ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ ВАСИЛЕОСТРОВСКОГО РАЙОНА ПО ДАННЫМ
МОНИТОРИНГА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В
СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ И ПОЧВО-ГРУНТАХ
Введение 3
1. Природные условия района работ 5
1.1. Физико-географический очерк 5
1.2. Геологическое строение 7
1.3. Гидрогеологические условия 12
1.4. Экологическая обстановка 13
2. Методика и техника исследования 16
2.1. Геоэкологическая опасность тяжёлых металлов 16
2.2. Методика пробоотбора и пробоподготовки почво-грунтов для измерения
концентрации тяжёлых металлов 18
2.3. Методика определения содержания тяжёлых металлов в пробах почво-грунтов 19
2.4. Методика пробоотбора и пробоподготовки снежного покрова для измерения
концентраций тяжелых металлов 21
2.6. Методика определения содержания тяжёлых металлов в пробах снежного покрова 21
2.7. Методика расчёта суммарного показателя загрязнения почво-грунтов и снежного
покрова тяжёлыми металлами 22
3. Результаты работ 24
3.1. Оценка погрешности пробоотбора по методу «конверта» 24
3.2. Результаты исследования содержания тяжёлых металлов в пробах почво-грунтов .27
3.2.1. Содержание свинца 29
3.2.2. Содержание цинка 30
3.2.3. Содержание меди 31
2.2.4. Содержание никеля 32
2.2.5. Содержание хрома 33
2.2.6. Суммарный показатель загрязнения 34
3.3. Результаты исследования содержания тяжёлых металлов в пробах снежного
покрова 36
3.3.1. Содержание свинца 39
3.3.2. Содержание цинка 40
3.3.3. Содержание меди 41
3.3.4. Содержание никеля 42
2.3.5. Содержание хрома 43
2.3.6. Суммарный показатель загрязнения 44
3.4. Сравнение содержания тяжёлых металлов и суммарного показателя загрязнения Zc
в почво-грунтах и снежном покрове 45
Заключение 50
Список литературы 52
Приложения
В настоящее время оценка состояния окружающей среды является одним из приоритетных направлений эко-геологических исследований.
«Вклад» тяжёлых металлов в загрязнение окружающей среды является максимальным среди всех известных веществ. Металлы содержатся в большинстве видов промышленных, энергетических и автотранспортных выбросов в атмосферу и являются индикаторами техногенного воздействия этих выбросов на окружающую среду.
Негативное влияние тяжёлых металлов на живые организмы и здоровье человека проявляется не только в прямом воздействии высоких концентраций, но и в отдалённых последствиях, связанных с их кумулятивным эффектом. Таким образом, тяжёлые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
Актуальность проведения данных работ в Василеостровском районе обусловлена тем, что в пределах данной территории расположено более 40 промышленных предприятий, оказывающих значительное влияние на экологическую обстановку исследуемого района.
Цель работы - эколого-геологическая оценка окружающей среды Василеостровского района по данным мониторинга содержания тяжёлых металлов в почво-грунтах и снежном покрове.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. По сети 1 точка на 0,5 км2 (масштаб съемки 1:70 000) провести отбор проб почво-грунтов и снежного покрова на территории полигона «Васильевский остров».
2. На спектрометре АР-104 провести измерение концентрации свинца, цинка, меди, хрома и никеля в пробах почвы.
3. На ИСП-ОЭС спектрометре провести измерение концентрации свинца, цинка, меди, хрома, никеля в пробах снежного покрова.
4. Рассчитать суммарный показатель загрязнения почв.
5. Рассчитать суммарный показатель загрязнения снега
6. Сделать оценку неравномерности распределения металлов в почвах по площади «конверта».
7. Построить в среде ArcGIS карты распределения тяжёлых металлов и суммарного показателя загрязнения в почвах.
8. Построить в среде ArcGIS карты распределения тяжёлых металлов и суммарного показателя загрязнения в снеге.
9. Провести статистическую обработку материалов исследований.
В работе использованы данные собственных полевых наблюдений, проведённых в 2015-2017 году. Анализ был проведён на базе лаборатории кафедры экологической геологии СПбГУ, а также образовательного ресурсного центра СПбГУ по направлению «Химия».
По результатам проведённых работ можно сделать следующие выводы.
Автором был произведён отбор проб почвенного и снежного покрова на территории Васильевского острова. Всего было отобрано 115 проб почво-грунтов и 23 пробы снежного покрова по сети 1 точка на 0,5 км2.
На базе лаборатории кафедры экологической геологии СПбГУ была проведена пробоподготовка и анализ содержания тяжёлых металлов в пробах почвенного покрова. Анализ содержания тяжёлых металлов в пробах снежного покрова проводился на базе лаборатории Образовательного ресурсного центра по направлению «Химия».
Максимальный вклад в суммарный показатель загрязнения почво-грунтов вносит цинк, коэффициент концентрации которого в отдельных точках наблюдения достигает 32,5. Средний коэффициент концентрации исследуемых элементов в почво-грунтах снижается в ряду Zn>Cu>Pb>Cr>Ni.
Установлено что относительную погрешность пробоотбора почв городских территорий по методу «конверта» при его площади 20-25 м2 можно принять равной 30%.
