Оценка техногенных геохимических аномалий
Суммарный показатель загрязнения вычисляется для токсичных элементов 1, 2 и 3 классов опасности. Токсичными называют вещества, которые при определенных концентрациях причиняют вред организму, ведут к функциональным нарушениям, деформациям, смерти (Р. Мартин). Где Ккн — кларки концентраций элементов накопления; Ккд — кларки концентраций элементов дефицита; п{ и п2 — количество элементов накопления… Читать ещё >
Оценка техногенных геохимических аномалий (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Техногенные геохимические аномалии характеризуются степенью накопления элемента-загрязнителя по сравнению с природным фоном, т. е. коэффициентом концентрации Кг (см. и. 2.3.1). При отсутствии данных о фоновом содержании элементов для контрастных и средних по интенсивности аномалий можно использовать кларки (А. А. Головин и др., 2000).
Для полиэлементных геохимических аномалий рассчитывается суммарный показатель загрязнения (Zc):
где п — число аномальных (Кс > 1,5) химических элементов.
Суммарный показатель загрязнения вычисляется для токсичных элементов 1, 2 и 3 классов опасности. Токсичными называют вещества, которые при определенных концентрациях причиняют вред организму, ведут к функциональным нарушениям, деформациям, смерти (Р. Мартин).
К первому классу опасности относятся наиболее токсичные:
- • в воздухе — Pb, Hg, Be, Se, Те, V, Cr, Со;
- • в почвах — As, Cd, Hg, Pb, Zn, F, Se;
- • в поверхностных водах — Hg, Be, Tl.
Второй класс опасности представлен:
- • в воздухе — As, Cd, F, В, Mn, Ni, Си;
- • в почвах — Cr, Со, Ni, Си, Mo, Sb, В;
- • в поверхностных водах — As, Cd, Pb, Se, Bi, Co, Sb, Те, Mo, W, B, F, Br, Al, Li, Ba, Sr.
Элементы третьего класса опасности'.
- • в воздухе — Zn, Mo, W, Ge, Sn;
- • в почвах — V, Mn, W, Sr, Ва;
- • в поверхностных водах — V, Mn, Cr, Ni, Си, Zn.
Классы опасности элементов в твердых объектах литосферы определены по коэффициенту литотоксичности (см. 2.3.1).
Особо опасными для организмов являются техногенные поля с повышенной концентрацией тяжелых металлов и радиоактивных веществ.
Для геолого-гигиенических оценок вместо фонового содержания используются предельно-допустимые концентрации токсичных элементов — ПДК. К сожалению, ПДК разработаны не для всех токсичных элементов, и их нормативы изменяются со временем. Формула суммарного загрязнения в этом случае будет выглядеть так:
где К11дк — коэффициент концентрации элементов и соединений, превышающих их ПДК (Кпдк > 1); п — число учитываемых аномальных элементов.
На основе изучения техногенных геохимических аномалий и их опасности разработаны шкалы оценки загрязнения природных сред (табл. 2.10).
