Эколого-геохимические закономерности и аномалии содержания микроэлементов в почвах и снежном покрове Приуралья и города Перми

(рудные, редкие элементы, драгметаллы и др.); проведен эколого-геохимический анализ и выделены геохимические анома льные зоны [4, 5, 7]. В пространствен-

KPACHi

:ЗНИК1

Ga, Pb, Zn,

Ga, Ni, PI

ВОЙ

Ti, Ga,

P, Ga,

Ga, V,

ЧАЙКОВСКИЙ

Mn, Cu, Pb, Cr, Ji, Ga, Zn, Cd ,

Ga, Pb, Zn, Mi Cr, Cu, Ti, Cd,

Ga, Ni, V, Pb, Mn

Ga, Mn, Ti. Zn '

P, Ni, Cu, \ Ga, Pb, V. Zr?

Ni. Ga, PI \Zn, V /

Ga, Cr, Pb, Cu, Ti, Cd <

3b, Zn, Mn? i, Cd, Zr

Ga. Cu, Pb, Zn. Ti, Mn, Ni, Cr

P, Ni, V, Ga, Pb, Mn z-

96. Cr, Ga । 'Mn, Ti, Zn, ।

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КАРТА ПЕРМСКОГО КРАЯ

Масштаб 1: 500 000 Автор - составитель: И.С. Копылов 2011 г.

Комплексные литогеохимические аномальные зоны

1 - Косинская

2 - Иньвинская .

3 - Чермозская

4 - Яйвинская J

5 - Косьвинская

6 -Усьвинская \

7 - Койвинская \

8 - Среднечусовская Ч,

9 - Обвинская

10 - Добрянская

11 - Среднекамская

12 -Шаквинская

13 - Верхнесылвинская

14 - Очерская

15 - Иреньская

16 - Тулвинская

17 - Буйская

18 - Веслянская

19 - Северокамская

20 - Березовская

21 - Верхневишерская

Экологическая обстановка

О относительно удовлетворительная

Аномальные зоны их номер напряженная критическая

I кризисная в (чрезвычайная)

__________Ассоциации

Р Ga V Ni аномальных

Pb Zn Си элементов

—-——---в почвах с площадным распространением

Рис. 1. Эколого-геохимическая обстановка Пермского Приуралья и Урала

ном отношении основные аномалии сгруппированы в 21 комплексную литогеохимическую (эколого-геохимическую) аномальную зону (рис. 1).

Непосредственно на территории г. Перми тяжелые металлы в почвах и других средах изучались несколько десятилетий, на это были направлены различные тематические и специализированные исследования Пермского университета (Р.Г. Ибламинов, Б.М. Осовецкий, Е.А. Ворончихина, Н.Г. Максимович, С.М. Блинов и др.) [1, 3], работы геологических, гидрогеологических, экологических и других организаций и служб города, в которых также принимали участие студенты и школьники.

Наибольший объем геохимической информации был получен при проведении эколого-геохимической съемки масштаба 1:50 000 территории г. Перми (с изучением почвенного и снежного покрова, где было отобрано более 1 тыс. проб), гидрогеологического доизучения, геоэкологического картографирования масштаба 1:200 000-1:500 000, проведенных в последнее десятилетие на территории города ПГНИУ и ФГУП «Геокарта-Пермь». Результаты этих исследований показали, что по всем компонентам природной и геологической среды во многих местах города наблюдаются локальные аномалии с высоким уровнем концентрации. Выполнена комплексная эколого-геохимическая оценка состояния городской среды [6].

Согласно эколого-геохимической карте Пермского края территория г. Перми расположена в пределах Среднекамской литогеохимической аномальной зоны с площадью около 4 тыс. км2 [7]. Выделяется площадная аномалия по Р (100% площади АЗ), Ni (95%), Cu (90%), Ga (90%), Pb (75%), V (40%), Zn (30%) с локальным и точечным распространением Mn (15%), Cr (10%), Zr (10%), Ti (5%), Мо (5%), Ва (5%), Be (5%), Cd (3%), Co (3%), Sn (3%). Генетическая природа этой аномальной зоны в основном комплексная, значительные ее части в пределах промзон классифицируются как природно-техногенные. В целом по комплексу геоэкологических критериев Пермь (Пермско-Краснокамская промзона) в региональном плане (масштаб 1:500 000-1:200 000) классифи- цируется как территория с катастрофическим экологическим состоянием природной среды и отвечает категории экологического бедствия. Однако территория города неоднородна по факторам и уровням воздействия на окружающую среду и при детализации изучения эколого-геохимическими и другими методами дифференцируется на участки с различной степенью экологического состояния.

Содержания микроэлементов в почвах и снежном покрове приведены в табл. 1 и 2.

