Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами

Заволокина, Светлана Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами"

Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН

На правах "рукописи

0034576 1 1

ЗАВОЛОКИНА Светлана Владимировна

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ТЕРРИТОРИИ Г. МОСКВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология»

Автореферат на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 2 ДЕК 2000

Москва - 2008

003457611

Диссертационная работа выполнена в Учреждении Российской академии нау Институте геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

Зверев Валентин Петрович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Питьева Клара Ефимовна

кандидат геолого-минералогических наук,

Микляев Петр Сергеевич

Ведущая организация: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие

"Институт Минералогии, Геохимии и Кристаллохимии

Редких Элементов"

Защита диссертации состоится 25 .12 .2008 в часов на заседании Диссертационного совета Д.002.048.01 при Учреждении Российской академии наук Институте геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН по адресу: 109004, Москва, ул. Николоямская, д. 51.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в Учреждении Российской академии наук Институте геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН по адресу: 101000, Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2.

Просим Вас принять участие в заседании совета или прислать отзыв (в 2-х экземплярах), заверенный печатью учреждения, на имя ученого секретаря Диссертационного совета по адресу: 101000, Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2, а/я 145, е-тпаП: dissert@geoenv.ru. факс 623-18-86.

Автореферат диссертации разослан .4^^^.2008 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук Батрак Глеб Игоревич

Актуальность работы.

Обусловлена необходимостью изучения наиболее токсичных загрязняющих веществ - тяжелых металлов во всех средах крупных мегаполисах, в том числе, как показали настоящие исследования, и в четвертичных отложениях, ранее как носителя загрязнения не изучавшихся.

Целью работы являлось определение содержания и форм нахождения тяжелых металлов (Си, 2п, Сс1, N1) в четвертичных отложениях (голоцен и неоплейстоцен) на территории г. Москвы, закономерностей их содержания в зависимости от времени формирования породы и особенностей ее среды, а также анализе масштабов их распространения в четвертичных отложениях по сравнению с почвенным горизонтом.

Основные задачи исследований заключались:

1. в изучении содержания и распространения тяжелых металлов в четвертичных отложениях территории г. Москвы (региональный уровень) в зависимости от возраста и литологического состава породы.

2. в исследованиях особенностей содержания и форм нахождения тяжелых металлов в четвертичных отложениях и водных горизонтах на примере локального участка современного строительства на территории г. Москвы.

3. в сравнительном анализе накопления масс тяжелых металлов в почвенных горизонтах и четвертичных отложениях в пределах г. Москвы.

Научная новизна работы. Диссертационная работа является одним из первых комплексных исследований, отражающих распределения тяжелых металлов в основных геолого-литологических разностях четвертичных отложений территории г. Москвы.

В работе впервые показано, что четвертичные отложения являются депонирующей средой Си, 2п, Сё и N5.

Полученные в работе данные по распределениям и формам нахождения тяжелых металлов в четвертичных отложениях дополняют существующие представления о механизмах миграции и концентрации загрязняющих веществ горных пород на территории г. Москвы;

В работе впервые показана возможность сравнительной количественной оценки загрязнения почвенного покрова, четвертичных отложений и поверхностных вод г. Москвы.

Основные защищаемые положения:

1. Изучено распределение тяжелых металлов в четвертичных отложениях территории г. Москвы. Показано, что их концентрация колеблется в голоцене пределах от 3.1 до 440 мг/кг для меди, от 12 до 1483 мг/кг для цинка, от < 0.02 до 13 мг/кг для кадмия, от 4.2 до 70 мг/кг для никеля, и неоплейстоцене от 1.2 до 34 мг/кг для меди, от 10 до 188 мг/кг для цинка, от < 0.02 до 0.44 мг/кг для кадмия, от 2 до 31 мг/кг для никеля.

2. Подтверждено, что накопление тяжелых металлов (Си, 2п, С<1, №) в четвертичных отложениях территории г. Москвы определяется литологическим составом горных пород. В глинистых и суглинистых разностях концентрация изученных тяжелых металлов выше, чем в песчаных и супесчаных, что обусловлено их более высокой сорбционной способностью.

3. Методами статистического анализа оценено среднее распределение рассматриваемых тяжелых металлов (Си, Ъъ., Сё, N1) для различных возрастных и литологических разностей в зависимости от кислотно-щелочного состояния среды.

4. Количественная оценка содержания Си, Ъл, Сс1, N1, в почвенных горизонта и четвертичных отложениях позволила установить, что масса этих элементов, сосредоточенная в четвертичных отложениях, на порядок превышает их массу, находящуюся в почвенных горизонтах г. Москвы.

5. Проведенные исследования показывают, что четвертичные отложения на территории г. Москвы являются основным накопителем и депонентом тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной нагрузки.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты, наряду с другими исследованиями доказали необходимость оценки

содержания тяжелых металлов не только в почвенных горизонтах, но и в четвертичных отложениях, что чрезвычайно важно для строительства, сопровождающегося обычно перемещением значительных масс пород, которое необходимо учитывать как один из факторов загрязнения окружающей среды. Полученные при исследовании данные могут быть использованы для дальнейших сравнительных анализов загрязнения четвертичных отложений на территории г. Москвы.

Фактический материал

Работа выполнялась в лаборатории геохимического анализа ГУП «Мосгоргеотрест». В ее основу положеноболыпое число образцов почв и четвертичных горных пород, отобранных автором при выполнении плановых работ «Мосгоргеотреста» в различных райнах г. Москвы, и проанализированных им на атомно-абсорбдионном спектрофотометре КВАНТ-2А.

Публикация и апробация работы

Результаты исследований докладывались на Четвертой научно-практической конференции «Эко-Ыеа1». Раздел «Охрана окружающей среды» -новые подходы и требования к разработке, в 2004 г, (г. Москва), на VII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» в 2005 г. (г. Москва). По теме диссертации опубликовано 4 научные работы, в том числе статья в журнале «Геоэкология» в 2007, № 1.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 294 страницах машинописного текста, содержит 36 таблиц, 33 рисунка и список литературы, насчитывающий 213 наименований.

Диссертационная работа выполнена под научным руководством доктора геолого-минералогических наук В.П.Зверева во время обучения в заочной аспирантуре Института геоэкологии РАН.

гидрогеоэкологии к. геол.-мин. наук И.В. Галицкой, к. геол.-мин. наук И.А. Костиковой за помощь, критические замечания и доброжелательное отношение. Автор искренне признателен начальнику лаборатории комплексных эколого-геохимических исследований ГУП «Мосгоргеотрест» В.А. Гайнцеву, начальнику лаборатории ГУП «Мосгоргеотрест» Г.И. Виноградовой, геологу ГУП «Мосгоргеотрест» Солнцевой H.A. за постоянную поддержку и внимание к работе, а также A.M. Кольцову и В.В. Немцову за содействие в оформлении работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Природные условия мегаполиса

Природные условия мегаполиса, лаидшафтно-климатические, геологическое строение и гидрогеологические условия территории города изучены достаточно хорошо.

Город Москва находится в зоне подтаежного восточноевропейского ландшафта с умеренно-континентальным климатом.

Москва расположена в центральной части Восточно-Европейской платформы, в пределах приосевой зоны южного крыла Московской синеклизы. По характеру рельефа изучаемая территория представляет собой слабо расчленённую полого-волнистую равнину, пересечённую неглубокими речными долинами. Юго-западная часть города относится к Теплостанской возвышенности, западная и северо-западная - к Смоленско-Московской возвышенности (Москворецко-Яузское междуречье), восточная - к Мещерская низменности.

С северо-запада на юго-восток территорию города пересекает долина р. Москвы. Вместе с долиной р. Яузы они разделяют три ландшафтно-геоморфологические района, естественно соединяя их воедино. Длина реки Москва на территории города составляет более 75 км, ширина долины достигает 30 км, средняя скорость течения реки 0.5 м/с, падение уровня составляет 0.3 м на 1 км. Гидрографическая сеть на территории города Москвы очень насыщенна. Река Москва имеет порядка семидесяти притоков, крупнейшие из которых p.p. Яуза, Сходня, Сетунь. В настоящее время, большая часть мелких рек заключена в коллекторы или совсем засыпаны. Все притоки р. Москвы по водному режиму относятся к типу равнинных. Они мелководны и узки. Питание рек в основном зависит от талых снеговых и дождевых вод, и в меньшей степени от грунтовых вод.

В геологическом структурном отношении территория г. Москвы относится к районам трёхярусного строения. Нижний ярус представляет собой сложнодислоцированные породы кристаллического фундамента, средний -пологозалегающий осадочный чехол (от верхнего докембрия до мезозоя),

верхний - это континентальные отложения неоген-четвертичного возраста. При средней степени обнажённости в береговых обрывах речных долин и оврагов наблюдаются выходы четвертичных, реже дочетвертичных отложений.

Четвертичные отложения залегают на неровной поверхности дочетвертичных пород, сформировавшейся в позднекайнозойское время, и подразделяются на неоплейстоцен и голоцен. Эта поверхность представляет собой наклонённую к северу равнину, расчленённую системой паледолин, в основном унаследованных современной речной сетью (пра-Москва, пра-Яуза), но врезанных значительно глубже (до абс. высоты 90 м). Лишь на отдельных участках погребённые долины смещены относительно тальвегов современных долин, ещё реже они пересекают современные водоразделы (например, водораздел реки Москвы). На Теплостанской возвышенности, представляющей собой крупный эрозионный останец, кровля дочетвертичных отложений поднимается до 242 м. Мощность четвертичных отложений изменяется в широких пределах; на крутых склонах местами они отсутствуют. Минимальные мощности (5 - 10 м) наблюдаются на Теплостанской возвышенности. Максимальные мощности приурочены к палеодолинам (до 50 - 70 м) и к зонам краевых ледниковых образований (до 80 - 85 м на северо-западе, на южном склоне Клинско-Дмитровской гряды). Основные геолого-генетические комплексы четвертичных отложений приведены в работе.

Чередование карбонатных и глинистых пород в толще каменноугольных отложений определяет наличие здесь многоэтажной водонапорной системы. К каменноугольным отложениям приурочены водоносные горизонты и комплексы, служащие источниками централизованного водоснабжения всей описываемый территории.

Четвертичные гидрогеологические подразделения получают питание за счёт инфильтрации атмосферных осадков, а разгрузка их происходит в современную речную сеть. На эту естественную картину накладывает отпечаток градопромышленный комплекс, сбрасывая или теряя из коммуникаций промышленно-хозяйственные воды или проводя водопонижения на крупных

строительных площадках в окружении сетей метро, что часто составляет около половины приходной статьи баланса.

