Одна из важных задач экологической геохимии – изучение влияния городов на окружающие ландшафты. Степень негативного влияния города на пригородные ландшафты зависит от его величины, структуры промышленности, источников выбросов, природных факторов миграции элементов. Площадь зоны влияния при этом в десятки и более раз превышает площадь города. Для малых городов это соотношение значительно ниже – в 3–5 раз.
Основная масса техногенных веществ на пригородные территории Беларуси поступает с атмосферными выпадениями. Значительное количество загрязнителей привносится также с водными потоками и твердыми отходами, складируемыми в пределах пригородных зон.
Наиболее изучены геохимические аномалии, формирующиеся в пригородных ландшафтах г. Минска. Проведенные исследования [168] показали, что в результате атмосферных выпадений тяжелых металлов вокруг г. Минска сформировалась техногенная полиэлементная геохимическая аномалия, имеющая радиус не менее 10 км и вытянутая преимущественно в восточном и северо-восточном направлениях. Такое пространственное расположение аномалии связано с господством западных ветров, а также с наличием обширной промышленной зоны в восточной части города. Повышенное содержание тяжелых металлов прослеживается в почвах пригородной зоны, а также в растительном покрове. Содержание свинца, кадмия, цинка, меди и никеля в почвах и растениях в среднем выше фоновых значений, а в отдельных случаях превышает предельно допустимые концентрации. В почвах в большей степени выражено накопление свинца и цинка, в растениях - свинца и кадмия.
Другой характер аномального накопления тяжелых металлов наблюдается в пойме р. Свислочь в результате выноса из Минска загрязненных речных вод [169]. В почвах поймы ниже города сформировалась линейно-вытянутая геохимическая аномалия протяженностью более 120 км. Пространственная неоднородность пойменных ландшафтов обусловливает неравномерное распределение концентраций элементов. Техногенный поток рассеяния делит почвы поймы на две зоны. Ближняя к городу зона, протяженностью 90 км, характеризуется наличием в пойменных почвах низкоконтрастной геохимической аномалии реликтового характера, типоморфными элементами в которой являются никель, хром и медь, содержание которых в 2–10 раз превышают фоновые. Скачкообразный рост концентрации металлов наблюдается на участке поймы от 90 до 120 км ниже города. Средние содержания никеля, хрома и меди здесь превышают ПДК, зафиксировано также загрязнение почв поймы цинком, оловом и серебром. При этом высока доля подвижных форм металлов, составляющая 70 % от валовых).
Такие высокие концентрации металлов в пойменных почвах в большинстве случаев сказываются на концентрации элементов в пойменной растительности. Средние содержания хрома, цинка, никеля в растениях превышают допустимые концентрации, накопление свинца встречается локально, медь накапливается в растениях незначительно.
Результаты эколого-геохимических исследований в зонах влияния полигонов твердых промышленных и коммунальных отходов показывают, что эти объекты являются устойчивыми источниками загрязнения природных компонентов токсичными химическими веществами [169-171].
Складирование отходов в Беларуси ведется на полигонах твердых производственных и коммунальных отходов (ТПО и ТКО), а также на мини-полигонах ТКО.
В связи с тем, что в Беларуси объемы образования производственных отходов постоянно превышают объемы переработки, наблюдается рост их накопления со скоростью около 3% в год. По состоянию на начало 2009 г. объем накопившихся отходов производства составил 898 млн. т. Объекты их хранения занимают 2459 га земель, из них на солеотвалы и шламохранилища ОАО «Беларуськалий» приходится 70 % этой площади. Наиболее объемные отходы складируются в отвалах и шламонакопителях: калийные отходы, фосфогипс, лигнин, золоотвалы ТЭЦ. Ряд машиностроительных и химических предприятий располагает накопителями шламообразных отходов (шламохранилища, отстойники, иловые площадки). Промышленные отходы высокой степени опасности накапливаются на территориях предприятий. Многими предприятиями неутилизированные промышленные отходы вывозятся на полигоны коммунальных отходов. Промышленные отходы обогащены по сравнению с почвами Беларуси широким спектром элементов (табл. 21.22)
Таблица 21.22
Содержание тяжелых металлов в субстрате различных отходов, мг / кг [91]
| Субстрат отходов | Cd | Pb | Cu | Ni | Zn | Mn | Cr | V | Co |
| Фосфогипс | 0,04 | 8,1 | 4,1 | 84,4 | 131,5 | 12,8 | 21,8 | 4,1 | |
| Металлургические отходы | 0,18 | 16,5 | 43,6 | 14,9 | 122,4 | 59,3 | 2,7 | ||
| Золы ТЭЦ | – | 14,5 | |||||||
| Производства искусственного волокна | – | 34,3 | 29,5 | 11,8 | 126,1 | 8,4 | – | ||
| Мебельного производства | 1,46 | 39,1 | |||||||
| Кожевенного производства | 13,2 | 111.8 | 29,7 | 344,4 | – | 79,1 | 3,4 | ||
| Нефтешламы | 5,87 | 20,6 | 5,7 | ||||||
| Лигнин | - | 112,5 | 5,5 | ||||||
| Строительные отходы | 1,34 | 22,9 | 31,8 | 110,7 | 242,8 | 65,5 | 16,4 | 5,2 | |
| Почвы Беларуси (фон) | 0,1 |
Коммунальные отходы преимущественно вывозятся на полигоны ТКО, размещенные в пригородных зонах городов. В настоящее время функционирует около 200 полигонов ТКО, занимающих 900 га земель, и 3710 мини-полигонов, занимающих около 3000 га [119].