Исходя из принципа «минимизации возможных вредных последствий» химического загрязнения почв, предложено вносить коррективы в нормативные границы категорий опасности в сторону уменьшения их значений. Нормативные границы категорий опасности: 16, 32, 128. Скорректированные границы: 12,3; 24,6; 98,5, соответственно.
При коррекции границ интервалов классификации по Zc произошло изменение категорий опасности загрязнения почво-грунтов в отдельных точках опробования. Изменился и характер территориального распределения химического загрязнения почво-грунтов. Более отчетливо проявилась аномалия высоких значений уровня загрязнения на площади, ограниченной Уральской улицей и рекой Смоленка.
Максимальный вклад в суммарный показатель загрязнения снежного покрова так же как и в случае почво-грунтов вносит цинк. Однако, ряд снижения концентрации выглядит иначе: Zn>Ni>Cu>Cr>Pb.
Была выявлена высокая положительная корреляция (больше 0,7) между коэффициентами концентрации цинка в снежном покрове и почво-грунтах, что может указывать на постоянство поступления этого поллютанта в компоненты природной среды. Аналогичная закономерность характерна для суммарного показателя загрязнения Zc.
Наиболее заметная разница отмечается в характере загрязнения почвенного и снежного покрова свинцом. Для почв концентрация свинца в значительной степени определяет суммарный показатель загрязнения. В снеге содержание свинца находится на уровне фонового. Это может свидетельствовать о том, что в настоящее время поступление свинца в атмосферу заметно ниже, чем несколько лет назад.
Результаты данной работы были представлены на конференциях (Агафонова Е.К., Лебедев С.В., 2016) и могут являться основой для подобных исследований как в Санкт- Петербурге, так и в других городах.
Автор выражает благодарность Дмитриеву Д.В., Кириченко Я.А., Мишенковой И.Н. за помощь в процессе пробоотбора и пробоподготовки, Сафарову А.Р. и Григорьяну В.Н. за руководство в процессе измерения содержания тяжёлых металлов в отобранных пробах, а также научному руководителю Лебедеву С.В. за ценные замечания и комментарии на протяжении всего периода работ.
1. Shimadzu ICPE-9000, руководство пользователя, 2014
2. Агафонова Е.К., Лебедев С.В. Пространственная неравномерность распределения
тяжёлых металлов в городских почвах на примере Василеостровского района Санкт- Петербурга // Геология, геоэкология, эволюционная география: Труды
Международного семинара. Том XV / Под ред. Е.М. Нестерова, В.А. Снытко, С.И. Махова. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2016. - с. 109-112.
3. Агафонова Е.К., Лебедев С.В. Пространственная неравномерность распределения тяжёлых металлов в городских почво-грунтах в пределах площади отбора проб по методу «конверта» // Школа экологической геологии и рационального недропользования: Мат. конф. - СПб., 2016. - с. 177-180.
4. Геологический атлас Санкт-Петербурга, СПб, Комильфо, 2009,- 57 с.
5. Геология СССР. Том I. Ленинградская, Псковская и Новгородская области. Геологическое описание. Северо-Западное территориальное ГУ, «Недра», М., 1971 г., с. 504.
6. Гидрогеология СССР. Том III. Ленинградская, Псковская и Новгородская области. Северо-Западное территориальное ГУ, «Недра», М., 1967 г., стр.328
7. ГОСТ 17.1.5.05-85. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.
8. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа
9. Даринский А.В., Фролов А.И. География Ленинградской области. - СПб.: Издательство «Глагол», 2003. - 128 с.
10. Зарина Л.М. Геоэкологические особенности распределения тяжелых металлов в снежном покрове Санкт-Петербургского региона : автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. геогр. наук : 25.00.36; [Место защиты: Рос. гос. пед. ун-т им. А. И. Герцена]. - Санкт-Петербург, 2009. - 18 с.
11. Лебедев С.В., Нестеров Е.М. Цифровая модель геоэкологической карты в ГИС ArcGis: Учебник. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2012. - 367с.
12. Лебедев С.В., Кулькова М.А., Нестеров Е.М., Зарина Л.М. Экологическая оценка окружающей среды Санкт-Петербурга по данным мониторинга содержания долгоживущих радионуклидов (3Н, 14С) и тяжелых металлов в снежном покрове // Вода и экология: проблемы и решения. 2015. № 1 (61). - С. 63-80.
13. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве / Ревич Б.А., Сает Ю.Е., Смирнова Р.С. (Утв. 15 мая 1990 г. № 5174-90) - М.: ИМГРЭ, 1990.
14. Нестеров Е.М., Зарина Л.М., Синай М.Ю. Учебно-методическое пособие по проведению исследований состояния окружающей среды. - СПб.: Издательство РГПУ им. А.И. Герцена, 2015.
15. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. - М.,2003 (с изм. от 2010 г.)
16. Учебный географический атлас Ленинградской области и Санкт-Петербурга.— Санкт-Петербург: ВСЕГЕИ, 1997.
17. Экологическая обстановка в районах Санкт-Петербурга. Аналит. обзор экол. ситуации по р-нам Санкт-Петербурга в динамике за пять лет /Комитет по природопользованию, охране окружающей среды, и обеспечению экол. безопасности; [Абелев Г.А. и др. Под ред. Д.А. Голубева, Н.Д. Сорокина]. - СПб., 2003. - 719 с.