Геохимия и литодинамика аквального техноседиментогенеза

Опекунов, Анатолий Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимия и литодинамика аквального техноседиментогенеза
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геохимия и литодинамика аквального техноседиментогенеза"

На правахрукописи

ОПЕКУНОВ Анатолий Юрьевич

ГЕОХИМИЯ И ЛИТОДИНАМИКА АКВАЛЬНОГО ТЕХНОСЕДИМЕНТОГЕНЕЗА

Специальность 25.00.09 - Геохимия, геохимические

методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004

Работа выполнена в федеральном государственном унитарном предприятии Всероссийском научно-исследовательском институте геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С.Грамберга (ФГУП ВНИИОкеангеология), Санкт-Петербург

Официальныеоппоненты:

доктор геолого-минералогических наук

НаталияГеоргиевнаПатык-Кара

доктор геолого-минералогических наук

Виктор МихайловичПитулько

доктор геолого-минералогических наук

Вячеслав Александрович Рудник

Ведущая организация - федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. АЛ.Карпинского (ФГУП ВСЕГЕИ).

Защита состоится 15 декабря 2004 г. в 15 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан_2004 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета д.г.-м.н., профессор

А.Г.МАРЧЕНКО

¿0054. 4 49600

гот

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Проблема химического загрязнения водных объектов становится приоритетной в области взаимоотношения человека с окружающей средой. Малые и средние реки, внутренние водоемы и прибрежные акватории морей в настоящее время испытывают значительный антропогенный пресс, обусловленный, в первую очередь, химическим воздействием. В 90-х годах прошлого века в нашей стране были развернуты комплексные эколого-геохимические исследования водных объектов, позволившие получить большой объем информации и выработать научно-методические подходы к проведению такого рода работ. Большую роль в развитии эколого-геохимических исследований аквальных геосистем в эти годы сыграли работы Н.А. Айбулатова, В.А. Алексеенко, В.И. Гуревича, В.А. Даувальтера, Г.И. Иванова, А.П. Лисицына, Г.Г. Матишова, А.И. Пе-рельмана, В.М. Питулько, А.Е. Рыбалко, Ю.Е. Саета, М.А. Спиридонова, Е.П. Янина и многих других. Полученные результаты показали, что в условиях техногенеза происходит трансформация природных геохимических процессов. Недоучет этого обстоятельства в практической деятельности природоохранных органов повлек за собой неадекватность принимаемых мер по стабилизации экологической ситуации в водоемах урбанизированных территорий.

На современном этапе развития человечество переживает период интенсивного вовлечения в сферу жизненных интересов общества континентального шельфа. Основными направлениями освоения морских акваторий в XXI веке станет разработка месторождений полезных ископаемых и, прежде всего, углеводородного сырья. В соответствии с Энергетической стратегией России добыча нефти и газа на шельфе должна возрасти соответственно с 16 млн. т. и 5 млрд. м3 в 2005 г. до 80 млн. т. и 225 млрд. м3 в 2025 г. Знание основных закономерностей геохимических процессов в аквальном техногенезе позволит избежать негативные последствия экологически необоснованного хозяйственного использования акваторий, которые сегодня мы наблюдаем в промышленно освоенных районах. Актуальность изучения закономерностей геохимических и литодинамических процессов в условиях техногенеза и разработки методики оценки устойчивости аквальных геосистем к химическому загрязнению вызвана необходимостью создания системы экологически безопасного недропользования и охраны недр на континентальном шельфе, крупных внутренних водных объектах, основанной на новых принципах геохимического и литодинамического мониторинга, обоснованных оценок состояния и

2 РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ

прогноза геологической среды.

Цель исследований состоит в выявлении основных закономерностей геохимических и литодинамических процессов в условиях тех-ногенеза, а также в разработке методики оценки устойчивости ак-вальных геосистем к химическому воздействию. Для реализации сформулированной цели были решены следующие задачи.

1. Рассмотрена структура аквальных геосистем, определены геохимические функции компонентов, полей и границ, выявлены факторы формирования интегрального геохимического поля осадков.

2. Выполнен всесторонний анализ результатов эколого-геохимиче-ских исследований на водных объектах, подверженных антропогенному воздействию, в которых особое внимание уделено изучению геохимических и литодинамических процессов.

3. На основе полученных результатов, а также опубликованной информации сделан ряд обобщений, направленных на обоснование техноседиментогенеза как одного из типов седиментогенеза:

- выявлены основные особенности литодинамических процессов в условиях техногенеза;

- систематизированы данные по аквальным техногенным геохимическим барьерам и дана их характеристика;

- обоснованы геохимические признаки техноседиментогенеза.

4. Изучены литолого-геохимические особенности техногенных илов. Составлена их геохимическая классификация.

5. Систематизированы данные по вторичному загрязнению аквальных геосистем, предложены подходы и дана количественная оценка интенсивности процессов.

6. Обобщен имеющийся материал по устойчивости морской среды к химическому загрязнению, разработан и реализован алгоритм оценки на региональном уровне.

континентального шельфа России были использованы геохимические данные, полученные в разные годы при участии автора в Балтийском, Белом, Восточно-Сибирском, Чукотском и Беринговом морях и в восточной части Финского залива, а также результаты фоновой геохимической оценки состояния окружающей среды на лицензионных участках газоконденсатных и нефтегазовых месторождений на территории Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) и материалы исследований аквальных геосистем в районах развития естественных геохимических аномалий (Южный Урал), полученные автором в 2003 -2004 гг. В работе учтены данные сотрудников ВНИИОкеангеология по Баренцеву, Карскому морям (1991-1994) и Невской губе (1990).

Научная новизна. В работе сформулированы и обоснованы следующие научно-методические разработки и положения.

1. Предложена эколого-геохимическая структура аквальных геосистем с установлением геохимических функций компонентов, полей и границ и характеристикой основных потоков вещества.

2. Предложена методика эколого-геохимической оценки состояния аквальных геосистем по результатам исследований водных объектов в зонах техногенеза.

3. Изучены особенности формирования техногенных геохимических барьеров и их роль в техноседиментогенезе.

4. Обоснован новый тип седиментогенеза - техноседиментогенез. Раскрыты основные геохимические и литодинамические особенности его формирования, оценены масштабы явления.

5. Выявлен новый тип антропогенно-природных грунтов - техногенные илы; оценены их геохимические и литодинамические свойства. Предложена геохимическая классификация илов.

6. Разработана классификация механизмов и процессов вторичного загрязнения в аквальных геосистемах. Дана методика и выполнены расчеты интенсивности процессов.

7. Предложена концепция и алгоритм оценки устойчивости аквальных геосистем к химическому загрязнению; построена карта устойчивости Баренцева моря к химическому загрязнению.

Практическая значимость и реализация работы. Разработанный комплекс эколого-геохимических исследований аквальных геосистем, основанный на изучении геохимических и литодинамических процессов, апробирован:

- при проведении эколого-геохимических изысканий, оценке состояния водных объектов и выработке природоохранных рекомендаций (Северо-Запад, Южный Урал);

- при выполнении процедуры ОВОС (Финский залив);

- при изучении проблемы захоронения химического оружия (Балтийское и Белое моря).

Результаты исследований внедрены в качестве научных отчетов, авторских публикаций, нормативных документов и отраслевых Программ в Госкомэкологии РФ и МПР России. В администрациях Северо-Западного и Южно-Уральского регионов материалы были использованы для улучшения экологической ситуации.

С учетом выявленных закономерностей техноседиментогенеза предложена структура системы экологической безопасности недропользования и охраны недр на континентальном шельфе России, ее научно-методическое и нормативно-правовое насыщение. Даны рекомендации по внедрению полигонного принципа мониторинга состояния недр. Выдвинутая концепция принята в качестве базовой при написании автором раздела «Геоэкология и мониторинг геологической среды» к Программе «Изучение геологического строения и минеральных ресурсов континентального шельфа России на 2002-2010 годы», утвержденной руководителем Геологической службы России в 2003 г. в качестве отраслевой программы работ. Практический опыт эколого-геохимических изысканий и результаты научных исследований использованы автором при создании (в составе коллективов) действующих нормативных документов: «Методики по расчету платы за химическое загрязнение акваторий морей и поверхностных водоемов, являющихся федеральной собственностью РФ, при производстве работ, связанных с перемещением и изъятием донных грунтов, добычей нерудных материалов из подводных карьеров и захоронением грунтов в подводных отвалах» (1998) и «Временных методических рекомендаций по расчету величины регулярных платежей за недропользование при морских геологоразведочных работах на поисково-оценочной и разведочной стадиях на УВ сырье» (2002). На основе результатов исследований, выполненных в рамках сформулированных задач, разработана и применена при проведении опережающих эколого-геохимических исследований на лицензионных площадях нефтегазодобычи в ЯНАО, а также при составлении геоэкологических паспортов лицензионных участков в Баренцевом и Печорском морях методика фоновой геохимической оценки территорий.

Карта устойчивости к химическому загрязнению геологической среды Баренцева моря планируется к внедрению как основа формирования природоохранных требований на стадии составления технико-экономических предложений для конкурсов и аукционов, а также при постановке мониторинга геологоразведочных и добычных работ.

Личный вклад автора. Основные результаты были получены при

осуществлении плановых НИР во ВНИИОкеангеология и СФ ВНИИ-природы, где автор являлся ответственным исполнителем или входил в авторский коллектив. Все полевые исследования на водных объектах Северо-Западного, Западно-Сибирского и Южно-Уральского регионов, а также на акваториях морей, материалы которых легли в основу работы, выполнялись под руководством или при участии автора. Обоснование главных выводов работы выполнено лично автором.

Структура и объем работы. Работа состоит из пяти глав, введения и заключения общим объемом страниц, включая 64 рисунка, 90 таблиц и список литературы из 379 наименований.

В первой главе работы рассмотрены структура аквальных геосистем. Определены геохимические функции компонентов, полей и границ, охарактеризованы основные потоки вещества. Особое внимание уделено закономерностям формирования геохимического поля осадков в фоновых условиях дифференциации осадочного материала.

Во второй главе рассмотрены результаты собственных эколого-геохимических исследований водных объектов, испытывающих антропогенное воздействие, проанализированы особенности геохимических и литодинамических процессов в условиях техногенеза.

В третьей главе на основе полученных данных обоснован новый тип седиментогенеза - техноседиментогенез, дана подробная геохимическая и литодинамическая характеристика, выявлены термодинамические особенности и оценен масштаб явления. Выделен новый тип антропогенно-природных грунтов - техногенные илы, дана их классификация.

В четвертой главе рассмотрены факторы и процессы вторичного загрязнения аквальных геосистем, оцениваемого как вид вредного воздействия. Дана качественная и количественная характеристики интенсивности процессов.

Пятая глава посвящена проблеме устойчивости аквальных геосистем к химическому загрязнению. Разработана методика оценки. Составлена карта устойчивости к химическому загрязнению геологической среды Баренцева моря. Предложена методология и методика мониторинга состояния недр на акваториях.

нальное недропользование» (СПб, 2000; 2003), Всероссийском съезде геологов (СПб, 2000), Международной конференции «Полярные области Земли: геология, тектоника, ресурсное значение, природная среда» (СПб, 2001), Ш Международном Совещании «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2001), Международной школе "Современные методы эколого-геохими-ческой оценки состояния и изменений окружающей среды" (Новороссийск, 2003), Международной конференции «Многообразие грунтов: морфология, причины, следствие» (Москва, 2003), RA0-03 (СПб, 2003), годичной сессии научного Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (Сергеевские чтения) (Москва, 2004) и многих других (более 25).

По теме диссертации опубликовано 69 работ, в том числе 5 монографий (4 - в соавторстве) и более 20 статей в сборниках трудов и реферируемых журналах. Основные результаты работ изложены в 17 научных и производственных отчетах.

Благодарности. Автор искренне признателен за постоянную поддержку и внимание к работе чл.-корр. РАН ДА Додину, д.г.-м.н. В.Л. Иванову, д.г.-м.н. A.M. Ивановой, д.г.-м.н. А.А Смыслову, д.г.-м.н.

B.И. Ушакову, д.г.-м.н. М.А Холмянскому. Автор благодарен коллегам по полевым работам В.В. Авдюничеву, В.М. Анохину, В.В. Мо-тычко. Большую роль в изучении проблемы сыграли лабораторные исследования и эксперименты, за что соискатель признателен Л.Ф. Андриановой, СВ. Власову, A.M. Курочкиной, С.А Мельникову, Р.С. Рубиновичу и другим.

При написании работы автор пользовался консультациями и советами С. И. Андреева, И.А Андреевой, B.C. Аплонова, М.Е. Барта,

A.З. Бурского, Б.Г. Ванштейна, Г.П. Гринберг, А.Г. Зинченко, В.В. Ивановой, О.В. Исаевой, В.Д. Каминского, О.А Кийко, В.М. Кнатько,

C.А Козлова, В.В. Куриленко, А.Г. Марченко, В.Н. Мовчана, И.А Наторхина, Я.В. Неизвестнова, М.Г. Опекуновой, В.И. Петровой,

B.М. Питулько, А.Е. Рыбалко, М.А Садикова, М.А Спиридонова, Т.В. Степановой, О.И. Супруненко, Г.Н. Угренинова, за что им очень благодарен.

Автор считает своим долгом вспомнить академика РАН [И.С.Грамберга| и д.г.-м.н. |А'И.Айнемера|, общение с которыми способствовало развитию идей, изложенных в настоящей работе.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ

Положение 1. В структуре аквальных геосистем выделяются элементы (природные компоненты), континуумы (поля) и границы (границы-барьеры и границы-разделы), участвующие в перераспределении, трансформации и аккумуляции химических веществ и формировании фонового геохимического поля донных осадков. Неоднородности геохимического поля обусловлены динамическими, вещественными и пространственно-морфологическими факторами дифференциации осадочного материала.

Химическое воздействие на аквальные геосистемы становится причиной трансформации геохимических и литодинамических процессов, изменения фонового и формирования техногенного геохимического поля осадков, а также возникновения нового явления - тех-носедиментогенеза. Неоднородность фонового геохимического поля осадков обусловлена в основном сингенетической составляющей геохимических процессов. Отсюда для достижения сформулированной в работе цели вытекает необходимость рассмотрения структуры ак-вальной геосистемы с установлением геохимических функций компонентов, полей и границ и характеристикой потоков вещества.

В основе структуризации аквальных геосистем лежит представление о непрерывности и дискретности биосферы. В соответствии с ним геосистема рассматривается как единое пространство, развитие и взаимодействие компонентов которого в результате вещественно-энергетического обмена происходит в пределах континуумов через дискретность среды. Сочетание свойств непрерывности компонентов формирует гидрофизические, геофизические, гидрохимические и геохимические поля. Континуальность геосистем обеспечивает устойчивое фоновое распределение физических и химических параметров среды. Дискретность обусловлена разными видами и свойствами материи и неоднородностью фазового состояния вещества. Она является причиной формирования геохимических границ. Физическая и химическая градиентность обусловливает вещественно-энергетический обмен, определяющий динамическую связь компонентов геосистемы. В ряду абиотических компонентов рассматриваются вода, взвешенное вещество, рельеф дна и берегов (как ландшафтные элементы системы) и донные осадки. Последние в геохимических исследованиях аквальных геосистем занимают особое место.

Донные осадки, являющиеся открытой неравновесной физико-химической системой, состоят из частиц терригенного, биогенного, хемогенного происхождения и иловых вод. Они выполняют депони-

рующую функцию по отношению к изменениям геохимических, динамических, климатических условий среды, процессов массоперено-са, в том числе вызванных техногенным воздействием, что проявляется в трансформации гранулометрического, минералогического и химического составов, в изменении рН и Eh, в перераспределении литодинамических потоков, изменении скорости осадконакопления. Оосадки формируют геохимическое поле аквальных геосистем.

Взвешенное вещество выполняет функции концентрирования и транспорта химических веществ. При высоких скоростях осадконако-пления адсорбция ионов металлов взвесью играет первостепенную роль. Взвешенный глинистый материал с большой удельной поверхностью и отрицательным зарядом, характеризуется высоким содержанием химических элементов по отношению к донным осадкам (в 310 раз), что свидетельствует об активном извлечении их из воды. Это явление типично для гидрофобных веществ, к которым относится широкий спектр токсичных органических соединений.

Рельеф дна и береговой зоны регулирует характер и направленность придонных процессов. Зоны аккумуляции, транзита и размыва с присущим им составом осадков формируются по комплексу морфо-литодинамических условий, т.е. сочетания морфологии дна, гидродинамических и литодинамических процессов. Экстраполяция условий протекания геохимических процессов в пределах разных элементов рельефа, позволяет прогнозировать пути распространения загрязняющих веществ (ЗВ). По рельефу дна образуются трассы переноса и места накопления осадочного вещества - геоморфологические «ловушки» (Ласточкин, 2000; Зинченко, 2002). Геохимическая функция берегов, как пограничного элемента в системе вода-суша, заключается в ассимиляции ЗВ.

Значение биоты в геохимических процессах вытекает из пяти установленных акад. В.И. Вернадским биогеохимических функций живого вещества: концентрационной, газовой, окислительно-восстановительной, биохимической и биогеохимической. В аквальных геосистемах роль биоты важна в процессах массообмена вещества на разделе вода - донный осадок, а также в переносе и деструкции ЗВ, что увеличивает ассимиляционную емкость геологической среды.

Гидрофизическое поле определяет ряд важнейших геохимических процессов: вынос химических веществ из береговой зоны, становление барьерных зон, региональный и локальный переносы вещества, литодинамический режим, формирование полей солености, температуры и т.д. Гидрохимическое поле регулирует механизмы перераспределения химических веществ в геосистеме. Геохимическая функция

геофизических полей заключается в трансформации геохимических процессов посредством термических, электрохимических и гравитационных механизмов.

В целом проблема организации геосистем - это во многом вопрос границ, которые имеют особое значение в формировании геохимического поля осадков. Границы-барьеры возникают внутри одной среды и обусловлены изменениями физико-химических условий и параметров. Масштаб барьеров меняется от локального до регионального. В пространственно-временном измерении они динамичнее границ-разделов. Типичными барьерами являются барьер река-море, фронтальные зоны, связанные с распространением галоклина и термоклина, фронтов постоянных течений, районов апвеллинга. Границы-барьеры определяют дискретность внутри одной среды. В аквальных геосистемах наиболее значимы комплексные геохимические барьерные зоны. При их участии формируются вторичные ореолы рассеяния, а при техногенном воздействии - зоны аномального загрязнения. Другой тип - границы-разделы характеризуют раздел между разным фазовым состоянием вещества. В водных объектах к основным разделам относятся: атмосфера - вода, вода - лед, лед - атмосфера, вода - донные осадки (табл. 1). Свойством этого типа границ является высокая геохимическая градиентность, определяющая процессы массообмена. На границах-разделах происходят фазовые переходы, приводящие к концентрации химических веществ в одной среде и удалению из другой. Механизмы определены их химическими свойствами, физико-химическими и электрохимическими параметрами среды. Проведенный в работе анализ позволил построить ряд границ-разделов, отражающий активность геохимических процессов и их ассимилирующую роль: В-Д > Ф-Б > А-В > А-Л > В-Л (табл. 1).

Дифференциация осадочного материала в аквальных геосистемах регламентируется группой физико-географических и геологических факторов. К ним относятся: рельеф прилегающей суши и дна бассейна, тектоническая позиция водосбора, состав пород питающих провинций, климатические условия и гидрометеорологический режим водного бассейна, физико-химические и биологические показатели водной среды. Эти факторы объединяются в вещественные, пространственно-морфологические и динамические группы. Вещественные факторы влияют на донные осадки через состав питающих пород, определяют объем химических элементов, поступающих в бассейн, формируют региональный геохимический фон. Пространственно-морфологическая группа факторов отражает тектонические, морфо-структурные и геоморфологические условия, контролирует восходя-

щий поток вещества. Динамические факторы «отвечают» за процессы транспортировки осадочного материала и его осаждение в конечных бассейнах стока за счет гравитационных, физико-химических и биохимических механизмов.

Таблица 1

Эттого-геохимическая характеристика границ-разделов

Границы-разделы Основные геохимические и литодинамические процессы Эколого-геохими-ческие функции Механизмы ассимиляции ЗВ

Вода-донные осадки (В-Д) адсорбция, десорбция, растворимость, диффузионное выщелачивание, электрохимические, агрегирование, гравитационные, волновые ассимиляционная, газообменная деструкция, захоронение

Атмосфера-вода (А-В) парциальное давление, испарение, растворимость, абсорбция, фотохимическое окисление, агрегирование газообменная, энергетическая деструкция, вынос

Вода-лед (В-Л) растворимость, разность потенциалов энергетическая, транспортная, аккумулирующая вынос

Атмосфера-лед (А-Л) парциальное давление; испарение; сублимация, гравитационные энергетическая, аккумулирующая, транспортная деструкция, вынос

Физическая материя-биота (Ф-Б) фильтрация, пеллетообразо-вание, пиноцитоз, биосорбция, биоассимиляция ассимиляционная, газообменная, транспортная деструкция, вынос, захоронение

Геохимическое поле аквальной геосистемы рассматривается как подводное геологическое пространство, характеризующееся системой ассоциаций химических элементов и форм их нахождения в донных осадках. Оно толерантно к сезонным и более кратковременным изменениям литодинамических условий и смене источников материала. Н.Г. Патык-Кара и A.M. Иванова (2002) рассматривают геохимическое поле, учитывая поликомпонентный состав и многообразие процессов, как сложную многоуровенную систему. При формировании интегрального поля донных осадков выделяется три основных уровня неоднородности, отвечающих общей схеме латеральной миграции вещества. Каждый из уровней имеет геохимическое воплощение. При анализе парагенетической ассоциативности химических элементов в донных осадках использован метод главных компонент (МГК) факторного анализа. В зависимости от условий водных объектов и преобладающих факторов дифференциации осадочного материала формируется ассоциативность элементов, отражающая разные уровни неоднородности геохимического поля осадков (табл. 2).

