Помощь студентам в учебе
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА В РАЙОНАХ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ НЕРАСТВОРИМОЙ И РАСТВОРИМОЙ ФАЗ СНЕГА (НА ПРИМЕРЕ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ)
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 НЕРАСТВОРИМАЯ И РАСТВОРИМАЯ ФАЗЫ СНЕГА КАК ИНДИКАТОРЫ 14
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
2 КРАТКАЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ 19
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Природно-климатическая характеристика Томской области и г. Томска 19
2.2 Геоэкологическая характеристика Томской области и г. Томска 23
3 МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 37
3.1 Общая методика работ. Опробование снежного покрова 37
3.2 Аналитическое обеспечение исследований 44
3.3 Методика обработки данных 49
4 ПЫЛЕВАЯ И РТУТНАЯ НАГРУЗКА НА ТЕРРИТОРИИ НАСЕЛЕННЫХ 54
ПУНКТОВ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
4.1 Пылевая нагрузка и особенности элементного состава нерастворимой 54
фазы снега в окрестностях локальных котельных в населенных пунктах Томской области
4.2 Пылевая нагрузка на снежный покров населенных пунктов Томской 57
области
4.3 Ртутная нагрузка на территории населенных пунктов Томской области 64
5 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ В 73
ОКРЕСТНОСТЯХ ТОМСКОЙ ГРЭС-2 ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ НЕРАСТВОРИМОЙ И РАСТВОРИМОЙ ФАЗ СНЕГА
5.1 Пылевая нагрузка на снежный покров в окрестностях Томской ГРЭС-2 73
5.2 Геохимическая характеристика нерастворимой фазы снега в 78
окрестностях Томской ГРЭС-2
5.3 Ионный состав растворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2 95
5.4 Химические элементы в системе «твердый осадок снега - снеготалая 100
вода» в окрестностях Томской ГРЭС-2
6 МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ НЕРАСТВОРИМОЙ ФАЗЫ СНЕГА В 109
ОКРЕСТНОСТЯХ ТОМСКОЙ ГРЭС-2
6.1 Микроминеральный состав взвешенных атмосферных частиц и 109
нерастворимой фазы снега на территории г. Томска
6.2 Минерально-вещественный состав нерастворимой фазы снега в 111
окрестностях Томской ГРЭС-2 и других промышленных предприятий г.
Томска
6.3 Микроминеральные формы нахождения металлов и металлоидов в 115
нерастворимой фазе снега в окрестностях Томской ГРЭС-2
6.4 Сферические техногенные образования в составе нерастворимой фазы 126
снега из окрестностей Томской ГРЭС-2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 132
ЛИТЕРАТУРА 133
1 НЕРАСТВОРИМАЯ И РАСТВОРИМАЯ ФАЗЫ СНЕГА КАК ИНДИКАТОРЫ 14
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
2 КРАТКАЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ 19
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Природно-климатическая характеристика Томской области и г. Томска 19
2.2 Геоэкологическая характеристика Томской области и г. Томска 23
3 МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 37
3.1 Общая методика работ. Опробование снежного покрова 37
3.2 Аналитическое обеспечение исследований 44
3.3 Методика обработки данных 49
4 ПЫЛЕВАЯ И РТУТНАЯ НАГРУЗКА НА ТЕРРИТОРИИ НАСЕЛЕННЫХ 54
ПУНКТОВ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
4.1 Пылевая нагрузка и особенности элементного состава нерастворимой 54
фазы снега в окрестностях локальных котельных в населенных пунктах Томской области
4.2 Пылевая нагрузка на снежный покров населенных пунктов Томской 57
области
4.3 Ртутная нагрузка на территории населенных пунктов Томской области 64
5 ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ В 73
ОКРЕСТНОСТЯХ ТОМСКОЙ ГРЭС-2 ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ НЕРАСТВОРИМОЙ И РАСТВОРИМОЙ ФАЗ СНЕГА
5.1 Пылевая нагрузка на снежный покров в окрестностях Томской ГРЭС-2 73
5.2 Геохимическая характеристика нерастворимой фазы снега в 78
окрестностях Томской ГРЭС-2
5.3 Ионный состав растворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2 95
5.4 Химические элементы в системе «твердый осадок снега - снеготалая 100
вода» в окрестностях Томской ГРЭС-2
6 МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ НЕРАСТВОРИМОЙ ФАЗЫ СНЕГА В 109
ОКРЕСТНОСТЯХ ТОМСКОЙ ГРЭС-2
6.1 Микроминеральный состав взвешенных атмосферных частиц и 109
нерастворимой фазы снега на территории г. Томска
6.2 Минерально-вещественный состав нерастворимой фазы снега в 111
окрестностях Томской ГРЭС-2 и других промышленных предприятий г.
Томска
6.3 Микроминеральные формы нахождения металлов и металлоидов в 115
нерастворимой фазе снега в окрестностях Томской ГРЭС-2
6.4 Сферические техногенные образования в составе нерастворимой фазы 126
снега из окрестностей Томской ГРЭС-2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 132
ЛИТЕРАТУРА 133
Энергетическая отрасль производства является базовым сегментом в экономике любого региона и страны, обеспечивающим возможность его существования и развития, поскольку все остальные виды производства напрямую зависят от ее продукции - энергии. Энергетическая отрасль подразделяется на ряд основополагающих подотраслей - нефтяную, газовую, угольную, теплогенерирующий сектор и другие.
Согласно прогнозу Института энергетических исследований РАН (Прогноз..., 2014) рост потребления первичной энергии к 2040 г. возрастет на 46% по отношению к уровню 2010 года. При этом спрос вырастет на все энергоносители: нефть - на 19%, уголь - на 36%, газ - на 64%, атомную энергию - на 72%, возобновляемые источники энергии - на 92%. Более половины всего спроса на энергоресурсы (для России - 42%) к 2040 г. будет приходиться на сектор электрогенерации (Прогноз..., 2013). Так, тепловые электростанции к 2040 году будут обеспечивать более 70% (для России - 62-63%) генерации электроэнергии (Прогноз..., 2014). На перспективу до 2040 г. сохранится доминирующая роль угольной генерации - уголь бодет обеспечивать наибольший прирост производства электроэнергии по сравнению со всеми остальными видами топлива и к 2040 году будет давать 38% выработки, однако экологические ограничения приведут к заметному замедлению темпов его роста и снижению доли в топливной корзине (Прогноз..., 2014).
