Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Техногенные геохимические потоки и ореолы в урбанизированных ландшафтахЧукотки

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

Автореферат диссертации по теме "Техногенные геохимические потоки и ореолы в урбанизированных ландшафтахЧукотки"

На правах рукописи

В ОД

о ^•

ТРЕГУБОВ Олег Дмитриевич

Тененные геонимнчесш потоки и ореолы в урионизирооаннык ландшацта Чукотки

(на примере Анадырского района)

' Специальность -11.00.11 - охране окружающей среды и рациональнее использование природных ресурсов

Автореферат диссертация на сошли ученой степени кандидата геаш-мшрашчесш надк

Ростов-на-Дону 1996 год

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре "Чукотка" Северо-Восточного Научного Центра Дальневосточного отделения Российской Академии Наук

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, профессор В.Е. Закруткин.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор И. А. Богуш кандидат геолого-минералогических наук, доцент М. М. Рышков

Ведущая организация: Государственное предприятие "Южгеология", г.Ростов-на-Дону

Защита состоится "27" июня 1996 г. в 1_4 часов на заседании диссертационного совета Д 064.40.01 в Северо-Кавказском научном центре высшей школы (СКНЦ ВШ) по адресу: 344700, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 140.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СКНЦ ВШ Автореферат разослан "27" мая 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Е.И. Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Решение проблемы управления качеством окружающей среды населенных мест невозможно без понимания закономерностей взаимодействия природных и антропогенных компонентов ландшафтов. Анализ урбанизации как геохимического процесса, проходящего в различных природно-климатических и социально-экономических условиях, создает основу для разработки принципов рационального использования природных ресурсов.

Акцентирование научного интереса геохимии окружающей среды на крупных индустриальных городах оставляет без внимания вопросы взаимоотношений в урболандшафте природных и техногенных геохимических систем. Для понимания характера и направленности антропогенного преобразования среды, оптимизации внедрения городских поселений в природные экосистемы необходимо изучение закономерностей образования техногенных геохимических потоков на начальных стадиях формирования ландшафтов небольших населенных пунктов. Особенно это актуально для Крайнего Севера, где техногенные геохимический процессы неразрывно связаны с криолитогенезом и еше слабо изучены.

Цель работы: установить общие закономерности, специфику и условия формирования техногенных геохимических потоков и ореолов рассеяния в урбанизированных ландшафтах Чукотки.

Задачи исследований: ,

1. Изучить ландшафтно-геохимические условия миграции химических элементов в природных и урбанизированных ландшафтах Анадырской низменности, определить фоновые концентрации химических элементов в главных депонирующих средах, выявить основные закономерности трансформации природных ландшафтов при урбанизации.

2. Выполнить геохимическую инвентаризацию выбросов и отходов источников загрязнения населенных пунктов Анадырского района, классифицировать загрязняющие вещества по элементному составу и уровню нагрузки на природный геохимический фон.

3. Выявить -и изучить техногенные геохимические потоки и ореолы, определить состав ассоциаций химических элементов, установить источники и факторы формирования геохимических аномалий.

4. Проанализировать техногенные геохимические потоки и зреолы как зоны загрязнения окружающей среды населенных пунктов экотоксичными элементами, определить качественные и количественные показатели загрязнения, оценить уровень негативного воздействия загрязнения на здоровье человека.

Научная новизна. К настоящему времени известны лишь единичные работы посвященные анализу техногенных геохимических потоков городских ландшафтов криолитозоны Северо-Востока России. Диссертационной работой впервые:

1. Определены фоновые содержания химических элементов в верхних горизонтах почв, донных отложениях рек, в золе доминирующих групп растений типичных тундр Анадырской низменности Чукотки. Предложены и использованы критерии районирования ландшафтов по особенностям распределения химических элементов. Выявлены, систематизированы и обобщены закономерности трансформации природных ландшафтов при урбанизации.

2. Изучены источники загрязнения окружающей среды населенных пунктов. Установлены факторы, определяющие состав загрязняющих веществ и уровень их геохимической нагрузки на урболандшафты.

3. Определены характерные и специфические особенности формирования техногенных потоков и ореолов рассеяния в атмосферном воздухе, поверхностных водотоках, почвах и растительности урболандшафтов. Выполнена классификация техногенных геохимических потоков и ореолов по элементному составу и условиям образования. Сформулированы типоморфные признаки техногенных геохимических аномалий различного происхождения.

4. Установлены качественные и количественные показатели загрязнения окружающей среды населенных пунктов экотоксичными элементами. Рассмотрены возможные последствия негативного воздействия техногенных геохимических потоков на организм человека.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций обусловлена обоснованным выбором методов .исследований, применением на всех стадиях работы метрологического анализа, использованием стандартов и нормативов, достаточным объемом проб и анализов.

Практическая ценность. Результаты исследований служат научной основой управления состоянием окружающей среды населенных пунктов Анадырского района Чукотского автономного округа.

Результаты диссертационной работы использованы:

- администрацией г.Анадырь - при разработке городского плана природоохранных мероприятий на 1992 г;

- комитетом экологии и природных ресурсов Чукотского округа - для оценки уровня загрязнения почв тяжелыми металлами и контроля источников загрязнения п.Угольные Копи;

- экологической инспекцией Анадырского района - при контроле промышленных выбросов котельных установок;

- шахтой "Анадырской" - при расчете коэффициента полезного действия пылегазоочистных установок;

научно-исследовательским центром "Чукотка" при составлении сборников научных трудов и тематических отчетов лабораторий экологии и медико-экологических проблем.

Вклад автора. Основу диссертационной работы составили результаты эколого-геохимических и ландшафтно-геохимических исследований, выполненных при непосредственном участии и под руководством автора в период 1991-1995 гг. В ходе исследований отобрано и подготовлено к анализу более 600 проб почв, воды, донных отложений, твердых отходов и выбросов, растительности и биосубстратов человека.

Основные защищаемые положения.