Ежегодно в Беларуси образуется около 200 тыс. т осадков сточных вод (ОСВ). Они накапливается в картах-накопителях и биопрудах вблизи городских очистных сооружений. Содержание тяжелых металлов в субстратах ОСВ определяется промышленной специализацией города и составом сточных ввод (табл. 21.23). Так, максимальное количество цинка содержится в осадках сточных вод г. Могилева, хрома – в г. Минске, меди – в Минске и Могилеве. Ил биопрудов концентрирует цинк, марганец, медь, хром (г. Новополоцк).
Таблица 21.23
Содержание тяжелых металлов в осадках сточных вод, мг/кг [90]
| Субстрат | |||||||||
| ОСВ, г. Минск | 19,2 | ||||||||
| ОСВ, г. Гомель | 3,8 | ||||||||
| ОСВ, г. Могилев | |||||||||
| ОСВ, г. Светлогорск | – | – | |||||||
| ОСВ, г. Пинск | 3,6 | – | – | – | |||||
| Ил из биопродуктов, г. Борисов | – | ||||||||
| Ил из биопродуктов, Г. Новополоцк | – |
По данным геохимических исследований, в отложениях полигонов фиксируется широкий спектр элементов с довольно большим диапазоном значений. Основные из них – тяжелые металлы (прежде всего Pb, Zn, Cu, Ni, Cr, Cd и Sn). Значительная часть химических элементов находится в виде легкорастворимых соединений. Содержание в них водорастворимых солей на 2–3 порядка выше, чем в незагрязненных почвах. Состав солей разнообразен: среди катионов чаще преобладают аммоний, калий или натрий, среди анионов - хлориды и сульфаты. В процессе выщелачивания химических элементов из отходов атмосферными осадками и грунтовыми водами формируются фильтраты, являющиеся основным агентом выноса загрязняющих веществ за пределы полигонов.
Путями поступления загрязняющих веществ из толщи полигонов в местные ландшафты служат поверхностные водные потоки, а также внутрипочвенный сток и проникновение фильтратов в грунтовые воды. С поверхностными потоками осуществляется миграция этих веществ как в растворенном, так и во взвешенном виде, с грунтовыми водами – преимущественно в водорастворимой форме. Воздушный вынос загрязнителей за пределы полигонов незначителен и не является существенным фактором загрязнения.
Геохимические аномалии, формирующиеся в зонах влияния полигонов складирования отходов, как правило, имеют комплексный характер. Загрязнению подвергаются все компоненты ландшафта: атмосферный воздух, поверхностные и грунтовые воды, почвы и растения.
Результаты исследования химического состава грунтовых вод в зонах влияния полигонов свидетельствуют об его значительной трансформации. В непосредственной близости к объектам общая минерализация вод, как правило, превышает 1 г/дм3, а иногда сопоставима с минерализацией фильтратов, достигая значений 5,0–8,2 г/дм3. В зонах влияния полигонов ТКО воды обогащены выше уровня ПДК хлором, натрием, аммонийным азотом, реже - сульфатами. Вблизи полигонов ТПО в водах, как правило, наиболее высоки концентрации сульфатов, хлоридов, нитратного азота, натрия и магния.
Для высокоминерализованных грунтовых вод вблизи полигонов характерен состав с явным преобладанием ионов-загрязнителей: у полигонов ТКО он чаще всего резко выраженный хлоридный натриевый, полигонов ТПО – смешанный с преобладанием среди катионов натрия, кальция, аммонийного азота, среди анионов – хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов. Для периферийных участков аномалий характерен переходный от азонального к природному состав вод. На границе санитарно-защитных зон полигонов (удаленность до 500 м), как правило, в водах фиксируются лишь изменения в соотношениях между макрокомпонентами. Однако, в случае неблагоприятных геолого-гидрогеологических условий ареал распространения азональных вод может быть протяженным.
Содержание тяжелых металлов в водах вблизи полигонов варьирует в широком диапазоне концентраций: от минимальных, на уровне порога чувствительности метода определения, до максимальных, превышающих ПДК. В превышающих ПДК количествах в грунтовых водах чаще всего присутствуют марганец, цинк, никель, свинец и кадмий. Высокие концентрации элементов-загрязнителей в ядре гидрогеохимических аномалий постепенно снижаются к периферии в результате адсорбции породами и разбавления природными водами, приближаясь к фоновым содержаниям. В зависимости от местных природных условий существенно различается миграционная активность компонентов-загрязнителей, и, следовательно, протяженность и глубина распространения аномалий.
