Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимия хрома в зоне гипергенезеа (На примере Белоруссии и смежных территорий)

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

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

Р|В ОМ

2 7 Сс.1

АКАДЕМИЯ ЫШ БЕЛАРУСИ ИВС1ШУТ ГЕОЛОГИИ, ГЕОХИМИИ И ГЕОФИЗИКИ

На правах рукошои ЛУКАШЕВ Олег Валентинович

УДК 550.4.55/.79 (476)

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

Специальность 04.00.02 - геохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических.наук

Минск - 1993

Работа выполнена в Института геологи, гаояашн е геориэшш ДП Б.

Науашй руководитель: чаан-хорреепондепт АН Б, доктор геоаого-

юшералогическкх наук В, А. КУЗНЕЦОВ

Офжцкальпые оппоненты: доктор геолого-мннералогкческих наук

5.Ф. МИЩЕБИЧ

кандвд&т геологс-шгнераяогичесхюс наук В.Б. БОРДОН

ВедуЦЕЯ организация: Белорусский научно-исследовательский гео^о-го-раавадочвый институт

Защита состоится "Я" ОМШс^ 1993 г, в час. на за-

седании специализированного совета К 006.26.01 в Институте геологии, геохимия и геофизики АН Б по адресу: г. Минск, ул. Жо далекая, -7.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института геслсгии, геохшнк и геофизики АН Б.

Автореферат разослан " С^Ыпи/^, 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор гаолого-минаралогк- /

чееккх наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Геохтагия грош в зоне гнпергенеза, в отличив от соответствушего раздела геохимии магматических и метаморфических процессов, до последнего времени изучалась недостаточно. В значительной степени это объяснимо малой подвижностью преобладающей катионвой форкы элемента при выветривании, а также отсутствием стимулирующих его изучение прикладных задач. Как следствие, в подав-ляпаем 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 храп активно накапливается во всевозможных промышленных и коммунальных отходах, в анионной форме зпособен интенсивно мигрировать в гидросфере и, как вещество 1-го класса опасности, может являться причиной многих заболеваний чело-зека, включая онкологические. Проявления хромового загрязнения стат отмечаться в воздухе, почвах, водах, речных, озерных и морских этложениях, сельскохозяйственной продукции, причем источниками по-1ту1шения элемента служили типовые промышленные производства и от-соды, широко представленные во всех индустриально развитых районах.

Недостаточная изученность ряда аспектов естественной и техногенной геохимии хрома послужила толчком для настоящего исследования. 3 качестве объекта изучения была выбрана территория Белсрусско-При-:алтайского региона, характеризующаяся многообразием генетических ■ипоз покровных отложений и высоким уровнем промышленного развития, 'ипергенез в работе трактуется в широком его донимачии (Ферснан, Э22, 1934; Лукашев, Дукашез, 1975), в основном соответствуем 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: в настоящее время в научный обиход введено большое количество анных различной степени достоверности и представительности - от вди-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-егй; 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 вюшчаот: "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 л покровных отложениях, почвах, растениях и речных водах Белоруссии, а также современных донных осадках Балтийского моря; рассмотреть алияние природных и техногенных факторов на распределение хрома в компонентах загрязняемых ландшафтов; разработать новые подхода к оценке загрязнения ландшафтов хромом.

. Фактический материал. Основу диссертации составляет полученный и обработанный автором за 18-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 также использованы материалы Института минералогии, геохимик и кристаллохимии редких элементов Российской АН :: Института геологии, геохимии и гео^изикк АН Беларур".

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 дают новую информацию о распределении и поведении хрош в природных и техногенных обста-

вовяах Белоруссии, Получоннае данные могут быть использованы в качестве основа для геохимического мониторинга хрома в ландшафтах урбанизированных территорий.

Материалы работы переданы в Зодинскую городскую санэпидемстанцию и Белорусский автомобильной завод (г.Жодино) для экологической экспертизы проектов капитального строительства.