I уровень неоднородности обусловлен развитием высокоэнергетических обстановок с накоплением крупнозернистых осадков и низкоэнергетических, характеризующихся тонкодисперсным материалом. Области выноса и концентрации химических веществ представляют собой элементы латеральной геохимической зональности I порядка, которые в структуре химических ассоциаций проявляются в накоплении основной группы элементов в тонкодисперсных осадках низкоэнергетических областей и выносе их из гидродинамически активных зон. Ассоциация элементов имеет устойчивые корреляционные связи, вес первой компоненты составляет 18-30%. В общей структуре малых элементов индикаторами отложений высокоэнергетических зон выступают Ва (полевошпатовая составляющая), Zr, реже ТС или Сг (тяжелые минералы), иногда Sr (обломки раковин). В целом этот фактор отражает закономерности механической и физико-химической дифференциации осадочного материала и интерпретируется как динамический. В изученных геосистемах он определяет закономерности дифференциации осадков в Баренцевом море, Анадырском заливе, реках Малая Сестра, Веряжа, Преголя, оз. Сестрорецкий Разлив и в Невской губе (табл. 2).

Таблица 2

Структура геохимического поля аквальных геосистем разного эколого-геохимического статуса

Водный объект ОФФД* Формула концентрации химических элементов Эколого-гео-химический статус

Анадырский залив Ь|Д' ИмД'В III,, Пм СГ2,1-8С1-6 фоновая акватория

Баренцево море ЬД11ЬоВ III,2 Д2 2Чз,2-У2,8-РЬ2,3-Си2,(Г фоновая акватория

Озеро Колту-бан Ц3В' н18д III,, в2 Сиц,47-С(1б18-А5б17-МП4|6- 1п4 ,-N¡2 5~РЬ2 4-Со2, естественная геохимическая аномалия

Р. Малая Сестра ЬД' Н16дх III,,т С<15,8-А85,Г-РЬ2,8-Ва|17 техногенез; 3 уровень

Оз. Сестрорецкий Разлив ЫГПвТШ,, Пм 2П41}^2,Г-РЬЗ,1-А5|>5 техногенез; 2 уровень

Невская губа ад'ппт III,«т Ва2.(ГСо2.(ГРЬ1.г-№|.8 техногенез; 2 уровень

Р. Веряжа ЬЛ'НмТ Ш8т БЬ м,1—РЬ7_ |-А538-Ва35-гпз.5-Сг,8 техногенез; 2 уровень

Р. Преголя ЬоД'НиТ III,т Си6,-РЬ69-А568-2п6(Г техногенез; 2 уровень

Р. Екатерин-гофка 149ТПИТ ш,,т РЬз9,9_2Пз49-Сёз4|3- техногенез; 1 уровень

номера факторов; нижний.индекс - вес факторов; Д - динамический фактор 1-го уровня неоднородности'Д2 - динамический (фациальный) фактор Н-го уровня; В -вещественный фактор; Пм - пространственно-морфологический; Т - техногенный.

На П уровне неоднородности геохимического поля, осложняющем зональность первого рода, определяющими выступают как фациаль-ный (р. Малая Сестра), так и вещественный факторы дифференциации (Западно-Арктический шельф, Анадырский залив). Фациальность условий выражена ассоциативностью химических элементов, характеризующихся разной подвижностью в зоне гипергенеза. На вещественный фактор дифференциации указывают химические парагенези-сы, типоморфные питающим породам. В зонах рудогенеза вещественный (рудный) фактор определяет структуру осадков на первом уровне контрастности геохимического поля (оз. Колтубан). В целом в структуре первых двух факторов формируются 2-4 парагенезиса элементов, являющиеся результатом вещественно-фациальных особенностей среды.

Ш уровень неоднородности интегрального геохимического поля определен влиянием факторов, нарушающих общую картину геохимической латеральной миграции - рудогенеза, локальных тектонических движений, эндогенного подтока вещества и т.д. Этот уровень выражен в осадках Анадырского залива, оз. Колтубан.

Таким образом, формирование геохимической структуры акваль-ных систем в природных условиях определяется климатической и латеральной зональностью, геологическим строением и тектоническими условиями водосбора.

Положение 2. Под влиянием аквального техногенеза происходит трансформация природных геохимических и литодинамиче-ских процессов. Это приводит к развитию нового типа седимен-тогенеза - техноседиментогенеза - азонального процесса формирования аномального техногенного геохимического поля осадков. Определяющими в геохимии техноседиментогенеза являются состав и объем органического вещества, высокая насыщенность активными формами химических элементов, участие техногенного материала и ксенобиотиков, ведущая роль техногенных факторов дифференциации вещества, а также высокие скорости осадконакопления. Особое значение в развитии этих процессов имеют техногенные механические, физико-химические и биогеохимические барьеры.

Результаты эколого-геохимических исследований водных объектов с разным уровнем техногенного воздействия (рис. 1, табл. 3), позволили выявить основные особенности геохимических и литодина-мических процессов в аквальном техногенезе. Усиление антропогенного воздействия ведет к замене вещественного фактора дифферен-

[стем по проблеме тех Таблица 3 | оседиментогенеза

К-во проб (об-щее/хим. анализ) Основные результаты

1ОТ-зра- 367/299 Оценка фонового состояния; литолого-геохимические и геоморфологическая карты

4ТО-тро- 150/81 Карта мощности современных донных отложений; карта эколого-геохимического районирования, комплекс природоохранных мероприятий

эги-ия 151/50 Карта мощности современных донных отложений; карта эколого-геохимического районирования

оги-ия 188/140 Карта-схема распределения ЗВ в донных осадках и карта-схема водоохранных мероприятий

ока-эбо-або- 147/105 Карта мощности современных донных отложений; карта эколого-геохимического районирования приустьевого участка реки

ока-эбо- 49/31 Оценка воздействия на окружающую среду подгото-нительных работ строительства порта в б. Батарейной

оги-ия 490/313 Карты литологического состава осадков; карты химических ассоциаций донных отложений

оги-ия 103/103 Выделение зон заносимое™ губы и оценка их эколого-геохимического состояния

оот-едо- 12/12 Оценка влияния захоронений химического оружия; сорбционно-десорбционные свойства донных осадков; рекомендации по мониторингу зон захоронения

оги-ия 100/59 Батиметрическая схема, схема мощности осадков, кар-|ы-схемы литологического состава, морфолито-динамики, эколого-геохимического районирования

оги-ия 72/72 Сарта-схема распределения ЗВ в донных осадках

оги-ия 75/75 Оценка фонового состояния водных объектов перед Началом нефтегазодобычи

циации осадочного материала техногенным. Особое значение приобретают физико-химические и химические процессы, снижается роль механической и биохимической дифференциации. При перераспределении техногенной взвеси возрастает значение субстатических электрических полей (ЕП). Нарушается связь геохимической структуры осадков с морфолитодинамикой, отмечается несоответствие пространственно-временных закономерностей развития техноседименто-генеза общепринятым седиментологическим моделям, учитывающим в основном динамическую составляющую процессов. В зонах техно-генеза нарастает интенсивность фазовых переходов вещества (бифуркационных процессов), снижающих энтропию и приводящих к лавинному осадконакоплению. Активизация аккумулятивных процессов при антропогенной трансформации потока вещества обусловлена большими объемами техногенного осадочного материала и физико-химическими причинами (ЕП, реакционноспособность веществ). В техноседиментогенезе скорости осадконакопления достигают 5-10 и более см/год, что существенно выше лавинной седиментации. Количественная оценка литодинамических процессов в зонах техногенеза выполнена на основе расчета техногенных нагрузок, оцениваемых по потоку абсолютных масс антропогенного материала в аквальные геосистемы. Потоки вещества трехмерны: помимо площадного распределения и уровня содержания они характеризуют сам процесс - могут быть положительными (аккумуляция), отрицательными (размыв) или близкими к нулю (транзит). Полученные данные по потокам абсолютных масс указывают на их высокую контрастность (до 1-2 порядков) в зависимости от выраженности техногенеза (табл. 4).

Таблица 4

Ориентировочная оценка потока абсолютных масс осадочного материала

(г/(м2- год))

Характер акваторий Условия седиментации

Природные ((зоновые) Лавинные и при-родно-техногенные Техногенные

Открытые акватории менее 500 500-5500 более 5500

Заливы, бухты, устьевые области рек менее 2500 2500-11000 более 11000

Большое значение в возникновении аномального геохимического поля имеют техногенные литолого-геохимические барьеры, которые формируются на границах. В группе техногенных барьеров выделяются механические, физико-химические и биогеохимические барьеры (Перельман, 1989; Алексеенко, 2000).

Механические барьеры образуются при изменении динамических

характеристик в зоне контакта водных масс природного и техногенного происхождения, при антропоморфогенезе, под влиянием искусственных сооружений. Значение биогеохимических барьеров в техно-седиментогенезе второстепенно, т.к. токсичность среды снижает биологическую активность. К наиболее выраженному биогеохимическому барьеру относятся заросли макрофитов, способных к концентрации ЗВ в тканях (до уровня по отношению к донным осадкам п-10° -п-10), и на листьях за счет адсорбции и прилипания эпифитовзвеси (Янин, 1999). Техногенные физико-химические барьеры имеют наиболее широкое распространение. От природных барьеров их отличают высокий градиент физико-химических параметров и интенсивность геохимических процессов. Каждый тип барьера характеризуется определенной ассоциативностью элементов в донных отложениях, отражающей физико-химические условия и специализацию техноге-неза. Классы техногенных физико-химических барьеров представлены в табл. 5. Широко развиты комплексные барьеры.

Таблица 5

Геохимические функции техногенных физико-химических барьеров

Классы барьеров Зоны формирования Основные геохимические процессы Аккумулиру ющиеся группы ЗВ Временной период

Окислительный - Л1 11д;16;11а Окисление, адсорбция на МпО2, хемосорция, ТМ (фосфаты), Бе, Мп Постоянный, сезонный

Сероводородный - Б1 116;11г; 11в Сульфидообразование, восстановление ТМ, биогены Постоянный, сезонный

Глеевый - О 16;11г;11в Восстановление Анионоген-ные ТМ, Лз Постоянный, сезонный

Щелочной - 11в; 1а; 11д; 11б Гидратация, адсорбция, осаждение гидроксидов Катионоген-ные ТМ Постоянный

Кислотный -В 11в;11д; 11б Адсорбция, осаждение гидроксидов Анионоген-ныеТМ Постоянный

Испарительный 1а Дегидратация, аутиген-ное минералообразова-ние ТМ, биогены, малолетучие ОВ Сезонный

Сорбционно-гидрок-сидный -0,1 11в;11г; 11б Адсорбция Биогены - в кислой, ТМ -в щелочной Постоянный

Сорбционно-органо-гли-нистый - 021 16;11в; 11г;11б;1а Адсорбция, абсорбция, хемосорбция ТМ, гидрофобные ОВ, взвесь Постоянный

Термический - Ш 11в;11г; 11д; 16 Осаждение солей и оксидов, сорбция ТМ, пестициды Сезонный, постоянный

Примечание: индексация зон дана в тексте.

В аквальном техногенезе выделено 7 зон формирования барьеров:

- границы-разделы: вода-атмосфера вода-осадок (!6);

- границы-барьеры: поверхностный и подстилающий слой осадков (Па), участки разгрузки подземных вод (Пб) и поступления сточных вод (Пв), зоны сочленения природных вод и вод зоны техногенеза (Пг и Нд).

Наибольшее разнообразие техногенных физико-химических барьеров встречается в области поступления сточных промышленных вод (на них осаждается до 30% взвешенных форм О", №, Pb и до 10-20% Zn и Си), а также на разделе вода-осадок (рис. 2). Техногенный аналог комплексного барьера река-море - сброс пресных сточных вод в море, на котором выражены механический, биогеохимический и физико-химический (сорбционный и щелочной) техногенные барьеры.

В зоне техногенеза типичны высокие концентрации и гумификация органического вещества (ОВ) (рис. 3). По оценкам, полученным в работе, поток абсолютных масс ОВ при химическом загрязнении достигает значений более 250 г/(м2- год) при фоновом потоке на континентальный шельф - 12 г/(м2- год), что в 20 раз меньше. Роль ОВ значительна в формировании физико-химических условий техноседи-ментогенеза и в трансформации многих химических веществ.

_Рв (детяий)_

В^Клггин!) 011 БЬ виг Сг«2

Старм Прегол* ВЬ _

Рис. 2. Модель техногенных физико-химических барьеров на приустьевом участке р. Преголи. Индексация барьеров приведена в табл. 5.

Микробиальное и химическое разложение больших объемов ОВ влияют на Eh среды осадкообразования, приводя к дефициту кислорода, который расходуется на его окисление. В зависимости от гидрохимических показателей возникают глеевые или сероводородные условия. В первом случае при дефиците БО,»2", наблюдаемом в пресноводных водоемах, бактериальное окисление ОВ происходит за счет кислорода органических и неорганических соединений (при

ЕЬ<200 мВ) с выделением СН4, СОг и пр. В морских акваториях, на устьевых участках морских рек, в соленых озерах аридных областей и в зонах сброса 8042" или серосодержащих ОВ развиваются процессы бактериальной сульфатредукции с образованием Н25 (при ЕЬ—ЮО-н-200 мВ). В сероводородной среде происходит выпадение сульфидов большинства ТМ. Значимость этих процессов в условиях техногенеза демонстрируется результатами исследования аквальных геосистем. В осадках р. Преголи содержания Б2" составляют 0,21-1,16% при среднем значении 0,40%. Выполненные термодинамические расчеты и результаты фазового анализа показывают, что в сульфидной форме может находиться до 40% Бе и основная часть 2п (65-95%), Сё (более 95%), РЬ (50-95%), Си (60-85%), N1 (более 70%), Сг (более 95%). Ряд сродства металлов к сере в восстановительных условиях, построенный на основе корреляционного анализа, повторяет ряд увеличения р-функции произведения растворимости (ПР) сульфидов этих элементов, где рПР=-^ ПР:

Рис. 3. Соотношения состава ОВ в илах фонового (Ф1, Ф2), аномального (ЕГА) и техногенного (ТИ) геохимических полей Примечание: ОВ - в % к массе осадка; остаточное ОВ (ООВ), гуминовые кислоты (ГК), битумоиды (Ас-б, Ахл) - в % к групповомусоставу ОВ; осадки: Ф1 -Баренцева моря, Ф2 - эстуарно-дельтовые арктические, ЕГА - Штокмановского ГКМ; ТИ -техногенные илы р. Преголи.

При рассмотрении особенностей накопления ОВ и выявлении техногенной составляющей интерес представляют полиароматические углеводороды (ПАУ) (Петрова, 1999). Изучение осадков зон техноге-неза и фоновых районов позволило установить аномально высокую ароматичность техногенных илов. В максимальной степени диффе-

ренциация между техногенной и сингенетической составляющими выражена соотношением в осадке кинетических (техногенных) и термодинамических (природных) изомеров, в т.ч. низкомолекулярных (мол. масса 178), а также процентным содержанием в группе основных веществ ПАУ бенз/а/пирена. Из результатов проведенных расчетов сделан вывод о трансформации структуры ПАУ и резком росте их концентраций от природных осадков к техногенным илам.

Геоиндикаторы развития аномального геохимического поля осадков, выступающие признаками техноседиментогенеза (рис. 4), являются отражением трансформации литодинамических и геохимических процессов. По глубине этих преобразований техноседиментоге-нез в известной мере сопоставим с эпигенетическими изменениями естественного геохимического поля. При формировании техногенного геохимического поля происходит перераспределение макроэлементов с изменением основных петрохимических показателей. Для техногенного материала типичны относительно низкие содержания 810, и высокие концентрации ОВ, А120з, СаО и БеО, что обусловлено тонкодисперсным составом материала и участием в техноседименто-генезе частиц антропогенного происхождения с пониженным содержанием БЮг: рудных обломков, углистых, графитовых, сажистых частиц, шлаков, активных илов и пр. Концентрации поллютантов (ТМ, ОВ) по отношению к фоновым содержаниям достигают аномальных величин. В техногенных илах они характеризуются широким спектром значений кларка концентраций (Кк) от фонового до второго уровня концентрации (п- 10° - п- 102), который в сопоставлении с рудогенезом отвечает эпигенетическим преобразованиям геохимического поля. Набор веществ на каждом уровне концентрации техногенного комплекса дифференцирован по акваториям и обусловлен, в первую очередь, спецификой загрязнения. По мере усиления химического воздействия ассоциативность на втором уровне изменяется от специализированной по конкретным производствам (р. Веряжа, р. Карагайлы) до комплексной (Невская губа, р. Екатерингофка) (табл. 6). Высокие коэффициенты вариаций (более 150%) подчеркивают многофакторность процесса формирования структуры геохимического поля в техноседиментогенезе.

Под воздействием техногенеза происходит изменение форм и поведения химических элементов. Их преобладающими формами от точечных техногенных источников являются растворенные. Высокая реакционноспособность и гетерогенность веществ активизируют геохимические процессы. Антропогенная инверсия форм вызывает увеличение легкоподвижной фазы металлов в виде поверхностно-

сорбированных и карбонатных форм. Многообразие ОВ в зоне техно-генеза приводит к образованию устойчивых органоминеральных комплексов. В фоновом геохимическом поле осадков доминирующими являются: оксидные » органические > карбонатные > обменные формы (Папина, 2001). Этот ряд сохраняется в аномальном геохимическом поле рудных районов (Южный Урал). В аквальном техногене-зе в восстановительной глеевой среде преобладают сорбционно-карбонатные формы металлов (до 50% N и РЬ и до 80-90% Cd); распространена гидроокисная (№ и РЬ до 30%) и органоминеральная (Си до 40%) формы. Как правило, с ростом валового содержания в осадках увеличивается доля сорбционно-карбонатной фазы (Даувальтер, 2000). В сероводородной среде преобладают сульфиды металлов с наименьшими значениями ПР (2п8, CdS, РЬ8, Си8 и др.). Область техногенеза является ареной образования новых соединений, отсутствующих в сбросах, - явление, названное индустриальным метаболизмом (Волков, Иванов, 2001). В техногенезе при взаимодействии с углеводородами и другими группами ОВ усложняются формы элементов. Создаются условия развития технофобности, т.е. способности элементов к образованию устойчивых и метастабильных форм миграции, не встречающихся в обычных условиях. Так, алкилирование элементов приводит к появлению веществ с очень высокой растворимостью. Многие из них (практически все тетраэтилы - Ме(С2Н5)4, ди-пропилы - Ме(С3Н7)2и трипропилы - Ме(С3Н7)з) в обычных условиях не встречаются.

Геоиндикаторы техноседиментогенеза

Литодинамические

У У

скорости реологические параген!

осадконакопления характеристики ассоциативность

Геохимически«

;н^гическая I иативность у

формы металлов у

соотношение породообразующих! окислов Т

абсолютные содержания

Рис. 4. Геоиндикаторы техноседиментогенеза.

В техногенном геохимическом поле возникают нетипичные ассоциации химических элементов Ba-Cr, Pb-Co, Sn-Cr, Ni-Ba, Си-Со и др., наследующих состав отходов производства, исчезает ассоциативность по основности магматических пород. Техногенные парагенези-

сы выявляются по химической специализации источников загрязнения, наличию нетипичных ассоциаций и пространственной неоднородности геохимического поля, обусловленной источниками загрязнения. Техногенный фактор дифференциации осадочного материала в зависимости от степени антропогенной нагрузки может проявляться на любом из трех обозначенных выше уровнях неоднородности геохимического поля. В ряду анализируемых геосистем он выражен на третьем (р. Малая Сестра), втором (Веряжа, Преголя, оз. Сестрорец-кий Разлив, Невская губа) и первом (р. Екатерингофка) уровнях неоднородности (см. табл. 2).

Результаты изучения геохимических и литодинамических процессов в аквальном техногенезе позволили обосновать новый тип седи-ментогенеза - техноседиментогенез, который мало регламентируется климатическими, геологическими и тектоническими условиями и в большой степени зависит от техногенного фактора дифференциации вещества, что позволяет отнести его к азональному типу литогенеза.

