Оценка природного геохимического фона

Для определения контрастности техногенных геохимических аномалий в компонентах городской среды необходимо иметь представление о базовом (фоновом) уровне содержания химических элементов в природных компонентах. При этом фоновый уровень содержания элемента понимается как средняя величина для диапазона значений, которые считаются природными (не обусловленными влиянием техногенеза).

Иногда мерой такого уровня могут служить геохимические кларки (глобальные или региональные), если отсутствуют данные опытных исследований. В результате хозяйственной деятельности значения регионального геохимического фона могут изменяться. Примером может служить увеличение радиационного фона в Гомельском Полесье в результате Чернобыльской катастрофы.

Поэтому наряду с кларками в качестве регионального фона часто используются данные содержания химических элементов в природных компонентах особо охраняемых природных территорий (ООПТ) либо данные мониторинга фоновых территорий, осуществляемого в рамках национальных систем мониторинга. Преимуществом первого подхода является максимальная удаленность фоновых участков от источников техногенного воздействия, второго – разнообразие ландшафтно-геохимических условий пунктов наблюдения.

Для определения локального геохимического фона чаще всего избираются удаленные от города участки с аналогичными ландшафтными условиями, испытывающие минимальное антропогенное воздействие. При этом нужно учитывать радиус влияния города, нередко достигающий нескольких десятков километров.

Для определения геохимического фона в компонентах ландшафтов-аналогов формируются представительные выборки образцов. При этом устанавливается степень природного варьирования содержаний элементов. При исследовании полученных геохимических выборок, характеризующих фоновые площадки, определяют среднее фоновое содержание для различных ландшафтных выделов. Например, по данным [113] для национальных парков «Нарочанский» и «Браславские озера» установлены значительные различия в содержании микроэлементов в почвах типичных ландшафтов (табл. 21.6).

Таблица 21.6.

Содержание химических элементов в верхнем горизонте дерново-подзолистых почв национального парка «Нарочанский», мг/кг сух. в-ва [113]

При определении фонового содержания элементов в почвах на локальном уровне исследования основными факторами дифференциации почвенного покрова выступают рельеф и почвообразующие породы. Поэтому в местных геохимических ландшафтах для выявления варьирования фона исследуют распределение элементов в почвах характерных геохимических сопряжений [114].

Для изучения распределения элементов по элементарным ландшафтам закладывается профиль, пересекающий все типичные элементы рельефа в пределах ландшафтно-геохимического сопряжения. Далее в пределах распространения каждого элементарного ландшафта закладывается представительная площадка, отражающая разнообразие микрорельефа. Опыт показывает, что размер представительной площадки для ландшафта с естественной лесной растительностью составляет 50*50 м [114]. Почвенные разрезы распределяют по площадке таким образом, чтобы отразить все типичные позиции микрорельефа. Опробование разрезов выполняется по генетическим горизонтам. При обработке результатов ставится задача оценить дифференциацию содержания двух видов: по профилю почвы (между горизонтами) и по сопряжению (между элементарными ландшафтами). Полученные при этом осредненные графики распределения элементов в дальнейшем служат эталонами сравнения при изучении трансформации почв в городе.

При анализе полученных значений, характеризующих фоновые площадки, определяют статистические параметры распределения. В пределах однородных участков, где отсутствуют геохимические аномалии, распределение элементов согласуется с нормальным законом, при котором график частот встречаемости случайной величины (в данном случае это содержание химического элемента) близок кривой Гаусса. Вершина этой кривой отвечает наиболее часто встречающемуся значению в выборке, одновременно являясь и средним значением. Отклонения от среднего на этом графике размещены симметрично. Значит, оценкой наиболее вероятного значения будет его среднеарифметическое (содержание элемента), которое и принимается за уровень фона (С – среднее фоновое содержание элемента). Между уровнем фона и минимальным значением, которое уже является аномальным, лежит некоторый промежуток значений, которые еще являются фоновыми, но они будут как меньше, так и больше значения уровня фона. Амплитуда отклонения таких значений от среднего рассчитывается как стандартное отклонение (S). Коэффициент вариации (V) характеризует меру разнообразия фоновых содержаний. Выполнение работ предполагает обычно заданную точность исследований. В качестве оценки точности чаще всего рассматривается ошибка среднего арифметического, выраженная в процентах. При проведении массового геохимического опробования допустимая величина такой ошибки составляет 30 % среднего содержания элемента (правило трех стандартных отклонений). Учитывая уровень ошибки и значение коэффициента вариации, рассчитывается оптимальное число проб (n), необходимое для достоверной характеристики исследуемого участка.

Далее выборки сопоставляются по критерию Стьюдента. Если значимых различий между ними не обнаружено, принимается единое фоновое значение для двух ландшафтов, если различия значимые, общую фоновую характеристику получают путем объединения локальных выборок с подсчетом средневзвешенных значений, отражающих разнообразие ландшафтов в общей выборке.