Эколого-геохимические оценки состояния городов

Комплексная геохимическая оценка экологического состояния города или его отдельного района состоит из нескольких взаимосвя­занных блоков, каждый из которых имеет определенные методические принципы и технологические подходы.

Оценка природного геохимического фона окружающей территории

Эти исследования необходимы для расчета контрастности техн| генных геохимических аномалий в городской среде. Особенно важны для тех сред и химических элементов, для которых не разработаны санитарно-гигиенические нормы (предельно допустимые концентрации - ПДК и др.). Оценка геохимического фона включает получение детальной информации о региональной литогеохими ческой и биогеохимической специализации эталонных фоновых участков, расположенных вне зоны влияния промышленного и сельскохозяйственного загрязнения, их радиальной и латеральной структуре, выраженной в виде системы ландшафтно-геохимических коэффициентов и моделей. При выборе эталонных участков нужно учитывать радиус загрязнения вокруг промышленных центров, нередко достигающий нескольких десятков километров. Основные закономерности дифференциации геохимического фона природных зон и провинций и используемые при их изучении методические принципы детально описаны в книге "Ландшафтно-геохимические основы фонового мониторинга природной среды" (1989).

Ландшафтно-геохимический анализ состояния городов

Экологические блоки любого промышленного города, между которыми формируются потоки загрязняющих веществ, условно делятся на три группы: а) источники выбросов, к которым относится промышленный комплекс города, городское жилищно-коммунальное хозяйство и транспорт; б) транзитные среды, непосредственно принимающие выбросы, где происходит транспортировка и частичная трансформация загрязняющих веществ - атмосфера города, атмосферные выпадения (дождь, снег, пыль), временные и постоянные водотоки, поверхностные воды и водоемы (пруды, озера, водохранилища), грунтовые воды; загрязняющие вещества в эти природные системы поступают через открытые и закрытые коллекторы путем рассеивания через атмосферу или от складирования твердых отходов; в) депонирующие среды, в которых накапливаются и преобразуются техногенные вещества - донные отложения, почвы (особенно участки геохимических барьеров), растения, микроорганизмы, городские сооружения, население города.

Используемые при экологической оценке городов ландшафтно-геохимические методы в большей степени связаны с изучением не эмиссии загрязняющих веществ от техногенных источников, на которое ориентированы системы ведомственного мониторинга, а иммиссии поллютантов, т.е. их реального распределения в депони­рующих природных средах.

Техногенные источники загрязнения

Геохимическое состояние городской среды наряду с природными условиями определяется количеством техногенных источников, находящихся на территории города, их расположением, мощностью и качественным составом загрязняющих веществ. Наиболее опасная экологическая ситуация складывается в крупных промышленных центрах, где происходит аккумулятивное воздействие на природную среду и человека различных видов производств, транспорта, муниципальных и других отходов. Главные источники загрязнения -неутилизированные промышленные и коммунально-бытовые отходы, содержащие токсичные химические элементы. Особенностью городов является наложение полей загрязнения различных производств и видов хозяйственной деятельности и формирование полиэлементных техногенных геохимических аномалий в компонентах городского ландшафта (воздухе, снежном, почвенном и растительном покровах, поверхностных и грунтовых водах).

Техногенные отходы подразделяются на жидкие и твердые отходы (преднамеренно собираемые и депонируемые), стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков, содержащих твердые взвешенные частицы) и выбросы (рассеяние в атмосфере загрязняющих веществ в твердой, жидкой и газообразной формах). Для проведения мониторинга техногенные отходы делятся на организованные - поступающие в окружающую среду через специальные устройства (трубы, факелы, очистные сооружения, шлаконакопители, отвалы), поддающиеся контролю и неорганизованные (утечки и выбросы загрязняющих веществ в системах трубопроводов, канализации, при авариях, перевозке отходов и т.д.), постоянный контроль которых затруднен.

Типы промышленного производства и хозяйственной деятель­ности отличаются количеством и составом загрязняющих веществ в отходах, стоках и выбросах. Некоторые производства обладают сходным набором поллютантов. Геохимический анализ источников загрязнения, особенно концентрации в отходах микроэлементов, выполнен под руководством Ю.В. Саёта (Геохимия..., 1990).

По степени аномальности относительно кларков литосферы первое место занимают выбросы предприятий (в пыли особенно сильно концентрируются вольфрам, сурьма, свинец, кадмий, никель), немного меньше или сопоставима с ними нагрузка от отходов, третье место в ряду аномальности занимают стоки. Но по абсолютной массе поставки в окружающую среду твердые отходы опережают выбросы. Большое число и неравномерность размещения техногенных источников в сочетании с природными условиями создают сложную картину геохимических полей и аномальных зон на территориях промышленных городов. Идентификация техногенных источников в крупном городе - более сложная задача по сравнению с отдельно стоящими узкоспециализированными предприятиями в малых городах и поселках. Поэтому инвентаризация техногенных источников - одна из важнейших и первоочередных задач при эколого-геохимических оценках состояния городов.

