Лаборатория геологии техногенных процессов
Ларионова Е.А., Ворончихина Е.А. Особенности атмотехногенного воздействия на горные экосистемы заповедного режима // Труды Международной конференции «Горные экосистемы и их компоненты». Т.2. Нальчик: изд-во КБНЦ РАН. С.9-12.
ОСОБЕННОСТИ АТМОТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГОРНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ ЗАПОВЕДНОГО РЕЖИМА
CHARACTERISTICS OF ATMOTECHNOGENIC IMPACT ON MOUNTAIN ECOSYSTEMS OF RESERVE
Е. А. Ларионова, Е. А. Ворончихина
Горно-таежные экосистемы, занимающие около 1/5 части Пермской области, являются уникальными по видовому разнообразию флоры и фауны, имеют важное ресурсообразующее значение. В целях сохранения эталонов западноуральской горной тайги здесь созданы два заповедника «Басеги» и «Вишерский». Расположение заповедников в верхних звеньях каскадных систем с одной стороны обеспечивает геохимическую автономность ландшафтов, что повышает их значение для исследования «фоновых» территорий. С другой стороны, меридианально вытянутые хребты являются естественными барьерами на пути западного переноса воздушных масс, что в условиях атмосферного загрязнения повышает опасность поступления загрязнителей в ландшафты заповедного режима с осадками. Такое расположение заповедников обусловливает необходимость исследований возможности поступления загрязнителей воздушным путем. С этой целью были проанализированы возможные техногенные источники и химический состав атмосферных осадков.
При анализе ветрового режима за исследуемый период (1994—2003 гг.) выявлено, что существенную долю составляют ветра западного и южного направления, а заповедник «Басеги» находится на расстоянии менее, чет 50 км к востоку и северу от промышленных предприятий. Так, заповедник «Басеги» расположен от г. Гремячинска на 38 км, г. Горнозаводска — 42 км, г. Губахи — 44 км, г. Кизела — 46 км, г. Александровска — 54 км, г. Чусового — 83 км, г. Качканара — около 60 км, г. Березники — 105 км. В этих городах сосредоточены производства цемента, сжигания угля, черная и цветная металлургия и машиностроение, т.е. те виды производства выбросы которых содержат тяжелые металлы (ТМ). Заповедник «Вишерский», напротив, расположен в наименее освоенной части Урала и удален от источников возможного воздействия Пермской и Свердловской областей, республики Коми более чем на 100 км.
Предоставленные ГУПР по Пермской области данные о валовом объеме и спектре выбросов промышленных предприятий на прилегающей к объектам исследования территории позволили сделать вывод, что заповедник «Басеги», в отличие от заповедника «Вишерский», испытывает мощный атмотехногенный пресс на протяжении последних десятилетий (рис. 1). При этом выбросы характеризуются высоким содержанием ТМ и их соединений. Основными поставщиками ТМ в окружающую среду являются города Чусовой, Березники, Горнозаводск и Качканар. По предварительной оценке от промышленных объектов рассматриваемой территории поступает в атмосферу около 18 тыс.т/год ТМ и веществ их содержащих.
Выбросы промышленных предприятий городов формируют различный спектр загрязнения воздушных масс. К северо-западу от заповедника в выбросах предприятий в значительном количестве присутствуют ванадий, марганец, хром и барий. Среди веществ, содержащих ТМ, преобладают зола углей, угольная зола электростанций. К юго-востоку от заповедника «Басеги» расположен г. Качканар, промышленность которого является мощным источником загрязнения хромом, никелем, ванадием, марганцем и неорганической пыли (Семячков, 2001). К югу от заповедника «Басеги» спектр выбросов тяжелых металлов и их соединений наиболее разнообразен и по объему более значителен.
Рис. 1. Суммарный объем загрязнителей в выбросах промышленных объектов на территории прилегающей к объектам исследования, тыс. тон
В выбросах присутствуют соединения ванадия, марганца и магния, цинка, свинца, меди, никеля. Из веществ, содержащих тяжелые металлы, в атмосферу поступают неорганическая пыль, взвешенные вещества, зола углей, пыль цементного производства.
Согласно отчетным материалам, спектр соединений ТМ в выбросах включает 8 элементов: барий, ванадий, медь, никель, марганец, свинец, хром и цинк. Однако, исследования, проводимые на территории ряда городов (Ворончихина, Запоров, 1994; Семячков, 2001), выявили более широкий спектр загрязнения ТМ.