Основные защищаемые подрядная;. I) Распределение хрома в покровных отложениях Белоруссии и смежных территорий определяется генетическими, диалогическими и фациальными особенностями отложений1 и. сформировано под влиянием его поступления о Украинского кристаллического щита в кайнозое, при участии сноса с Балтийского кристаллического' шита в плейстоцене. Локальгшм фактором, влиякшм на распределение хрома в антропогеновых отложениях, является выветривание глауконитсодержаших пород Самбийского полуострова; 2) Геохимия хрома в ландшафтах урбанизированных территорий определяется объемами хромсодеркащих 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-флввдных потоков, что представляет интерес для решения геолого-разведочных и других прикладных задач; 4) Для повышения эффективности комплексного мониторинга хрома в ландшафтах Белоруссии необходимо опробова-яие донных осадков речной сети, степень загрязнения элементом которых может быть более точно определена по отношению содержаний грома 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 "Зкогеохикия городов" (Москва, Е989), УШ научной конференции ЕГУ "Проблемы рационального использования и охраны природной среды" (Минск, 1990), Республиканских семинаре "Применение спектрального анализа в промышленности и Бауч-гых исследованиях" (Витебск, 1950) и совещании "Эншого-геохкмЕчес-

кхе аспекты изучения, охраны почв и агролаядтафтов" (Минск, 1990)« П Всесоювон совещания "Геохимия техногечеза" (Минск, 1991>, Всесоюзной конференции "Физико-географические аспекты изучения урбанизированных территорий" (Ярославль, 1992), а также изложены в 2 отчетах и докладной записке.

Публикации. По теае диссертация опубликовано 5 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит кз введения, 5 глав, заключения и 6 шгаяожений. Текстовая часть включает 90 машинописных страниц и иллюстрировала 4и 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.Народзцкой. Помощь в выполнении аналитических работ оказала С.Л.Трсшшна, в оформлении диссертации Я.С.Чернова. Всем им выражается глубокая признательность и благодарность.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ 1. Материалы и методы исследований.

Исследование природных объектов Белоруссии проводилось на участках, характеризующихся типичными для ее территории ландшафтно-геохимическиык 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 патом 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 помощи драги, дночерпателя и ударней трубка 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, Грибовакая, 1987).

Определение хрома производилось методом эмиссионной спектроскопии (Русанов, 1978;'Карякин, Грибовская, IS87). Использовались спектрограф PES-2, генератор ДГ-2, микрофотометр HD-I00, фотопластинки СП-I. Для оценки результатов анализа применялся метод, постоянного графика с периодическим контролем изменения его положения при помощи внешних стандартов. Калибровочные графики строились на основе промыпленных эталонов 3 группы, выполненных на различных макроосновах. Снижение матричного эффекта достигалось буферированием проб графитовым порошком марки ОСЧ-7-4. Воспроизводимость определения, в зависимости от изучаемого объекта, составляла - 10-20$. Проанализировано 170 образцов осадочных горных пород, 573- сапропелей, НО - современных речных и морских осадков, 858 - почв, 32 - растений, 65 - вод и 22 - снеговых взвесей.

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

П. Геохимические свойства хрома

Дана краткая характеристика физико-химических свойств элемента. Общие закономерности распределения хрома в геосферах освещены на основе работ В.И.Вернадского (1933, 19345, А.Е.Ферсмана (1955, 1959),V.M. GoEdscfowdt (1954), А.П.Виноградова (1957, 1962, 1967), А.И.Перельмана (1975), К.И.Дукашева, В.К.Лукашева (1967), В.В.Доб-розольсхого (1983), В.В.Аникиева (1987), А.Левинсона (1976), Г.Н. Батурина (1978), Ю.А.Буркина (1987), Б.Б.Полынова (1953), Р.Р.Брукса '(1986) и др.

Ка основе данных работ А.В.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.Борпсенко (1980), Б.А.Воротникова (1974)., И.В.Яку-шезской (1973),R.L.Mikklt (1964, 1972) и др. рассмотрено поведение хрома в зоне гшергенеза.

Кратко охарактеризовано воздействие элемента на организм человека.

И. 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 донных отложениях Балтийского моря, являще-гося конечный бассейном аккумуляции вещества, скоспшх с Балтийсдо-Черноморского водораздела.

Анализ информации, полученной на территории Белоруссии в связи с-рассмотрением специфики состава г услсвг£ формирования пород позволяет констатировать следующее.

