Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности загрязнения воздушного бассейна городов-центров горно-добывающей промышленности Кольского полуострова

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Особенности загрязнения воздушного бассейна городов-центров горно-добывающей промышленности Кольского полуострова"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ДЕЛИЛА. ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ ^ _ - РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ^ ^ ['ОСуДКРСТВЕННиЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

о о Г-"Л »г.Г.Э

•■> ' 1 "* Географически!! факультет

На правах рукописи

ГОЛУБЕВА Наталия Ивановна

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДОИ - ЦЕНТРОВ ГОРНО-ДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1995

Работа выполнена на кафедре рационального природопольэовани} Г'еографичесного факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Научный руководитель- доктор географических наук А.В.Евсеев. Официальные оппоненты: доктор географических наук,

¡¡едущая организация: Институт глобального климата и экологии. Росгидромета и РАН

Защита состоится "/& " 1995 г. в /Ь часов

на заседании физико-географического диссертационного совета Д-ОБЗ.05.29 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: П9899, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, Географический .факультет, 18 этаж, ауд.1807.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гу Географического факультета МГУ.

профессор В.В.Добровольский, доктор географических наук, профессор С.М.Мягков.

Автореферат разослан

/

Ученый секретарь диссертационного ' совета, кандидат географических наук

Актуальность теш. Горно-добывающая промышленность, являясь |ДНой из ведущих отраслей хозяйства России, в то же время служит ющным источником антропогенного воздействия на природную среду.

Деятельность предприятий этой отрасли промышленности припо -[ИТ не только к сильным механическим нарушениям природных ланд-ифтов. но и химическому загрязнению природной среды и, прежде юего, воздушного бассейна в результате поступления в него больного количества токсичных соединений в составе выбрасываемой пы-ш. Следствием этого является нарушение нормального функциониро-¡ания геосистем. Эффект негативного воздействия на природную сре-1У значительно усиливается в условиях ландшафтов, отличающихся гпрощенной структурой их функционирования, пониженным потенциалом ¡амоочищения за счет малой интенсивности биохимического кругово-юта. и. как следствие этого, большой неустойчивостью к внешним юздействйям. которые присущи северным районам России, где сосре-юточена значительная часть предприятий горно-добывающей промыш-юнности.

Как правило, развитие рассматриваемой отрасли хозяйства соп-ювождается концентрированием населения на урбанизированных тер-жториях, которые на себе испытывают последствия загрязнения при-юдной среды. Особенно опасные ситуации могут сложиться в услови-IX Заполярья, где закономерное ухудшение экологической обстановки з городах - центрах горно-добывающей промышленности сочетаются с некомфортными, стрессовыми природными условиями, что создает уг-)озу нормальной жизнедеятельности людей.

В обозримой перспективе потребности хозяйства страны в при-зодных ресурсах, по-видимому, будут увеличиваться. Исходя из вы-)окого удельного веса природноресурстного потенциала зоны Севера. >охранится и необходимость дальнейшего освоения его территории.

Все вышеизложенное обусловливает актуальность исследования ^енезиса загрязнения атмосферного воздуха и сопредельных сред, юлучение оценок настоящего и будущего эколого-геохимического состояния городов - центров горно-добывающей промышленности Кольского полуострова, расположенного в экстремальных природных усло-зиях.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы - установить зсобенности процесса загрязнения воздушного бассейна городов -дентров горно-добывающей промышленности Кольского полуострова, ■¡то включает оценку уровня загрязнения атмосферного воздуха и

- г -

внутригодовую динамику его изменения, исследование генезиса заг рязнения воздушного бассейна, определение степени влияния "морфо логии" города и микроклиматических условий на формирование поле: концентрации загрязняющих веществ и на накопление их в сопредель ных средах (снежный покров, почва, растительность). Выявить apea лы распространения существующих и потенциально возможных остры конфликтных экологических ситуаций, связанных с теми или иным: хозяйственными мероприятиями в изучаемых городах с использование] геоинформационных технологий. Разработать рекомендации по сниже нию уровня загрязнения геосистем, рассматриваемых городов.

Для выполнения поставленной задачи необходимо решить следую щие задачи.

1. Изучить природные особенности городов Апатиты, Кировск Ковдор, способствующие процессам накопления загрязняющих вещест! в ландшафтах. Выполнить микроклиматические исследования городов.

2. Дать характеристику источникам эмиссии аэротехногенны: поллютантов, установить приоритетные для городов Кировск, Апати ты, Ковдор микроэлементы.

3. Провести цикл измерений концентраций приоритетных дл г.г.Кировс1? и Апатиты загрязняющих веществ в атмосферном воздух на основе использования современных аналитических методов.

4. Путем отбора проб и измерения концентрации загрязнителе: в образцах природных индикаторов (снежный покров, почва, расти тельность) исследовать их пространственное распределение на тер ритории исследуемых городов.

5. На основе полученных экспериментальных данных и анализ, экологически значимых природных и социально-экономических факто ров сформировать базу данных ЭГИС и построить на ее основе сери экологических карт для г.г.Кировск, Апатиты.

Научная новизна.

1. Установлены уровни загрязнения атмосферного воздуха урба низированных территорий и их сезонная динамика в годовом цикле условиях функционирования в черте города предприятий горно-добн вающей промышленности.