Положение 3. Основными продуктами техноседиментогенеза являются техногенные илы, отличающиеся от природных осадков геохимическими и литодинамическими показателями от атомарного до формационно-фациального уровней организации вещества. Существенными геохимическими признаками илов являются высокие содержания и реакционноспособность химических элементов, присутствие ксенобиотиков, гумификация отложений и техногенная парагенетическая ассоциативность элементов. Автором предложена геохимическая классификация техногенных илов. В инженерно-геологической классификации техногенных дисперсных грунтов они представляют новую подгруппу природно-антропогенных вновь образуемых осадочных грунтов.

Изучением техногенных (искусственных) грунтов занимались Е.М. Сергеев, Р.Э. Дашко, В.М. Кнатько, Ф.В. Котлов, Е.Н. Огородникова, В.И. Осипов, Л.В. Спиридонов, В.Т. Трофимов, М.И. Хазанов и другие геологи. Понятие «техногенные илы» (ТИ) для аквальных геосистем впервые было использовано более 20 лет назад (Методические рекомендации.., 1982). Однако описание свойств, признаки и критерии выделения ТИ отсутствуют. Основными отличительными свойствами, на что указывают авторы, являются парагенные ассоциации, повышенное содержание битумов, металлов, появление синтетических продуктов, изменение микробиологических процессов.

Таблица 6

Геохимическая специализация осадков на 1-Ш уровнях концентрации техногенного комплекса веществ

Водные объекты Уровни концентрации

фоновый (Кк=0,3-2,4) I уровень (Кк=2,4-10) II уровень (Кк=10-п1(У)

Р. Веряжа Со, N1, Си, Мп, Ше, ПХБ гп, Ле, Сг, Л Ва, РЬ, БЬ, НУ, 3,4-БП

Р. Карагайлы N1, Сг, Мп, 3,4-БП Со, РЬ Сё, Л гп, Си, Ше

Р. Преголя Со, Ва, Мп N1, 2п, Ле, Сг, лб, Ше, НУ, 3,4-БП, ПХБ Си,РЬ

Невская губа Мп Со, N1, Си, Ва, Сг, 3,4-БП, ПХБ Ше, гп, Л& РЬ, Сё, НУ

Р. Екатерин-гофка N1 Си, Сг Ше, гп, РЬ, Сё, ну, 3,4-бп, ПХБ

Таблица 7

Средние содержания и кларки концентраций ( х /Кк тах) ЗВ в техногенных илах

Химические вещества Р Веряжа Р Карагайлы Р Преголя Невская губа Р Екатерингофка

X Кк X Кк Кк X Кк X Кк

Со, мг/кг 12,0 0,9 39 2,8 14 1,0 62 4,4 нд нд

N1, мг/кг 65,0 1,8 48 1,3 97 2,6 121 3,3 31,6 0,9

гп, мг/кг 270,0 6,3 3622 84,2 397 9,2 1150 26,7 2441 56,8

Си, мг/кг 55,0 1,8 4797 154,7 305 10,0 178 5,7 275 8,9

Ле, мг/кг 0,344 2,9 нд нд 0,632 5,3 4,98 41,5 н д н д

Ва, мг/кг 4871,0 11,9 нд нд 448 1,1 1155 2,8 нд нд

Мп, мг/кг 248,0 0,3 980 1,2 623 0,8 994 1,2 нд нд

Сг, мг/кг 143,0 2, 70 1,2 247 4,3 497 8,6 194 3,3

РЬ, мг/кг 325,0 27,1 118 9,8 118 10,0 919 76,6 789 65,8

лб, мг/кг 22,0 2,9 244 32,1 58 7,6 н д нд нд нд

Сё, мг/кг нд нд 19 23,8 нд нд 10,6 13,3 45,2 56,5

Ше, мг/кг 0,06 0,9 2,44 35,9 0,213 3,1 0,68 10,0 2,69 39,6

НУ, мг/кг 678 15,1 нд н д 771 6,1 1009 18,3 22691 338,6

3,4-БП, мкг/кг 98,75 11,5 4,6 - 727,4 6,3 403 7,0 175,6 16,1

ТИ как продукт техноседиментогенеза - это смесь природного и техногенного материала, подвергшегося определенной дифференциации в процессе отложения. Особые геохимические и литодина-мические условия их формирования, эмерджентность свойств дают основание выделить новый генетический тип отложений. Инженерно-геологические исследования свойств ТИ показывают, что в верхней части разреза влажность илов достигает 500-1000%, плотность не плтьпияст 1,09-1,11 г/см3, коэффициент сжимаемости составляет 20-74 МПа"1. По числу пластичности (1р>10) они относятся к суглинистым и глинистым илам, а по показателю текучести - к текучим (1ь=8-16). По коэффициенту пористости (е>3) ТИ близки к сапропелям. Таким образом, по физико-механическим свойствам техногенные илы - это жидкотекучие глинистые или суглинистые, флоккулированные илы, с высокой пористостью и значительным содержанием ОВ. Для зон формирования ТИ типичны отрицательные значения БЬ - от слабо до сильно восстановительных условий. В разрезе ТИ (мощностью до 2,5-3 метров), накопление которых проходит с очень высокими скоростями, начальная стадия диагене-тических преобразований, сопровождающаяся осветлением осадка, уплотнением, дегидратацией, микроагрегацией частиц и минерализацией ОВ, не выражена. В природных илах с близкими физико-механическими свойствами диагенетические изменения отмечаются с глубин 0,2-0,3 м (Захаров и др., 2003).

Химический состав ТИ характеризуется определенными значениями петрохимических показателей, специфическим фазовым составом химических элементов, аномально высокими содержаниями ЗВ, техногенной парагенетической ассоциативностью элементов. Преобладающими формами являются органоминеральная, карбо-натно-сорб-ционная и сульфидная в зависимости от геохимических условий формирования илов. Петлотимичргкир ппкячяте™ отличаются высокими значениями Ре0/Ре203>1, ГОШ/Б Ю2>0,1 и (№20+Са0)/К20>3 -5. Отмечаются повышенные содержания СаО (4-6%) и аномальные концентрации ЗВ (табл. 7). Это формирует особый композиционный состав ТИ, где основные термодинамические фазы отложений (карбонаты, глинистые минералы, ОВ, оксиды Бе и Мп, сульфиды, органоминеральные комплексы) увеличивают свой вклад по отношению к ЗЮ2- Литодинамические условия формирования ТИ: скорость седиментации - более 0,5-1 см/год, поток абсолютных масс ОВ - более 250 г/(м2-год), поток абсолютных масс осадочного материла на открытых акваториях - более

5000-7000, в устьях рек - более 10000 г/(м2тод)). К важной характеристике илов относится высокая потенциальная энергия взаимодействия техногенных частиц (ионов, коллоидов, лигандов и т.д.), не прошедших первые две стадии седиментогенеза. При высоких скоростях накопления это ведет к формированию дисперсной среды с выраженными тиксотропными свойствами, что является признаком ТИ. По разрезу ТИ сохраняется относительно стабильный состав породообразующих окислов, микроэлементов и ОВ. Это обусловлено кратковременностью стадии формирования илов (5060 лет), обеспечивающей постоянство состава техногенного материала, высокими скоростями накопления и устойчивостью геохимических условий.

Как и глины, ТИ обладают высокими показателями ассимиляционной емкости. Их буферность определяется содержанием коллоидно-дисперсных минералов, малорастворимых солей основного или кислого состава, составом обменных катионов и анионов, количеством гумусового ОВ, повышенной карбонатностью и т.д. Ассимиляционная способность зависит от буферности кристаллических решеток глинистых минералов. В теории синтеза вяжущих веществ рассматриваются механизмы и стадийность разрушения глинистых минералов, в основе которых лежит определенная последовательность физико-химических процессов в системе реагент - глинистая порода (Кнатько, 1989). ТИ являются глинистой породой, а поток химических веществ, смена ЕЬ и рН создают эффект реагента. Химическая агрессивность этой среды ведет к гидролизу глинистых минералов, вследствие чего формируется золь-гелевая фаза и минерально-матричная система из глинистых частиц с раз-балансированной кристаллической решеткой поверхностных слоев, обеспечивающей повышенную сорбционную емкость. Вероятно, это один из механизмов тотального осаждения материала на участках активизации техноседиментогенеза. ТИ - это среда развития техногенных геохимических аномалий, в т.ч. ксенобиотиков. Одновременно ТИ, как неравновесная термодинамическая система, обеспечивают снижение роста энтропии и служат фильтром, поглощающим и, до определенной степени, обезвреживающим токсичные сбросы (Янин, 2000; Опекунов и др., 2000).

По уровням организации вещества в ТИ выделены типичные свойства, встречающиеся в природных осадках, и уникальные обнаруживающиеся только в техноседиментогенезе (табл. 8). Многообразие типов илов вытекает из их свойств и химического состава (Опекунов, 2003). В геохимической классификации, построенной

на соотношении минеральной и органической компонент, выделено три типа и шесть видов ТИ (табл. 9). В инженерно-геологической классификации техногенных дисперсных грунтов (ГОСТ 25100-95) ТИ по выявленным свойствам дополняют группу связных грунтов в качестве подгруппы природно-антропогенных вновь образуемых осадочных, наравне с природными, измененными в условиях естественного залегания.

Таблица 8

Геохимические и литодинамические свойства ТИ_

Уровни организации Свойства

Типичные Уникальные

Атомный • Аномальные содержания ТМ; • нарушение кларковых соотношений • Высокая реакционноспо-собность элементов (антропогенная инверсия форм)

Молекулярный • Увеличение доли высокоподвижных сорбционно-карбонат-ных форм; • широкое распространение коллоидных органических и орга-номинеральных форм вещества • Вещества-ксенобиотики; • образование необычных химических соединений (индустриальный метаболизм); • синтез метастабильных соединений (технофобность)

Минеральный • Гидролитическое разрушение глинистых минералов; • повышенная известковистость; • распространение сульфидов; • вторичное минералообразов-ние • Техногенное минералообра-зование; • техногенная ассоциативность химических элементов; • ОВ, не прошедшие стадию окислительного диагенеза

Породный • Трансформация соотношения полевошпатовой и кварцевой составляющих; • преобладающая гуминифика-цияОВ • Петротехногенные компоненты (зола, шлаки и т.д.); • специфические условия диагенеза (недоуплотнение, высокая влажность и т.д.)

Формаци-онно-фациаль-ный • Дисперсность среды; • специфический биоценоз • Высокие скорости осадко-накопления; • несоответствие динамических условий среды и лито-динамических свойств ТИ

Положение 4. Одним из видов химического воздействия на аквальные геосистемы является вторичное загрязнение, под которым понимается процесс преимущественного поступления загрязняющих веществ из донных осадков в воду вследствие техногенной трансформации литодинамических и геохимических условий, приводящих к нарушению квазиравновесного состояния на разделе вода-осадок. К основным факторам вторичного загрязнения водной среды относятся механические,

физико-химические, химические, биогеохимические и эпигенетические. Они реализуются через группу процессов и механизмов вторичного загрязнения и оценены в работе на качественном и количественном уровнях.

Таблица 9

Типы Виды Основные источники образования Особенности геохимического состава и свойств

Органические ТИ (содержание ОВ > 25%) Углеводородные Аварии при нефтегазодобыче и транспортировке углеводородов; промышленные сбросы: судоходство и дампинг грунтов Содержания НУ > 10%; высокие содержания ПАУ; изменение консистенции; снижение сорбци-онных свойств и консервация химических и биохимических процессов; нарушение процессов газообмена; высокая токсичность; деградация биоценозов

Древесностружечные Сброс отходов ЦБК и деревообрабатывающих производств Включения и прослои древесностружечных и коровых частиц. Высокое содержание фенолов и ТМ (Си, гп, А& МплСг)

Легкоокисля ющиеся Сбросы коммунально-бытовых предприятий, животноводческих ферм Высокие содержания Сорг., биогенов; ЕЙ < -100 мВ, развитие процессов сульфатредукции или метанообразования, высокая газонасыщенность; эвтрофикация; анаэробные микробиоценозы

Органо-минеральные ТИ (10%<О В>25%) С примесью легкоокисля ющихся ОВ Смешанные коммунально-бытовые и промышленные сбросы, дампинг грунтов Высокие содержания Сорг и ЗВ; образование устойчивых соединений; техногенный восстановительный барьер на разделе вода-осадок; ЕИ<-50 мВ; анаэробные микробиоценозы

С примесью устойчивых токсичных ОВ (полимер- Сбросы промышленных предприятий; дампинг грунтов Парагенетически несвязанные концентрации ОВ и ТМ; высокие концентрации устойчивых ОВ (в т.ч. ксенобиотиков); деградация биоценозов

Минеральные ТИ (ОВ < 10%) йоо)ше-тальные Сбросы предприятий горнодобывающей и горнометаллургической промышленности Высокие концентрации ТМ с преобладанием сорбированных и химически связанных форм; техногенные парагенезисы металлов; из ОВ преобладают У В; деградация биоценозов

Термин «вторичное загрязнение» (ВЗ) широко используется в научной литературе. Однако разработанная классификация явления

отсутствует, а количественные оценки интенсивности процессов встречаются редко. Под вторичным загрязнением в работе понимается процесс преимущественного выхода ЗВ из донных осадков в воду вследствие любого изменения гидро- и литодинамических и геохимических условий, вызванного техногенезом, а также в результате подтока вещества из нижних слоев осадочной толщи, приводящих к нарушению квазиравновесного состояния на разделе вода-осадок. Эта граница играет решающую роль в развитии ВЗ.

В естественных условиях донные осадки, являясь открытой термодинамической системой, находятся в непрерывном массоэнерге-тическом взаимодействии с внешней средой. При этом валовой состав элементов в осадках остается неизменным, что указывает на обратимый массоперенос в системе вода-осадок с сохранением общего вещественно-энергетического баланса системы и определяет основное отличие процессов массообмена от вторичного загрязнения в зоне техногенеза, протекающих по приблизительно тем же механизмам. ВЗ обусловлено механическим, физико-химическим, химическим, биогеохимическим и эпигенетическим факторами (табл. 10). В реальных условиях они активно взаимодействуют между собой, как ряд параллельных или последовательных событий, увеличивая интенсивность ВЗ.

Механический фактор вторичного загрязнения обусловлен физическим воздействием на дно, приводящим к выносу ЗВ из донных осадков в толщу воды. Он активизирует процессы десорбции, окисления и растворения химических веществ. К основным видам механического воздействия относятся перемещение или взмучивание донных осадков при дноочистных и дноуглубительных работах (дноработах), захоронении грунтов в подводных отвалах, турбации поверхностного слоя при рыбном промысле, судоходстве в прибрежной зоне, воздействии течений и волн, турбулентной диффузии, а также естественном или техногенном уплотнении осадков.

При дноработах и дампинге грунтов ВЗ проявляется в замутне-нии (во взвесь переходит от 6 до 71% частиц) и химическом загрязнении воды (табл. 11). Последнее обусловлено раскрытием по-рового пространства с высвобождением иловых вод и сменой рН-Eh грунта при сбросе в воду. Восстановительная среда ТИ сменяется окислительной, увеличивается растворимость солей, гидрокси-дов и органоминеральных комплексов ТМ. Происходит десорбция поверхностно-сорбированных веществ и активизация геохимических процессов в виду «объемного» взаимодействия массы грунта.

Таблица 10

Классификация процессов вторичного загрязнения

Фак Механиз- Процессы и Последствия вторичного загрязнения

торы ма: или реакции Основные группы Характер, продол-

ВЗ виды воздействий ЗВ и параметры жительность и уровень воздействия, г/м2-год

Меха- Днорабо- Десорбция, Взвесь, НУ, ТМ, Линейный или

нический ты растворение, взмучивание ПАУ, ХОС, биогены р/нуклиды площадной; периодичный; п-102-п-103

Дампинг Десорбция, Взвесь, р/нукли- Точечный; разовый

растворение, ды, НУ, ХОС, ТМ, или периодичныи;

окисление, изменение физ.- п-103

взмучивание ХИМ.З'СЛОВИИ

Волны и Десорбция, Взвешенные час- Площадной, линей-

течения, экзарация взмучивание, турбулентная диффузия тицы, ТМ, биогены, ОВ ный; периодичный, кратковременный

Судовое и Десорбция, Взвешенные час- Линейный и пло-

промыс- взмучивание тицы, ТМ, биоге- щадной; постоян-

ловое воз- ны, ОВ ный, периодичный,

действие кратковременный

Выдавли- Десорбция, Биогенные веще- Площадной; посто-

вание и отжим растворение ства, газы, ТМ янный или сезонный; п-10"4-п-10'3

Физ.- Физико- Десорбция, ТМ, биогенный Площадной; посто-

хими- химиче- ионный обмен вещества, янный, сезонный;

ческ. ский р/нуклиды п-10"3-п-10"1

Хи- Химиче- Восстанови- ТМ, биогены, Площадной, линей-

миче- ский тельно-окис- р/нуклиды, ОВ ный; постоянный,

ский лительные, ионный обмен гидролиз сезонный; п-10"2 -п-10

Био- Биотурба- Десорбция, Биогенные и ор- Площадной или

гео- ция окисление ганические в-ва, точечный; посто-

хими- ТМ, р/нуклиды янный

чес- Биоакку- Десорбция, Биогенные и ор- Площадной; посто-

кии муляция растворение ганические вещества, ТМ янный, сезонный; п •Ю'-пЮ'1

Биогене- Микробиаль- СЫ4,Ы28,пЛу, Площадной или

рация и ное окисле- ТМ точечный, сезон-

биотрансформация ние, восстановление, биосинтез ный; п-10"2- п-10

Эпи- Газовые и Растворение, НУ, бензолы, ТМ, Точечный, линей-

гене- углеводо- десорбция, фенолы, СН4, Ы28, ный или площад-

ти- родные молекулярная отравляющие ной; периодичный,

чекий эманации диффузии вещества постоянный

При повышении рН усиливается адсорбция катионогенных металлов и десорбция переходных. Роль процессов десорбции и ионного обмена возрастает с повышением солености воды, что имеет значение в устьях морских рек, где производится основной объем днора-бот и дампинг грунтов.

Динамическое воздействие волн и течений чаще всего наблюдается на мелководье. Ресуспензия осадка приводит к раскрытию по-рового пространства (табл. 11). Периодически возникающее воздействие на дно (шторма, сгонные явления) является дополнительным фактором загрязнения. В Невской губе молекулярная диффузия в штилевых условиях способствуют увеличению в воде содержания НУ, Си, ¿п и РЬ на 20%, а во время шторма - на порядок (Скакальский, 1996). Механизмами взмучивания частиц в устьевых областях рек являются сгонно-нагонные течения, сопровождающиеся интрузией солоноватых вод (р. Преголя, Невская губа), или подпором вод во время нагонов с накоплением загрязненных илов в устьях рек более высокого порядка, а в начальный момент сгона воды - к их размыву (притоки р. Невы). На акваториях портов и в подходных каналах происходит взмучивание осадочного материала при воздействии судовых волн. В зонах техногенеза и накопления ТИ это ведет к ВЗ взвешенным материалом, НУ, ТМ, ОВ. Турбация поверхностного слоя донных осадков рыбопромысловым вооружением (до 0,10-0,20 м) становится причиной нивелировки форм микрорельефа и образования придонных суспензий.

Турбулентная диффузия ЗВ из донных осадков имеет место при воздействии неустановившегося течения на верхний слой отложений, не приводящим к перемещению частиц грунта. Этот механизм ВЗ занимает промежуточное место между размывающим воздействием течений и молекулярной диффузией (химический фактор).

Выдавливание и отжим поллютантов осуществляется при уплотнении ТИ в начальной стадии диагенеза, сезонном изменении влажности илов или «выбросе» ЗВ из иловых вод при изменении уровня воды и повышении гидростатического давления в приливных морях и водохранилищах. При нагрузках 103-5-103 Па (столб воды 0,1-0,5 м) начинается, а при нагрузках 2,5-104-5-104 Па (2,5-3,0 м) наступает максимальное сжатие илов (Лысенко, 1972). Таким образом, быстрое повышение уровня воды на 0,1-0,5 м в зоне залегания ТИ может привести к ВЗ (табл. 11), которое начинается сразу после приложения внешней нагрузки и прекращается после осадки ила (Дашко, Каган, 1977).

Таблица 11

Количественные показатели ВЗ в модельных условиях Невской губы (механический фактор)

Виды вторичного Взвешенный мат-л НУ Си

загрязнения масса, кг поток, масса, поток, масса, кг поток,

г/м2- кг мг/м2- мг/м2-

год год год

Дноуглубление

- вымывание 350 0,19 0,298 0,16 4,3-105 2,4-10"5

- переливы 130105 7098 11000 6033 1,6 0,87

- балластные воды 260 142

Дампинг

- балластные воды 104-105 2956 8795 2513 207 59

- погружение 44-105 1260 3750 1071 0,544 0,16

грунтовой массы

Размыв течениями

- донных осадков 250-105 - 21233 - 499,6

- выход поровой 3,1 -

воды

Отжим

- поровой воды _ 0,08

Прочерк - расчеты не проводились.

