Научные стремления 2011-1

УДК 911.2+504.54

С.В. Андрушко

ПРОЦЕССЫ АНТРОПОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЙМЕННЫХ ГЕОСИСТЕМ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ГОМЕЛЯ

Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины, Гомель

Актуальность. Влияние антропогенной нагрузки на различные типы геосистем приводит к их значительной трансформации. Особенно четко данные процессы проявляются в пределах городов. Вместе с этим, именно пойменные геосистемы, наиболее наглядно отражают и позволяют проследить такие изменения, а так же установить вероятные их последствия.

Целью исследований являлось изучение процессов антропогенной трансформации пойменных геосистем на территории города Гомеля с использованием ландшафтно-экологического подхода. Район исследований представляет собой пойму реки Сож в пределах современной черты города Гомеля. Общая площадь района составляет 51,8 км2. Большая часть района – пойменный ландшафт (85%), местами локально – участки надпойменных террас (15%). Абсолютные отметки рельефа поймы составляют 115-120 м; надпойменных террас – 120-125 м. Литогенная основа представлена современными аллювиальными и болотными отложениями (пески, супеси, суглинки, торф). По классификации ландшафтов Беларуси объект исследований относится к пойменным ландшафтам, плоскогривистым, со злаковыми гидромезофитными и крупнозлаковыми мезогидрофитными лугами, дубравами на дерново-глееватых и глеевых почвах, низинными разнотравно-злаковыми осоковыми болотами и черноольховыми травяно-осоковыми лесами на торфяно-болотных почвах.

Изучение геосистем поймы проводилось с помощью прослеживания изменения структуры на трех временных срезах: 1838 г., 1947 г., 2005 г. Использованы: карта окрестностей местечка Гомель (1838 г.), аэрофотоснимки (1947 г.), космоснимки компании DigitalGlobe (2005 г.), а также топографические карты (масштаб 1:100 000 и 1:10 000). На основе маршрутных наблюдений уточнялась современное использование земель, развитие экзогенных геологических процессов, проводилась оценка состояния зданий. Картографический материал представлялся в виде набора карт для трех временных срезов (природно-ландшафтная карта, карта структуры землепользования, карта трансформации морфолитогенной основы), выполненных с помощью программного пакета ArcView 3.2а.

В 1838 г. на территории района имело место широкое распространение луговых экосистем, эксплуатируемых как пастбища и сенокосы. Антропогенная нагрузка была обусловлена расположенными здесь населенными пунктами – местечко Гомель (жителей 13,7 тысяч в 1858 г.), деревни Якубовка, Плесы, Старая Волотова, Осовцы, Любны, Прудок. Застроенные и обрабатываемые земли преимущественно размещались на надпойменных террасах. К середине XX века (население города в это время составляло уже 168,3 тысяч жителей)

781

произошло увеличение площади застройки (в 5,1 раза) и обрабатываемых земель (в 1,7 раза). Несколько увеличилась удельная площадь лесов и водных объектов (в 1,9 и 1,1 раза соответственно). Соответственно уменьшились удельные площади лугов (в 1,2 раза) и болот (в 1,4 раза). К 2005 г. по сравнению с 1838 г. произошли значительные изменения в структуре землепользования: увеличилась удельная площадь водных объектов (в 1,9 раза); уменьшилась доля болотных экосистем (в 5,5 раза); уменьшилась доля луговых экосистем (в 2 раза); увеличилась площадь застройки (в 15,3 раза). Благодаря искусственному озеленению возросла площадь древесных насаждений (в 5,7 раза). Изменения структуры пойменных геосистем по трем временным срезам показаны на рисунке 1.

Преобразование морфолитогенной основы ландшафтов началось во второй половине XX века. Так, в 1947 г. техногенные формы рельефа вместе с застройкой занимали лишь 6,5% территории; причем массивы техногенных грунтов – 1,2%; застроенные земли – 5,3%.

В2005 г. техногенные формы рельефа занимали более 20% площади, а застройка без существенного изменения морфолитогенной основы – более 13% площади (т.е. в сумме более 35% территории претерпело необратимые изменения). Причем, в пределах надпойменных террас техногенные формы рельефа занимают 44,3% площади; в пойменном ландшафте – 20,1%.