Кристаллические породы. Среднее содержание хрома в породах фукдаА:е;!та составляет 34 г/т (основные - 52, средние - 34, кислые -- 30). Повышенные концентрации установлены в пльменит-магяетитовчх рудах Новоселковского, Кореличского и других рудопроявлений. Содержание элемента в древних корах выветривания в бользинстве 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 толие 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 превышает соответствующие показатели, установленные для Прибалтики, Польши и Украины (50-80 г/т). Высокое среднее содержанке элемента характерно также для бурых неогеновых углей гагой части Брестокой 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.-ЭОО), где эти породы в большинстве случаев залегают непосредственно на'кристаллическом фундаменте. Среднее содержание элемента во флювиогллцкальшх отложениях различных районов оценивается в 7-90.г/т, в лессовых - 2-80, озерно-аллввиальных -10-90 г/т. *

При формировании аллювиальных отлокений существенное влияние на уровень концентрации хрома оказывают условия переноса материала, фациалъная обстановка осадконакопления, литалоглческий тип осадка, гипергенное минералообразование. В процессе аллювиального литогенеза формируются литогенная (среднее содержание хрома 4-100 г/т), сиаллитно-глннистая (19-230), биогенная (6-30), сиаллитко-карбонат-ная (10-50) к'сиаллитно-ферритная (10-100 г/т) фацик. Средняя концентрация элемента в различных типах аллювия Днепра составляет 5-7 г/т, Припяти - 15-27, Западной Двикы - 35-65, Немана - 42--Х56г/т Аномально высокие содержания хрома в аллювии Центрально-Кеманского

• - С -

участка связаны с перемывои валдайских фяювиогляциальных и озерво-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 нормальному 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 отлояениях 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-ковнми 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 //¡хйиСг.

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, з позерхяостных 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 плах - 74 (21-120), алевритово-пелитових илах - 35 (46-200), пелитовых илах - 106(19-250). Во всех литологическкх типах осадков наблюдается положительная корреляция концентраций элемента и фракции <0,01 ым. Пространственно максимальные содержания хрома приурочены к зонам преимущественного накопления пелитового и мелкодисперсного материала - Готландской, Гданьской 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 52-140, при средне:! 91 г/т. В пределах открытой экваторет выделяются две зоны, характеризующиеся относительно повыиенной концентрацией хрома в рассматриваемой фракции: район СамбиЙского полуострова (КК до 1,5) и северо-запад (до 1,3). По нашему мнению, наблюдаемая картина распределения элемента с&чзана с действием следующих факторов: а) выносом хрома в составе глауконита из патэогеновых глеуконитсодержащкх пород береговых обрывов и подводного склона СамбиЙского полуострова (содержание минерала в дсн;г.::-: осадках до 42$) и аккумуляцией его поступающим из того же источника монтмориллонитом (содержание минерала в осадках до 35$); б) поступлением хрома лэ крупнообломочнего материала зоны распространения докеибркйских кристаллических пород (обломки пород Северной Швеции, дна Ботнического залива, Атландских островов и Западной Финляндии) на северо-западе.

1У. Поведение хрома в условиях техногенеза.

Охарактеризованы основные производства, использование и поступление хрома в окружаицую среду.

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

Снеговые воды и взвеси. Хром в атмосфере млгркруо? главным образом в виде оксидной пленки на поверхности аэрозолей. Эта особенность миграции и низкая растворимость оксида элемента предопределяют формы его нахождения в составе снега. Фоновое содер.тл1?ие растворенной формы дал ландшафтоз Минской возвышенности составляет 0,7-1,4 мкг/л. В пределах г.Минска (включая зоны автомобильного и тракторного заводов) отмечены концентрация 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 формы оос-

тавляет 20£, в центре - 4,5, э промзоне - 1,5%. Повышенные концентрации хрома выявлены также во взвесях центров в промзон гг.Борисова, Орот, Гомеля и Могилева (КК = 1,2-4,7).

Систематизированы данные о пылевом выбросе хрома различными предприятиями: По модулю техногенного давления выделена груши: менее 100 г/(км"*'сут) - производство пластмасс, удобрений, цемента, станкостроение, цветная металлургия; 100-200 - литейное производство, тякелые 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).' 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 различив более чел? в 3 раза дам Минска составила около 20%). Корреляция между содержаниями хрома в указанных слоях неустойчива: в Шнеке и Витебске данные показатели не связаны, в Бресте, Гродно, Гомеле связаны слабо или в средней степени, в Могилеве - сильно (г = н0,732). Весьма вероятно, что отмеченная зависимость обусловлена наиболее интенсивным техногенным загрязнением почв Могилева хромом в' сравнении с остальными областными центрами.