2. Выявлены микроклиматические изменения ветрjboto и темпе ратурного режима на территории исследуемых городов, оказывающи влияние на процессы формирования полей концентрации мыроэлемен тов в сопредельных средах.

3. Показана правомерность использования методов ландшафтной [ндикации для изучения пространственного распределения металлов 1а урбанизированных территориях в условиях Заполярья, а также юзможность их взаимозаменяемости. Установлены закономерности [ространственной неоднородности полей концентрации загрязняющих ¡еществ в природных объектах городской среды.

4. Впервые для исследуемых урбанизированных территорий пост-юена ЭГИС, с помощью которой выявлены районы различной экологи-[еской напряженности.

Практическая ценность. Полученные результаты могут быть ис-ользованы для прогноза тенденции изменения экологического состо-ния окружающей природной среды в городах Заполярья вследствие агрязнения атмосферного воздуха металлами, поступающими от редприятий горно-добывающей промышленности, и последующего их на-опления в депонирующих средах, а также для проведения эколо-о-географических экспертиз при планировании стратегии развития ородов Заполярья.

■ Фактические материалы. Основные фактические материалы были олучены при проведении полевых исследований в период с 1989 по 992 г.г.. в результате которых было отобрано 160 проб атмосферой) воздуха. 130 образцов почв, 70 образцов снежного покрова. 25 бразцов коры деревьев, 25 образцов мхов. Во всех отобранных про-ах воздуха, образцах природных индикаторов были определены кон-ентрации железа, марганца, цинка, меди, кадмия, свинца, кобаль-а. никеля, хрома, стронция. В почвенных образцах определялись ислоторастворимые формы микроэлементов. Определен солевой состав нежного покрова и рН. .

В летние периоды 1990 и 1991 гг. были проведены микроклима-ические наблюдения на территории городов Кировска и Апатиты.

В работе использованы фондов!-э материалы группы "Арктика". О "Апатит", отделов архитектуры и градостроительства исполни-ельных комитетов гг.Апатиты, Ковдор, Мурманского УГКС.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссерта-ионной работы были обсуждены на школе-семинаре Совета молодых ченых географического факультета МГУ "Экологические проблемы ос-оения Севера" (Кировск, 1990 г.). на Научной конференции "Физи-о-географические аспекты изучения урбанизированных территорий" Ярославль, 1991 г.), на Российско-Финском симпозиуме "Атмосфер-

ный перенос загрязняющих веществ и их влияние на экосистемы" (Заполярный. 1993 г.). на международной конференции "Города Заполярья и окружающая среда" (Воркута. 1994 г.). По теме диссертации опубликованы 4 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Ее объем составляет 120 страниц машинописного текста. Текст иллюстрирован 19 таблицами и 38 рисунками. Список литературы включает 294 наименования, из них 260 на иностранных языках.

Автор благодарит за советы и большую помощь в работе научного руководителя, доктора географических наук А.В.Евсеева, а также к. г.н. Т.М.Красовскую и к.ф.-м.н. Л.В.Бурцеву за ценные консультации и помощь в работе. Автор признателен Т.Г.Суховой за помощь в проведении аналитической обработки и к.т.н. Э.Я.Кононову за помощь в проведении статистической обработки материала, д.г.н. В. С.Тикунову за помощь в математической обработке матрицы ГИС.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введенге. Обосновывается актуальность исследования, определяются города, которые являются объектами исследования, формулируется цель и задачи работы и методология их решения. Оценивается научная новизна и практическая ценность проведенного исследования.

Глава 1. "ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА". Эколого-географические условия играют определяющую роль в процессах загрязнения ландшафтов и формируются под влиянием природных и антропогенных факторов.

1.1. Природные предпосылки накопления загрязняющих веществ в ландшафте.

1.1.1. Геолого-геоморфологические особенности территории. В геологическом отношении Кольский полуостров является восточной окраиной Балтийского кристаллического«щита. Города, рассматриваемые в настоящей работе, расположены в районах интрузий палеозойского возраста. Хибинский массив из герцинской группы интрузий щелочных нефелиновых сиенитов (их образуют минералы: калиево-натри-евый полевой шпат, эгирин, нефелин). Типоморфными элементами являются стронций, титан, цинк, марганец, барий, фтор и др. Ков-дорский железо-рудный массив из каледонской группы интрузий уль-

эаосновных щелочных пород. Главные компонента руд: магнетит. )рстерит, апатит, кальций. В состав примесей входят медь, ни-зль, кобальт, титан, ванадий и др. (Геология СССР. 1958 г.).

Коренные породы перекрыты тонким чехлом четвертичных морение и водноледниковьх отложений. В целом, минералогический состав )рены вполне отвечает минералогическому составу гнейсов, грани-)в и основных интрузий, которые широко распространены в западной юти Кольского полуострова (Никонов В.В.. 1987 г.).

Небольшие высоты рельефа Кольского полуострова не могут слу-)ть серьезным припятствием на пути поступления загрязняющих ве-зств с дальним атмосферным переносом. Однако прослеживается вли-ше геоморфологических факторов на локальном уровне. Хибинский )рный массив определяет накопление тяжелых металлов, поступающих г Мончегорского комбината цветной металлургии, на склонах, обратных к этому региональному источнику. С другой стороны. Хибинс-ie горы существенно ограничивают распространение поллютантов. зступающих от предприятий ПО "Апатиты" (Красовская Т.М..1990г.).

