ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2012, № 1, с. 41-50
УДК:550.42
ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
© 2012 г. В. И. Величкин*, Н. В. Кузьменкова*, Н. Е. Кошелева**, А. Ю. Мирошников*,
Э. Э. Асадулин*, Т. А. Воробьева**
* Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ
РАН), Старомонетный пер. 35, Москва, 119017 Россия. E-mail: almir@igem.ru ** Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет, Воробьевы горы д. 1, Москва, 119991 Россия. E-mail: natalk@mail.ru
Поступила в редакцию 28.04.2011 г.
На основе анализа данных о содержании радиоактивного цезия и тяжелых металлов оценено эко-лого-геохимическое состояние почв северо-запада Кольского полуострова. Установлено, что средние концентрации металлов в районе судоремонтного завода (СРЗ) "Нерпа" существенно ниже предельно допустимых величин. По характеру распределения 137Cs и тяжелых металлов определены границы зоны влияния завода на основные типы почв. Результаты исследований могут быть использованы при геохимическом мониторинге территории.
Ключевые слова: судоремонтный завод, подзолы, подбуры, торфяные почвы, 137Cs, тяжелые металлы, латеральная и радиальная миграция.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение эколого-геохимической обстановки на северо-западе Кольского полуострова - актуальная задача в связи с нахождением в этом районе ряда объектов, являющихся потенциальными и действующими источниками загрязнения. К ним относятся предприятия цветной металлургии и радиационно-опасные объекты, такие как СРЗ "Нерпа", который с 1992 г. специализируется на утилизации выведенных из состава ВМФ атомных подводных лодок (АПЛ).
Исследования проводились на территории в радиусе 50 км от СРЗ "Нерпа". Судоремонтный завод расположен на западном берегу Кольского залива, к северу от г. Мурманска (рис. 1), в тундровой и лесотундровой природных зонах. Рельеф района, обусловленный чередованием складчато-глыбовых поднятий и впадин, формировался под влиянием тектонических движений геологических блоков, эрозионной деятельности, действия ледников и неоднократных колебаний уровня моря. Рельеф играет важную роль в перераспределении выпадающих из атмосферы загрязняющих веществ, в том числе и радионуклидов. Атмосферная циркуляция имеет муссонный характер: зимой преобладают юго-западные ветры с материка, летом - северо-восточные с Баренцева моря.
Почвенный покров северо-западной части Кольского полуострова характеризуется большой пестротой, что предопределено изменчивостью условий почвообразования при пересеченном рельефе. В лесотундрах преобладают иллювиаль-но-гумусовые подзолы, на севере в прибрежной части более распространены тундровые иллюви-ально-гумусовые оподзоленные почвы и подбуры, а также олиготрофные и эутрофные торфяники (верховые и низинные болота) [6, 12, 15]. Растительность представлена березовыми редколесьями и криволесьями, а также кустарниками, мхами и лишайниками. Исследуемый район находится в области развития южно-тундровых ландшафтов "кислого класса" [14]. Загрязнители в этих ландшафтах переносятся в основном воздушной средой во взвешенном состоянии, а также с поверхностными водными потоками [8, 9].
Цели данной работы - проанализировать техногенное воздействие судоремонтного завода "Нерпа" на почвенный покров и оценить его экологическое состояние.
Рассмотрены характер и интенсивность загрязнения различных типов почв 137Сз и рядом тяжелых металлов (ТМ) - Си, N1, Zn, РЬ, Со, Сг, V - приоритетными загрязнителями данной территории [11]. Эти элементы разносятся ветровы-
Рис. 1. Обзорная карта территории исследования с точками отбора почвенных проб.
ми потоками и накапливаются в почвах, растениях, поверхностных водах и донных отложениях.
Исследования проводились на региональном, катенарном и внутрипрофильном уровнях. В задачи исследования входили:
• определение содержания 137Сз и ТМ в фоновых почвах;
• выявление пространственных трендов распределения 137Сз и ТМ в автономных почвах геохимических ландшафтов в 50-км зоне вокруг СРЗ "Нерпа";
• характеристика латеральной и радиальной дифференциации 137Сз и ТМ в почвах;
• эколого-геохимическая оценка состояния почв.
МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ
Полевые ландшафтно-геохимические исследования проводились в летние периоды 20042009 гг. Всего в 301 точке отобрано более 650
почвенных проб. Опробовались почвы автономных ландшафтов (вершины сопок) внутри пром-зоны СРЗ "Нерпа", в непосредственной близости от цеха по утилизации АПЛ и мест хранения вырезанных реакторных отсеков. Для анализа распределения радионуклидов и ТМ на территории исследования использовались данные по 69 разрезам, расположенным в радиусе 30 км от СРЗ "Нерпа". 140 почвенных разрезов были использованы при расчете фоновых концентраций загрязнителей. Они находятся вне зоны воздействия СРЗ, на расстоянии более 30 км от промплощад-ки. При выборе расположения точек учитывалась их удаленность от СРЗ "Нерпа", преобладающее направление перемещения воздушных масс, а также особенности ландшафтной структуры территории [9]. В каждой точке наблюдений пробы отбирались из всех генетических горизонтов почвенного профиля. Для оценки латерального распределения 137Сз и ТМ на изучаемой территории опробовано 8 катен, находившихся на разном удалении от СРЗ. Во всех типах элементарных
ландшафтов - от автономных (вершины сопок) до супераквальных (поймы рек и озер) проведено катенарное опробование.
