения их подвижности при рН 6-8; б.Фло-куляция коллоидов железа (хрома) с гуминовыми кислотами и последу шей коагуляцией. При взаимодействии коллоидов гвдрооксидов Fe(Cr ) с гуминовыми кислотами (М * 400) на поверхности флокул формируется слой отрицательно заряженных карбоксильных груш. Дальнейшая нейтрализация заряда макрокатионами приводит к коагуляции ор-гано-ыинеральных частиц. Вероятно, в компенсации заряда могут участвовать и положительно заряженные гидрооксиды хрома.

Тагам образом, фиксация хрома в лонных осадках связана с соединениями железа, органическим вешествсм и глинистыми минералами. Роль их неравноценна. В естественных условиях миграции хрома основное значение жмегт прочЕСсвязанная (в кристаллической решетке) и оксядно-гидрооксидяая формы во взьесях и оксядно-гвдрооксидная, органическая и прочносвязанкая формы в донных отложениях. В условиях техногенного загрязнения наблюдается интенсивный рост долевого участия оксщшо-пздюзксадной и органической форм нахождения хрсма во взвесях и органической в донных осадках при заметном снижении доли прочих форм. Иными словами, в техногенных обстанов»ах лесной зоны умеренного климата ведущими механизмами аккумуляции элемента в современных речных отложениях являются третий - шестой, тогда как роль второго представляется второстепенной.

Исследовано распределение хрома в отложениях Свислочи на ее протяжении от Минска до впадения в Березину. О степени загрязнения осадков свидетельствуют уровни концентрации элемента, выявленные в расположенных на реке водохранилищах: "Комсомольское озеро" -50, "Чижовское" - 70-2000, "Осиповичское" - 120-3270 г/т. Исходя из этих показателей и спеттехногеохимической ситуации в различных частях бассейна, Свисло-» подразделена на 7 следующих друг за другом вниз по течению участков: от северной окраины Минска до з/х "Комсомольское озеро"; от в/х "Комсомольское озеро" до в/х "Чижовское"; от в/х "Чижовское" дс впадения в Свислочь сбросов с Минских полей аэрации; от полей аэрации вниз по течению 5 км; от д.Михановичи до устья Волмы (ниже г.Турин); от г/п Пуховичи до в/х "Осиповичское"; от низовья в/х "Осиповичское" до Березины. Распределение содержаний хрома в отложениях участков подчиняется логарифмически нормальному закону и соответственно составляет, г/т сухол массы: 15 (10-33); 24 (13-83); 123 (25-323); 364 (104-2060); 338 (38-2735); 114 (12-508); 21 (12-39). Сопоставление концентрации элемента в водах и осадках свидетельствует о пространственном совпадении зон их максимального техногенного загрязнения, что позволяет рассматривать донные отложения в качестве вгорччного источника хромовой контаминации.

Падение средних содержаний хрома в отложениях участков, расположенных ниже сброса стоков с Минских полей аэрации,в целом соответствует традиционному представлению о потоке рассеяния вещества. Однако, исходя из подобной модели, невозможно объяснить факт, что максимальные концентрации хрома были отмечены не у полей аэра-