Почвогрунтц. Исследование загрязнение хромом бывших полей фильтрации очистных сооружений Белорусского автомобильного завода (г.Зодино). Источником контаминации является промышленный шлам мощностью 0,5-25 с ^содержащий,.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/?) - переработка путем сжигания неэффективна. Территория в современном ее состоянии не пригодна для использования под строи- 9

тельствс, т.к. средняя концентрация хрома в плане превышает принятый пороговый уровень (местный почвенный фон х 5) в 190 раз, ПДК в почвах для свинца - в 7, никеля - 4, меди - 27, цинка - 21 раз. Кардинальное улучшение эколого-геохигического состояния может быть достигнуто путем снятия и вывоза алэма (0,5-25 см) и подстилавшего его грунта (5-10 см); соответствие нормам ПДК при этом будет достигнуто в 100% случаев. Содержанке элементов в полеталалеем злам грунте мощность» 10 см, г/г: 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 (33-310), свинец - 19 (8,9-43), никель - 13 (6,3-40), 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 в березы оно проявляется на расстоянии до I км.

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'агрязнением, начинает отмечаться при содержаниях ниже или близких к ПДК (снижение BUKg, торможение аммонификации и нитрификации, гибель низших организмов).

Исследовано распределение растворенной фор>ш хрома в р.Свисло-чи. Содержание элемента варьирует от не оЗн. до 100 мкг/л, составляя выие Минска - не обя.-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 ыкг/л установлен в 255? 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. 0 несопоставимости масштабов сбросов и степени обогащения элементом речной воды свидетельствуют также данные долгопериодных наблюдений, полученные В.К.Лукапевим (1992) с помощью искусственных сорбентов.

Денные отложения. На основе систематизации данных (Мур, Рама-курти, 1987; Pieitfer t\ at. , 1980; WitW,Hunter , 1979; Moyer, Schick. , 1981; Аникиев, 1987; Копейкин, 1983; ShoUovlte.Ceptaru}, 1981; Геохимические провинции...,1969; Варшал и др., 1981, 1983; ShniKer, Kcmdorff, 1981 ) 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 гложет накапливаться на взвесях; 3. Щелочной гидролитический - поступление кислых обогащенных промстоков в слабокислую или нейтральную обстановку с последующим выпадением в осадок Cr(GH)g. В чистом виде, вероятно, редок. Более типичны сорбция колловдов Сг(ОН) ^ на отрицательно заряженных сорбентах и совместное соосаж-денке с коллоидами Ре(0Н)з при коагуляции в случае отсутствия больших количеств растворенных органических веществ; 4. Восстановительный'- поступление промстоков, обогащенных Сг^", в восстановительную обстановку (при недостатке кислорода, наличии H-jS , органических веществ и т.д.) или падение рН щелочных стоков, содержащих СгБ+. Образование труднорастворимых соединений с последующим выпадением в осадок или сорбцией на взьешенном материале; 5. Комп-лсксообразование с фульвокислотами и последующее осаждение гидро-оксидфульватов в результате разрушения высокомолекулярных гидрофильных комплексов или снижения их подвижности при рН 6-8; б.Фго-куляция коллоидов железа (хрома) с тупиковыми кислотами и последующей коагуляцией. При взаимодействии коллоидов гидрооксидов Fe(Cr ) с гуминозыми кислотами (М > 400) на поверхности флокул формируется слой отрицательно заряженных карбоксильных групп. Дальнейшая нейтрализация заряда макрокатионами приводит к коагуляции ор-гано-ыинеральных частиц. Вероятно, в компенсации заряда могут участвовать и положительно заряженные гидр о оксида хрома.

Таким образом, фиксация хроме в донных осадках связана с соединениями железа, органическим веществом ? глинистыми минералами. Роль их неравноценна. В естественных условиях миграции хрома основное значение иыегт прочЕОсаэзакнал (в кристаллической решетке) и оксадно-гидрооксядиая формы во взьесях и оксядно-гидрооксидная, органическая и прочносвязанная формы в донных отложениях. В условиях техногенного загрязнения найлклае гея интенсивный рост долевого участия оксидво-пздозксадноЗ и органической форм нахождения хрома во взвесях и органической в донных осадках при заметном снижении доли прочих форм. Ишши словами, в техногенных обстановка* 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 Свкслочк на ее протяжения от Минска до впадения в Березину. О степени загрязнения осадков свидетельствуют уровни концентрации элемента, выявленные в расположенных на реке водохранилищах: "Комсомольское озеро" -50, "Чижовскоа" - 70-2СС0, "Ослповичское" - 120-3270 г/т. Исходя из этих показателей и специфики техногеохиыкческой ситуации в различных частях бассейна, Свислоть подразделена на 7 следующих друг за другом вниз по течению участков: от северной окраины Минска до в/х "Комсомольское озеро"; от в/х "Комсомольское озеро" до в/х "Чижозское"; от в/х "Чияовское" дс впадения в Свислочь сбросов с Минских полей аэрации; от полей аэрации вниз по течению 5 км; от д.Михановичи до устья Волмы (нкяе г.Турин); от г/п Пуховичи до в/х "Осиповичское"; от низовья в/х "Осгаовичское" 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 в осадках свидетельствует о пространственном совпадении зон их максимального техногенного загрязнения, что позволяет рассматривать донные отложения в качестве вторччного 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-