1. Урбанизация территории проявляется в преобразовании тундровых поверхностно-элювиальных ландшафтов кислого глеевого класса в неоэлювиальные ландшафты кислородного кальций-натриевого и глеевого натриевого классов. Основополагающими аспектами урбанизации природных ландшафтно-геохимических систем Анадырской низменности являются уничтожение или трансформация современных органогенных отложений и структурная перестройка криолитоосновы.

2. Основными источниками поступления загрязняющих веществ являются котельные малой и средней мощности, автотранспорт, бытовые отходы и строительный мусор. В твердых отходах и выбросах источников загрязнения в природную среду поступают по преимуществу Ве, РЬ, В, N1, , Zn, Бп, Ад, Ва. Общие черты техногенных геохимических потоков и ореолов определяются особенностями состава анадырского бурого угля, привозных нефтепродуктов и стройматериалов, качеством и номенклатурой импортируемого в регион продовольствия.

3. Формирование техногенных геохимических потоков и ореолов рассеяния происходит при взаимодействии природных и техногенных факторов распределения вещества. Техногенные источники определяют пространственное положение, элементный состав, интенсивность геохимических потоков и контрастность ореолов рассеяния. Природные условия контролируют устойчивость геохимических аномалий, . обуславливают характер взаимоотношений между химическими элементами и степень воздействия техногенных потоков и ореолов на биоту.

4. Уровень и характер загрязнения окружающей среды в населенных пунктах Анадырского района определяется положением урболандшафтов в природных ландшафтно-геохимических системах, организацией коммунальной инфраструктуры, схемой тепло- и электроснабжения поселений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на региональном межвузовском совещании (Хабаровск-Магадан, 1992), на региональной научно-практической конференции

"Культура и традиции чукчей С-В России" (Анадырь, 1993), на Первой Всероссийской Конференции "Культура, нравственность и экономика" (Ульяновск, 1994), на 45-ой Международной Арктической научной конференции "Научные мосты между Северной Америкой и Российским Дальним Востоком" (Владивосток, 1994), на Всероссийской геокриологической конференции (Москва, 1996), в местной периодической печати ("Крайний Север", Анадырь, 1992,1993), на заседаниях Ученого Совета и экологическом семинаре НИЦ "Чукотка" (Анадырь, 1993,1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 102 наименований и 3 приложений. Объем работы составляет 164 страниц машинописного текста и включает 37 рисунков и 14 таблицы.

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре "Чукотка" СВНЦ ДВО РАН в рамках темы научных исследований лаборатории экологии и личной инициативы автора, а также научно-прикладных исследований, выполненных по заказу Комитета экологии и природных ресурсов Чукотки.

Автор искренне благодарен научному руководителю работы д.г-м.н, профессору В.Е.Закруткину, научным консультантам д.б.н., профессору А.В.Галанину, к.г-м.н А.Н. Котову. Большую помощь и содействие оказали в сборе фактического материала - к.г-м.н. В.А Кононов, д.м.н. А.Д. Чернуха, с.н.с. А.В.Гречишников, Г.М. Тис-ленко, в аналитических исследованиях - к.г-м.н С.Н. Бражник, Л.А. Попова, Г.С. Рязанова, А.К. Уяганский, З.Ф. Чубарова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Чукотский автономный округ расположен на Крайнем Северо-Востоке Евразии по обе стороны Полярного круга и занимает площадь 737,7 тыс.км2. С севера и востока Чукотка омывается морями Северного Ледовитого и Тихого океанов.

Характерными чертами климата региона являются продолжительная холодная зима с частыми перепадами температур и короткое пасмурное лето. Климат материковых районов резко континентален, на морских побережьях он несколько мягче, но отличается усилением ветра. Среднегодовая температура повсеместно отрицательная и колеблется от - 4.1°С до -13.9°С. Среднегодовая скорость ветра изменяется от 1.9 м/с до 8.8 м/с.

Чукотскому сектору субарктики, расположенному на стыке двух океанов, характерно смещение границ ландшафтных зон в южном направлении, что сопровождается резким расширением площади распространения в регионе подзон типичных и южных кустарниковых тундр.

Рельеф территории Чукотки многообразен и сложен. Горные нагорья и плоскогорья с абсолютными отметками 1000-1800 м соседствуют с низменностями морских побережий и межгорных речными и озерными впадинами, расчлененными редкими увалами и холмами с отметками вершин 100-300 м.

В геологическом отношении горным сооружениям соответствуют три главные геотектонические структуры региона: Верхояно-Чукотская мезозойская миогеосинклинальная область, Корякско-Камчатская кайнозойская эвгеосинклинальная область и Охотско-Чукотекий вулканический пояс. Низменности часто представляют собой наложенные неоген-четвертичные впадины, выполненные прибрежно-морскими, водно-ледниковыми и аллювиальными

отложениями.

Административно-территориальным делением в округе выделено восемь районов, на территории которых проживало до 168 тысяч человек. Основными отраслями экономики округа являются горнодобывающая промышленность, рыбное хозяйство, энергетика, транспорт, оленеводство, добыча морского зверя, клеточное звероводство и охотничий промысел.

Размещение населенных пунктов на Чукотке имеет ярко выраженный очаговый характер. Выделяется около десяти изолированных очагов поселений, центрами которых являются города и поселки края - Анадырь, Беринговский, Билибино, Иультин, Лаврентия, Мыс Шмидта, Марково, Певек, Провидения, Эгвекинот.

Общие черты истории развития и хозяйственной ориентации крупных поселений округа позволяют подразделить большую их часть на два типа - "старые поселки" и "города новостройки". Первые образованы в 30-60-х годах на основе национальных поселений, исторически выполнявших роль торговых и территориально-оленеводческих центров. "Города-новостройки" сформировались в 6080-х годах как центры горнодобывающей отросли, крупные узлы морских и авиационных транспортных коммуникаций.

Анадырский район расположен в центре Чукотки и представляет все разнообразие природно-климатических и социально-экономических условий региона. - Большинство поселений района сгруппировано в три очага - Анадырский, Марковский и Усть-Бельский. В населенных пунктах самого крупного очага - Анадырского - проживает около 25 % всех жителей округа. В его состав входят несколько крупных поселений различного типа, которые расположены в горле морского лимана в пределах типичных тундр пологоувалистой равнины Анадырской низменности.