Город Кировск расположен в межгорной котловине оз.Большой /дьявр на Кировском конечно-моренном валу (Арманд А.Д., 1964 ), Перепад высот в пределах городской застройки достигает 100 поэтому процессы перераспределения вещества с водным стоком ■рают здесь важную роль. Окружение города горными склонами Хибин )здает условия для частого возникновения инверсий температуры, юсобствующих застаиванию загрязненного воздуха над территорией >рода.

Город Апатиты лежит на Приимандрской денудационной цокольной шнине докембрийского пенеплена с колебаниями высот от 150 до )0 м. Северный и центральный районы города характеризуются более ючлененным рельефом с перепадом высот от 10-12 м. В южной и чэ-востОчной частях города преобладают выровненные поверхности с ¡большими депрессиями.

Город Ковдор расположен в районе с грядово-холмистым типом $льефа с ледниковой отработкой на докембрийских породах, на бе-iry оз.Ковдор. Город окружен невысокими горами (с абсолютными юотами до 350 м). На фоне общего понижения рельефа с востока -!веро-востока на запад - юго-запад (в пределах города составляет )-60 м), в восточной части города рельеф наиболее расчленен. Пе-¡пады высот 8-И м.

1.1.2. Климатическая харакеристика и потенциал загрязнения атмосферы. Кольский полуостров относят к атлантико-арктической зоне умеренного пояса (Мячкова H.A., 1983 г.). В зимние месяцы характерна интенсивная циклоническая деятельность. В летнее время ее интенсивность снижается, траектории циклонов отклоняются к югу. В этот период происходит чередование теплых, сухих континентальных и прохладных влажных морских воздушных масс. В переходные сезоны характер циркуляции над полуостровом наименее устойчив.

Количество солнечной радиации, поступающей в ландшафты, невелико - 65-70 ккал/смг в год. что обусловливает замедленный биогеохимический круговорот, способствующий аккумуляции антропогенных загрязнителей в ландшафтах.

В гг. Апатиты и Ковдор в течение всего года преобладают западные, северо-западные, восточные и юго-восточные ветры, в г.Ки-ровске - северные и южные. Среднегодовая скорость во всех пунктах не превышает 4 м/с. . Штилевые условия наблюдаются до 20% в год.

Повторяемость температурных инверсий наибольшая в районе Хибинского массива до 12 дней в месяц в зимнее время. Среднегодовое количество осадков в гг.Апатиты и Ковдор - 587-598 мм, в Кировске - до 928 мм. Период залегания снежного покрова, интенсивно аккумулирующего антропогенные загрязнители, наибольший в г.Кировске -222 дня. Повышению скорости аккумуляции атмосферных поллютантов на подстилающую поверхность способствуют туманы. Число дней с туманами от 15 в Ковдоре до 70 в Кировске.

Таким ооразом. местные климатические условия района исследования определяют повышенный уровень потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА) (Евсеев A.B., 1992 г.). Вместе с тем, Кольский полуостров подвержен воздействию дальнего атмосферного переноса, т.к. расположен в зоне активного влияния циклонов, зарождающихся на севере Атлантики, перемещающих воздушные массы с территории Западной Европы на ЕТР.

1.1.3. Почвенный и растительный покров. Многочисленные исследования показывают, что в почвах фиксируются статичные очаги загрязнения - результат кумулятивного эффекта многолетнего техногенного воздействия на природную среду. Миграция загрязнителей определяется физико-химическими свойствами почв, связанными с их генезисом. В связи с этим, в работе рассматривается краткая характеристика естественного почвенного покрова районов расположе-

ния изучаемых городов.

Города Ковдор и Апатиты расположены в северотаежной лесной зоне, что определяет сочетание на территории изучаемых городов гумусовых подзолов, сформированных на флювио- и озерно-гляциаль-ных отложениях. Расположение г.Кировска в нижнем ярусе Хибин определяет проявление здесь высотной зональности и наличие в верх них частях склонов горно-тундровых иллювиально-гумусовых почв, сформированных на элюводелювии нефелиновых сиенитов.

Почвообразующие породы уменьшаю^ кислотность почв, что приводит к образованию своеобразного щелочного барьера, для которого характерна концентрация железа, хрома, цинка, меди, никеля и, др. (Красовская Т.М. и др., 1992).

Следует отметить, что северные почвы чрезвычайно уязвимы к антропогенному воздействию. Наличие характерного горизонта - Ат -накопление органических слаборазложенных остатков и моховой подушки способствует аккумуляции загрязняющих веществ в верхней части почвы, слабое перераспределение по генетическим горизонтам.

Северная тайга состоит в основном из ели Сибирской (Picea obovata), березы извилистой (Betula tortuosa), рябины Городкова (Sorbus Gorodkovll). На территории городов Апатиты и Ковдор широко распространена сосна Лапландская (Dlnus lapponlca), из мхов преобладают Pleurozluin Schreberl и Drepanoc ladus sp. На высоте 650-400 м в г.Кировске появляется березовое редколесье, состоящее из той же березы извилистой и березы Кузьмичева (Betula Kusmlss-chefll) и др.

1.2. Антропогенные предпосылки накопления загрязнителей. Города Апатиты, Кировск, Ковдор - являются центрами горнодобывающей промышленности, специализирующиеся на добыче и обогащении апати-то-нефелиновых и железных руд, добыче слюды.