В почвах вблизи обследованных полигонов наблюдается избыточное накопление цинка, меди, свинца, никеля и кадмия в концентрациях, превышающих ПДК. В аномально высоких количествах в них также обнаруживаются хром, олово, марганец, ванадий и молибден.
Пространственное проявление ореолов загрязнения почв тяжелыми металлами связано с ландшафтной структурой местности. Наиболее обширны и непрерывны по площади аномалии в пределах ландшафтов супераквального типа. При незначительных уклонах поверхности и преобладании легких по составу пород, мигрирующие за пределы полигонов загрязняющие вещества накапливаются, преимущественно, в почвах местных понижений. Максимальные концентрации металлов зафиксированы в верхних горизонтах торфяно-болотных почв. В них абсолютное содержание меди достигает 1200 мг/кг; цинка – 1800,0; никеля – 800,0; свинца – 108,9; кадмия – 70,0 мг/кг. С удалением от объектов в почвах наблюдается резкое снижение концентраций указанных элементов.
Анализ вертикального распределения микроэлементов в загрязненных почвах показывает, что максимумы их накопления приурочены к верхним горизонтам, обогащенным органикой. С глубиной по разрезу обычно отмечается снижение содержаний элементов до уровня фоновых значений.
Вблизи полигонов по потоку загрязненных почвенно-грунтовых вод часто формируются засоленные почвы. Содержащиеся в загрязненных водах соли в сухое время года подтягиваются по капиллярам и при испарении выпадают в осадок, обогащая почвенные горизонты. В составе солей преобладают ионы натрия, хлора и сульфаты, содержание последних в ряде случаев превышает ПДК для почв. Такой процесс засоления почв наиболее выражен в супераквальных условиях и наблюдается во всех генетических горизонтах, чему способствует неглубокое залегание грунтовых вод. Для верхних горизонтов почв элювиальных ландшафтов засоление не характерно. Однако загрязненные грунтовые воды иногда формируют ареалы избыточного накопления солей в нижней части почвенного профиля за счет капиллярного поднятия загрязненных грунтовых вод. Иногда некоторое увеличение содержания водорастворимых солей бывает приурочено к иллювиальному горизонту почв, что объясняется боковым притоком загрязненных внутрипочвенных вод (верховодки).
Характерной особенностью геохимических аномалий в зонах влияния полигонов отходов является их стабильность, что определяется долгосрочностью воздействия свалок, а также преимущественно водным характером миграции загрязняющих веществ.
Для решения проблемы загрязнения отходами урбанизированных территорий Беларуси нужно стремиться к эффективному сочетанию превентивных мер по предотвращению образования отходов, мер по использованию и удалению образовавшихся отходов, а также мероприятий по восстановлению загрязненных земель.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
Авессаломова И. А. Геохимические показатели при изучении ландшафтов.– М.: Изд-во МГУ, 1978.– 108 с.
Глазовская М. А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. – М.: Изд-во МГУ, 2007.
Мычко Д. И. Основы геохимии. Неорганическая химия: Учеб.-метод. комплекс / Д. И. Мычко. – Минск: БГУ, 2004.– 244 с.
Перельман А. И. Геохимия ландшафта / А. И. Перельман, Н. С. Касимов. – М.: Астрея-2000, 1999.
Чартко М. К. Асновы геахіміі / М. К. Чартко. – Мінск: БДУ, 2001. – 69 с.
Чертко Н. К. Геохимия ландшафта. – Минск: Изд-во БГУ им. В. И. Ленина, 1981. – 255 с.
Дополнительная
Борисов М. В. Термодинамика геохимических процессов / М. В. Борисов, Ю. В. Шваров. – М., 1992.
Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы / П. Бримблкумб. – М.: Мир, 1988. – 351 с.
Вернадский В. И. Избранные сочинения. В 5-ти т. / В. И. Вернадский. – М.: Изд-во АН СССР, 1954–1960. Т. 1–5.
Добровольский В. В. Гипергенез и коры выветривания / В. В. Добровольский. М.: Научный мир, 2007. – 508 с.
Исидоров В. А. Органическая химия атмосферы / В. А. Исидоров. 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Химия, Санкт-Петербург. отдел., 1992. – 287 с.
Светлогорск: экологический анализ города / В.С. Хомич и др. Минск, 2002.
Тарасова Н. П. Химия окружающей среды: атмосфера: учеб. пособие для вузов / Н. П. Тарасова, В. А. Кузнецов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 228 с.
Фелленберг Г. Загрязнение природной среды / Г. Фелленберг. – М.: Мир, 1997.
В.С. Хомич, С.В. Какарека, Т.И. Кухарчик. Экогеохимия городских ландшафтов Беларуси. Минск, 2004.
Чертко Н. К. Геохимия и экология химических элементов: справ. пособие / Н. К. Чертко, Э. Н. Чертко. – Минск: Изд. центр БГУ, 2008. – 135 с.
