- •Лекция № 1 Тема: введение
- •Отличие геохимического мышления от химического
- •2 История развития гос
- •2.1 Предпосылки возникновения геохимии окружающей среды
- •2.2 Развитие геохимии окружающей среды
- •3 Связь с другими науками
- •Лекция № 2 Тема: ландшафтно-геохимические системы
- •1 Элементарные ландшафтно-геохимические системы (элементарные ландшафты)
- •2 Каскадные ландшафтно-геохимические системы
- •Лекция № 3 Тема: распределение химических элементов в земной коре
- •1 Понятие о кларке вещества
- •2 Закон Кларка-Вернадского
- •3 Распределения химических элементов в земной коре
- •Лекция № 4 Тема: миграция вещества
- •1 Закон Гольдшмидта. Внутренние и внешние факторы миграции
- •2 Виды миграции химических элементов.
- •3 Типоморфные (ведущие) элементы, принцип подвижных компонентов
- •Лекция № 5 Тема: миграция вещества
- •1 Параметры миграции
- •2 Геохимические барьеры
- •3 Ореолы рассеяния
- •Лекция № 6 Тема: Распределение химических элементов в биосфере
- •1 Кларки живого вещества
- •2 Биогеохимические коэффициенты
- •3 Химический элементный состав организмов
- •Лекция № 7 Тема: Биогенная миграция
- •1 Геохимическая роль живого вещества
- •2 Биологический круговорот атомов
- •3 Количество живого вещества
- •Лекция № 8 Тема: Классификация биогенных ландшафтов
- •1 Классификация биогенных ландшафтов
- •Лекция № 9 Тема: Геохимия почв
- •1 Отличие элювиальных почв от коры выветривания
- •2 Геохимическая структура почв
- •Лекция № 10 Тема: геохимия атмосферы
- •1 Газовый состав атмосферы
- •2 Загрязнение атмосферы
- •Лекция № 11 Тема: геохимия гидросферы
- •1 Химический состав воды зоны гипергенеза. Интенсивность водной миграции химических элементов
- •2 Формирование химического состава поверхностных и грунтовых вод
- •3 Окислительно-восстановительные условия вод
- •4 Щелочно-кислотные условия вод
- •Лекция № 12 Тема: техногенная миграция (техногенез)
- •1 Эволюция техногенеза
- •2 Ноосфера
- •3 Энергетика техногенеза
- •4 Два геохимических типа техногенной миграции
- •Лекция № 13 Тема: техногенные источники загрязнения
- •1 Загрязнение окружающей среды
- •2 Промышленные отходы
- •3 Химизация почв
- •4 Коммунально-бытовые отходы
- •Лекция № 14 Тема: показатели техногенеза. Геохимические аномалии
- •1 Показатели техногенеза
- •2 Законы распределения химических элементов в подсистемах ландшафта
- •3 Техногенные геохимические аномалии
- •4 Количественные показатели загрязнения
- •Лекция № 15 Тема: геохимическая классификация городов и городских ландшафтов
- •1 Основания геохимической классификации городов
- •2 Геохимическая классификация городов
- •Лекция № 15 Тема: основные черты геохимии горнопромышленных ландшафтов
- •1 Классификация горнопромышленных ландшафтов
- •2 Эколого-геохимическая характеристика горнопромышленных ландшафтов
- •Лекция № 17 Тема: агротехногенез
- •1 Типы агротехногенеза
- •2 Источники загрязнения агроландшафтов
- •Лекция № 17 Тема: эколого-геохимический мониторинг
- •Лекция № 18 Тема: здоровье экосистем и человека
- •2 Влияние химических элементов на здоровье человека
- •3 Санитарно-гигиенические нормативы качества природной среды
- •1.1 Геохимические спектры
- •1.2 Анализ радиальной и латеральной структуры ландшафтов
- •2 Гидросфера
- •3 Биосфера
- •4 Эколого-геохимическая оценка антропогенных ландшафтов
- •4.1 Геохимические нормативы качества природной среды
- •4.2 Санитарно-гигиенические нормативы качества природной среды
4.1 Геохимические нормативы качества природной среды
Геохимическим нормативом является среднее содержание химического элемента на фоновом участке (Сф), расположенном в аналогичном природном ландшафте и испытывающем минимальное техногенное воздействие. Одним из основных показателей интенсивности техногенного воздействия служит коэффициент концентрации химического элемента (Кс), который определяется отношением реального (аномального) его содержания (Сi) в конкретном природном объекте к среднему содержанию на фоновом участке (Сф):
Кс = Сi / Сф.
