4.3 Еколого-геохімічні дослідження

Еколого-геохімічні дослідження виконуються з метою:

• оцінки геохімічного стану ландшафтів та окремих компонентів ГС (вміст і поширення природних і техногенних елементів, сполук, речовин);

• вивчення і оцінка аномальних геохімічних полів та високо контрастних геохімічних аномалій, техногенних геохімічних ореолів у різних середовищах (породах зони аерації, грунтах, донних відкладах постійних і тимчасових водотоків, поверхневих і підземних водах, рослинності);

• вивчення ландшафтно-геохімічних умов міграції та накопичення хімічних елементів та їх сполук, інших забруднювачів природного і техногенного походження;

• встановлення і вивчення джерел геохімічного забруднення ГС, зон їх впливу, складу і токсичності відходів.

Основними видами еколого-геохімічних досліджень є літохімічне, радіогеохімічне, гідрогеохімічне, атмогеохімічне, біогеохімічне опробування.

Види та кількість компонентів ГС, що опробовуються, щільність та методичні особливості відбору проб визначаються в залежності від еколого-геологічної вивченості, ландшафтно-геохімічних умов, характеру господарського використання та рівня техногенних змін території досліджень, а також конкретними задачами геологічного завдання на проведення еколого-геологічного картування.

Опробування окремих компонентів ГС на кожному пункті (точці) повинно бути комплексним, максимально спряженим, з урахуванням даних попередніх робіт.

Щільність опробування визначається з урахуванням наявності репрезентативних даних попередніх робіт та досліджень і повинна складати в середньому (для фонових територій з малими градієнтами зміни показників та параметрів) один пункт відбору проб на 4 км² території, що вивчається. Кількість проб, відібраних із кожного компонента ГС, повинна забезпечувати обґрунтовані висновки щодо його екологічного стану. Допускається збільшення щільності опробування.

Опробування на кожному пункті (точці) відбору проб повинно супроводжуватись описом ландшафтних, геологічних, гідрогеологічних, еколого-геологічних умов ділянки робіт, проявів природних і техногенних процесів та явищ.

Контроль опробування, обробка і підготовка проб для лабораторно-аналітичних досліджень виконується згідно “Инструкции по геохимическим методам поисков рудных месторождений” (1983р). Контрольному опробуванню підлягають, перш за все, виявлені комплексні аномалії, геохімічні бар’єри та ділянки, на яких одним із методів виявлено аномалії, які не підтверджуються іншими методами.

Літохімічне опробування порід зони аерації.

Літохімічне опробування порід зони аерації виконується з метою встановлення їх геохімічної спеціалізації, вивчення вертикальних геохімічних, міграційних зв’язків в системі “грунтовий шар – перший від поверхні водоносний горизонт”, виявлення геохімічних бар’єрів та рівнів концентрації на них хімічних елементів.

Методика та детальність літохімічного опробування порід зони аерації визначається в залежності від ландшафтних, структурно-геологічних і геолого-гідрогеологічних (літологія порід, потужність зони аерації) умов.

Глибина та інтервали відбору літохімічних проб в зоні аерації визначаються в кожному конкретному випадку в залежності від природних і техногенних умов. Загалом, відбір проб здійснюється на всю літологічну товщу зони аерації або не менш ніж до глибини 10 м. В межах зон тектонічних, неотектонічних порушень і структур, геодинамічного розущільнення порід на площах чи ділянках техногенного забруднення опробуванню підлягає, в обов’язковому порядку, вся зона аерації, незалежно від її потужності, з метою визначення характеру розподілу забруднювачів порід по площі та в розрізі.

При відсутності даних про сольовий склад грунтів і порід зони аерації виконується опробування з метою одержання необхідної інформації. У випадках, коли опробування здійснюється в товщі порід одного складу, віку, генезису, відбір зразків порід по розрізах виконується в таких інтервалах:0,00-0,05; 0,05-0,1; 0,1-0,2; 0,2-0,3; 0,3-0,5; 0,5-0,7; 0,7-1,0; 1,0-1,2; 1,2-1,5; 1,5-2,0 м і далі через кожний метр до 10 м і через 3-5 м глибше 10 м. Така схема опробування дозволяє одержати інформацію щодо геохімічного складу порід зони аерації в межах розрізу, що найбільш підпадає під вплив техногенних та природно-техногенних процесів. Якщо розріз характеризується перешаруванням порід, то зразки порід відбираються із кожної літологічної різновидності.