Разработка и обогащение апатито-нефелиновых руд Хибин, а также апатит и магнетитсодержащих руд Ковдорского месторождения сопровождаются сильным механическим нарушением ландшафтов и поступлениями в воздушный бассейн больших объемов пыи с хвостохра-нилищ и карьеров. Пыль имеет состав слагающих пород, обогащенных соединениями стронция, фосфора, алюминия в гг.Апатиты и Кировск и преимущественно соединениями магния, железа, никеля, а также стронция, фосфора и др. в районе Ковдора, поэтому в составе пыли в воздушный бассейн городов поступают перечисленные выше элемен-

ты.

Помимо предприятий горно-добывающей промышленности источни клми эмиссии загрязняющих веществ явялются предприятия энергети ки. Кировская ГРЭС и Ковдорская ТЭЦ. использующие, главным обра зом. жидкое топливо, поставляют в атмосферу окислы'азота, больши объемы углеводорода, двуокись серы, с зольной'фракцией в воздуш ный басейн поступают кадмий, кобальт, цинк, ванадий и др:

Вклад автотранспорта составляет 18-20% в суммарные выброс всех источников эмиссии на территории городов. Все остальные не большие предприятия не дают специфических выбросов и их вклад н превышает 1% в суммарные выбросы от стационарных источников.

Мощнейшим региональным поставщиком загрязняющих веществ яв ляется Мончегорский медно-никелевый' комбинат, в выбросах которог содержатся окислы серы, азота и углерода, тяжелые металлы (медь никель, кобальт и др.).

Таким образом, приоритетными загрязнителями для центров гор но-добывающей промышленности Кольского полуострова являются медь никель, стронций, кадмий, хром, свинец, цинк и др. Способност металлов мигрировать в экосистемах, накапливаться в живых орга низмах, включая человека, в сочетании с высокой токсичностью де лает их предметом особого внимания.

В работе рассматриваются показатели "городской инфраструкту ры". которые непосредственно влияют на накопление или перераспре деление загрязнителей, поступающих в пределах городской черты, ним отнесены: плотность населения, которая связана с плотность застройки различных микрорайонов и их функциональным назначением возраст застройки, ее этажность, корреляция пространственно структуры городской застройки с преобладающим направлением ветра напряженность транстпортных магистралей и степень озеленения. В всех городах выделяются три функциональные зоны: промышленная зо на. жилые районы и парковая зона.

• Проведенный анализ источников загрязнения и их местоположе ние, особенности "городской инфраструктуры" показывает большо сходство антропогенных пре;юсылок, определяющих структуру заг рязнения воздуха, его качественные и количественные характеристи ки.

Глава 2. "ПОСТАНОВКА ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРО ВЕДЕНИЯ РАБОТЫ". Для решения поставленной в этой работе задач

был проведен комплекс натурных измерений, программа которых базировалась на основе учения о техногенных потоках вещества в ландшафтах, разработанного ландшафтоведами-геохимиками М.А.Глазовс-кой. А. И.Перельманом, В. В. Добровольским и др.. на методических разработках по оценке эколого-геохимического состояния городское среды, представленных в работах, выполненных под руководством Касимова Н. С., СаетаЮ.Е.. Евсеева A.B. и др. Программа исследования учитывала физико-географические особенности района расположения городов и включала отборы проб воздуха, снежного покрова, почвы, растительности по методикам, изложенным в работах (Методические рекомендации по геохимический оценке загрязнения территорий городов химическими элементами. 1982. Унифицировачные методы мониторинга загрязнения природной среды, 1986 г. и др. ) и дальнейшее определение в них содержания меди, никеля, марганца, цинка. свинца, кадмия, кобальта, стронция, железа, хрома, макрокомпонентов атмосферных осадков на основе использования современных аналитических методов анализа.

Оценка уровня накопления загрязнителей в природных средах проводилась относительно их фоновых значений и содержания их в литосфере.

Одновременно в гг.Кировск и Апатиты в июле 1989. 1990 гг. проводились микроклиматические наблюдения по методике, изложенной в работе Ковриго П.А., 1987 г. Полученные материалы подвергались специальной обработке (Рекомендации по описанию климата большого города, 1977 г. ).

Аналитическая обработка. Для определения содержания меди, никеля, кадмия, кобальта, стронция, хрома, цинка, свинца, натрия, калия, кальция, магния в исследуемых образцах использовался метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии. с ¡.ламенной атомизацией жидкой пробы. Переведение металлов в раствор осуществлялось с применением азотной и соляной кислот (фильтры, почва, растительность) по методике, изложенной в (Методы определения, 1974 г.. Унифицированные методы мониторинга. 1986 г. ). Концентрирование металлов в пробах снега проводилось частичным упариванием. Подготовка проб и определение концентрации элементов проводилась в Лаборатории атомной абсорбции МГУ. В Бронницкой геолого-геохимической экспедиции ИМГРЭ проводилась лабораторная обработка почвенных образцов приближенно-количественным спектральным анализом с целью

определения валового состава почв. В Гидрохимической лаборатории кафедры гидрологии Географического факультета определялся анионный состав атмосферных осадков.