Город Анадырь является административным центром и одним из главных морских портов Чукотки. Он образован на месте основанного в 1889 году русского военного поста Ново-Мариинск. Максимальное

количество жителей города составляло 17,5 тыс. в 1988 году. Площадь жилой и промышленной застройки, имеющей очертания треугольника, занимает около 450 га. Современная территория города застроена преимущественно в период 1965-1985 годов, крупнопанельными четырех- и пятиэтажными домами. В границах города и его окрестностях расположены тепловая электростанция, несколько промышленно-коммунальных котельных, морской порт, пищекомбинат, строительные и автотранспортные предприятия, молочно-животноводческое хозяйство. Город расположен на береговом склоне обособленного горного кряжа с абсолютными отметками высот до 130 м, с трех сторон окружен водами Анадырского лимана и р.Казачка.

Поселок Угольные Копи - административный центр Анадырского района Чукотского округа. Возникновение и развитие поселка связано с началом разработки в 20-х годах месторождения бурого угля. Строительство поселка в современных границах, охватывающих порядка 600 га было практически завершено в 70-х годах. Численность жителей на 1988 год составляла 15 тыс.человек. Территория поселения застроена в основном одно- двухэтажными домами. Значительная часть жилого фонда не оснащена централизованным водоснабжением и канализацией. На территории поселка расположены угольная шахта, строительное предприятие, воинские части, две дизельные электростанции и более десятка промышленных и коммунальных котельных. Поселок находится на левом берегу Анадырского лимана в 6 км от береговой линии. Урбанизированная территория практически полностью располагается в долине р.Угольная.

В качестве самостоятельного объекта исследований рассматривается фрагмент приморской равнины Анадырской низменности наименованный "Зеленая зона". Обследованный участок расположен на правом берегу Анадырского лимана и занимает площадь порядка 5 000 га. В его ландшафтной структуре выделяются обособленный горный кряж - Г.Михаила (250.1 м), пойма р.Казачка, тундроболота с многочисленными термокарстовыми озерами и пологие увалы с абсолютными отметками 15-30 м. К этому же объекту отнесены и три опытные площадки, удаленные от населенных пунктов на 25-75 км. Площадки размером 100 х 100 м расположены в пределах различных элементов местного ландшафта: склон г.Дионисия, пойма р.Угловая, кочкарная тундра долины р.Малый Каргопильгин.

Основными методами исследований в работе были геохимическое опробование, спектральный и химический анализы, статистическая обработка и геохимическое картографирование. Выбор способов и условий пробоотбора, методов анализа проб и приемов математической обработки сделан с учетом инструкции по

геохимическим поискам (А.П.Соловов), рекомендаций по проведению ландшафтно-геохимических (В.А.Алексеенко) и эколого-геохимических (Ю.Е.Сает) исследований, нормативов по охране и контролю окружающей среды.

Инвентаризация источников загрязнения заключалась в сборе сведений о типе и объемах потребляемого предприятиями сырья, производимой продукции и образуемых отходов. В рамках контроля загрязнения произведен отбор проб твердых отходов и выполнены замеры технологических параметров источников выбросов.

Твердые отходы - угольная зола, золошлаки, строительный мусор - отбирались из открытых складов и бункеров-накопителей. Состав бытовых отходов оценивался по пробам тонкодисперсных грунтов из отсыпки основания полигонов-накопителей жилищно-коммунального хозяйства. Замеры технологических параметров выбросов котельных установок - скорости и количества газа, концентрации взвешенных веществ, выполнены при помощи специального устройства в соответствии с нормативными методами (ОНД-ЭО. Руководство по контролю ...). Всего в ходе инвентаризации было отобрано 70 проб твердых отходов, выполнено 35 измерений промышленных выбросов.

Зоохимическое картирование объектов исследований выполнено путем маршрутного комплексного опробования почв, почвогрунтов, экзогенных отложений, природных вод и растительности. Сеть маршрутов участка "Зеленая зона" была организована с учетом требований к геохимических исследованиях масштаба 1:100 ООО (20 проб на 1 км2), урболандшафтов - масштаба 1:25 ООО (100 проб на 1 км2) .

Пробы почв включали органоминеральные горизонты почвенного профиля и отбирались точечным методом с глубины 10-30 см. Объединенные пробы почвогрунтов урболандшафтов комплектовались из 5 точечных проб, отобранных методом конверта с площадки 5 х 5 м и с глубины 5-15 см. В контрольных точках изучены и опробованы разрезы шурфов глубиной 50-120 см.

В качестве доминантных и пригодных для биогеохимических исследований видов растительности выбраны мхи - Dicranoversia sphagnum, осоки - Carex schraidtii, злаки - Роа pratense. Пробы растительности отбирались на площади объектов по разреженной сети - 5 проб на 1 км2.

Отбор проб донных отложений осуществлялся в ходе маршрутов, проложенных вдоль русел водотоков. Плотность опробования составила 8 проб на 1 км2 обследуемой площади. Материал донных проб включал тонкодисперсную минеральную и органогенную (илы) составляющие. Каждая третья проба донных отложений сопровождалась отбором проб воды.

Полевое обследование города, далее урболандшафта Анадырь, проводилось дважды. Первый пробоотбор был осуществлен в двухнедельный срок после схода снежного покрова, но до начала летней оттайки почвогрунтов. Материалом точечных проб служили соскобы с поверхности мерзлых грунтов, включающие минеральную составляющую снежного покрова и склоновые отложения талых вод.

В рамках мониторинга загрязнения ландшафтов населенных пунктов в 24 контрольных точках выполнено повторное, с

интервалом в 3 года, опробование почвогрунтов.

Всего в ходе полевых исследований было отобрано 640 проб почв и почвогрунтов, 28 проб донных отложений, 10 проб воды, 35 проб растительности.

Химико-аналитические исследования выполнялись в две стадии: предварительной подготовки и анализа проб.

