Лекции_Общая геохимия

рода, что оказывает существенное влияние на воздушный бассейн не только района расположения ГРЭС, но, учитывая значительную мощность выбросов, и на прилегающие к этому району территории. Высокие дымовые трубы ГРЭС обеспечивают рассеивание загрязняющих веществ в ближайшей зоне до концентраций на уровне ПДК и ниже, но формируют при этом медленно убывающие с расстоянием приземные концентрации. Только на удалении 100-110 км от источника приземные концентрации снижаются до 5% их максимальной величины.

По отчетным данным ОАО «Березовская ГРЭС-1» количество выбросов вредных веществ и углекислого газа в атмосферу в 2000 году составило 6788515,6 т. Выход золошлаковых отходов за 2000 год составил 171193 т. Всего за прошедший период эксплуатации на золоотвалах накоплено 13112749 т золы.

221

Таблица 17. 4

Загрязнение природных сред при производстве энергии различными способами

222

волюция, развитие космической техники, электроники и теплоэнергетики в 5 -10 раз увеличили технофильность редки-

ядерного топлива, алюминия, апатитов, фосфорных удобрений и др. Сопоставление ежегодного мирового производства химических элементов не с

кларками, а известными запасами в земной коре показывает долю их извлечения из разведанных месторождений полезных ископаемых. По сравнению с запасами больше всего добывается Аи и углерода нефтей - около 10%, а также Pb, In, Li, Zn, F, W, P, S, Cu, Mo, Hg, Sb, Ba и Ag - 1—5%. В десятых долях процента извлекаются из запасов Сг, С, Ni, Fc, J, U, Al, Mn, В. Невелика доля извлечения К, Ti, Cl, Mg и Zr — 0,0n— 0,000n. По сравнению с добычей практически неисчерпаемы ресурсы Н, Na, Ca, Si, Br. Чрезвычайно низко по сравнению с

запасами (п. 10-3%) производство благородных газов. Как и технофильность, этот показатель меняется во времени из-за колебаний производства и изменения известных запасов каждого элемента.

Добыча элементов складывалась стихийно в зависимости от экономических условий, прогресса техники, находок месторождений и т.д. И все же очевидна регулирующая роль кларка. В будущем зависимость добычи от кларков, вероятно, станет еще более тесной, так как богатые месторождения быстро отрабатываются и со временем, как предп о- лагал А.А. Сауков, человечество перейдет к эксплуатации гранитов, базальтов и других горных пород, в которых содержания элементов близки к кларкам.

Технофильность можно рассчитывать для отдельной страны, группы стран, всего мира. Ее анализ позволяет прогнозировать использование элементов. Так,

технофильность Mg меньше, чем у Ca, Ba, Na, Cl, Cu, Pb, Zn, Sn, Ni, Mo, Hg. Это указывает на слабое использование Mg человечеством, на то, что в ближайшем будущем оно сильно возрастет. Различия в технофильности определяют изменение элементарного состава ландшафтов, накопление в них наиболее технофильных элементов. Впервые на это обратила внимание М.А.

(относительно Со) и т.д. Человечество "перекачивает" на земную поверхность химические элементы, сосредоточенные в гидротермальных и других глубинных месторождениях. В результате ландшафт обогащается Pb, Hg, Cu, Zn, Sb и другими элементами. По О.П. Добродееву, из недр ежегодно извлекается больше ряда химических элементов, чем вовлекается в биологический круговорот: Cd -

более чем в 160 раз, Sb150, Hg -110, Pb35, F -15, U- 6, Sn - 6, Cu -4, Mo - в 3

раза.

Помимо технофильности предложены и другие количественные характеристики техногенеза. Так, отношение технофильности элемента (с учетом содержания его в углях) к его биофильности (на суше) М.А. Глазовская назвала деструкционной

Sn - n.10, для многих других элементов Д < 1. Количество элемента, выводимое ежегодно из техногенного потока в природный, Н.Ф. Глазовский назвал

техногенным геохимическим давлением, отношение его к единице площади — модулем техногенного геохимического давления, измеряемым в т/км2. Например, модуль Р в Дальневосточном районе составляет 7,7.10-3т/км2, в Молдавии, где широко применяются фосфорные удобрения, - 8,2.10-1т/km2. Модуль К

224

колеблется от 8,2.10-3 в Западной Сибири до 2,1 т/км2 в южных районах России, т.е. в 250 раз. В бассейнах Черного, Азовского и Балтийского морей техногенное давление К и S превышает речной сток этих элементов, на реках других бассейнов отношение обратное, но во всех случаях масштабы техногенного давления и речного стока сопоставимы. Для всей поверхности суши наиболее велики модули

осадками и пылью (П.В. Елпатьевский и B.C. Аржанова) и др.