ции, а на значительном удалении от них: 25 км - КК = 181; 50 км -КК = 119. За данным противоречием кроется традиционная методическая ошибка - трактовка донных отложений по типу "искусственных сорбентов" с присущими последним заданными стандартными характеристиками. Последнее не соответствует реальности, так кал содержание основных носителей хрсма в осадках - гидрооксидов железа и органи- -ческого вещества - зачастую варьируют в 10-15 раз. Дня повышения точности оценки степени загрязненности речных систем хромом необходимо использовать какой-либо количественный метод, позволяющий учитывать различие исследуемых проб по содержанию в них . макрофаз Метод постадийных вытяжек, ввиду своей трудоемкости, для массовых анализов непригоден. В этой связи предлагается: а) исключать из рассмотрения пробы, содержащие органическое вещество в количестве более 10%; б) для оставшихся проб рассчитывать величину отношения Сг/Ре (г/10 ООО г), используемую при оценке загрязнения. Фактически выделяются образцы донных отложений с преимущественным действиям щелочного гидролитического механизма аккумуляции хрома. В качестве обоснования данного методического приема укажем следующее:. I. Действие в пределах водосбора Свислочи механизмов третьего-шео-того косвенно подтверждается линейными зависимостями между содержаниями в осадках железа и органического вещества, марганца, кобальта и железа; 2. Графическое отражение зависимости Сг/Ре - органическое вещество позволяет количественно .разграничить области действия механизмов третьего-четвертого и пятого-сестого. Величина аккумуляции хрома на условную единицу содержащегося в пробе железа. от абсолютной концентрации органического вещества в.области Орг. <10^ практически не зависит, тогда.как з области Орг. > 10$ . и Сг/Ре > 350-взаимосвязь линейная. Приведенные граничные значения свидетельствуют о том, что при определенном уровне техногеннс.. о загрязнения хромом (свыше 700 г/т) и содержании органической составляющей более 10% (максимальное - 60??), накопление данного элемента в донных отложениях не может быть удовлетворительно объяснено только за счет механизмов третьего и четвертого. Разбраковка результатов определения хрома в донных отложениях Свислочи объемом 70 проб в соответствии с граничным значением концентрации органики в 10% привела к исключению из общей совокупности 10%, главным образом аномально высоких показателей. Последнее, однако, незначительно ограничило возможность дифференциации участков по степени их загрязнения, так как "индикационная емкость" оставшихся в вы- 13 -

борке величин составляла около 20 КК относительно городского фона (Cr/SeW /(Cr/Sfe) фон = 20.

3. Взаимосвязь ыевд содержаниями хрома и железа прослежена на всех участках: на 1-4., Б и 7 она линейная, на 5 - экспоненциальная. Отсутствие четко выраженной линейной зависимости свидетельствует о смешении двух илп более виборок, характеризующие участки различного уровня техногенного дазлекия (по хрому); экспоненциальная зависимость объяснима наличием ъ выборке проб, не соответствующих условиям разбраковки. Возможность использования данных, нормализованных по железу, может быть обоснована количественно. Так, для участка 3 содержание хрома составляет 25-323 г/т, железа --0,77-3,39^, органического вещества - 0,34-14,Коэффициент парной корреляции Сг-Ре - +0,913, Сг-Орг. - +0,869, Fe-Opr. - +0,879. Коэффициент частной корреляции I порядка: при элимлнировании фактора железа - Сг-Орг. - +0,324 (статистически недостоверен, р=0,05), при элиминировании фактора органики - Cr-Fe - +0,632 (р=0,05). Величина Сг/Ре с содержанием органического вещества и абсолютным со-держанием железа не коррелирует (коэффициенты корреляции статистически недостоверны). Пр/з^денные коэффициенты показывают, что : аккумуляция хрома в осадках на участке 3 удовлетворительно объяснима фактором железа и от фактора органики не зависит; накопление хрома условной единицей железа определяется (глазным образом техногенным давлением и с особенностями осадка - абсолютным содержанием железа и органики - не связано.

Оценка среднего уровня загрязнения хромом отложений участков пс традиционной и предлагаемой методикам: I) абсолютные концентрации (в КК, относительно участка I (15 г/т) ) — I - 1,6 - 8,2 -

- 24,1 -.22,4 - 7,6 - 1,4; 2) величины Cr/Fe (в КК, относительно участка I (18,4 г/10000 г) ) - I - 1,9 - 4,2 - 9,3 - 9,7 - 9,4 -

- 2,3. Таким образом, на участка 3-5 по скорректированным данным средний уровень загрязнения в 2-2,6 раза ни:-;'?, чем по традиционным оценкам. Вместе с тем, степень контаминации участка 6, по-видимому, сопоставима с таковой на участках 4 и 5, вследствие чего вс* течение Свислочи от Минских полей аэрации до низовий в/х "Осп-ловичское" должно быть признано единой зоной хромового загрязнения,-

Предложенный метод позволяет также устранять эффект мнимой контаминации осадков хромом, когда концентрации элемента, трактуемые как техногенные, фактически обусловлены повышенным содержанием в пробе поглощаияей v£L~r?fаэы - железа.

