Геоэкология снегового покрова урбанизированных территорий северной лесостепи Южного Урала

Актуальность темы

исследования.

Вопрос загрязнения атмосферы является в настоящее время одним из самых актуальных. Глобальная роль атмосферы определяет особую ответственность всех государств за сохранение ее состава и предотвращение загрязнения воздушной среды, которое может отрицательно сказаться на развитии биосферы в целом.

Геохимия городской среды наряду с природными условиями определяется количеством техногенных источников, их расположением, мощностью и качественным составом выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ. Наиболее опасная экологическая ситуация складывается в крупных промышленных центрах, где происходит кумулятивное воздействие на природную среду и человека различных производств, транспорта, промышленных и бытовых отходов, и в настоящее время достигает пределов, опасных для жизни и здоровья человека. При этом загрязнители не только действуют индивидуально, но и оказывают комплексное воздействие на окружающую среду [49]: *.

Получить детальную картину загрязнения атмосферного воздуха в городе весьма трудно из-за большого количества источников выброса и, сложных закономерностей распространения загрязняющих веществ в условиях городской застройки.

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в городах в настоящее время осуществляются на сети стационарных пунктов и с помощью передвижных автолабораторий. Необходимость значительных материальных и людских ресурсов заставляет ограничиваться достаточно редкой сетью, созданием ее в основном в крупных городах. В городах с плоским рельефом обычно ограничиваются одним стационарным пунктом на площади 10−15 км2, что дает, только грубую картину поля загрязнения атмосферного воздуха [15]. В условиях пересеченной местности, даже при равномерном распределении источников выбросов по территории города, эта сеть оказывается недостаточной и при заметном увеличении числа пунктов.

В настоящее время вокруг промышленных предприятий образовались и постоянно расширяются техногенные аномалии — участки с повышенным содержанием свинца, меди, цинка, и др. элементов, средний их уровень во много раз выше, чем в природных ландшафтах.

Выявление техногенных аномалий является одной из важнейших эколого-геохимических задач при оценке состояния окружающей средыгорода. Одним из методов установления контуров таких аномалий" является мониторинг снегового покрова. В этом смысле, снежный покров — надежный индикатор загрязнения, поскольку он консервирует весь объем выпадений из атмосферы за зимний период. Различают свежевыпавший снег, по существу отражающий химический состав атмосферных осадков, и снежный покров как своеобразную горную породу, состоящую из кристаллов снега, льда, воды, водяных паров> воздуха. Основными факторами различия между химическим составом снегового покрова и свежевыпавших как твердых атмосферных осадков (снега) являются: а) содержание различных химических примесей за счет сухих выпаденийб) поглощение снежным покровом различных газов из воздуха и потерей некоторых примесей за счет испаренияв) количеством оседающих из воздуха различных растворимых веществг) взаимодействием покрова с воздухом почвы и грунтовд) ветровой деятельностью (перемешивание) — е) деятельностью промышленных предприятий.

Количество вредных веществ, остающихся в городе после снеготаяния, представляет собой разность количеств веществ, содержащихся в снежном покрове и унесенных снеговыми водами. Таким образом, исследование загрязнений снега в городе оказываются практически единственным надежным источником данных о дальнейшем формировании геохимических аномалий в почвах.

В настоящее время контроль за загрязнением снегового покрова осуществляется на 645 метеостанциях страны, где определяют ионы сульфата, нитрата, аммония, общую минерализацию, значения рН, тяжелые металлы и другие токсичные вещества [27].

Необходимость проведения исследований снегового покрова связано еще и с тем, что атмосферные осадки не 'только отражают состояние атмосферного воздуха, но и являются составляющей баланса поверхностных вод, оказывают влияние на состояние почв, растительности, грунтовых вод.

Для поверхностных вод практически вся территория города оказывается источником загрязнения. Наиболее интенсивное загрязнение вод происходит во время снеготаяния и в периоды дождей. В отличие от организованных источников городская территория не контролируется специально как потенциальный источник, возникающий в результате накопления на ней загрязняющих веществ, включаявыпадения их из атмосферы. Вклад этого источника устанавливался только постфактум после смыва загрязняющих веществ в водоемы.

Экологическая ситуация в городах Челябинской области остается острой на протяжении многих десятилетий. Сеть наблюдений за атмосферными осадками в Челябинской области довольно редкая, а постоянные наблюдения за состоянием атмосферного воздуха ведутся лишь в трех крупных городах — Челябинске, Магнитогорске и Златоусте с численностью населения более 300 тыс. человек [2].