Математическая обработка. На основании полученных химикоана-литических данных был произведен расчет среднесезонных (среднегеометрических) значений концентрации микроэлементов в воздушном бассейне городов, расчитан вклад (11,%) различных источников эмиссии загрязняющих веществ в формирование уровня загрязнения (Громов С.А.. Парамонов С.Г., 1989 г.). Был также произведен расчет общепринятых ландшафтно-геохимических коэффициентов (КК -кларк концентрации, Кэа - элювиально-аккумулятивный, а также Zt -показатель суммарного загрязнения почв). Кроме того, для снежного покрова и растительности были расчитаны коэффициенты местного накопления (Q,), представляющие собой отношение С^ = Cj/С , где (С,) - концентрация металла в конкретном образце к фоновому значению (С), предложенные в работах А.В.Евсеева (1992 г.). По ним рассчитывались средние коэфициенты местного накопления. Эти величины позволяют провести сопоставление по разным видам растений между собой и с атмосферными осадками. Используемые Фоновые значения представляют собой фактически округленные модальные величины концентраций для каждого вида из рассматриваемых индикаторов, причем разброс вокруг этих величин на фоновых территориях очень низок.

Была выполнена статистическая обработка полученной информации. включающая вычисление средних значений по рядам, моды и медианы, стандартные отклонениия. минимальные и максимальные значения по рядам, коэффициенты корреляции.

Методика Формированиия ЭГИС гг.Апатиты. Кировск. Формирование структуры блоков базы данных экологической ГИС городов Апатиты и Кировск проводилось на основе анализа экологически значимых природных и социально-экономических факторов, выявленных в ходе многолетних работ экологического профиля в городах Севера России, проводимых группой "Арктика", с учетом факторов, рекомендованных в работах Т.М.Красовской. В.С.Тикунова (1990, 1991 гг.). А.В.Евсеева и М. Цирда (1988 г.) и др.

В качестве территориальных ячеек, по которым собирались данные. были выбраны квадраты регулярной сетки, покрывшей всю площадь города. Размер ячейки определялся детальностью исходных дан-

о

ных и. в частности, шагом проведенной ландшафтно-геихимической съемки города, и соответствовал 300-300 м. Сложность выделения городских элементарных территориальных единиц и недостаточная изученность методики их выделения не позволили использовать их в качестве исходных территориальных единиц вместо ячеек регулярной сети, что было бы предпочтительнее.

Для обработки экспертной информации была применена методика, разработанная проф. В.С.Тикуновым, позволяющая получить синтетические характеристики оценочного положения территориальных единиц ячеек сети по единой шкале и ранжировать их на основе этих оценок.

Глава 3. "ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ГОРОДАХ АПАТИТЫ. КИРОВСК ПО ДАННЫМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ". Основой для оценки состояния загрязнения воздуха в исследуемых городах служат данные суточных концентраций микроэлементов, которые измерялись в г.Кировске и в г.Апатиты. Метеорологические условия в период наблюдений были близки к средним многолетним, что позволяет говорить о репрезентативности полученных Данных.

При анализе состояния загрязнения атмосферы в изучаемых городах рассматривались исходные суточные значения концентрации микроэлементов и среднесезонные (среднегеометрические), рассчитанные для холодного (октябрь-апрэль) и теплого (май-сентябрь) полугодий.

Элементами загрязнителями, имеющими наиболее высокие средне-сезонные значения концентраций, превышающие фоновые боле^ чем в 5 раз, являются медь, никель, стронций, поступающие от регионального и местных источников ("Сэвероникель", предприятие П0"Апатит"). В г. Апатиты средние значения концентраций меди - 100 нг/м3, никеля - 14 нг/м3, стронция - 14 нг/м3. В г.Кировске медь - 16 нг/м3, никель - 3,2 нг/м3, стронций - 15 нг/м3. Сезонные различия в уровнях концентраций выражены слабо.

Исследования показали, что г.Апатиты, в силу своего географического положения и особенностей атмосферного переноса, испытывают большее, по сравнению с г.Кировском, воздействие регионального источника, и здесь выше концентрации меди в 4,5-8 раз, никеля ь 1,4 раза, и в отдельные дни могут достигать 440 нг/м3 и 400 нг/м3 соответственно. Концентрации стронция сопоставимы и могут достигать 100 нг/м3.

При исследовании генезиса загрязнения атмосферного воздуха выполнялся анализ влияния воздушного переноса на уровень содержания приоритетных микроэлементов в воздушном бассейне исследуемых городов. Для этого были выявлены изменения концентрации металлов в воздухе в зависимости от направления ветра для холодного и теплого периодов, а также рассчитан вклад различных источников в формирование уровня загрязнения атмосферы в изучаемых городах по методу, предложенному в работе (Громов С.А.. Парамонов С.Г., 1989 г.). Результаты выполненного анализа для г. Апатиты представлены на рис. 1, где по румбам отложены средние для данного направления концентрации микроэлементов и удельные вклады переносов различных направлении в средний уровень концентрации для этих же элементов. Наибольший вклад в процесс загрязнения воздушного бассейна г.Апатиты медью и никелем связан с воздушными переносами со стороны комбината "Североникель (3. С-3). однако, частая повторяемость воздушных переносов с востока, содержащих значительно меньшее количество этих элементов, препятствует формированию опасно высоких уровней концентраций меди и никеля в изучаемом городе на временных интервалах порядка сезона и года. Уровень содержания стронция определяется, главным образом, влиянием апатито-нефелиновой фабрики (АНОФЗ), расположенной к востоку от города. Влияние АН0Ф2, расположенной на северной окраине города, ограниченно, однако, это соотношение может меняться в годы с большей повторяемостью северо-западных переносов.