Физико-химический фактор ВЗ обусловлен неравновесным физико-химическим состоянием на границах-разделах: вода-дно и вода-взвесь. Он реализуется через процессы десорбции ЗВ из осадка и взвешенного материала. Физико-химические процессы на стадии гипергенеза (физическая сорбция, катионный обмен, хемо-сорбция и т.д.) во многом определяют химическую структуру донных отложений. Их интенсивность зависит от литологического и вещественного состава осадков и взвешенных частиц, химического состава воды. При изменении условий среды развивается десорбция, возникает ВЗ. Стимулируют процесс комплексоны - неорганические и смешанные соединения, способные к избирательному извлечению ТМ с образованием устойчивых комплексов. Например, нитрилтриацетат извлекает и переходные, и катионогенные металлы. С уменьшением рН при окислении больших масс ОВ происходит десорбция катионогенных металлов с поверхности взвешенного материала и отложений. Результаты экспериментов по десорбции ТМ ^п, Cd, Pb) свидетельствуют о практически полном выходе в морскую воду поглощенных ранее металлов при наличии в воде органических лигандов. Корреляция между активностью десорбции металлов и составом компонентов осадка неустойчива и зависит от адсорбента. Большое значение имеет грану-

лометрическая структура. Так, алевритовые пески и песчано-алевритовые пелиты (Баренцево море), обладая невысокими показателями сорбционного насыщения, характеризуются десорбцией, величина которой часто превышает уровень адсорбции, т.е. чем активнее сорбция, тем ниже десорбция. Ряд снижения интенсивности десорбции представлен: С^РЬ>2п>А8>Си. Кинетика процесса неустойчива, т.е. десорбция сменяется периодами сорбции. В глинистых илах с высоким содержанием ОВ (Балтийское море) отмечена активная сорбция химических элементов и широкий разброс значений десорбции: Си 1-12,5% от сорбированного количества, РЬ 4,5-73%, ¿п до 5,5-74%, Са 1-73%, А 14-90%, Б 7-14%. Ряд снижения интенсивности десорбции металлов отличается от предыдущего: ¿п>А8>С^РЬ>Си, что, вероятно, объясняется разными типами сорбции: по механизму замещения в тонкодисперсных осадках, обогащенных ОВ, и физической адсорбцией в минеральных лито-типах. Кинетика процесса неустойчива.

Химический фактор ВЗ выражен через процессы химического извлечения ассоциированных форм ЗВ при восстановлении, кати-онном обмене, растворении и окислении ОВ. Определяющее значение имеет сульфат-сульфидное равновесие в донных осадках, зависящее от БЬ. Поступление растворенных форм в придонный слой воды происходит посредством молекулярной диффузии из иловых вод или с поверхности осадка. Деструкция ОВ с мобилизацией в раствор ТМ (Си, Са, ¿п и др.) идет в окислительной и восстановительной глеевой обстановках. В бескислородной среде Мп4-восстанавливается до Мп2- и переходит в раствор2 -вмест2е- с сорбированными на гидроксиде ТМ. Поступление ¿п2-, Си2-, РЬ из осадков в раствор может быть вызвано постепенным окислением сульфидов и снижением рН. При сбросе кислых промышленных вод (рН<5,0-5,5) происходит растворение карбонатов. Это существенно в условиях техногенеза, где преобладающей формой ТМ (Са, N1, РЬ, Мп, ¿п и др.) является карбонатная. Подкисление воды приводит к эрозии оксидных форм катионогенных металлов с поверхности твердых частиц. Такие процессы характерны для эвтрофиро-ванных водоемов. Величина рН воды оз. Сестрорецкий Разлив варьирует в пределах 6,4-7,8, достигая в пик эвтрофикации 9,5, что создает устойчивое карбонатное равновесие. Однако в зонах под-кисления вод значение рН опускается до 5,3, и происходит растворение карбонатной фазы с выходом в воду ТМ. Масштаб этого явления пропорционален доле карбонатных форм металлов в осадках: Мп - до 11-20%; ¿п - до 6-9%; Си - до 1,5%. И28 осаждает ионы

металлов, переводя их из окисленных форм в сульфиды. С ростом содержания Н,8 возможно появление гидросульфидных комплексов (Си(НБ)з ; 2Ь1(Н8)з~ и др.), В которых ТМ вновь переходят в раствор. Вероятно, этим объясняются аномально высокие концентрации ТМ в иловых водах восстановленных морских осадков, превосходящие расчетные по гп в 3 раза, Сё и РЬ в 6 раз, Си в 14 раз (МогГеИ е1.а1, 1988). При сезонных вариациях ЕЙ на дне возникает подвижное сульфат-сульфидное равновесие, вследствие чего в поверхностном слое осадков изменяются содержания ТМ. В летне-осенний период идет их осаждение в виде сульфидов и частичное высвобождение в поровую воду при окислении зимой и весной. В зоне техногенеза эти процессы переходят в разряд ВЗ в связи с интенсификацией явления за счет высоких содержаний ТМ и антропогенных причин нарушения сульфат-сульфидного равновесия. Это подтверждено исследованиями на устьевом участке р. Прего-ли. Весной содержания Со, N1, гп, Си, Ag, Сг, А и Мп в осадках достоверно ниже их концентраций в летний период стагнации.

Массообмен в системе вода-осадок при отсутствии внешнего воздействия характеризует переход растворенных химических соединений из порового пространства в придонный горизонт воды за счет градиента концентраций, направленного из осадков в воду. Коэффициент обогащения донных отложений для некоторых веществ достигает 102-104; величина отношения концентрации в иловой и придонной водах (диффузионный градиент - 8) составляет 10М02. Диффузионное выщелачивание развивается в илах при высокой влажности и большом количестве иммобилизованной свободной воды. По формуле Фика интенсивность процесса увеличивается с ростом коэффициента диффузии, 8, площади контакта и снижается с повышением скорости деструкции поллютанта в осадке. В ТИ 8 достигает высоких значений, что благоприятствует ВЗ. Так, в седиментационном бассейне Невской губы максимальные значения 8 составляют: Сё - 3-Ю2; РЬ - 6-Ю3; Си - 3-Ю3; гп - 4-103. По мере развития техноседиментогенеза и формирования восстановительного барьера вода-осадок активизируется ВЗ. В ТИ замедляются процессы деструкции ЗВ из-за низкой микробиологической активности, но увеличивается площадь контактной поверхности дисперсной фазы. Возникают предпосылки активизации молекулярной диффузии. В работе выполнена оценка интенсивности ВЗ за счет молекулярной диффузии в Невской губе и Кольском заливе (табл. 12). Фоновый диффузионный поток (Белое море) существен-

но ниже: РЬ - 0,017 мг/(м2-сут); /и - 0,278 мг/(м2-сут); Cd - 0,0062 мг/(м2-сут)

Биогеохимический фактор ВЗ аквальных геосистем может играть заметную роль при биодеструкции, биотурбации, биоаккумуляции и биогенерации. Переход элементов в раствор происходит за счет микробиологического окисления и восстановления, метилирования. Тионовые бактерии, разрушая сульфиды, способствуют выносу в воду Си2+ и /и2 : в опытах с бактериями выход Си2 увеличивается в 22 раза, /и2+ - в 9 раз по сравнению с холостыми пробами (Удодов и др., 1973). Активны микроорганизмы в деструкции ОВ и высвобождении подвижных форм металлов и биогенов. В фоновых условиях интенсивность процесса растает в осенне-зимний период, когда скорость химического окисления ОВ экспоненциально уменьшается с понижением температуры. Биотурбация усиливает процесс поступления ЗВ в воду. В присутствии хироно-мид наблюдается увеличение выхода из донных осадков в воду 814+ - в 2-10 раз, Р^щ - в 24 раза, КИ4+ - до 15 раз, Бе3+ - до 10 раз, Мп2+ - в 2-4 раза (Бреховских, Вишневская, 1994).

Таблица 12

Ориентировочная оценка интенсивности ВЗ (химический фактор)

Среда и показатели потока ЗВ Невская губа | Кольский залив

Си РЬ 2д га Си РЬ 2л га Сг N1

Содержание в иловой воде, мкг/л 39 35 306 4 32,3 31,9 71,6 1.7 4,8 12,3

Содержание в придонной воде, мкг/л 8 2 83 1 3,3 4,7 49,8 0,3 1,4

Диффузионный градиент, 5 4,9 17,0 3,7 4,0 9,8 6,8 1,4 5,7 4,0 8,8

Величина диффузионного потока, мг/(м2 • суг) 0,22 0,24 1,61 0,02 0,21 0,20 0,16 0,01 0,03 0,08

Поступление в воду, т/год 24,8 26,4 178 2,4 3,66 3,43 2,75 0,18 0,46 1,36

Доля от техногенных источников, % 7,1 15,6 46,3 42,9 - - - - - -

В ряду механизмов биогенерации ЗВ, в первую очередь, выделяются процессы бактериальной сульфатредукции и метанообразо-вания. На приустьевом участке р. Преголи летом интенсивность сульфатредукции в донных осадках составляет 11400 MKrS/ (кг-сут.), в толще воды - 583 мкг8/(лсут.). В водах эвтрофных озер в фоновых условиях максимальные значения не превышают 50-60 мкг8/(л-сут.) (Иванов и др., 1995). Интенсивность вторичного загрязнения воды серой в составе Н28 из донных осадков равна 1110

33 " рос. НАЦИОНАЛЬНАЯ I °° библиотека |

Мг8/(М2-еуг.), что сопоставимо с масштабом нагрузок на реку по железу. Кроме того, в аквальных геосистемах наблюдаются сложные биохимические процессы, приводящие к синтезу опасных веществ (ПАУ, метилированные соединения и др.), которые включаются в процесс ВЗ (механический фактор). Метилированная Н обладает высокой подвижностью и легко переходит в раствор. Возможность метилирования доказана в лабораторных условиях для РЬ, Яп, Ав, Яп, Сг, Яе, Те и др. (Корте и др., 1996).

Биоаккумуляция ЗВ (поглощение бентофагами и макрофитами), как механизм ВЗ, после гибели организмов и отмирании растений имеет значение для определенных акваторий. Ориентировочная оценка влияния биоаккумуляции на общий баланс ТМ выполнена для оз. Сестрорецкий Разлив: посту2пление Си вследств2ие отмирания макрофитов достигает 1,5 мг/(м2-год); ¿п - 2,0 мг/(м2-год); Мп -216 мг/(м2тод); N1 - 0,16 мг/(м2тод); РЬ - 0,47 мг/(м2тод); Сг - 0,36 мг/(м2-год), что в общем потоке ТМ на дно составляет соответственно: 3,8%; 0,9%; 5,7%; 0,35%; 1,0% и 0,62%.

Эпигенетический фактор ВЗ обусловлен миграцией вещества, вызванной эманациями (газовой, углеводородной и т.д.) из нижележащих пород, концентрацией в донных осадках и поступлением в толщу воды. Переход вещества в придонные воды происходит посредством молекулярной и турбулентной диффузии, десорбции. Эпигенетический подток вещества в зоне техногенеза рассматривается как один из видов ВЗ, т.к. вызывает нарушения в системе мас-сообмена вода-осадок. Эта проблема имеет отношение к районам освоения нефтегазовых ресурсов континентального шельфа, где механизмом эманаций углеводородов выступает струйная дегазация по зонам субвертикальной деструкции. Органо-геохимические исследования показали, что мигрирующие газы выступают в роли элюента, экстрагирующего из пород различные вещества и особенно ПАУ (Петрова, 1999). В результате этого в осадках формируются аномально высокие концентрации углеводородов, нарушается массообмен и, как следствие, развивается ВЗ. Вынос углеводородов из продуктивных горизонтов в поверхностный слой донных осадков установлен на Штокмановском ГКМ и Приразломном НГМ (Баренцево море). Содержание Сорг. в донных отложениях на акватории Штокмановского ГКМ достигает 5,58% (среднее содержание в Баренцевом море - 1,02%). Концентрации НУ в осадках в среднем составляют 676 мг/кг, максимальное содержание ПАУ - 957 мкг/кг, что типично для акваторий, испытывающих антропогенные

ля эколого-геохимических исследовании

Характеристика исследований аквальных геоср

Наименование Годы исследований Методы

Восточно-арктический шельф 1984-1987 Литолого-геохимические исследования; эхо ный промер; геологический пробоотбор; лаб торные исследования

Каналы г. Пет-рокрепость 1990-1992 Эколого-геохимическое обследование; магн) метрические исследования; геологический боотбор; лабораторные исследования

Р. Малая Сестра 1990 Эколого-геохимическое обследование; геол ческий пробоотбор; лабораторные исследован

Р. Веряжа 1991-1992 Эколого-геохимическое обследование; геол ческий пробоотбор; лабораторные исследован

Приустьевой участок реки Прего-ли, Калининградский зал. 1991-1993, 2000 Эколого-геохимическое обследование; геол ционное профилирование; геологический пр< отбор; микробиологические исследования; л раторные исследования

Восточная часть Финского залива 1995-1996 Эколого-геохимическое обследование; геол ционное профилирование; геологический пр отбор; лабораторные исследования

Реки и каналы СПб 1994, 19961998 Эколого-геохимическое обследование; геол ческий пробоотбор; лабораторные исследован

Невская губа 1990, 19992000 Эколого-геохимическое обследование; геол ческий пробоотбор; лабораторные исследован

Балтийское море 2000 Эколого-геохимическое обследование; проб бор; гидрологические и геофизические иссл вания; лабораторные исследования

Сестрорецкий Разлив 2002 Эколого-геохимическое обследование; геол ческий пробоотбор; лабораторные исследован

Водные объекты Южного Урала 2003-2004 Эколого-геохимическое обследование; геол ческий пробоотбор; лабораторные исследован

Водные объекты ЯНАО 2003-2004 Эколого-геохимическое обследование; геол ческий пробоотбор; лабораторные исследован

нагрузки. Характер процессов ВЗ определяется составом отложений. На Приразломной площади, где в зонах разгрузки диффузионный градиент углеводородов моноароматической природы 8=60 (от 300 до 5 мкг/л) (Куршева, Петрова, 2003), они вымываются из песчаного материала при динамическом воздействии на дно. На Шток-мановском ГКМ предположительно преобладает диффузионный вынос в воду хорошо растворимых бензолов, фенолов, нафталина.

Газовые эманации могут стать механизмом переноса поллютан-тов и ВЗ воды при условии нахождения техногенного источника загрязнения в толще осадков. По мнению автора, это наиболее реальный механизм массового выброса химических отравляющих веществ, находящихся в контейнерах в 6-8-метровой толще осадков на Борнхольмском и Лиепайском полигонах в Балтийском море (Опекунов и др., 2004). При этом возникает опасность метилирования металлов (Аз, РЬ, Си и др.) с увеличением их токсичности и подвижности.

Положение 5. Устойчивость аквальных геосистем к химическому загрязнению, в основу оценки которой автором положен геохимический подход, определяется группой факторов устойчивости абиотических и биотических компонентов, а также ассимиляционной емкостью среды. Все они определяют способность аквальной геосистемы к выносу, консервации, захоронению и деструкции загрязняющих веществ. В общем ряду наиболее устойчивыми к химическому загрязнению являются ак-вальные геосистемы с развитыми механизмами ассимиляции поллютантов, определяемыми, в первую очередь, активностью геохимических процессов на разделе вода - донные осадки.

Период сбора информации об эколого-геохимическом состоянии геосистем разного уровня, охвативший последние десятилетия, привел к необходимости выработки методических приемов в систематизации материала. В этой связи одним из начал геопрогноза стала разработка подходов к оценке экологической устойчивости систем.

В работе применен геохимический подход, заключающийся в анализе потенциальной способности (геохимической, литодинами-ческой и др.) аквальной геосистемы к выносу, консервации, захоронению и деструкции ЗВ с учетом баланса энтропии системы. Структура, функции и эволюция аквальной геосистемы зависят от обмена веществом и энергией с окружающей средой, а также от связей между процессами, увеличивающими или снижающими эн-

тропию внутри данной системы (Страшкраба, Гнаук, 1989). Любой водный объект является неравновесной открытой системой. Поэтому в оценке потенциальной устойчивости в качестве основополагающего принято положение о том, что состояния, соответствующие минимуму производства энтропии в линейной неравновесной термодинамике, автоматически устойчивы; если на систему подействовать возмущением, то производство энтропии увеличится, но система ответит возвращением в состояние с наименьшим производством энтропии (Пригожий, 1985). Предел этого возмущения характеризует величину устойчивости данной геосистемы, уровень ее самоорганизации. В открытых неравновесных системах энтропия может возрастать, оставаться неизменной или убывать. Снижение энтропии в системе происходит через ее вынос во внешнюю среду. Таким образом, природная система, которая развивается в сторону снижения энтропии через ее вынос или падение производства, оказывается устойчивой. Основными механизмами снижения энтропии при химическом воздействии выступают фазовые переходы, дифференциация вещества, диссипация энергии.

Одним из свойств границ и полей геосистемы является их термодинамический потенциал. На границах-разделах при высокой контрастности химических ингредиентов отмечается максимальное производство энтропии. На барьерах градиенты этих параметров меньше и соответственно ниже производство энтропии. В пределах континуума производство энтропии вследствие однородности геохимического поля минимально. Эти свойства определяют устойчивость аквальной системы к химическому загрязнению, а ряд ее снижения представлен: континуум > барьерная зона > поверхность раздела сред. При сохранении инварианта активность геохимических процессов имеет обратную последовательность.

При химическом загрязнении мерой устойчивости выступает ассимиляционная емкость геосистемы, т.е. максимальная динамическая вместимость такого количества ЗВ, которое может быть разрушено, накоплено, трансформировано и выведено за счет процессов седиментации, диффузии или любого переноса за пределы системы. Выделяется две группы механизмов устойчивости: процессы деструкции и захоронения ЗВ, приводящие к выведению поллю-тантов из геохимического круговорота, и процессы выноса за пределы рассматриваемой геосистемы и консервации (временного захоронения) ЗВ. Все перечисленные механизмы корреспондируются с процессами, снижающими энтропию системы - фазовыми переходами, дифференциацией вещества и диссипацией энергии.

Деструкция ЗВ осуществляется посредством химических (окисление, гидратация, гидролиз, восстановление), биохимических (биохимическое окисление), микробиологических (микробиологическое окисление и восстановление) и фотохимических (фотохимическое окисление) процессов, вызывающих распад вещества на нетоксичные (менее токсичные) компоненты. Захоронение веществ происходит в результате их перевода в нерастворимые, биологически недоступные формы. Оно осуществляется посредством гравитационных, биохимических, химических (фазовые переходы и процессы замещения), физико-химических (хемосорбция), комплексообразующих и других процессов. При консервации ЗВ временно выводятся из круговорота посредством биоаккумуляции, физической сорбции, флоккуляции, коагуляции и других процессов, не приводящих к захоронению ЗВ. Вынос ЗВ за пределы геосистемы реализуется посредством механических, физико-химических и биоаккумулятивных процессов. Ведущее значение имеют течение, волнение, ЕП, литопотоки, испарение, биомиграция.

В работе проведена оценка устойчивости к химическому загрязнению геологической среды Баренцева моря, которая выполнена на основе экспертного анализа отстроенного дерева признаков. Окончательная обработка экспертных результатов проведена с использованием программы "Признак", разработанной в лаборатории экологического моделирования СПбГУ (Щербаков и др., 1994) и предназначенной для формализации решения задач методом аналогий и сведения их к интерполяционным алгоритмам, а также выполнения расчетов интегральных показателей с задаваемой структуризацией дерева признаков. Для построения последнего выделено три группы факторов: факторы устойчивости абиотических и биотических компонентов, факторы ассимиляционной емкости среды (рис. 5).

Морфодинамическая позиция определяет интенсивность вещественно-энергетических потоков в аквальной геосистеме. К наиболее устойчивым к химическому воздействию относятся участки дна с минимальным вещественно-энергетическим градиентом и низким производством энтропии. Контрастность рельефа осложняет латеральный характер перераспределения осадочного материала, увеличивая энтропию системы. Мощность голоценовых отложений является функцией скорости осадконакопления и отражает временную устойчивость процессов дифференциации осадочного материала, а также степень разбавления ЗВ. В этом соотношении

устойчивость процессов дифференциации вещества в естественных условиях - показатель самоорганизации системы и один из механизмов снижения производства энтропии. Интенсивность перемешивания вод определяет физико-химические условия в придонной области, влияющие на интенсивность и направленность геохимических процессов. Вторичное загрязнение приводит к уменьшению ассимиляционной емкости и снижает устойчивость к химическому воздействию, что вызвано появлением дополнительного источника загрязнения и ростом энтропии системы. Сорбционные свойства осадков, зависящие от их дисперсности, состава глинистых минералов, концентрации свежеобразованных гидроксидов Бе, Ми и А1, содержания и состава ОВ, способствуют захоронению (при хемо-сорбции), консервации (при физической сорбции), выносу в составе взвеси, а также микробиальной деструкции поллютантов. Адсорбция как фазовый переход является элементом самоорганизации системы и снижения энтропии. Геоэкологические границы формируются за счет литодинамической и геохимической градиентности и приводят к снижению интенсивности миграции ЗВ с выведением их из биогеохимического круговорота за счет фазовых переходов и дифференциации вещества, т.е. самоорганизации системы. Глубина моря определяет длительность периода активного воздействия на ЗВ по мере его миграции в водной толще, в т.ч. адсорбции на взвешенном материале и захоронении (консервации) ЗВ. Роль биоценозов в устойчивости геосистемы оценивается по видовому разнообразию, биомассе, активности процессов метаболизма, структуре трофических цепей бентоса. В основе похода лежит закон Винера-Шеннона-Эшби об устойчивости системы к внешним возмущениям при достаточном внутреннем разнообразии. Значение биоты велико в деструкции (микроорганизмы, бентос), захоронении (бентос), консервации (бентос, макрофиты) и выносе (макрофиты) ЗВ.