Проблеме накопления ТМ в почве и растительности ландшафтов при аэротехногенном воздействии посвящены работы многих исследователей: В. А. Алексеенко (2002), В. С. Аржанова и П. В. Елпатьевский (1990), В. Н. Второва (2003), Н. Г. Зырин (1981), В. В. Добровольский (1990), Н. В. Лукина, В. В. Никонов (1996), А. И. Обухов (1989) и др. Данными авторами установлено, что даже в условиях умеренного атмотехногенного воздействия ТМ представляют опасность для лесных экосистем. Лесная растительность и почвы выступают как мощный биологический поглотитель поллютантов, способны их трансформировать и в разной степени аккумулировать в различных компонентах лесных биогеоценозов до токсического уровня содержания. Это позволяет заключить, что мониторинг атмосферного поступления загрязнителей является неотъемлемой частью исследований на территории заповедников.
Существование коррелятивных зависимостей между содержанием поллютантов в воздухе и снеге позволяет использовать этот компонент ландшафта при геохимической индикации загрязнения. Оценка загрязнения снежного покрова особенно актуальна для ландшафтов таежной зоны. Загрязнители накапливаются в снеге в течение 4—5 месяцев. Весной, в результате снеготаяния, накопленное количество веществ начинает участвовать в миграционных процессах в ландшафтах.
С целью определения степени атмотехногенного воздействия на ландшафты заповедников и выявления веществ-поллютантов из группы ТМ было проведено опробование снежного покрова на стационарных площадках биогеохимического мониторинга. Пробы снежного покрова отбирались в конце марта перед началом снеготаяния (31 проба). Отбор проб осуществлялся стандартными снегоотборниками. Образцы снега топили при комнатной температуре, затем выпаривали до твердого остатка. Аналитическое определение ТМ проводилось атомно-эмиссионным методом. Для изучения трансформации общего химического состава снега проводился общий химический анализ.
Исследование макрокомпонентного состава в заповеднике «Басеги» показало, что снеговые воды относятся к гидрокарбонатно — натриевому типу с близкой к нейтральной рН (5, 8). При преобладании в зимний период ветров южного направления максимальные содержания макрокомпонентов отмечены в южной части заповедника (восточный склон г. Южный Басеги — минерализация 18,08 мг/л) и значение рН достигает 6,6 за счет высокого содержания гидрокарбонатов. Уменьшение кислотности среды и увеличение карбонатов в талых снежных водах южной части заповедника вероятнее всего является результатом деятельности мощного цементного завода (АО «Горнозаводскцемент»), находящегося на расстоянии около 40 км от южной границы охраняемой территории. При увеличении доли ветров западного направления произошло общее увеличение содержания макрокомпонентов в снежном покрове: выделяются западный склон г. Северный Басег (минерализация 21,06 мг/л) и восточный склон г. Южный Басег (минерализация 19,51 мг/л), рН на всех площадках исследования не превышает 6.
Проведенные исследования содержания тяжелых металлов в снежном покрове выявили, что для заповедника «Басеги», в отличие от заповедника «Вишерский», характерны максимальные концентрации тяжелых металлов в снеге (рис. 2), средние концентрации практически всех рассматриваемых элементов превышают нормы, рассчитанные Ю. А. Саетом и др. (1990).
Рис. 2. Среднее содержание тяжелых металлов в плотном остатке снега в заповедниках «Басеги» и «Вишерский» за 1994-2001 гг.
Ряд тяжелых металлов в талых водах заповедника «Вишерский» по средним значениям за наблюдаемый срок имеет следующий вид (мг/кг):
 
для восточного склона г. Северный Басег:
для восточного склона г. Южный Басег:
для западного склона г. Южный Басег:
Таблица 1 Коэффициент концентрации (Кс) содержания тяжелых металлов в снежном покрове заповедника «Басеги»
В результате выделено два ареала повышенного содержания ТМ в снежном покрове: западный склон г. Северный Басег с высокими значениями Кс для никеля — 9,2, кобальта, хрома и цинка (7,9—4,6), меди — 3,8 и восточный склон г. Южный Басег, где коэффициенты концентрации кобальта, хрома, никеля лежат в пределах 1,4—4,0, максимальных значений Кс достигает для ванадия (4,1), свинца (3,7), на западном склоне — кадмия (2,3). Рассчитанный суммарный показатель загрязнения снега (Zc) (Критерии …, 1992) в заповеднике «Басеги» в зависимости от площадок изменяется в пределах 15—33 и оценивает уровень загрязнения снежного покрова как низкий.