Аналогичные исследования были выполнены для г.Кировска.

Проведенный в работе анализ влияния осадков на уровень содержания металлов в воздушном бассейне городов Апатиты и Кировск показал, что в среднем концентрация меди, никеля и стронция в дни без осадков несколько выше, либо близка к их концентрации в дни с осадками, что не противоречит сложившимся представлениям о процессах очищения атмосфера от химических примесей осадками и указывает на привалирующую роль процессов облакообразования в стоке металлов на подстилающую поверхность.

Анализ растворимости аэрозолей показал, что доля водорастворимых форм металлов составляет 45-755? для элементов, поступающих с региональным переносом (медь, кадмий) до 4% для микроэлементов, поступающих, главным образом, от локальных источников (свинец, стронций).

Си

н\

/л» И\

а) ы

0» м ча/ /Ч. ю \н / / / Я')

<<7 / У V I"

б»)

ИС. 1

Розы средних концентраций (си.Ы1.Эг —нг/м ) (а.а') и вклад Сь) направлений атмосферного переноса в формирование уровня загрязнения воздуха (б,б') в г. Апатиты в теплый I—--) и в холодна (-) периоды.

Глава 4. "ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕ ШЕСТВ НА ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДУЕМЫХ ГОРОДОВ". В данной главе исследу ется пространственное распределение металлов на территории горо дов Апатиты. Кировск. Ковдор с использованием природных индикато ров: снежноэо покрова, который дает представление о распределена потоков загрязняющих веществ из атмосферы на подстилающую поверх ность; верхних органогенных горизонтов поче, фиксирующих эффек1 многолетнего антропогенного воздействия на природную среду, ; также растительность, в частности мхов (Р1еиго21ит зсйгеЬеП ] Огерайос1а(1из ер.), отражающих накопление микроэлементов в тече ние нескольких лет, и коры сосны (Шпив 1арроп1са), которая дае представление о пространственной неоднородности загрязнения воз душного бассейна и наиболее четко характеризует период между ин тенсивными дождями.

Гредваряет анализ измеренных концентращ.Д металлов в отоб ранных пробах природных индикаторов исследование результатов мик роклиматических наблюдений на постах временной метеорологическо сети, организованной в исследуемых городах. По данным Мурманско УГКС период наблюдений был достаточно типичным и, видимо, можн считать, что полученные данные достаточно хорошо отражают микрок лиматические особенности городов Апатиты и Кировск.

Для г.Апатиты температурные различия составляют 1,5-2 С ясную и солнечную погоду. Наиболее сильно воздух прогревался средней части склона южной экспозиции. Условия рассеяния загряз нителей в приземном слое воздуха, определяющиеся в первую очеред ветровым режимом, наиболее неблагоприятными оказываются при не больших скоростях (\/<3 м/с) ветра любой направленности в западно и центральной частях города. Здесь происходит ослабление скорост ветра в 2-2.5 раза.

Анализ снежного покрова в г.Апатиты показал, что общая мине рализация снега изменяется в интервале 13-38 мг/л. содержание ми неральной фракции снежного покрова (пыли) - 60-650 мг/л. что зна чительно выше аналогичных показателей для фоновых районов Коль ского полуострова. рН снега также растет до 6-7. что связано щелочной реакцией загрязняющих выбросов ПО "Апатит".

Концентрация микроэлементов в зависимости от места отбор пробы изменяется в широких пределах: медь - 25-193 мкг/л, никел - 6-82 мкг/л, стронций - 14-53 мкг/л, цинк - 25-146 мкг/л, свине

2-8 мкг/л. в целом структура загрязнения снежного покрова имеет ад:

Cu Sr N1 Pb Zn Cr Cd

100 60 44 27 6.6 6,0 1 Т.Д.

(в знаменателе средние значения коэффициента местного накоп-

зния для данного элемента):

Преимущественное накопление меди, никеля, стронция, свинца гражает устойчивое и определяющее влияние на формирование уровня 1грязнения снежного покрова локальных (ПО "Апатит", автотранс-)рт, ГРЭС) и регионального источников. Это же подтверждает ана-13 растворимых и нерастворимых в воде форм металлов. Медь и ни-;ль поступают преимущественно в растворимых Формах, в то время iK стронций, свинец в нерастворимых.

На территории города выделены два района наиболее интенсивно накопления микроэлементов, которые определяются микроклима-[ческими особенностями данных участков и близостью локальных пенников загрязнения (рис.2).

Исследования почвенного покрова города показали, что в верх-;м гумусово-аккумулятивном горизонте идет интенсивная аккумуля-|я свинца (Кэа=0,5-40). стронция . (Кэа=0,7-55), цинка 1эа=0,5-10), марганца (К,4=0.6-7). Для оценки степени влияния юмышленных выбросов на содержание металлов в почвах проводилось «внение с фоновым районом (п.Октябрьский), расположенним вне 1НЫ промышленного воздействия. Проведенный анализ показал, что |ццентрация свинца, стронция в 5-10 раз, а в отдельных точках 1лее, чем в 20 раз превышают фоновые значения и достигают 120 •/кг и 140 мг/кг соответственно.