Оценка устойчивости геологической среды Баренцева моря выполнена по отношению к морфолитодинамическим зонам как элементарным единицам картирования, выделенным по единству морфологического строения, идентичности литодинамических и эколого-геохимических процессов, близости литологического состава современных осадков. Основой создания карты устойчивости Баренцева моря к химическому загрязнению стали морфодинами-ческая карта, построенная А.Г. Зинченко, а также литологические карты по листам 8-36-37; 8-38-40; Я-35-37; Я-38-40 государственной геологической карты. По результатам расчета устойчивости к химическому загрязнению выделено шесть категорий морфолито-

динамических зон Баренцева моря: от высоко устойчивых до крайне неустойчивых. Расчетные весовые значения факторов (рис. 5) свидетельствуют о ведущей роли в устойчивости геосистем ассимиляционной емкости среды, имеющей максимальные значения по интегральному и среднему показателям.

Рис. 5. Дерево признаков (факторов) устойчивости геологической среды континентального шельфа к химическому воздействию с весовыми коэффициентами факторов (в скобках) по программе «Признак»

Результаты оценки устойчивости позволяют сделать следующие выводы. К группе наиболее устойчивых геосистем относятся выровненные днища замкнутых впадин на глубинах более 200 м, которые представляют области аккумуляции веществ, выносимых с более высоких батиметрических уровней. В соответствии с принципом Ле-Шателье эти геосистемы обладают сбалансированной устойчивостью по абиотическим и биотическим компонентам, а также высокой АЕС. В структуре главных факторов по относительным коэффициентам устойчивости ведущее значение имеют ассимиляционные механизмы, выраженные через геохимические процессы и высокие показатели сорбционной емкости осадков. Снижение устойчивости наблюдается в ряду морфолитодинамиче-ских элементов по мере замены геохимических механизмов ассимиляции литодинамическими, т.е. при переходе от деструкции и захоронения к выносу и консервации ЗВ. Геохимическое и литоди-

намическое выражение этой тенденции наблюдается в смене условий устойчивой аккумуляции транзитом или размывом, сорбцион-но-емких тонкодисперсных осадков песчаными фракциями; в переходе от выровненного рельефа к контрастному, а также в увеличении гидродинамического воздействия на дно.

В целом условием сохранения нормального функционирования аквальных геосистем при их хозяйственном освоении является поддержание механизмов, параметров и показателей устойчивости, которые в структуре соотношения факторов занимают ведущее положение. Появляется одна из важнейших задач эколого-геохимиче-ского мониторинга - контроль и прогноз состояния наиболее значимых для акватории факторов и механизмов устойчивости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многолетние исследования автора в области геохимии и лито-динамики аквального техноседиментогенеза позволили получить новые представления о механизмах, процессах и последствиях антропогенного воздействия на водные геосистемы. К основным теоретическим результатам настоящих исследований относятся:

1. Систематизация представлений о структуре и геохимических функциях элементов аквальных геосистем, характеристика процессов массообмена и выявление закономерностей формирования фонового геохимического поля осадков.

2. Раскрытие особенностей геохимии и литодинамики аквально-го техногенеза с обоснованием нового типа седиментогенеза - тех-носедиментогенеза, как вклад в развитие общей теории литогенеза применительно к техногенному фактору образования осадков.

3. Дальнейшая систематизация техногенных механических, биогеохимических и физико-химических барьеров с оценкой их роли в миграции и аккумуляции ЗВ в аквальных геосистемах.

4. Выявление геохимических и литодинамических особенностей ТИ, их геохимическая классификация. Развитие инженерно-геологической классификации техногенных дисперсных грунтов с обоснованием подгруппы природно-антропогенных вновь образуемых отложений.

5. Количественная и качественная характеристика механизмов и процессов ВЗ аквальных геосистем, их систематизация.

6. Разработка методики оценки устойчивости аквальных геосистем к химическому воздействию. Классификация компонентов и сред по устойчивости к загрязнению.

Полученные результаты имеют практическое применение.

Предлагаемые методы расчета интенсивности вторичного загрязнения могут быть использованы при оценке негативных последствий дноработ, дампинга грунтов и т.д. Предлагается внедрение в практику мониторинга состояния недр полигонного принципа. В качестве объекта мониторинговых исследований рекомендуются границы-разделы и границы-барьеры, а предмета - факторы устойчивости данной акватории. Критериями состояния могут быть геохимические и литодинамические признаки техноседиментогенеза. Карта устойчивости к химическому загрязнению геологической среды Баренцева моря имеет принципиальное значение при составлении природоохранных разделов лицензионных соглашений, а также в оптимизации системы плат за загрязнение морской среды.

В целом проведенные исследования являются еще одним шагом в изучении превращений вещества и энергии в природе, учета процессов и последствий, связанных с воздействием техногенеза, -одного из условий сохранения природной среды. Полученные результаты способствуют дальнейшему развитию геохимии техноге-неза как самостоятельного научного направления.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Финский запив в условиях антропогенного воздействия. Коллектив авторов /Под ред.В.А. Румянцева,ВТ. Драбковой. СПб, 1999. 368с.

2. Введение в экогеологию шельфа. Соавторы Холмянский М.А., Куриленко В. В. Учебн. пособ. СПб, Изд-во С-Петербургского университета, 2000.176 с.

3. Экологическое нормирование. СПб, ВНИИОкеангеология, 2001.216 с.

4. Остров Врангеля: геологическое строение, минерагения, геоэкология. Коллектив авторов /Под ред. М.К. Косько, В. И. Ушакова //Тр. НИИГА-ВНИИОкеангеология, т. 200. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2003. 137 с.

5. Геология и полезные ископаемые России. В шести томах. Т. 5. Арктические и дальневосточные моря. Кн. 1. Арктические моря. Коллектив авторов / ред. И. С. Грамберг, В. Л. Иванов, Ю. Е. Погребицкий. - СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2004. 468 с.

6. Атлас донных осадков Берингова, Охотского и Японского морей. Соавторы В.В. Авдюничев, Ю.П. Дегтяренко, A.M. Иванова и др. Из-во ГУНИО МО РФ, ВНИИОкеангеология, СПб, 2004.72 с.

7. Ландшафтно-геохимические особенности седиментогенеза дальневосточных морей. Соавтор Степанова Т.В. //Геохимия донных образований Мирового океана. Л., ПГО «Севморгеология», 1984. С. 37-56.

8. Некоторые особенности распределения тяжелых минералов в условиях шельфового седиментогенеза (на примере северо-востока Охотского моря). Ред. журн. «Геология и геофизика», 1988. Деп. в ВИНИТИ 12.05.88, № 3653-1388.12 с.

9. Особенности дифференциации осадочного материала на восточном мелководье Берингова моря// Океанология, 1989, TXXIX, вып.З. С.474-479.

10. Fine-dispersed gold fractionation geology and geochemistry in shelf sedimentation. Co-authors Krasnov S.G., Prokhorova S.M., Stepanova T.V.II Marine mining, 1989, v. 8. P. 293-301.

11. Вещественный состав донных осадков юго-востока Карского моря. Соавторы МакарьеваЕ.М., Михайлов А.Ф. //Геология, литодинамика и россыпеобразо-вание в прибрежных зонах Арктики. Л., ПГО «Севморгеология», 1990. С. 122-129.

12. Характеристика взвешенного вещества в поверхностных водах отдельных районов Восточно-арктических морей// Геология, литодинамика и россыпеобразо-вание в прибрежных зонах Арктики. Л., ПГО «Севморгеология», 1990. С. 115-121.

13. Фациально-генетические обстановки осадконакопления палеошельфа Западной Камчатки. СоавторыДегтяренко Ю.П., Авдюничев В.В. //Геология, литодинамика и россыпеобразование в прибрежных зонах Арктики. Л., ПГО «Севморгеология», 1990. С. 106-114.

14. Микробиологические процессы образования сероводорода в реке Преголи (г. Калининград). Соавторы Иванов М.В., Пименов КВ., Саввичев A.C./I Микробиология, 1995, т.64, № 1. С. 112-118.

15. Опыт комплексного картирования химического загрязнения донных отложений водоемов и водотоков. Соавторы Барт М.Е., Угренинов Г.Н. //Тездокл. Всеросс. научн. конф.: «Современная география и окружающая среда», 24-26 сент. 1996г. Изд-во Казанского ун-та, 1996. С.23-25.

16. То the problem of secondary water pollution risk// Fiist Russian setae symposium on risk assessment for environmental contamination. St.Petersburg, 14-17 June 1998. StPetersburg, 1998. P. 78-79

17. Техноседиментогенез - формирование новейших осадочных образований. Соавтор МЛ. Холмянский //Тез. докл. «Геохимия биосферы» II Межд. совещание. Новороссийск, 1999. С. 25-26.

18. Особенности геохимической дифференциации осадочного материала в условиях техногенеза. Соавторы МЛ. Холмянский, Н.Г. Корвет //Тез. докл. «Геохимия биосферы» II Межд. совещание, поев, памяти проф. А.И.Перельмана. Новороссийск, 1999. С. 23-25.

19. К вопросу о балансе загрязняющих веществ в Невской губе Финского залива. Соавтор Холмянский МЛ. IIТез. докладов межд. конф. «Экологическая геология и рациональное недропользование» 16-18 мая 2000 г. СПб: из-во СПбГУ, 2000. С. 213-214.

20. Концептуальные основы мониторинга геологической среды континентального шельфа Соавторы МА Холмянский., ГА Черкашев. //Концептуальные задачи геоэкологического изучения шельфа. СПб, ВНИИОкеангеология, 2000. С. 96101.

21. Оценка геоэкологической ситуации в системе Ладожское озеро-р.Нева-Невская губа-восточная часть Финского залива по результатам изучения донных осадков. Соавторы Рыбалко А.Е., Спиридонов МЛ., Федорова Н.К. //Концептуальные задачи геоэкологического изучения шельфа. СПб, ВНИИОкеан-геология, 2000. С. 135-144.

22. Экологическое нормирование в комплексе задач геоэкологических исследований на шельфе. Соавтор Холмянский М, .//Концептуальные задачи геоэкологического изучения шельфа. ВНИИОкеангеология, 2000. С. 33-40.

23. Естественные электрические поля и процессы техноседиментогенеза в формировании современных донных отложений водных объектов северозападного региона России. Соавтор Холмянский MA.I/Российский геофизический журнал, №17-18,2000. С.42-54.

24. Комплексные геофизические исследования придонных вод и осадочного чехла в северо-западных морях России. Соавторы Холмянский МЛ., Каминский В.Д., СоболевВ.Н. IIРазведка и охрана недр, №5,2000

25. Актуальные направления геоэкологических исследований на шельфе Соавтор Холмянский M.A.II Разведка и охрана недр, 2000, № 12. С. 66-71.

26. Перспективы развития экологического нормирования в Российской Федерации. Соавторы Грацианский Е.В., Холмянский М.А. //Экология и промышленность России, № 6,2000. С. 34-36

27. Геоэкологическое изучение шельфа России перед добычей нефти и газа. Соавторы Холмянский М.А., Черкашев Г.А, Ванштейн Б.Г., Неизвестное ЯB.II Мировой океан: Минеральные ресурсы Мирового океана, Арктики и Антарктики. Вып. 3, М., ВИНИТИ, 2001. С. 106-112.

28. Методические подходы к определению уровня платежей за пользование минеральными ресурсами шельфа России. Соавтор НЮ. Баньолесси //Разведка и охрана недр, №10,2001. С. 70-73.

29. Базовые понятия экологии в системе научных и прикладных исследований геосфер. Соавторы Смыслов А.А., Опекунова М.Г. IIНедра России, т.2. Экология геологической среды. /Под ред. Н.В. Межеловского, А.А. Смыслова. СПб-М., изд-воСПбГГИ, 2002. С. 17-33.

30. Геохимия ландшафтов и оценка их устойчивости. Соавторы Опекунова М.Г., Щербаков В.М. //Недра России, т.2. Экология геологической среды. /Под ред.Н.В. Межеловского, А.А.Смыслова. СПб-М., изд-во СПбГГИ, 2002.С.92-105.

31. Экологическое состояние и оценка устойчивости морских акваторий и континентального шельфа России. // Недра России, т.2. Экология геологической среды. /Под ред. Н.В. Межеловского, А.А. Смыслова. СПб-М., изд-во СПбГГИ,

2002.С. 529-566.

32. Геоэкологическая паспортизация объектов при лицензировании геологоразведочных и добычных работ на шельфе арктических морей. Соавторы Аплонов B.C., Зинченко А.Г., Козлов С.А., Кийко О.А., Петрова В.И.11 Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона, вып. 4. СПб, ВНИИОкеангеология, 2002. С. 214-224.

33. Geological Zonation of the Russia Arctic shelf at the morpholithodynamic basic. AndreevaI.A.,ZinchenkoA.G., VanshteinB. G.,KiykoO.A., Petrova V.I. IWWorkshop on Land Ocean Interactions in the Russian Arctic (LOIRA), 2002. P. 9-11

34. Экологическая уязвимость природных комплексов Арктической зоны России. Соавторы Опекунова М.Г., Щербаков В.М. IIРоссийская Арктика: геологическое строение, минерагения, геоэкология. СПб, 2002. С.841-856.

35. Факторы устойчивости геологической среды континентального шельфа // М-лы межд. конф. «Науки о земле и образование». СПб, 2002. С. 96.

36. Сестрорецкий разлив: экологическое состояние и пути оздоровления. Со-авторыГ. Н. Угренинов, М.Е. Барт, ВТ. Драбкова, П. А. Голосовский, М. В. Золот -цев //Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2002 году. СПб, 2003. С. 210-224.

37. Техноседиментогенез и техногенные илщ// Труды межд. научной конф. 2728 мая 2003 г. (Россия, Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова). Изд-во Московского университета, 2003. С. 115-116.

38. Результаты статистического анализа содержания загрязняющих веществ в донных осадках водных объектов Северо-Запада России // М-лы междунар. конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование». СПб,

2003.С. 127-128.

39. Сравнительная оценка ассимиляционной емкости современных морских донных осадков по отношению к некоторым тяжелым металлам (Cd, Zn, Pb, Cu) (на примере Балтийского и Баренцева морей). Соавторы Аплонов B.C., Холмян-

ский М.А. II Тез. докл. 6-я междун. конфер. и выставка «Акватерра». СПб, 11-12 ноября 2003 г. Сб. мат-лов конфер. СПбГУ, 2003. С. 57-59.

40. Изменения геохимической структуры донных осадков водных объектов под воздействием техногенеза //Тез. докл. междунар. школы «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды», Новороссийск, 15-20.09.2003. Новороссийск, 2003. С. 41-42.

41. Результаты геоэкологических исследований оз. Сестрорецкий Разлив. Соавторы Кийко О.А.,АвдюничевВ.В., ИвановаВ.В. ЛВесг. С.-Петерб. ун-та,2003, сер. 7, вып. 3 (№ 23). С. 108-119.

42. К вопросу классификации техногенных илов// Сергеевские чтения. Вып. 6. Инженерная геология и охрана геологической среды. М-лы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (23-24 марта 2004). М., ГЕОС, 2004. С. 86-90.

43. Результаты экспериментального изучения процессов сорбции-десорбции донных осадков в зонах захоронения химического оружия в Балтийском море. Соавторы Л.Ф. Андрианова, М.А. Холмянский //Тез. докл. межд. эколог, форума «Дни Балтийского моря», посвященной 30-летию подписания Хельсинской конвенции. 22-23 марта 2004. СПб, 2004. С. 164-165.

44. Влияние техногенного воздействия на геохимическую структуру современных донных осадков. // Вест. С.-Петерб. ун-та, 2004, сер. 7, вып. 2 (№ 15). С. 65-74.

РИЦСПГГИ. 18.10.2004.3.445. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21 -я линия, д.2

№2 G 8 6 û

РНБ Русский фoнд

2005-4 20731

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Опекунов, Анатолий Юрьевич

Введение

Глава!. Структура аквальной геосистемы.

1.1. Общие положения.

1.2. Основные компоненты аквальных геосистем и их эколо-го-геохимические функции.

1.2.1. Абиотические компоненты.

1.2.2. Биотический комплекс аквальных геосистем.

1.3. Геоэкологические границы.

1.3.1. Общая характеристика границ.

1.3.2. Геохимическая функция границ-разделов.

1.3.3. Геохимическая функция границ-барьеров (барьер рекаморе).

1.4. Поля и их геохимические функции.

1.4.1. Гидрофизическое и гидрохимическое поля.

1.4.2. Геофизические поля

1.4.3. Геохимическое поле.

Глава 2. Основные результаты эколого-геохимических исследований водных объектов.

2.1. Критерии оценки химического загрязнения геологической среды водных объектов. л 2.2. Эколого-геохимические исследования р. Веряжи.

2.2.1. Основные источники антропогенного загрязнения и гидрохимические особенности реки.

2.2.2. Геохимия осадочного процесса.

2.3. Эколого-геохимические исследования на приустьевом участке р.Преголи.

2.3.1. Краткая характеристика гидрохимического состава вод

2.3.2. Фациально-генетические типы осадков и особенности литодинамических процессов.

2.3.3. Геохимия осадочного процесса.

2.4. Эколого-геохимические исследования рек и каналов Санкт-Петербурга.

2.4.1. Общая характеристика водотоков.

2.4.2. Цитологические особенности донных отложений водотоков

2.4.3. Геохимия осадочного процесса.

2.5. Эколого-геохимические исследования оз. Сестрорецкий Разлив.

2.5.1. Рельеф дна, литологический состав осадков и особенности литодинамических процессов.

2.5.2. Геохимия осадочного процесса.

2.6. Эколого-геохимическая характеристика Невского эстуария

2.6.1. Геолого-геоморфологическое строение, фациальная зональность и условия образования донных осадков.

2.6.2. Основные источники загрязнения Невского эстуария

2.6.3. Геохимия осадочного процесса.

2.7. Общие черты развития геологической среды водных объектов в условиях техногенеза.

Глава 3. Техноседиментогенез - новейший тип седиментогенеза

3.1. Механизмы техноседиментогенеза.

3.2. Основы теории седиментогенных дисперсных систем

3.3. Литодинамические процессы формирования техногенного поля осадков.

3.4. Техногенные литолого-геохимические барьеры.

3.5 Геохимические условия аквального техноседиментогенеза

3.6. Термодинамические аспекты техноседиментогенеза.

3.7. Геохимические и литологические особенности техногенных илов.

3.8. Масштабы техноседиментогенеза.

Глава 4. Вторичное загрязнение аквальных геосистем.

4.1. Общие положения.

4.2. Факторы и процессы вторичного загрязнения.

4.2.1. Механический фактор.

4.2.2. Физико-химический фактор.

4.2.3. Химический фактор.

4.2.4. Биогеохимический фактор.

4.2.5. Эпигенетический фактор.

4.3. Классификация факторов и процессов вторичного загрязнения.

Глава 5 Экологическая устойчивость геосистемы шельфа к химическому загрязнению.

5.1. Теоретические основы оценки экологической устойчивости

5.2. Основные виды воздействия на морскую среду при недропользовании

5.3. Факторы устойчивости геологической среды континентального шельфа к химическому загрязнению 5.4. Оценка устойчивости к химическому загрязнению геологической среды Баренцева моря.

5.5. Некоторые методологические и методические принципы эколого-геохимического мониторинга геологической среды континентального шельфа.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геохимия и литодинамика аквального техноседиментогенеза"

Актуальность темы. Проблема химического загрязнения водных объектов становится приоритетной в области взаимоотношения человека с окружающей средой. Малые и средние реки, внутренние водоемы и прибрежные акватории морей в настоящее время испытывают значительный антропогенный пресс, обусловленный, в первую очередь, химическим воздействием. В 90-х годах прошлого века в нашей стране были развернуты комплексные эколого-геохимические исследования водных объектов, позволившие получить большой объем информации и выработать научно-методические подходы к проведению такого рода работ. Большую роль в развитии эколого-геохимических исследований аквальных геосистем в эти годы сыграли работы H.A. Айбулатова, В.А. Алексеенко, В.И. Гуревича, В.А. Даувальтера, Г.И. Иванова, А.П. Лисицына, Г.Г. Матишова, А.И. Перельмана, В.М. Питулько, А.Е. Рыбалко, Ю.Е. Саета, М.А. Спиридонова, Е.П. Янина и многих других. Полученные результаты показали, что в условиях техногенеза происходит трансформация природных геохимических процессов. Недоучет этого обстоятельства в практической деятельности природоохранных органов повлек за собой неадекватность принимаемых мер по стабилизации экологической ситуации в водоемах урбанизированных территорий.