У. Прикладные аспект изучения хрома в ландшафтах Белоруссии.

Геохимические поиски. Проведено исследование вторичных ореолов хрома в рудных ландшафтах с помощью фосфат-целлгаозных искусственных сорбентов,. На участке "Рудьма" (Белорусский кристаллический массив), характеризующемся залеганием железных руд на глубинах более 170 м, выявлены повышенные содержания элемента на сорбентах (до 500 г/т золы), заложенных в почву на глубину I м. Отмечено совпадение данных метода искусственных сорбентов и биогеохимического метода (кора березы).

Онкозаболеваемость сельского населения. Сопоставление средних содержаний хрома в почвах двух групп участков - "канцерогенных" (больные раком всех локализаций) и "контрольных", располагающихся на разных удапечиях от них, показало, что различия являются статистически недостоверными. Таким образом, связь хрома и онкозаболёваемости в диапазоне валовых концентраций элемента, характерных для почв Белоруссии, не установлена.

Различные аспекты геохимического мониторинга хрома в ландшафтах урбанизированных территорий освещены в главе 1У.

Выполненные исследования позволили оделать следующие вывода:

I, Территория Белоруссии в целом является регионом о около-кларковым содержанием хрома в осадочных породах. На распределение концентраций элемента оказывают влияние генетические, литологичео-кие и фациальные особенности осадков, а также гипергеннсе минерало-образовакие.

С поступлением хрома с Украинского кристаллического щита и Зитковичско-Микашэдичского горста связаны аномальные содержания элемента в разновозрастных отложениях кайнозоя яга Белоруории. Повышенными средними концентрациями хрома выделяютоя: пеоки киевской свиты палеогена в Припятской впадине (900 г/т), глины полтаз-окой серии неогена Центрального Полэоья (220), бурыэ угли неогена южной части Брестской впадины (150), дпепровокие морены Полэоья (60), флювиогляциальные отложения западной части Полэоья (90), лво-сы района Мозырь-Туров (80), озерно-аллювиальныо отложения антро-погена бассейна Припяти (90) и аллювиальные отложения ев правых притоков (40 г/т). Аномальные содержания элемента выявлены а глинистой фракции моренных (320 г/т), флювиогляциальнюс (430) и аллювиальных (230 г/т) отложений Полэоья,

Влияние .Балтийского кристаллического шита проявляется в составе антропогеновых порол, содержаскх дальнепгиносной эрратический материал, и снижается с севера на юг: концентрация хрома в моренах Белоруссии в 2 раза ниже, чем в моренах Финляндии; относительно повышенные содержания элемента характерны для лессов Минской гряды и Оршано-Могилевского плато (40 и 50 г/т), руслового и пойменного аллювия, почв бассейна Западной Двины (35, 65 и 50), кремнеземистых сапропелей Поозерья (40 г/т).

2. Основные формы нахождения хрома в породах осадочного чехла Белоруссии - прочноезязанная (з кристаллической решетке минералов) и оксидно-гидрооксидная. Важнейшими минерал,-и:г-носител.~ми.элемента являются минералы глин, амфиболы, турмалин, гранат, глауконит, ильменит, рутил, лейкоксен, силлиманит и ставролит. В гранулометрическом спектре хром тяготеет к пелитовой и мелкодисперсной фракциям.

В донных отложениях Балтийского моря преимущественное накопление хрома связано с пелитовым и мелкодисперсным терркгенным материалом, отлагающимся в глубоководных впадинах. Максимальное поступление элемента в водоем наблюдается в юго-восточной области сноса и обусловлено выветриванием палеогеновых глауконитсодержащих пород Самбийского полуострова.

3. Установлены проявления техногенного загрязнения хромом ландшафтов Белоруссии. Его максимальные концентрации в снеговых водах (до 200 мкг/л), почвах (1000 г/т"1 и растительности ;?) приурочены к районам промышленных производств и транспортных магистралей, в водах (100 мкг/л) и донных отложениях речной сети (до 2740 г/т) и водохранилищ (3270 г/т) - к участкам распространения хромсодержа-

Промвтленные предприятия к транспорПвлияют на содержанке растворенной формы хрома в снеге, долевое участие взвешенной формы в общем содержании элемента на участках интенсивного техногенного воздействия превышает 95%.