Согласно прогнозам, возрастающая эффективность использования энергетических ресурсов при увеличении объемов их использования, не обеспечит стабилизации объемов выбросов загрязняющих веществ. Единственным «экологическим маркером» выбросов загрязняющих веществ в прогнозах добыче и использованию энергоресурсов является углекислый газ (Прогноз..., 2014; Прогноз..., 2013). Однако вместе с тем объекты добычи нефти, газа и других ископаемых видов энергоресурсов, также как и объекты генерации на их основе электричества и тепла являются одними из основных источников эмиссии широко спектра загрязняющих веществ, включая парниковые газы, тяжелые, редкие, редкоземельные металлы, радиоактивные химические элементы, токсичные органические соединения и другие. Выбрасываемые загрязняющие вещества влияют на качество атмосферного воздуха в окрестностях данных объектов, формируя неблагоприятную санитарно-эпидемиологическую обстановку и приводя к росту числа заболеваний ввиду повышенных концентраций вредных веществ относительно установленных гигиенических нормативов.
Структура заболеваемости населения зависит от состава промышленных выбросов; выбросы объектов теплоэнергетики в большей степени влияют на возникновения заболеваний дыхательных путей; выбросы химической и нефтехимической промышленности - на аллергические заболевания (Онищенко, 2006). Проживание людей на территориях, характеризующихся высоким уровнем комплексного загрязнения, способствует снижению неспецифической сопротивляемости организма (Онищенко, 2006). Данные факты обуславливают важность исследования состояния компонентов окружающей среды, испытывающих негативное воздействие со стороны объектов теплоэнергетической отрасли.
На территории Томской области производственную деятельность осуществляют различные объекты энергетической отрасли. На севере области функционируют нефтедобывающие (Александровский район), нефтегазодобывающие и газодобывающие (Каргасокский и Парабельский районы) промыслы; через территории области с севера на юг проходят магистральные нефте- и газопроводы с системами нефтеперекачивающих и компрессорных станций. Наименее индустриализированной частью Томской области являются восточные районы (Верхнекетский район), где загрязнение атмосферного воздуха связано с заготовкой древесины и ее сжиганием в качестве основного энергоресурса. На территории югозападных районов области, являющимися преимущественно сельскохозяйственными (Кожевниковский, Шегарский, Кривошеинский районы) и юго-восточных (Тегульдетский и Зырянский районы) наряду со сжиганием биомассы при печном отоплении, большинство объектов социальной инфраструктуры обеспечиваются теплоэнергией от угольных котельных. На территории Томского района области сконцентрированы основные промышленные мощности региона, включающие объекты ядерно-топливного цикла Сибирского химического комбината, нефтехимической промышленности, заводы строительной,
металлообрабатывающей, машиностроительной, пищевой и других отраслей, а также предприятия топливно-энергетического комплекса, представленные газовыми и газоугольными теплоэлектростанциями.
Наличие на территории Томской области значительного количества объектов теплоэнергетической отрасли делает выбранный регион удобным объектом для оценки воздействия данных объектов на качество атмосферного воздуха, посредством использования в качестве индикатора нерастворимую и растворимую фазы снега.
Анализ ранее проведённых атмогеохимических исследований на территории отдельных районов Томской области и г. Томска показывает, что в основном интерес исследований был обращен на изучение уровней накопления макроэлементов, тяжелых металлов, редких, редкоземельных и радиоактивных элементов в нерастворимой фазе снежного покрова (Аэрозоли..., 1993; Летувнинкас, 1999; Ильченко, 2000; Летувнинкас, 2002; Иванов, 2007; Язиков, 2006; Таловская, 2008). Имеется ряд работ по изучению содержания химических элементов совместно с рассмотрением минеральной составляющей техногенных образований в пылевых выпадениях на территории г. Томска и в сельских населенных пунктах Томского района, а также сопредельных регионов России (Экология., 1994; Язиков, Рихванов, 1996; Шатилов, 2001; Язиков, 2006, Таловская, 2008). Современные атмогеохимические исследования, опирающиеся на значительный объем актуального фактического материала, полученного с помощью современных методов анализа, позволяют существенно дополнить исследования снежного покрова, проводившиеся в середине-конце 90-х годов прошлого века на территории районов Томской области (Экология..., 1994; Шатилов, 2001) и на территории Томского района в середине 2000-х годов (Таловская, 2008), получив временную динамику загрязнения снежного покрова в срезе нескольких десятилетий. По результатам исследований пылевого загрязнения территории г. Томска (Таловская, 2008 г.) были выявлены техногенные геохимические аномалии, и даны рекомендации по мониторингу данных территорий; поставленные задачи решаются в рамках данной диссертационной работы.
Объектом исследований являются территории в окрестностях теплоэнергетических объектов Томской области, предметом исследований - нерастворимая (твердый осадок снега) и растворимая (снеготалая вода) фазы снега.
Цель исследования состоит в установлении эколого-геохимической обстановки в районах размещения объектов теплоэнергетической отрасли Томской области на основе изучения минерально-вещественного и микроэлементного состава нерастворимой и растворимой фаз снега.
Задачи исследований:
1. Определить величину пылевой нагрузки на снежный покров населенных пунктов Томской области и основные факторы ее формирования.
2. Выявить особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях локальных теплоэнергетических объектов Томской области, использующих различные виды топлива.
3. Определить величину и параметры ртутной нагрузки на снежный покров на территории населенных пунктов Томской области.
4. Выявить многолетний тренд изменения пылевой нагрузки на снежный покров и особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
5. Установить характеристики ионного состава снеготалой воды в окрестностях Томской ГРЭС-2 и параметры их изменения.
6. Определить уровень подвижности химических элементов в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» в окрестностях Томской ГРЭС-2 и их индикаторную роль.
7. Определить минерально-вещественный состав кристаллической и аморфной составляющих нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
8. Установить формы нахождения металлов и металлоидов в нерастворимой фазе снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
9. Изучить особенности элементного состава и морфологии сферических техногенных образований в составе нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
Фактический материал и методы исследования. Основу диссертационной работы составляют результаты исследований, проводившихся лично автором и совместно с сотрудниками кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета с 2009 по 2014 год.
Работы выполнялись при финансовой поддержке Гранта Президента для поддержки молодых российских ученых (МК 951.20013.5, руководитель к.г.-м.н., доцент А.В. Таловская) (2013-2014 гг.), Грантов компании ВР Exploration Operating Company Limited (2013, 2014, 2015 гг.) при сотрудничестве с учеными из Института мониторинга экологических и климатических систем (ИМЭКС СО РАН, г. Томск), а также из Института оптики атмосферы (ИОА СО РАН, г. Томск) и Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ СО РАН, г. Новосибирск).
Пробы снега (общее количество проб - 754) были отобраны в 102 населенных пунктах 16 административных районов Томской области; в окрестностях технологических объектов нефтяного месторождения (Александровский район) и в окрестностях промышленных предприятий г. Томска (газо-угольной теплоэлектростанции - Томская ГРЭС-2, нефтехимического завода - Томскнефтехим и кирпичных заводов).