В пределах г. Москвы грунтовые воды распространены и изменены повсеместно. В районах старой Москвы и особенно в пределах Садового кольца наблюдается стойкое повышение уровня, достигающее на отдельных участках 9 м. В то же время в других районах отмечено понижение уровня, связанное с водоотливом установок метрополитена.

На значительных территориях изменён в сторону увеличения температурный режим подземных вод и их химический состав.

Современные условия города существенно изменили естественное питание и разгрузку подземных вод. В классическом представлении, подземные воды формируются просачивающимися атмосферными осадками, выпадающими в виде дождя и снега на обширные водораздельные пространства, что существенно зависит и от климата региона, открытости места. На заселенных пространствах питание грунтовых вод больше, а на открытых меньше, что связано с более высокой инсоляцией и скоростью таяния снега, при которой талые воды не успевают просочиться в почву и сбегают в реки.

Глава 2. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами

Москва - город с большими промышленными мощностями, насыщенной транспортной сетью, сильно развитой инфраструктурой и многочисленным населением. Одними из основных загрязнителей территории города являются тяжелые металлы: медь, цинк, кадмий, никель и их соединения. Источники загрязнения окружающей среды находятся повсеместно и их насыщенность очень велика, это отходы промышленной, транспортной, коммунально-бытовой, сельскохозяйственной деятельности и средства химизации.

Большей частью источники загрязнения носят комплексный характер, т.е. формируют несколько видов отходов, попадающих в объекты окружающей среды, и разделяются на точечные и неточечные, которые в свою очередь подразделяются на площадные и линейные. Также источники воздействия классифицируются по режиму внесения как спонтанные, постоянные и

цикличные большинство видов деятельности относится к источникам постоянного типа.

Загрязнение атмосферного воздуха связано, в основном, с газообразными выбросами промышленных предприятий, коммунального хозяйства, транспорта, энергетических установок. Состав газообразных выбросов очень разнообразен и может содержать как твердые, так и (или) жидкие компоненты, газообразная составляющая играет роль носителя.

Загрязнение водного бассейна зачастую происходит за счет сброса в водные потоки неочищенных и (или) недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий, ливнестоков, коммунального и сельского хозяйств.

Загрязнение почв, горных пород, растительного покрова и негативное воздействие на живые организмы, также связано с размещением твердых и жидких отходов, выбросами промышленных предприятий, транспорта, коммунального и сельского хозяйств. Уровень накопления и поведение химических элементов (соединений) в объектах окружающей среды (ОС) связан, главным образом, с их выпадениях из атмосферы и прямого антропогенного воздействия, в том числе строительных, коммунальных, хозяйственных работ и также ряда факторов.

Химическое загрязнение почвенного покрова и горных пород происходит в результате непосредственного воздействия вредных веществ, а также за счет повышенного содержания разных соединений в атмосферном воздухе, природных водах, растительном покрове земли, а, следовательно, оседания веществ на поверхность почвы и проникновения в нижележащие горные породы, что приводит к формированию искусственных геохимических провинций.

В работе подробно написано об использовании, применении меди, цинка, кадмия, никеля и их соединений. Это позволило выявить возможные источники поступления элементов и их соединений в окружающую среду в результате внесения, утечек, неправильного складирования или разрушения продуктов их применения.

При всей неоднозначности ситуации последствия загрязнения окружающей среды могут наблюдаться и, как показывает мировая практика, имеют место не только в ближайшее время, но что иногда более опасно в отдаленные сроки.

Наиболее широкий спектр загрязнителей отличает предприятия, перерабатывающие и использующие цветные металлы (комбинаты цветной металлургии, гальваническое производство, приборостроительные заводы, электро- и радиотехнические), лакокрасочной, текстильной и полимерной промышленности, коммунальные отходы, а также несанкционированные свалки.

Промышленные отходы характеризуются высокими концентрациями токсичных химических элементов, иногда в сотни и тысячи раз превышающими средние содержания этих элементов в земной коре. Вместе с тем наблюдается четкая дифференциация отходов по элементному составу. Например, в металлоабразивной пыли характерные содержания (т.е. среднее содержание в литосфере) превышены по меди в 31 раз, никеля - 14 раз; в осадке очистных сооружений гальванических производств по кадмию регистрируются превышения в 85* 103 раза, меди - 34*10 раз, цинку - 21.5*10 раз, никелю -17*10 раз.

В настоящее время, современное производство вне зависимости от его типа сопровождается формированием комплексных полиэлементных аномалий, проявленных в атмосфере, а, следовательно, и снеговых выпадениях, почве, поверхностных водах и донных отложениях, биосфере. Формы этих аномалий довольно разнообразны. Они зависят от многих факторов. Таких как, специфика производства, метеорологические условий (в основном, от розы ветров), геоморфологические особенности территории, структуры застройки исследуемых районов.

Большие количества свинца содержится в пыли заводов, производящих аккумуляторы, имеет гораздо более низкое значение коэффициента концентрации в пыли предприятий строительных материалов.

Твердые промышленные отходы либо вывозятся на городские свалки, либо подлежат захоронению в пределах города, на территории предприятий или

вблизи них. Последний вид захоронения до недавнего времени но а незаконный характер, но на сегодняшний день создан большой кр) контролирующих организаций, предотвращающих возможное возникновени нарушений.

В стоках промышленных предприятий, сбрасываемых в городскуь канализацию или в водотоки, дренирующие территории района, таюю наблюдаются высокие концентрации значительного числа химически) элементов. Особенно высоким содержанием отличаются стоки предприятий имеющих в своем составе гальванические цеха. В них регистрируются ураганные концентрации кадмия, меди, цинка (в сотни и тысячи раз выше фоновых). Те стоки, которые по разрешению руководящих органов направляются в поверхностный водоток, значительно чище в связи с использованием полученных расчетных коэффициентов разбавления в струе. Эти стоки характеризуются содержанием меди, кадмия в десять раз и более превышающим фон, и повышенной концентрацией цинка.

К коммунально-бытовым отходам относятся бытовой мусор, канализационный осадок, или осадок городских очистных сооружений поверхностного стока. В таком крупном промышленном городе, как Москва, ежегодно образуется по 0.3 т/чел бытового мусора и канализационного осадка.

По степени концентрации и составу химических элементов бытовой мусор не уступает промышленным отходам, большей частью вывозится на свалки либо в сыром виде, либо после сжигания на специализированных заводах, либо происходит его вторичное использование после сортировки и подготовки.

Технология сжигания мусора на сегодняшний момент не так широко используется, как предполагалось на стадии ее ввода. Это связано с тем, что продукты сжигания бытового мусора содержат широкую ассоциацию химических элементов и такие элементы, как кадмий превышают свое содержание в литосфере в и* 100 раз, медь и цинк - в и* 10 раз. Особенно обогащены химическими элементами тонкие фракции, попадающие при сжигании бытового мусора в так называемую летучую зону. В пробах,

отобранных из пыли, задержанной фильтрами мусоросжигательного завода, были обнаружены тысячекратные превышения кларка концентрации кадмия, стократные - цинка; десятикратные - меди. Очистные установки мусоросжигательного завода работают с расчетным КПД 0.90-0.95. При такой величине коэффициента полезного действия они пропускают довольно значительные абсолютные массы вещества в окружающую среду. Таким образом, коммунальная деятельность может учитываться как весьма значимый источник загрязнения атмосферы, поверхностного водотока, почв, растительных организмов и как следствие горных пород и грунтовых вод химическими элементами, возможно проникание стойких веществ и в межпластовые водоносные горизонты.

Осадок, отделенный от сточных вод городской канализации, накапливается на станциях аэрации. Он вывозится на поля в качестве эффективного удобрения, обогащенного многими химическими элементами. Но у такого направления использования осадка есть оборотная сторона. Проводимые лабораториями по контролю над составом осадка исследования, дают весьма высокие средние коэффициенты концентрации для кадмия, цинка, меди, никеля. Наличие в осадках высоких концентраций таких элементов позволяет считать их сильно загрязненными токсичными металлами.

В очистных сооружениях поверхностного стока скапливаются большие количества донных отложений, которые обозначают широкий круг возможностей по их использованию: засыпка ими оврагов, пониженных частей пойм.

Значительная часть всех отходов теплоэнергетики, образующихся при производстве энергии, связана с работой угольных и мазутных электростанций и состоит из выбросов (газы и золы уноса), твердых отходов (золошлаковые отходы) и стоков. Сжигание топлива на электростанциях является одним из основных источников загрязнения атмосферы населенных пунктов газообразными продуктами сгорания и пылью.

Природные угли содержат целый ряд химических элементов, концентрации которых меняются в широких пределах. За счет происходящего

концентрирования при сжигании угля, золошлаковые отходы по сравнению с литосферой обогащена многими элементами. Средние концентрации большинства из них в золе товарных углей близки к кларковым, при их сжигании большинство элементов полностью переходит в золошлаковые продукты сгорания. При этом наблюдается тенденция преимущественного накопления ряда химических элементов в тонких частицах золы, которые не задерживаются очистными сооружениями и переносятся воздушными потоками на большие расстояния. Для примера, выбросы мазутных ТЭЦ отличаются очень высокими содержаниями никеля (6 кг/т); сточные воды угольных ТЭЦ содержат повышенные концентрации меди, цинка.

Приведенные выше данные вынудили московские теплоэнергостанции реконструировать свои мощности и перейти на «сезонное топливо»: весна-лето -осень - в качестве источника производимой энергии используется газ, зимой -газ с мазутом или углем.

На территории города имеются сельскохозяйственных угодья, которыми также не следует пренебрегать при рассмотрении источников загрязнения окружающей среды. Основными источниками загрязнения этого вида деятельности являются фосфатные удобрения и компосты из бытовых отходов, которые в качестве удобрений применяются в сельском хозяйстве и таким образом вовлекаются в искусственные антропогенные потоки миграции вещества, отличающиеся от обычных природных потоков по качественным характеристикам и степени напряженности.

В качестве средств химизации рассматриваются обычно две группы отходов-поставщиков химических элементов: бытовые и промышленные отходы, микроэлементы в минеральных удобрениях. Первые, многократно обогащенные медью, цинком, кадмием и никелем используются как удобрения (в основном, бытовой мусор и осадки очистных сооружений городской канализации, используемые после компостирования). Микроэлементы-примеси в минеральных удобрениях, в основном фосфорных, на ~ 50 % сохраняют ассоциации химических элементов фосфоритов: фтор и тяжелые металлы. Ежегодно в мире производится порядка 20 млн. тонн фосфатных удобрений, что

сопровождается огромным количеством отходов, масса которых примерно в три раза больше массы полезных продуктов. В фосфатном сырье присутствует довольно широкая ассоциация элементов, в том числе медь, цинк, кадмий. Накопление токсико-химических элементов, как уже отмечалось выше, в таких жизненно важных средах, как вода, почвы, горные породы, растительные организмы и, как следствие, продукты питания, представляется с медико-гигиенических позиций крайне нежелательным.