Вага проби порід після квартування – не менше 500 г.

Літохімічне опробування грунтів.

Літохімічне опробування грунтів здійснюється з метою одержання первинних даних щодо геохімічних характеристик ландшафтів, оцінки та диференціації природних, природно-техногенних і техногенних аномальних геохімічних площ, ділянок, геологічних і ландшафтних тіл, окремих аномальних об’єктів, якості сільськогосподарських угідь.

Проби відбираються із верхнього гумусового горизонту, нижче рослинного покрову, з урахуванням ландшафтно-геохімічних, еколого-геологічних, педологічних та ін. умов опробування. Потужність інформативного горизонту знаходиться в межах 5-10 см.

На сільськогосподарських територіях проби відбираються із орного шару, на повну його потужність (25-30 см).

Якщо грунтовий покрив вивчається за допомогою шурфів з метою оцінки інтенсивності вертикальної міграції забруднюючих речовин, проби відбираються із кожного грунтового горизонту, а також із підстеляючих грунт порід.

При опробуванні грунтів природно-техногенних і техногенних ландшафтів проби потрібно відбирати із грунтів, типових для району робіт, з характерними техногенними змінами. Опис таких грунтів повинен включати відомості про наявність сторонніх включень (побутові, виробничі відходи тощо).

Площинне опробування грунтів виконується по мережі зі щільністю 4х4 км² (1 пункт опробування на 16 км² площі, що вивчається) або 1 х 1 км² в районах інтенсивного забруднення грунтів. В межах промислово-міських агломерацій, територіально-промислових комплексів, гірничодобувних регіонів і районів, зон впливу атомних і теплових електростанцій на окремих опорних ділянках мережа пунктів опробування грунтів може бути деталізована до 500х500м – 100х100м, а в окремих найбільш аномальних і плямистих ділянках до 10х10м.

Для відбору проб вибирається майданчик, який розташований на відкритій місцевості, на відстані не менш як 200 м від доріг з інтенсивним рухом транспорту. Оптимальним способом відбору літохімічних проб грунту є метод конверта, розміром 5 х 5 м. Відбирається 5 проб (4 проби в кутах і одна в центрі майданчика, розміром 25 м² ). Для оцінки техногенно-геохімічного впливу доріг на грунти, проби відбираються по типовим поперечним профілям на відстані від кромки доріг 1,5 , 10, 20, 50, 100м в залежності від типу доріг, інтенсивності транспортних потоків на них з обох сторін доріг.

При опробуванні техногенних грунтів урбанізованих територій, промислово-міських агломерацій, населених пунктів, промислових зон тощо проби потрібно відбирати в інтервалі 0-10 см (можливий одночасний відбір проб з поверхні грунту і на глибині 10 см). Відбір проб здійснюється в межах площадки 100 х 100м. Проба на аналітичні дослідження формується як збірна із 5-15 проб, більш-менш рівномірно розподілених по всій площадці.

Проби відбираються кільцем або пластиковою (у крайньому разі металевою) лопатою в поліетиленові пакети або мішечки із щільної тканини. Після висушування матеріал проби ситується на алюмінієвому ситі на фракції менше 1 мм. Вага проб складає 400-500 г.

Документація пункту опробування повинна включати відомості щодо характеристики елементарного ландшафту; типу, потужності генетичного шару, структури, механічного складу грунту, наявності геохімічних бар’єрів.

Літохімічне опробування донних відкладів.

Літохімічне опробування донних відкладів проводиться з метою одержання їх геохімічних характеристик, які можуть свідчити про стійке забруднення довкілля в цілому і ГС зокрема (вододілів, схилів річкових долин, поверхневих вод).

Проби донних відкладів відбираються із пригирлових частин водотоків довжиною 1-3 км. Водотоки, довжиною більш як 3-4 км, при відсутності впадаючих в них притоків, опробовуються на всьому протязі. Відстань між пунктами відбору проб - орієнтовно 1-2 км, в залежності від гідрологічних, гідрогеологічних, еколого-геологічних, ландшафтно-геохімічних умов та рівня і характеру забруднення. Проби відбираються із заплавних і руслових відкладів в місцях найбільш спокійної течії водотоку, але не на ділянках застійного водного режиму.