Для полиэлементного анализа техногенных аномалий Ю. Е. Сает [Методические указания …, 1987] предложил использовать суммарный показатель загрязнения (Zc), представляющий собой сумму превышений коэффициентов концентраций накапливающихся химических элементов:
Zc = Σ Кс – (n – 1),
где n – количество химических элементов с аномальным содержанием.
При расчете суммарного показателя загрязнения за аномальное значение рекомендуется принимать содержание химического элемента, превышающее фоновое значение более чем в полтора раза (Kc > 1,5). При значениях коэффициента концентрации Кс = 1,0 – 1,5 его превышение фонового значения следует считать естественной вариацией распределения данного химического элемента в изучаемом природном компоненте. Данные показатели широко используются при исследовании антропогенных ландшафтов [Экогеохимия …, 1995] и эколого-геохимической оценки депонирующих сред: почвы, донных отложений, объектов животного и растительного мира, пыли, накопленной снегом.
Оценка загрязнения атмосферы химическими элементами в зимний период времени проводится на основе анализа пыли накопленной снегом. При анализе твердых атмосферных выпадений помимо коэффициентов концентрации металлов и суммарного показателя загрязнения, рассчитывается суммарное выпадение твердого вещества – пылевая нагрузка (Рn). Расчет пылевой нагрузки производился по формуле:
Pn = P / (S · t ),
где P – вес твердого вещества, содержащегося в снеговой пробе, кг;
S – площадь отбора снежной пробы, км2;
t – время, прошедшее с момента установления устойчивого снежного покрова, сут.
При эколого-геохимическом анализе изучаемой территории важно знать не только суммарную пылевую нагрузку, но и массу того или иного химического элемента выпавшего с пылью. Для этого определяется общая техногенная нагрузка элемента (Рi) по формуле:
Рi = Pn · Сi,
где Pn – суммарная пылевая нагрузка, кг/км2 в сут.;
Сi – концентрация i-того элемента в снеговой пыли, мг/кг.
Аналогично коэффициенту концентрации, для снеговой пыли рассчитывается коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента (Кр) по формуле:
Кр = Рi / Рф,
где Рф – фоновая нагрузка исследуемого элемента, мг/км2 в сут.
Фоновая пылевая нагрузка определялась по формуле:
Рф = Сф · Рnф,
где Сф – фоновая концентрация исследуемого элемента в пыли, мг/кг;
Рnф – фоновая пылевая нагрузка, кг/км2 в сут.
Обобщающим показателем учитывающим, как концентрацию химических элементов в выпавшей пыли, так и массу этих выпадений, является суммарный показатель нагрузки Zp [Методические рекомендации …, 1990], который рассчитывается по формуле:
Zp = Σ Кр(n1).
По величине суммарного показателя загрязнения почв и снега, пылевой нагрузке и суммарному показателю нагрузки выделяются территории с разными уровнями загрязнения (табл.10).
Таблица 10 - Уровни загрязнения почв и снежного покрова металлами [Методические рекомендации …, 1990]
Уровень загрязнения |
Суммарный показатель загрязнения почв |
Суммарный показатель загрязнения снежного покрова |
Выпадение пыли, кг/км2 в сутки |
Суммарный показатель нагрузки, |
Низкий |
8 – 16 |
32 – 64 |
100 – 250 |
1000 |
Средний |
16 – 32 |
64 – 128 |
250 – 450 |
1000 – 5000 |
Высокий |
32 –1 28 |
128 – 256 |
450 – 850 |
5000 – 10000 |
Очень высокий |
Более 128 |
Более 256 |
Более 850 |
Белее 10000 |
Геохимическими и гигиеническими исследованиями установлена зависимость между показателями здоровья населения и уровнем загрязнения почв территории, на которой оно проживает (табл. 11).
Задание 12. Эколого-геохимическая оценка почвенного покрова
1. По данным, приведенным в таблице 12, рассчитать коэффициенты концентрации химических элементов в почвах на разных участках г. Саранска.
2. Для каждого из приведенных участков, выписать химические элементы, принимающие участие в загрязнении ландшафтов, при условии, что ано-мальным содержанием характеризуются химические элементы, концентрация которых в 1,5 и более раз превышает фоновые значения (Са ≥ 1,5 Сф).
3. Указать, какие химические элементы и какого класса опасности принимают наибольшее участие в загрязнении почвенного покрова г. Саранска.