В качестве удобрений используются продукты переработки (компосты) хозяйственно-бытовых отходов, представляющие собой бытовой мусор и осадки канализационных стоков. Они характеризуются высокой степенью концентрации химических элементов, в том числе токсичных. При этом из осадка в удобрение переходят все содержащиеся в нем химические элементы, и значительная их часть из бытового мусора. Так, компост из бытового мусора обогащен по сравнению с фоновыми почвами в десятки раз больше цинком и медью.

Осадки полей фильтрации обогащены медью, цинком, кадмием, никелем, их степень концентрации зависит от участия в составе хозяйственно-бытового канализационного стока промышленной составляющей.

Для представления уровня накопления и поступления тяжелых металлов в четвертичные отложения мы уделили внимание содержания тяжелых металлов не в подвижных средах (снеговой покров, поверхностные воды и донные осадки). Помимо этого были рассмотрены геохимические свойства меди, цинка, кадмия и никеля, а также их формы миграции.

Глава 3. Методы отбора, подготовки проб и определения тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в вытяжках почв (горных пород) и пробах подземных вод

Отбор проб является одним из наиболее важных этапов в проведении анализа среды и поэтому должен быть проведен с соблюдением всех норм и правил. Отбор пробы зависит от геолого-географических условий местности, физических свойств среды опробования и многих других факторов.

Состав почв и грунтов в пределах мегаполиса подвержен значительным изменениям в пределах небольших расстояний. В связи с этим, отбор проб с поверхности производили по "усредненной сетке". При обследовании на глубину колонки отбор производили с первых 20 см от горизонта, а затем из каждого геолого-литологического слоя, но не реже чем через 1 м. Образцы почвы и грунта при транспортировке помещали в чистые полимерные мешки для предотвращения возможности их повторного загрязнения.

Подготовка проб к анализу. Образцы почв и горных пород доводили до воздушно-сухого состояния в хорошо вентилируемом помещении при комнатной температуре. Из воздушно-сухой объединенной пробы методом квартования брали пробу почвы (горной породы). Высушенные и перебранные образцы растирали в фарфоровой ступке и просеивали через сито. Из полученной пробы брали навески на анализ.

С целью пересчета результата анализа горных пород на абсолютно сухую навеску, проводили определение влажности в исследуемой пробе.

Далее проводилась химическая подготовка проб с использованием минерализации проб в аналитическом автоклаве НПВФ «Анкон-АТ-2» с использованием таких окислителей как азотная кислота и перекись водорода.

Первым этапом при подготовке пробы воды к анализу являлась гомогенизация простым перемешиванием, при наличии в ней мелких частиц проводили их отделение фильтрованием на ацетат целлюлозных фильтрах. Далее, Пробы воды подкислялись азотной кислотой и поступали на анализ с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра.

Определение тяжелых металлов в образцах. При определении химического состава вытяжек, приготовленных из керновых проб и проб воды применяли атомно-абсорбционный спектрофотометр с использованием атомизации подготовленной пробы в пламени «КВАНТ-2А» фирмы НПО «Кортек» в лаборатории комплексного эколого-геохимического исследования ГУП «Мосгоргеотрест». В связи с очень низкими концентрациями кадмия в отобранных образцах, мы использовали проточно-инжекционный блок БПИ-03.

После получения данных по содержанию тяжелых металлов в образцах почвы (грунта) их концентрации пересчитывались на абсолютно сухую навеску. Концентрация измеряемых элементов в пробах воды принимались же без пересчета, что является особенностью данных проб.

Весь процесс от отбора пробы с участка исследования до получения необходимой информации - концентрации элемента в пробе образца, занимает 2 - 4 дней для грунта и 1-2 дня для воды. В случае грунта увеличение времени обработки связано с состоянием образца. Влажный грунт высыхает в естественных условиях достаточно продолжительное время.

В работе приведены широко применяемые в подобных исследованиях методы подготовки проб и определения содержания тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в вытяжках почв (горных пород) и подземных водах, которые полностью коррелирует с выбранными нами.

Глава 4. Содержание тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в четвертичных отложениях

Четвертичные отложениям города Москвы по сравнению с почвенным покровом и насыпными грунтами имеют более стабильные значения содержания тяжелых металлов. Это связано зачастую с тем, что верхние слои (почва, насыпные грунты) аккумулируют основную часть загрязнения. Наши исследования заключались в выборе представительных площадок с соответствующими подразделениями, их исследовании и анализе полученных концентраций тяжелых металлов. Отложения подразделялись на 12 горизонтов.

Отбор керновых проб производился из геологических скважин с учетом рельефа местности, особенностей почвенного покрова, возраста и литологического состава горных пород.

Из полученной пробы нами отбирались навески для анализа, который проводился на атомно-абсорбционном спектрофотометре с использованием атомизации подготовленной пробы в пламени «КВАНТ-2А» фирмы НПО «Кортек» в лаборатории комплексного эколого-геохимического исследования ГУП «Мосгоргеотрест».

Исследования горных пород проводились по всей территории города Москвы. Для этого было выбрано 140 участков опробования, на которых в зависимости от геолого-литологическим условий было пробурено в общем 306 скважин (рис. 4.1). В результате исследования 1118 проб было проведено 4472 химических анализа на валовое содержание кадмия, меди, никеля, цинка и 1118 анализов для определения кислотно-щелочного состояния грунтов (рНка). Участки опробования для наглядности и точного представления о проделанной работе наносились на карту-схему, из которой видно, что они покрывают всю территорию города. Все данные, полученные на каждом из участков опробования, по каждой скважине и со всеми ее данными, сведены в общую таблицу. Объем полученных результатов, и масштабы обследования позволили вывести средние значения содержания тяжелых металлов в зависимости от возраста пород и с учетом геолого-литологических разностей (табл. 4.1., 4.2.). Помимо этого, получилось построить колонки по представленному в диссертации геологическому разрезу через такие ландшафтно-геоморфологические районы, как низкие отроги Смоленско-Московской возвышенности (Северная водораздельная равнина) и Москворецко-Окской равнине, а также показать разрез естественной границы между этими районами — долину реки Москвы.

Современные отложения времени голоцена в разрезе представлены техногенными отложениями (k-Qа на территории Смоленско-Московской возвышенности и в долине реки Москвы и современным аллювием (a-Qw). Состав насыпного слоя очень разнообразен. В основном, литологический состав техногенных отложений - это хаотично перемешанные глины, суглинки, супеси, пески с разнообразными включениями природного и техногенного генезиса. Вскрытая мощность, представленная в построенном разрезе, на Смоленско-Московской возвышенности колеблется от 1.6 до 4.67 м, в долине р. Москва - 2.5 м, на Москворецко-Окской равнине - от 1.0 до 1.5 м. Аллювий представлен серыми песками и суглинками. Суглинки - серовато-коричневые, пылеватые, без включений, тонкогоргоонтальнослоистые. Мощность на Смоленско-Московской возвышенности достигает 2.07 м, в долине р. Москва - 7.3 м.

Рисунок 4.1. Карта-схема г. Москвы с нанесенными участками опробования - 1 горных пород на содержание тяжелы металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) и испытательная площадка - 2.

Средние содержания тяжелых металлов в горных породах четвертичных отложений и образований (рН < 5.5), мг/кг.

Горные породы Среднее содержание химического элемента

Возраст Литология медь цинк кадмий никель

K-Qiv супесь 16.4 69.70 0.110 18.67

суглинок 14.7 . 100.83 0.198 20.143

a"'-Qui' песок 3.9 28.00 < 0.02 5.6

супесь 13.0 32.1 0.028 10.2

суглинок - 43.00 0.032 11.0

глина 9.4 43.00 < 0.02 12.0

pr-Qu-ш супесь 11.0 36.2 0.061 27.2

суглинок 11.6 42.00 0.061 15.0

глина 13.7 65.80 0.033 20.9

f-Qnms песок 7.8 48.00 0.021 13.6

суглинок 10.1 38.00 0.031 12.0

глина 14.5 53.50 0.021 15.5

g-Q,r суглинок 11.3 49.00 0.017 8.7

глина 13.3 70.00 0.090 13.8

f-Qu'm песок 13.0 66.50 0.015 20.5

супесь 15.0 56.1 < 0.02 17.4

суглинок 9.0 50.50 0.027 16.2

g-Qu супесь 15.0 31.5 0.054 16.4

суглинок 16.4 41.5 0.099 18.0

В разрезе долины реки Москвы современный аллювий лежит на перхуровской толще (С3рг), сложенной доломитизированными известняками,

вскрытая мощность которых - 5.7 м.

На территории Смоленско-Московской возвышенности слой голоцена подстилают отложения верхнего неоплейстоцена, представленные желтовато-серыми, разнозернистыми песками, с гравием и галькой в нижних слоях Зеи надпойменной (Ходынской(а-<2///)) террасы р. Москвы, и серыми, плотными, слюдистыми, с вивианитом, с растительным детритом и раковинами моллюсков глинами озерно-болотных отложений времени микулинского межледниковья (/А-<2„Гк). Мощность песков достигает 9.8 м, глин -4.1м.

Средние содержания тяжелых металлов в горных породах четвертичных отложений и образований (рН > 5.5), мг/кг.

Горные породы Среднее содержание химического элемента

Возраст Литология медь цинк кадмий никель

K-Qiv песок 27.0 124.13 0.199 8.1

супесь 30.0 146.10 0.253 15.0

суглинок 20.5 144.32 0.182 14.9

глина 20.3 91.50 0.109 11.8

a-Qni песок 4.8 37.50 0.023 3.7

a-Qu! песок 5.6 27.83 0.029 4.3

a''-Qui1 песок 2.5 28.25 0.005 4.2

суглинок 12.0 44.00 0.065 12.0

глина 11.0 41.00 0.052 11.0

Ih-Qnrk глина 15.0 91.00 0.068 31.0

pr-Qa-ш суглинок 12.0 80.75 0.050 14.7

глина 14.5 76.00 0.067 16.8

f-Q,r песок 6.5 32.30 0.065 7.9

супесь 10.0 40.00 0.015 13.5

суглинок 16.4 48.20 0.089 15.9

глина 14.0 61.33 0.026 18.0

lgl-Q,f-m глина 11.0 62.00 0.011 15.3

f-Qu'm песок 6.3 66.50 0.033 6.2

супесь 8.0 39.50 0.038 11.2

суглинок 13.0 54.50 0.043 22.0

глина 14.5 76.25 0.058 21.3

g-Qu суглинок 11.3 51.33 0.058 14.4

глина 13.0 35.00 0.090 18.5

f-Q,rd песок 8.1 34.30 0.019 8.4

Насыпной слой на Москворецко-Окской равнине подстилают желтовато-серые, среднезернистые пески древнего аллювия 2ой надпойменной (Мневниковской (я-бя/2)) террасы р. Москвы. Их мощность составляет 0.5 м.

