Геохімія

241

Проблеми розвитку кризових екологічних ситуацій в містах та великих промислових агломераціях вирішують за допомогою імпактного геохімічного моніторингу. Останній є неможливим без здійснення фонового моніторингу, оскільки саме він дає інформацію щодо фонового розподілу елементів, їх глобальних і регіональних компонентних кларків. Моніторинг може бути комплексним і компонентним

(атмосферний, водний тощо). Основним недоліком компонентних моніторингових досліджень є те що процеси розсіяння і концентрації речовини як природного, так і техногенного походження ніколи не відбуваються лише в межах одного компоненту середовища. Тому контролюючи, наприклад, склад атмосфери ми простежуємо в часі і просторі ореол розсіяння від викидів, однак не можемо дати характеристику процесів міграції в водах, грунтах, живих організмах, та ідентифікувати пов’язану з ними вторинну складову атмохімічних аномалій.

Оціночні критерії при проведенні досліджень формуються на основі санітарно-гієнічних (див.

табл.4.12) та геохімічних (в тому числі біогеохімічних) уявлень.

Попри видиму зручність і однозначність оцінок сформованих на базі застосування ГДК (“безпечний”- “небезпечний”, “прийнятний”-“неприйнятний” тощо), такий підхід має ряд суттєвих недоліків, які частково ми вже розглянули в попередньому розділі (неврахування співвідношення конкретних форм знаходження тощо). Крім того, ГДК не враховують ефекти накопичення забруднюючих речовин в результаті їх перерозподілу між компонентами середовища, а також зміну токсичності при такому перерозподілі. Встановлення самих величин ГДК теж не завжди можливе з достатнім рівнем точності у зв’язку з труднощами визначення залежності доза-ефект в області низьких доз і малих часів, а також відносно невеликою кількістю коректних даних щодо впливу на людину (а не на піддослідних тварин).

Недаремно процес перегляду показників ГДК йде постійно, і рівні концентрацій що видавалися безпечними ще вчора, сьогодні вже вважаються неприпустимими (і навпаки) – тож необхідний перегляд вже прийнятих рішень. Результатом є формування алогічних висновків – “стан задовільний, оскільки концентрації забруднювачів не перевищують 5 гранично допустимих концентрацій”.

Таблиця 4.12 – Загальна оцінка еколого-геологічних умов на основі забруднення компонентів літосфери (за В.Т.Трофімовим, та Д.Г.Зілінгом [39])

241

242

Геохімічні критерії, в основу яких покладено вчення про кларки, більш універсальні, вони використовуються для оцінки хімічного, бактеріологічного, механічного забруднення атмосфери, підземних і поверхневих вод, ґрунтів, порід зони аерації і донних осадків. Вони охоплюють всі компоненти біосфери і дозволяють визначати рівні їх природної аномальності та техногенного забруднення.

Оцінка рівня забруднення здійснюється через кларки відповідних середовищ, через ГДК (які в даному випадку розглядається як своєрідні кларки взаємодіючих фаз геосфери), через порівняння із стандартами якості (чисельність популяцій при бактеріальному забрудненні), або із застосуванням різноманітних розрахункових коефіцієнтів.

Взагалі кажучи, саме кларки або фонові значення, що фіксуються на апріорі незабруднених територіях, використовують в тих випадках коли на забруднювач (полютант) відсутні дані щодо ГДК (частіше за все така ситуація характерна при оцінці забрудненості порід зони аерації, іноді ґрунтів і донних відкладів). Звичайно, при цьому необхідний диференційований підхід до токсикантів з урахуванням класу їх небезпеки.

Вимоги до стану грунтів прописані в відповідних нормативних документах. Крім прямих критеріїв (рівні концентрацій забруднювачів, див. табл. 4.13) для оцінки стану грунтів використовують широкий набір розрахункових показників, серед яких найчастіше використовують вже згадуваний коефіцієнт сумарної забрудненості (див табл. 4.14).