17.8. Техногенные геохимические аномалии.

По отношению к фону можно выделить несколько видов техногенных геохимических аномалий.

Виды техногенных аномалий. Выявление техногенных аномалий является одной из важнейших эколого-гeохимических задач при оценке состояния окружающей среды. Эти аномалии образуются в компонентах ландшафта в результате поступления ра з- личных веществ от техногенных источников и представляют собой некоторый объем, в пределах которого значения аномальных концентраций элементов (Са) больше фоновых значений (Сф). Сильные аномалии, контрастность которых составляет десятки и сотни единиц геохимического фона, выяв-

ляются и интерпретируются сравнительно просто. Для оценки слабых аномалий используются статистические критерии (правило трех стандартов и др.). Техногенные аномалии искусственных веществ (пестицидов и др.) выделяются в основном по санитарногигиеническим, а не геохимическим критериям.

Если техногенная аномалия имеет четкую пространственную и генетическую связь с конкретным источником загрязнения, то такая аномалия называется техногенным ореолом рассеянии. Они фиксируются главным образом в депонирующих средах почвах, донных отложениях, растениях, снежном покрове. В транзитных средах - воздухе, водах, частично донных отложениях, аномалии именуются техногенными потоками рассеяния.

По распространенности выделяются следующие техногенные аномалии: глобальные - охватывающие весь земной шар (повышенное содержание СО2 в

атмосфере, накопление искусственных радионуклидов после ядерных взрывов); региональные - формирующиеся в отдельных частях континентов, природных зонах и

областях в результате применения ядохимикатов, минеральных удобрений, подкисление атмосферных осадков выбросами соединений серы и др.;

локальные образующиеся в атмосфере, почвах, водах, растениях вокруг местных техногенных источников: заводов, рудников, скважин и т.д.

В качестве примера рассмотрим локальную техногенную аномалию на Ванко р- ском месторождении.

В результате открытых газоводопесчаных выбросов в районе скважин 1 и 2 Ванкорского месторождения образовались кратеры диаметром более 60 и 10 м соответственно, заполненные соленой водопесчаной пульпой. Вода в кратерах имеет хлоридный натриевый состав и минерализацию 15,8 – 39,4 г/л.

В более мелких кратерах, промываемых талово-дождевыми стоками, минерализация вод снижается и в августе 1991 г. она составляла 1,4-1,9 г/л.

Скважина 1 работала с выбросом гаэо-водо-песчаной смеси около 2,5 мес. В 1988 г. устье скважины представляло собой кратер диаметром 60 м, глубиной 4 м (зеркало воды

225

диаметром около 30 м). Выделение газа в кратере, близлежащих озерах и ручьях в радиусе 2,0 км от скважины не наблюдалось.

По истечении непродолжительного времени началось образование грифонов, которое после открытого выброса в скважине 2 стало более интенсивным. Через 2 года (в апреле 1990 г.)

площадь, в пределах которой фиксировались грифоны составила около 35 км2 (рис. 17.10). Летом разгрузка газов через грифоны активизируется и количество грифонов растет. В августе того же года зафиксировано распространение грифонов практически во всех направлениях от скв. 2. Замеры, проведенные приборами ШИ-3, ШИ-1О при скорости ветра 3-4 м/с., показали присутствие УВ в воздухе 3-4% вблизи не горящих грифонов.

Рис.17.10. Схема выходов газа в атмосферу на Ванкорсокй площади (по В.В.Турбину, Е.М.Сергию и др., 1990)

1-сосредоточенный выход газа, 2 - тоже рассеянный, 3 - техногенные кратеры на устьях скважин №1 и 2

Антропогенное озеро (воронка на устье скв. №1.)

Рис. 17.11. Антропогенные кратеры в районе скважин 1-3 Ванкорского месторождения.

В результате открытого фонтанирования скважин водо-песчаной смесью территория площадью около 1,5 км2 в районе скважин 1 и 2 покрылась толстой коркой песка с глиной (рис. 17.11).

