Актуальность работы. Уникальность Карело-Кольского региона определяется его положением на северо-западе России в пределах Балтийского щита, на границе с Финляндией. Этот регион располагает богатейшими минерально-сырьевыми ресурсами и развитой горнодобывающей и перерабатывающей промышленностью.
Структура хозяйства данной территории не типична для других северных районов нашей страны. Ее отличает довольно развитая инфраструктура и обусловленный этим сильный техногенный прессинг на природную среду. Вместе с тем уязвимость северных ландшафтов требует к себе особенно бережного отношения. Пристальное внимание к этому региону экологов не только России, но и сопредельных Скандинавских стран, определяет актуальность его изучения.
Для такого важного и оригинального региона высока роль геохимических методов для оценки уровня техногенного загрязнения, связанного с деятельностью горнопромышленных комплексов, и оценки влияния рудных месторождений на окружающую среду. Эти месторождения с экологической позиции также являются природными источниками загрязнения.
Кроме того, до настоящего времени недостаточно разработаны методики геохимического картирования, интерпретации и оценки аномальных геохимических полей (АГХП) применительно к условиям Карело-Кольского региона. В частности не решены вопросы определения возможностей региональных геохимических работ мелкого и обзорного масштаба для выявления и интерпретации АГХП, образованных как природными, так и техногенными процессами. При высокой техногенной нагрузке важно установить роль геохимических ландшафтов в формировании АГХП, под которыми автор понимает часть геохимического ландшафта со свойственными ему аномальными значениями геохимических показателей.
Цель и задачи работы. Целью выполненных исследований явилось установление источников, закономерностей и особенностей формирования аномальных геохимических полей в почвах Карело-Кольского региона, выявленных по результатам разномасштабных региональных геохимических работ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Изучение природных и техногенных источников образования аномальных геохимических полей.
2. Изучение геохимических особенностей ландшафтов, как регуляторов формирования аномальных геохимических полей.
3. Сопоставление характеристик аномальных геохимических полей, выделенных по результатам региональных геохимических работ мелкого (1:1 000 000) и обзорного (1:2 500 000) масштабов.
4. Эколого-геохимическая оценка аномальных геохимических полей Карело-Кольского региона.
Научная новизна работы. Впервые для Карело-Кольского региона на уровне обзорного (1:2 500 000) и мелкого (1:1 000 000) масштабов работ исследованы основные геохимические процессы, которые определяют особенности формирования аномальных геохимических полей в ландшафтах. Для Карело-Кольского региона доказана высокая эффективность региональных геохимических работ обзорного (1:2 500 000) и мелкого (1:1 000 000) масштабов для выявления и оценки разноранговых АГХП, что позволило выделить зоны и районы неблагополучного эколого-геохимического состояния.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволили установить, что а) в условиях Карело-Кольского региона при геохимическом картировании обзорного (1:2 500 000) и мелкого (1:1 000 000) масштабов возможно применение приближенно-количественного атомно-эмиссионного спектрального анализа в сочетании с детализацией характеристик площадей АГХП по результатам прецизионных анализов, что позволит резко удешевить работы и повысить их эффективностьб) загрязнение окружающей среды на севере региона привело к острой экологической ситуации на территории Лапландского и Кандалакшского заповедников, особенно Лапландского, который можно рассматривать как аналог заповедников, расположенных в зонах экологических катастроф.
Фактический материал. В основу диссертационной работы положены результаты многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:1000 000 (МГХК-1000) на территории листа 0−35, 36 (1999 — 2001гг.), проводимого с участием автора, и результаты геохимического опробования, выполненного в рамках международного проекта «Экогеохимия Баренцрегиона» (ЭБР) в 2000 — 2001 гг. За указанный период в результате МГХК-1000 отобрано и проанализировано 860 проб коренных пород, 2488 проб почв, 1217 донных отложений.
Помимо этого автором собраны, проанализированы и обобщены ретроспективные данные по ландшафтам, металлогении, полезным ископаемым, характеристике техногенных источников рассматриваемого региона, полученные различными исполнителями. Это отражено в списке использованной литературы, насчитывающей 120 работ.
