Эколого-геохимическая оценка компонентов природной среды некоторых водных объектов г. Мурманска
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 6
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
2.1 Физико-географическое описание района исследования 8
2.2 Характеристика исследуемых водных объектов 14
2.3 Основные источники загрязнения водных объектов г. Мурманска 16
3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 20
3.1 Полевые работы 20
3.2 Лабораторные работы 23
3.3 Обработка данных 25
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
4.1 Результаты исследования донных отложений Кольского залива 31
4.2 Результаты исследования донных отложений озер г. Мурманска 37
4.3 Результаты исследования почв вокруг озер г. Мурманска 40
5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 55
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 6
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
2.1 Физико-географическое описание района исследования 8
2.2 Характеристика исследуемых водных объектов 14
2.3 Основные источники загрязнения водных объектов г. Мурманска 16
3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 20
3.1 Полевые работы 20
3.2 Лабораторные работы 23
3.3 Обработка данных 25
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
4.1 Результаты исследования донных отложений Кольского залива 31
4.2 Результаты исследования донных отложений озер г. Мурманска 37
4.3 Результаты исследования почв вокруг озер г. Мурманска 40
5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 55
Поверхностные воды крайнего Севера обладают небольшим потенциалом самоочищения в силу низкого уровня массо- и энергообменов в экосистемах холодных широт. Одним из районов, где обозначилась проблема качественного истощения водных ресурсов, является Кольский Север и, в частности, город Мурманск. [36]
Мурманск - столица региона и крупнейший в мире город, расположенный за Северным полярным кругом, а также один из крупнейших портов России.
Самый значимый в Мурманске водный объект - Кольский залив, вдоль которого протянулся город. Именно благодаря незамерзающему заливу Мурманск смог стать одним из крупнейших портов России.
По показателям концентрации и масштабам транспортной и промышленной деятельности и, следовательно, по совокупности антропогенных воздействий на морскую среду Кольский залив не имеет себе равных в Арктическом регионе. [20]
Также на территории города насчитывается около 20 озер, испытывающих многофакторную антропогенную нагрузку различной интенсивности. Большинство водоемов активно используются в рекреационных целях. Информация об экологических особенностях и качестве вод этих озер недостаточна или является отрывочной. [37]
В городе одновременно сосредоточены разнотипные потенциальные источники загрязнения окружающей среды (промышленность, транспорт, свалки бытовых отходов, бытовые стоки), под воздействием которых в водоемах могут значительно трансформироваться химический состав воды и геохимические характеристики донных отложений. Исследование водоемов города представляет особую актуальность в связи с их высокой рекреационной значимостью. [41]
Из всего вышесказанного вытекает актуальность данной работы: водные объекты г. Мурманска испытывают серьезную антропогенную нагрузку и нуждается в комплексном мониторинге.
Новизна работы заключается в комплексном рассмотрении проблемы загрязнения озер города путем сопряженного анализа химического состава почв водосбора и донных отложений, а также в изучении состояния наиболее интенсивно эксплуатируемого участка Кольского залива.
Определение содержания загрязняющих веществ в донных отложениях при исследовании состояния водных объектов имеет преимущество, т.к. этот показатель является интегрирующим во времени и, в какой-то степени, в пространстве. При исследовании озер также были рассмотрены почвы вокруг водоемов, поскольку накопленные в поверхностном слое почвы поллютанты, поступающие в процессе аэрального загрязнения, могут затем мигрировать вниз по склону в растворенном виде и в составе твердых частиц и также являться источниками загрязнения озер.
Объектами исследования являются Кольский залив и 4 озера, находящиеся в черте города: Семеновское, Ледовое, Окуневое, Среднее.
Предмет исследования- экологическое состояния водных объектов г. Мурманска.