Пробы нерастворимой фазы снега были проанализированы на содержание в них 28 химических элементов инструментальным нейтронно-активационным анализом (754 проб) в ядерно-геохимической лаборатории кафедры геоэкологии и геохимии, функционирующей на базе учебно-научного центра «Исследовательский ядерный реактор», входящего в структуру Физико-технического института Томского политехнического университета (аналитики А.Ф. Судыко, Л.В. Богутская). Кроме этого для изучения нерастворимой фазы снега использовались такие методы анализа, как масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) - определение 64 химических элементов в составе 78 проб нерастворимой фазы снега в химикоаналитическом центре «Плазма» (Россия, г. Томск); атомно-абсорбционная спектрометрия (определение содержания ртути в 468 пробах нерастворимой фазы снега, прибор РА-915+ с приставкой ПИРО-915), растровая электронная микроскопия (сканирующий электронный микроскоп Hitachi S-3400N) с энергодисперсионным микроанализом Bruker XFlash 4010 (232 частицы) и порошковая рентгеновская дифрактометрия (4 пробы нерастворимой фазы снега, прибор Bruker D2 PHASER) на базе МИНОЦ «Урановая геология» кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов ТПУ.
Пробы растворимой фазы снега (снеготалой воды) были проанализированы комплексом методов: масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) - определение 69 химических элементов в 78 пробах (ХАЦ «Плазма», г. Томск); атомно-абсорбционная спектрометрия «холодного пара» - определение концентраций ртути в 75 пробах на приборе РА-915+ с приставкой РП-91 (МИНОЦ «Урановая геология», кафедра геоэкологии и геохимии, Институт природных ресурсов ТПУ); ионная хроматография, потенциометрия, титриметрия, кондуктометрия и фотоколориметрия 107 проб (НПЦ «Вода», кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии, Институт природных ресурсов ТПУ).
Все анализы проб нерастворимой и растворимой фаз снега были выполнены по аттестованным методикам с использованием стандартных образцов сравнения в аккредитованных лабораториях, а также проведены процедуры внутреннего и внешнего аналитического контроля.
Научная новизна работы:
1. Впервые установлена величина пылевой нагрузки на снежный покров населенных пунктов Томской области и выявлены особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях локальных теплоэнергетических объектов, использующих различные виды топлива.
2. Впервые определена величина и параметры ртутной нагрузки на снежный покров населенных пунктов Томской области.
3. Впервые установлены индикаторные особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2 по данным 6-ти летнего мониторинга.
4. Впервые проведено ранжирование химических элементов по степени их подвижности в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» и определен ионный состав растворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2
5. В составе нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2 впервые установлены самородные и интерметаллические формы нахождения химических элементов, а также описаны особенности элементного состава и морфологии сферических техногенных образований.
Защищаемые положения:
ПОЛОЖЕНИЕ 1. Пылевая нагрузка на территорию населённых пунктов Томской области изменяется от 1,8 мг/м2-сут до 130,7 мг/м2-сут при среднем значении - 11 мг/м2-сут. Основная доля пылеаэрозольных выпадений приходится на районы размещения объектов угольной теплоэнергетики. Геохимическая специфика нерастворимой фазы снега в районах расположения объектов теплоэнергетики определяется интенсивностью пылевой нагрузки и составом используемого топлива. Неоднородность плотности выпадения пылеаэрозолей обуславливает особенности пространственной структуры геохимической нагрузки на территорию, например ртути, которая изменяется от 0,26 мг/км2-сут до 17,61 мг/км2-сут при среднем значении - 1,54 мг/км2-сут.
ПОЛОЖЕНИЕ 2. Специфика воздействия Томской ГРЭС-2 проявляется в повышенных концентрациях в нерастворимой фазе снежного покрова в ее окрестностях Ca, Sc, Fe, Co, As, Sr, La, Ce, Sm, Tb, Yb, Lu, Hf, Ta, Th, U относительно средних значений для г. Томска и уменьшении свойств подвижности элементов-индикаторов ее воздействия (Fe, Pb, W, Ti, Ga, Sr, Yb, Er, Hf, Al, Zr, Gd, Cd, Ba, Zn, As) в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» в зоне воздействия по сравнению с фоном. Величина пылевой нагрузки в районе размещения Томской ГРЭС-2 по данным шестилетнего мониторинга имеет устойчивый тренд снижения.
ПОЛОЖЕНИЕ 3. Нерастворимая фаза снега из окрестностей Томской ГРЭС-2 неоднородна как по морфологии (сферулы и другие образования), так и по минеральному составу, особенно микрофаз, среди которых присутствуют самородные (Ti, Fe, Cu, Ag, Pb), интерметаллические (W-Ti-Fe), оксидные (Fe, Fe-Ti, Sb) и серосодержащие (Fe, Zn, Cu, Sb, Pb) фазы.
Достоверность защищаемых положений обеспечена статистически значимым количеством проб, проанализированных современными высокочувствительными аттестованными аналитическими методами в аккредитованных лабораториях, а также глубиной проработки фактического материала.
Практическая значимость работы. Установленные особенности микроэлементного и минерально-вещественного состава нерастворимой, а также микроэлементного и ионного состава растворимой фазы снега могут быть использованы при разработке необходимого объема мероприятий природоохранной направленности для улучшения эколого-геохимической обстановки в окрестностях объектов теплоэнергетической отрасли Томской области для возможной корректировки топливных балансов теплоэнергетических объектов, а также для оценки рисков здоровью населения, проживающего в окрестностях данных объектов.
Результаты диссертационной работы внедрены в процедуру экологического контроля за качеством атмосферного воздуха в окрестностях Томской ГРЭС-2, проводимого ОГБУ «Облкомприрода».