Работа выполнена в Информационно-компьютерном центре ИМГРЭ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 159 страницах машинописного текста, содержит 50 таблиц, 61 рисунок и список литературы.
Основные защищаемые положения.
1. На территории Карело-Кольского региона выделены 5 ландшафтных комплексов, определяющие особенности формирования геохимических полей: а) горные лесные и тундровые ландшафты с горными подзолистыми и тундровыми почвами на элювиально-делювиальных образованияхб) северотаежные ландшафты денудационных равнин с подзолистыми почвами на элювиально-делювиальных и моренных отложенияхв) северотаежные ландшафты аккумулятивно-денудационных равнин с болотно-подзолистыми почвами на моренных и флювиогляциальных отложенияхг) лесотундровые и северотаежные ландшафты аккумулятивно-денудационных равнин с болотными и болотно-подзолистыми почвами на моренных и болотных отложенияхд) северотаежные ландшафты аккумулятивных равнин с глееподзолистыми и маршевыми почвами на морских отложениях с моренными.
Установлено, что регуляторами формирования АГХП в почвах, кроме геохимических особенностей почвообразующих пород, являются процессы кислого выщелачивания, сорбции и оглеения.
2. Установлено, что в почвах геохимических ландшафтов при геохимическом картировании обзорного масштаба (1:2 500 000) выявляются природные и природно-техногенные полиэлементные АГХП, соответствующие металлогеническим зонам и крупным зонам техногенного загрязнения, а при картировании мелкого масштаба (1:1 000 000) — АГХП, соответствующие по рангу рудным районам и районам техногенного загрязнения. Доказана корректность применения при таких работах приближенно-количественного атомно-эмиссионного спектрального анализа при уточнении характеристик выявленных АГХП прецизионными методами.
3. Проведенная эколого-геохимическая оценка территории позволила установить, что на 40% её площади экологическое состояние неблагополучное, а на 15% (на севере и северо-востоке) — чрезвычайно неблагополучное. Это обусловлено природно-техногенными АГХП, содержащими комплекс токсичных химических элементов высокой интенсивности и развивающихся в почвах сближенных районов локализации давно эксплуатируемых крупных рудных месторождений и длительного функционирования горно-металлургических предприятий.
Публикация и апробация работы. Результаты исследований докладывались на I научной конференции молодых ученый и специалистов ВИМС, ИМГРЭ и ЦНИГРИ, Москва,.
2002 г. и III Международной конференции «Металлы в окружающей среде», Вильнюс, 2006 г. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе в журнале рекомендуемом ВАК.
Благодарности. Особую благодарность автор выражает сотрудникам ГСП «Минерал» (Н.Б. Филиппову, В. А. Чекушину, И. В. Богатыреву, О.В. Томилиной), любезно предоставившим аналитические данные по проекту ЭБР. Глубокую признательность автор выражает кандидату г.-м. наук Г. М. Беляеву за консультации по геохимической специализации региона, Ю. А. Арестову за советы и поддержку при полевых работах. Автор приносит глубокую благодарность доктору г.-м. наук Г. С. Гусеву за консультации по рудной и металлогенической специализации региона. Искреннюю признательность автор выражает доктору г.-м. наук Н. В. Межеловскому за ценные советы по организации работы над диссертацией и редакторскую помощь. Искреннюю благодарность автор выражает кандидату г.-м. наук И. А. Морозовой за ценные консультации и практические предложения. Автор выражает благодарность кандидату г.-м. наук JI.A. Криночкину за ценные советы по технологии МГХК. Автор приносит глубокую благодарность кандидату г.-м. наук В. А. Килипко за помощь в организации цифровой обработки материалаН.Г. Гуляевой за внимание, советы и поддержку при выполнении работы. Автор также признательна всем сотрудникам Информационно-компьютерного центра, оказавшим помощь в оформлении работы. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору г.-м. наук А. А. Головину за постоянную помощь и ценные советы.