Среднечетвертичные отложения, подстилающие верхний неоплейстоцен, на Смоленско-Московской возвышенности представлены следующими геолого-генетическими комплексами. Глины покровных отложений {pr-Qu.ni) мощность 0.7 м. Неразделенный комплекс флювиогляциальных водно-ледниковых отложений московского оледенения (/"-6//"*) и между днепровским и московским оледенениями (одинцовского межледниковья (/"-{?//"т)) мощностью 1.4 м представлен коричневато-жёлтыми, неравномерно глинистыми, косослоистыми песками и серо-коричневыми глинами. Их подстилает буровато-серый суглинок морены днепровского оледенения мощность которого изменяется от 2.7 до 9.2 м.

Озерно-ледниковые отложения между днепровским и московским оледенениями (одинцовского межледниковья (/#/-б//м')) представлены буровато-серыми, неизвестковистыми суглинками и глинами озёрно-болотного типа (с растительными остатками). Вскрытая мощность слоя составляет 3 м.

Флювиогляциальные водно-ледниковые отложения между окским и днепровским оледенениями (лихвинского межледниковья (Лб//"4')) имеют мощность более 3 м. Это желтовато-серые, среднезернистые с гравием пески.

Слой неоплейстоцена на разрезе Смоленско-Московской возвышенности лежит на перхуровской толще (С3рг), представляющей собой доломитизированный известняк.

Геолого-генетические комплексы среднего неоплейстоцена, подстилающие верхнечетвертичные отложения на территории Москворецко-Окской равнины, очень разнообразны.

Покровные отложения {pr-Qu.ui) представлены безвалунными суглинками и глинами, вскрытая мощность колеблется от 0.4 до 0.6 м. Водно-ледниковые наследные отложения (da-Qa.ni) представлены серыми, мелко-среднезернистыми с гравием и галькой (в основании слоя) песками. Мощность отложений в представленом разрезе составляет 2.6 м.

Водно-ледниковые наследные отложения лежат на флювиогляциальных водно-ледниковых отложениях московского оледенения (/"-б//"1), подстилаемых флювиогляциальными водно-ледниковыми отложениями между днепровским и московским оледенениями (Лб//™)- Первые представлены супесями, глинами и

суглинками серо-коричневых оттенков, вскрытая мощность отложения достигает 3.4 м. Флювиогляциальные водно-ледниковые отложения одинцовского межледниковья представлены бурыми суглинками, мощностью 3.6 м.

Их подстилают буровато-серые суглинки и глины морены днепровского оледенения (g-Q.ii), мощность которых 5.0-9.1 м.

Озерно-ледниковые отложения между днепровским и московским оледенениями (одинцовского межледниковья (/^/-б//4')) представлены жёлтыми и буровато-серыми, неизвестковистыми супесями и суглинками. Вскрытая мощность слоя - 3.8 м.

Флювиогляциальные водно-ледниковые отложения между окским и днепровским оледенениями (лихвинского межледниковья (/-Цн"'4)) мощностью 4.66 - 13 м представлены серыми мелкозернистыми песками, буровато-серыми неизвестковистыми супесями и суглинками.

Отложения неоплейстоцена Москворецко-Окской равнины лежат на глинах меловой системы (АГ;).

В ходе работы был получен большой объем данных по основным геолого-литологическим разностям четвертичных отложений территории г. Москвы. При их анализе были рассчитаны средние содержания тяжелых металлов.

Средние содержания меди, цинка, кадмия и никеля в кислых (рНКа < 5.5) и близких к нейтральным, нейтральным (рНка > 5.5) фунтах получены по данным анализа не менее 15 образцов для каждой литолого-стратеграфической разности, полученные данные сведены в таблицы 4.1., 4.2 и представлены в работе на диаграммах.

Диаграммы для меди, цинка, кадмия и никеля геолого-литологических разностей времени голоцена, представленного исключительно техногенными грунтами, не представляются информационными. Состав и структура слоя настолько сильно изменены, что четких границ содержания в различных литологических разностях выделить на графиках не представляется возможным.

Методами статистического анализа оценено среднее распределение рассматриваемых тяжелых металлов в отложениях времени голоцена.

В результате проведенных расчетов, были получены следующие значения коэффициентов корреляции исследуемых химических элементов: гСи-гп = 0-70, тСи.а - 0.62, Ta.Ni ~ - 0 06, Та-гп ~ 0.82, гСи-т ~ - 0.67, = - 0.35. Из полученных данных видно, что в случае пары «кадмий-никель» можно говорить почти о полном отсутствии любого типа линейных зависимостей. При рассмотрении пар «медь-цинк», «медь-кадмий» и «кадмий-цинк» можно проследить некоторую прямую линейную связь между двумя переменными, хотя сильной корреляции и здесь не наблюдается. В случае «медь-никель» и «никель-цинк» можно заметить, что одна переменная изменяется в противоположном направлении по отношению к другой, т.е. при уменьшении одной переменной, наблюдается увеличение другой переменной.

Диаграмма содержания меди и цинка в среде с рН > 5.5 литологических разностей времени неоплейстоцена, продемонстрировала четкое разделение по значениям тяжелых металлов для глинистых и песчанистых горных пород, но конкретного разделения внутри них, т.е. четких графических границ (областей) между песком и супесью, а также между сугликом и глиной нет. Это связано с тем, что возраст пород и связанные с этим процессы переноса тяжелых металлов также оказывают свое влияние на их содержание в литологических разностях.

В свою очередь, построенные для геолого-литологических разностей времени неоплейстоцена диаграммы содержания меди и цинка (кислая среда), кадмия и никеля (среды с рН<5.5 и рН>5.5), четких графических границ между литологическими разностями не выявили. Отсутствие явных границ содержания тяжелых металлов в различных геолого-литологических разностях, а также, нечеткие границы внутри глинистых и песчанистых горных породах, объясняется большим рядом факторов: положение относительно дневной поверхности, морфологическое строением, состав и наличие подземных вод, особенность процесса переноса внутри каждого геолого-литологического слоя.

Отмечено, что во всех литологических разностях - и в глинистых, и в песчанистых, чаще встречаются образцы со значением рН > 5.5. Соответственно, горные породы четвертичных отложений территории г. Москвы относятся к грунтам с нейтральной, близкой к нейтральной и слабощелочной реакцией, что дает

возможность утверждать о развитии процесса накопления тяжелых металлов в этом слое.

Вероятность распределения кислых сред и сред с рН>5.5 исследуемых образцов грунта в зависимости от их возраста в общем объеме опробования территории, также отразила преобладание среды со значением рН>5.5 в анализируемых пробах. Исключением стали лишь грунты возраста древнего аллювиального клязьмо-яузского протока, у которых наблюдается преобладание образцов со значением рН < 5.5 в силу их большого литологического разнообразия.

Полученные данные позволяют оценить изменение концентрации тяжелых металлов в зависимости от литологического состава и кислотно-щелочного состояния геологических пород.

Наибольшие концентрации меди, цинка и кадмия зафиксированы в техногенных отложениях голоцена, что характерно для всех литологических типов как кислых, так и нейтральных и близко к нейтральным грунтов. Слабее эта тенденция выражена для никеля, концентрация которого более стабильна в разрезе.

Так в большинстве случаев концентрация тяжелых металлов глинистых и суглинистых разностей выше, чем в песчаных и супесчаных, что объясняется более высокой сорбционной способностью первых. Исключение составляют нейтральные и близкие к нейтральной грунты голоцена, представленные исключительно техногенными отложениями. Очевидно, это связано с тем, что в голоцене, как значится выше, продолжается процесс накопления тяжелых металлов из техногенных источников с инфильтрующими подземными водами, наиболее, активно которое реализуется в более водопроницаемых песках и супесях, поле распространения которых служат окнами для проникновения загрязнения в нижележащие горизонты.

Значительное влияние на концентрацию тяжелых металлов в грунтах оказывает кислотно-щелочное состояние среды. В кислых средах металлы подвижнее и естественно, что они в больших количествах аккумулируются в нейтральных, близких к щелочным условиям.

В суглинке морены днепровского оледенения на территории Смоленско-Московской возвышенности с понижением абсолютной отметки слоя наблюдается

снижение рН среды в сторону сильнощелочной реакции (от 6.7 до 7.3). С возрастанием щелочности грунтов просматривается накопление тяжелых металлом: медь и цинк (с 14.8 мг/кг до 15.4 мг/кг и с 37.2 мг/кг до 48.2 мг/кг), кадмий и никель (с 0.037 мг/кг до 0.081 мг/кг и с 14.1 мг/кг до 17.2 мг/кг). Увеличение концентрации связано не только с процессами, идущими внутри слоя, но, безусловно, и с внешними факторами - в скважине № 7 суглинок морены днепровского оледенения подстилает песок древнего аллювия Зеи надпойменной террасы р. Москвы, и, согласно имеющемуся разрезу, являются сорбентами основной массы элементов, фильтрующимися через пески Ходынской террасы.

Значение рН в вертикальном разрезе зачастую меняется от щелочного до кислого состояния среды, и, в свою очередь, характеризуется чаще: возрастом, литологией и гидрологическими процессами участка. Так, в долине реки Москва, наблюдается нейтральная и близкая к нейтральной реакция во всей толще четвертичных отложений в силу песчанистого разреза. При таком разрезе на участке будет преобладать вертикальное просачивание вод. Разрез скважины наглядно демонстрирует связь содержания тяжелых металлов с литологией слоя. Так, супеси, хоть и представляют собой линзы в толще песка четвертичного аллювия, но, всеже, характеризуются сопоставимыми концентрациями изучаемых компонентов.

Представленные колонки скважин №№ 15, 16 наглядно демонстрируют зависимость содержания меди, цинка, кадмия и никеля в суглинке морены днепровского оледенения от рН среды. С понижением кислотности от рН=6.2 рН=5.1 снижается и концентрация изучаемых элементов - для меди с 16.8 мг/кг до 11.7 мг/кг, цинка с 36.5 мг/кг до 35.5 мг/кг, кадмия с 0.13 мг/кг до 0.06 мг/кг, никеля с 18.4 мг/кг до 14.8 мг/кг.