Вобщей структуре техногенных форм рельефа (без учета изменений водных объектов) преобладают массивы техногенных грунтов (60,8% от общей площади техногенных форм), имеющие мощность 1-7 м. На застроенные земли приходится 34,4%; на карьеры – 4,8%.

Значительная трансформация морфолитогенной основы обусловлена, прежде всего, строительством, а также дноуглубительными и карьерными работами. Для целей городского строительства в 1980-1990-х гг. были созданы намывные массивы, захоронившие исходные пойменные геосистемы в северовосточной и юго-западной частях модельного района. Техногенными грунтами засыпаны овражные системы, созданные малыми реками и временными водотоками (Мильчанская канава в районе микрорайона «Давыдовка», овраг в районе улицы Братьев Лизюковых, овраг в районе улицы Жукова). Сооружена система водоемов рекреационного назначения (Волотовской пруд, Гребной канал, залив Дедно). Значительным изменениям за счет спрямления и углубления подверглось русло реки Сож. За счет расширения русла площадь реки Сож за период 1947-2005 гг. на территории района увеличилась в 1,4 раза. Кардинальным образом изменена конфигурация и размеры ряда старичных озер (Дедно, Любенское и другие). В ряде мест поймы велась разработка месторождений строительных песков, торфа.

Наибольшая степень трансформации характерна для северо-восточной части района (правобережье Сожа). Здесь в последней четверти XX века, когда началось коренное техногенное преобразование геосистемы притеррасной поймы, вызванное намывом песков, а также была создана система искусственных прудов (общая площадь около 30 га), в том числе Волотовского

782

пруда, и каналов. Намывные пески, имеющие мощность 1-6 м, распространились более чем на 45% изучаемого участка. Поверхность поднялась до отметок 122-126 м. Территория перестала испытывать периодическое затопление паводковыми водами реки Сож, вышла из поемного режима. В 80-е гг. XX столетия центр намывного массива начал застраиваться (в этом период построены микрорайоны № 11, 12, 13); в северной части участка на месте системы каналов было создано «У-образное» озеро; техногенными отложениями были засыпано более 75% площади пойменного ландшафта. В первое десятилетие XXI века удельная площадь застройки достигла свыше 35% (микрорайоны № 16, 17, 18, 19, 20, 21). Этажность зданий здесь составляет - 5- 18 этажа; величина техногенного вертикального расчленения рельефа – 20-65 м. На незастроенной части территории в ходе сукцессионных процессов сформировались рудерально-луговые и рудерально-болотные фитоценозы (около 40% площади). Локально отмечаются также участки развеваемых песков (около 10% площади), которые, несмотря на прошедшие 20 лет, имеют крайне разреженный растительный покров (общее проективное покрытие растительности – менее 30%).

Техногенные преобразования вызвали активизацию экзогенных геологических процессов: эоловых (в пределах песчаных намывных массивов, с крайне разреженным растительным покровом) и водно-эрозионных (развитие промоин по бортам дорожных насыпей, земляных дамб, рекультивированным склонам карьеров). В наибольшей степени неблагоприятные геологические процессы развиваются в пределах трансформированной поймы. Неустойчивость морфолитогенной основы искусственных геосистем обуславливает повышенную степень опасности повреждения зданий и сооружений. Оценка состояния зданий на территории намывных и насыпных массивов показала, что 83,3% объектов имеют те или иные дефекты и повреждения, причем 13,6% имеют существенные повреждения (трещины в панелях стен, плитах, в швах между панелями, в кладках, блоках и перемычках панелей). В тоже время, в пределах надпойменных террас (сохранена природная морфолитогенная основа) дефекты и повреждения наблюдались в 17,5% случаев; существенные повреждения – в 1,4%. Схожая картина имела место в пределах водно-ледниковой равнины (моренно-зандровый ландшафт), где повреждения и дефекты имели 18,9% обследованных зданий. Таким образом, трансформированные пойменные геосистемы в меньшей степени благоприятны для высотного строительства, чем геосистемы аллювиального и моренно-зандрового ландшафтов.