Материалы диссертационной работы использованы при проведении лабораторных и практических занятий по курсам «Геоэкологический мониторинг», «Минералогия техногенных образований», «Методы исследования вещественного состава природных сред» для бакалавров и магистров, обучающихся по направлениям 022000 «Экология и природопользование», 020700 «Геология» кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов Томского политехнического университета.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены на 27-ми Международных, 10-и Всероссийских и 4-х Региональных научных симпозиумах, форумах, конференциях, совещаниях: Международных научных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2009, 2010, 2011, 2013, 2014, 2015 гг.), Международной
экологической студенческой конференции (г. Новосибирск, 2009, 2010, 2011 и 2012 г.), Международной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (г. Абакан, 2010 и 2011 г.); Международном научном форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2011, 2012),
Международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (г. Санкт-Петербург, 2012); Международной конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Республика Казахстан, г. Семипалатинск, 2012); Международной конференции «Естественные и антропогенные аэрозоли» (г. Санкт-Петербург, 2012); Международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (г. Томск, 2013); Первом Симпозиуме по радиоэкологии России и Северных стран «RNSR-2013» (г. Москва, 2013); Международной молодежной конференции «Современное естествознание и охрана окружающей среды» (г. Курган, 2013 г.), Международной
конференции «Аэрозоль и оптика атмосферы» (г. Москва, 2014); V Международной научнопрактической конференции «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2014); Международной научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (г. Белгород, 2009, 2013 гг.), Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (г. Барнаул, 2013, г. г. Новосибирск, 2014 г.), Международной Школе-семинаре для молодых исследователей
«Биогеохимия химических элементов и соединений в природных средах» (г. Тюмень, 2014 г.); Рабочей группе «Аэрозоли Сибири» (г. Томск, 2009, 2011, 2012, 2013 и 2014 гг.);
Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (г. Иркутск, 2013 г.), VIII Всероссийском симпозиуме «Контроль окружающей среды и климата: КОСК- 2012» (г. Томск, 2012 г.); Годичной сессии Научного совета РАН «Устойчивое развитие: задачи геоэкологии» (г. Москва, 2013 г.); II Всероссийской молодежной научно-практической школы- конференции «Науки о Земле. Современное состояние» (п. Шира, 2014 г.); Всероссийской конференции с международным участием «Проблемы инженерной геологии, гидрогеологии и
геоэкологии урбанизированных территорий» (г. Томск, 2015 г.); Региональном семинаре
«Минералогия техногенеза-2011» (г. Миасс, 2011 г.); VII Сибирской научно-практическая
конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2014); VI открытой
региональная молодёжная конференция ОАО «ТомскНИПИнефть» «Проблемы разведки,
разработки и обустройства месторождений нефти и газа» (г. Томск, 2013 г.), Десятом
Сибирском совещании по климато-экологическому мониторингу (г. Томск, 2013 г.).
Основное содержание и научные результаты диссертационной работы опубликованы в 73 тезисах докладов и статьях, в том числе в 8 статьях в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК, и 4 статьях в зарубежных научных журналах и изданиях, включенных в библиографические базы Web of Science и Scopus. Получен в соавторстве 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Объем работы составляет 152 страницы, включая 29 таблиц и 52 рисунка. Список литературы состоит из 226 наименований, 88 из которых зарубежные.
В главе 1 описаны современные научные исследования в области изучения растворимой и нерастворимой фаз снежного покрова как индикатора загрязнения атмосферного воздуха.
Глава 2 посвящена природно-климатической характеристике территории и геоэкологической ситуации в Томской области.
В главе 3 описана методика исследований, способы отбора и обработки проб снега, методы анализа нерастворимой и растворимой фаз снега, приемы математической и экологогеохимической обработки эмпирических данных.
В главе 4 описаны индикаторные особенности элементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях объектов теплоэнергетической отрасли, использующих различные виды топлив. Охарактеризованы уровни пылевой и ртутной нагрузок на территорию Томской области.
В главе 5 охарактеризована геохимическая специализация нерастворимой фазы снега, особенности ионного состава растворимой фазы снега и характер поведения химических элементов в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» в окрестностях Томской ГРЭС-2 в сравнении с территориями в окрестностях других промышленных предприятий г. Томска - кирпичных заводов и нефтехимического завода.
Глава 6 посвящена описанию минеральных природных и техногенных частиц, при этом особое внимание уделено сферическим техногенным образованиям, формам нахождения металлов и металлоидов в нерастворимой фазе снега.
В заключении приведены основные выводы.
Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертационной работе заключается в участии совместно с сотрудниками кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ в отборе и подготовке проб снега, в проведении части лабораторных исследований проб нерастворимой и растворимой фаз снега в лабораториях МИНОЦ «Урановая геология» (Россия, г. Томск), камеральной обработке результатов, анализе полученных данных, включая статистическую и эколого-геохимическую обработку, построение карт-схем и графиков. Формулировка основных положений и написание текста диссертации выполнены автором по плану, согласованному с научным руководителем. Доля участия автора в совместных публикациях пропорциональна долям остальных авторов.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору, д.г.-м.н. Язикову Е.Г. за ценные советы, всестороннюю помощь при проведении исследований и написании диссертационной работы. Огромную признательность автор выражает доценту, к.г.-м.н. Таловской А.В. за организацию исследовательской работы, за наставничество, многолетнее сотрудничество при выполнении исследований, советы и внимание к работе. Искреннюю благодарность автор выражает профессору, д.г.-м.н Рихванову Л.П., доценту, к.х.н. Осиповой Н.А. профессору, д.г.-м.н. Арбузову С.И., доценту, к.г.-м.н. Соболеву И.С. за внимание и ценные советы при выполнении работы. За помощь в проведении электронно-микроскопических исследовании и консультации при обработке результатов автор выражает глубокое признание ассистенту кафедры геоэкологии и геохимии Ильенку С.С. Отдельную признательность за плодотворное сотрудничество автор выражает д.ф.-м.н., ведущему научному сотруднику лаборатории математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Рапуте В.Ф., научному сотруднику лаборатории климатологии атмосферного состава Института оптики атмосферы СО РАН Симоненкову Д.В., к.г.-м.н., ассистенту кафедры
геоэкологии и геохимии и младшему научному сотруднику лаборатории физики климатических систем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН Ляпиной Е.Е., и.о. начальника Департамента природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области Трапезникову С.Я. Автор благодарен коллегам по кафедре геоэкологии и геохимии профессору, д.б.н. Барановской Н.В., к.г.-м.н., доценту Жорняк Л.В., ассистентам Соктоеву Б.Р., Ялалтдиновой А.Р., Черневу Е.М., Иванову А.Ю. Автор благодарен руководителям лабораторий и исполнителям аналитических исследований: Судыко А.Ф., Богутской Л.В., к.г.- м.н., с.н.с. Копыловой Ю.Г., Шушариной В.А., Шердаковой Н.И., Камбалиной М.Г., Федюниной Н.В. За обработку результатов рентгеноструктурного анализа проб автор выражает глубокую признательность ведущему специалисту по дифрактометрии фирмы «Bruker AXS GmbH», к.х.н. Путилину С.Н. За помощь в организации и проведении отбора проб снега на территории Александровского района Томской области автор выражает благодарность к.г.-м.н., ст. преподавателю кафедры геоэкологии и геохимии Фоминых Д.Е. и коллективу отдела экологического мониторинга департамента экологии ОАО «ТомскНИПИнефть» в лице Искрижицкого А.А. Автор выражает признательность Таловскому В.С., Таловской Н.М., а также студентам кафедры геоэкологии и геохимии Самохиной Н.П., Поликановой С.А., Чумак Ю.В., Терской Д.А., Мельчуковой Н.О., Гавриловой М.Ю. за помощь в отборе снега и подготовке проб к лабораторным исследованиям. Отдельную благодарность автор выражает родным и близким за терпение и поддержку во время проведения исследований.