На территории города выделяются два основных района аккуму-ции металлов (по результатам оценки суммарного показателя заг-знения) (рис.3). Формированию западной зоны загрязнения способс-ует сочетание неблагоприятных геоморфологических и микроклима-ческих особенностей. Здесь накапливаются стронций, свинец, дь.

В юго-восточной части города выделяется вторая зона интен-вной аккумуляции микроэлементов. В структуре загрязнения преоб-дают свинец, стронций, кадмий. Это район новостроек. Визуально отличается от других частей города большой запыленностью. Раны аккумуляции металлов в почве практически совпадают с района-

I

М ]: 17000

Значения средкего коэффициента

Маетного накопления •

Рис. Й Схема загрязнения снежного покрова г.Апатиты •металлами

50 1оо

ми наибольшего загрязнения снежного покрова, что позволяет гово рить о том. что ареалы повышенного содержания микроэлементов почвах носят закономерный характер и обусловлены в первую очеред загрязнением воздушного бассейна.

Анализ пространственного распределения микроэлементов по би оиндикаторам (кора сосны Лапландской и мхи Р1еигШигп эсПгеЬег! 0герапос1а<1и8. эр.). наиболее распространенных на территории горо да. также указывает на накопление стронция, меди, никеля, свинц преимущественно на северо-западе и юго-востоке города.

Аналогичные исследования выполнены для городов Кировск Ковдор.

Проведенные исследованеия выявили достаточно хорошую согла сованность при выделении зон накопления загрязнителей между раз личными природными индикаторами.

Глава 5. "ПОСТРОЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ КАРТ ОПЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКС КОНФЛИКТНОСТИ УРБАНАЗИРОЗАНКЫХ ТЕРРИТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИН ФОРМАНИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ". Экологическая ГИС городов Апатиты и Ки ровск предназначена для выявления существующих и потенциальн возможных острых экологических ситуаций, связанных с теми и/ иными хозяйственными мероприятиями на урбанизированных территорк ях в целях оперативного управления экологической обстановки прогноза ее развития.

Вводимая в базу данных ЭГИС информация включает в себя нес колько блоков: физико-географический, социально экономический геохимический. В физико-географический блок вошли такие показате ли. как высота изучаемой территории над уровнем моря и положен ее в рельефе (склон, вершина холма, западина), микроклиматичесм особенности изучаемых городов (изменение ветрового режима по да! ным микроклиматических наблюдений).

Введение оценки положения точки в рельефе позволило уточнит малоконтрастные данные по высоте в связи с искусственной шиш ровной рельефа, что имело особое значение для г.Апатиты, располс женного на равнине.

В социально-экономический блок вошли следующие показател! плотность, тип (этажность), конфигурация застройки, тип отопл( ния. интенсивность транспортной нагрузки, функциональное назнач< ние территории, близость к источнику поступления поллютанто! степень озеленения, длительность освоения района. Для г. Кирове!

[ределялся коэффициент токсичности выбросов в атмосферу и коэф-[циент экологической опасности производства по А. В. Дончевой. 1ЛЫШНСТВ0 перечисленных показателей оценивалось но бальным шка-

основанным на количественных и качественных характеристиках, ¡пример, тип функционального назначения территории оценивался в рядке возрастания экологической нагрузки на природную среду: 1 рекреационные и неиспользуемые лесные участки. 2 - безлесные используемые участки (пустыри). 3 - жилая застройка, включая 'едприятия торговли, детские сады, больницы, 4 - промышленные едприятия, гаражи, стройки.

Уровень загрязнения природной среды определялся суммарным казателем загрязнения почв приоритетными микроэлемнетами .Апатиты, г.Кировск) и средним коэффициентом местного накопле-я тех же загрязнителей в снежном покрове (г.Кировск) на основе нных экспедиционных исследований.

Использование базы данных позволило создать синтетические рты, выявляющие существующие и потенциальные экологические нфликтные участки городов (рис.4,5), связанные с той или иной зяйственной деятельностью, и, прежде всего, предприятий гор--добывающей промышленности.

В пределах территории города Апатиты было выделено 5 града-й экологической конфликтности: высокая, умеренная, слабая, ень слабая, безконфликтные ареалы. В процентном соотношении по ей площади города ареалы различных степеней конфликтных эколо-ческих ситуаций занимают соответственно 2255. 48%. 15%. 8.535. 535.

На территории города Кировска было выделено 6 градаций эко-гической конфликтности: очень высокая, высокая, умеренная, сла-я. очень слабая, безконфликтные ареалы. В процентном соотноше-и по всей площади города ареалы различных степений конфликтных ологических ситуаций занимают соответственно 16,6%, 7,4%, 10%, %. 33%, 14%.

Проведенный анализ показал, что приоритетными факторами в рмировании районов высокой и очень высокой конфликтности явля-ся близость источника выбросов, высокая плотность застройки, сположение в понижении рельефа, неудовлетворительные микрокли-тические показатели. Для районов с умеренной экологической нфликтностью определяющими являются высокая плотность и замкну-

!ч> о

бесконфликтные ареалы

очень слабая

экологическая

конфликтность'

слабая экологическая конфликтность

умеренная экологическая конфликтность

высокая эколо-ггчкская конфликтность

Рис.5 Схема оценки существующих и потенциальных конфликтных.экологических ситуаций для г. Кировска. ' М г-17 ООО

| | - бесконфликтные ареалы

- очень слабая экологическая контактность

- слабая экологическая конфликтность

- умеренная экологическая конфликтность

- высокая экологическая, конфликтность

- очень высокая экологическая конфликтность

тая конфигурация. застройки.. высокая интенсивность транспорта нагрузки, неблагоприятные для выноса загрязнителей микроклимат ческие условия. Условия слабой и очень слабой экологической кон ликтности связаны соответственно с неблагоприятными микроклимат ческими условиями в районах, удаленных от возможных источник выбросов, либо сочетание высокой транспортной нагрузки с удовле верительными градостроительными факторами. Безконфликтные райо отличаются высокой степенью озеленения и благоприятным функци нальным назначением (парки).