Целью данного исследования является проведение комплексной эколого-геохимической оценки состояния водных объектов г. Мурманска.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ теоретических сведений о состоянии водных объектов, собрать данные об основных источниках негативного воздействия;
2. Осуществить полевой сбор образцов донных отложений и почв;
3. Выполнить анализ отобранных проб почв и донных отложений на валовое содержание тяжелых металлов и металлоидов (СГ,Ni, Cu, Zn, Pb, Fe, As) при помощи рентгенофлуоресцентного метода;
4. Выполнить анализ донных отложений Кольского залива на содержание нефтепродуктов при помощи ИК-спектрометрической методики;
5. Оценить закономерности площадного распределения и концентрации тяжелых металлов и металлоидов, а также нефтепродуктов в почвах и донных осадках исследуемой территории;
6. Сделать выводы о состоянии анализируемых компонентов природной среды водных объектов г. Мурманска.
Структура работы. Данная работа состоит введения, 5 глав, заключения и списка литературы.
Теоретическая основа. Работа основана на теоретических трудах Кольского научого центра РАН (в частности, «Кольский залив: океанография, биология, экосистемы, поллютанты»), на экспериментальных исследованиях Даувальтера В. А., Слуковского З.И. Шахвердова В. А., Шахвердовой М. В., Жилина А.Ю., Плотицыной Н.Ф, Кудасова В.И, а также на обзорах Росгидромета о состоянии и загрязнении окружающей среды в Российской Федерации и докладах о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области.
Апробация работы. Материалы работы представлены на 19 международной молодежной научной конференции «Экологические проблемы природо- и недропользования "Экогеология-2019"»
Личный вклад автора. Автору принадлежит организация полевых работ, связанная с отбором проб донных отложений и почв, проведение лабораторных анализов, статистическая обработка и обобщение полученных результатов, построение карт.
Благодарности. Автор выражает особую благодарность сотрудникам Образовательного ресурсного центра Института химии СПбГУ и лаборатории Института наук о Земле за помощь в проведении рентгенофлуоресцентного и ИК-спектрометрическго анализов.
Мурманск - столица региона и крупнейший в мире город, расположенный за Северным полярным кругом, а также один из крупнейших портов России.
Самый значимый в Мурманске водный объект - Кольский залив, вдоль которого протянулся город. Именно благодаря незамерзающему заливу Мурманск смог стать одним из крупнейших портов России.
По показателям концентрации и масштабам транспортной и промышленной деятельности и, следовательно, по совокупности антропогенных воздействий на морскую среду Кольский залив не имеет себе равных в Арктическом регионе. [20]
Также на территории города насчитывается около 20 озер, испытывающих многофакторную антропогенную нагрузку различной интенсивности. Большинство водоемов активно используются в рекреационных целях. Информация об экологических особенностях и качестве вод этих озер недостаточна или является отрывочной. [37]
В городе одновременно сосредоточены разнотипные потенциальные источники загрязнения окружающей среды (промышленность, транспорт, свалки бытовых отходов, бытовые стоки), под воздействием которых в водоемах могут значительно трансформироваться химический состав воды и геохимические характеристики донных отложений. Исследование водоемов города представляет особую актуальность в связи с их высокой рекреационной значимостью. [41]
Из всего вышесказанного вытекает актуальность данной работы: водные объекты г. Мурманска испытывают серьезную антропогенную нагрузку и нуждается в комплексном мониторинге.
Новизна работы заключается в комплексном рассмотрении проблемы загрязнения озер города путем сопряженного анализа химического состава почв водосбора и донных отложений, а также в изучении состояния наиболее интенсивно эксплуатируемого участка Кольского залива.
Определение содержания загрязняющих веществ в донных отложениях при исследовании состояния водных объектов имеет преимущество, т.к. этот показатель является интегрирующим во времени и, в какой-то степени, в пространстве. При исследовании озер также были рассмотрены почвы вокруг водоемов, поскольку накопленные в поверхностном слое почвы поллютанты, поступающие в процессе аэрального загрязнения, могут затем мигрировать вниз по склону в растворенном виде и в составе твердых частиц и также являться источниками загрязнения озер.
Объектами исследования являются Кольский залив и 4 озера, находящиеся в черте города: Семеновское, Ледовое, Окуневое, Среднее.