В почвах Перми отмечается превышение средних концентраций микроэлементов в 1,5-15 раз по сравнению с фоном. Наиболее опасны следующие элементы: 1-го класса опасности – Pb и Cd (оба – до 1000 ПДК), Zn (27), Ве (10); 2-го класса опасности – Co (400), Ni (250), Cu (106), Мо (100), Cr (23). Все они имеют высокий фон – 1,2-4 ПДК (кроме Co) и создают контрастные аномалии. Малоопасные и нелимитируемые элементы – Mn, Zr, Ti (преимущественно до 3 ПДК), имеют широкое распространение, но невысокие концентрации, другие элементы – Sb (до 22 ПДК), As (20) – создают точечные высококонтрастные аномалии. Особое внимание обращают на себя техногенные аномалии в почвогрунтах по свинцу, установленные практически повсеместно. Крупнейшая аномалия расположена в центральной части Индустриального района и совпадает с аномалией по снежному покрову, причем по максимальным точкам. Далее свинцовые аномалии протягиваются в север-северо-восточном направлении в Дзержинский, Ленинский и Мотовилихинский районы. Несколько аномалий с высокими содержаниями свинца установлены на юге и юго-востоке города в Свердловском районе. Четко прослеживается увеличение содержания свинца около автомагистралей. «Ураганные» значения свинца (а также кадмия, кобальта, никеля, хрома, мышьяка, сурьмы) установлены на трёхкилометровом участке ул. Героев Хасана.

Таблица 1. Содержание микроэлементов в почвах г. Перми (n ^. 10^-3 %)

Элемент	Содержание				медиана пдк	max пдк
	min	max	среднее	медиана
Марганец	18	990	123,6	100	0,7	6,6
Никель	0,5	1000	15,2	5	1,3	250
Кобальт	0,5	2000	7,1	2	0,4	400
Ванадий	5	10	6,1	6	0,4	0,7
Титан	200	1500	402,9	400	0,8	3,0
Хром	10	900	50,0	50	1,3	23,7
Цирконий	10	100	55,0	60	2,0	3,3
Вольфрам	0	100	0,29	0	-	-
Молибден	0,1	100	2,0	1,5	1,5	100
Медь	0	1000	13,7	7	1,1	151,5
Цинк	0	300	7,0	5	0,5	27,3
Свинец	0	3000	9,7	2	0,7	1000
Олово	0	100	1,7	1	0,03	3,3
Серебро	0	0	0	0	-	-
Висмут	0	10	0,02	0	-	-
Кадмий	0	100	0,8	0	0	1000
Сурьма	0	10	0,02	0	0	22,2
Мышьяк	0	20	0,05	0	0	100
Фосфор	0	0	0	0	-	-
Бериллий	0	10	1,1	0,6	0,6	10
Барий	10	100	37,3	40	0,6	1,6
Германий	0	1	0,4	0,5	-	-
Галлий	0	5	0,9	0,9	0,9	5
Иттрий	0	7	3,2	3	-	-
Стронций	10	50	10,7	10	0,2	0,8
Скандий	0	7	0,6	0,5	-	-
Ниобий	0	5	0,7	0	-	-

Комплексные аномалии в почвах группируются в трех крупных аномальных геохимических зонах: в западной части города в Индустриальном районе, в центральной части в Ленинском и Мотовилихинском районах и в южной части в Свердловском районе, они отображены на эколого-геохимической карте г. Перми масштаба 1:50 000 (рис. 2).

В снежном покрове селитебной зоны города химический макрокомпонентный состав и минерализация снеговых вод (талой воды) в целом близки к фоновым по Пермскому краю, но несколько выше (примерно на 20-25 %). Минерализация снега изменяется от 30,1 до 118,1 мг/ дм3, в среднем составляя 53,4 мг/ дм3. Химический состав гидрокарбонатно-натриевый. Преобладающим анионом является гидро-карбонат-ион с содержанием 6,1-42,7 мг/ дм3. На втором месте хлор-ион с содержанием 3,6-42,6 мг/ дм3. На третьем месте сульфат-ион с содержанием 1,2-12,3 мг/ дм3

Среди катионов преобладает натрий, его содержание изменяется от 6,6 до 32,1 мг/ дм3. Содержание кальция и магния примерно одинаково – соответственно 1,0-6,0 и 0,0-6,0 мг/ дм3. Содержание хлор-иона (элемента-индикатора, показывающего загрязнение снега) в лесопарковых районах города составляет 3,6-5,3 мг/ дм3, во всех других точках (при условии отбора из чистых мест) – 3,6-42,6 мг/ дм3. На участках вблизи автодорог отмечается резкое повышение количества хлор-иона, которое увеличено в 100-280 раз по сравнению с фоном и составляет 500-1030 мг/ дм3. Средние содержания микроэлементов (по сравнению с фоном на контрольных участках и в среднем по Пермскому краю) превышают фон: Cd – в 120, Cr – 109, Sn – 82, Ni – 37, Pb – 27, Sr – 21, Ba – 25, Cu –13, P – 10, Co – 9, Zn, Mn, V – в 4 раза.

Анализ распределения химических элементов в снежном покрове показывает,

Таблица 2. Содержание микроэлементов в снежном покрове г. Перми (n ^. 10 ^–3 %)

Элемент	min - max среднее		пдк иОДК (Для почв)	среднее (г.Пермь) пдк	max (г.Пермь) пдк
	г. Пермь	Фон (запад Пермского края)
Марганец	30-400 124,3	10-70 32,4	150	0,8	2,7
Никель	1-300 37,0	0-6 1,0	4	9,6	75
Кобальт	0,5-100 3,6	0-1,8 0,39	5	0,7	20
Ванадий	5-20 6,6	0-7 1,9	15	0,4	1,3
Хром	5-1000 173,7	0-15 1,6	38	4,6	26,3
Цирконий	10-30 12,8	0-50 6,8	30	0,4	1
Молибден	0,0-0,7 0,1	0-1,5 0,06	1	0,1	0,7
Медь	2-500 25,3	0-9 2,0	6,6	3,8	75,8
Цинк	50-70 19,0	0-9 4,8	11	1,7	6,3
Свинец	0,5-90 10,9	0-0,9 0,41	3	3,6	30
Олово	0,5-20 4,9	0-0,06 0,06	30	0,2	0,7
Кадмий	0-7 2,4	0-0,2 0,02	0,1	24	70
Фосфор	0-600 60,4	0-150 5,9	20	3,0	30
Барий	0-50 87,7	0-20 3,5	62,5	1,4	8
Стронций	10-200 39,6	0-30 1,9	60	0,6	3,3

что наиболее опасными для г. Перми являются следующие элементы (по степени уменьшения опасности): Cd (до 70 ПДК), Pb (30), P (30); Zn (6), Ni (75), Cu (75), Cr (26), Co (20), Ba (8), Mn (3), Sr (3).

Наиболее контрастные аномалии по самым опасным химическим элементам установлены в районе Осинцовского про-музла; в центральной части Индустриального района; в районе Мотовилихинских заводов; в центральной и северо-восточной части Свердловского района. Аномалии по снегу хорошо коррелируются с почвенными аномалиями, довольно устойчивы во времени.

В изучении природы геохимических полей и их формирования важную роль может играть линеаментно-геодина-миче-ский анализ (аэрокосмогеологических, геофизических и других исследований). Данный вид исследований, проведенный автором в 2010-2011 гг. на территории г. Перми на основе дешифрирования современных цифровых космических снимков и геоинформационных технологий обработки дистанционных данных, показал приуроченность многих геохимических аномалий к геодинамическим активным зонам с очень высокой плотностью трещиноватости, что свидетельствует о комплексном воздействии геодинамики и техногенеза на городскую среду.

Важнейшим показателем экологической ситуации урбанизированных территорий является состояние здоровья людей, поэтому для экологической оценки важен медико-геоэкологический анализ. Согласно данным медицинской статистики заболеваемости населения г. Перми наблюдается постоянный рост различных видов болезней детей и взрослых.

Рис. 2. Эколого-геохимическая обстановка г. Перми

Детский контингент более чувствителен к антропогенным нагрузкам, менее адаптирован к изменениям условий окружающей среды. Наиболее высокие уровни экологически обусловленных заболеваний детей установлены в Индустриальном, Свердловском, Дзержинском районах города. При сопоставлении медицинских данных и геохимических аномалий анализ показал, что участки с повышенной заболеваемостью населения, как правило, приурочены к участкам с концентрацией токсичных элементов, хотя границы меж- ду ними не совсем совпадают. Более высокая сходимость геохимических аномалий в почвах и снежном покрове отмечается с результатами анализов содержания химических элементов в биосредах детей (по материалам ПНИКИДЭП). В Индустриальном районе установлены компоненты, являющиеся химическими факторами риска, – Pb, Ni, Zn, Mn; в Мотовилихинском – Mn, Ni, Cr, Zn, Cu; в Свердловском – Mn, Cr, Zn, Ni; в Дзержинском – Mn, Ni, Pb. Таким образом, медико-геоэкологический анализ показал, что для аномальных зон характерна пространственно-корреляционная связь между геохимическими параметрами геологической среды и уровнем содержания токсикантов в биосредах людей, а также отмечаются тенденции увеличения заболеваемости населения и изменения ее структуры, позволяющие рассматривать геохимические критерии в комплексе важнейших показателей при оценке социальноэкологического риска.

По классификации ИМГРЭ [2] участки с развитием химических элементов 1-го класса опасности – Pb, Zn, Cd и др. – с концентрациями, превышающими ПДК, характеризуются следующей экологической ситуацией: удовлетворительная (<1), напряженная (1-1,5), критическая (1,6-2), чрезвычайная (2,1-3), экологическое бедствие (>3). Следуя этой классификации, участки в пределах значительной части Индустриального района (кроме лесопар- ковых зон), Мотовилихинского и Свердловского районов в бассейне р. Его-шихи и низовий рек Ивы и Мотовилихи, а также некоторые другие небольшие участки могут классифицироваться как участки с чрезвычайной экологической ситуацией или экологическим бедствием. На остальной части города экологическая обстановка напряженная и критическая и лишь на окраинах города к юго-востоку и северу – удовлетворительная.