Таблица 2.10
Оценка загрязнения природных сред токсичными элементами и соединениями (по материалам А. А. Головина и др., 2000; Ю. Е. Сает и др., 1990; критериям Минприроды, 1992)
Природная среда. | Критерий оценки. | Загрязнение. | |||
допустимое. | умеренно опасное. | опасное. | чрезвычайно опасное. | ||
Почвы и донные отложения. | к | < | 4−8. | 8−32. | > |
^ПДК1. | < | 1−1,5. | 1,5−3. | > | |
/<�пдк2 | < | 1−2,5. | 2,5−10. | > | |
/<�ПДКз. | < | 1−5. | 5−20. | > | |
Zc | < | 16−32. | 32−128. | > | |
Cs137 | < | 1−5. | 5−40. | > | |
Sr90 | < | 0,3−0,5. | 0,5−3. | > | |
Pu (сумма изотопов). | < | > | |||
Мощность экспозиционной зоны, мкР/ч. | < | 20−55. | 55−400. | > | |
(пестициды). | < | 0,5−1. | 1−10. | > | |
^пдк (нефть и нефтепродукты). | < | 1−5. | 5−20. | > | |
Поверхностные воды питьевого назначения. | Кс | < | 4−8. | 8−32. | > |
КцДК1. | < | 1−1,5. | 1,5−3. | > | |
^ПДК2. | < | 1−2,5. | 2,5−10. | > | |
^ИДКЗ, 4. | < | 1−5. | 5−15. | > | |
pH. | 6,5−7,5. | —. | 4−5,2. | < | |
Окончание табл. 2.10
Природная среда. | Критерий оценки. | Загрязнение. | |||
допустимое. | умеренно опасное. | опасное. | чрезвычайно опасное. | ||
Поверхностные воды хозяйственнобытового назначения. | Кс | < | 4−8. | 8−32. | > |
^Ч1ДК1,2. | < | 1−2,5. | 2,5−10. | > | |
^Ч1ДКЗ, 4. | < | 1−25. | 25−100. | > | |
Ph. | 6,5−7,5. | —. | 5,7−6,5 7,5−8,0. | < | |
Кпдк (нитриты, соли аммония). | < | 1−2,5. | 2,5−10. | > | |
Кцдк. (нитраты). | < | 1—5. | 5−20. | > | |
Фосфаты, мг/л. | < | 0,05−0,15. | 0,15−0,6. | > | |
Атмосферный воздух. | Кс | < | 4−8. | 8−32. | > |
Zc | < | 64−128. | 128−256. | > | |
Zp | < | 1000−5000. | 5000−10 000. | > | |
Пылевые выпадения, кг/км2 в сутки. | < | 250−450. | 450−850. | > | |
Кпдю. | < | 1−1,5. | 1,5−3. | > | |
Кцдк2. | < | 1−2. | 2−5. | > | |
Кцдкз. | < | 1−3. | 3−7,5. | > | |
Примечание: Кпдк12д4 — коэффициент концентрации элементов и соединений соответственно 1, 2, 3 и 4 классов опасности; Zp — суммарный показатель пылевой нагрузки.
Суммарный показатель загрязнения учитывает только повышенные концентрации химических элементов и не принимает в расчет пониженные концентрации элементов.
Л. А. Криночкин, А. А. Головин предлагают использовать показатель геохимической эндемичпости (Гэн), или показатель эколого-геохимической опасности:
где Ккн — кларки концентраций элементов накопления; Ккд — кларки концентраций элементов дефицита; п{ и п2 — количество элементов накопления (Кк> 1,5) и дефицита (Кк<0, 75), участвующих в расчете; N — общее количество проанализированных элементов.
По значениям Гэн они разделили ландшафты южной части Алтайского края на две группы. Первая группа, где ГЭ|1 <10, характеризуется слабой геохимической эндемичностыо. Вторая группа (Гэн >10) считается опасной в отношении возникновения эндемичных заболеваний. Например, сухие степи на солонцах и солончаки имеют показатель Гэн = 27,2. Здесь в донных отложениях наблюдается накопление Sr, В, Ва, Р, Мо и дефицит V, As, Мп, Си, Ti, Y, Zn и пр.
Негативное воздействие техногенных геохимических аномалий на живое вещество (организмы и растения) непосредственно связано с его составом.
В составе живого вещества обнаружены практически все химические элементы (табл. 2.11). К главным элементам относятся О, С, Н, N (98,8%) и Са, К, Si, Mg, Р, S, Na, Cl, Fe (около 1,2%). Остальные элементы содержатся в микрои ультрамикроуровнях (менее 0,1%). Из этого видно, что для нормального развития необходимы все элементы, но в определенных концентрациях. Отрицательное действие на развитие организмов может оказать как высокое, так и низкое содержание практически каждого химического элемента.