Угли, золошлаки, строительные материалы проходили дробление, отсев и истирание. Литохимические пробы высушивались, очищались от инородного материала и растирались в фарфоровой ступке. Отсеянные через почвенное сито 1 мм они механически истирались. Пробы растительности после просушки измельчались и подвергались озолению. Озоление проводилось в муфельных печах при температуре 450-500°С, в течении 2 часов для злаков и осок, 3 часа для мхов.

Определение содержания в 825 пробах 22 химических элементов проводилось в СВКНИИ ДВО РАН (Магадан) экспрессным количественным спектральным анализом (ЭКСА) с использованием спектрографа ДФС-13. Предел обнаружения анализом микроэлементов (Ва, Ве, В, Вл., Са, Се, У, Си, Мо, Аэ, Ш, ЫЬ, Эп, РЬ, Ад, ЗЬ, Сг, гг) 10"6-10"3 %, макроэлементов (Са, Мд, Мп, Ре) - 10"3-10-1 %.

Приближенным количественным спектральным анализом в лаборатории ВНИИ-1 (Магадан) с использованием спектрографа СТЭ-1 изучено 60 проб почв, грунтов, растительности. Содержание 13 химических элементов ( Ва, Ве, Ее, Сс1, Са, Мд, Мп, Си, N1, Нд, РЬ, Сг, гп) определено с порогом обнаружения 10"4-10"1%.

В лаборатории НИЦ "Чукотка" выполнялись сокращенный

химический анализ проб воды и водных вытяжек, рациональный фазовый анализ проб почв и почвогрунтов.

Рациональный фазовый анализ был построен на основе известной методики (Ю.Е.Сает) последовательного выделения в раствор важнейших химических фаз: водорастворимые соединения; обменно-сорбированный комплекс; карбонаты и труднорастворимые сульфаты; органоминеральные соединения и сульфиды; гидроокислы железа и марганца. Подсчет баланса форм нахождения химических элементов выполнялся по результатам спектрального анализа неразлагаемого вытяжками остатка методом ЭКСА.

Всего выполнено 120 сокращенных химических анализов проб воды и водных вытяжек. Рациональный фазовый анализ осуществлен для 12 проб. Количественным спектральным анализом ЭКСА

определялся элементный состав 72 навесок, соответствующих первичным пробам и твердым остаткам каждой обработки.

С целью изучения особенностей микроэлементного баланса организма жителей Анадырского района отобрано и проанализировано нейтронно-активационным анализом 69 проб биосубстратов человека. В рамках настоящего исследования обработана выборка из 15 проб плацент рожениц со сроком проживания в г.Анадыре 5-25 лет.

В числе примененных специальных геохимических приемов обработки данных были расчет систематической и случайной погрешностей, вычисления' величин геохимического фона и уровня аномальных содержаний химических элементов, расчет показателей суммарного загрязнения (А.П.Соловов, Н.А.Китаев, Ю.Е. Сает).

Статистическая и графическая обработка полевых и аналитических материалов выполнена на персональном компьютере с помощь пакета программ, включающего Microsoft Exel 5.0,- Surfer 3.0, Microsoft Graf.

Основным исследуемым компонентом среды, отражающим и фиксирующим закономерности трансформации ландшафтов, был признан верхний слой почв и почвогрунтов.

Сравнительный геохимический анализ природных и урбанизированных ландшафтов, несмотря на достаточно высокую изученность их отдельных компонентов (П.И. Полевой, П.Ф. Швецов, В.М. Пономарев, Ю.П. Кожевников, А.Н. Котов, Б.А. Павлов, И.В. Игнатенко, С.Н. Бражник и др.), проведен в районе впервые. В задачу исследования входила систематизация известных и вновь собранных данных на геохимической основе.

Геохимические ландшафты изучаемого региона формируются на водно-ледниковых и прибрежно-морских отложениях. В семействе типичных тундр они относятся к кислому глеевому классу, обладают медленным и средним водообменом.

В формуле, характеризующей региональный геохимический фон, в знаменателе расположены элементы с кларком концентрации

литосферы > 1 - Fe, Мп и Са - типичные мигранты природных вод тундровых ландшафтов. Дефицит микроэлементов тундровых ландшафтов представляет строка числителя дроби, где расположены элементы в порядке убывания кларков концентрации от 0.8 до 0.05.

Мд Ag (Ni Sn У Zr)o.2 (В Си Cr Mo Ga Ва) 0.125 (Zn РЬ)0.05

ККрф = ' ~

Fa Mn Ca

В районе размещения населенных пунктов Анадырского очага геохимический фон повышается для Са, В, Мп, Ад, Мо, Сг, 2п: Ыд В (2г Бп X Мо Сг)0.з5 Их Си Ва Ба)о.2 (РЬ)0.15

ККиф =

Са Мп Ее Ад

Природные воды в ландшафтах района становятся менее кислыми и более минерализованными, в их составе возрастает роль хлоридов и гидрокарбонатов натрия.

Район исследований отличается ландшафтным разнообразием. В ходе геохимического районирования территории "Зеленая зона", путем анализа дисперсий концентраций химических элементов в почвах, были выделены площади отличные по геохимическому фону и вариации типоморфных микроэлементов.

Морфологические признаки участков - литооснова, рельеф и почвенно-растительный покров, представили возможность

интерпретации выделенных групп с общепринятых в геохимии ландшафтов позиций (А.И. Перельман, М.А. Глазовская). Обособленные анализом . дисперсий участки рассмотрены, как элементарные ландшафты и геохимические ландшафты самого' низкого таксономического ранга (элементарные структуры), образующие при своем сопряжением три типа природных ландшафтно-геохимических систем (ЛГС): супераквальной системы кочкарных тундр и болот, трансаквальной системы тундровых рек и элювиальной системы горных кряжей.