Полученные результаты позволяют заключить, что содержание тяжелых металлов в отложениях неоплейстоцена и голоцена несколько ниже их средних концентраций в почвенных горизонтах г. Москва, но существенно выше, чем их Кларки в литосфере (Заволокина C.B., 2005).

Наибольшие концентрации меди, цинка и кадмия зафиксированы в отложениях голоцена, что характерно для всех литологических типов и различного

кислотно-щелочного состояния среды. Слабее эта тенденция выражена для никеля, концентрация которого более стабильна в разрезе.

В отложениях неоплейстоцена содержание меди, цинка и кадмия примерно в два раза ниже, чем для голоцена. Это связано с тем, что последние на значительной территории города имеет техногенное происхождение, и содержание в них тяжелых металлов зависит от двух причин: от захвата их во время образования, и в результате поступления с нисходящими потоками инфильтрующихся вод из почв, содержащих более высокие концентрации тяжелых металлов.

Глава 5. Комплексная оценка эколого-геохимических условий территории г. Москвы

В результате проведенных исследований химического состава грунтов четвертичных отложений, данные которых сведены в таблицу, представленную в главе 4 диссертационной работы, мы получили возможность оценить масштабы накопления меди, цинка, кадмия и никеля в толще голоцена и неоплейстоцена, а также сравнить их с объемом этих же элементов, выносимым р. Москвой с территории г. Москвы.

На основе данных, представленных в книге «Москва: геология и город», а также знаний приобретенных в ходе работы в ГУП «Мосгоргеотрест» стало возможным посчитать средние мощности всех двенадцати основных литолого-генетических горизонтов.

Масса меди, цннка, кадмия и никеля в четвертичных отложениях г. Москвы. Полученные данные о содержании меди, цинка, кадмия и никеля в четвертичных отложениях, найденные для всех двенадцати основных литолого-генетических горизонтов, позволили оценить масштабы накопления их в толще голоцена и неоплейстоцена. Для каждого литолого-генетического горизонта были выделены и количественно определены площади их распространения и средние мощности, на основании которых вычислены объемы и масса горных пород (табл. 5.1).

Масса меди, цинка, кадмия и никеля в четвертичных отложениях г. Москвы.

Возраст и генезис к в Средняя Масса Масса тяжелых металлов

происхождения Л о е[ Я сз « „ а я о о « с о-в и я СЦ мощность, горных 10 г

горных пород м пород, 109т Си Сс1 №

Голоцен К-ОлУ 900.0 6.70 11.34 213.99 1090.57 1.59 121.22

a-Q.ni 253.0 6.13 2.91 8.79 68.76 0.03 6.78

а-д.,,' 506.6 6.47 6.16 24.15 120 0.12 18.54

а4-От' 300.0 2.30 1.29 4.55 36.95 0.01 6.53

ш в 143.0 2.70 0.73 1.92 11.63 0.01 3.96

О н рг-£>1-¡.щ 631.0 1.54 1.82 21.06 120.85 0.09 26.61

« 904.0 2.80 4.75 38.14 180.6 0.24 49.83

ц в 853.0 3.61 5.79 10.54 49.85 0.06 9.32

о к я 56.7 1.87 1.99 10.73 60.46 0.02 14.93

310.0 3.60 2.10 18.75 130.87 0.06 25.10

205.0 4.99 1.92 22.31 80.83 0.12 27.21

131.5 8.81 2.18 11.12 47.11 0.02 11.53

Четвертичные отложения 21.85 42.99 386.05 1998.48 2.37 321.56

Расчет массы тяжелых металлов (-М^ ) проводился по следующей формуле:

Му =М,*С*, (5.1.)

где:

М1 - масса горных пород /-го возраста и генезиса происхождения,

С(ср - среднее содержание химического элемента горной породе /-го возраста и генезиса происхождения.

Масса горных пород /-го возраста и генезиса происхождения (М1) рассчитывалась по следующей формуле:

М,=8,*Н*р, (5-2.)

где:

5, - площадь распространения горной породы /-го возраста и генезиса происхождения,

Н, - средняя мощность горной породы /-го возраста и генезиса происхождения, р - плотность четвертичных отложений.

Плотность четвертичных отложений принята как среднее для песков, супесей, суглинков и глин - 1,88 г/см3. Была также оценена распространенность в каждом горизонте основных литологических разностей: песков, супесей, суглинков и глин, а также кислотно-щелочного состояния породы.

Расчет средних концентраций производился на основе метода нахождения долей. Так, распространение кислой и щелочной сред во всех горных породах четвертичных отложений различного возраста и генезиса приблизительно одинаково. В силу этого мы взяли их соотношение, как 30 % кислых пород и 70 % щелочных. Соотношение литологических разностей принималось в зависимости от возраста и генезиса пород на основе литературных данных и данных полученных в ходе работы в ГУП «Мосгоргеотрест».

Голоцен. Современные отложения (^.Техногенный (насыпной) слой (к-£>/,/) на территории города Москвы содержит приблизительно 30 % песков, 20 % супеси, 20 % суглинков и 30 % глины (антропогенные включения не учитывались, так как в большинстве своем имеют незначительную долю).

Неоплейстоцен. Верхнечетвертичные отложения Древний аллювий 2ой надпойменной (Мневниковской) террасы р. Москвы (а-бя/) в основном в своем составе содержит песок - 20 % и в незначительных количествах суглинок - 5 % и глину - 5 %. Для древнего аллювия Зеи надпойменной (Ходынской) террасы р. Москвы приняли, что он полностью состоит из песка. Состав древнего аллювия клязьмо-яузского протока ~ это 90 % песка, 3 %

супеси, 4 % суглинка и 3 % глины. Озерно-болотные отложения времени микулинского межледниковья (1Ь-<2шт'к) содержат 50 % песка, 25 % супеси и 25 % глины.

Среднечетвертичные отложения <3п- Покровные отложения (рг-()ц.ш) в основном состоят из суглинков - 90 % и в равных долях из супеси и глины. Флювиогляциальные водно-ледниковые отложения московского оледенения (/<2,Г) содержат 75 % песка, 10 % супеси, 10 % суглинка и 5 % глины. Состав морены московского оледенения (я-б//"") - это по 30 % супеси и суглинка, по 20 % песка и глины. Озерно-ледниковые отложения между днепровским и московским оледенениями (одинцовского межледниковья) состоят из

70 % глины и равных долей песка, супеси и суглинка. Флювиогляциальные водно-ледниковые отложения (/-()и~т) - 75 % песка, по 10 % супеси и суглинка, 5 % глины. Морена днепровского оледенения (g-Qu) в основном состоит из суглинка (80 %) и в равных частях из супеси и глины. Флювиогляциальные водно-ледниковые отложения (/-(2и°~'*) содержат 90 % песка, по 3 % супеси и глины, 4 % суглинка.

При ведении расчета средних концентраций, как было сказано выше, учитывалось соотношение литологических разностей. Но как видно из таблиц 4.1. и 4.2., не для каждой из них были получены средние значения в силу отсутствия необходимого объема данных. В этом случае эта литологическая разность в расчете не принимала участие, но ее доля учитывалась. Общая формула расчета среднего содержания для каждого химического элемента в горной породе имеет вид:

<7 = *!>,; * С, * ¿>у * Су, (5.3.)

7=1 7=1

где:

С,ср - среднее содержание химического элемента горной породе 1-го возраста и

генезиса происхождения, у>к.с. - доля горных пород с кислой средой, у>щ.с. - Доля горных пород с щелочной средой,

м>ц - доля у-ой литологической разности горной породы /-го возраста и генезиса происхождения,

Су - среднее содержание химического элемента _/-ой литологической разности горной породы /-го возраста и генезиса происхождения. На основании выше изложенных данных, а также данных о средних концентрациях тяжелых металлов (Си, Сс1 и №) в основных литологических разностях для каждого из 12 выделенных горизонтов были рассчитаны массы содержащихся в них, а также во всей четвертичной толще, меди, цинка, кадмия и никеля, приведенные в таблице 5.1.

Сравнительная оценка масс тяжелых металлов, содержащихся в почвенном горизонте и четвертичных отложениях г. Москвы и выносимых р. Москвой с её территории. На основе литературных данных и данных полученных экспериментальным путем проведена сравнительная оценка масс тяжелых металлов, содержащихся в почвенном горизонте, четвертичных отложениях г. Москвы и выносимых р. Москвой с её территории.

Много ли это или мало? Для сравнения рассчитана также масса меди, цинка, кадмия и никеля в почвенном покрове г. Москвы, в четвертичных отложениях на тойже территории при кларковых (для песчано-глинистых пород литосферы), а также ежегодный вынос меди и цинка водами р. Москвы с территории города, которые сведены в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

Сравнительная оценка масс тяжелых металлов, содержащихся в почвенном горизонте и четвертичных отложениях г. Москвы и выносимых р. Москвой с её

территории

Изученные объекты Масса породы 109 т. Расход воды 109 м3/год Тяжелые металлы 109 г или 103т. Вынос р. Москвой 109г/год

Си Ъп Сс1 N1 11.18

Почвенный покров 0.373 37.28 111.83 0.56

Четвертичные отложения при кларковых концентрациях 42.99 2.45 3.44 0.013 4.08

при реальных концентрациях 42.99 386.05 1998.48 2.37 321.56

р. Москва 2.1 0.047 0.055 - -

Хорошо видно, что масса рассмотренных тяжелых металлов содержащихся в четвертичных отложениях г. Москвы при реальных концентрациях на порядок превышает их массы в почвенном покрове и на два порядка - при кларковых (фоновых) концентрациях. Ежегодный вынос меди и цинка р. Москвы с территории города также сравнительно невелико.

Таким образом, исходя из рассмотренных данных, можно заключить, что четвертичные отложения на территории г. Москвы являются основным накопителем тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной нагрузки.

Можно считать, что четвертичные отложения мегаполиса являются важнейшей депонирующей средой для тяжелых металлов на территории города. Это обязательно надо учитывать при проведении различных строительных работ, когда на поверхность извлекается значительная масса горных пород и содержащиеся в них тяжелые металлы будут вовлекаться в водную и воздушную миграцию и оказывать негативное влияние на экологическую обстановку города.

Глава 6. Особенности распределения тяжелых металлов в разрезе на примере левобережья р. Москвы в районе Краснопресненской набережной

Детальное изучение распределения меди, цинк, кадмия и никеля в четвертичных и каменноугольных отложениях, а также во взаимодействующих с ними подземных водах осуществили на примере четырех скважин пробуренных до глубины 50 - 60 м на левом берегу р. Москвы в районе Краснопресненской набережной. Участок нанесен на карту-схему г. Москвы под № 50.

Работая с полученными в ходе работ материалами для наглядного их представления были описаны пробуренные скважины и построен геолого-литологический разрез, содержащий места отбора проб грунта и грунтовых вод.

