Тема: Эколого-геохимическая оценка состояния компонентов природной среды особо охраняемых природных территорий на примере национального парка «Смоленское Поозерье»

Оценка состояния природной среды может включать исследования различных компонентов: воздух, воду, почву, фауну, планктон и так далее. Вода и атмосферный воздух являются миграционными средами, за которыми необходим регулярный контроль, почвы и биота – более стабильный индикатор, отражающий эмиссию загрязняющих элементов и их площадное распределение во времени. Для оценки состояния водных систем интегральным параметром служат донные отложения, это связано с тем, что донные отложения являются депонирующей средой, аккумулирующей природные и техногенные процессы, с другой стороны, они представляют собой постоянный источник вторичного загрязнения водоёмов при минимальных изменениях физико-химических условий (Экологический мониторинг, 2003). На основании элементного состава донных отложений можно оценить многолетнюю картину загрязнения, а также прогнозировать изменения качества вод. В связи с тем, что в России на данный момент не разработаны нормативно-правовые документы, содержащие данные о предельно-допустимых концентрациях (ПДК) в донных отложениях наиболее актуальным является вопрос, связанный с определением региональных фоновых концентраций химических элементов в донных отложениях, эти данные используются в любых экологических и инженерных изысканиях.
Одним из геохимических маркеров процессов, происходящих в природной среде, является концентрация тяжёлых металлов. Тяжёлые металлы-это элементы с атомной массой от 50 до 238, от ванадия до урана (Водяницкий Ю.Н., 2008). Для этих элементов характерно длительное сохранение и накопление в донных отложениях и водных биоценозах.
На территории Смоленской области наиболее подходящим фоновым объектом является национальный парк «Смоленское Поозерье», входящий в сеть биосферных резерватов ЮНЕСКО, на территории парка отсутствуют объекты промышленности, ограничена сельскохозяйственная, транспортная и строительная структуры.
Целью данной работы является оценка степени загрязнения тяжёлыми металлами донных отложений и вод акваторий заповедной и рекреационной зон центральной части национального парка «Смоленское Поозерье». В рамках поставленной цели поставлены следующие задачи:
1. Определение содержания тяжёлых металлов в донных отложениях
2. Проведение фазового анализа донных отложений
3. Определение форм нахождения тяжелых металлов в донных отложениях и воде
4. Построение карт распределения загрязняющих элементов в донных отложениях
5. Разработка рекомендаций по проведению ежегодного мониторинга
Работа выполнялась в лабораториях и ресурсных центрах СПбГУ на основании полевых данных, полученных во время выездов в национальный парк «Смоленское Поозерье» в период с 2014 по 2017 г.г. На базе РЦ «Геомодель» было определено валовое содержание тяжёлых металлов в донных осадках на спектрофотометре Спектроскан Макс-G. В связи с тем, что пробоподготовка и анализ не требуют больших затрат ресурсов и времени, с помощью этого метода были изучены все 155 отобранных проб. Анализ минерального состава донных осадков проводился на базе РЦ «Рентгенодифракционные методы исследования» методом порошковой дифрактометрии на Rigaku MiniFlex, в данном случае нам не требовалось узнать фазовый состав каждой отобранной пробы, здесь задача состояла в том, чтобы иметь представление о том, какими минералами в среднем сложены донные осадки озёр, для этого был выбран ряд проб, в котором представлены образцы, взятые с разных глубин нескольких озёр. Для определения количества органического вещества и подвижных форм металлов в донных отложениях также было взято несколько проб, отобранных с разной глубины, но в этом случае основной сложностью является то, что процесс пробоподготовки занимает достаточно длительный срок: одна проба выщелачивается на протяжении пяти стадий, а полученные из этого вытяжки требуют дальнейшей подготовки к измерениям. Пробоподготовка и измерение подвижных форм тяжёлых металлов производилось в химической лаборатории кафедры геохимии и на базе РОЦ по направлению химия.
На основании данных элементного состава, значений Eh, pH, концентрации растворённого кислорода вод озёр национального парка «Смоленское Поозерье», полученных от смоленского отделения Росгидромета, были рассчитаны модельные данные по миграционным формам тяжёлых металлов в воде в программе Geochemist’s Workbench.

Купить

В работе приведена часть результатов, основанная на данных 4 полевых выездов в национальный парк «Смоленское Поозерье» сотрудниками и студентами Института наук о Земле СПбГУ в период с 2014 по 2017 г.г. Отбирались пробы донных отложений, воды, почв, растительности и живых организмов в пределах центральной части парка близ посёлка Пржевальское. В данной выпускной квалификационной работе акцент поставлен на изучении содержания тяжёлых металлов в донных отложениях озёр заповедной и рекреационной зон: Сапшо, Баклановское, Рытое, Чистик и Лошамье. В качестве объекта донные отложения выбраны не случайно, это связано с тем, что именно осадки озёр с одной стороны являются накопителями загрязнения, поглощая в себя отходы, попадающие в реки и озёра с поверхности земли, а с другой стороны являются их источником: при изменении оксислительно-восстановителных свойств среды некогда неподвижные элементы, находящиеся в так называемой нерастворимой форме и не несущие опасности, могут переходить в форму токсичных и высокоподвижных соединений.
Для того, чтобы дать первоначальное представление о конфигурации химических элементов в донных отложениях как о минералогической системе, был проведён рентгенофазовый анализ, который показал, из каких минералов или групп минералов сложены осадки. Наибольший интерес вызывают минералы групп слоистых силикатов, в состав которых могут изоморфно войти тяжёлые металлы. В связи с тем, что определение слоистых силикатов производилось только до группы: минералы группы слюд, минералы группы каолинита и т.д, открытым остаётся вопрос об уточнении состава. Чтобы решить эту проблему, необходимо прибегнуть к микрозондовому анализу; для таких минералов, как калиевые полевые шпаты и плагиоклазы, необходимо выделение монокристаллов интересующих минералов. Эта задача должна встать перед последующими исследователями.
Изучение содержания тяжёлых металл в составе донных отложений как одна из основ ежегодного мониторинга должен проводится в два этапа: это как исследование валовых, так и подвижных форм. Нами подобные измерения проводились тремя различными способами, подробно о каждом из них сказано в главе «Рекомендации». Основной вывод, который нужно сделать из этой части, достаточно прост: чем более токсичным и низкокларковым является элемент, тем более точное оборудование он требует.
На основании работ смоленского отделения Росгидромета, которое проводит регулярные анализы состава воды в озёрах национально парка «Смоленское Поозерье» (отбор проб 4 раза в год), сделано два основных вывода:
 необходимо расширять сеть опробования.
 помимо исследования озёр Баклановское и Сапшо рекреационной зоны, стоит включить озёра других функциональных зон
В связи с выявленной проблемой повышенных концентраций цинка в донных отложениях рекреационной зоны, необходимо обратить внимание и тщательно изучить не только почвы, донные отложения и воду, но и растения и воздух, а также определить, с чем связано такое распределение элемента в пределах посёлка.

Купить