Опробування донних відкладів водотоків, які характеризуються значною шириною (понад 50 м) і глибиною (понад 4-5 м),різними ландшафтно-геохімічними, еколого-геологічними та ін. умовами, неоднорідним літологічним складом, рівнями техногенного навантаження на протилежних берегах тощо рекомендується проводити по обох бортах долини, біля урізу води, іноді – в стрижневій частині. Рекомендується відбирати проби із відкладів намивних кос, островів, карстових ям, котловин у руслі річки та інших річкових утворень.

Проби донних відкладів відбираються також на природних і штучних водоймищах, відстійниках і накопичувачах рідких стоків тощо. Опробування здійснюється по опорним профілям, відстані між якими від 3 до 5 км. Крок опробування – від 500 до 1000 м. На крупних водосховищах відстань між профілями 5-20 км. В місцях можливого аномального збільшення градієнтів змін кількісних показників відстань між профілями і крок опробування може бути послідовно зменшена.

В гірничодобувних регіонах і районах, де в донних відкладах малих річок утворюються високо контрастні комплексні геохімічні аномалії токсичних елементів, а техногенні потоки характеризуються складною морфоструктурою, відстань між пунктами відбору проб донних відкладів може послідовно зменшуватись до 250-500 м, а в окремих випадках – до 25-50 м..

Проби відбираються як збірні із декількох точок (3-5) по лінії, орієнтованій вхрест водотоку, з метою згладжування неоднорідності вмісту забруднюючих компонентів.

Проби відбираються з поверхневого шару донних відкладень на глибину 5-20см. При опробуванні донних відкладень на природних і штучних водоймищах в одному пункті опробування рекомендується відбір декількох проб з верхньої і нижньої частин шару донних відкладів.

В пробу відбирається мулисто-глиниста або піщана фракція як з постійних, так і тимчасових водотоків. Після висушування матеріал проби ситується на алюмінієвому ситі до фракції менше 1 мм. Маса відібраної проби повинна забезпечувати одержання із неї не менше 500г фракції меншої за1 мм.

При документації пунктів відбору проб потрібно відмічати: тип водотоку чи водоймища, порядок водотоку, гідрологічний режим водотоку, глибину відбору, літологічний і механічний склад, колір, запах відібраних відкладів.

Опробування поверхневих вод.

Опробуванню підлягають річкові системи, поверхневі водотоки і водоймища (природні і штучні) з метою оцінки екологічного стану і якості поверхневих вод, вивчення закономірностей чи особливостей розподілу забруднюючих речовин, хімічних елементів і сполук в ландшафтно-геохімічній (екологічній) системі “площа водозбору – поверхневі води – донні відкладення”.

Поверхневі водотоки довжиною 5-10 км опробуються у верхів’ях і пригирлових частинах, а на більш протяжних водотоках проби відбираються у місцях впадіння крупних притоків, стоків підприємств, об’єктів комунальної сфери, агропромислових комплексів тощо. Інтервали опробування (відстань між пунктами відбору проб води) визначаються в залежності від ландшафтно-геохімічних умов, особливостей господарського освоєння території та техногенного навантаження на ГС і встановлених в ньому негативних змін (перш за все, забруднення). Кількість відібраних проб води повинна забезпечувати їх еколого-гідрохімічну оцінку.

При ширині русла річки до 50 м відбирається одна проба із центральної частини водного потоку або об’єднана проба, яка складається із трьох проб: дві проби відбираються біля берегів, одна – на стрижні.

На крупних водосховищах, озерах, річках відбір проб води проводиться по опорним профілям (створам), відстань між якими – 3-5 км. В кожному профілі відбирається не менше трьох проб: дві проби поблизу берегів, одна – в центральній частині водоймища.

Проби поверхневих вод відбираються максимально спряжено з відбором проб донних відкладів.

На неглибоких водотоках (до 3 м) гідрохімічні проби відбираються із приповерхневого шару (0,2-0,5 м) і придонного шару. На глибоких водотоках і водоймищах відбір проб здійснюється на трьох рівнях – поверхневому, серединному та придонному. При наявності глибоких ям, западин тощо відбір проб можу здійснюватись на чотирьох – п’яти рівнях.