щи, а на значительном удалении от них: 25 км - КК = 181; 50 км -ЯК = 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 как содержание основных носителей хрома в осадках - гидрооксэдов железа и органи- -чеокого вещества - зачастую варьируют в 10-15 раз. Дл.~ 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 ветяяек, ввиду своей трудоемкости, для массовых анализов непригоден. В этой связи предлагается: а) иоключать из рассмотрения пробы, содержащие органическое вещество в количестве более IQS; б) для оставшихся проб рассчитывать величину отношения Cr/Ре (г/10 ООО г), используемую при оценке загрязнения. Фактически выделяются образцы донных отложений с преимущественным действием щелочного гидролитического механизма аккумуляции хрома. В качестве обоснования данного методического приема укажем следуллее:. I. Действие в пределах водосбора Свислочи механизмов трвтьего-яео-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-шестого. Величина аккумуляции хрома на условную единицу содержащегося в пробе железа . от абсолютной концентрации органического вещвства в.области Орг. <10% практически не зависит, тогда .как з области Орг. > 10% . и Cr/Fe * 350-ззаимосвязь 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 10/5 привела к исключению из общей совокупности 10%, главным образом аномально высоких показателей. Последнее, однако, незначительно ограничило возможность дифференциации участков по степени их загрязнения, тазе как "индикационная емкость" оставшихся в вы-

борке величин составляла около 20 КК относительно городского фона (Cr/FeU* ЛСгЛЬ) фон = 20.

3. Взаимосвязь между содержаниями хрома и железа прослежена ва всех участках: на 1-4, 6 в 7 она линейная, на 5 - экспоненциальная. Отсутствие четко выраженной линейной зависимости свидетельствует о смеиении двух или более виборок, характеризующих участки различного уровня техногенного давления (по хрому); экспоненциальная зависимость объяснима наличием б 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 - 0,34-14,5^. Коэффициент парной корреляции Сг-Ре - +0,913, Сг-Орг, - +0,869, Fe-Орг. - +0,879. Коэффициент частной корреляции I порядка: при элиминировании фактора железа - Сг-Орг. - +0,324 (статистически недостоверен, р=0,05), при элиминировании фактора органики - Cr-Ре - +0,632 (р=0,05). Величина Cr/Fe с содержанием органического вещества и абсолютным содержанием железа не коррелирует (коэффициенты корреляции статистически недостоверны). Пр/лзденные коэффициенты показывают, что : аккумуляция хрома в осадках на учястке 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 Г (15 г/т) ) — I - 1,6 - 8,2 -

- 24,1 -.22,4 - 7,6 - 1,4; 2) величины Сг/?е (в КК, относительно участка I (18,4 г/10000 г) ) - I - 1,9 - 4,2 - 5,3 - 9,7 - 9,4 -

- 2,3. Таким образом, на участка 3-5 по скорректированным данным средний уровень загрязнения в 2-2,6 раза них"., чем по традиционным оценкам. Вместе с тем, степень контаминации участка 6, по-ви-датому, сопоставима с таковой на участках 4 и 5, вследствие чего вс* течение Свислочи от Минских полей аэрации до низовий в/х "Оси-довичское" 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 прсбе поглошаетцей чаг^гфаэы - железа.

7. Прикладные аспекты изучения хрома в ландшафтах Белоруссии.

Геохимические поиски. Проведено исследование вторичных ореолов хрома в рудных ландшафтах с помощью фосфат-целлшозных искусственных сорбентов.. Яа 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 удачечиях 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 сделать следующие выводы:

I. Территория Белоруссии в целом является регионом с около-нларковым содержанием хрома в осадочных породах. На распределение концентраций элемента оказывают влияние генетические, литологичес-кие и фациальные особенности осадков, а также глпергеннсе минерало-образовакие.