Создание базы данных и построенные на их основе синтетиче кие карты, выявляющие существующие и потенциальные экологическ конфликтные участки на территории исследуемых городов, незамени при экологической экспертизе новых хозяйственных объектов и эк логической оптимизации использования городской инфраструктуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований, выполненных автором в да ной работе, состоят в следующем:

1. Выполнен анализ эколого-географических условий, способ твующих процессам накопления антропогенных загрязняющих веществ природной среде городов Апатиты, Кировск и Ковдор, расположенн в районе геохимических аномалий на Кольском п-ове. Показано, ч приуроченность исследуемых городов-центров горно-добывающей пр мышленности к полярным областям, отличающимся малой интенси ностью биохимического круговорота, обусловливает повышенный п тенциал загрязнения атмосферного воздуха и сопредельных сре Главными локальными источниками техногенных поллютантов в город Апатиты, Кировск и Ковдор являются предприятия горно-добывающ промышленности, предприятия энергетики, использующие, главным о разом, жидкое топливо, и автотранспорт. Региональным источник является предприятие цветной металлургии объединения "Северон кель". Приоритетными загрязняющими веществами являются медь, н кель, стронций, кадмий, свинец, хром, цинк и др.

2. Проведены микроклиматические наблюдения и сделан анал полученных данных. Выявлена неоднородность условий рассеяния те ногенных загрязнителей в приземном слое воздуха в условиях г родской застройки. Неблагоприятные условия в г. Кировске возника

районах, расположенных в нижней части межгорной котловины при ¡больших (V < 3 м/с) с щ: четях ветра южной четверти. Аналогичная фтина наблюдается в г.Апатиты в пониженных участках рельефа в ¡нтральной и западной частях города при любых направлениях ветра ' < 3 м/с).

3. Проведено измерение содержания металлов в атмосферном 1здухе городов Апатиты и Кировск. Показано, что среднесезонные [ачения концентраций стронция, меди и никеля превышают более. !М в 5 раз аналогичные показатели для фоновых районов ЕТР и Ев-1ПЫ. однако стоят значительно ниже предельно допустимых концент-¡ций.

1. Выполнен расчет вкладов различных источников в формирова-:е уровня загрязнения атмосферы городов. Оценена роль отдельных |едприятий. входящих в состав ПО "Апатиты", в загрязнении атмос-рного воздуха стронцием, выявлена степень влияния регионального точника на формирование уро;.ней концентраций меди и никеля.

5. Впервые в данном районе исследованы формы нахождения ме-ллов в атмосферном воздухе. Доля водорастворимых форм меди и келя, поступающих от регионального источника. составляет--75%. Свинец, поступающий, главным образом, от локальных источ-ков, находится в атмосферном воздухе преимущественно в водоне-створимой форме.

6. Исследовано пространственное распределение микроэлементов городах Апатиты, Кировск и Ковдор методом природной индикации, казано, что снежный покров, почвы, растительность накапливают еимущественно медь, стронций, свинец и никель, что хорошо сог-суется с результатами, полученными для атмосферного воздуха, ределены районы, исследуемых городов, где происходит наиболее тенсивное накопление микроэлементов в природной среде.

В целом установлен умеренный уровень загрязнения природной еды в городах-центрах горнодобывающей промышленности Кольского луострова, однако на этом фоне отмечаются отдельные очаги опас-го уровня загрязнения почв, что следует учитывать при разработ-стратегии развития производства и Градостроительства в данных йонах.

7. Впервые' для данных городов созданы базы данных экологи-ских геоинфармационных систем, использование которых позволило здать синтетические карты, выявляющие существующие и потенци-

альные экологически-конфликтные участки городов, связанные с ' или иной хозяйственной деятельностью. Такие данные незаменимы i экологической экспертизе новых хозяйственных объектов и эколо! ческой оптимизации использования урбанизированных территорий

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. "Накопление тяжелых металлов в почвах; г.Апатиты". BecTi МГУ. серия "География". 1991, N 5.

2. "Физико-географические аспекты изучения урбанизирован] территорий" - Тез. докл. научн. конференции. "Физ-reoi аспекты изучения урбанизированных территорий", Ярослав. 1992 г. (в соавторстве с Евсеевым A.B., Тикуновым В.i Красовской Т.М.).

3. "Промышленное производство и особенности состояния п] родной среды городов Заполярья" - Тез. докл. междунар; ной конференции "Города Заполярья и окружающая сред; Воркута', 1994 г. (в соавторстве с Евсеевым A.B.)

4. "Города Заполярья" - гл. в монографии " Экогеохимия

родских ландшафтов" под редакцией Касимова Н.С. (в со; торстве с Евсеевым A.B..)