При переході від одного створу до наступного, або від точки опробування до точки опробування не рекомендується змінювати місце відбору проб води. Проби повинні завжди відбиратись у визначеному місці водотоку, з урахуванням його гідродинаміки і швидкості добігання води.

На малих і середніх річках поверхневі проби відбираються поліетиленовим відром, спеціально призначеним для цієї цілі. На крупних річках, водосховищах, озерах особливо при відборі з глибини застосовуються різні типи батометрів.

Проби води відбираються на скорочений хімічний аналіз і хроматографічний чи спектральний аналіз сухого залишку.

При документації робіт потрібно вказувати: назву водотоку або водоймища, постійний чи тимчасовий його характер, порядок водотоку, швидкість течії, рівень води, з якого відбирається проба; мутність, колір, запах води та інші показники, що мають відношення до гідрологічного режиму та гідрохімічних характеристик об’єкту опробування.

Опробування пилових випадінь.

Метою опробування пилових випадінь є оцінка забруднення атмосферного повітря, вивчення напрямків атмосферного переносу хімічних елементів, сполук і речовин, виявлення ділянок максимального забруднення ландшафтів внаслідок процесів атмогеохімічної міграції. Вирішення цих задач здійснюється через опробування снігового покриву на територіях інтенсивного техногенного навантаження і забруднення атмосферного повітря. Ефективним методом визначення площ і ділянок інтенсивного пилового навантаження є дешифрування МАКЗ.

Опробування снігового покриву рекомендується, перш за все, в гірничодобувних регіонах і районах, зонах впливу промислово-міських агломерацій, теплових та атомних електростанцій.

Опробування снігового покриву проводиться в кінці зими, але до інтенсивного танення снігу. При нестійкому сніговому покриві проби рекомендується відбирати при досягненні його максимальної потужності. Пункти відбору проб вибираються, з одного боку, найближче до пунктів літо-гідрохімічного опробування (поверхневі води, донні відклади), а з іншого – з урахуванням елементів рельєфу і їх експозиції по відношенню до переважаючих напрямків вітро-пилового переносу (на вододілах, схилах, терасах, заплавах річок).

Мережа відбору проб снігу визначається в залежності від ландшафтно-геохімічних умов та інтенсивності техногенного навантаження на територію. В зонах найбільш значного впливу джерела геохімічного забруднення мережа опробування може змінюватись в межах 500х500 м – 1000х1000 м. Поступово, з віддаленням від джерела забруднення, мережа може бути розріджена до 4000х4000м і навіть більше.

Якщо вивчається вплив локального об’єкту (теплової електростанції, металургійного комбінату тощо), відбір проб снігу може бути здійснено по радіально розташованим профілям з кроком відбору проб від 200-400м (поблизу об’єкту) до 2000-4000 м (на значній відстані від об’єкту).

Проби снігу відбираються із шурфів, на всю потужність снігового покриву. Площа шурфа і потужність снігового покриву заміряється, а час відбору проби та сніготанення (доба) або час лежання снігу (при нестійкому сніговому покриві) фіксується. Маса снігової проби - близько 5-7 кг (може бути збільшена до 10-15 кг), що забезпечує одержання 3-5л води і необхідну кількість пилу (осаду). Відтавання снігу проводиться при кімнатній температурі. Тверда фракція виділяється шляхом центрифугування або фільтрування. Після просушування пиловий осад просіюється для звільнення від сторонніх домішок.

Опробування рослинності (біогеохімічне опробування).

Мета опробування рослинності – одержання первинних даних для оцінки техногенного впливу на біоту на територіях інтенсивної господарської діяльності, рівнів та інтенсивності накопичення певними видами рослинності забруднюючих речовин.

Вибір ділянок для опробування рослинності доцільно проводити на основі матеріалів спектрозональних аеро- і космозйомок, на яких виділяються площі, зони, смуги пригніченого рослинного покриву, а також візуальних спостережень за різкими змінами зовнішнього вигляду рослинності (трави, кущів, дерев, листя, хвої тощо) – масовими усиханнями, наявністю спотворених форм, пригніченого росту, різних кольорів чи відтінків тощо.

Крім опробування на опорних ділянках, при можливості, опробування рослинності виконується також на ділянках з фоновим геохімічним станом ландшафтів.