Супераквальная ЛГС кочкарных тундр и болот состоит из двух элементарных структур - автономной поверхностно-элювиальной (I) и подчиненной супераквальной (II). Оконтуренная площадь ЛГС включает типичные в районе ландшафты равнинных кочкарных тундр, болот и тундроболот. Отличительной чертой описываемой системы является содержание в почвах большинства химических элементов на уровне регионального фона, слабокислая реакция и повышенная минерализация водных вытяжек. В подчиненной супераквальной структуре растет содержание ряда макро- (Са, Мд, Мп) и микроэлементов (Сг, Ъг, Ад), а увеличение минерализации водных вытяжек происходит за счет хлоридов натрия и калия.

Трансаквальная система тундровых рек представлена одной элементарной структурой - транссупераквальным ландшафтом (III), расположенным в границах речных долин. Оконтуренная площадь выходит за пределы пойм водотоков и включает надпойменные террасы рек и ручьев. Описываемая структура, характеризуется незначительным повышением местного геохимического фона и наибольшей величиной вариации концентраций химических элементов.

Элювиальная ЛГС горных кряжей состоит из трех структур -трансэлювиальной (VI), транссупераквальной (V) и поверхностно-элювиально-аккумулятивной (XV) . Данная система выявлена в границах склонов горных сооружений. Трансэлювиальная структура включает кочкарные тундры плоских вершин гор и пятнистые тундры их крутых склонов. Транссупераквальная и элювиально-аккумулятивная структуры разделяют кустарниковые кочкарные тундры горных подножий на два пояса, которые расположены в верхней и нижней частях пологого склона. Элювиальная ЛГС отличается значительным повышением геохимического фона микроэлементов - В, 2п, Са, Сг, РЬ, Ва, Ыл., Си. От автономных к подчиненным структурам содержание большей части химических элементов уменьшается, а минерализация водных вытяжек и их кислотность частично возрастают. Вместе с тем зафиксировано локальное повышение в транссупераквальном ландшафте (V) геохимического фона Мд, Са, В, а в аккумулятивно-элювиальном (IV) - Ад и У. Увеличение минерализации водных вытяжек в подчиненных структурах ЛГС осуществляется: в транссупераквальной структуре за счет сульфатов, в аккумулятивно-элювиальной - хлоридов и гидрокарбонатов.

Выявленные закономерности изменения геохимических показателей в элементарных структурах ЛГС позволили предположить в числе ведущих факторов распределения химических элементов в природных ландшафтах крутизну склона, мощность современных органогенных отложений, глубину сезонной оттайки многолетне-мерзлых пород. Основными природными источниками вещества в супераквальной ЛГС выявлены атмосферные осадки, в трансаквальной поверхностные текучие воды, в элювиальной - надмерзлотные прибрежно-морские, водно-ледниковые отложения и вулканические горные породы.

Урбанизационные изменения природных ландшафтов морфологически проявляются в формировании слоя грунтов (до 2.5 м и более), в уничтожении и видоизменении почвенно-растительного покрова, в бетонном покрытии значительной части территории. Характер изменения свойств компонентов природных ландшафтов определяется типом застройки и организацией коммунальной инфраструктуры населенного пункта. Урболандшафт Анадырь отличается организованным формированием грунтового покрова и широким распространением бетонных покрытий. В урболандшафте Угольные Копи грунтовый покров обладает меньшей мощностью, а твердые покрытия имеют локальное распространение.

Антропогенное преобразование ландшафтно-геохимических систем заключается в изменении состава, структуры и функциональных свойств современных органогенных отложений и многолетнемерзлых

пород. Деградация почвенно-растительного покрова и криолитоосновы ландшафтов приводят к развитию коры выветривания, повышению геохимического фона, активизации в урболандшафтах процессов защелачивания, вторичного засоления и рассоления. Урбанизация территории проявляется в частичной утрате территориями типичных черт мерзлотных тундровых ландшафтов, в преобразовании геохимических ландшафтов на уровне вида, рода и класса. При урбанизации формируются неоэлювиальные геохимические ландшафты кислородного кальций-натриевого и глеевого натриевого классов, с избытком многих микроэлементов и дефицитом ряда макроэлементов.

В геохимических формулах урболандшафтов Анадырь и Угольные Копи появляются новые, не обнаруженные в природных экосистемах спектральным анализом микроэлементы - Ge, Be, Sb, Bi:

(Ca Mu) o, 8 <Mo Ni Cr Zr Ge)0,6 (í Cu Be Sb Bi) 0.4

ККднадырь -

(В Ag Pb)2.5 (Mg Fe Ga Sn Zn)i,s

(Sn Mn Zn Fe) 0.85 (Zr Ga Mo Ni Cr)0,e

ККур.копи — -----

B< Ca2 Agí,5

В новых условиях часть макроэлементов рассеивается (переходит в числитель), а отдельные микроэлементы накапливаясь входят уже в знаменатель. В урболандшафте Анадырь рассеиваются Мп и Са, а в урболандшафте Угольные Копи - Fe и Мп.

В водных вытяжках почвогрунтов города в 2-3 раза возрастает общая минерализация, концентрация хлоридов, сульфатов и карбонатов натрия и кальция. В поселке увеличение минерализации менее заметно, но более проявлено повышение щелочности растворов. В составе водных вытяжек здесь возрастает концентрация хлоридов натрия и калия, уменьшается содержание гидрокарбонатов кальция.

Урбанизационные преобразования отражаются в структуре ЛГС. В составе элювиальной ЛГС на площади урболандшафта Анадырь выделено три элементарные структуры: элювиальная (VII), трансэлювиально-аккумулятивная (VIII) и супераквальная (IX). Изменения в строении криолитоосновы ландшафта привели к углублению сезонно-талого слоя, формированию мощного надмерзлотного напорного водоносного горизонта. При этом супераквальная структура заняла соответствующее, по классической схеме геохимического ландшафта, подчиненное положение, а планировка рельефа и бетонное покрытие, обусловили преобразование поверхностной аккумулятивно-элювиальной структуры в трансэлювиально-аккумулятивную.