Для данных природных комплексов характерны различные ассоциации элементов-загрязнителей. Для первой площадки — цинк, марганец, барий, хром, медь, никель, кобальт; для второй площадки это свинец, ванадий, кадмий, хром и медь. Данные элементы являются основными загрязнителями, присутствующими в выбросах промышленных предприятий. Различный спектр загрязнителей связан с характером выбросов техногенных источников. В выбросах промышленных предприятий к северу и западу от заповедника в значительном количестве присутствуют ванадий, марганец, хром и барий. Высокое содержание ТМ в снежном покрове в южной части заповедника обеспечивается выбросами предприятий г. Качканара, г. Чусового и г. Горнозаводска.
Степень и характер атмотехногенного влияния на заповедник «Басеги» в основном определяется ветровым режимом, что приводит к изменению соотношения поступления тяжелых металлов и их спектра. Так, при преобладании ветров западного направления наблюдается максимальная тяжелометалльная нагрузка на все площадки заповедника и талые воды характеризуются максимальной минерализацией. Высокая доля ветров с южной составляющей в зимний период определяет высокое содержание свинца, ванадия, меди, хрома и увеличение рН талых вод на юге заповедника за весь период наблюдений.
Широкий диапазон данных по содержанию тяжелых металлов в снежном покрове за период наблюдения подтверждает, что в формировании химического состава осадков значительную роль играют техногенные факторы. В заповеднике «Вишерский» химический состав снежного покрова в большей степени определяют естественные факторы, не подвергающиеся столь значительным изменениям в геохимическом отношении.
Таким образом, несмотря на свою относительную удаленность и заповедный режим, экосистемы заповедника «Басеги» в сравнении с заповедником «Вишерский» испытывают мощное атмотехногенное воздействие, которое обусловлено особенностями регионального воздушного переноса загрязнителей и барьерной ролью самих хребтов. Полученная качественная оценка загрязнения снежного покрова с использованием суммарного показателя Zc, по нашему мнению, не отражает реальную опасность атмосферного загрязнения природных комплексов заповедника, поскольку удаленность от источников техногенного воздействия редко формирует широкий спектр загрязнения. Высокие концентрации небольшой группы элементов (никель, кобальт, хром, цинк, медь, ванадий, свинец и кадмий) в заповедных экосистемах могут вызвать деструктивные процессы, т.к. представляют наибольшую опасность в условиях горной тайги.
Список литературы:
1. Алексеенко В. А., Суворинов А. В., Бофанова А. Б. Металлы в окружающей среде. Почвы геохимических ландшафтов Ростовской области. — М.: Логос, 2002.
2. Аржанова В. С., Елпатьевский Л. В. Геохимия ландшафтов и техногенез. -Спб.: Наука, 1990.- 197 с.
3. Ворончихина Е. А. Запоров А. Ю. Микроэлементы в составе растительного покрова Горнозаводской части Пермской области// Экологическая безопасность городов Урала. — Пермь, 1994. — С. 20-22.
4. Второва В. Н. Техногенез и биогеохимический круговорот веществ в лесных экосистемах крайнего севера// Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. — М.: Наука, 2003.- С. 206-227 — (Тр. Биогеохим. лаб.; Т.24)
5. Геохимия окружающей среды/ Ю. Е. Сает, Б. А. Ревич, Е. П. Янин и др. — М: Недра, 1990. — 335 с.
6. Добровольский В. В., Мильчаков Ю. Л. Динамика массообмена металлов в ландшафтно-геохимических условиях Среднего Урала// Природные и антропогенные биохимические циклы. (Тр. Биогеохим. лаб.; Т.21). — М.: Наука, 1990.- С. 89-100.
7. Зырин Н. Г. Химия почв и контроль загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и халькофилами// Тез.докл. VI делегат. Съезда Всесоюз. общ-ва почвоведов. Кн. 2. — Тбилиси, 1981.- С. 95-96
8. Лукина Н. В., Никонов В. В. Биогеохимические циклы в лесах Севера в условиях аэротехногенного загрязнения. В 2-х ч., — Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 1996. — 213 с.
9. Обухов А. И. Теория и практика рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами// Тез. докл. VII Всесоюз. съезда почвоведов. Кн 1. — Новосибирск.: Наука, 1989. — С. 209
10. Семячков А.И. Металлы в окружающей среде горно-металлургических комплексов Урала. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2001.- 320 с
|
|
|