В небольших промышленных городах с хронически неблагополучной экологической ситуацией (гг. Карабаш, Кыштым, Миасс, Касли и др.), где отсутствуют непосредственные наблюдения за содержанием в атмосферном воздухе вредных веществ, исследбвание снегового покрова дает широкие возможности для оценки состояния атмосферы в зимний период и выявления участков, наиболее подверженных техногенному загрязнению. Подобные исследования необходимы для обобщения сведений об интенсивности потоков загрязняющих веществ, поступающих в объекты окружающей среды.

Цель диссертации.

Выявление особенностей химического состава снегового покрова и особенности формирования комплексных геохимических аномалий на территориях промышленных городов.

Основными задачами работы являлось:

1. Исследование особенностей химического состава снеговых проб, загрязнение которых сформировалось под воздействием различных типов источников выбросов.

2. Установление ¦ взаимосвязей между основными загрязняющими снеговой покров веществами. I.

3. Исследование особенностей пространственного распределения загрязняющих веществ по территории городов.

4. Оценка интенсивности потоков загрязняющих веществ, поступающих, в окружающую среду при снеготаянии.

5. Выявление особенностей формирования комплексных геохимических аномалий в снеговом покрове промышленных городов.

6. Разработка приемов зонирования территории в зависимости от интенсивности и структуры загрязнений.

Научная новизна.

Впервые за годы проведения мониторинга снегового покрова проведен сравнительный анализ химического состава снеговых проб в зонах воздействия предприятий с различными источниками выбросов. Выявлены ассоциации элементов, типичных для различных видов производств, степень интенсивности их поступления окружающую среду. Дана количественная оценка поступающих при снеготаянии на поверхность земли солей. Построены моноэлементные и карты комплексных геохимических аномалий в снеговом покрове городов Касли и Кыштым. Выявлены взаимосвязи между компонентами загрязнений снегового покрова.

Защищаемые положения.

1. Выявленные закономерности распределения загрязняющих веществ в снеговом покрове позволяют оптимизировать сеть отбора при проведении снеговых съемок.

2. Особенности территориального распределения показателей общей минерализации и кислотности снегового покрова обладают высокой информативностью и могут быть использованы в качестве диагностического признака состояния атмосферного воздуха.

3. Созданные автором моноэлементные и комплексные картосхемы загрязнения снегового покрова отражают особенности качественного состава загрязняющих веществ и интенсивность их поступления в окружающую среду.

4. Пространственный анализ формирования комплексных геохимических аномалий в снеговом покрове промышленных городов позволяет осуществить зонирование территории по степени опасности для проживания населения.

Практическая значимость.

Созданная в результате работ по мониторингу загрязнения снегового покрова промышленных городов Челябинской области база данных, позволяет использовать информацию об интенсивности потоков тяжелых металлов в депонирующие среды (почвы, донные отложения, растительность) при. весеннем снеготаянии, а также дает необходимую информацию для получения' надежных данных о коэффициенте концентрации отдельных загрязняющих веществ по сравнению с фоном. Знание этого коэффициента позволяет решать две задачи. Во-первых, дать детальную количественную картину поля средних концентраций загрязняющих веществ. Во-вторых, исходя из структуры формирующихся геохимических аномалий, оптимизировать сеть пунктов отбора проб: разрядить или сгустить ее на отдельных участках города.

На основе материалов исследований разработаны практические задания-для студентовобучающихся на факультете экологии Челябинского государственного университета по специальности 20 802 — эколог-природопользователь, полученные результаты используются при проведении занятий по дисциплине «Геохимия окружающей среды».

Апробация работы результаты исследований по теме диссертации докладывались на Региональной научно-практической конференции «Природное и культурное наследие Урала» (Челябинск, 2003) — на Региональной научно-практической конференции «Проблемы географии Урала и сопредельных территорий» (Челябинск, 2004) — на Межрегиональной научно-практической конференции «Экологическая политика в обеспечении устойчивого развития Челябинской области» (Челябинск, 2005) — на Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность и современные технологии» (Миасс, 2009).

Личный вклад автора. Автор работы принимал непосредственное участие в осуществлении мониторинга снегового покрова в городах Челябинской области, систематизировал и обобщил обширные фактические материалы исследований снегового покрова, проводившихся за двадцатилетний период в Челябинской области, обработал полученные данные (произведение статистических расчетов по результатам более чем 1500 анализов, составление поэлементных карт и карт суммарного загрязнения снегового покрова, карт дифференцирования территории по интенсивности поступления загрязняющих веществ в депонирующие среды), интерпретировал полученные результаты, подготовил публикации и доклады на конференциях. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и защищаемые положения, получены автором лично.

Публикации.

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе в двух статьях в рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературытекст работы изложен на 164 страницах, в работе помещено 48 рисунков и 31 таблица, 20 приложений.

Список литературы

содержит 77 наименований.