Загрязнение почв хромом выявлено во всех (кроме Бреста) областных центрах. Максимальные концентрации элемента, достигающие 700-1000 г/т, отмечены в Могилеве, Гомеле и Минске. В ненарушенных почвах элемент аккумулируется в верхнем 10-см слое, непосредственно контактирующем с загрязненной атмосферой. На бывших полях фильтрации очистных сооружений Белорусского автозавода (г.Жодино), перекрытых хромеодеряащим органоминералькш осадком, установлена незначительная (до 20 см) нисходящая миграция элемента в грунтах всех литологических типов.

Обогащение хромом доминантных видов растительности (дуб, береза, сосна) отмечено йа расстоянии до I кы от железнодорожной магистрали; степень контаминации соответствует тановой на участках движения автотранспорта средней и высокой интенсивности.

Установлено сильное загрязнение хромом вод и донных отложений р.Свислочь на всем ее протяжении от г.Минска до впадения в водохранилище "Оспповичсксе". В аккумуляции элемента донными отложениями основную роль играют гидрооксида железа и органическое вещество.'Влияние органической макрофазы проявляется при ее концентрации более 10% и загрязненности осадка хромом свыше 700 г/т.

4. Взаимосвязь мевду валовым содержанием хрома в почвах и онкологэтеской заболеваемостью сельского населения Белоруссии не выявлена.

На основе выполненных исследований рекомендуется:

1. При геохимических поисках шире использовать искусственные сорбенты, позволяющие фиксировать глубинные источники поступления хрома в зону гипергенеза - рудные тела на глубинах до 170 и более глет ров, выходы газо-флювдтшх потоков и др.

2. При мониторинге хрома в отложениях речной сети применять предложенный метод, основанный на действии щелочного гидролитического механизма фиксации элемента (расчет отношения Сг/5е с предварительной отбраковкой проб, содержащих органическое вещество в количестве более 10$).

3. При картировании хромового загрязнения урбанизированных территорий на основе опробования снегового и почвенного покровов в качестве информативных объектов использовать взвешенную составляющую снега и горизонты почв глубиной 0-10 и 10-20 см.

4. Провести рекультивацию территории бывших полей фильтрации очистных сооружений Белорусского автозавода (гЛодино) и' сходных предприятий автомобилестроения.

5. Продолжить эколого-геохимическое изучение урбанизированных территорий с целью разработки мер по снижению и ликвидации заболеваний населения, связанных с загрязнением окружающей среды хромок.

Список работ, опубликованных по теле диссертации

1. Распределение микроэлементов в глинистой фракции донных осадков Балтийского моря // Минеральные и геохимические индикаторы процессов литогенеза в осадочных толщах Прибалтики и Белоруссии: Тез. семинара. - Таллин, 1984. - С.44-46.

2. Техногенез и геохимические изменения в- окружающей среде. -Минск: Наука п техника,.1986. - 204 с. Соавтор - К.И.Лукапев.

3. Распределение хрома в водах и донных отложениях р.Свислочь/, Проблемы рационального использования и охраны природной среды: Тез. докл. конф. Минск, 1990. - С.92.

4. К вопросу об индикационных свойствах донных отложений (основные закономерности аккумуляции хрома) // Геохимия техногенеза: Тез. докл. П Всесоюз. совет. - Минск, 1991. - С.158-161.

5. Влияние железнодорожной магистрат;: на распределение микроэлементов в растительности // Физико-географические аспекты изучения урбанизированных территорий: Тез. докл. конф. - Ярославль, 1992. - С.57. Соавтор - И.Л.Евтухозич,

Поцписено в печать 27.0b.93. Формат 60хВ4/16. Зак.48. Тираж 100 экз.

Отпечатано на ротапринте Института геологии, геохимии и г*еофк.зики АН Беларуси. 220141. Минск, ул. Жоаинская,?.