В монолитной структуре трансаквальной ЛГС на территории поселка транссупераквальный режим усиливается, локально сменяясь супераквальным, а иногда и аквальным. Неорганизованное размещение

грунтов здесь привело к обширной просадке кровли оттаявших многолетне-мерзлых пород, и соответственно к повышению уровня надмерзлотных вод. Искусственный и естественный дренаж заболоченной территории в преимущественно восстановительной обстановке приводит к активизации химической денудации верхних горизонтов почв и грунтов.

Анализ закономерностей формирования техногенных геохимических потоков и ореолов построен на последовательном изучении распределения химических элементов в составе загрязняющих веществ техногенных источников, в транспортирующих природных средах и в депонирующих субстратах. В качестве индикаторов техногенного рассеяния химических элементов рассмотрены относительно устойчивые компоненты ландшафтов - экзогенные отложения, почвогрунты и растительность. В основу интерпретации техногенных геохимических аномалий положены представления поисковой геохимии о первичных и вторичных ореолах рассеяния месторождений полезных ископаемых.

Установлено, что основными источниками загрязнения г.Анадырь и п.Угольные Копи являются: теплоэнергетический комплекс, жилищно-коммунальное хозяйство и автомобильный транспорт. Выделенные производства относятся к инфраструктурному комплексу жизнеобеспечения, пропорционально связаны с размером и числом жителей населенных пунктов. В составе загрязняющих веществ в аномально высоких концентрациях поступают:

- в выхлопах автотранспорта: РЬ, N1;

- в выбросах и твердых отходах теплоэнергетики: Ве, В, Zn, N1, Си, Сг, Мо, Ва;

- с отходами жилищно-коммунального хозяйства: Бп, Ад, РЬ, 2п, Ва, В1.

Элементный состав отходов производства определяется генетическими особенностями потребляемого ими сырья - анадырского бурого угля, привозных нефтепродуктов и стройматериалов. Состав бытовых отходов связан с номенклатурой и качеством импортируемого в регион продовольствия.

При значительном сходстве источников загрязнения обследованных населенных пунктов уровень их площадной геохимической нагрузки на урболандшафт существенно отличается. Теплоснабжение поселка котельными установками увеличивает по сравнению с обеспеченным ТЭЦ городом, уровень геохимической нагрузки

теплоэнергетики в 1,8 раза (В, Ве, N1) . Здесь же, вследствии низкой организации коммунальной инфраструктуры, более высоко поступление бытовых отходов, приблизительно в 1.5-3 раза (Бп, Ад, В1). В городе, выделяющемся компактностью застройки, в 2-2.5 раза выше нагрузка выхлопов автотранспорта и отходов строительного

производства (РЬ, гп, Ва, Ы1).

Пространственная картина размещения зон загрязнения техногенных источников • - первичных атмохимических потоков, вейстогенных и аэрогенных литохимических ореолов, определяется функциональной структурой поселений, технологическим уровнем производства и геоморфологическими условиями урбанизированной территории. В городе, расположенном в благоприятном для атмосферного рассеяния выбросов ландшафте, зона выпадения загрязняющих веществ теплоэнергетики находится за пределами селитебной зоны и отличается невысокой контрастностью. Расчетный период удвоения геохимического фона почв по Ве (Пвег) здесь достигает 5-8 лет. В поселке, располагающим большим числом котельных установок, первичные аэрогенные и вейстогенные ореолы занимают центральную часть жилой застройки, а ПВв2 составляет 1.5-3 года. По результатам инвентаризации техногенных источников в ландшафте поселка выделены обширные зоны загрязнения, образованные в результате наложения первичных техногенных потоков и ореолов рассеяния различного генезиса. Территория города специализирована по типам техногенного воздействия (рис.1).

Литохимические аномалии отражают пространственное положение и состав первичных и вторичных техногенных геохимических потоков и ореолов. Среди первичных потоков и ореолов наибольшей стабильностью в урболандшафтах обладают аэрогенные ореолы котельных установок и вейстогенные ореолы жилищно-коммунального хозяйства. Литохимическим картированием на территории города и поселка выявлены положительные аномалии Ве и В, расположенные в зоне выпадения выбросов котельных установок и ориентированные согласно розе ветров отопительного периода. Положительные литохимические аномалии йп, Ва, Ад в урболандшафте Анадырь и Zn, Ва, Ад, Бп, РЬ, В1 в урболандшафте Угольные Копи приурочены к участкам размещения бытового и строительного мусора в селитебных зонах.

Типоморфными признаками первичных ореолов рассеяния являются пространственная корреляция положительных литохимических аномалий с зонами загрязнения и высокое парциальное содержание в ореолах химических элементов в миграционно-активной фазе - водорастворимых соединениях, обменно-сорбируемом и кислотнорастворимом комплексах.

Выделенные вторичные гидрохимические потоки во временных поверхностных водах отличаются тем, что образуют отрицательные литохимические аномалии по контуру временных водотоков и положительные литохимические аномалии - в границах наледей талых снеговых вод. Пространственное положение и элементный состав этих вторичных литохимических ореолов определяется крутизной и

Рис. 2. Районирование г.Анадырь (а) и п.Угольные Копи (б)

по зонам воздействия техногенных источников: 1- источники организованных выбросов, 2- улицы и дороги с повышенной нагрузкой автотранспорта, 3- контуры зон неорганизованного накопления бытовых отходов, 4- зона размещения золошлаков. Прогноз загрязнения почв выбросами котельных по бериллию (ПВе2 _ период удвоения фона, лет) : 5 - 15-10 лет (6-10 кг/км2/год) ; 6 - 10-5 лет (10-20 кг/км2/год) ; 7 - 5-3 года (20-30 кг/км2/год) ; 8- 3-1.5 лет (30-45 кг/км2/год).

экспозицией склона, типом застройки и размещением первичных аэрогенных ореолов рассеяния. В пролювиально-делювиальных отложениях урболандшафта Анадырь достоверные аномалии образуют элементы-примеси выбросов - Ве, РЬ, N1, Мо. Положительные геохимические аномалии расположены на застроенных склонах с северной экспозицией. Отрицательные аномалии имеют плащевидную форму, охватывают открытые южные и юго-восточные участки склона.