Таблица 2.11
Данные среднего содержания химических элементов в живом веществе, % (по А. П. Виноградову,
В. В. Добровольскому, А. И. Перельману)
Воздушные мигранты (98,8%) | |||||
0 70. | С 18. | 11 10,5. | N3- 10 1 | ||
Водные мигранты (около 1,2%) | |||||
Са 5 • 10-«. | Mg 4- 10−2. | Na 2 • 10-1 | |||
КЗ • 10 1 | Р 7 • 10 2. | Cl 2 • 10−2. | |||
Si 2- 10-1 | S5 • 10 2. | Fe 1 10 2 | |||
Окончание табл. 2.11
Микроэлементы (водные мигранты) (менее 0,1%) | ||
Мп 9,6 • 10 3 | F 1,4 • 10 4 | Вс 4 • 10-6 |
А1 5 • 10-3 | РЬ 1 • ю-4 | Ga, Se 2 • 10 6 |
Zn 2 • Ю-з. | Ni 8 • 10−5. | W 1 • 10−6. |
Sr 1,6 • 10 з. | Сг 7 • 10−5. | Ag 1,2 • 10 6 |
T1 1,3 • Ю-з. | V, Li 6 • 10−5. | U 8 • 10 7 |
В 1 • 10 3 | Со 4 • 10 3 | Hf 5 • 10−7. |
Ва 9 • 10-4 | La, Y 3? Ю-з. | Sb 2 • 10−7. |
Си 3,2 • 10 4 | Мо2 • 10 5 | Cd 2 • 10 7 |
Zr 3 • 10−4. | I 1,2 • Ю-з. | Hg 10-7 |
Rb 2 • 10−4. | Sn 1 • 10−5. | Au 10−8. |
Вг 1,6 • 10−4. | As, Cs 6? 10−6. | Ra-n • 10-12 |
Не, Ne, Ar, Sc, Кг, Nb, Rh, Pd, In, Те, Xe, Та, Tl, Bi, Th обнаружены в организмах, но нет данных об их среднем содержании. Ru, Hf, Re, 0 $, Ir, Po, Ac, Tc, At, Fr пока не обнаружены с достоверностью в организмах, причем последние три элемента нс обнаружены и в земной коре.
Химические элементы, необходимые для жизни и развития биоты, называются биофильными. Недостаток биофильных элементов приводит к различным заболеваниям. К наиболее токсичным элементам относятся Pb, Ilg, Cd, As, Со, Be, Se, Tl, U (табл. 2.12).
Таблица 2.12
Негативное воздействие токсичных элементов на живое вещество (с использованием материалов В. В. Гавриленко, Р. В. Голевой).
Эле; менты. | ПДК в различных средах. | Негативное воздействие на организмы и растения. | ||
в почвах мг/кг. | в воздухе мг/м3 | в воде мг/л. | ||
Pb. | 20,0. | 0,003. | 0,03. | Накапливается в костях, мягких тканях и крови. Патологические изменения в нервной и желудочно-кишечной системах, в крови и сосудах; нарушение функции почек; легочные заболевания; проникновение в плод. |
Продолжение табл. 2.12
Эле; менты. | ПДК в различных средах. | Негативное воздействие на организмы и растения. | ||
в почвах мг/кг. | в воздухе мг/м3 | в воде мг/л. | ||
Hg. | 2,1. | 0,0003. | 0,0005. | Снижает сопротивляемость организма. Длительное вдыхание ртути поражает нервную систему, желудочно-кишечный тракт, костный мозг, печень, почки, кости. Подавляет жизнедеятельность всех видов гидробионтов. |
Cd. | 0,5. | 0,001. | 0,01. | Влияет на углеводный обмен, кровь, печень, костную и мышечную ткань, плод, желудочно-кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы; приводит к онкологическим заболеваниям и мутагенным изменениям. |
Be. | 0,1. | 0,0002. | Вызывает разнообразные патологии, в том числе аллергию, токсикоз, бериллиевый рахит, раковые заболевания и др. | |
As. | 2,0. | 0,003. | 0,05. | Расстройства нервной и желудочно-кишечной систем, внутрисосудистый гемолиз, острая печеночная и почечная недостаточность; невриты, вестибулярные расстройства, мышечная атрофия, паралич, рак кожи и др. |
Со. | 0,001. | 0,1. | Нарушается деятельность эндокринной системы (щитовидной и поджелудочной желез), углеводного обмена, кровеносной, нервной, пищеварительной систем. Высокие содержания могут привести к гибели организмов. Угнетается рост растений. | |
Продолжение табл. 2.12
Эле; менты. | ПДК в различных средах. | Негативное воздействие на организмы и растения. | ||