Согласно прогнозу Института энергетических исследований РАН (Прогноз..., 2014) рост потребления первичной энергии к 2040 г. возрастет на 46% по отношению к уровню 2010 года. При этом спрос вырастет на все энергоносители: нефть - на 19%, уголь - на 36%, газ - на 64%, атомную энергию - на 72%, возобновляемые источники энергии - на 92%. Более половины всего спроса на энергоресурсы (для России - 42%) к 2040 г. будет приходиться на сектор электрогенерации (Прогноз..., 2013). Так, тепловые электростанции к 2040 году будут обеспечивать более 70% (для России - 62-63%) генерации электроэнергии (Прогноз..., 2014). На перспективу до 2040 г. сохранится доминирующая роль угольной генерации - уголь бодет обеспечивать наибольший прирост производства электроэнергии по сравнению со всеми остальными видами топлива и к 2040 году будет давать 38% выработки, однако экологические ограничения приведут к заметному замедлению темпов его роста и снижению доли в топливной корзине (Прогноз..., 2014).
Согласно прогнозам, возрастающая эффективность использования энергетических ресурсов при увеличении объемов их использования, не обеспечит стабилизации объемов выбросов загрязняющих веществ. Единственным «экологическим маркером» выбросов загрязняющих веществ в прогнозах добыче и использованию энергоресурсов является углекислый газ (Прогноз..., 2014; Прогноз..., 2013). Однако вместе с тем объекты добычи нефти, газа и других ископаемых видов энергоресурсов, также как и объекты генерации на их основе электричества и тепла являются одними из основных источников эмиссии широко спектра загрязняющих веществ, включая парниковые газы, тяжелые, редкие, редкоземельные металлы, радиоактивные химические элементы, токсичные органические соединения и другие. Выбрасываемые загрязняющие вещества влияют на качество атмосферного воздуха в окрестностях данных объектов, формируя неблагоприятную санитарно-эпидемиологическую обстановку и приводя к росту числа заболеваний ввиду повышенных концентраций вредных веществ относительно установленных гигиенических нормативов.
Структура заболеваемости населения зависит от состава промышленных выбросов; выбросы объектов теплоэнергетики в большей степени влияют на возникновения заболеваний дыхательных путей; выбросы химической и нефтехимической промышленности - на аллергические заболевания (Онищенко, 2006). Проживание людей на территориях, характеризующихся высоким уровнем комплексного загрязнения, способствует снижению неспецифической сопротивляемости организма (Онищенко, 2006). Данные факты обуславливают важность исследования состояния компонентов окружающей среды, испытывающих негативное воздействие со стороны объектов теплоэнергетической отрасли.
На территории Томской области производственную деятельность осуществляют различные объекты энергетической отрасли. На севере области функционируют нефтедобывающие (Александровский район), нефтегазодобывающие и газодобывающие (Каргасокский и Парабельский районы) промыслы; через территории области с севера на юг проходят магистральные нефте- и газопроводы с системами нефтеперекачивающих и компрессорных станций. Наименее индустриализированной частью Томской области являются восточные районы (Верхнекетский район), где загрязнение атмосферного воздуха связано с заготовкой древесины и ее сжиганием в качестве основного энергоресурса. На территории югозападных районов области, являющимися преимущественно сельскохозяйственными (Кожевниковский, Шегарский, Кривошеинский районы) и юго-восточных (Тегульдетский и Зырянский районы) наряду со сжиганием биомассы при печном отоплении, большинство объектов социальной инфраструктуры обеспечиваются теплоэнергией от угольных котельных. На территории Томского района области сконцентрированы основные промышленные мощности региона, включающие объекты ядерно-топливного цикла Сибирского химического комбината, нефтехимической промышленности, заводы строительной,
металлообрабатывающей, машиностроительной, пищевой и других отраслей, а также предприятия топливно-энергетического комплекса, представленные газовыми и газоугольными теплоэлектростанциями.
Наличие на территории Томской области значительного количества объектов теплоэнергетической отрасли делает выбранный регион удобным объектом для оценки воздействия данных объектов на качество атмосферного воздуха, посредством использования в качестве индикатора нерастворимую и растворимую фазы снега.
Анализ ранее проведённых атмогеохимических исследований на территории отдельных районов Томской области и г. Томска показывает, что в основном интерес исследований был обращен на изучение уровней накопления макроэлементов, тяжелых металлов, редких, редкоземельных и радиоактивных элементов в нерастворимой фазе снежного покрова (Аэрозоли..., 1993; Летувнинкас, 1999; Ильченко, 2000; Летувнинкас, 2002; Иванов, 2007; Язиков, 2006; Таловская, 2008). Имеется ряд работ по изучению содержания химических элементов совместно с рассмотрением минеральной составляющей техногенных образований в пылевых выпадениях на территории г. Томска и в сельских населенных пунктах Томского района, а также сопредельных регионов России (Экология., 1994; Язиков, Рихванов, 1996; Шатилов, 2001; Язиков, 2006, Таловская, 2008). Современные атмогеохимические исследования, опирающиеся на значительный объем актуального фактического материала, полученного с помощью современных методов анализа, позволяют существенно дополнить исследования снежного покрова, проводившиеся в середине-конце 90-х годов прошлого века на территории районов Томской области (Экология..., 1994; Шатилов, 2001) и на территории Томского района в середине 2000-х годов (Таловская, 2008), получив временную динамику загрязнения снежного покрова в срезе нескольких десятилетий. По результатам исследований пылевого загрязнения территории г. Томска (Таловская, 2008 г.) были выявлены техногенные геохимические аномалии, и даны рекомендации по мониторингу данных территорий; поставленные задачи решаются в рамках данной диссертационной работы.
Объектом исследований являются территории в окрестностях теплоэнергетических объектов Томской области, предметом исследований - нерастворимая (твердый осадок снега) и растворимая (снеготалая вода) фазы снега.
Цель исследования состоит в установлении эколого-геохимической обстановки в районах размещения объектов теплоэнергетической отрасли Томской области на основе изучения минерально-вещественного и микроэлементного состава нерастворимой и растворимой фаз снега.
Задачи исследований:
1. Определить величину пылевой нагрузки на снежный покров населенных пунктов Томской области и основные факторы ее формирования.
2. Выявить особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях локальных теплоэнергетических объектов Томской области, использующих различные виды топлива.