Экологические последствия для атмосферы не изучены, их можно лишь прогнозировать приближенно по следующим причинам.

Во-первых, физические параметры аварийных выбросов количественно не охарактеризованы. Отсутствуют такие важнейшие данные, как состав и количество водопесчаной пульпы, выбрасываемых скважиной (мощность выброса), высота факела горящих УВ над уровнем земли, мощность выброса УВ (в условиях неуправляемого выброса этот параметр можно определить только визуально).

226

вотных Со и т.д. Вредные аномалии ухудшают состояние природной среды в результате появления повышенных концентраций токсичных веществ, отрицательно влияющих на живые организмы. Большинство техногенных ано-

малий относятся к этому типу. Нейтральные аномалии не оказывают влияния на качество окружающей среды (золото в банках, железо в городах и др.).

Полезные

Рис. 17.12. Типы техногенных геохимических аномалий по влиянию на окружающую среду

По среде образования техногенные аномалии делятся на литохимические (в почвах,

породах, строениях), гидрогеохимические (в водах), атмогеохимические (в атмосфере,

снеге), биогеохимические (в организмах). Последние подразделяются на фито-, зоо- и антропогеохимические аномалии.

228

Литохимические

Гидрогеохимические

Биогеохимические

Рис. 17.13. Типизация техногенных аномалий по среде образования

Как правило, техногенные аномалии образуются в нескольких компонентах ландшафта. По длительности действия источника загрязнения они делятся на: кратковременные (аварийные выбросы и т.д.), средневременные (с прекращением воздействия — разр а- ботка месторождений полезных ископаемых ), долговременные стационарные (аномалии заводов, городов, агроландшафтов).

Количественные показатели загрязнения. Одним из критериев аномальности служит коэффициент техногенной концентрации или аномальности Кс, представляю-

щий собой отношение содержания элемента в рассматриваемом аномальном объекте к его фоновому содержанию в компонентах ландшафта.

Техногенные аномалии обычно имеют полиэлементный состав, в связи с чем Ю .Е. Саетом предложен суммарный показатель загрязнения (Zc), характеризующий степень загрязнения ассоциации элементов относительно фона:

Zc = S Кс - ( n - 1),

где Кс — коэффициенты техногенной концентрации больше 1 (или 1, 5), n — число элементов с Кс > 1 (или 1,5). Суммарные показатели загрязнения рассчитываются для различных компонентов ландшафта - почв, снега, растений, донных отложений.

Для оценки воздействия количества поллютантов, поступающих в организм, используются также гигиенические нормативы загрязнения предельнодопустимые концентрации (ПДК). Это максимальное содержание вредного вещества в природном объекте или продукции (воде, воздухе, почве, пище), за определенный период еще не влияющее на з доровье человека или другие организмы. ПДК устанавливают для отдельных химических элементов и соединений.

Сильная дифференциация природного фона тяжелых металлов затрудняет разработку жестких критериев предельных уровней их содержания в ландшафтах. Н.Г. Зыриным и А.И. Обуховым показано, что основными факторами, влияющими на ПДК тяжелых металлов в почвах, являются их щелочно-кислотные свойства и содержание гумуса, оп-

229

ределяющие устойчивость почв к загрязнению этими элементами. Для кадмия и свинца зависимость между рН почв и ПДК почти линейная, т.е. в кислых и щелочных почвах их ПДК могут отличаться почти на порядок. Поэтому ПДК необходимо устанавливать для крупных почвенно-геохимических регионов, для геохимических ассоциаций почв М.А.

Загрязняющие вещества по опасности делятся на классы: I класс (высоко опасные) - - As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бензпирен, Zn; II класс (умеренно опасные) -В,

буют разработки более синтетических показателей оценки качества среды.

В практике эколого-геохимических исследований для оценки состояния среды используются ориентировочные оценки опасности загрязнения в аномальных

Таблица 17.6

Шкала оценки аэрогенных очагов загрянения (по Ю.Е. Саету и Б.Л. Ревичу)

17.9. Техногенные зоны выщелачивания и геохимические барьеры.

Техногенные зоны выщелачивания образуются при выщелачивании металлов из руд, о т- валов, хвостохранилищ. Эти вопросы изучает особая прикладная наука - геотехнология, которая во многом основана на данных геохимии. Примерно шестая часть меди в мире добывается методом выщелачивания. Применяется подземное выщелачивание

230