Вторичные гидрохимические потоки в подземных надмерзлотных водах формируют положительные полиэлементные литохимические аномалии. Эти аномалии обладают наибольшей устойчивостью, характеризуются высоким парциальным содержанием химических элементов в кислотнорастворимых и органоминеральных соединениях, в окклюдированной форме в составе оксидов и гидрооксидов Ге и Мп. Элементный состав и морфология этих ореолов тесно связаны с ландшафтно-геохимической структурой урбанизированной территории и пространственным размещением первичных вейстогенных и аэрогенных ореолов рассеяния. В почвогрунтах урболандшафта Анадырь на участках выхода надмерзлотных вод, в границах супераквальной структуры ЛГС, выделены положительные аномалии Ва, Ад, Zn, РЬ, N0., Мо, Си, Эп, В1 и Мп. Аномалии имеют каплевидную форму и отличаются взаимной скоррелированностью большинства компонентов. В урболандшафте Угольные Копи за пределами и параллельно границе жилой и промышленной застройки, в зоне предполагаемых глеевого, кислого и сорбционного геохимических барьеров, оконтурены положительные литохимические аномалии Мо, Са, Мд, Си, Мп.

Размещение, элементный состав и контрастность техногенных биогеохимических ореолов контролируется распространением и биологической продуктивностью в урболандшафте растительного покрова из толерантных к загрязнению групп растений - осок, злаков и разнотравья. Вторичным биогеохимическим ореолам рассеяния соответствуют положительные и отрицательные литохимические аномалии. Ряд биологического накопления рудераль-ной растительностью включает Мо, 2п, В и Си, ряд рассеяния - Сг, Ш, Ва, РЬ и Бп. В новообразованном органогенном горизонте почвогрунтов с развитым растительным покровом установлено снижение концентрации Сг, Ыл., Эп в 2-3 раза. Положительные литохимические аномалии Мо и Си расположены преимущественно на периферии населенных пунктов в зоне распространения рудеральной растительности.

Расположение и структура вторичных техногенных литохимических ореолов в донных осадках рек опредёляется неорганизованным стоком с территории урболандшафта и гидродинамическими условиями русла водотока. Вторичные гидрохимические потоки рассеяния в речных системах фиксируются

протяженными отрицательными литохимическими аномалиями макроэлементов - Ее, Мп, Са. В границах урболандшафтов в донных осадках образуются локальные положительные литохимические аномалии микроэлементов - РЬ, Бп, Вл., Ва, В, Ш.

Результат взаимодействия природных и техногенных факторов миграции в виде комбинации первичных и вторичных потоков и ореолов рассеяния отражают полиэлементные литохимические аномалии урболандшафтов (рис.2). Их пространственное положение, состав и контрастность подчеркивают различия урболандшафтов в образовании техногенных геохимических потоков и ореолов. В урболандшафте Анадырь, встроенном в элювиальную ЛГС горных кряжей превалируют природные факторы миграции, главными из которых являются перемещение воздушных масс, потоки поверхностных и подземных вод. Структуированный в трансаквальную ЛГС тундровых рек урбо-ландшафт Угольные Копи отличается доминированием техногенных факторов. В их число входят уровень организации коммунальной инфраструктуры, высота дымовых труб и расположение котельных установок.

В период 1992-1995 г.г. зарегистрировано снижение техногенной нагрузки источников загрязнения. Первичные потоки и ореолы рассеяния РЬ, гп, Мо, Ва, Эп уменьшают, а вторичные - Са, N1, Ва, Мп, Мо, Си локально увеличивают контрастность и площадь распространения. Перераспределение химических элементов сопровождается возрастанием роли в техногенном рассеянии гидрохимических потоков в подземных водах и биогеохимических ореолов в растительном покрове.

В обследованных населенных пунктах выделены очаги со средним и высоким уровнем загрязнения. Показатель суммарного загрязнения почв рассчитанный по превышению местного геохимического фона в среднем в г.Анадыре составляет 47, в п.Угольные Копи - 30 единиц. Ряды элементов-загрязнителей почв в Анадыре представляют РЬ21-Вт-гп5.5-Ва4-Са4-Моз.2-Шз-Ве2.8-Зп2.е, в Угольных Копях - РЬ8-В5л-В15.(-Be4.2-Zn3.3-Ga2.e-Sn2.6- При этом наблюдаемое превышение предельно допустимых концентраций вредных веществ в почвах (ПДК), в среднем по населенным пунктам, редко и незначительно: Анадырь - гп1.7-РЬ1.4-Ы113-В1.3; Угольные Копи - Вх.т- N11.2.

Очаги наиболее высокого загрязнения окружающей среды поселений сопряжены с зонами пространственно совмещающими и первичные, и вторичные техногенные геохимические потоки и ореолы. Перечень ведущих элементов-загрязнителей окружающей среды, и прежде всего атмосферы населенных мест, определяется генезисом первичных и вторичных ореолов рассеяния. Первичные атмохи-мические потоки рассеяния создают предпосылки для загрязнения атмосферы Ве, РЬ, В. В летний период, при дефляции поверхности

Рис.3. Полиэлементные геохимические аномалии в почвогрунтах г.Анадырь (а) и п.Угольные Копи (б): 1 - водоразделы; 2 - притоки рек; 3 - водотоки сезонного поверхностного стока; 4 - границы элементарных ландшафтно-геохимических структур; 5 - фоновые (условно отрицательные) полиэлементные зоны; 6 - положительные аномалии полиэлементного состава

почвогрунтов вмещающих техногенные литохимические ореолы установлена возможность вторичного загрязнения приземного слоя атмосферы Ве, РЬ, 2п, Ва.