S.V. Andrushko

PROCESSES OF ANTHROPOGENIC TRANSFORMATION OF FLOODPLAIN

GEOSYSTEMS WITHIN THE TERRITORY OF GOMEL

Gomel State University

Summary

The processes of anthropogenic transformation of flood geosystems are considered on the example of floodplain Soj within the city of Gomel. The study of the floodplain geosystems was realized within three time slices: 1838, 1947, 2005.

783

By 2005, considerable changes in land-use took place: specific area of water objects has increased, the proportion of marsh and meadow ecosystems has reduced, building area has increased. Intensive technological transformations have activated exogenous geological processes.

Рисунок 1 - Изменение структуры геосистемы поймы реки Сож на трех временных срезах: 1 - 1838 г, 2. – 1947 г, 3. – 2005 г

784

УДК 544.654.2:546.74

И.В. Антихович, А.А. Черник, И.М. Жарский

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ НИКЕЛЯ ИЗ СУЛЬФАТНОХЛОРИДНЫХ И ХЛОРИДНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В ПРИСУТСТВИИ

АЦЕТАТА Na и NH4

Белорусский государственный технологический университет, Минск

Получение никелевых покрытий чаще всего осуществляется при температурах повышенных до 45 – 55°С [1]. Это обусловлено значительным катодным перенапряжением для металлов подгруппы железа. Это приводит к дополнительным энергетическим затратам при осаждении покрытий, ускорению испарения воды из ванны, необходимости дополнительного времени на разогрев ванны до нужной температуры. В то же время при получении матовых осадков никеля можно использовать электролиты, работающие при комнатной температуре [2]. При этом важной задачей является поддержание постоянного значения рН прикатодного слоя с помощью устойчивых буферных смесей [3] для поддержания высокого выхода по току осаждения никеля. Необходимыми буферными свойствами обладает электролит содержащий CH3COO- и CH3COOН [4]. Кроме того известно, что ацетат ионы со многими металлами образуют достаточно прочные комплексы [5].

Целью данной работы является изучение кинетики электродных процессов электрохимического осаждения никеля из низкотемпературных сульфатно-хлоридных и хлоридных электролитов, содержащих в качестве буферов ацетаты натрия и аммония.

Методика эксперимента. Составы исследуемых электролитов представлены в таблице 1. Суммарная концентрация Ni2+ в каждом электролите составляла 0,95 моль/дм3, концентрация CH3COO¯ 0,36 моль/дм3, рН=4. рН электролита измеряли рН-метром рН-150 с точностью ±0,05. Необходимое значение рН электролитов устанавливали концентрированной уксусной кислотой или NaOH.

Электрохимические исследования осуществляли с помощью потенциостата IPC-Pro-M в стандартной трехэлектродной ячейке ЯСЭ-2. Электрод сравнения – насыщенный хлорсеребряный. Значения потенциалов пересчитывали в шкалу нормального водородного электрода. Температура поддерживалась с помощью жидкостного термостата 5ОК-20/0.05-03 с точностью поддержания температуры ±0,5 оС. Анодами служили пластины из металлургического никеля марки Н0. Величину выхода по току определяли гравиметрическим методом.

Микротвердость покрытий определяли с помощью микротвердомера ПМТ-3 при постоянной нагрузке на индентор 50 г на образцах из стали марки сталь 3 и с толщиной покрытия 10 мкм. Для получения данных проводили не менее двух параллельных опытов, причем на каждом образце делали по четыре замера.

785

Рассеивающую способность определяли в ячейке Молера согласно ГОСТ

9.309–86.

Результаты исследования и их обсуждение Добавки CH3COONa и CH3COONH4 оказывают определенное влияние на поляризационные характеристики катода (рисунок 1).