В ходе работы на испытательной площадке было отобрано 20 образцов грунта и проведено 80 анализов на валовое содержание кадия, меди, никеля, цинка, 20 на кислотность (рНКа). Все результаты исследования грунтов сведены в общую таблицу 6.1. Для анализа поступления тяжелых металлов в грунтовые воды было взято 8 проб воды и проведено 32 исследования по определению

валового содержания кадия, меди, никеля и цинка, 24 - катионов Са2+, М§2+, Иа+, 24 - анионов СГ, 8042', НС03", 8 - кислотности (рНКа), 8 - сухого остатка, а также построено распределение изучаемь1х компонентов по разрезу для обеих скважин. Результаты исследования грунтовой воды сведены в таблицу. Пробы были взяты из различных геолого-литологических разностей. Если описывать пробы с верху вниз, то две верхние взяты на уровне насыпных грунтов (одна проба принадлежит к грунтовым водам верховодки, а вторая - к надкаменноугольному водоносному горизонту, который циркулирует в трещиноватых и разрушенных известняках перхуровской толщи и насыщает современные аллювиальные отложения). Одна проба взята из суглинка современного аллювиального отложения, которая также как и предыдущая проба относится к надкаменноугольному водоносному горизонту; две - также из надкаменноугольного водоносного горизонта, но уже на уровне известняка, разрушенного до щебня, дресвы, муки Дорогомиловского горизонта (перхуровской толщи), где в основном и циркулирует горизонт. Две - из глины Кревякинского горизонта (Воскресенской толщи), но вода принадлежит к напорным водам суворовского водоносного горизонта, циркулирующим в трещиноватых известняках суворовской толщи; одна - из среднекаменноугольного водоносного горизонта, циркулирующего в трещиноватых и разрушенных известняках мячковской толщи среднего карбона.

На основе данных анализа грунтовых вод с помощью расчетной программы Бокптея, позволяющей провести термодинамическое моделирование, был найден состав химических элементов и значение выражения 1о§(Ар/кТ) для минералов в подземных водах. Полученные данные представлены в диссертационной работе.

В работе представлено геолого-литологическое строение и гидрогеологические условия испытательной площадки с разрезами для четырех

описываемых скважин.

Подземные воды в четвертичных и каменноугольных отложениях.

Особенности распределения тяжелых металлов в них до глубины ~ 50 м рассмотрены на примере левобережья р. Москвы в районе Краснопресненской

набережной. Для их детального изучения были выбраны две скважины, разрезы которых представлены в работе.

Таблица 6.1.

Содержание тяжелых металлов в четвертичных отложениях и подстилающих их горных породах на территории объекта, расположенного на левом берегу р.

Москвы в районе Краснопресненской набережной.

№ Глубина отбора проб, м рНка Результат измерения, мг/кг

СКВ. са Си N1 гп

НД на МВИ ГОСТ26483-85 РД 52.18.191-89, ПНД Ф 16.1:2.2:3.17-98 РД 52.18.191-89

Погрешность МВИ 0.1 40% 19% 27% 24%

0.3-0.5 7.37 0.1032 37.31 15.38 79.84

0.5-1.0 7.29 0.1441 97.50 11.40 111.64

1.0-2.5 6.81 <ПО 6.23 4.68 13.32

2.5-4.0 6.92 0.0139 29.47 5.22 26.92

3 4.0-6.0 7.38 0.0172 17.28 14.95 29.20

6.0-8.0 7.44 0.0273 12.77 19.61 29.10

8.0-10.0 7.41 0.0197 14.46 19.03 38.44

10.0-13.0 7.46 0.1268 85.55 28.14 108.13

13.0-15.0 8.34 0.2089 15.09 5.52 27.59

15.0-18.0 7.82 0.2205 20.30 23.23 66.50

0.0-0.2 8.24 0.1398 86.56 14.79 119.53

0.2-1.0 7.28 0.3426 132.81 21.22 250.43

1.0-3.0 7.19 0.7353 311.57 32.99 534.53

3.0-4.8 7.36 0.6444 144.71 35.91 752.86

4 4.8-6.0 8.27 0.2256 25.88 18.83 116.83

6.0-9.0 7.45 0.0074 4.91 70.78 194.03

9.0-12.0 7.49 0.0335 14.28 75.53 244.95

12.0-14.0 7.43 0.0288 12.49 80.08 225.37

14.0-16.0 8.12 0.1365 3.42 22.09 51.42

16.0-18.0 7.97 0.1707 7.17 13.33 34.21

Вода четвертичных отложений имеет минерализацию несколько выше 1 г/л и СГ - НС03" - - Са2+ состав Минерализация подземных вод верхнего

карбона увеличивается с глубиной от 1050 мг/л на глубине ~ 13 м до 650 мг/л на отметке - 52 м, где состав воды становится НСОз" - СГ - Са2+.

Несомненно, что подземные воды четвертичных отложений значительно более подвержены влиянию антропогенной нагрузки и достаточно загрязнены.

Об этом говорят закономерные снижения с глубиной отбора содержания изученных компонентов, в том числе и тяжелых металлов, особенно меди, концентрация которой в подземных водах верхней части разреза на глубине 4 м превышает содержание в более глубоких горизонтах в 2 раза. Более сложное изменение концентрации цинка, для которого характерны максимумы содержания на глубинах 4 и 10 - 12 м, где его также в 2 раза больше, чем в остальных опробованных горизонтах.

Действительные формы нахождения химических элементов в природных водных растворах, в том числе и подземных водах, во многом отличаются от данных химических анализов, выраженных обычно в концентрациях неассоциированных ионов.

Количественная оценка реальных состояний химических элементов в подземных водах стала возможной с развитием методов термодинамического моделирования физико-химических процессов в природных водных растворах, в основе которого лежат законы равновесной термодинамики.

Основой термодинамического моделирования гидрогеохимических процессов является представление о существовании в природных системах частичного или локального равновесия. Первое означает, что в неравновесной в целом гидрогеохимической системе могут существовать химические равновесия для отдельных реакций. Локальное равновесие подразумевает, что в целом неравновесную гидрогеохимическую систему можно разделить в пространстве на ряд участков, где в определенное время существуют условия химического равновесия. Между собой они находятся в неравновесном состоянии, обеспечивая также неравновесность крупных гидрогеохимических систем.

Рассматриваются два типа гидрогеохимических систем: гомогенные с взаимодействием между различными компонентами воды и гетерогенные — для систем типа вода—порода и т.п.

Гомогенные системы — это обычные природные растворы, оторванные от вмещающей их гетерогенной системы. Подобной задачей является определение форм нахождения химических элементов в природном растворе известного состава в конкретных РТ-условиях.

Гетерогенные системы — это более приближенные к действительности природные водные растворы, контактирующие с вмещающими породами и газовой фазой. Взаимодействие в подобных системах формирует химический состав природных вод.

Термодинамическое моделирование, исходя из процессов частичного и локального равновесия, состоит в том, что состояние системы описывается через ряд последовательных равновесных состояний.

По своей сути гидрогеохимические задачи подразделяются на две группы, связанные с расчетом равновесного состава и с моделированием необратимой эволюции системы.

Для расчета равновесного химического состава подземных вод существует два подхода: метод решения уравнений термодинамических констант равновесия реакций и метод минимизации свободной энергии Гиббса системы. Существует более 50 компьютерных программ позволяющих решать самые сложные аспекты геохимических процессов.

В диссертации термодинамическое моделирование выполнено с помощью программы БОЬМШЕС?. Результаты исследований приведены в работе. Моделирование показало, что преобладающей формой состояния цинка в подземных водах является его ион а меди - ионы хлорида меди СиСГ и Си2+.

Показано, что за исключением самых верхних частей разреза (на глубине 4 м) подземные воды изученной территории равновесны с карбонатом кальция. Все минералы меди и цинка, за исключением Си20 в верхних частях разреза первого участка, не равновесны с подземными водами, что говорит о возможности их выноса при интенсивной инфильтрации.

Тяжелые металлы в грунтах четвертичных и каменноугольных отложений. Особенности распределения тяжелых металлов в грунтах четвертичных и каменноугольных отложениях до глубины 18 м рассмотрены на примере двух скважин (№№ 3,4) во взаимосвязи с гидро-геологическими скважинами №№ 1,2. Общий разрез испытательной площадки приведен в работе.

Полученные значения в техногенных грунтах скважины № 3 превышают найденные средние значения по всему региону по меди в 1.5 — 4 раза. В песке современного аллювия на границе с глиной видно значительное увеличение содержания меди. Это объясняется тем, что глинистые породы имеют более низкую проницаемость и значительную сорбционность по отношению к тяжелым металлам.

Содержание кадмия, меди, никеля и цинка в скважине № 4 в техногенных грунтах значительно превышает найденные нами средние значения для этих элементов. Это следствие высокой техногенной нагрузки на грунты. Попытки найти какие-либо закономерности в результатах анализа образцов техногенных отложений ни к чему не приводят вследствие особенности их формирования - при постоянном техногенном влиянии, как с поверхности, так и в самой толще (коммуникации, откачки и т.д.).

Динамика содержание тяжелых металлов в исследуемых скважинах по глубине в основном полностью согласуется с геолого-литологическим разрезом и его влиянием на их концентрацию. Так, на границе «песчанистые - глинистые» породы всегда можно видеть накопление и вследствие этого увеличение концентрации тяжелых металлов. Значение рН образцов с увеличением их выемки из известняка разрушенного до щебня, дресвы и муки каменноугольных отложений увеличивается в сторону более щелочной среды. А в глине это значение начинает снижаться.

Как известно, медь связывается в процессе миграции в форме малорастворимых карбонатов, что хорошо видно в разрезе при прохождении ее через карбонатные породы, концентрация меди выравнивается и отклонения по ее среднему содержанию в разрезе не значительно, о чем свидетельствуют и данные анализа образцов как грунта, так и грунтовой воды.

Кадмий относится к элементам слабого захвата, что хорошо иллюстрируют приведенные в работе колонки. Хорошо просматривается его связь с кислотностью среды. При увеличении рН грунта содержание кадмия снижается за счет его закрепления в комплексы.

Поведение никеля в разрезе очень неоднозначно, что можно объяснить постоянным пополнением его содержания вследствие разрушения почвенных и грунтовых минералов, например силиката никеля.

Цинк относится к элементам сильного накопления. При увеличении содержания его в грунтах заметно его значительное уменьшение содержания в грунтовых водах. В известковистых грунтах его содержание значительно снижается.

Полученные результаты анализа показали, что содержание цинка в глинистых породах скважины № 4 почти на порядок превышает содержание в песчаных породах скважины № 3. В глинистых породах для обеих скважин содержание меди с никелем выше раз в 5, а кадмия - на два порядка выше.