3. Определить величину и параметры ртутной нагрузки на снежный покров на территории населенных пунктов Томской области.
4. Выявить многолетний тренд изменения пылевой нагрузки на снежный покров и особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
5. Установить характеристики ионного состава снеготалой воды в окрестностях Томской ГРЭС-2 и параметры их изменения.
6. Определить уровень подвижности химических элементов в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» в окрестностях Томской ГРЭС-2 и их индикаторную роль.
7. Определить минерально-вещественный состав кристаллической и аморфной составляющих нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
8. Установить формы нахождения металлов и металлоидов в нерастворимой фазе снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
9. Изучить особенности элементного состава и морфологии сферических техногенных образований в составе нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2.
Фактический материал и методы исследования. Основу диссертационной работы составляют результаты исследований, проводившихся лично автором и совместно с сотрудниками кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета с 2009 по 2014 год.
Работы выполнялись при финансовой поддержке Гранта Президента для поддержки молодых российских ученых (МК 951.20013.5, руководитель к.г.-м.н., доцент А.В. Таловская) (2013-2014 гг.), Грантов компании ВР Exploration Operating Company Limited (2013, 2014, 2015 гг.) при сотрудничестве с учеными из Института мониторинга экологических и климатических систем (ИМЭКС СО РАН, г. Томск), а также из Института оптики атмосферы (ИОА СО РАН, г. Томск) и Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ СО РАН, г. Новосибирск).
Пробы снега (общее количество проб - 754) были отобраны в 102 населенных пунктах 16 административных районов Томской области; в окрестностях технологических объектов нефтяного месторождения (Александровский район) и в окрестностях промышленных предприятий г. Томска (газо-угольной теплоэлектростанции - Томская ГРЭС-2, нефтехимического завода - Томскнефтехим и кирпичных заводов).
Пробы нерастворимой фазы снега были проанализированы на содержание в них 28 химических элементов инструментальным нейтронно-активационным анализом (754 проб) в ядерно-геохимической лаборатории кафедры геоэкологии и геохимии, функционирующей на базе учебно-научного центра «Исследовательский ядерный реактор», входящего в структуру Физико-технического института Томского политехнического университета (аналитики А.Ф. Судыко, Л.В. Богутская). Кроме этого для изучения нерастворимой фазы снега использовались такие методы анализа, как масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) - определение 64 химических элементов в составе 78 проб нерастворимой фазы снега в химикоаналитическом центре «Плазма» (Россия, г. Томск); атомно-абсорбционная спектрометрия (определение содержания ртути в 468 пробах нерастворимой фазы снега, прибор РА-915+ с приставкой ПИРО-915), растровая электронная микроскопия (сканирующий электронный микроскоп Hitachi S-3400N) с энергодисперсионным микроанализом Bruker XFlash 4010 (232 частицы) и порошковая рентгеновская дифрактометрия (4 пробы нерастворимой фазы снега, прибор Bruker D2 PHASER) на базе МИНОЦ «Урановая геология» кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов ТПУ.
Пробы растворимой фазы снега (снеготалой воды) были проанализированы комплексом методов: масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) - определение 69 химических элементов в 78 пробах (ХАЦ «Плазма», г. Томск); атомно-абсорбционная спектрометрия «холодного пара» - определение концентраций ртути в 75 пробах на приборе РА-915+ с приставкой РП-91 (МИНОЦ «Урановая геология», кафедра геоэкологии и геохимии, Институт природных ресурсов ТПУ); ионная хроматография, потенциометрия, титриметрия, кондуктометрия и фотоколориметрия 107 проб (НПЦ «Вода», кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии, Институт природных ресурсов ТПУ).
Все анализы проб нерастворимой и растворимой фаз снега были выполнены по аттестованным методикам с использованием стандартных образцов сравнения в аккредитованных лабораториях, а также проведены процедуры внутреннего и внешнего аналитического контроля.
Научная новизна работы:
1. Впервые установлена величина пылевой нагрузки на снежный покров населенных пунктов Томской области и выявлены особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях локальных теплоэнергетических объектов, использующих различные виды топлива.
2. Впервые определена величина и параметры ртутной нагрузки на снежный покров населенных пунктов Томской области.
3. Впервые установлены индикаторные особенности микроэлементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2 по данным 6-ти летнего мониторинга.
4. Впервые проведено ранжирование химических элементов по степени их подвижности в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» и определен ионный состав растворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2
5. В составе нерастворимой фазы снега в окрестностях Томской ГРЭС-2 впервые установлены самородные и интерметаллические формы нахождения химических элементов, а также описаны особенности элементного состава и морфологии сферических техногенных образований.
Защищаемые положения:
ПОЛОЖЕНИЕ 1. Пылевая нагрузка на территорию населённых пунктов Томской области изменяется от 1,8 мг/м2-сут до 130,7 мг/м2-сут при среднем значении - 11 мг/м2-сут. Основная доля пылеаэрозольных выпадений приходится на районы размещения объектов угольной теплоэнергетики. Геохимическая специфика нерастворимой фазы снега в районах расположения объектов теплоэнергетики определяется интенсивностью пылевой нагрузки и составом используемого топлива. Неоднородность плотности выпадения пылеаэрозолей обуславливает особенности пространственной структуры геохимической нагрузки на территорию, например ртути, которая изменяется от 0,26 мг/км2-сут до 17,61 мг/км2-сут при среднем значении - 1,54 мг/км2-сут.
ПОЛОЖЕНИЕ 2. Специфика воздействия Томской ГРЭС-2 проявляется в повышенных концентрациях в нерастворимой фазе снежного покрова в ее окрестностях Ca, Sc, Fe, Co, As, Sr, La, Ce, Sm, Tb, Yb, Lu, Hf, Ta, Th, U относительно средних значений для г. Томска и уменьшении свойств подвижности элементов-индикаторов ее воздействия (Fe, Pb, W, Ti, Ga, Sr, Yb, Er, Hf, Al, Zr, Gd, Cd, Ba, Zn, As) в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» в зоне воздействия по сравнению с фоном. Величина пылевой нагрузки в районе размещения Томской ГРЭС-2 по данным шестилетнего мониторинга имеет устойчивый тренд снижения.
ПОЛОЖЕНИЕ 3. Нерастворимая фаза снега из окрестностей Томской ГРЭС-2 неоднородна как по морфологии (сферулы и другие образования), так и по минеральному составу, особенно микрофаз, среди которых присутствуют самородные (Ti, Fe, Cu, Ag, Pb), интерметаллические (W-Ti-Fe), оксидные (Fe, Fe-Ti, Sb) и серосодержащие (Fe, Zn, Cu, Sb, Pb) фазы.