Аналитические работы включали определение в пробах почв удельной активности 137Сз радиометрическим методом (аналитик А.Л. Керзин), а также валового содержания ТМ методом рентге-но-флуоресцентного анализа (аналитик А.И. Якушев). Полученные данные были сгруппированы по основным типам почв, распространенным на исследуемой территории - подбурам, подзолам и торфяным почвам [12]. Статистическая обработка результатов опробования включала расчет средних по профилю концентраций 137Сз и ТМ, их максимальных и минимальных значений, средних квадратичных отклонений (о) и коэффициентов вариации (Су, %) в выборках, характеризующих зону влияния СРЗ "Нерпа" и прилегающие к ней территории.
Характеристика фоновых почв осуществлялась путем расчета коэффициентов концентрации (КС) и рассеяния (КР). Первый определялся как отношение содержания элемента в изучаемой почве к его кларку в литосфере, второй - как отношение кларка элемента в литосфере к его содержанию в почве. В качестве кларков литосферы использовались данные Виноградова [1] для кислых пород. В соответствии с данными о значениях КС и КР для всех ТМ построены геохимические спектры фоновых почв.
Степень региональной техногенной геохимической трансформации почв в зоне влияния СРЗ оценивалась в соответствии с коэффициентами КС и КР. Эти показатели вычислялись по среднему содержанию металлов в почвах автономных ландшафтов, которые пополняются веществом, поступающим только из атмосферы, привнос из соседних ландшафтов исключен.
Коэффициент концентрации Кс1 = С/Сф - это показатель кратности превышения содержания химического элемента в точке опробования С1 над его средним содержанием в аналогичной природной среде на фоновом участке Сф. При Сф > С; вычислялся коэффициент рассеяния (Кр1), который определялся соотношением Сф/С1. Особенности латерального распределения элементов определялись на основе коэффициентов латеральной дифференциации L, определяемых отношением концентраций 137Сз и ТМ в почвах подчиненных и автономного ландшафтов [5].
При отсутствии данных о содержании ТМ в горизонте С (он представлен кристаллическими породами) рассчитать коэффициенты радиальной
дифференциации R не представлялось возможным. Для оценки внутрипрофильного распределения ТМ использована методика Водяницкого [2]. Главная характеристика радиального распределения - накопление или вынос вещества из верхней части профиля - выражалась с помощью показателя аккумулятивно сти S. Для этого исходные данные по содержанию ТМ приводились к взвешенному кумулятивному нормированному виду, затем подсчитывался коэффициент акку-мулятивности S. Величина 1 > S > 0.66 отражает сильноаккумулятивный тип, 0.66 > S >0.5 - слабоаккумулятивный тип, значения 0.66 > S > 0.34 соответствуют слабоэлювиальному, а 0.34 > S > 0 - сильноэлювиальному радиальному распределению [2]. В результате был определен преобладающий для каждого металла и каждого типа почвы вид радиального распределения.
Уровень загрязнения почв оценивался по показателю суммарного загрязнения Zc, который учитывает как содержание отдельных металлов, так и их ассоциации, обусловленные полиэлементно-стью химического состава техногенных потоков, формирующих загрязнение [4]. Этот показатель представляет собой сумму нефоновых коэффициентов концентрации Кс химических элементов, накапливающихся в почвах, и рассчитывается по формуле: Zc = 2 Кс1 - (п - 1), где п - число элементов с Кс > 1. Пространственная структура загрязнения почв ТМ установлена путем определения зависимостей содержания отдельных металлов в почвах автономных ландшафтов и суммарного показателя Zc от направления и расстояния до СРЗ. Экологическая опасность загрязнения почв ТМ оценивалась на основе сопоставления средних концентраций отдельных металлов в профиле с их ПДК [16].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Уровни содержания радиоактивного цезия и тяжелых металлов в фоновых почвах. Сложность оценки радиационной обстановки на территориях, подверженных влиянию радиационно-опасных объектов, заключается в наложении техногенных аномалий на природный фон ландшафтов, обусловленный в основном глобальными выпадениями искусственных радионуклидов.
Фоновые концентрации 137Сз в основных типах почв северо-запада Кольского полуострова (рис. 2) установлены с учетом статистических параметров распределения в верхних горизонтах почв, не подверженных влиянию СРЗ "Нерпа" и других источников радиационного загрязнения.
Бк/кг 60,—
50 40 30 20 10
Торфяные
Подзолы
Подбуры
Рис. 2. Распределение удельной активности 137Сб в различных типах почв. Квадратами показаны средние значения, ли
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.