Атмосферные выпадения

Выбросы вредных веществ в атмосферу в городах составляют сотни и миллионы тысяч тонн в год. Среди городов по интенсивности выбросов (более 800 тыс. т/год) выделяются города с черной и цветной металлургией - Норильск, Кривой Рог, Темиртау, Новокузнецк, Магнитогорск, Мариуполь. Для оценки экологической опасности степени загрязнения кроме объема выбросов важное значение имеет их качественный состав и содержание наиболее токсичных веществ. В крупных столичных городах, расположенных в межгорных и предгорных впадинах, велико значение загрязнения автотранспортом, достигающее в Тбилиси, Ереване, Алма-Ате и Ташкенте 75-90% от общих выбросов.

Основная масса микроэлементов в атмосфере входит в состав аэрозолей. При этом элементы с относительно высокими кларками железо, марганец, цинк, хром, медь - связаны, главным образом мелко- и крупнодисперсным аэрозолем (0,05-2 мкм и более), наиболее токсичные элементы с низкими кларками - кадмий, свинец, сурьма, мышьяк, ртуть - находятся преимущественно в субмикронной фракции (менее 0,05 мкм) или паро-газовой фазе аэрозоля (Геохимия..., 1990). В атмосферных осадках преобладают водорастворимые формы металлов.

Атмосферный воздух в городах загрязнен обычно оксидами серы и азота, пылью, но особенно опасны повышенные концентраций специфических для каждого вида производства загрязнителей. Наиболее высокие уровни загрязнения наблюдаются в городах с черной, цветной и нефтехимической промышленностью, где ПДК вредных веществ уже превышены в несколько раз. Среди специфических поллютантов в городах приоритетные позиции занимают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), формальдегид и тяжелые металлы. Особенно контрастны техногенные аномалии одного из ПАУ - 3,4-бенз(а)пирена, обладающего канцерогенными свойствами и образующегося, главным образом, при сжигании ископаемого топлива.

Высока запыленность воздуха в городах. Так, в фоновых ландшафтах центра Русской равнины поставка твердого вещества из атмосферы составляет 10-15 кг/км² в сутки. В промышленных городах она увеличивается в 5-10 раз и более, что ведет к возрастанию роли взвешенных частиц как носителей химических элементов и контрастности образующихся в атмосферных выпадениях техногенных аномалий. При этом выделяются два типа атмотехногенной нагрузки: 1) выпадение больших коли­честв пыли с относительно низкими концентрациями поллютантов и 2) высокие нагрузки, образуемые выпадением меньшего количества пыли с повышенными содержаниями химических элементов.

Из-за глобального распространения многих поллютантов, осо­бенно тяжелых металлов, возникают большие трудности при опреде­лении регионального фона атмосферных выпадений. Почвы - основной поставщик тяжелых металлов естественного происхожде­ния в атмосферу. Однако пыль выпадений по сравнению с почвами обогащена в 5-20 раз ртутью, цинком, оловом, кадмием и медью. Считается, что для этих металлов, а также мышьяка и сурьмы антропогенный вклад в их общее количество в атмосфере уже со­ставляет более 50%. Поэтому Понятие "фон" (для каждого конкретного населенного пункта устанавливается органами Госкомгидромета) для атмосферных выпадений относительно. На региональном фоне выпадения в промышленных городах в среднем в 3-15 раз обогащены тяжелили металлами. В свою очередь территория крупных городов, как прави­ло, загрязнена неравномерно и на повышенном городском фоне четко выделяются техногенные аномалии выпадений, приуроченные к промышленным зонам, где концентрации цинка, свинца, никеля, ртути, хрома и других металлов возрастают обычно еще в 5-6 раз.

Интенсивность загрязнения воздуха в городах зависит от целого ряда ландшафтных факторов и, в первую очередь, от метеорологической ситуации и рельефа местности. Особенно сильное загрязнение характерно для промышленных городов, расположенных в горных котловинах (горно-котловинное семейство) с частыми инверсиями температур, приводящими к смогам (города Новокузнецк, Братск, Магнитогорск, Иркутск и др.). Состояние атмосферного воздуха очень динамично, поэтому на­блюдение за его составом ведется непрерывно на стационарных пунктах контроля. В крупных городах оно осуществляется, как правило, в нескольких пунктах. Такая организация контроля воздушной среды имеет свои достоинства (непрерывность) и недостатки (редкая сеть наблюдений не обеспечивает достоверной простран­ственной картины распределения загрязнителей по всей территории города). Существование коррелятивных зависимостей между содержанием многих поллютантов в атмосферном воздухе с их содержанием в снеге и почвах, доступных для площадного опробования, позволяет использовать эти компоненты ландшафта для экспрессной геохимической индикации загрязнения городов.