На современном этапе развития человечество переживает период интенсивного вовлечения в сферу жизненных интересов общества континентального шельфа. Основными направлениями освоения морских акваторий в XXI веке станет разработка месторождений полезных ископаемых и, прежде всего, углеводородного сырья. В соответствии с Энергетической стратегией России добыча нефти и газа на шельфе должна возрасти соответственно с 16 млн. т. и 5 млрд. м3 в 2005 г. до 80 млн. т. и 225 млрд. м3 в 2025 г. Знание основных закономерностей геохимических процессов в аквальном техногенезе позволит избежать негативные последствия экологически необоснованного хозяйственного использования акваторий, которые сегодня мы наблюдаем в промышленно освоенных районах. Актуальность изучения закономерностей геохимических и литодинамических процессов в условиях техногенеза и разработки методики оценки устойчивости аквальных геосистем к химическому загрязнению вызвана необходимостью создания системы экологически безопасного недропользования и охраны недр на континентальном шельфе, крупных внутренних водных объектах, основанной на новых принципах геохимического и литодинамиче-ского мониторинга, обоснованных оценок состояния и прогноза геологической среды.

Цель исследований состоит в выявлении основных закономерностей геохимических и литодинамических процессов в условиях техногенеза, а также в разработке методики оценки устойчивости аквальных геосистем к химическому воздействию. Для реализации сформулированной цели были решены следующие задачи.

3. На основе полученных результатов, а также опубликованной информации сделан ряд обобщений, направленных на обоснование техноседиментогене-за как одного из типов седиментогенеза:

- выявлены основные особенности литодинамических процессов в условиях техногенеза;

- систематизированы данные по аквальным техногенным геохимическим барьерам и дана их характеристика;

- обоснованы геохимические признаки техноседиментогенеза.

4. Изучены литолого-геохимические особенности техногенных илов. Составлена их геохимическая классификация.

Фактический материал. В основу работы легли материалы, полученные в ходе эколого-геохимических исследований, проведенных под руководством автора в 1990-2004 гг. на водных объектах: реках Малая Сестра (Ленинградская область); Веряжа (Новгородская область); Преголя (Калининградская область); реках и каналах С.-Петербурга; реках и каналах г. Петрокрепости (Ленинградская обл.), р. Карагайлы (Южный Урал), озерах Бежанского района Псковской области, оз. Сестрорецкий Разлив (Ленинградская область); Невской губе, Финском заливе. В диссертационную работу также вошли результаты собственных геохимических исследований, в т.ч. экспериментальных, по проблеме захоронения химического оружия в Балтийском и Белом морях. При оценке состояния геологической среды континентального шельфа России были использованы геохимические данные, полученные в разные годы при участии автора в Балтийском, Белом, Восточно-Сибирском, Чукотском и Беринговом морях и в восточной части Финского залива, а также результаты фоновой геохимической оценки состояния окружающей среды на лицензионных участках газоконден-сатных и нефтегазовых месторождений на территории Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) и материалы исследований аквальных геосистем в районах развития естественных геохимических аномалий (Южный Урал), полученные автором в 2003 -2004 гг. В работе учтены данные сотрудников ВНИИОкеангеология по Баренцеву, Карскому морям (1991-1994) и Невской губе (1990).

2. Предложена методика эколого-геохимической оценки состояния аквальных геосистем по результатам исследований водных объектов в зонах тех-ногенеза.

3. Изучены особенности формирования техногенных геохимических барьеров и их роль в техноседиментогенезе.

Практическая значимость и реализация работы. Разработанный комплекс эколого-геохимических исследований аквальных геосистем, основанный на изучении геохимических и лито динамических процессов, апробирован:

- при выполнении процедуры ОВОС (Финский залив);

- при изучении проблемы захоронения химического оружия (Балтийское и Белое моря).

Результаты исследований внедрены в качестве научных отчетов, авторских публикаций, нормативных документов и отраслевых Программ в Госкомэкологии РФ и МПР России. В администрациях Северо-Западного и ЮжноУральского регионов материалы были использованы для улучшения экологической ситуации.

ЯНАО, а также при составлении геоэкологических паспортов лицензионных участков в Баренцевом и Печорском морях методика фоновой геохимической оценки территорий.

Основные защищаемые положения.

1. В структуре аквальных геосистем выделяются элементы (природные компоненты), континуумы (поля) и границы (границы-барьеры и границы-разделы), участвующие в перераспределении, трансформации и аккумуляции химических веществ и формировании фонового геохимического поля донных осадков. Неоднородности геохимического поля обусловлены динамическими, вещественными и пространственно-морфологическими факторами дифференциации осадочного материала.

2. Под влиянием аквального техногенеза происходит трансформация природных геохимических и литодинамических процессов. Это приводит к развитию нового типа седиментогенеза - техноседиментогенеза - азонального процесса формирования аномального техногенного геохимического поля осадков. Определяющими в геохимии техноседиментогенеза являются состав и объем органического вещества, высокая насыщенность активными формами химических элементов, участие техногенного материала и ксенобиотиков, ведущая роль техногенных факторов дифференциации вещества, а также высокие скорости осадконакопления. Особое значение в развитии этих процессов имеют техногенные механические, физико-химические и биогеохимические барьеры.

3. Основными продуктами техноседиментогенеза являются техногенные илы, отличающиеся от природных осадков геохимическими и литодинамиче-скими показателями от атомарного до формационно-фациального уровней организации вещества. Существенными геохимическими признаками илов являются высокие содержания и реакционноспособность химических элементов, присутствие ксенобиотиков, гумификация отложений и техногенная парагене-тическая ассоциативность элементов. Автором предложена геохимическая классификация техногенных илов. В инженерно-геологической классификации техногенных дисперсных грунтов они представляют новую подгруппу природ-но-антропогенных вновь образуемых осадочных грунтов.

4. Одним из видов химического воздействия на аквальные геосистемы является вторичное загрязнение, под которым понимается процесс преимущественного поступления загрязняющих веществ из донных осадков в воду вследствие техногенной трансформации литодинамических и геохимических условий, приводящих к нарушению квазиравновесного состояния на разделе вода-осадок. К основным факторам вторичного загрязнения водной среды относятся механические, физико-химические, химические, биогеохимические и эпигенетические. Они реализуются через группу процессов и механизмов вторичного загрязнения и оценены в работе на качественном и количественном уровнях.

5. Устойчивость аквальных геосистем к химическому загрязнению, в основу оценки которой автором положен геохимический подход, определяется группой факторов устойчивости абиотических и биотических компонентов, а также ассимиляционной емкостью среды. Все они определяют способность ак-вальной геосистемы к выносу, консервации, захоронению и деструкции загрязняющих веществ. В общем ряду наиболее устойчивыми к химическому загрязнению являются аквальные геосистемы с развитыми механизмами ассимиляции поллютантов, определяемыми, в первую очередь, активностью геохимических процессов на разделе вода - донные осадки.

Личный вклад автора. Основные результаты были получены при осуществлении плановых НИР во ВНИИОкеангеология и СФ ВНИИприроды, где автор являлся ответственным исполнителем или входил в авторский коллектив. Все полевые исследования на водных объектах Северо-Западного, Западно

Сибир-ского и Южно-Уральского регионов, а также на акваториях морей, материалы которых легли в основу работы, выполнялись под руководством или при участии автора. Обоснование главных выводов работы выполнено лично автором.

Во второй главе рассмотрены результаты собственных эколого-геохимических исследований водных объектов, испытывающих антропогенное воздействие, проанализированы особенности геохимических и литодинамиче-ских процессов в условиях техногенеза.

В третьей главе на основе полученных данных обоснован новый тип се-диментогенеза - техноседиментогенез, дана подробная геохимическая и лито-динамическая характеристика, выявлены термодинамические особенности и оценен масштаб явления. Выделен новый тип антропогенно-природных грунтов - техногенные илы, дана их классификация.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на I Российском симпозиуме «Риск загрязнения окружающей среды» (Санкт-Петербург, 1998), 3-й Российской биогеохимической школе "Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы" (Горно-Алтайск, 2000), Всероссийском совещании "Концептуальные задачи геоэкологического изучения шельфа" (2000), Международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (СПб, 2000; 2003), Всероссийском съезде геологов (СПб, 2000), Международной конференции «Полярные области Земли: геология, тектоника, ресурсное значение, природная среда» (СПб, 2001), III Международном Совещании «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2001), Международной школе "Современные методы эколого-геохими-ческой оценки состояния и изменений окружающей среды" (Новороссийск, 2003), Международной конференции «Многообразие грунтов: морфология, причины, следствие» (Москва, 2003), ЯАО-ОЗ (СПб, 2003), годичной сессии научного Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (Сергеевские чтения) (Москва, 2004) и многих других (более 25).

Благодарности. Автор искренне признателен за постоянную поддержку и внимание к работе чл.-корр. РАН Д.А. Додину, д.г.-м.н. В.Л. Иванову, д.г.-м.н. А.М. Ивановой, д.г.-м.н. А.А. Смыслову, д.г.-м.н. В.И. Ушакову, д.г.-м.н. М.А. Холмянскому. Автор благодарен коллегам по полевым работам В.В. Ав-дюничеву, В.М. Анохину, В.В. Мотычко. Большую роль в изучении проблемы сыграли лабораторные исследования и эксперименты, за что соискатель признателен Л.Ф. Андриановой, С.В. Власову, А.М. Курочкиной, С.А. Мельникову, Р.С. Рубиновичу и другим.

При написании работы автор пользовался консультациями и советами С.

И. Андреева, И.А. Андреевой, B.C. Аплонова, М.Е. Барта, А.З. Бурского, Б.Г. Ванштейна, Г.П. Гринберг, А.Г. Зинченко, В.В. Ивановой, О.В. Исаевой, В.Д. Каминского, O.A. Кийко, В.М. Кнатько, С.А. Козлова, В.В. Куриленко, А.Г. Марченко, В.Н. Мовчана, И.А. Наторхина, Я.В. Неизвестнова, М.Г. Опекуно-вой, В.И. Петровой, В.М. Питулько, А.Е. Рыбалко, М.А. Садикова, М.А. Спиридонова, Т.В. Степановой, О.И. Супруненко, Г.Н. Угренинова, за что им очень благодарен.

Автор считает своим долгом вспомнить академика РАН [И.С.Грамберга] и д.г.-м.н. [А.И.Айнемера], общение с которыми способствовало развитию идей, изложенных в настоящей работе.

1. Структура аквальной геосистемы 1.1. Общие положения

Интенсивное химическое воздействие на аквальные геосистемы стало причиной возникновения такого нового явления как техноседиментогенез. В настоящей работе изучение закономерностей геохимических и лито динамических процессов в техноседиментогенезе основывается на результатах эколого-геохимических обследований водных объектов, подверженных антропогенному воздействию и характеризующихся разным уровнем нарушенности. Таким образом, объектом исследований являются геохимические и литодинамические процессы в аквальном техногенезе. Предмет изучения - закономерности изменения фонового и формирования техногенного геохимического поля осадков. Неоднородности фонового геохимического поля осадков обусловлены в основном сингенетической составляющей геохимических процессов. Отсюда для решения сформулированной цели вытекает необходимость рассмотрения структуры аквальной геосистемы с установлением геохимических функций компонентов, полей и границ и характеристикой основных геохимических потоков вещества, чему посвящена настоящая глава.

В работе широко используются два термина - техногенез и аквальная геосистема. Термин «техногенез» впервые был предложен А.Е. Ферсманом в 1934 г. В современном понимании он рассматривается как преобразование биосферы, вызываемое совокупностью геохимических процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из окружающей среды, концентрированию и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений (ГОСТ 17.5.1.01-78). Для общего обозначения природных объектов, по мнению А.Г. Исаченко (1979), наиболее подходит термин геосистема, под которой понимается динамическая система взаимообусловленных природных компонентов, пространственно связанных между собой и развивающихся как части целого. Наряду с целостностью, геосистемы характеризуются определенной вертикальной и горизонтальной структурой и могут быть разного уровня иерархии. Сущность взаимодействия компонентов геосистем состоит в связывающих их потоках вещества и энергии. В связи с этим для обозначения природных и антропогенно трансформированных водных объектов в работе используется понятие аквалъ-ная (водная) геосистема как единое пространство, в котором компоненты водных объектов находятся в системной связи друг с другом.

К компонентам аквальных геосистем, под которыми понимаются слагаемые, представляющие естественноисторические тела и качественно особые виды материи (Сочава, 1978), относятся вода, донные осадки, взвешенный материал, биота, а также в качестве ландшафтных элементов - рельеф дна и берегов. В основе структуризации аквальных геосистем лежит аксиома о непрерывности и дискретности биосферы. В соответствии с ней геосистема рассматривается как единое пространство, развитие и взаимодействие компонентов которого в результате вещественно-энергетического обмена происходит в пределах континуумов через дискретность среды.

Сочетание свойств континуальности компонентов водных геосистем формирует гидрофизические, геофизические, гидрохимические и геохимические поля. Эмерджентность свойств абиотической среды геосистемы проявляется во взаимосвязанной структуре этих континуумов. Непрерывность геосистем обеспечивает фоновое распределение физических, химических и динамических параметров среды. В поле развития континуума химическая энтропия максимальна, а ее производная стремится к нулю. Дискретность аквальной геосистемы обусловлена разными видами материи и фазового состояния компонентов, входящих в нее. Она является причиной формирования границ. Градиент физико-химических параметров создает потенциал взаимодействия, реализующегося через вещественно-энергетический обмен, который, как отмечалось выше, определяет динамическую связь компонентов, объединенных в геосистему. Сочетание полей (континуумов) и границ (зон дискретности), находящихся во взаимодействии внутри единой геосистемы, формирует геоэкологическое пространство, являющееся объектом изучения геоэкологии - междисциплинарного научного направления, объединяющего исследования состава, строения, свойств, процессов, физических и геохимических полей геосфер Земли как среды обитания человека и других организмов.

Важную роль в проведенных исследованиях сыграл системный подход, методологическое значение которого при изучении геосистем выражается в ориентации исследований на выявление и анализ различных типов связей между элементами геосистемы (Геоиндикационное моделирование., 1984). С целью изучения особенностей геохимических процессов в условиях антропогенного воздействия на аквальные геосистемы в работе были использованы методические подходы, принятые в геохимии при изучении роли техногенеза в процессах миграции, рассеяния и концентрации химических элементов и соединений, в образовании новых природно-техногенных систем с различными геохимическими свойствами и параметрами.

Заключение Диссертация по теме "Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых", Опекунов, Анатолий Юрьевич

2. Основные результаты эколого-геохимических исследований водных объектов

В данной главе представлены основные результаты эколого-геохимических исследований водных объектов, проведенных в период 19902002 гг. под руководством или при участии автора, и являющихся наиболее показательными с точки зрения геохимии аквального техногенеза и обоснования процессов техноседиментогенеза - р. Веряжа (1991-1992), приустьевой участок р. Преголи (1992-1994, 2000), реки и каналы Санкт-Петербурга (1996-1998), Невская губа (1990, 1999-2000), оз. Сестрорецкий Разлив (2002).

2.1. Критерии оценки химического загрязнения геологической среды водных объектов

В настоящее время для оценки степени химического загрязнения компонентов окружающей среды используется система предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе, почве и воде (по двум статусам: хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного использования). Для донных осадков ПДК ЗВ не разработаны. Отсутствие критериальной базы существенно сужает возможности аргументированного заключения по результатам исследований об уровне эколого-геохимического состояния геологической среды аквальной геосистемы.

Современные подходы к критериям оценки загрязнения донных осадков водных объектов можно разделить на две основные группы:

1) сравнительный анализ, построенный на сопоставлении содержаний ЗВ в донных осадках: а) с кларками литосферы, осадочных пород или региональным фоном (современные осадки фоновых районов или подстилающие осадочные породы); б) с нормативными показателями (ПДК в почвах или в воде);

2) расчет различных индексов и нормированных показателей химического загрязнения (Янин, 2002; Барт и др., 1996; Иванов, 1999; Куриленко, 2000; Даувальтер, 2001; Накапэоп, 1980; ТЫопеп, 1аако1а, 1983; Акопеп, 1986 и др.).

В отсутствие установленных нормативов наиболее корректным является сравнение с фоновыми показателями. Существует два подхода к их установлению: региональный природный фон современных донных отложений или содержания в подстилающих осадочных образованиях (как правило, позднеплей-стоценового или голоценового возраста, а также современных, сформировавшихся в доиндустриальный период развития - 50-100 лет назад). В первом случае мы сталкиваемся с проблемой поиска чистых акваторий при нарастающем антропогенном загрязнении. Во втором случае необходимо учитывать возможные фациально-генетические (динамический фактор дифференциации осадочного материала) и вещественно-геологические (вещественный фактор) различия «древних» и современных условий.

Автором предложен статистический подход к оценке загрязнения современных донных осадков (в той же мере ориентировочный, как и другие методы), основанный на расчете «фонового» уровня загрязнения определенного региона (района) с близкими геологическими и физико-географическими условиями (Опекунов, 2003). Данный подход реализован на основе геохимического массива данных по 12 водным объектам Северо-Запада России, испытывающим разную антропогенную нагрузку. Природным источником осадочного материала при формировании современных донных осадков этого региона в равной степени являются отложения Валдайского оледенения. Общий объем выборки составляет 748 проб. Сравнимость результатов обусловлена выполнением всех аналитических исследований в двух лабораториях, результаты которых характеризуются хорошей сходимостью.

При статистической обработке массива данных по значению коэффициента вариации (V) выделено три группы элементов. Первая группа объединяет металлы Хг, Т1, V, У, 8с (У=0,46-0,64), отражающие преимущественно природный геохимический фон. Во вторую группу вошли Ва, В[, Со, Аб, Мп, 8п, N1 и Сг (У=0,73-0,99), характеризующиеся неоднородным распределением, вызванным техногенезом. Эти химические элементы типичны для конкретных промышленных производств. Третья группа - Ag, Си, РЬ, Хп, Сё (У=1,10-1,76) представлена приоритетными для региона ЗВ, которые встречаются в повышенных концентрациях практически во всех обследованных аквальных геосистемах. Существенно, что при анализе уровня химического загрязнения водотоков Московской области Е.П. Яниным (2002) по приоритетности на основе кларка концентраций (Кк) выделены также три группы элементов: 1) Zr, Т1, V, У, Бс (Кк 1-3); 2) Хп, Сё, Бп, РЬ, № и Сг (Кк 3-10); 3) Си, Щ (Кк более 10), которые по составу близки к полученным в Северо-Западном регионе.

Статистические характеристики содержания ЗВ, отнесенные к последним двум группам, могут быть использованы для ориентировочной оценки степени загрязнения донных осадков водоемов Северо-Западного региона по трем категориям, принятым в практике эколого-геохимических исследований (Янин, 2002; Опекунов и др., 2000а): средний, высокий и чрезвычайно высокий уровни. Расчет значений проводился с учетом правила «трех сигм» по принятым в геохимии методам оценки природного фона. При подготовке окончательной выборки из нее были удалены все значения, выходящие за пределы трех сигм. В полученном массиве данных в группе приоритетных ЗВ категория среднего уровня загрязнения принята в интервале от х до х + 2/3 а, высокого от х + 2/3 а до х + 2а и чрезвычайно высокого - более х + 2а. В группе специфичных ЗВ градации рассчитывались по среднему уровню от х до х + а, высокому от х + а до х + За и чрезвычайно высокому - более х + За (табл. 2.1 ).Важно отметить, что при проведении эколого-геохимических исследований металлы первой группы ("1х, Т1, V, У, 8с) могут быть использованы, что подтверждено нашими исследованиями, в качестве индикаторов естественных геохимических потоков и интерпретации природных факторов дифференциации осадочного материала.

2.2. Эколого-геохимические исследования р. Веряжи

Река Веряжа берет начало из оз. Вяжицкого, протекает по Ильмень-Волховской низменности и впадает в оз. Ильмень. Долина реки развивается в переделах аккумулятивной слабохолмистой приильменской озерной низменной равнины Русской платформы с мощным чехлом четвертичных отложений. Они сложены озерными, морскими, озерно-ледниковыми, по составу преимущественно глинистыми и гравийно-песчаными осадками. В неотектоническом плане территория находится в относительно стабильном положении платформенного режима развития с незначительной энергией рельефа. Эти условия определили формирование долины реки со слабовыраженной морфологией и неактивными эрозионными процессами. Долина имеет субмеридиональное простирание (рис. 2.1). Длина реки 51 км, площадь водосбора 369 км , в нее впадает около двух десятков рек и ручьев.

Заключение

Многолетние исследования автора в области геохимии и литодинамики аквального техноседиментогенеза позволили получить новые представления о механизмах, процессах и последствиях антропогенного воздействия на водные геосистемы. К основным теоретическим результатам настоящих исследований относятся:

2. Раскрытие особенностей геохимии и литодинамики аквального техно-генеза с обоснованием нового типа седиментогенеза - техноседиментогенеза, как вклад в развитие общей теории литогенеза применительно к техногенному фактору образования осадков.