Из катодных поляризационных кривых приведенных на рисунке 1 видно, что при плотностях тока до 60 мА/см2 присутствие в электролите CH3COONa и CH3COONH4 фактически не оказывают влияния на ход кривых. При этом в электролитах, где основной солью является хлорид никеля, наблюдается меньшая катодная поляризация, что связано с большей электропроводностью NiCl2 и лучшей его растворимостью в прикатодном слое. При больших плотностях тока в хлоридном электролите с добавкой CH3COONa (кривая 3) наблюдается торможение процесса, что связано с подщелачиванием электролита в прикатодной области и образованием на поверхности ионов ОН-. Аналогичная ситуация наблюдается в сульфатно-хлоридном электролите с добавкой CH3COONа (кривая 1). Т.к. из рисунка 1 видно, что в электролитах с добавкой CH3COONH4 не наблюдается торможения процесса, то можно предположить, что эти электролиты будут иметь больший диапазон рабочих плотностей тока и обладать лучшими буферными свойствами.

На рисунке 2 приведены поляризационные кривые в полулогарифмических координатах, на которых можно выделить два прямолинейных участка. В диапазоне плотностей тока до 10 мА/см2 имеют практически одинаковый угол наклона для всех исследованных электролитов, равный 0,12 В, что свидетельствует о том, что скорость разряда ионов никеля лимитируется одной и той же стадией: переносом первого электрона.

786

Из температурной зависимости катодного процесса в исследуемых растворах рассчитаны значения энергии активации разряда ионов никеля. Установлено, что значение энергии активации составляет 38 – 71 кДж при потенциалах -450 – -550 мВ. Такая зависимость энергии от потенциала поляризации также подтверждает, что тормозящей стадией электродного процесса является электрохимическая стадия. При потенциалах -750 – -1050 мВ на кривых наблюдается площадка, которую можно связать с диффузионными ограничениями.

Таблица 1 – Состав, свойства и режимы электролиза изучаемых ацетатных электролитов

Результаты определения рассеивающей способности представлены в таблице 1, наибольшей рассеивающей способностью обладают хлоридные электролиты, в которых рассеивающая способность при комнатной температуре достигает 20%. Из всех электролитов покрытия наблюдалось закономерное увеличение микротвердости при замене CH3COONа на

CH3COONH4.

Анализ работоспособности и рабочих плотностей тока показал, что длительную эксплуатацию и широкий диапазон плотностей тока имеют электролиты №1 и №4. В электролите №2, вследствие уменьшения растворимости сульфата никеля в присутствии ионов аммония происходит быстрое выпадение осадка. Электролит №3 обладает значительной устойчивостью, но меньшим диапазоном плотностей тока, чем электролиты №1 и №4.

Выводы Таким образом можно отметить следующее: на основании проведенных измерений установлена лимитирующая стадия электрохимического процесса, определена рассеивающая способность электролитов, выяснены рабочие плотности тока.

Литературные источники

1. Я.В. Вайнер, М.А. Дасоян, Технология электрохимических покрытий, Ленинград «Машиностроение», 1972, с. 464

787

2.Седойкин А.А., Цупак Т.Е. Электроосаждение никеля из растворов его солей с дикарбоновыми кислотами/Гальванотехника и обработка поверхности. – 2007, Том XV, № 4

–С.10–17

3.Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия :Учебник для студентов хим.-технолог. спец. вузов. -4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1984. – 519 с.

4.Целуйкин В.Н., Толстова И.В., Соловьева Н.Д., Гунькин И.Ф. Свойства композиционных покрытий никель-фуллерен С60/Гальванотехника и обработка поверхности.

–2006, Том XIV, № 1 – С.28–31

5.Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник/А.И. Волков, И.М.

Жарский. – Мн.: Современная школа, 2005. –608 с.

I.V. Antyhovich, А.А. Chernik, I.M. Zharskij

ELECTRODEPOSITION OF NICKEL FROM SULFATE-CHLORIDE AND CHLORIDE ELECTROLYTES IN THE PRESENCE OF SODIUM AND AMMONIUM

ACETATE

Belarusian State Technological University, Minsk

Summary

The process of electrochemical deposition of nickel from acetate electrolyte with a concentration of Ni2+ 0,95 mol/l and CH3COO¯ 0,36 mol/l is investigated. It is established that in the chloride electrolyte compared to sulfate-chloride is observed less cathodic polarization. Ranges of reception of qualitative nickel coatings with a high current yield at room temperature are defined.