Характер реакции живых организмов на загрязнение среды обитания определяется степенью их толерантности к уровню концентрации вредных веществ. Доминирующие в природных экосистемах, типичные концентраторы химических элементов - мхи и кустарнички - реагируют на загрязнение уменьшением биомассы и сокращением ареала распространения. Осоки, злаки и разнотравье, обладают способностью регулировать свой состав. Они уменьшают в очагах загрязнения степень биологического поглощения токсичных элементов в 2-10 раз и локально увеличивают свою продуктивность. Зарастание урболандшафтов осоками и злаками сопровождается внутренним и направленным изменениями в их макро- и микроэлементном балансе: В, Мп, Са и Ад в составе растений замещаются на Мо, Zn, В и Си.

Средний и высокий уровень очагов загрязнения поселений Анадырского района оценивается, как умеренно опасный для здоровья человека. В наибольшей степени отрицательным изменениям подвержена иммунная система человека. Менее вероятны респираторные заболевания и изменения в составе крови, характер которых определяется индивидуальными токсикологическими свойствами ведущих в обследуемых поселениях загрязнителей атмосферного воздуха - Ве, РЬ, пыли и окиси углерода (Ю.Е.Сает).

Прогнозируемые изменения здоровья населения согласуются с результатами изучения распределения химических элементов в биосубстрате. Установлено, что микроэлементный состав организма жителей обследованных населенных пунктов находится в тесной взаимосвязи с окружающей средой. По предварительным данным негативное воздействие техногенных геохимических потоков на человека реализуется через нарушение баланса макро- и микроэлементов организма. Проживание в населенном пункте сопровождается уменьшением в организме жителей концентрации К, Шэ, Та, Со, Се и увеличением - БЬ, 2п, Сг, Сэ.

Пространственная структура размещения очагов загрязнения населенных пунктов обусловливает степень риска негативных изменений здоровья жителей. В урболандшафте Анадырь, встроенном в элювиальную ЛГС, очаги загрязнения обладают максимально высоким уровнем, но располагаются за пределами селитебной зоны в границах супераквальной структуры. Урболандшафту Угольные Копи, расположенному в трансаквальной ЛГС, при более низком уровне загрязнения присуще размещение очагов загрязнения в автономных структурах непосредственно на территории селитебных и

промышленных зон населенного пункта. Вероятность влияния загрязнения на здоровье населения здесь более высока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты изучения процессов формирования техногенных геохимических потоков и ореолов в урбанизированных ландшафтах Анадырского очага позволяют сделать следующие выводы:

1. Хозяйственное освоение территории приводит к утрате ландшафтно-геохимическими системами типичных черт мерзлотных тундровых ландшафтов: поверхностно-элювиальные ландшафты сменяются неоэлювиальными. При урбанизации формируются геохимические ландшафты кислородного кальций-натриевого и глеевого натриевого классов, с избытком широкого спектра микроэлементов и дефицитом ряда макроэлементов - марганца, железа, кальция.

2. По уровню площадной нагрузки на природный геохимический фон первенствуют твердые отходы и газопылевые выбросы котельных установок, выхлопы автомобильного транспорта. Типоморфными химическими элементами загрязняющих веществ являются Ве, В и РЬ. Геохимическая нагрузка техногенных источников определяется технологическим уровнем производства, структурой функциональных зон и характером благоустройства жилой застройки поселений.

4. Типоморфными признаками первичных потоков и ореолов рассеяния являются пространственная корреляция с источником загрязнения и высокое парциальное содержание химических элементов в миграционно активной фазе - водорастворимых соединениях, обменно-сорбируемом и кислотнорастворимом комплексах. Вторичные литохимические ореолы, обладая наибольшей устойчивостью, характеризуются высоким парциальным содержанием химических элементов в кислотнорастворимых и органоминеральных соединениях, в окклюдированной форме. Элементный состав и морфология этих ореолов тесно связаны с ландшафтно-геохимической структурой урбанизированной территории и пространственным положением первичных техногенных геохимических ореолов.

5. Средний и высокий уровень очагов загрязнения поселений Анадырского района оценивается, как умеренно опасный для здоровья человека. Негативное воздействие техногенных геохимических потоков на человека реализуется через нарушение баланса макро- и микроэлементов организма. Наиболее подверженны отрицательному воздействию техногенных потоков рассеяния коренные жители, переселенцы с большим сроком проживания и рожденные в регионе дети.

6. Обладающие в ряду элементов-загрязнителей наибольшей экологической опасностью - Ве, РЬ, В, Ыл. и Мо - являются

приоритетными для контроля источников загрязнения. Поступление в

окружающую среду этих высоко и умеренно опасных веществ связано по преимуществу с выбросами теплоэнергетики и автотранспорта, размещением строительного мусора и бытовых отходов, утилизацией сухих шлаков и золы котельных установок.

Установленные закономерности формирования техногенных геохимических потоков и ореолов в ландшафтах населенных пунктов Анадырского очага могут быть •экстраполированы на другие поселения Чукотки, расположенные в сходных физико-географических и социально-экономических условиях: Певек, Мыс Шмидта, Беринговский и другие.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Геоэкологические исследования урбанизированных территорий криолитозоны. Тезисы докладов регионального межвузовского совещания. ХПИ, Магадан, 1992. (соавторы: Кононов В.А., Трегубова Е.В.), 26 с;

2. Soil/ground geochemical pollution of the Chukotka settlements by the beating power stations outputs // Bridges of the science, v.l, Vladivostok, 1994, 252 p;

3. Глава, 3.3 Земельные ресурсы. Проблемы экологии и природопользования. // Чукотка: природно-экономический очерк. М.: Арт-Литэкс, 1995, 311-313 с;

4. Концентрирование■ тяжелых металлов в урболандшафтах при наледеобразовании (на примере г. Анадыря). Иркутск: География и прирсздные ресурсы. № 1 1996. (соавторы: Котов А.Н) 24-31 с;

5. Перспективы использования геохимических методов в прогнозе и оценке техногенных таликовых зон. // Материалы Всесоюзной Геокриологической Конференции. М.: МГУ 1996, 48-52 с;

6. Использование методов статистической обработки данных при эколого-геохимическом изучении малых городов. // Геоэкологические исследования на С-В России. Сб. трудов НИЦ "Чукотка" вып.1. Владивосток: Дальнаука, 1996, П-21 с.

рокгс Злк