Предмет исследования- экологическое состояния водных объектов г. Мурманска.
Целью данного исследования является проведение комплексной эколого-геохимической оценки состояния водных объектов г. Мурманска.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ теоретических сведений о состоянии водных объектов, собрать данные об основных источниках негативного воздействия;
2. Осуществить полевой сбор образцов донных отложений и почв;
3. Выполнить анализ отобранных проб почв и донных отложений на валовое содержание тяжелых металлов и металлоидов (СГ,Ni, Cu, Zn, Pb, Fe, As) при помощи рентгенофлуоресцентного метода;
4. Выполнить анализ донных отложений Кольского залива на содержание нефтепродуктов при помощи ИК-спектрометрической методики;
5. Оценить закономерности площадного распределения и концентрации тяжелых металлов и металлоидов, а также нефтепродуктов в почвах и донных осадках исследуемой территории;
6. Сделать выводы о состоянии анализируемых компонентов природной среды водных объектов г. Мурманска.
Структура работы. Данная работа состоит введения, 5 глав, заключения и списка литературы.
Теоретическая основа. Работа основана на теоретических трудах Кольского научого центра РАН (в частности, «Кольский залив: океанография, биология, экосистемы, поллютанты»), на экспериментальных исследованиях Даувальтера В. А., Слуковского З.И. Шахвердова В. А., Шахвердовой М. В., Жилина А.Ю., Плотицыной Н.Ф, Кудасова В.И, а также на обзорах Росгидромета о состоянии и загрязнении окружающей среды в Российской Федерации и докладах о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области.
Апробация работы. Материалы работы представлены на 19 международной молодежной научной конференции «Экологические проблемы природо- и недропользования "Экогеология-2019"»
Личный вклад автора. Автору принадлежит организация полевых работ, связанная с отбором проб донных отложений и почв, проведение лабораторных анализов, статистическая обработка и обобщение полученных результатов, построение карт.
Благодарности. Автор выражает особую благодарность сотрудникам Образовательного ресурсного центра Института химии СПбГУ и лаборатории Института наук о Земле за помощь в проведении рентгенофлуоресцентного и ИК-спектрометрическго анализов.
В ходе работы было дано физико-географическое описание района исследования, проведен анализ потенциальных источников загрязнения, описаны методики отбора проб почв и донных отложений, пробоподготовки и проведения анализов.
В результате проведения эколого-геохимического исследования были получены значения концентраций тяжелых металлов и нефтепродуктов в донных отложениях Кольского залива и почвах вокруг озер г. Мурманска. Полученные данные были проанализированы: были проведены статистическая обработка данных, корреляционный анализ, факторный анализ, рассчитаны коэффициенты концентрации отдельных элементов (Kk) и суммарный показатель загрязнения (Zc). Далее проводилось сравнение полученных значений концентраций ТМ и НП с их фоновыми значениями.
Кольский залив подвержен интенсивному воздействию хозяйственно-промышленного комплекса, созданного на его побережье. Для Кольского залива характерно комплексное загрязнение донных отложений химическими веществами, основными из которых являются нефтепродукты. Они не только сами по себе представляют угрозу экосистемам, но и являются мощным сорбентом, который способствует накоплению других поллютантов.
По содержанию тяжелых металлов донные отложения лишь 12% исследуемого участка Кольского залива могут характеризоваться как средне- и сильнозагрязнённые. К наиболее загрязненным районам относятся район апатитового перегрузочного терминала и районы Торгового и Рыбного портов.
Результаты исследования также показали высокий уровень загрязнения тяжелыми металлами донных отложений озер г. Мурманска и почв их водосборов. Основными источниками загрязнения в г. Мурманске являются предприятий теплоэнергетического комплекса ГОУТП «ТЭКОС» и ОАО «Мурманская ТЭЦ», мусоросжигательный завод и торговый порт, где происходит перевалка и дробление угля. Также большое значение имеет близость озер к оживленным автодорогам и их защищенность от аэротехногенного загрязнения лесными насаждениями.