Таблиця 4.13 - Укрупнені показники оцінки техногенної забрудненості ґрунтів з кількісним ранжируванням значень по класам станів (за [50])

Таблиця 4.14 – Орієнтовні оцінки стану забруднення грунтів в системі грунт-людина (за Ю.Є.Саєтом, згідно [50].).

242

243

Примітка: ZC - коефіцієнт сумарного забруднення важкими металами

Для оцінки самоочищуючої здатності геосистем можна використовувати коефіцієнт самочищення грунтів (Давидова Н.Д., Суслова Н.Г., 1984), який є відношенням маси техногенної речовини (елементу) винесеної з певного обсягу грунту за певний проміжок часу до маси техногенної речовини внесеної за цей же час (МТ):

де М1 – початковий запас речовини в певному об’ємі грунту, Мn – запас речовини при повторному вимірюванні. Величину МТ найчастіше оцінюють за даними сноухімічної зйомки.

Кількісну оцінку еколого-геологічного стану донних осадків доцільно здійснювати з використанням індексів геоакумуляції (Г.Мюллер, 1979):

де Сn – концентрація елементу n в донних відкладах, Bn – геохімічний фон по елементу n.

Підземні води. Прямі критерії оцінки якості підземних вод розроблені; вони базуються на вимогах ГДК і забезпечені відповідними нормативно-методичними документами. Вони дають оцінку рівня забрудненості підземних вод з позицій питного і технічного водопостачання і рибництва. У 1995 р. В.М. Гольдбергом як критерій оцінки підземних вод був запропонований площинний (площа, область забруднення F в км2) показник і визначення точок відліку для фіксованих змін (якість підземних вод у природному стані ГДК і гранично допустима концентрація забруднюючих речовин в підземних водах з урахуванням мети їх використання). Таким чином, оцінка стану підземних вод дається по двох прямих критеріях: їх якості і площі забруднення.

На завершення слід додати наступне. В методу кларків, на якому, зрештою, базуються вище

перелічені критерії оцінки забрудненості, наряду з безсумнівними перевагами (масовість, співставність)

є й суттєві недоліки – надмірна узагальненість даних та відсутність цілісного уявлення про геохімічні та

біогеохімічні процеси в природних та техногенних ландшафтах.

В той же час, складна радіальна і латеральна структура природних екосистем вимагає визначення

характеру взаємозв’язків елементів в компонентах і підсистемах, тобто структур фонового і аномального

геохімічного поля.

З іншого боку локальні екосистеми відрізняються між собою не лише за рівнем вмісту елементів і

структурою геохімічного поля, а й за специфічними типами кругообігу речовин. Власне кажучи,

порушення кругообігу і поява дисбалансу речовин в більшості випадків є надійним індикатором

антропогенного впливу. Тож дуже перспективними є моделювання просторово-часових змін складу і

стійкості екосистем та їх компонентів, а також аналіз, на основі вивчення потоків і балансів речовини та

енергії, а також кругообігу елементів, функціонування екосистем. Саме реалізація таких підходів

дозволить розробити основні підходи до оптимізації ноосфери, тобто створення оптимальних

техногенних ландшафтів.

243

244

Перелік тем лабораторних занять:

Дослідження гетеровалентного ізоморфізму рідкісних елементів в цирконах та апатитах.

Оцінка ступеню відповідності розподілу рідкісних елементах в серіях гірських порід теоретичній моделі фракційної кристалізації розплавів.

Модельна оцінка ступеню розкристалізації (масової частки рідкої фази) магматичної системи за концентраціями в магматичних породах (порціях залишкового розплаву) несумістних рідкісних елементів з сталими та незалежно визначеними значеннями ефективних коефіцієнтів розподілу.

Дослідження монотонної та інверсійної поведінки інших рідкісних елементів в магматичній еволюції, розрахунок модельних значень їх ефективних коефіцієнтів розподілу та відповідаючого їм фазового складу кристалізату.

Модельна оцінка поведінки петрогенних компонентів в ході магматичної еволюції.

Визначення модельного температурного режиму функціювання магматичної системи за експериментальними даними щодо розчинності

акцесорних фаз (циркону та апатиту) в силікатних розплавах.