Достоверность защищаемых положений обеспечена статистически значимым количеством проб, проанализированных современными высокочувствительными аттестованными аналитическими методами в аккредитованных лабораториях, а также глубиной проработки фактического материала.
Практическая значимость работы. Установленные особенности микроэлементного и минерально-вещественного состава нерастворимой, а также микроэлементного и ионного состава растворимой фазы снега могут быть использованы при разработке необходимого объема мероприятий природоохранной направленности для улучшения эколого-геохимической обстановки в окрестностях объектов теплоэнергетической отрасли Томской области для возможной корректировки топливных балансов теплоэнергетических объектов, а также для оценки рисков здоровью населения, проживающего в окрестностях данных объектов.
Результаты диссертационной работы внедрены в процедуру экологического контроля за качеством атмосферного воздуха в окрестностях Томской ГРЭС-2, проводимого ОГБУ «Облкомприрода».
Материалы диссертационной работы использованы при проведении лабораторных и практических занятий по курсам «Геоэкологический мониторинг», «Минералогия техногенных образований», «Методы исследования вещественного состава природных сред» для бакалавров и магистров, обучающихся по направлениям 022000 «Экология и природопользование», 020700 «Геология» кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов Томского политехнического университета.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены на 27-ми Международных, 10-и Всероссийских и 4-х Региональных научных симпозиумах, форумах, конференциях, совещаниях: Международных научных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2009, 2010, 2011, 2013, 2014, 2015 гг.), Международной
экологической студенческой конференции (г. Новосибирск, 2009, 2010, 2011 и 2012 г.), Международной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (г. Абакан, 2010 и 2011 г.); Международном научном форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2011, 2012),
Международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (г. Санкт-Петербург, 2012); Международной конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Республика Казахстан, г. Семипалатинск, 2012); Международной конференции «Естественные и антропогенные аэрозоли» (г. Санкт-Петербург, 2012); Международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (г. Томск, 2013); Первом Симпозиуме по радиоэкологии России и Северных стран «RNSR-2013» (г. Москва, 2013); Международной молодежной конференции «Современное естествознание и охрана окружающей среды» (г. Курган, 2013 г.), Международной
конференции «Аэрозоль и оптика атмосферы» (г. Москва, 2014); V Международной научнопрактической конференции «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2014); Международной научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (г. Белгород, 2009, 2013 гг.), Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (г. Барнаул, 2013, г. г. Новосибирск, 2014 г.), Международной Школе-семинаре для молодых исследователей
«Биогеохимия химических элементов и соединений в природных средах» (г. Тюмень, 2014 г.); Рабочей группе «Аэрозоли Сибири» (г. Томск, 2009, 2011, 2012, 2013 и 2014 гг.);
Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии» (г. Иркутск, 2013 г.), VIII Всероссийском симпозиуме «Контроль окружающей среды и климата: КОСК- 2012» (г. Томск, 2012 г.); Годичной сессии Научного совета РАН «Устойчивое развитие: задачи геоэкологии» (г. Москва, 2013 г.); II Всероссийской молодежной научно-практической школы- конференции «Науки о Земле. Современное состояние» (п. Шира, 2014 г.); Всероссийской конференции с международным участием «Проблемы инженерной геологии, гидрогеологии и
геоэкологии урбанизированных территорий» (г. Томск, 2015 г.); Региональном семинаре
«Минералогия техногенеза-2011» (г. Миасс, 2011 г.); VII Сибирской научно-практическая
конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2014); VI открытой
региональная молодёжная конференция ОАО «ТомскНИПИнефть» «Проблемы разведки,
разработки и обустройства месторождений нефти и газа» (г. Томск, 2013 г.), Десятом
Сибирском совещании по климато-экологическому мониторингу (г. Томск, 2013 г.).
Основное содержание и научные результаты диссертационной работы опубликованы в 73 тезисах докладов и статьях, в том числе в 8 статьях в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК, и 4 статьях в зарубежных научных журналах и изданиях, включенных в библиографические базы Web of Science и Scopus. Получен в соавторстве 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Объем работы составляет 152 страницы, включая 29 таблиц и 52 рисунка. Список литературы состоит из 226 наименований, 88 из которых зарубежные.
В главе 1 описаны современные научные исследования в области изучения растворимой и нерастворимой фаз снежного покрова как индикатора загрязнения атмосферного воздуха.
Глава 2 посвящена природно-климатической характеристике территории и геоэкологической ситуации в Томской области.
В главе 3 описана методика исследований, способы отбора и обработки проб снега, методы анализа нерастворимой и растворимой фаз снега, приемы математической и экологогеохимической обработки эмпирических данных.
В главе 4 описаны индикаторные особенности элементного состава нерастворимой фазы снега в окрестностях объектов теплоэнергетической отрасли, использующих различные виды топлив. Охарактеризованы уровни пылевой и ртутной нагрузок на территорию Томской области.
В главе 5 охарактеризована геохимическая специализация нерастворимой фазы снега, особенности ионного состава растворимой фазы снега и характер поведения химических элементов в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода» в окрестностях Томской ГРЭС-2 в сравнении с территориями в окрестностях других промышленных предприятий г. Томска - кирпичных заводов и нефтехимического завода.
Глава 6 посвящена описанию минеральных природных и техногенных частиц, при этом особое внимание уделено сферическим техногенным образованиям, формам нахождения металлов и металлоидов в нерастворимой фазе снега.
В заключении приведены основные выводы.
Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертационной работе заключается в участии совместно с сотрудниками кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ в отборе и подготовке проб снега, в проведении части лабораторных исследований проб нерастворимой и растворимой фаз снега в лабораториях МИНОЦ «Урановая геология» (Россия, г. Томск), камеральной обработке результатов, анализе полученных данных, включая статистическую и эколого-геохимическую обработку, построение карт-схем и графиков. Формулировка основных положений и написание текста диссертации выполнены автором по плану, согласованному с научным руководителем. Доля участия автора в совместных публикациях пропорциональна долям остальных авторов.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору, д.г.-м.н. Язикову Е.Г. за ценные советы, всестороннюю помощь при проведении исследований и написании диссертационной работы. Огромную признательность автор выражает доценту, к.г.-м.н. Таловской А.В. за организацию исследовательской работы, за наставничество, многолетнее сотрудничество при выполнении исследований, советы и внимание к работе. Искреннюю благодарность автор выражает профессору, д.г.-м.н Рихванову Л.П., доценту, к.х.н. Осиповой Н.А. профессору, д.г.-м.н. Арбузову С.И., доценту, к.г.-м.н. Соболеву И.С. за внимание и ценные советы при выполнении работы. За помощь в проведении электронно-микроскопических исследовании и консультации при обработке результатов автор выражает глубокое признание ассистенту кафедры геоэкологии и геохимии Ильенку С.С. Отдельную признательность за плодотворное сотрудничество автор выражает д.ф.-м.н., ведущему научному сотруднику лаборатории математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Рапуте В.Ф., научному сотруднику лаборатории климатологии атмосферного состава Института оптики атмосферы СО РАН Симоненкову Д.В., к.г.-м.н., ассистенту кафедры
геоэкологии и геохимии и младшему научному сотруднику лаборатории физики климатических систем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН Ляпиной Е.Е., и.о. начальника Департамента природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области Трапезникову С.Я. Автор благодарен коллегам по кафедре геоэкологии и геохимии профессору, д.б.н. Барановской Н.В., к.г.-м.н., доценту Жорняк Л.В., ассистентам Соктоеву Б.Р., Ялалтдиновой А.Р., Черневу Е.М., Иванову А.Ю. Автор благодарен руководителям лабораторий и исполнителям аналитических исследований: Судыко А.Ф., Богутской Л.В., к.г.- м.н., с.н.с. Копыловой Ю.Г., Шушариной В.А., Шердаковой Н.И., Камбалиной М.Г., Федюниной Н.В. За обработку результатов рентгеноструктурного анализа проб автор выражает глубокую признательность ведущему специалисту по дифрактометрии фирмы «Bruker AXS GmbH», к.х.н. Путилину С.Н. За помощь в организации и проведении отбора проб снега на территории Александровского района Томской области автор выражает благодарность к.г.-м.н., ст. преподавателю кафедры геоэкологии и геохимии Фоминых Д.Е. и коллективу отдела экологического мониторинга департамента экологии ОАО «ТомскНИПИнефть» в лице Искрижицкого А.А. Автор выражает признательность Таловскому В.С., Таловской Н.М., а также студентам кафедры геоэкологии и геохимии Самохиной Н.П., Поликановой С.А., Чумак Ю.В., Терской Д.А., Мельчуковой Н.О., Гавриловой М.Ю. за помощь в отборе снега и подготовке проб к лабораторным исследованиям. Отдельную благодарность автор выражает родным и близким за терпение и поддержку во время проведения исследований.
1. Наиболее контрастные ореолы пылевого загрязнения территории в южной части Томской области сформированы воздействием от источников Томск-Северской промышленной агломерации, в северной части региона - воздействием от нефтедобывающих промыслов. Кроме этого существенный вклад в пылевое загрязнение населенных пунктов Томской области вносят локальные источники - преимущественно угольные котельные.
2. Наиболее высокие содержания в пробах нерастворимой фазы снега ряда тяжелых металлов, редких, редкоземельных и радиоактивных элементов характерны для окрестностей угольных котельных в сравнении с котельными на газе и древесном топливе.
3. Пространственная конфигурация ореолов пылевого загрязнения территории Томской области повторяет структуру ртутной нагрузки на территорию региона, при этом наиболее контрастные ореолы ртутной нагрузки установлены на территории южных, югозападных и северных районов области.
4. Воздействие выбросов Томской ГРЭС-2 отражается в элементном составе нерастовримой фазы снега из ее окрестностей, изменениях свойств подвижности химических элементов-индикаторов в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода», а также в параметрах ионного состава снеготалой воды. Наиболее интенсивное воздействие Томской ГРЭС-2 установлено в условно ближней зоне - на удалении до 1 км от высотных труб теплоэлектростанции.
5. Выбросы Томской ГРЭС-2 являются источником накопления в снежном покрове в ее окрестностях сферических техногенных образований, рентгеноаморфного сажистого вещества и мелкодисперсной угольной пыли.
6. Минеральными формами нахождения металлов и металлоидов в нерастворимой фазе снега в окрестностях Томской ГРЭС-2, а также других территорий Томского региона являются собственно самородная, интерметаллическая, оксидная и серосодержащие фазы.
7. Наибольший приток пылевых частиц с комплексом химических элементов, включая радиоактивные и токсичные металлы, в окрестностях Томской ГРЭС-2 формируется в результате сжигания угля. Для снижения их возможного негативного влияния на здоровье людей, проживающих вблизи теплоэлектростанции, целесообразно предусмотреть увеличение доли природного газ в топливном балансе Томской ГРЭС-2 в зимние сезоны, а также улучшить систему пылеподавления при разгрузке, хранении и транспортировке угля, например, посредством сооружения
2. Наиболее высокие содержания в пробах нерастворимой фазы снега ряда тяжелых металлов, редких, редкоземельных и радиоактивных элементов характерны для окрестностей угольных котельных в сравнении с котельными на газе и древесном топливе.
3. Пространственная конфигурация ореолов пылевого загрязнения территории Томской области повторяет структуру ртутной нагрузки на территорию региона, при этом наиболее контрастные ореолы ртутной нагрузки установлены на территории южных, югозападных и северных районов области.
4. Воздействие выбросов Томской ГРЭС-2 отражается в элементном составе нерастовримой фазы снега из ее окрестностей, изменениях свойств подвижности химических элементов-индикаторов в системе «твердый осадок снега - снеготалая вода», а также в параметрах ионного состава снеготалой воды. Наиболее интенсивное воздействие Томской ГРЭС-2 установлено в условно ближней зоне - на удалении до 1 км от высотных труб теплоэлектростанции.
5. Выбросы Томской ГРЭС-2 являются источником накопления в снежном покрове в ее окрестностях сферических техногенных образований, рентгеноаморфного сажистого вещества и мелкодисперсной угольной пыли.
6. Минеральными формами нахождения металлов и металлоидов в нерастворимой фазе снега в окрестностях Томской ГРЭС-2, а также других территорий Томского региона являются собственно самородная, интерметаллическая, оксидная и серосодержащие фазы.
7. Наибольший приток пылевых частиц с комплексом химических элементов, включая радиоактивные и токсичные металлы, в окрестностях Томской ГРЭС-2 формируется в результате сжигания угля. Для снижения их возможного негативного влияния на здоровье людей, проживающих вблизи теплоэлектростанции, целесообразно предусмотреть увеличение доли природного газ в топливном балансе Томской ГРЭС-2 в зимние сезоны, а также улучшить систему пылеподавления при разгрузке, хранении и транспортировке угля, например, посредством сооружения
Подобные работы
- Динамика загрязнения снежного покрова в зоне влияния выбросов объектов теплоэнергетики (на примере ГРЭС-2 города Томска)
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Эколого-геохимическая характеристика территории г. Стрежевой по результатам изучения нефтепродуктов и ртути в почвах
Бакалаврская работа, химия. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Геоэкологическая характеристика и проект мониторинга территории Томской ГРЭС-2 (АО «Томская генерация»)
Бакалаврская работа, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016