Это убедительно показывает, что основными аккумулирующими породами тяжелых металлов являются глинистые породы. Очевидна сорбция.

Основные выводы работы:

Четвертичные отложения на территории г. Москвы являются основным накопителем тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной нагрузки. Содержание меди, цинка, кадмия и никеля в них (голоцен и неоплейстоцен) несколько ниже, чем в почвенных горизонтах, но существенно выше, чем в сопредельных районах Центральной России. Полученные данные обязательно надо учитывать при проведении различных строительных работ, при которых на поверхность извлекается значительная масса горных пород и содержащиеся в них тяжелые металлы вовлекаются в водную и воздушную миграцию и оказывают негативное влияние на экологическую обстановку города.

В большинстве случаев концентрация изученных тяжелых металлов в глинистых и суглинистых разностях выше, чем в песчаных и супесчаных, что объясняется более высокой сорбционной способностью первых, что также подтверждается и на отдельно изученном объекте на левом берегу р. Москвы в районе Краснопресненской набережной.

В кислых средах металлы боле подвижные и естественно, что они в больших количествах аккумулируются в щелочных условиях.

Изучение подземных вод четвертичных отложений на типовом участке современного строительства в районе Краснопресненской набережной позволило заключить, что они значительно подвержены влиянию техногенной нагрузки на что указывает более высокое содержание и Си в подземных водах верхних частей разреза.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Заволокина C.B. Оценка загрязнения грунтов г. Москвы тяжелыми металлами (медь, цинк, кадмий, никель) при проведении инженерно-экологических изысканий.// Четвертая научно-практическая конференция. Раздел «Охрана окружающей среды» - новые подходы и требования к разработке. Материалы докладов. - М.: Эко-Real, 2004, 62 - 68 с.

2. Заволокина C.B. Тяжелые металлы (медь, цинк, кадмий, никель) в четвертичных отложениях территории г. Москвы.// VII Международная конференция «Новые идеи в науках о земле»: Материалы докладов, .т. 4. -М.: КДУ, 2005,19 с.

3. Заволокина C.B., Зверев В.П. О масштабах загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами.// Сергеевские чтения. Инженерно-геологические проблемы утилизации и захоронения отходов. Выпуск 7/ Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (23 марта 2005 г.) - М.: ГЕОС, 2005, с. 111-115.

4. Заволокина C.B., Зверев В.П. О распределении тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в четвертичных отложениях территории Москвы // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология - М.: НПО «Издательство «Наука»», 2007, № 1, с. 67-74.

Отпечатано в типографии ООО «Гипрософт» г. Москва, Ленинский пр-т, Д.37А Тираж 100 экз. 2008 год.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Заволокина, Светлана Владимировна

Текстовая часть.

Графические приложения.

Содержание

Введение.

Глава 1. Природные условия мегаполиса.

1.1. Ландшафтно-климатические условия.

1.2. Геологическое строение.

1.3. Четвертичные отложения.

1.4. Гидрогеологические условия.

1.4.1. Водоносные горизонты и комплексы четвертичных и мезозойских отложений.

1.4.2. Водоносные горизонты и комплексы каменноугольных отложений

1.4.3. Питание и разгрузка подземных вод.

Глава 2. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами.

2.1. Источники поступления тяжелых металлов.

2.2. Основные особенности загрязнения тяжелыми металлами в г. Москве.

2.3. Содержание тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в подвижных средах.

2.3.1. Снеговой покров.

2.3.2. Поверхностные воды и донные осадки.

2.4. Геохимические свойства тяжелых металлов.

2.4.1. Медь.

2.4.2. Цинк.

2.4.3. Кадмий.

2.4.4. Никель.

2.5. Формы миграции металлов.

Глава 3. Методы отбора, подготовки проб и определения тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в вытяжках почв (горных пород) и пробах подземных вод.

3.1. Методы, использовавшиеся при проведении исследования.

3.1.1. Отбор проб.

3.1.2. Подготовка проб к анализу.

3.1.3. Определение тяжелых металлов в образцах.

3.2. Методы подготовки и определения, применяемые при проведении подобных исследований.

3.2.3. Основные методы определения меди, цинка, кадмия и никеля.

3.2.4. Количественные методы анализа, широко используемые в исследованиях.

3.2.4.1. Атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС).

3.2.4.2. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС).

Глава 4. Содержание тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в четвертичных отложениях.

4.1. Критерии оценки загрязнения четвертичных отложений.

4.2. Средние содержания тяжелых металлов в горных породах четвертичных отложений г. Москвы.

Глава 5 Комплексная оценка эколого-геохимических условий территории г. Москвы.

5.1. Масса меди, цинка, кадмия и никеля в четвертичных отложениях г. Москвы.

5.2. Сравнительная оценка масс тяжелых металлов, содержащихся в почвенном горизонте и четвертичных отложениях г. Москвы и выносимых р. Москвой с её территории.

Глава 6. Особенности распределения тяжелых металлов в разрезе на примере левобережья р. Москвы в районе Краснопресненской набережной.

6.1. Геолого-литологическое строение и гидрогеологические условия испытательной площадки.

6.2. Подземные воды четвертичных и каменноугольных отложений.

6.3. Четвертичные и каменноугольные отложения.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами"

Актуальность работы обусловлена необходимостью изучения наиболее токсичных загрязняющих веществ - тяжелых металлов во всех средах крупных мегаполисах, в том числе, как показали настоящие исследования, и в четвертичных отложениях, ранее как носителя загрязнения не изучавшихся.

Целью работы являлось определение содержания и форм нахождения тяжелых металлов (Си, Ъъ., Сё, N1) в четвертичных отложениях (голоцен и неоплейстоцен) на территории г. Москвы, закономерностей их содержания в зависимости от времени формирования породы и особенностей ее среды, а также анализе масштабов их распространения в четвертичных отложениях по сравнению с почвенным горизонтом.

Основные задачи исследований заключались:

В работе впервые показано, что четвертичные отложения являются депонирующей средой Си, Zn, С<3 и N1.

Основные защищаемые положения:

2. Подтверждено, что накопление тяжелых металлов (Си, Ъъ, Сё, N1) в четвертичных отложениях территории г. Москвы определяется литологическим составом горных пород. В глинистых и суглинистых разностях концентрация изученных тяжелых металлов выше, чем в песчаных и супесчаных, что обусловлено их более высокой сорбционной способностью.

3. Методами статистического анализа оценено среднее распределение рассматриваемых тяжелых металлов (Си, Хп, Сс1, N1) для различных возрастных и лптологических разностей в зависимости от кислотно-щелочного состояния среды.

4. Количественная оценка содержания Си, Ъп, Сё, N1, в почвенных горизонта и четвертичных отложениях позволило установить, что масса этих элементов, сосредоточенная в четвертичных отложениях, на порядок превышает их массу, находящуюся в почвенных горизонтах г. Москвы.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты, наряду с другими исследованиями доказали необходимость оценки содержания тяжелых металлов не только в почвенных горизонтах, но и в четвертичных отложениях, что чрезвычайно важно для строительства, сопровождающегося обычно перемещением значительных масс пород, которое необходимо учитывать как один из факторов загрязнения окружающей среды. Полученные при исследоьгнии данные могут быть использованы для дальнейших сравнительных анализов загрязнения четвертичных отложений на территории г. Москвы.

Фактический материал.

Работа выполнялась в лаборатории геохимического анализа ГУП «Мосгоргеотрест». В ее основу положенобольшое число образцов почв и четвертичных горных пород, отобранных автором при выполнении плановых работ «Мосгоргеотреста» в различных райнах г. Москвы, и проанализированных им на атомно-абсорбционном спектрофотометре КВАНТ-2А.

Публикация и апробация работы.

Результаты исследований докладывались на Четвертой научно-практической конференции «Эко-Real». Раздел «Охрана окружающей среды» - новые подходы и требования к разработке, в 2004 г. (г. Москва), на VII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» в 2005 г. (г. Москва). По теме диссертации опубликовано 4 научные работы, в том числе статья в журнале «Геоэкология».

Структура и объем работы.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук В.П. Звереву и всему коллективу лаборатории гидрогеоэкологии ИГЭ РАН, заведующей лабораторией гидрогеоэкологии к. геол.-мин. наук И.В. Галицкой и к. геол.-мин. наук И.А. Костиковой за помощь, критические замечания и доброжелательное отношение. Автор искренне признателен начальнику лаборатории комплексных эколого-геохимических исследований ГУП «Мосгоргеотрест» В.А. Гайнцеву, начальнику лаборатории ГУП «Мосгоргеотрест» Г.И. Виноградовой за постоянную поддержку и вниемание к работе, а также A.M. Кольцову и В.В. Немцову за содействие в оформлении работы.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Заволокина, Светлана Владимировна

Заключение

Четвертичные отложения на территории г. Москвы являются основным накопителем тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной нагрузки. Содержание меди, цинка, кадмия и никеля в них (голоцен и пеоплейстоцен) несколько ниже, чем в почвенных горизонтах, но существенно выше, чем в сопредельных районах Центральной России. Полученные данные обязательно надо учитывать при проведении различных строительных работ, при которых на поверхность извлекается значительная масса горных пород и содержащиеся в них тяжелые металлы вовлекаются в водную и воздушную миграцию и оказывают негативное влияние на экологическую обстановку города.

В большинстве случаев концентрация изученных тяяселых металлов в глинистых и суглинистых разностях выше, чем в песчаных и супесчаных, что объясняется более высокой сорбционной способностью первых, что также подтверждается и на отдельно изученном объекте на левом берегу р. Москвы в районе Краснопресненской набережной.

В кислых средах металлы более подвижны и естественно, что они в больших количествах аккумулируются в слабо и сильнощелочных условиях.

Изучение подземных, вод четвертичных отложений на типовом участке современного строительства в районе Краснопресненской набережной позволило заключить, что они значительно подвержены влиянию техногенной нагрузки на что указывает более высокое содержание Тп и Си в подземных водах

X / верхних частей разреза.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Заволокина, Светлана Владимировна, Москва

1. Адерихин П.Г. Влияние высушивания почвы на подвижность ее составных частей. Пробл. Советск. Почвовед., сб. 6, 1938

2. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000.

3. Алексеенко В.А., Алексеенко Л.П. Геохимические барьеры: Учеб. пособие. М.: Логос, 2003.

4. Аналитическая химия цинка. М., 1975.

5. Адресон Р.К., Хазиев Ф.Х. Борьба с загрязнением почвогрунтов нефтью. М.: Наука, 1981.

6. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М. Изд-во московского университета, 1961.