Визначення модельного флюїдного режиму функціювання магматичної системи за експериментальними даними щодо залежності розчинності монациту від температури, катіонного складу силікатних розплавів та вмісту в них води.

Визначення умов відокремлення водного флюїду за модельною оцінкою поведінки H2O та експериментальними даними щодо розчинності води в силікатних розплавах.

Визначення модельних значень коефіцієнтів розподілу магматогенний флюїд/розплав для рідкісних елементів, оцінка потенційної рудогенеруючої спроможності магматичного комплексу.

Розрахунок модельного складу рудоносного флюїду та вирогідних продуктів його взаємодії з вміщуючими породами. Перевірка модельних побудов шляхом порівняння одержаних результатів з реальним складом рудоносних гідротермально-метасоматичних утворень.

Дослідження зв’язку та співвідношення процесів генерації магм та їх подальшої еволюції з використанням комплексу теоретичних моделей поведінки елементів при частковому плавленні та кристалізації розплавів.

Примітки:

Лабораторна робота № 1 знайомить студентів з найпростішою геохімічною моделлю, яка описує відомі схеми ізоморфного входження елементів-домішок в структуру циркону та апатиту. Для виконання роботи надаються дані щодо концентрацій всіх мінералоутворюючих та домішкових елементів в репрезентативних серіях зразків відповідних мінералів, які одержані за допомогою сучасних локальних аналітичних методів.

Лабораторні роботи № 2-11 складають єдиний цикл з загальною назвою «Геохімічне моделювання магматичних та магматогенно-гідротермальних систем». В ньому використовуються оригінальні вихідні дані та комплекс широко відомих теоретичних положень, доповнений оригінальними розробками.

Всі лабораторні роботи передбачають широке використання розрахункових та графічних можливостей персональних компьютерів та виконуються на базі компьютерного класу.

244

245

Рекомендована література

1.Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. — М.: Наука, 1976. — 267 с.

2.Барабанов В.Ф. Геохимия. — Л.: Недра, 1985. — 422 с.

3.Войткевич Г.В., Закруткин В.В. Основы геохимии. — М.: Высшая школа, 1976. —365 с.

4.Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. — М.: Недра, 1990. — 480 с.

5.Вуд Б, Фрейзер Д. Основы термодинамики для геологов. — М.: Мир, 1981. — 184 с.

6.Мейсон Б. Основы геохимии — М.: Недра, 1971. — 311 с.

7.Пелешенко В.І., Хільчевський В.К. Загальна гідрохімія. — К.: Либідь, 1997. — 384 с.

8.Перельман А.И. Геохимия. — М.: Высшая школа, 1979, 1990. — 423 с.

9.Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. — М.: Недра, 1976. —287 с.

10.Рябчиков И.Д. Термодинамика флюидной фазы гранитоидных магм. — М.: Наука, 1975. — 232 с.

11.Рябчиков И.Д. Геохимическая эволюция мантии Земли. — М.: Наука, 1988. — 37 с.

12.Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М. Континентальная кора: ее состав и эволюция (рассмотрение геохимической летописи, запечатленной в осадочных породах). – М.: Мир, 1988. – 379 с.

13.Урусов В.С. Теоретическая кристаллохимия. — М.: Изд-во МГУ, 1987. — 275 с.

14.Хендерсон П. Неорганическая геохимия. — М.: Мир, 1985. — 339 с.

15.Шнюков С.Є. Наскрізні акцесорні мінерали в геохімічному моделюванні магматичних процесів // Збірник наукових праць УкрДГРІ. — 2001. — № 1-2. — С. 41-53.

16.Шнюков С.Є., Лазарева І.І. Геохімічне моделювання в дослідженні генетичного зв’язку магматичних комплексів та просторово асоціюючих з ними гідротермально-метасоматичних рудних родовищ // Збірник наукових праць УкрДГРІ. — 2002. — № 1.

17.Шнюков С. Е. Геохимические модели эволюции магматических систем и земной коры: потенциальный источник рудогенетической и петрофизической информации // Геофиз. журнал — 2002. — Т. 24, № 6.

245