Опробування рослинності рекомендується проводити після одержання результатів вивчення на опорних ділянках та оцінки еколого-геохімічного стану депонуючих середовищ (грунтів, донних відкладень).

Опробуванню підлягають, перш за все, багаторічні рослини, які характеризуються в основному безбар’єрними властивостями (граничні концентрації в них хімічних елементів перевищують фонові в десятки, навіть сотні разів), а також однолітні рослини – індикатори геохімічного стану ландшафтів території. При виборі видів рослин, що можуть бути рекомендовані до біохімічного опробування, потрібно уважно проаналізувати наявні дані щодо біохімічних, біогеохімічних особливостей рослинного покриву на території, що вивчається, або на суміжних територіях. На площах переважно сільськогосподарського використання потрібно орієнтуватись на біохімічне опробування сільськогосподарських культур.

Опробування виконується по 3-4 наскрізним видам рослин, характерних і порівняно розвинутих по всій території робіт або в окремих її ландшафтно-геохімічних зонах.

В залежності від ландшафтно-біогеохімічних умов опробування може проводитись за допомогою молодих гілок деревно-кущового підростку (5-10 років) або хвойних порід (до 3-х років), по травам або більш низьким формам рослин (мох, лишайники). В районах великих сільськогосподарських угідь опробуванню підлягають рослини і продукція сільськогосподарського виробництва.

Однолітні трав’янисті рослини, мох, лишайники, опад листя відбираються в кінці вегетативного періоду. При опробуванні трав’янистих рослин потрібно відбирати їх наземну частину з висоти 5-10 см.

На територіях сільськогосподарського використання опробуванню підлягають перш за все сільськогосподарські рослини або продукція сільського господарства.

Мережа пунктів опробування рослинності визначається в залежності від характеру ландшафту, щільності розповсюдження на ділянці виду рослинності, що вивчається, інтенсивності техногенного навантаження на територію. В гірничодобувних регіонах і районах мережа опробування рослинності може бути на окремих опорних ділянках в межах 500х500м – 1000х1000м. В цілому точка або пункт відбору проб рослин або сільськогосподарської продукції повинен співпадати з точкою або пунктом опробування грунтів.

При документації точки або пункту відбору проб рослинності вказується: коротка характеристика геохімічного ландшафту та спряженої проби грунту; вид, назва рослини, її опробувана частина; вегетативна (фенологічна) фаза.

Проби рослинності підлягають кислотному обзоленню або спалюванню при температурі не вище 400 ^оС. Після спалювання вага проби повинна бути не менше 100 г.

Визначення геохімічних фонів (вибір і опробування фонових ділянок).

На етапі польових робіт потрібно визначитись з геохімічними фонами компонентів чи об’єктів довкілля, що вивчаються.

Геохімічні фони можуть бути визначені двома шляхами:

• відбором проб на фонових ділянках, тобто на ділянках, що зазнали найменшого впливу техногенної діяльності і знаходяться поза межами вторинних ореолів родовищ рудних корисних копалин;

• методом природних аналогів, а саме перенесенням на територію досліджень даних щодо геохімічних фонів з об’єкту –аналога (за класом ландшафту).

Вибір ділянок або майданчиків для відбору проб з метою визначення геохімічних фонів виконується з урахуванням попереднього ландшафтно-геохімічного районування території робіт.

Ділянки (майданчики) відбору проб (перш за все грунтів) вибираються в межах кожного класу геохімічних ландшафтів, на максимальній відстані від техногенних об’єктів і джерел забруднення. Якщо вибір таких ділянок (майданчиків) в силу об’єктивних причин виявиться практично неможливим, тоді фонові ділянки визначаються за переважанням в їх межах відносно низьких і порівняно стійких значень вмісту хімічних елементів, перед усім токсичних. В цьому випадку вибір фонових ділянок можливий після одержання всієї аналітичної інформації для обмеженої кількості ландшафтів або в цілому, для всієї території.

Визначення фонових геохімічних характеристик на умовно “чистих” ділянках, які не зазнали суттєвих техногенних навантажень, здійснюється в межах майданчика розміром від 50 х 50 м до 100 х 100 м. Кількість відібраних проб повинна забезпечувати статистично достовірний результат – не менше 30.

Вага проби після обробки –500 г фракції 4 мм.