788

УДК 547.362

М.П. Бей, А.П. Ювченко, С.А. Махнач

ЭФФЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ АРОМАТИЧЕСКИХ ИМИДОВ МАЛЕОПИМАРОВОЙ КИСЛОТЫ ИЗ МАЛЕИНИЗИРОВАННОЙ

СОСНОВОЙ КАНИФОЛИ

Институт химии новых материалов НАН Беларуси, Минск

Впоследние годы значительно возрос интерес к синтезу новых ценных химических веществ на основе возобновляемого лесохимического сырья – живицы и продуктов ее переработки – канифоли и скипидара. Это связано с такими преимуществами последнего, как доступность, возобновляемость, экологичность и др [1]. Новые методы синтеза продуктов на основе растительного сырья должны также удовлетворять современным экологическим требованиям, в том числе концепции ―зеленой химии‖ [2]. Развитие химических технологий в последние десятилетия привело к тому, что многие традиционные продукты на основе канифоли уступают по ряду технологических характеристик новым синтетическим продуктам. В связи с этим возникает необходимость в разработке эффективных методов синтеза новых продуктов на еѐ основе, в том числе новых индивидуальных соединений.

Внастоящее время известен ряд доступных индивидуальных химических соединений (малеопимаровая, фумаропимаровая, хинопимаровая кислоты и их производные), которые могут быть получены из канифоли [3].

При модификации канифоли малеиновым ангидридом образуется канифольномалеиновый аддукт, содержащий до 50–70% индивидуального химического соединения – малеопимаровой кислоты (1) [3], которая может быть выделена в чистом виде кристаллизацией из уксусной кислоты. Из азотсодержащих производных малеопимаровой кислоты известны амиды, имиды, амидоимиды [4, 5] с комплексом ценных свойств, в том числе проявляющие выраженные гепатопротекторные и бактерицидные свойства. В работе [6] нами описан метод синтеза новых амидов и имидов малеопимаровой кислоты, в том числе ароматических имидов кипячением раствора кислоты (1) и 10% мол. избытка амина в толуоле в течение 6–8 ч.

Внастоящем сообщении предложен удобный метод синтеза индивидуальных N-арилимидов малеопимаровой кислоты непосредственно из канифольномалеинового аддукта. В Институте химии новых материалов НАН Беларуси создана и введена в эксплуатацию опытная установка по получению канифольномалеинового аддукта, модифицированного олеиновой кислотой, который используется в производстве водорастворимых смазочноохлаждающих жидкостей. По разработанному нами методу синтеза N- арилимидов малеопимаровой кислоты не требуется выделения из канифольномалеинового аддукта кислоты (1), что значительно сокращает время технологического процесса, уменьшает количество используемых органических растворителей

789

Для модификации канифоли ее обрабатывали малеиновым ангидридом при 190–200ºС. При этом кислоты абиетинового типа (абиетиновая, неоабиетиновая, палюстровая) в результате термической изомеризации превращаются в левопимаровую кислоту, которая реагирует с малеиновым ангидридом с образованием малеопимаровой кислоты (1) (схема 1). В полученном канифольномалеиновом аддукте содержится 50–70% индивидуальной кислоты (1), а также не вступившие в реакцию де-, дигидроабиетиновые и пимаровые кислоты [3]. Для улучшения технологических характеристик продукта и уменьшения количества свободного малеинового ангидрида в конце реакции добавляли 5% мас. олеиновой кислоты.

COOH

Рисунок 1 – Получение канифольномалеинового аддукта модифицированного олеиновой кислотой

Полученный модифицированный канифольномалеиновый аддукт обрабатывали первичными ароматическими аминами (анилином, п- толуидином, п-броманилином, п-, м-фенилендиаминами) в толуоле при кипячении в течение 24 ч (схема 2). По окончании реакции смесь оставляли на 48 ч для отделения осадка малорастворимых N-арилимидов малеопимаровой кислоты, выпавшие осадки имидов (3а–д) отфильтровывали.

(1)

Ar = C6H5 (а), п-СН3-С6Н4 (б), п-Br-С6Н4 (в), п-NH2-С6Н4 (г), м-NH2-С6Н4 (д)

Рисунок 2 – Получение индивидуальных имидов малеопимаровой кислоты

790