в почвах мг/кг. | в воздухе мг/м3 | в воде мг/л. | ||
Se. | 0,5. Se02 | 0,01. | Поражение почек, костного мозга, суставов, центральной нервной системы, эмбриона, раковые заболевания. При больших концентрациях приводит к смерти. При недостатке Sc у животных развивается «беломышечная болезнь». | |
Tl. | 0,0001. | Поражает центральную и периферическую нервные системы, желудочно-кишечный тракт, почки, вызывает утомляемость, слабость, нарушение сна, выпадение волос, психические расстройства. Может привести к смертельному отравлению. | ||
и. | Расстройство центральной и периферической нервной систем. Нарушение деятельности почек, печени, кишечника, костного мозга, сердечно-сосудистой системы, обменных процессов. Поражение костной ткани. | |||
Sr. | 7,0. | Влияет на костную ткань, печень и кровь. Блокирует синтез витамина Д, выводит из организма Са, способствует отложению в костях Р. | ||
Bi. | —. | —. | 0,1. | При отравлении изменяет состав крови, углеводный, белковый и липидный обмен. |
Cr. | 0,005. Сг6+ | 0,0015. Сг03 | 0,05. Сг6+ | Нарушает память, внимание, обменные процессы. Приводит к аллергии, дерматитам. При недостатке Сг у животных замедляется рост, наблюдаются заболевания глаз. |
Продолжение табл. 2.12
Эле; менты. | ПДК в различных средах. | Негативное воздействие на организмы и растения. | ||
в почвах мг/кг. | в воздухе мг/м3 | в воде мг/л. | ||
V. | 0,002. | 0,1. | Понижает иммунитет; вызывает заболевания верхних дыхательных путей, аллергию. Оказывает губительной действие на растения и гидробионты. | |
Мо. | 0,25. | Нарушение обмена веществ, молибденоз, артроз, непостоянство кровяного давления, нарушение течения беременности. У животных — молибденовый токсикоз. Недостаток Мо приводит к снижению хлорофила у растений, скручиванию и увяданию листьев. | ||
Мп. | 0,001. | 0,3. | Поражает легкие, центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. При вдыхании пыли возникает токсикоз, бронхиальная астма, хроническая легочная патология. | |
Си. | 3,0. | 0,002. | 1,0. | Расстройство нервной системы, заболевания печени, почек. У растений — хлороз, угнетение побегов. |
Sb. | 4,5. | 0,01. | 0,05. | Изменение в крови, печени, почках, щитовидной и поджелудочной железы. |
S. | При вдыхании серной пыли — расстройство дыхательных путей, сердечно-сосудистой и нервной системы. | |||
Sn. | 4,5. | 0,05. | Высокая концентрация хлорида Sn влияет на заболевания человека и животных, приводит к гибели рыб. | |
F. | 0,005. | 1,5. | Изменяется состав костной ткани (флюороз), происходит отек легких. У растений — хлороз листьев. | |
Окончание табл. 2.12
Эле; менты. | ПДК в различных средах. | Негативное воздействие на организмы и растения. | ||
в почвах мг/кг. | в воздухе мг/м3 | в воде мг/л. | ||
W. | 0,02. | 0,05. | При дыхании пылыо происходит раздражение дыхательных путей, нарушаются состав крови, функции печени, поражается нервная система. | |
Ni. | 3.0. | 0,001. | 0.1. | Гастриты, гипотония, бронхогенный рак, патология печени, нарушения нервной системы. У животных наблюдается заболевания глаз, у растений — светлые пятна на листьях. |
Fe. | 0,3. | На организмы и растения влияет как избыток, так и недостаток Fc. Аэрозоли, содержащие соли Fe, вызывают бронхиты, плевриты. Недостаток Fe снижает гемоглобин в крови. У растений избыток железа замедляет рост, изменяет цвет листьев. | ||