4. Рассчитать суммарный показатель загрязнения почв.
5. Определить уровень загрязнения и дать ориентировочную оценку здоровья населения проживающего на данной территории (табл.11).
Таблица 11 - Ориентировочная оценочна шкала опасности загрязнения почв по
суммарному показателю [Методические указания …, 1987]
Уровень загрязнения |
Категория загрязнения |
Величина суммарного показателя загрязнения почв (Zc) |
Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения |
Низкий |
Допустимая |
Менее 16 |
Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений |
Средний |
Умеренно опасная |
16 – 32 |
Увеличение общей заболеваемости |
Высокий |
Опасная |
32 – 128 |
Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы |
Очень высокий |
Чрезвычайно опасная |
Более 128 |
Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение числа случаев токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных) |
Задание 13. Эколого-геохимическая оценка загрязнения снежного покрова г. Саранска
1. По данным, приведенным в таблице 13, рассчитать коэффициенты концентрации химических элементов в пыли, накопленной снегом на разных участках г. Саранска.
2. Для каждого из приведенных участков, выписать химические элементы, принимающие участие в загрязнении ландшафтов, если Са ≥ 1,5 Сф..
3. К какому классу опасности относятся металлы, принимающие участие в загрязнении снежного покрова?
4. Рассчитать суммарный показатель загрязнения снега и указать его уровень загрязнения.
Задание 14. Анализ техногенной нагрузки на территории Саранска
1. По данным, приведенным в таблицах 10 и 13 определить уровень пылевой нагрузки на территории г. Саранска.
2. Рассчитать техногенную нагрузку отдельных химических элементов для одного из районов города.
3. Определить коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента.
4. Рассчитать суммарный показатель нагрузки и определить уровень загрязнения по данному показателю.
Таблица 12 - Среднее содержание химических элементов на фоновом участке и
в почвах г. Саранска, мг/кг
Химический элемент |
Фоновые значения |
Магазин «Северный»* |
ТЭЦ-2
|
Мост через р. Инсар
|
Химмаш (церковь)
|
Перекресток ул.иц Советская и Рабочая |
Ламповый завод
|
Магазин «Чайка»
|
Перекресток. улиц А. Невского и Осипенко |
Mn |
767 |
698 |
791 |
571 |
779 |
711 |
937 |
1100 |
670 |
Ni |
52 |
52 |
52 |
75 |
43 |
39 |
53 |
51 |
46 |
Co |
14 |
17 |
22 |
10 |
11 |
12 |
13 |
15 |
15 |
Ti |
5583 |
4222 |
4000 |
2714 |
3000 |
4111 |
4000 |
4000 |
3800 |
V |
113 |
77 |
100 |
53 |
67 |
100 |
99 |
91 |
72 |
Сr |
128 |
167 |
209 |
171 |
146 |
217 |
162 |
193 |
232 |
Mo |
1,2 |
1,8 |
2,0 |
0,9 |
1,1 |
1,1 |
1,2 |
1,6 |
3,0 |
Zr |
260 |
83 |
237 |
50 |
69 |
73 |
134 |
109 |
89 |
Nb |
13 |
10 |
16 |
5,0 |
5,0 |
6,3 |
7,7 |
7,0 |
10 |
Cu |
37 |
123 |
55 |
50 |
146 |
147 |
59 |
135 |
282 |
Pb |
17 |
85 |
59 |
151 |
159 |
112 |
70 |
89 |
287 |
Zn |
49 |
127 |
85 |
150 |
204 |
81 |
75 |
120 |
151 |
Sn |
1,8 |
2,9 |
2,8 |
3,4 |
3,4 |
6,0 |
4,1 |
4,0 |
5,3 |
Ga |
14 |
14 |
21 |
15 |
14 |
16 |
19 |
17 |
13 |
Be |
0,9 |
0,88 |
1,3 |
0,80 |
0,71 |
1,2 |
1,0 |
1,1 |
0,80 |
Sc |
17 |
8,5 |
15 |
8,0 |
9,1 |
13 |
13 |
16 |
6,5 |
Y |
23 |
16 |
21 |
8,7 |
11 |
13 |
18 |
13 |
10 |
Yb |
1,8 |
2,0 |
2,6 |
1,3 |
1,7 |
1,7 |
2,2 |
2,1 |
1,2 |
Li |
37 |
37 |
37 |
30 |
37 |
35 |
32 |
30 |
30 |
Sr |
169 |
151 |
158 |
336 |
214 |
137 |
163 |
143 |
128 |
Ba |
508 |
375 |
480 |
325 |
442 |
356 |
709 |
517 |
433 |
Почвенный покров характеризует длительный этап техногенного воздействия. Пыль, накопленная снегом, отражает существующую антропогенную нагрузку. Их сопряженный анализ позволяет провести районирование изучаемой территории по динамическим особенностям ее загрязнения (Методические рекомендации …, 1990). Участки с аномально высокими значениями химических элементов в почве и снежном покрове относятся к зоне устойчивого загрязнения. Территории с повышенным содержанием микроэлементов в почве и низкими их концентрациями в снежном покрове указывают на реликтовый характер загрязнения. Современное (прогрессирующее) загрязнение фиксируется на площадях с высоким содержанием химических элементов в снеговой пыли и низкими их значениями в почвах. Низкие значения элементов, как в почве, так и в пыли, накопленной снегом, указывают на отсутствие антропогенного воздействия на данной территории.