Наименее загрязненным озером оказалось оз. Окуневое, где донные осадки характеризовались как среднезагрязненным, а степень загрязнения почв в большей части образцов изменялась от «допустимой» до «умеренно-опасной». Максимальные антропогенные нагрузки приходятся на оз. Ледовое, где уровень загрязнения донных отложений является сильным, а степень загрязнения почв - опасной.
Таким образом, все вышесказанное говорит о том, необходимо принять необходимые меры по улучшению экологической обстановки, в частности, продолжить проводить комплексный мониторинг негативного воздействия существующих источников загрязнения на водную среду Кольского залива и озер г. Мурманска, очистить Кольский залив от брошенных и затопленных судов, обеспечить экологическую безопасность Кольского залива при транспортировке нефти и нефтепродуктов и усовершенствовать технологию очистки сточных вод. В связи с большой рекреационной ценностью изученных озер, оптимальным решением стала бы откачка загрязненных донные отложения для ликвидации слоя со следами тяжелых металлов и мазута, а также постепенный переход ТЭЦ с мазута на более экологические виды топлива и снижение перевалки угля в черте города.
В результате проведения эколого-геохимического исследования были получены значения концентраций тяжелых металлов и нефтепродуктов в донных отложениях Кольского залива и почвах вокруг озер г. Мурманска. Полученные данные были проанализированы: были проведены статистическая обработка данных, корреляционный анализ, факторный анализ, рассчитаны коэффициенты концентрации отдельных элементов (Kk) и суммарный показатель загрязнения (Zc). Далее проводилось сравнение полученных значений концентраций ТМ и НП с их фоновыми значениями.
Кольский залив подвержен интенсивному воздействию хозяйственно-промышленного комплекса, созданного на его побережье. Для Кольского залива характерно комплексное загрязнение донных отложений химическими веществами, основными из которых являются нефтепродукты. Они не только сами по себе представляют угрозу экосистемам, но и являются мощным сорбентом, который способствует накоплению других поллютантов.
По содержанию тяжелых металлов донные отложения лишь 12% исследуемого участка Кольского залива могут характеризоваться как средне- и сильнозагрязнённые. К наиболее загрязненным районам относятся район апатитового перегрузочного терминала и районы Торгового и Рыбного портов.
Результаты исследования также показали высокий уровень загрязнения тяжелыми металлами донных отложений озер г. Мурманска и почв их водосборов. Основными источниками загрязнения в г. Мурманске являются предприятий теплоэнергетического комплекса ГОУТП «ТЭКОС» и ОАО «Мурманская ТЭЦ», мусоросжигательный завод и торговый порт, где происходит перевалка и дробление угля. Также большое значение имеет близость озер к оживленным автодорогам и их защищенность от аэротехногенного загрязнения лесными насаждениями.
Наименее загрязненным озером оказалось оз. Окуневое, где донные осадки характеризовались как среднезагрязненным, а степень загрязнения почв в большей части образцов изменялась от «допустимой» до «умеренно-опасной». Максимальные антропогенные нагрузки приходятся на оз. Ледовое, где уровень загрязнения донных отложений является сильным, а степень загрязнения почв - опасной.
Таким образом, все вышесказанное говорит о том, необходимо принять необходимые меры по улучшению экологической обстановки, в частности, продолжить проводить комплексный мониторинг негативного воздействия существующих источников загрязнения на водную среду Кольского залива и озер г. Мурманска, очистить Кольский залив от брошенных и затопленных судов, обеспечить экологическую безопасность Кольского залива при транспортировке нефти и нефтепродуктов и усовершенствовать технологию очистки сточных вод. В связи с большой рекреационной ценностью изученных озер, оптимальным решением стала бы откачка загрязненных донные отложения для ликвидации слоя со следами тяжелых металлов и мазута, а также постепенный переход ТЭЦ с мазута на более экологические виды топлива и снижение перевалки угля в черте города.