Почвенный покров: тяжелые металлы
Промышленность, теплоэнергетика, автотранспорт и муниципальные отходы - это источники техногенных аномалий тяжелых металлов и других микроэлементов в городских почвах. В аномальных зонах наиболее интенсивно импактное воздействие почв на городскую среду, они служат индикаторами техногенного загрязнения и представляют опасность для растений, животных и человека, особенно детей.
Для оценки контрастности и экологической опасности техногенных ореолов тяжелых металлов в почвах используется несколько подходов. Индикация загрязнения, как и для воздуха и снега, основывается в первую очередь на сопоставлении загрязненных городских почв с их фоновыми аналогами. Это достигается расчетом коэффициента техногенной концентрации или аномальности (Кс), показывающего, во сколько раз содержание элемента в городских почвах выше его содержания в фоновых почвах. Коэффициент Кс отражает интенсивность загрязнения, но не указывает непосредственно на его опасность. Для экологической и санитарно-гигиенической оценки загрязнения почв используются предельно-допустимые концентрации (ПДК) элементов, установленные экспериментально. По М.А. Глазовской , предельно допустимое состояние почв это тот уровень, при котором начинает изменяться оптимальное количество и качество создаваемого живого вещества, т.е. биологическая продукция. Содержание химических элементов в городских почвах нормируется обычно через значения почвенно- геохимического фона, кларки литосферы и предельно-допустимые концентрации для почв одной геохимической ассоциации. В полиэлементных очагах загрязнения токсичность элементов может суммироваться и оказывать синэргетическое воздействие на живые организмы. Одним из простых способов оценки контрастности комплексных техногенных ореолов является расчет суммарных показателей загрязнения (Zc) почв относительно фонового уровня по той же формуле, что и для воздуха и снега. По этому показателю можно сравнивать степень загрязнения почвенного покрова городов. Особенно контрастные аномалии образуют подвижные формы металлов, извлекаемые различными растворителями. Эти формы доступнее для организмов и экологически более опасны. Однако из-за варьирования содержания и разнообразия методов экстракции металлов из различных почв, надежные предельно-допустимые концентрации подвижных форм тяжелых металлов не установлены. Почвенно-геохимический анализ состояния городской среды начинается со сплошного сетевого опробования поверхностных горизонтов (0-5 см) почв с учетом ландшафтной ситуации и функциональных зон. Густота сети зависит от масштаба исследований и обычно колеблется от 1 до 10 точек на 1 км2. Реальная картина загрязнения почв среднего промышленного города получается при сети 500 х 500 м, т.е. 9 проб на 1 км2, что позволяет дифференцировать территорию города на районы с различными уровнями загрязнения. Почвенный покров большинства городов аномален по тяжелым металлам. Геохимическое опробование почв г. Тольятти (около 1000 проб) показало, что от 30 до 80% территории города занято техногенными аномалиями отдельных тяжелых металлов небольшой контрастности. Вокруг промышленных предприятий и других техногенных источников формируются зоны более сильного загрязнения. Поэтому на следующем этапе работ проводят оценку аномальных полей с идентификацией источников загрязнения. Затем обычно исследуются механизмы миграции и концентрации поллютантов, степень их техногенной геохимической трансформации, что завершается почвенно-геохимическим зонированием территории города с учетом природных факторов, влияющих на загрязнение. Основным методом интерпретации и анализа полученных данных является почвенно-геохимическое картографирование. Составляются как моноэлементные карты, на которых изолиниями или сплошным фоном показаны зоны загрязнения отдельными элементами, так и карты суммарного загрязнения почв города несколькими элементами по значениям показателя Zc. Наиболее высокие средние уровни суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами (Zc больше 120, до 500 - 1000) в городах с цветной и черной металлургией (Чимкент, Усть-Каменогорск, Мончегорск, Белово, Магнитогорск и др.), где в эпицентрах аномалий содержание металлов в десятки раз выше ПДК. Сильное загрязнение характерно также для центров тяжелого машиностроения, приборостроения, нефтехимии, где средние уровни составляют десятки, а максимальные - первые сотни условных единиц. Для городов с предприятиями химической промышленности характерно сильное загрязнение сероводородом, ацетоном, фтором, аммиаком и др. специфичес- кими газами и более низкие уровни загрязнения тяжелыми металлами. Обычно их аномальные поля примыкают непосредственно к промышленным зонам. По Ю.Е. Саету, металлургические заводы и крупные ТЭЦ влияют на окружающую среду в радиусе до 5 - 10 км, заводы машиностроения - 1,5- 2 км, приборостроения - до 0,5 - 1 км, автотранспорт - до 0,1 - 0,2 км. Для непромышленных городов суммарный показатель загрязнения не превышает 8 - 10. По Е.П.Сорокиной , техногенные ореолы в почвах вокруг источников загрязнения нередко имеют зональное строение. Для эпицентра типична полиэлементная ассоциация загрязнителей, ближе к периферии из ее состава выпадают отдельные элементы и наиболее обширные ореолы чаще всего образуют Zn и Рb. Наряду с выбросами предприятий в промышленных городах имеются участки, где складируются открытым способом бытовые и промышленные отходы (шлако- и золоотвалы, хвостохранилища, свалки). По концентрации (сотни и тысячи кларков) и комплексу тяжелых металлов аномалии здесь не уступают выбросам, являясь источниками повторной эмиссии в окружающую среду. В результате воздушной и водной миграции техногенные ореолы вокруг отвалов и свалок по площади в несколько раз больше территории, отведенной под отходы. Особенно контрастны ореолы подвижных форм металлов. Их коэффициенты техногенной концентрации Кс в 5 - 10 раз выше, чем у валовых форм (рис. 21.8) .Исследование почв Братска, Калининграда, Улан-Батора показало увеличение контрастности техногенных аномалий в ряду: валовые формы - непрочносорбированные формы (экстрагируемые однонормальной соляной кислотой) - органо-минеральные (ЭДТА-растворимые) формы - карбонатные и обменные (ацетатнорастворимые) формы [ Н.С. Касимов , М.Ю. Лычагин ].Лучшая индикация почв - по непрочносорбированным формам. Распределение подвижных форм элементов во многом определяется и ландшафтно-геохимическими условиями. Особенно интенсивны аномалии в почвах автономных ландшафтов и наветренных к техногенным источникам склонов, а также в городских супераквальных ландшафтах - на побережьях рек, озер и водохранилищ, куда загрязители поступают с поверхностным, внутрипочвенным и грунтовым стоком. Особые виды загрязнения формируются в городах рудных провинций, районов с горнодобывающей и металлургической специализацией. В них на высокие природно-аномальные концентрации рудных элементов накладывается техногенное загрязнение этими же элементами от обогатительных фабрик и металлургических заводов. Такая кризисная экологическая ситуация сложилась, например, в г. Моа на северо-востоке Кубы - крупном центре добычи никелевых руд и производства никеля. Руды Ni сформировались в ультраосновных породах, изначально богатых Ni, Сг и Со. Город Моа расположен на флангах одного из месторождений. Выбросы двух никелевых комбинатов содержат высокие концентрации Ni, Сг, Cd, Co. Характерна низкая контрастность техногенных аномалий рудных элементов в городских почвах (всего лишь в 3 - 8 раз выше природно-аномального "фона") при очень высоких концентрациях валовых и подвижных форм Ni и других поллютантов. Для таких городов при оценке суммарного загрязнения металлами вместо коэффициента аномальности (Кс) лучше использовать нормирование через кларки литосферы, указывающие на степень отклонения местных рудо-генно-техногенных аномалий от нормального (околокларкового) экологического уровня содержания тяжелых металлов в почвах и породах.