Основные результаты были получены на ICP: Thermo Jarrel Ash IRIS/Duo ICP-AES был использован для определения Al, Ва, Са, Со, Fe, К, Mg, Mn, Na, Ni, Р, S, Sr, ZnPerkin Elmer Sciex Elan 5000 ICP-MS для определения Ag, As, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Rb, Se, Sb, Sn, Sr, Th, Tl, U, V, ZnPerkin Elmer FIMS-400 использовался для определения Hg. Качество выполняемых аналитических работ регулярно контролировалось и соответствует международным стандартам (табл. 2.5) [106].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Карело-Кольский регион является одним из наиболее развитых северных регионов России. Его экономическое развитие связано в первую очередь, с мощной минерально-сырьевой базой, на основе которой происходило развитие промышленности. Такое пространственное совпадение двух источников загрязнения в условиях северной легкоранимой природы обусловило интерес к механизму формирования АГХП, их проявленности в региональном масштабе и оценке воздействия известных источников на формирование АГХП.
Специфика геохимических ландшафтов Карело-Кольского региона является основным природным фактором, регулирующим формирование аномальных геохимических полей в почвах. Экранирующая роль ледниковых отложений, их варьирующая мощность и литология коренных пород обусловливают степень отражения геохимических особенностей пород кристаллического фундамента Балтийского щита. Эти особенности во взаимодействии с определяющими геохимию почв процессами сорбции, кислого выщелачивания и оглеения являются основными в изучении вопросов формирования аномальных геохимических полей. Мозаичность и резкая изменчивость почвенного покрова, влекущая за собой изменение характера основных процессов, осложняет изучение данной территории в региональных масштабах, но в то же время делает его наиболее интересным для опробования новых методик изучения геохимических ландшафтов и их характеристик как основных факторов формирования АГХП при крупномасштабных исследованиях.
Сравнение АГХП, выявленных при обзорном (1:2 500 000) и мелком (1:1 000 000) масштабах позволяет сделать следующие практические выводы по технологии геохимического картирования: возможности ПКАЭСА как основного метода анализа при региональном картировании не исчерпали себя и вполне пригодны для дальнейшего применения в геохимии при условии заверки комплексных аномальных геохимических полей прецизионными методами. Это доказывается сопоставимостью выявленных АГХП при обзорном (1:2 500 000) и мелкомасштабном (1:1 000 000) картировании.
Ландшафтно-геохимическая, металлогеническая и промышленная специфика региона определили основные возможные пути формирования аномальных геохимических полей: природный (геохимическая и рудогенная специализация коренных пород, геохимические процессы миграции химических элементов в ландшафтах), техногенный (влияние горнодобывающей и горно-перерабатывающей промышленности). Сближенная площадная локализация природных и техногенных источников химических элементов при длительном их сосуществовании в условиях специфических геохимических ландшафтов привела к формированию территорий с чрезвычайной экологической обстановкой. В результате этого большие территории, с высокой для данного региона плотностью населения, на севере и северо-востоке оказались в зоне экологического бедствия, охватив при этом особо охраняемые территории заповедников. Такие территории требуют к себе более пристального внимания и геохимического изучения. Наибольший интерес представляет изучение геохимических процессов в нарушенных техногенных условиях, как происходит их изменение при вмешательстве человека.
Результаты выполненных исследований показывают настоятельную необходимость продолжения геохимических работ на территории Карело-Кольского региона в более крупном масштабе с целью выявления закономерностей формирования АГХП в разных типах ландшафтов, сопоставления данных, полученных при геохимическом картировании различных масштабов, а также углубленного изучения лесотундровых и северотаежных ландшафтов региона. Эти исследования необходимы для разработки мер по реабилитации загрязненных территории и разработки рекомендаций по рациональному природопользованию одного из важнейших регионов России. Также интересно сравнить сходимость результатов мелкого и обзорного масштабов с более крупными масштабами, например 1:200 ООО, особенно для северной части территории, где более детально возможно отразить мозаичность геохимических ландшафтов и поэтому более тонко уловить регулирующие геохимические процессы.