Полученные результаты имеют практическое применение. Предлагаемые методы расчета интенсивности вторичного загрязнения могут быть использованы при оценке негативных последствий дноработ, дампинга грунтов и т.д. Предлагается внедрение в практику мониторинга состояния недр полигонного принципа. В качестве объекта мониторинговых исследований рекомендуются границы-разделы и границы-барьеры, а предмета - факторы устойчивости данной акватории. Критериями состояния могут быть геохимические и литодина-мические признаки техноседиментогенеза. Карта устойчивости к химическому загрязнению геологической среды Баренцева моря имеет принципиальное значение при составлении природоохранных разделов лицензионных соглашений, а также в оптимизации системы плат за загрязнение морской среды.

В целом проведенные исследования являются еще одним шагом в изучении превращений вещества и энергии в природе, учета процессов и последствий, связанных с воздействием техногенеза, - одного из условий сохранения природной среды. Полученные результаты способствуют дальнейшему развитию геохимии техногенеза как самостоятельного научного направления.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Опекунов, Анатолий Юрьевич, Санкт-Петербург

1. Айбулатов H.A., Артюхин Ю.В. Геоэкология шельфа и берегов Мирового океана. Л.: Гидро-метеоиздат, 1993. 304 с.

2. Аксенов A.A., Дунаев H.H., Ионин A.C. и др. Арктический шельф Евразии в позднечетвертич-ное время. М.:1987. 228 с.

3. Александров В. Н. Отравляющие вещества. М., Воениздат, 1969. 191 с.

4. Александров В.Н., Жаворонков Г.Н. и др. Химическое оружие иностранных армий. М., МХТИ им. Менделеева, 1989. 156 с.

5. Алексеев М.Н., Чистяков A.A., Щербаков Ф.А. Четвертичная геология материковых окраин. М.: Недра, 1986. 244 с.

6. Анциферов С.М., Косъян Р.Д. Взвешенные наносы в верхней части шельфа. М.: Наука, 1986. 223 с.

7. Арманд Д.Л. «Сильные» и «слабые» системы в географии и экологии // Устойчивость геосистем. М.: Наука, 1983. С. 50-61.

8. Барабошкина Т.А. Геологические факторы экологического риска. //Геоэкологические исследования и охрана недр. Обзор. М.: ЗАО «Геоинформмарк, 2001. 48 с.

9. Безносое В.Н. Экологические последствия нарушения стратификации моря // Автореф. насоискание уч. степ, докт.биол.наук. М., МГУ, 2000. 42 с.

10. Бейли Н. Математика в биологии и медицине. М.: Мир, 1970. 326 с.

11. Белошапков A.B., Белошапкова С.Г. Об использовании расчетных методов для оценки транспорта наносов и деформаций дна на континентальном шельфе// Океанология, 2001. Т.41. № 4. С.600-608.

12. Блажчишин А.К, Хеиров М.Б. Ассоциации глинистых минералов верхнечетвертичных отложений Баренцева моря//Литол. и пол.ископ., 1990, № 3. С.24-43.

13. Блажчишин А.К, Кемпинска У. Использование геохимических данных для целей стратиграфии и палеогеографии // Лито- и биостратиграфия донных отложений Балтийского моря. Вильнюс: изд-во АН ЛитССР, 1985. С. 65-76

14. Бортникова С.Б. Масштабы выноса токсичных элементов из хвостохранилищ разных морфологических типов. // М-лы междунар. конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование». СПб, изд-во СпбГУ, 2003. С. 166-168.

15. Бреховских В. Ф. Гидрофизические факторы формирования кислородного режима водоемов. М.: Наука, 1988. 148 с.

16. Бреховских В.Ф., Казмирук Т.Н. Об оценке условий возможного вторичного загрязнения водной среды слабопроточного водоема в результате взмучивания // Метеорология и гидрология, 2000, №2. С. 88-98.

17. Бреховских В.Ф., Вишневская Г.Н. Влияние макробентоса на макрообмен на границе вода-донные отложения (обзор)// Водные ресурсы, 1994,т.21, №3. С.326-333.

18. Бутылин В.П., Козин М.Б. Геохимия поверхностных отложений // Геология субаквальной части зоны сочленения Балтийского щита и Русской плиты в пределах Финского залива. Л.: ВСЕГЕИ, 1989. С. 65-70.

19. Бутылин В.П., Рыбалко А.Е., Спиридонов М.А. и др. Результаты и перспективы развития геоэкологических исследований' в Финском заливе и дельте Невы // Проблемы геоэкологии акваторий и побережий. СПб., ВНИИОкеангеология, 1991. С. 81-85.

20. Ветров В. В. Микроэлементы в природных средах региона озера Байкал, обоснование мониторинга // Автореферат, на соиск. уч. степ, д.г.-м.н. М, 1996. 52 с. Виноградов А.П. Введение в геохимию океана./ М., Наука, 1967. 212 с.

21. Водные объекты Санкт-Петербурга / Под ред. С.А. Кондратьева и Г. Т. Фрумина. СПб., 2002. 348 с.

22. Волков С.Н., Иванов В.В. Новая информация по экологической геохимии металлов и изменению их свойств в техногенезе // Прикладная геохимия. Вып. 2: Экологическая геохимия. М.: ИМГРЭ, 2001.С. 433-458.

23. Востоков E.H. Геометрия глобального экологического кризиса (в связи с освоением минерально-сырьевого потенциала Земли) // Геоэкологические исследования и охрана недр. Ин-форм. сб. М., 1998, вып.2. С. 3-17.

24. ГакД.З. Влияние температуры на самоочищение воды от некоторых загрязняющих веществ. // Гидробиологический журнал, 1983, т.19, №5. С.67-70.

25. Геодекян A.A., Левитан М.А., Шелихова Е.С. Сорбционный потенциал донных осадков Баренцева и Карского морей //ДАН, 1997, т. 355, № 3. С. 361-364.

26. Геология и геоморфология Балтийского моря. Сводная объяснительная записка к геологическим картам масштаба 1:500000. JL: Недра, 1991. 419 с.

27. Геоэкология Ладожского озера /Под ред. В.Л. Иванова, В. И. Гуревича. СПб: ВНИИОкеанге-ология, 1995.210 с.

28. Геоэкология шельфа и берегов морей России/ Под ред. H.A. Айбулатова. Изд. Дом «Ноосфера», 2001. С. 427.

29. Герлах С.А. Загрязнение морей. JL: Гидрометеоиздат, 1985. 263 с.

30. Гидрохимическая характеристика качества вод системы Ладожское озеро р. Нева - Финский залив/ Отв. ред. С.А. Мельников, А.Н. Горшков. СПб., 1996.

31. Глазовская М.А. Методические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв ктехногенным воздействиям. М.: Изд-во МГУ, 1997. 102 с.

32. Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии. М.: Наука, 1983. 158 с.

33. Горелов С.К. Древний рельеф и современные геоморфологические процессы. М.: изд-во НЦ1. ЭНАС, 2001. 126 с.

34. Грамберг И.С., Додин Д.А., Лаверов H.H. и др. Арктика на пороге третьего тысячелетия (ресурсный потенциал и проблемы экологии). СПб.: Наука, 2000. 247 с.

35. Григорьев H.A. Среднее содержание химических элементов в горных породах, слетающих верхнюю часть континентальной коры// Геохимия, 2003, № 7. С. 785-792.

36. Гуревич В.И. Прикладная седиментология и геоэкология. Уч.пособ. Л:,изд-во ЛГИ, 1990.64 с. Гуревич В. И Современный седиментогенез и геоэкология Западно-Арктического шельфа Евразии. М.: Научный мир, 2002. 135 с.

37. Дамаскин Б.Б., Петрий O.A. Введение в электрохимическую кинетику. Учебное пособие для ВУЗов/ Под ред. А.Н.Фрумкина. М.: Высшая школа, 1975. 416 с.

38. Даувалътер В.А. Оценка токсичности металлов, накопленных в донных отложениях озер. Водные ресурсы, 2000, т. 27, № 4. С. 469-476.

39. Даувалътер В.А. Подходы к оценке экологического состояния поверхностных вод по результатам исследования донных отложений// Тез. докл. Всеросс. конф. «Научные аспекты экологических проблем России, Москва 13-16 июня, 2001. СПб, 2001. С. 162.

40. Дашко Р.Э., Каган A.A. Механика грунтов в инженерно-геологической практике. М., Недра, 1977. 237 с.

41. Дедков А.П., Мозжерин В. И. Антропогенная трансформация глобальной эрозии и стока наносов в Мировой океан// Тез. Докладов XI съезда РГО (Архангельск, 2000). Т.З. СПб. 2000. С.41-42.

42. Джангидзе 3. У. Влияние загрязненных донных отложений на качество воды в водных объектах// Автореф. на соиск. уч. ст. канд.т.н. М., 1994. 24 с.

43. Динамика экосистем Берингова и Чукотского морей// Под ред. Ю.А. Израэля и A.B. Цыбанъ. М.: Наука. 2000. 357 с.

44. Долотов Ю.С. О некоторых проблемах проявления антропогенной деятельности, рационального использования территории и охраны природной среды на низменных песчаных побережьях// Океанология, 1998, т.38, № 6. С. 938-945.

45. Дубин И.Б. Перспективы освоения Штокмановского и Приразломного месторождений в Баренцевом море// Тр. Межд. конф. "Освоение шельфа арктических морей России". М.,1994. С.43-45.

46. Ежегодник качества морских вод по гидрохимическим показателям за 1996 год. СПб: Гид-рометеоиздат, 1997. 112 с.

47. Емельянов Е.М. Барьерные зоны в океане. Осадко- и рудообразование, геоэкология. Калининград: «Янтарный Сказ», 1998. 416 с.

48. Емельянов Е.М., Блажчишин А.И., Кобленц-Мишке О.И. и др. Экологическая и геохимическая обстановка в восточной Балтике // Проблемы изучения и охраны природы Куршской косы. Калининград: ГП «КГТ», 1998. С. 148-186.

49. Загрязнение Арктики: доклад о состоянии окружающей среды Арктики. СПб, 1998. 188 с. Заключение экспертной комиссии об экологическом состоянии Невской губы и восточной части Финского залива. JL, АН СССР, 1989. 136 с. Препринт.

50. Захаров М.С., Бевзюк В.М. Геоэкологическое и инженерно-геологическое картографирование: общие проблемы и общие решения// Геоэкологическое картографирование, ч. 1. М., Геоинформмарк, 1998. С. 83-85.

51. Зигг Л. Основные факторы, регулирующие концентрации металлов в озерах// Экологическая химия водной среды. Мат.1 Всесоюзн.конф. М. Пущино, 1988. С.54-83.

52. Зинченко А.Г. Новая орографическая схема арктической континентальной окраины России.// Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. Вып.З. СПб, ВНИИОкеангеология, 2000. С.39-56.

53. Зинченко А.Г. Прогноз ловушек загрязняющих веществ на шельфе Баренцева моря по геоморфологическим данным// Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. Вып.4. СПб, ВНИИОкеангеология. 2002. С.205-213.

54. Иванов Г.И. Оценка приоритетных источников нефтяных загрязнений в Российской Арктике // 6-я междун. конфер. и выставка «Акватерра». СПб, 11-12 ноября 2003 г. Сб. мат-лов кон-фер. СПб., 2003. С. 84-85.

55. Иванская Т.Б., Шахвердов В.А. Геохимические аномалии в донных осадках юго-восточной части Финского залива // 6-я междун. конфер. и выставка «Акватерра». СПб, 11-12 ноября 2003 г. Сб. мат-лов конфер. СПб., 2003. С. 85-88.

56. Измайлов B.B. О нефтяных загрязнениях системы океан-лед-атмосфера. //Тез. Докладов XI съезда РГО (Архангельск, 2000). Т.З. СПб, 2000. С.47-49.

57. Инженерная геология рудной провинции Кларион-Клиппертон в Тихом океане / Я.В. Неизвестное, A.B. Кондратенко, С.А. Козлов и др. Тр. ВНИИОкеангеология, т. 197. — СПб, Наука, 2004. 281 с.

58. Исаченко А.Г. География сегодня. М.: Просвещение, 1979. 192 с.

59. Касимов Н.С., Пенин Р.Л. Геохимическая оценка состояния ландшафтов речного бассейна по донным отложениям //Мониторинг загрязнения природной среды. Вып.7. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1991. С.204-212.

60. Кийко O.A. Донные сообщества Баренцева моря и прилежащих акваторий: картирование и описание в целях экологического мониторинга// Автореферат на соиск. уч. степени канд. биологических наук. СПб: СПбГУ, 1997. 26 с.

61. Кийко O.A., Погребов В.Б. Статистический анализ пространственно-временной структуры донного населения Баренцева моря и прилежащих акваторий // Биология моря, 1998, т. 24, № 1.С. 3-9.

62. Кийко O.A., Петрова В.И. Оценка экологического состояния районов шельфовых месторождений нефти и газа, как основа природоохранных мероприятий// Освоение недр и экологические проблемы взгляд в XXI век. Тез. докл. М., 2000. С.94-96.

63. Кнатъко В.М. Теория синтеза неорганических вяжущих веществ в дисперсных грунтах. Учеб. Пособие. Л.: Ленинградский ун-т, 1989. 92 с.

64. Кнатъко В.М., Щербакова Е.В., Кнатъко В.М. и др. Уникальные свойства глинистых пород и их роль для формирования теоретических основ искусственного литогенеза и инженерной геоэкологии// Вест. С.-Петерб. ун-та, сер. 7, 2002, вып. 4 (№31). С.

65. Ковалъчук Д.В., Сергеева Э.И Гранулометрические особенности глинистых отложений // Вест. С.-Петерб. ун-та, 1996, сер. 7, вып. 2 (№ 14). С. 156-157.

66. Кондратьев С.А., Гронская Т.П., Игнатьева Н.В. и др. Индикаторы состояния водоемов Санкт-Петербурга // Экологическая химия, 2000, т.9, № 4. С 230-245.

67. Кондрин А.Т., Косарев А.Н, Поляков A.B. Экологическое состояние морей России.// Проблемы оценки экологической напряженности территории России: факторы, районирование. Изд-во Мовсковского ун-та, 1996. С. 73-82.

68. Корвет Н.Г., Холмянский М.А., Шредер Н. Геофизические и инженерно-геологические исследования при изучении барьерных зон на шельфе// Российский геофизический журнал. 1997, №7-8. С.82-96.

69. Корте Ф., Бахадир М, Клайн В. и др. Экологическая химия. Пер. с немецкого / под ред. Ф. Корте. М.: Мир, 1996. 396 с.

70. Котелъникова Г.А. Физическая химия дисперсных систем. Учебное пособие. Красноярск, 1997. 72 с.

71. Котлов Ф.В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. М.: Наука, 1978. 264 с.

72. Кочарян А.Г., Венецианов Е.В., Сафронов Н.С. и др. Сезонные изменения форм нахождения тяжелых металлов в водах и донных отложениях Куйбышевского водохранилища// Водные ресурсы, 2003, т.30, № 4. С. 443-451.

73. Кочетков М.В., Вартанян Г.С., Голицын М.С. Концепция геоэкологического картографирования// Разведка и охрана недр, 1998. С. 10-12.

74. Крайнов С.Р., Закутин В.П. Геохимико-экологическое состояние подземных вод России (причины и тенденции изменения химического состава подземных вод)// Геохимия, 1994, №З.С.312-329.

75. Кришнапан Б. Распространение грунта, удаляемого в виде компактной массы в глубокую воду // Технология гидромеханизированных земляных работ. Мат-лы 1-го междунар. симпозиума. Пер. с анг. М.: Транспорт, 1980.

76. Круглякова Р.П. Оценка техногенного загрязнения нефтепродуктами водной толщи и донных осадков Новороссийской бухты// Геоэкологические исследования и охрана недр. Научн.-техн. инф. сб. М.: «Геоинформцентр», 2002, вып.2. С.11-19.

77. Круглякова Р.П., Куртов П.И. Тяжелые металлы в воде и донных осадках Новороссийской бухты// Геоэкологические исследования и охрана недр. Научн.-техн. инф. сб. М.: «Геоинформцентр», 2002, вып.2. С.20-30.

78. Крылов А.А., Иванов Г.И. К вопросу о литологии и экогеохимии современных донных осадков глубоководного шельфа центральной части Баренцева моря (на примере Штокмановской структуры)// Вестник СПбГУ, сер.7,1997,вып.4 (И 28). С.127-128.

79. Кудина Л.Н., Ковалева В. В. Влияние грунта на стабильность действия токсикантов на зоопланктон// Влияние грунтов и гидробионтов на трансформацию загрязняющих веществ в водоемах. СПб: ГосНИОРХ, 1992, вып. 332. С.90-98.

80. Кукина С.Е., Садовникова Л.К, Калафат А. и др. Распределение металлов во взвешенном веществе и донных отложениях эстуария реки Северная Двина.// Океанология, 2002, т. 42, № 2. С. 218-227.

81. Кукса В.И. Южные моря (Аральское, Каспийское, Азовское и Черное) в условиях антропогенного стресса. СПб: Гидрометеоиздат, 1994. 319с.

82. Купцов В.М., Лисицын А.П. Голоценовое осадконакопление в Обской губе и на прилегающем шельфе // Океанология, 2003, т.381, № 4. С. 545-549.

83. Купцов В.М., Лисицын А.П. Голоценовое осадконакопление в устьевой области Енисея и на прилегающем шельфе// ДАН, 2001, т.43, № 2. С. 254-261.

84. Куриленко B.B. Основы управления природо- и недропользованием, экологический менен-джмент. СПб.:Изд-во С-Петербургского университета, 2000. 208 с.

85. Куршева A.B., Петрова В.И. Спектрофлюориметрическое исследование распределение углеводородов в воде и донных осадках Баренцева и Печорского морей// Морская школа «Геология океанов и морей», т. И. М., 2003. С. 186.

86. Ласточкин А.Н. Структурно-геоморфологические исследования на шельфе. Л.: Недра, 1978. 246 с.

87. Леонова Е.М., Андреева И.А. Минеральный состав осадков как индикатор миграции загрязняющих веществ в южной части Баренцева моря// Зап. Всерос. минералог, общ.,1997,ч.126, N 3. С.43-52.

88. Леонова Е.М. Об изменении природных полиэлементных геохимических ассоциаций в экосистеме Баренцева моря. Геохимия, 1997, № 7. С. 757-763.

89. Леонова Е.М., Кийко O.A. Об экологическом состоянии акватории Кольского шельфа (Баренцево море)// Литол. и полезные ископ., 1998, № 2. С. 126-132.

90. Леонова Е.М., Петрова В.И., Зархидзе B.C. О происхождении геохимической аномалии фенолов в поверхностных донных осадках Центральнобаренцевского поднятия (Баренцево море)// Геохимия, 1997, № 9. С.953-958.

91. Максимович Н.В., Погребов В.Б. Анализ количественных гидробиологических материалов. Л., 1986. 97 с.

92. Мамаев Ю.А., Куриное М.Б. Вопросы методологии в оценке устойчивости территории// Геоэкология, 1998, №5. С. 109-126.

93. Мамыкина В.А., Хрусталев Ю.П. Абразионный процесс в Азовском море и его антропогенные изменения// Геоэкологические исследования и охрана недр: Науч.-техн.информ.сб. М., ЗАО «Геоинформмарк»,1998, вып.4. С.37-46.

94. Мартынова М.В. Внутригодовые колебания влажности серых илов водохранилища// Водные ресурсы, 2003, т.30, № 5. С. 582-585.

95. Матишов Г.Г., Денисенко Н.В., Денисенко Н.Г. и др. Оценка воздействия на окружающую среду поисково-оценочных работ на нефть на площади Медынская-море в юго-восточной части Баренцева моря. Мурманск, 1997. 85 с.

96. Матишов Г.Г., Лаврушин Ю.А., Эпштейн О.Г. и др. Важнейшие особенности ледниково-морского седиментогенеза и их экологический эффект на различных типах гляциальных шельфов// ДАН, 1998, т.362, № 6. С. 803-806

97. Матишов Д.Г., Матишов Г.Г. Радиационная геоэкологическая океанология. Апатиты, КНЦ РАН, 2001.417 с.

98. Методические основы комплексного экологического мониторинга океана. М.: Гидрометео-издат, 1988. 286 с.

99. Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды / Сост. Ю.Е.Сает, И.Л. Бешериевич, Б.А.Ревич. М.,1982. 68 с.

100. Методические рекомендации по проведению инженерно-геологических исследований при геологической съемке шельфа. СПб: ВНИИОкеангеология, 1998. 34 с.

101. Методическое руководство по инженерно-геологической съемке масштаба 1:200 000. М.: Недра, 1978. 391 с.

102. Методы палеогеографических реконструкций (при поисках залежей нефти и газа). Л.: Недра, 1984. 269с.

103. Механизмы устойчивости геосистем/ Под ред. Н.Ф.Глазовского и А.Д.Арманда. М.: Наука, 1992. 208 с.

104. Миронов О.Г. Влияние уровня загрязнения на состояние макрозообентоса (по данным многолетних наблюдений) //Геоэкологические исследования и охрана недр. Научн.-техн. инф. сб., вып.2. М.: «Геоинформцентр», 2002. С.3-11.

105. Мирцхулава Ц.Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. М.: Колос, 1967. 179 с. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. М.: Геос, 1997. 413 с.