Задание 15. Анализ динамики загрязнения ландшафтов г. Саранска
1. Провести анализ изучаемой территории г. Саранска по динамическим особенностям загрязнения отдельными химическими элементами.
2. Дать прогноз загрязнения ландшафтов г. Саранска по величине суммарного показателя загрязнения.
Таблица 13 -Среднее содержание химических элементов в пыли накопленной снегом на фоновом участке и территории г. Саранска, мг/кг
Химический элемент |
Фоновый участок |
Магазин «Северный» |
ТЭЦ-2
|
Мост, через р. Инсар |
Химмаш (церковь)
|
Перекресток улиц Советская и Рабочая |
Электро-ламповый завод |
Магазин «Чайка»
|
Перекресток улиц Невского и Осипенко |
Mn |
240 |
600 |
1025 |
860 |
1000 |
480 |
1000 |
771 |
680 |
Ni |
40 |
62 |
206 |
122 |
170 |
48 |
228 |
81 |
35 |
Co |
10 |
8,7 |
15 |
11 |
16 |
6,2 |
9,8 |
15 |
7,1 |
Ti |
4000 |
3875 |
6750 |
5400 |
6200 |
4000 |
6600 |
5357 |
3800 |
V |
60 |
141 |
238 |
146 |
310 |
112 |
138 |
91 |
59 |
Сr |
65 |
138 |
300 |
200 |
560 |
180 |
990 |
207 |
151 |
Mo |
1,5 |
9,1 |
4,0 |
2,4 |
3,6 |
0,8 |
1,3 |
5,0 |
8,0 |
Zr |
160 |
266 |
275 |
340 |
400 |
256 |
460 |
250 |
255 |
Nb |
20 |
8,0 |
12 |
12 |
15 |
8,0 |
8,5 |
9,2 |
8,0 |
Cu |
60 |
488 |
110 |
440 |
520 |
102 |
620 |
536 |
41 |
Pb |
29 |
175 |
127 |
117 |
253 |
110 |
392 |
140 |
97 |
Ag |
0,14 |
0,37 |
0,66 |
0,30 |
2,56 |
0,54 |
0,63 |
0,78 |
0,22 |
Zn |
136 |
124 |
71 |
82 |
316 |
160 |
166 |
150 |
54 |
Sn |
5,6 |
20 |
14 |
11,6 |
19 |
9,6 |
18 |
16 |
5,4 |
Ga |
10 |
12 |
19 |
10,2 |
17 |
8,6 |
12 |
16 |
11 |
Be |
3,8 |
1,3 |
1,8 |
1,3 |
1,3 |
0,6 |
1,2 |
2,0 |
0,6 |
Sc |
9,5 |
10 |
1,3 |
22 |
17 |
10 |
12 |
13 |
6,0 |
Y |
12 |
16 |
22 |
17 |
16 |
11 |
22 |
18 |
7,7 |
Yb |
1,0 |
1,2 |
1,3 |
1,6 |
2,7 |
1,2 |
1,8 |
1,3 |
0,45 |
Sr |
204 |
105 |
201 |
112 |
416 |
116 |
156 |
217 |
167 |
Ba |
225 |
1088 |
625 |
720 |
1020 |
580 |
5200 |
333 |
238 |
W |
1,3 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
50 |
- |
Пылевая нагрузка, кг/км2 в сутки |
6,0 |
22,6 |
22,8 |
14,5 |
32,6 |
9,8 |
21,2 |
22,1 |
14,0 |