С поступлением хрома с Украинского кристаллического щита и Зитковичско-Микашедичского горста связаны аномальные содержания элемента в разновозрастных отложениях кайнозоя юга Белоруссии. Повышенными средним концентрациями хрома выделяются: пески киевской свиты палеогена в Припятской впадине (900 г/т), глины полтавской серии неогена Центрального Полесья (220), бурые угли неогена южной части Брестской впадины (КО), днепровские морены Полесья (60), флювиогляциалькые отложения западной части Полесья (90), лес-сы района Мозырь-Туров (80), озерно-аллювиальные отложения антро-погена бассейна Припяти (90) и аллювиальные отложения ее правых притоков (40 г/т). Аномальные содержания элемента выявлены в глинистой фракции моренных (320 г/т), флювиогляциальных (430) и аллювиальных (230 г/т) отложений Полесья.

Влияние .Балтийского кристаллического шита проявляется в составе антропогеновых порол, содержащих дальнеприносной эрратический материал, и снижается с севера на иг: концентрация хрома в моренах Белоруссии в 2 раза ниже, чем в моренах Финляндии; относительно повышенные содержания элемента характерны для лессов Минской гряда и Ороано-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 - прочносзязанная (з кристаллической решетке минерэлов) и оксвдно-гидрооксидная. Важнейшими минерога;.:г-носктел.7м;: .элемента являются минералы глин, амфиболы, турмалин, гранат, глауконит, ильменит, рутил, лейкоксен, силлиманит я ставролит. В гранулеметркчес-кои спектре хром тяготеет к пелитовой и мелкодисперсной фракциям.

В донных отложениях Балтийского моря преимущественное накопление хрома связано с пелиговым и мелкодисперсным терркгенныы материалом, отлагавдимся в глубоководных впадинах. Максимальное поступление элемента в водоем наблюдается в юго-восточной области сноса и обусловлено выветриванием палеогеновых глауконитсодержаших пород СамбЕйского полуострова.

3. Установлены проявления техногенного загрязнения хромом ландшафтов Белоруссии. Его максимальные концентрации з 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 угасткаы распространения хромсодержа-пшх стоков.

Прошшленные предприятия и транспорт влияют 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 Ю-см слое, непосредственно контактирующем с загрязненной атмосферой. На бывших полях фильтрации очистных сооружений Белорусского автозавода (г.Жодино), перекрытых хромеодержавши органоминералькым 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 км от железнодорожной магистрали; степень контаминации соответствует таковой на участках движения автотранспорта средней и высокой интенсивности.

Установлено сильное загрязнение хромом вод и доннах отложений р.Свислочь на всем ее протяжении от г.Минска до впадения в водохранилище "Осиповичсксе". В аккумуляции элемента донными отложениями основную роль играют гидрооксиды железа и органическое вещество. Влияние органической макрофазы проявляется при ее концентрации более Ю;1 и загрязненности осадка хромом свыше 700 г/т.

4. Взаимосвязь между валовым содержанием хрома в почвах и онкологической заболеваемостью сельского населения Белоруссии не зыявлена.

На основе выполненгих исследований рекомендуется:

1. При геохимических поисках шире использовать искусственные сорбенты, позволяющие фиксировать глубинные источники поступления, хрома в зон^ гипергенеза - рудные тела на глубинах до 170 и более метров, выходы газо-фляидных потоков и др.

2. При мониторинге хрома в отложениях речной сети применять предложенный метод, основанный на действии щелочного гидролитического механизма фиксации элемента (расчет отношения Cr/Ре 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 бывпих полей фильтрации очистных сооружений Белорусского автозавода (г.Иодино) и сходных предприятий автомобилестроения.

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

Список работ, опубликованных по теме диссертации

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

2. Техногенез и геохимические изменения в-окружающей среде. -Минск: Наука и техника, 1985. - 204 с. Соавтор - К.И.Лукашев.

3. Распределение хрома в водах и донных отложениях р.Свислочь// Проблемы рационального использования и охраны природной среда:

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 магистрали на распределение микроэлементов в растительности // Физико-географические аспекты изучения урбанизированных территорий: Тез. докл. кокф. - Ярославль, 1992. - С.57. Соавтор - И.Л.Евтухозкч.

Подписано в печать 27,0Ь.93. Формат 60x84/16. Зак.48. Тираж 100 экз.

Отпечотано на ротапринте Института геологии, геохимии и геофизик» АН Беларуси. 220141. Минск, ул. Жоцинская,7.