106. МурДж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир, 1987. 285 с.

107. Неводниченко С.П. Результаты мониторинга геологической среды российского сектора Черного моря// Геоэкол. исслед. и охрана недр, № 3. М., 2001. С. 50-57.

108. Недра России, т.1. Полезные ископаемые/Под ред. Н.В. Межеловского, A.A. Смыслова. СПб-М.: изд-во СПбГГИ, 2001. 547 с.

109. Недра России, т.2. Экология геологической среды/ Под ред. II.В. Межеловского, A.A. Смыслова. СПб-М.: изд-во СПбГГИ, 2002. 645 с.

110. Неизвестное Я.В., Холмянский М.А. Геоэкология морского днаII Российская Арктика: геологическое строение, минерагения, геоэкология. СПб, ВНИИОкеангеология, 2002. С.874-879. Нельсон-Смит А. Нефть и экология моря. М., Прогресс, 1977. 301 с.

111. Немировская И.А., Новигатский А.Н. Углеводороды в снежно-ледяном покрове и водах Северного Ледовитого океана. Геохимия, 2003, № 6. С. 651-660.

112. Никифоров К.А. Механизм устойчивости глинистых дисперсий. Препринт. Улан-Удэ, 1990. 56 с.

113. Опекунов А.Ю. Особенности дифференциации осадочного материала на восточном мелководье Берингова моря// Океанология, 1989, t.XXIX, вып.З. С.474-479.

114. Опекунов А.Ю. Дифференциация осадочного материала на шельфе восточно-арктических морей (на примере Анадырского залива)// Автореф. дисс. канд. г.-м.н., Л., ВНИИОкеангеология, 1990а. 24 с.

115. Опекунов А.Ю. Техноседиментогенез и техногенные илыII Труды межд. научной конф. 27-28 мая 2003 г. (Россия, Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова). Изд-во Московского университета, 2003. С. 115-116.

116. Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г., Щербаков В.М. Экологическая уязвимость природных комплексов Арктической зоны России// Российская Арктика: геологическое строение, минераге-ния, геоэкология. СПб, 2002. С.841-856.

117. Опекунов А.Ю., Холмянский М.А. Актуальные направления геоэкологических исследований на шельфе// Разведка и охрана недр, 2000, № 12. С. 66-71.

118. Опекунов А.Ю., Кийко O.A., Авдюничев В.В., Иванова В.В. Результаты геоэкологических исследований оз. Сестрорецкий Разлив // Вест. С.-Петерб. ун-та, 2003, сер. 7, вып. 3 (№ 23). С. 108-119.

119. Опекунова М.Г., Щербаков В.М., Сенькин О.В. и др. Опыт проведения экспертного анализа экологического состояния геосистем // Вест. С.-Петерб. ун-та, сер. 7, 2001, вып. 1 ( № 7). С. 71-87.

120. Органическое вещество донных отложений полярных зон Мирового океана1 под ред. А.И. Данюшевской. Л.: Недра, 1990. 280 с.

121. Освоение шельфа арктических морей // IX международная конференция. Т.1 /под ред. В.Е. Спиро. СПб, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 1999. 440 с.

122. Павлидис М.А. Особенности распределения поверхностных осадков восточной части Баренцева моря// Океанология, 1995, т. 35, № 4. С. 614-622.

123. Павлова Л.Г. Геохимия седиментогенеза в прибрежной зоне Баренцева моря// Тез. докл. междунар. конф. «Современные проблемы океанологии шельфовых морей России», Ростов-на-Дону, 13-15 июня 2002 г. Мурманск, 2002. С.186-188.

124. Павлова Л.Г., Матишов Г.Г. Геохимический состав иловых вод в обстановке ледово-морского седиментогенеза//Докл. РАН. 2002, т. 385, № 4. С. 549-551.

125. Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода — взвешенное вещество — донные отложения речных экосистем: аналит. обзор. Новосибирск, 2001. 58 с.

126. Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. М., ВНИРО, 1997. 350 с.

127. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.

128. Петренко O.A., Себах Л.К., Фащук Д.Я. Некоторые экологические последствия дампинга в Черном море грунтов, извлеченных при дноуглублении в Керченском проливе// Водные ресурсы, 2002, т. 29, № 5. С. 622-635.

129. Питулько В.М. Вторичные ореолы рассеяния в криолитозоне. JL; Недра, 1977. 197 с. Питулько В.М., Крицук И.Н. Основы интерпретации данных поисковой геохимии. Л., Недра, 1990.336 с.

130. Плешков Я.Ф., Мухопад В.И. Вопросы инженерной гидрохимии и охраны вод. JL: Гидроме-теоиздат, 1979. 175 с.

131. Погребов В.Б., Шилин М.Б. Экологический мрониторинг прибрежной зоны арктических морей. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 96 с.

132. Прокин В.А. Закономерности размещения колчеданных месторождений на Южном Урале. М.: Недра, 1977. 174 с.

133. Румянцев В.А, Шишкаев С.М. О роли донных отложений в процессе самоочищения мелководного водоема. ДАН, 1996, т. 348, № 2. С. 255-257.

134. Русаков В.Ю., Шимкус K.M., Зернова В.В. и др. Количественный и вещественный состав осаждающегося материала на северо-востоке Черного моря// Океанология, 2003, т. 43, № 3. С. 459-468.

135. Рыбалко А.Е., Спиридонов М.А., Федорова Н.К. и др. Геоэкологическое районирование восточной части Финского залива, особенности миграции и накопления химических элементов// Вопросы геоэкологии Северо-Запада России. СПб, 1998. С. 60-87.

136. Рыбалко А.Е., Федорова Н.К Антропогенные преобразования рельефа и формирование геоэкологической обстановки в Невской губе// М-лы междунар. конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование». СПб, 2003. С. 70-71.

137. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с. Сенькин О.В., Федоров Б.Г., Мусатов Е.Е. Современный морфогенез и проблемы геоэкологии Российской Арктики. СПб: из-во СПбГУ, 1995. 168 с.

138. Сергейчик С.А. Устойчивость древесных растений в техногенной среде. Минск: Наука и техника, 1994. 279 с.

139. Скакальский Б.Г. Антропогенные изменения химического состава воды и донных отложений в загрязненных водных объектах// Дисс. на соиск. уч. степ, докт.г.н. в виде научного доклада. СПб,ГГИ, 1996. 68 с.

140. Соломатин В.И., Жигарев Л.А., Совершаев В.А. Криогенные процессы и явления на побережье и шельфе арктических морей // Динамика арктических побережий России. М.: Изд-во МГУ, 1998. С. 12-18.

141. Спиридонов М.А., Рябчук Д.В., Суслов Г.А. и др. Литодинамические аспекты геоэкологии береговой зоны восточной части Финского залива// 6-я междун. конфер. и выставка «Акватер-* ра», СПб, 11-12 ноября 2003 г. Сб. мат-лов конфер. СПб., 2003. С. 138-140.

142. Степанова Т.В., Опекунов А.Ю. Ландшафтно-геохимические особенности седиментогенеза дальневосточных морях. //Геохимия донных образований Мирового океана. Л.: ПГО «Сев-Ф< моргеология», 1984. С. 37-56.

143. Столярова Jl.В., Карпова Е.В. О прогнозировании экологического риска при морской добыче нефти и газа // Тр. междунар. экол. конгр. «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности». С.-Петербург 14-16 июня, 2000. Т.1. СПб, 2000. С. 308.

144. Страшкраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы. Математическое моделирование. Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 376 с.

145. Суворов A.B., Тимохина A.B., Ершова С.С. Поведение свинца, меди и цинка в донных отложениях Невской губы //Вопросы экологии и охраны природы, вып.З, Л.: из-во ЛГУ, 1989. С.61-64.

146. Сухорук В.И., Кулешов А. Ф. Гидрофизические факторы формирования гипоксидных зон в р. Преголе// Водные ресурсы, 2003, т. 30, № 6. С. 718-728.

147. Суздальский О.В. Типизация береговой зоны Баренцева и Белого морей для картирования и прогноза развития// Вопросы картирования прибрежного мелководья Баренцева и Белого морей. СПб. ВНИИОкеангеология, 1997. С.5-21.

148. Суздальский О.В., Куликов И.В. Ландшафтно-литодинамическая схема Печорской губы. СПб, ВНИИОкеангеология, 1997. С.72-83.

149. Тарновский A.A. Геохимия донных отложений современных озер (на примере озер Карельского перешейка). Л., изд-во ЛГУ, 1980. 172 с.

150. Таусон Л.В., Гундобин Г.М., Зорина Л.Д. Геохимические поля рудно-магматических систем. Новосибирск: Наука, 1987. 202 с.

151. Третьякова Е.И., Панина Т.С. Влияние сульфидной фракции донных отложений на биодоступность тяжелых металлов// VI конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск 21-24 ноября. Тез. докладов. Новосибирск , 2000. С. 435-436.

152. Трофимов В.Т., ЗилингД.Г., Барабошкина Т.А. и др. Эколого-геологические карты. Изд-во С.-Петербургского университета, 2002. 132 с.

153. Тютюнова Ф.И. Гидрогеохимия техногенеза. М., Наука, 1987. 335 с.

154. Федоров A.C. Закономерности формирования устойчивости почв к антропогенным воздействиям. Автореферат дисс. докт.г.н. СПб, СпбГУ, 2002. 45 с.

155. Филиппова К.А. Геохимия процессов техногенеза Бакальных железорудных месторождений Южного Урала// Автореф. дисс. канд. г.-м.н., Екатеринбург, 2004. 24 с.

156. Финский залив в условиях антропогенного воздействияII под ред. В.А. Румянцева, В.Г. Драб-ковой. СПб, 1999. 368 с.

157. Хайретдинов И.А. Основы электрохимии литогенеза и гидротермального процесса. М., 1982. 264 с.

158. Хендерсон-Селерс Б., Макленд Х.Р. Умирающие озера. Причины и контроль антропогенногоэвтрофирования. Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 279 с.

159. Химический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983. 792 с.

160. Холмянский М.А. Роль естественных электрических полей в формировании морских месторождений рудных полезных ископаемых// Геофизические методы в Арктике, Л., изд-во НИИГА, 1978. С. 16-24.

161. Холмянский М.А. Локальные естественные электрические поля Арктического шельфа СССР. Автореферат дисс. докг.г.-м.н. Л., ВНИИОкеангеология, 1986. 35 с.

162. Холмянский М.А., Каминский В.Д., Опекунов А.Ю. и др. Комплексные геофизические исследования придонных вод и осадочного чехла в северо-западных морях России // Разведка и охрана недр, №5, 2000

163. Холмянский М.А., Опекунов А.Ю., Черкашев Г.А. Концептуальные основы мониторинга геологической среды континентального шельфа// Концептуальные задачи геоэкологического изучения шельфа. СПб: ВНИИОкеангеология, 2000. С. 96-101.

164. Хрусталев Ю.П., Бердников C.B., Беспалова JI.A. и др. Изменение биогеохимического статуса Азовского моря под воздействием антропогенных факторов // Геоэкол. исслед. и охрана недр, 2001, №4. С. 9-21.

165. Цивьян М.В., Еремеева А.О. Натурное изучение сорбционных процессов в системе "вода-донные наносы'7/ Тр. ГГИ, 1981, вып. 283. С. 74-79.

166. Цивьян М.В., Коротун JI.B. К вопросу о миграции тяжелых металлов в системе "вода-дно'7/ Охрана окружающей среды от загрязнения промвыбросами ЦБП. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. С. 45-57.

167. Штакелъберг Д.И., Сычев М.М. Самоорганизация в дисперсных системах. Рига: «Зинатне», 1990. 176 с.

168. Шевченко В.П., Ведерников В.И., Зернова В.В. и др. Вертикальные потоки осадочного вещества в Баренцевом море в летне-осенний период// Геология морей и океанов. Тез. докладов XIII международной школы морской геологии, т. 1. М.: ГЕОС, 1999. С. 153-154.

169. Шпирт М.Я., Клер В.Р., Перциков И.З. Неорганические компоненты твердых топлив. М.: Химия, 1990. 238 с.

170. Щербаков В.М., Капралов Е.Г., Камышев А.П. Картографирование в целях экологического обоснования генпланов малых городов и проектов строительства промышленных объектов// Вестник СПбГУ, 1994, сер.7, вып. 1 (№ 7). С. 70-77.

171. Яковлев В.А. Воздействие ТМ на пресноводный зообентос: 1. Бионакопление// Экологическая химия, 2002а, т.11, вып. 1. С. 27-39.

172. Яковлев В.А. Воздействие ТМ на пресноводный зообентос: 1. Последствия для сообществ// Щр Экологическая химия, 20026, т.11, вып. 2. С. 117-132.

173. Яковлев C.B., Карелин Я.А. и др. Водоотведение и очистка сточных вод. Учебн. для ВУЗов. М.: Стройиздат, 1996. 591 с.

174. Янин Е.П. Техногенные потоки рассеяния химических элементов в донных отложениях поверхностных водотоков// Советская геология, 1988, № 10. С. 101-109.

175. Янин Е.П. Техногенез и эколого-геохимические аспекты аллювиального осадкообразования в реках промышленно-урбанизированных территорий// Геологический вестник Центральных районов России, 1999, № 4. С. 41-47.

176. Янин Е.П. Эпифитовзвесь индикатор загрязнения речных систем тяжелыми металлами// Водные ресурсы, 19996, т. 26, № 6. С. 731-734.

177. Янин Е.П. Эколого-геохимические аспекты аллювиального осадконакопления в реках городских агломераций// Мат. междунар. конф. «Экологическая геология и рациональное природопользование». СПб, 2000. С.395-396.

178. Янин Е.П. Эколого-геохимические аспекты аллювиального осадкообразования в городских агломерациях // Прикладная геохимия. Вып. 2: Экологическая геохимия. М.: ИМГРЭ, 2001. С. 389-414.

179. Янин Е.П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малых рек (состав, особенности, методы оценки). М.: ИМГРЭ, 2002. 52 с.

180. Янин Е.П., Разенкова Н.И., Журавлева М.Г. Техногенные илы потенциальный источник загрязнения речных систем// Геоэкологические исследования и охрана недр. Научно-техн.информац. сб. М.: Геоинформмарк, 1992, вып.1. С.43-52.

181. Alionen P. Heavy metal load of Lake Iidesjarvi as reflected in its sediments // Aqua Fennica, 1986. Vol. 16. № l.P. 11-16.

182. Andreeva I.A., Zinchenko A.G., Vanshtein B.G. et al. Geological Zonation of the Russia Arctic shelf at the morpholithodynamic basic// I Workshop on Land Ocean Interactions in the Russian Arctic (LOIRA), 2002. P. 9-11.

183. Biggs R.B. Coastal Bays //Coastal Sedimentary environments. Springer-Verlag, New York, 1978. P. 69-99.

184. Bray J.R., Curtis J.T. An ordination of the upland forest communities of Southern Wisconsin// Ecol.Monogr., 1957, v.27. P.325-349.

185. Clarke K.R. Comparisons of dominance curves// J.exp.mar.Biol.Ecol., 138. P.143-157.

186. Clarke K.R., Green R.H. Statistical design and analysis for a "biological effects" study//

187. Mar.Ecol.Progr.Ser.,1988, v.46. P.213-226.

188. Corry G. Spontaneous polarization associated with porphyry sulphide mineralisation// Geophys., 50, 1985 P. 1020-1034.

189. Ehrenfeld J., Baas J. Handbook for evaluatingremedial action, technology plans //Municipal Environ. Res. Lab.Cincinnati/ EPA-600/2-83-076/, 1983. P. 1983. 68-85.

190. Hakanson L. An ecological risk index for aqutic pollution control a sedimentological approach // Water Res., 1980, vol.14. P. 975-1001.

191. Hockins J.N., Schwartz R.R., Pelty J.D. Determination, late and potential significance of PCBs in fish and sediment samples with emphasis so selected sin.lucing congeners// Chemosphere , 1988, v. 17, № 10. P. 1995-2016.

192. Janssen C.M., Hassan W.N., Wal R., Rirbberink J.S. Grain-size influence on sand transport mechanisms// Proc. Coastal Dinamics'97, 1997, ASCE. N.Y.P.58-67.

193. Jonsson P., Carmen R. Changes in deposition of organic matter and nutrients in the Baltic Sea during the twentieth cemtury// Marine Poll. Bull., 1994, 28, №7. P. 417-426.

194. Melnikov S.A. Reports on heavy metals // The state of the Arctic Environment Reports, Arctic Center, University of Lapland, 1991, vol.2. P. 82-153.

195. Morfett K., Davison W., Hamilton-Taylor T. II Environ. Geol. Water Sci., 1988, vol. 11, № 1. P. »> 107-114.

196. Nedwell D.B., Floodgate G.D. Temperature induced changes in the formation of sulfide in marine sediment // Mar.Biolog. 197, vol.14, № 1. P. 18 -24.

197. Opekunov A. Y., Krasnov S.G., Prokhorova S.M. et al. Fine-dispersed gold fractionation geology and geochemistry in shelf sedimentation// Marine mining, 1989, v. 8. P. 293-301.

198. Pogrebov V.B. Assessment of the ecological state of the west-arctic shelf by benthos// Arc.Res. of US, 1993, v.8. P.290-294.

199. Pogrebov V.B. Biological evaluation of the environment quality in the course of Arctic offshore de-velopment/Developm. of Rus. Arct. Offshore// Helsinki: JUSTNV-PAINO OY AJACTOS AB, 1994. P.328-331.

200. Reimnitz E., Toimil L., Barnes P. Arctic continental shelf morphology related to sea-ice zonation,

201. Beaufort Sea, Alaska // Marine Geology, 1978, vol. 28, № 3/4. P. 179-210.

202. Report on Chemical Munitions Dumped n the Baltic Sea,Helsinki. HELCOM, 1994. 44 p.

203. Sato M., Money N.M. The Electrochemical Mechanism of Sulfide Self-potential// Geophys., 1960,v. 25, № 1. P. 226-249.

204. Sedimentary evidence for decreased heavy-metal inputs to the Chesopcoke Bay (Owensmichael, Corniwell Jeffreys// AMBIO, 1995, 24, №1. P. 24-27.

205. Spiridonov M.A., Rybalko A.F., Fedorova H.K. et al. General assesment and forecast of the geoen-^ vironmental development of chemical ammunition dumps in the Baltic SeaI I Proceeding of International Symposium, Athens, 1997. P. 46-47

206. Skianis G.A. Contribution on the study of the Production Mechanism of Sulphide Mineralization Shelf Potential, European Association of Exploration Geophysicists, Program. 1991, Utreht. P. 360361.

207. Tolonen K., Jaakkola T. History of lake acidification and air pollution studied on sediments in South Finland // Ann. Bot. Fennici, 1983, vol. 20, P. 57-78.

208. Warwick R.M. A new method for detecting pollution effects on marine macrobenthic communities// Mar.Biol, 1986, v.92. P.557-562.

209. Аветисов Г.П. и др. По комплексу геолого-геофизических критериев выделить и оценить зоны современной тектонической активности в Арктике. Фонды ВНИИОкеангеология, СПб, 2001. 188 с.

210. Андреева И.А., Ванштейн Б.Г., Зинченко А.Г. и др. Геоэкологический атлас Баренцева моря. Информационный отчет. Фонды ВНИИОкеангеология, СПб, 2000.

211. Опекунов А.Ю., Угренинов Г.Н., Мотычко В.В. и др. Проведение исследовательских работ с обоснованием основных водоохранных мероприятий на реке Веряжа (Новгородский район и область). Фонды СФ ВНИИприроды. СПб, 1992. 119 с.

212. Опекунов А.Ю., Угренинов Г.H., Барт М.Е. и др. Гидрологические и геоэкологические исследования и разработка рекомендаций по оздоровлению приустьевого участка р. Преголь. Фонды СФ ВНИИприроды. СПб, 1993. 222 с.

213. Петрова В.И., Батова Г.И., Дараган-Сущева О.И. и др. Выявить региональные особенности органо-геохимических аномалий в донных отложениях акваторий Западно-Арктического региона (в нефтепоисковых и экологических целях). СПб.: фонды ВНИИОкеангеология, 1996.

214. Угренинов Г.Н., Опекунов А.Ю., Вакс Ф.М. и др. Разработка системы экологической безопасности акватории Невской губы при складировании загрязненных грунтов со дна рек и каналов Санкт-Петербурга/Ютчет СФ ВНИИПрироды, СПб. 1999. 80 с.

215. Уфимцева М.Д., Чарыкова М.В. и др. Фитоиндикационная оценка современного экологического состояния озера Сестрорецкий Разлив. Отчет НИИ Земной коры им. акад. Ф.Ю. Левин-сона-Лессинга. СПб, 2002ф. 85 с.

216. Холмянский М.А. и др. Обосновать систему экологически безопасного недропользования на западно-арктическом шельфе с учетом устойчивости геологической среды. Отчет. Фонды ВНИИОкеангеология. СПб, 2002. 282 с.

Информация о работе

Опекунов, Анатолий Юрьевич
доктора геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2004
ВАК 25.00.09

Диссертация

Геохимия и литодинамика аквального техноседиментогенеза - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы