Биогеохимический метод индикации загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами

BIOGEOCHEMICAL METHOD OF INDICATIONOF ENVIRONMENT POLLUTION WITH HEAVY METALS

P. V. Ivashov

Прикладные аспекты биогеохимии как науки в последние годы находят широкое применение в изучении загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Наиболее перспективным в этом отношении является биогеохимический метод, который первоначально был разработан для поисков месторождений полезных ископаемых рудного генезиса [1, 4-7, 10].

Метод основан на определении химических элементов (металлов) в золе органов и частей растений (листьев, хвои, ветвей, коры, древесины, корней, плодов). Установлено, что на территориях, где имеются рудные залежи, в растениях накапливаются повышенные (аномальные) концентрации металлов по сравнению с фоновыми или кларковыми содержаниями, характерными для растений, заселяющих безрудные площади. Эта закономерность касается практически всех металлов Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, в том числе радиоактивных (урана, тория и др.), благородных (серебра, золота, платины и т. д.), редкоземельных (иттербия, лантана, церия и пр.) и токсичных, т. е. вредных для живых организмов и человека (ртути, кадмия, мышьяка, свинца, цинка, хрома и др.).

Аномальные концентрации металлов отмечаются как в дикорастущих, так и в культурных растениях, в том числе и в тех, которые используются в качестве пищевых продуктов.

Аналогичная картина накопления растениями металлов наблюдается на участках, подвергающихся постоянному воздействию так называемых техногенных потоков химических элементов, формирующихся в местах размещения объектов промышленного производства, например горнообогатительных комбинатов, предприятий по переработке концентратов руды, хвостохранилищ и т. д. В таких местах окружающая среда (почва, вода, воздух, растения и животные, т. е. в целом наземные и водные экосистемы) загрязняется тяжелыми металлами, в том числе и токсичными, в соответствии с видом промышленного производства. На этих территориях растительные и животные организмы становятся четкими индикаторами состояния окружающей среды и, следовательно, имеют большое значение в биогеохимической индикации районов базирования того или иного промышленного узла или горно-рудного комплекса.

Таким образом, органы, части и плоды растений как дикорастущих

(грибов, ягод, орехов, папоротника-орляка, черемши, березового сока, лекарственных трав и др.), так и культурных (овощей, фруктов, злаков и т. д.) после определения в них химических элементов могут служить четкими биоиндикаторами местонахождения рудных залежей соответствующего состава или объективными показателями загрязнения среды тяжелыми и, в частности, токсичными металлами. Результаты анализов интерпретируются исходя из поставленной задачи, применительно к объекту (полигону) проведения индикационных работ.

Источниками информации о загрязнении окружающей среды тяжелыми металлами могут быть самые разные биообъекты, например: торф — продукт трансформации рас-тений-торфообразователей, производственный ил — отходы целлюлозно-бумажной промышленности, мед — продукт переработки нектара растений пчелами, мясо и мясопродукты диких и домашних животных, молоко и молочные продукты, рыба, разнообразные гидробионты вод суши, насекомые (бабочки, мухи, жуки, пауки, комары, мошки и пр.), а также перья птиц, шерсть домашних и диких животных, волосы и ногти человека и мн. др.

Существующие в настоящее время высокочувствительные аналитические способы определения количественного содержания металлов во всех вышеуказанных биообъектах позволяют считать биогеохимический метод индикации исключительно перспективным как для поисков рудных месторождений различных генетических типов, так и для определения степени загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Поэтому не случайно в последние годы в учении об окружающей среде возникло новое научное направление — техногенная биогеохимия [9]. Имеющиеся на сегодняшний день методические разработки данного направления могут быть успешно использованы в экспертизе загрязнения экосистем и ландшафтов тяжелыми металлами, о чем свидетельствует полученный мною опыт биогеохимической индикации как первичного оруденения, так и геохимических потоков (шлейфов) металлов, в частности олова [3]. Так, например, оказалось, что содержание олова в золе растений, распространенных в пределах шлейфа, возникшего вниз по склону в результате проведения геолого-разведочных работ на одном из оловорудных месторождений Дальнего Востока, достигает 0.001— 0.005 мас. %, т. е. в 2—10 раз больше мирового среднего содержания этого металла в растениях по А. П. Виноградову [1]. Наличие техногенного потока (шлейфа) на участке этого месторождения было подтверждено биогеохимическим методом на основе определения в растениях других тяжелых металлов — Pb, Cu, Zn, Ag, которые сопровождают минерализацию и являются спутниками основного металла (олова) как по первичному оруденению, так и во вторичном рассеянии в зоне гипергенеза. Коэффициенты биологического поглощения растениями тяжелых металлов по А. И. Перельману [8] здесь также оказались четкими критериями оценки техногенного потока, и величины их соответственно на фоновом участке (за пределами оруденения) и на шлейфе достигают следующих значений: олово 0.5 и 1.0, свинец 0.25 и 0.5, цинк 2.6 и 16.0, медь 1.0 и 3.0, серебро 2.0 и 10.0.

Приведенный пример показывает, что биогеохимический метод может успешно применяться для оценки интенсивности техногенных потоков тяжелых металлов, которые неизбежно возникают при проведении поисковых, поисково-разведочных и заключительных геолого-разведочных работ на оловорудных месторождениях ирудопроявлекиях.

В практике биогеохимической индикации загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами могут быть широко использованы другие способы как разновидности биогеохимического метода, связанные с конкретными биообъектами опробования (указаны в скобках):

• —    фитогеохимический (зола высших сосудистых растений),

• —    торфогеохимический (зола торфов и мхов-торфообразователей),

• —    бриогеохимический (зола водных мхов),

• —    лихеногеохимический (зола лишайников),

• —    гумусогеохимический (пробы из гумусового горизонта почв),

• —    опробование образцов лесной подстилки,

• —    криобиогеохимический (органические растительно-гумусовые примеси, выделенные из наледей, формирующихся в районах расположения горно-рудных промышленных объектов [5].

В последнее время научной общественностью обсуждается вопрос о создании в нашей стране Единой государственной экологической службы (ЕГЭС) с целью контроля состояния и перспектив изменения окружающей среды под влиянием хозяйственной деятельности. В этом смысле биогеохимический метод ицдикации и оценки загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, высокочувствительный и оперативный, может найти самое широкое применение.

Техногенная биогеохимия (технобиогеохимия) — новое направление в учении об окружающей среде — должна стать одной из главных при разработке научных основ и практических приемов ЕГЭС. Для экологической экспертизы могут быть весьма полезны новые комбинированные способы биогеохимической индикации техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, например гидробиогеохимический. Поэтому гидробионты в поверхностных водах суши также могут стать четкими индикаторами загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами.