Особенности микроэлементного состава почв района Николаевской Сопки

Основным источником химических элементов почвы и растений является материнская порода [Стримжа, 2009, с. 32]. Почва – один из самых информативных блоков ландшафтно-геохимической системы, ее центральное ядро, в котором встречаются и взаимодействуют потоки вещества и энергии, связывающие все компоненты ландшафта в единое целое. Кроме того, в почвы автономного ландшафта извне вещества поступают лишь из атмосферы (осадки, пыль), боковой приток с поверхностными и грунтовыми водами отсутствует, где грунтовые воды залегают глубоко, не влияют на почвы и растительность . Кора выветривания в автономном ландшафте имеет остаточный характер; в процессе образования она обедняется всеми легко подвижными элементами; почвы в большей или меньшей мере промыты, идет преимущественно вынос вещества с нисходящими токами влаги. Выносу противостоят испарение и активный биологический захват элементов растениями и удержание их в биологическом круговороте. Миграция веществ идет в условиях окислительной среды [Глазовская, 1988, с. 17]. Почвы Николаевской сопки первичные, не нарушенные хозяйственной деятельностью. В данном случае их можно рассматривать как депонирующую среду.

Опираясь на состав почвообразующих пород (содержание СаО ниже 7 вес %) и влажный климат, когда количество (537 мм) атмосферных осадков превышает испарение (358 мм), геохимическая обстановка почвенных вод характеризуется как кислородная с кислыми и слабокислыми условиями, в которых ведущим элементом выступает H⁺ [Мирошников и др., 2003, с. 77]. Слабокислые и кислые условия подтверждаются хвойной растительностью: деревья беднее золой, в хвое больше SiO 2 меньше Ca, Mg, Na, K. Клеточный сок хвои содержит свободные органические кислоты, его рН 4,5–6,5, рН таежных трав нередко кислый (кислица), т. е. в живых растениях создается геохимическая особенность таежного ландшафта – кислая среда. В этих условиях катионогенные элементы Cu, Zn, Cd, Mn, Ni, Co и др. образуют растворимые соединения и выносятся, а анионогенные элементы (Cr⁶⁺, Mo⁶⁺, V⁵⁺ и т. д.) задерживаются, так как они лучше мигрируют в щелочных водах [Перельман, Касимов, 1999, с. 140].

Силами студентов Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева специальности «Геоэкология» в рамках летней учебной практики (2011) проведены рекогносцировочные эколого-геохимические исследования почв этого района [Эколого-геохимические…, 2003, с. 37]. Пробы почв (20 штук), взяты по профилю, пересекающему Николаевскую сопку с запада на восток. В геоморфологическом плане в пределах самой сопки по абсолютным отметкам ландшафты подразделены на автономные (350–505 м) и транзитные (245– 350 м). Средние содержания химических элементов и их кларки концентрации (КК) приведены в таблице.

По результатам, приведенным в таблице, можно сказать, что средние содержания большинства химических элементов в почвах Николаевской сопки в несколько раз больше их кларка в земной коре и в почвах континентов. Более того, можно отметить, чем выше по рельефу (350–505 м), тем большее содержание Ag, B Cd, Co, Cr, Mn, Ni, V, W, и только несколько элементов смываются ниже по склону: Cu, Mo, Zn, до отметки 245 м; для Pb и P никаких тенденций не наметилось. Подобную ситуацию, т. е. повышенное содержание химических элементов в почвах автономного ландшафта, можно объяснить только их поступлением с атмосферными выпадениями и последующим их закреплением. Поскольку почвы – депонирующая среда, то в них, можно сказать, накопилось такое количество элементов, которое выброшено за весь период индустриализации города.

Формула геохимического загрязнения почв Николаевской сопки имеет вид:

Cd 9,4 Ni 3,3 Zn 2,8 Sn 2,5 (W,Mn,Co) 1,6 (Ag,Cr) 1,5 .

Особенностью микроэлементного состава почв Николаевской сопки оказалось высокое содержание Cd, Ni, Zn и др., которые теоретически в кислородных кислых условиях должны выноситься. Это можно объяснить следующим образом. К настоящему моменту в г. Красноярске достаточно много сжигается ископаемого топлива, при этом выделяется большое количество CO 2 в воздушное пространство. За счет CO 2 и атмосферных осадков в почве закрепляется CdCO 3 или CdHCO 3 ⁺. При наличии Cd и Zn Cd может накапливаться в количествах, преобладающих над Zn, что характерно при наличии CO 2 для окислительных условий [Иванов, 1997, с. 474]. Закреплению Cd²⁺ способствует его большой ионный радиус – 0,099 нм, у Zn²⁺ и Ni²⁺ соответственно 0,083 и 0,074 нм [Стримжа, 2009, с. 77]. При изучении зависимости миграции элемента от радиуса иона было установлено, что при свободной миграции с увеличением радиуса при диффузии дальность миграции уменьшается [Алексеенко, 2000, с. 268].

Таблица

Средние содержания (Сср) химических элементов в почвах района Николаевской сопки и их кларки концентраций (КК)

Примечание. Атомно-эмиссионный анализ проб выполнен в аналитической лаборатории ЦГИ «Прогноз», исполнитель Н.Б. Кусиньш.

Основными источниками поступления Cd в атмосферу г. Красноярска можно рассматривать: производство алюминия [Алексеенко, 2000, с. 460]; сжигание углей Канско-Ачинского бассейна на трех ТЭЦ, в составе которых присутствует Cd и другие химические элементы [Озерский, 2008, с. 113]; предприятия машиностроительного, приборостроительного, металлургического и др. подобного профиля.

Исследования автономного ландшафта в районе г. Красноярска показало, что загрязнение почв Николаевской сопки происходит воздушным путем. Основным выводом здесь является то, что воздух, которым дышат жители города, загрязнен. Насколько он загрязнен, насколько в нем высока концентрация опасных загрязнителей, которые представляют опасность для здоровья человека, необходимо выяснять дальнейшими научно-прикладными эколого-геохимическими исследованиями.

На Международной конференции, состоявшейся в Вене (Австрия) в апреле 2009 г. от имени Европейского Геофизического Союза, проведен обзор статей, посвященных потенциально опасным элементамв почвах: Pb, Ag, Zn, As, Cg, Hg, Fe, Ni, B и др., представленных в специальном выпуске [Pedogeochemical…]. Вывод этого обзора заключается в том, что антропогенные промышленные злоупотребления могут изменять нормальный уровень потенциально токсичных элементов в почве, что приводит к ее загрязнению, экологическим проблемам и проблемам со здоровьем. Необходимо создавать карты самых разных масштабов, отображающие почвенно-геохимические условия, полезные для регулирования землепользования и экологической политики.