7. Артюшин А.М., Державин Л.М., Краткий справочник по удобрениям, 2 изд. М., 1984, с. 48-49.

8. Ахтырцев Б.П., Ахтырцев А.Б., Яблонских Л.А. Тяжелые металлы в почвах пойменных ландшафтов Среднерусской лесостепи и их миграция.// Тяжелые металлы в окружающей среде: материалы международного симпозиума 15-18 октября 1996 г., Пущино, 1997, с. 15 24.

9. Баландин Р. К. А. Е. Ферсман. М., Просвещение, 1982.

10. Барс А.П., Марчук И.П. Структурно-тектоническое строение района г.Москвы. М., 1982.

11. Бычинский В.А., Сутурин А.Н. Геохимические аспекты токсичности элементов. Геохимия техногенеза. М.: Наука, 1990 - с. 94-103.

12. Вайнфорднер Д./ Спектроскопические методы определения следов элементов. М.: Мир, 1979.

13. Варшал Г.М., Кощеева И .Я., Сироткина И.С./7 Геохимия. 1979. №4. с. 598-607.

14. Володов А.И.Разработка технологии очистки от тяжелых металлов загрязненных территорий и ливневых стоковпромышленных предприятий.// Автореферат диссертации. к.т.н., М.2006.

15. Воронова Л.Д., Торина И.Г., Чуркина Н.М. Влияние ядохимикатов и минеральных удобрений на полезных животных. "Охрана природы и заповедное дело в СССР", 1962, бюлл. № 7, с. 11-21.

16. Гаврюхина A.A. Формирование подземных вод под влиянием искусственной разгрузки (на примере г.Москвы). М.: Наука, 1964г.

17. Галицкая И.В., Есин A.B., Онищенко Т.Л. Загрязнение поверхностных вод и донных осадков. Москва: геология и город/ Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997. с. 323 - 332.

18. Галицкая И.В., Путилина B.C., Юганова Т.И. Влияние оранического вещества на миграцию тяжелых металлов на участках складирования твердых бытовых отходов: Аналитический обзор/ ГПНТБ СО РАН; ИГЭ РАН. -Новосибирск, 2005. 100 с. - (Сер. Экология. Вып. 76).

19. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.А., Флоровская В.Н., Алексеева Т.А., Козин И.С., Оглобина А.И., Раменская М.Е. Теплицкая Т.А., Шурубор Е.И. Геохимия полицикличезких ароматических углеводородов в горных породах и почвах. М.: Изд. МГУ, 1996.

20. Герасимов П.А. и др. Юрские и меловые отложения Русскойплатформы. М.: Изд.МГУ, 1962.

21. Глазовская М.А. Земельные ресурсы мира, их использование и охрана. М., 1978. С.85-99.

22. Глазовская М.А., Пиковский Ю.И. Скорость самоочищения почв от нефти в различных природных зонах// Природа. — 1980, — № 5. с. 118-119.

23. Гуляева Н.Г. Методические рекомендации по эколого-геохнмической оценке территорий при использовании многоцелевого геохимического картирования масштабов 1: 1000000 и 1:200000. М.: ИМГРЭ, 2002. 72-,

24. Даньшин Б. М. Геологическое строение и полезные ископаемые Москвы и ее окрестностей (пригородная зона). -М.: Изд-во МОИП, 1947.

25. Добровольский В.В. Роль органического вещества почв в миграции тяжелых металлов/Шрнрода. 2004. № 7. с. 3 5-39.

26. Дробышев А.И. Основы атомного спектрального анализа. -СПб.: Изд-во С.-Петербург. Ун-та, 2000.

27. Дэвис Дж.С. Статистический анализ данных в геологии: Пер. с англ. В 2 кн./ Пер. В.А. Голубевой; Под ред. Д.А. Родионова. Кн. 1. М.: Недра, 1990. -319 е.: ил.

28. Едемская H.JI. Биологическая активность дерново-подзолистых почв, загрязненных тяжелыми металлами./ под ред. JI.A. Лебедевой. М.: изд-во МГУ, 1999.

29. Ельпатьевский П.В. Геохимия миграционных потоков в природных и природпо-техногенных системах. М.: Наука, 1993.

30. Заволокина C.B. Тяжелые металлы (медь, цинк, кадмий, никель) в четвертичных отложениях территории г. Москвы.// VII Международная конференция «Новые идеи в науках о земле»: Материалы докладов, .т. 4. М.: КДУ, 2005, 19 с.

31. Зайцев Е.И., Сотсков Ю.П., Резников P.C./ Нейтронно-активационный анализ горных пород на редкие элементы. -М.: Недра, 1978.

32. Зверев В.П. Подземные воды земной коры и геологические процессы., М.: Научный мир, 2006.

33. Зверев В.П., Путилина B.C., Киселева Н.В. Количественная оценка локального массопереноса в гидросфере на примере р. Москвы. М.: Геоэкология, 1995, № 5. с. 46-54.

34. Зиангиров P.C., Зверев В.П., Кутепов В.М., Медведев О.П., Петренко С.И., Хоменко В.П., Чертков Л.Г. Карст и суффозия// Москва: геология и город/ Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997.

35. Зиангиров P.C., Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К. Грунтоведение/ под ред. Трофимова В.Т. М.: Изд-во МГУ, 2005.

36. Зырин Н.Г. и др. Микроэлементы в почвах Западной Грузии. В кн.: Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах./ М.: Изд-во МГУ, 1979.

37. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984.

38. Ильина Н.С., Елина J1.M., Рыжова A.A., Бузинова В.М. Каменноугольные отложения центральных областей Русской платформы. JL: Гос. НТИ Нефтяной и Горно-топливной литературы, 1958.

39. Исаченко А.Г., Шляпников A.A. Природа мира: Ландшафты. -М.: Мысль, 1989.

40. Ицкова А.И. Никель и его соединения. М.: 1984.

41. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях./М.: Мир, 1989.

42. Каздым A.A. Техногенные неогеологические отложения -культурные слои и процессы аутигенногоминералообразования// Вестник Российского Университета Дружбы народов. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2001, № 5, с. 45-53.

43. Каздым A.A. Культурный слой как один из видов техногенного литогенеза и его литогеохимические особенности// В сб. «Минералогия техногенеза-2002». Миасс, Имин УрО РАН, 2002, с. 226-247.

44. Карта геоморфолого-неотектонического районирования Нечерноземной зоны РСФСР. Масштаб 1:1500000. Гл. ред. В.И. Бабакин. М.: ГУГК, 1984.

45. Карта новейшей тектоники СССР м-ба 1:5000000// под ред. Н.И. Николаева и С.С. Шульца. М.: ГУГК, 1960.

46. Кечин В.А., Люблинский Е.Я., Цинковые сплавы, М., 1986.

47. Ковалева Е.П., Лысенко А.Я., Никитин Д.П. Урбанизация и проблемы эпидемиологии. М.: Медицина, 1982.

48. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985.

49. Ковда В.А. Основы учения о почвах. М.: Наука, 1973. - Т. 2.

50. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. Под. Ред. Исаева Л.К. СПб: Эколого-аналитический информационный центр «Союз», 1998.

51. Коржинский Д.С. Теория метасоматической зональности. М.: Наука, 1969.

52. Котлов Ф.В. Инженерно-геологические особенности юрских глин оксфордского яруса г. Москвы и ее окрестностей в связи с условиями их формирования., Труды ЛГТП АН СССР, т. 15, 1957.

53. Крайнов С.Р., Шваров Ю.В., Гричук Д.В. и др. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии. М.: Недра, 1988.

54. Крайнов С.Р., Швец В.М. Основы геохимии подземных вод.1. М.: Недра, 1980.

55. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. М.: Наука, 2004.

56. Красильников H.A., Лучистые грибки и родственные им организмы. Actinomycetales, М.- JL, 1938.

57. Красильщик В.З., Воропаев Е.И., Шмалина Е.Ю., Чупахин М.С./ Высокочистые вещества// 1987. Т. 1. No. 3. с. 151.

58. Кузьменко Ю.Т. Рабочие материалы к структурно тектонической карте центральных районов Русской плиты масштаба 1 : 1 ООО ООО. 1991.

59. Кузьменко Ю.Т., Куклинский А.Я., Пименов Ю.Г. Тектоника осадочного чехла и кристаллического основания района Москвы// Бюллетень МОИП. 1994, т. 69, вып. 4. с. 10-18.

60. Кузьмин Н.М., Красильщик В.З./ Ж. анал. химии// 1988. Т. 43. No. 8. с. 1349.

61. Ладонин Д.В. Влияние техногенного загрязнения на фракционный состав меди и цинка в почвах// Почвоведение, 1995, № 10, с. 89-92.

62. Ладонин Д.В. Изучение трансформации техногенных форм меди и цинка почвой в условиях модельного эксперимента.// Агрохимия, 1996, № 1, с. 94-99.

63. Лакерник М.М., Пахомова Г.Н., Металлургия цинка и кадмия. -М., 1969.

64. Лисовский И.П., Смахтин Л.А./ Ядерно-физические методы анализа вещества. М: Атомиздат// 1971. с. 116-117.

65. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование миграции подземных вод, М.: Недра 1986.

66. Мажайский Ю.А., Евтюхин В.Ф., Резникова A.B. Экология агроландшафта рязанской области// М.: Изд-во МГУ, 2001.

67. Макаров В.И. Региональные особенности новейшей геодинамики платформенных территорий в связи с оценкой ихтектонической активности// Недра Поволжья и Прикаспия. Вып. 13 (специальный). Ноябрь, 1996. с. 53-60.

68. Медведь Л.И., Спыну Е.И., Сова P.E. Вопросы интегральной оценки опасности химического загрязнения окружающей среды. М.: Гиг. и сан., 1982, с. 62-64.

69. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии. В 3 т. 2-е изд., стер. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002.

70. Москва: геология и город/ Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997.

71. Мячин И.К. По Москве-реке. М.: Московский рабочий, 1977.

72. Обухов А.И. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами и мероприятия по их устранению// Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах., Пущино, ОНТИ НЦБИ, 1990, с. 52-60.

73. Осипов В.PI. Зоны геологического риска на территории г. Москвы// Вестник РАН. 1994. т. 64. № 1. с. 32-45.

74. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева H.A. Микроструктура глинистых пород/ под ред. Сергеева Е.М. М.: Недра, 1989.

75. Первунина Р.И., Зырин Н.Г., Малахов С.Г. Влияние известкования дерново-подзолистой почвы на поступление кадмия в растения и на динамику его форм в природе. Миграция- загрязняющих веществ в почвах и сопредельных

Информация о работе

Заволокина, Светлана Владимировна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.36

Диссертация

Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы