современные методы географических исследований

содержания элемента в сухом веществе организма к кларку биосферы, включает в себя данные о распространенности элемента не только в литосфере, но и части атмосферы, гидросфере и почвах (9).

Среди последних исследований кларков живого вещества наиболее известны данные X. Боуэна, В. В. Добровольского, А. Кабаты-Пендиас и Г. Пендиаса. Эти данные постоянно уточ- няются в результате применения более совершенных аналитических методов, расширения круга исследуемых видов, родов и семейств живых организмов. Особенно существенно могут уточ- няться кларки живого вещества некоторых токсичных, но малоизученных элементов — сурьмы, кадмия, ртути, мышьяка. В последнее время данные по этим элементам получают в ре- зультате осуществления программы глобального мониторинга природной среды.

Химический состав растений зависит от двух главных факторов: 1) ландшафтно- геохимического (экологического), определяющего геохимическую обстановку произрастания растений (уровни содержания элементов в питающей среде, формы нахождения, в том числе подвижные, доступные для растений); 2) генетического, определяющего биогеохимическую специализацию отдельных семейств, родов и видов растений в связи с их систематическим по- ложением и особенностями происхождения; в условиях повышенных концентраций элемен- тов в среде имеют значение и физиологические барьеры, или пороги поглощения. В рудных районах и техногенных ландшафтах с аномально высоким содержанием элементов в поч- вах, породах и водах концентрация элементов в растениях определяется главным образом первым фактором. В фоновых ландшафтах наряду с экологическими условиями важное значе- ние приобретает генетический фактор.

Кларки литосферы, гидросферы и живого вещества постоянно уточняются и детализиру- ются для отдельных районов, типов горных пород, классов вод и систематических групп рас- тений. Публикуются сводки геохимических данных по этим средам. Получены новые мате- риалы о распределении в природных компонентах не только различных химических элемен- тов, но и их соединений — пестицидов, полихлорбифенилов, полициклических ароматических углеводородов и др. Техногенная природа этих соединений определяет их высокие концентра- ции в природных средах развитых стран, прежде всего США и Западной Европы, промыш- ленных городов и районов интенсивного земледелия. Например, установлено, что содержа- ние полихлорбифенилов в этих районах на два порядка и более выше, чем в фоновых условиях Антарктиды, Арктики, Новой Зеландии, Исландии.

Однако наряду с достоинствами (массовость, сопоставимость и др.) метод кларков имеет

иряд недостатков, прежде всего связанных с излишней обобщенностью данных, полученных в результате их статистической обработки, а самое главное — отсутствием целостного подхода к таким сложным системам, какими являются природные ландшафты. Поэтому при проведении фонового геохимического мониторинга данные, полученные с помощью метода кларков, должны сочетаться с выделением и детальным изучением ландшафтно-геохимических систем

иих геохимической структуры.

Геохимическая структура ландшафта (R, L-анализ). Методологической базой геохимии ландшафтов является системный подход, основы которого в виде сопряженного анализа хи- мического состава компонентов ландшафта и связей между ландшафтами заложены тру- дами Б. Б. Полынова и его учеников. Среди природных ландшафтно-геохимических систем по

уровням организации и тесноте обратных связей традиционно выделяются элементарные и сложные, каскадные системы.

Б. Б. Полынов показал, что системообразующую роль в сопряженных элементарных ландшафтах играют потоки вещества и энергии, миграция химических элементов. По условиям миграции выделяются элювиальные (автономные) и подчиненные элементарные ландшафты. К

автономным относятся поверхности водораздельных пространств с глубоким залеганием грунтовых вод. Вещество и энергия поступают в ландшафты из атмосферы и через нее. В понижениях рельефа образуются подчиненные — супераквальные (надводные) и субакваль- ные (подводные) элементарные ландшафты, в которые с водоразделов сносятся продукты поч- вообразования и выветривания. Помимо супер- и субаквальных ландшафтов, выделяются тран- сэлювиальные (верхние части склонов), элювиально-аккумулятивные (нижние части склонов и сухие ложбины) и аккумулятивно-элювиальные (местные депрессии с глубоким уровнем

61

грунтовых вод) элементарные ландшафты.

Важнейшим фактором дифференциации веществ в ландшафтах являются геохимические барьеры — такие участки биосферы, где на коротком расстоянии происходит резкое умень- шение интенсивности миграции химических элементов и как следствие — их концентрация (20). Геохимические барьеры широко распространены в ландшафтах, на них нередко образуют- ся аномальные концентрации элементов, что важно учитывать при поисках руд и проведении мероприятий по охране окружающей среды от загрязнения.

Геохимическая контрастность различных блоков, ярусов, компонентов, подсистем ланд- шафта указывает на то, что для ландшафта в целом трудно оперировать понятием геохими- ческий фон, выраженным только средним содержанием для каждого химического элемента. Для отдельных блоков ландшафтно-геохимических систем (генетических горизонтов почв, растений, почвообразующих пород и т. д.) характерен свой геохимический фон. Различным ландшафтно-геохимическим системам присущи свои зональные, провинциальные и местные особенности. Поэтому для целостной характеристики фонового состояния элементарных и кас- кадных ландшафтно-геохимических систем предложено понятие фоновая геохимическая структура, под которой понимается соотношение между различными подсистемами ландшафта, выраженное, например, набором ландшафтно-геохимических коэффициентов — радиальной и латеральной миграции, биологического поглощения и др.

Фоновая геохимическая структура складывается из радиальной и латеральной структур, характеризующих соответственно вертикальную и горизонтальную (склоновую) дифференциа- цию ландшафтов. В зависимости от сочетания зональных и азональных факторов фоновые территории отличаются определенными радиальными и латеральными структурами. В пределах одной природной зоны и подзоны обычно имеется несколько вариантов таких структур. Именно поэтому для ландшафтов и почв расчет глобальных кларков или кларков крупных ре- гионов хотя и имеет определенное значение, но не отражает сложной картины пространственно- го распределения химических элементов и соединений в этих системах. Т. е. в рамках этого методического подхода основное значение приобретает не столько уровень содержания элемен- та в почвах, растениях, водах (метод кларков), сколько типы перераспределения и взаимосвязи элементов между подсистемами и компонентами фоновых ландшафтов. Нарушение фоновых (типичных) соотношений может указывать на техногенное или рудогенное воздействие на ландшафт.

Р а д и а л ь н а я г е о х и м и ч е с к а я с т р у к т у р а л а н д ш а ф т а (R-a н а л- и з). Первым этапом ландшафтно-геохимического анализа территории является изучение гео- химической дифференциации вертикального профиля различных элементарных ландшафтов. Обычно элементарные ландшафты рассматриваются как достаточно сложные системы, со- стоящие из радиально взаимодействующих подсистем типа порода — почва, почва — растения, почва — воды, атмосфера — растения — почва и др. При этом радиальная геохимическая структура ландшафта характеризуется рядом геохимических коэффициентов (R-анализ).

Так, для характеристики накопления или выноса элементов в генетических горизонтах почв относительно почвообразующих пород используются коэффициенты радиальной диффе- ренциации R, представляющие собой отношение содержания (валового или подвижного) хими- ческого элемента в том или ином генетическом горизонте почвы к его содержанию в почво- образующей породе. В каждом горизонте профиля обычно имеются несколько групп элемен- тов с различной радиальной дифференциацией, например сильного накопления (R>5), сред- него накопления (R = 2—5), выноса (R <; 1) и т. д. Эти группы или образуемые ими ряды в первом приближении отражают радиальную почвенно-геохимическую структуру элементарно- го ландшафта.

Радиальная почвенно-геохимическая дифференциация зависит от строения почвенного профиля, механического и минералогического состава почв, распределения органического ве- щества, карбонатов, солей, окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, присутствия геохимических барьеров. Концентрация химических элементов на барьерах мо-

жет во много раз превышать их средние содержания в соседних горизонтах или вмещающем их горизонте.

Сильно отличается распределение валовых и подвижных форм химических элементов.

62

Валовые формы дифференцированы, как правило, менее сильно, чем подвижные, извлекаемые из почв различными растворителями. Из-за своей доступности растениям и животным важ-

нейшее значение для определения степени и характера загрязнения природной среды имеет изучение подвижных форм нахождения и миграции химических элементов. Среди ток-

сичных элементов и соединений именно они представляют наибольшую опасность для здоровья человека. Поэтому становится понятной важность изучения их распределения в фоновых ландшафтах, что является одной из главных, но пока еще нерешенной задачей фонового гео- химического мониторинга. Основные сведения о содержании и распределении подвижных форм тяжелых металлов в почвах и ландшафтах получены в химии почв и геохимии ланд- шафтов.

Другой важной, составной частью радиальной структуры ландшафтов является взаимо- действие в системах типа литосфера — растительный покров, почва — растения, порода — почва — растения и т. п. Их изучение позволяет установить основные «фоновые» типы связей между живыми организмами и окружающей средой, что дает возможность определять степень их нарушения в техногенных условиях.

Конкретным методом оценки интенсивности биологического поглощения элементов живы- ми организмами, в основном растениями, является сопоставление их содержания в золе расте- ний с содержанием в питающей среде — породах, почвах, водах. Предложенный Б. Б. Полыно-

вым показатель А. И. Перельман назвал коэффициентом биологического поглощения (Аx):

Аx = nl ,

где l — содержание элемента в золе растений, п — содержание этого же элемента в почвах.

В литературе встречаются разные обозначения (К6, КБП) и модификации этого коэффи- циента. Так, А. Л. Ковалевский (13) отношение содержания элемента в золе растений к поч- вам, на которых эти растения произрастают, назвал растительно-почвенным коэффициентом, к содержанию в водах — растительно-водным, а к газообразным формам элементов в подземной атмосфере — растительно-газовым коэффициентом.

Соотношение минеральных форм элементов в растениях и почвах отражает как бы по- тенциальную биогеохимическую подвижность элементов. Актуальную доступность элементов растениям и степень использования ими подвижных форм элементов, содержащихся в почве, ха-

рактеризует сравнение состава сухого вещества растений и подвижных форм элементов (воднорастворимых, солевых, органоминеральных), извлекаемых из почв слабыми растворите-

лями. Это отношение предлагается назвать коэффициентом биологической подвижности (Вх),

который у большинства элементов обычно значительно выше, чем Ах, рассчитанный для ва- ловых содержаний.

Кроме биофильности, общей и специальной биогенности (Бо, Бс), потенциальной и ак- туальной биогеохимической подвижности, характеризуемых коэффициентами Ах и Вх име- ется ряд других общих и частных показателей. Например, М. А. Глазовской (7) предложены

коэффициент биогеохимической активности KB — отношение потребления элемента жи-

вым веществом в год к его выносу с ионным стоком с континентов в океан или из крупных речных бассейнов; коэффициент деструкционной активности Ка — отношение поступления элемента в биосферу (добыча, складирование) к потреблению растительностью и др.

Л а т е р а л ь н а я г е о х и м и ч е с к а я с т р у к т у ра ( L - а н а л и з ) . Для установле- ния основных особенностей пространственной геохимической структуры (L-анализ) терри- тории базовыми являются локальные каскадные системы — ландшафтно-геохимические (почвенно-геохимические) катены, представляющие собой сопряженные ряды ландшафтов или почв, располагающиеся на одном склоне.

В зависимости от сложности литогенного субстрата почвенно-геохимические катены делятся на монолитные и гетеролитные. Монолитные катены, развитые в самых маленьких водосборных бассейнах 1—2-го порядков, где геохимия долин практически полностью опре- деляется миграцией веществ из автономных ландшафтов, называются автохтонными или геохимически подчиненными катенами. В каскадных системах высоких порядков, т. е. более крупных рек, все катены, как правило, гетеролитны, в них поступает вещество из дру- гих ландшафтов, и они называются геохимически слабоподчиненными или аллохтонными

63

катенами (6).

В этих видах катен геохимические исследования направлены на решение различных задач. Монолитные катены являются удобными объектами для изучения латеральной ми- грации элементов в каскадных ладшафтно-геохимических системах, характеризуемой с по- мощью коэффициента местной миграции Км, представляющего собой отношение содержания элемента в почвах подчиненных ландшафтов к его содержанию в почвах и коре выветри- вания автономных ландшафтов. Только в монолитных катенах возможен расчет Км без по- правки на литогеохимическую неоднородность. Поэтому современную миграцию и кон- центрацию элементов в ландшафтах целесообразно изучать в районах с относительно про- стым геологическим строением, особенно с рыхлыми покровными отложениями однород- ного литологического состава. На гетеролитном субстрате миграция элементов маскиру- ется геохимической спецификой почвообразующих пород, и поэтому анализ Км с позиций только латерального переноса методически не оправдан. В этом случае такие показатели сле-

дует называть коэффициентами латеральной дифференциации или контрастности (L).

Подобно тому, как радиальная геохимическая структура отражает характер взаимодей- ствия и соотношения между компонентами и блоками элементарных ландшафтов, латеральная структура характеризует отношения в геохимически сопряженных каскадных системах раз- личных уровней (катенах, водосборных бассейнах и т. д.). Она определяется типом авто- номных ЭЛГС, соотношением радиальной и латеральной миграции веществ, формами мигра- ции элементов и присутствием латеральных геохимических барьеров на пути движения веществ.

Обширные материалы по оценке латеральных структур ландшафтов различных природных зон содержатся в работах 11, 15.

Анализ радиальной и латеральной геохимической структуры ландшафтов является ве- дущим методом геохимии ландшафтов, лежащим в основе практически всех фундаментальных и прикладных ландшафтно-геохимических исследований.

Биогеохимические циклы элементов. Биогеохимический подход к анализу живого ве- щества, основанный на идеях В. И. Вернадского, заключается в первую очередь в сопостав- лении химического состава живых организмов с составом других природных систем — гор- ных пород, почв, вод, атмосферного воздуха. Это создает возможности для системного анали- за биологического круговорота химических элементов, биогеохимических циклов в ландшафтах и биосфере в целом. Другой путь познания миграционных циклов элементов в природных систе- мах — детальное изучение баланса химических элементов в системах различного уровня, от локального до глобального. В настоящее время модели круговорота веществ лучше разработа- ны для первого (элементарные ландшафты, катены) и последнего уровней (биосфера).

Для элементарных ландшафтно-геохимических систем модели разрабатываются на осно- ве информации, получаемой при стационарных исследованиях. Модели глобальных биогеохи- мических циклов элементов носят пока еще ориентировочный характер. И в том и в другом слу- чае значительно более полная информация имеется о циклах макроэлементов — кислорода, азота, углерода, фосфора, серы. Циклы микроэлементов, пестицидов и других органических веществ (полициклических ароматических углеводородов — ПАУ, полихлорбифенилов и др.) изучены еще слабо. В целом ряде случаев данных недостаточно для описания полного ми- грационного цикла каких-либо элементов и соединений в природной системе. Тогда важ- ное значение имеют многолетние или сезонные ряды наблюдений за теми или иными сре- дами, особенно имеющими высокую динамичность и вариабельность (воздух, вода).

Таким образом, можно выделить два направления исследования состояний ландшаф- тов. Первое из них пользуется как бы методом кларка, но с учетом временных изменений параметров. Это методическое направление в целом преобладает сейчас при осуществ-

лении программы фонового геохимического мониторинга в биосферных заповедниках и на станциях мониторинга. Выполнен очень большой объем измерений различных показателей, в ряде случаев показаны их динамические колебания в зависимости от природных и техно- генных факторов. В этих исследованиях обычно слабо учитываются пространственная диф- ференциация параметров, механизмы миграционных процессов и потоки веществ между блоками и компонентами ландшафта. Одним из наиболее детальных исследований, осуще-

ствленных Лабораторией природной среды и климата совместно с кафедрой геохимии

64

ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ в некоторых биосферных заповедниках и фоновых станциях бывшего СССР и отдельных стран Восточной Европы,

такого рода является фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов

— группы приоритетных загрязнителей (22).

Второе направление — это анализ фонового функционирования ландшафта на основе изучения потоков и балансов вещества и энергии, биогеохимических круговоротов эле- ментов. Это направление исследований не является специфическим для геохимии ландшаф- тов и, пожалуй, наибольшее развитие получило в экологии, биогеоценологии и почвоведе- нии, где установлены фундаментальные закономерности энергетических и биогео- химических циклов на локальном и глобальном уровнях.

Среди исследований, выполненных за рубежом, следует отметить работы Р. Уиттекера, Ю. и Г. Одумов, а также работы отечественных ученых — основателей биогеоценологии — В. Н. Сукачева — и радиоэкологии — Н. В. Тимофеева-Ресовского, а также Н. И. Базилевич, А. А. Титляновой, Т. Г. Гильманова и др., в которых большое значение уделяется ландшафтно- экологическому подходу. Современные экология и биогеоценология, представляющие собой учения об экосистемах (биогеоценозах), исследующие их структуру, функционирование и эво- люцию, весьма близки по объекту и методам геохимии ландшафтов, в которой существен- ный акцент делается на пространственных закономерностях миграции и концентрации химиче-

ских элементов в биосфере и наряду с анализом биогеохимических циклов и вещественного состава живых организмов большое внимание уделяется изучению геохимии биокосных компо- нентов — почв, донных осадков, континентальных отложений, кор выветривания.

Таким образом, на стыке наук геологического, географического и биологического циклов

—геохимии, ландшафтоведения, почвоведения, экологии и биогеоценологии, особенно их раз- делов, занимающихся изучением потоков вещества в биосфере Земли, в настоящее время сформировалось особое научное направление, имеющее один объект изучения — экосистему, биогеоценоз, элементарный почвенный ареал, элементарный ландшафт и их сочетания в пространстве (катены, урочища, ландшафты и т. д.), близкие методологию и методику иссле- дований.

По-видимому, именно этот блок естественнонаучных направлений и составляет сейчас основу биогеохимии. Ее основоположник В. И. Вернадский писал, что биогеохимия как наука о поведении вещества в биосфере имеет три основных аспекта приложения. Биоло- гический аспект важен для познания явлений жизни на атомарном уровне и их влияния на ис- торию земных химических элементов. Именно эта часть биогеохимии занимается в основном биогеохимическими циклами и круговоротами веществ. Геологический аспект (а, по- видимому, и географический) биогеохимии существен для познания среды жизни, условий ми- грации химических элементов, в том числе и биогенного происхождения, в биосфере. Третий, прикладной аспект биогеохимии В. И. Вернадский связывал с изучением биогеохимической дея- тельности человечества, масштабы которой все время возрастали в течение XX в. Поэтому сейчас становится ясно, что биогеохимия — это не часть геохимии, как считал В. И. Вернадский, и даже не особая наука, а метанаука, охватывающая целый ряд фундаментальных наук и в

свою очередь представляющая часть еще более грандиозной науки или скорее мировоззрения

—учения о биосфере.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ГЕОХИМИИ ЛАНДШАФТОВ ПРИ ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Основной областью применения методов геохимии ландшафтов в настоящее время стало решение проблем окружающей среды, в частности выявление кризисных экологиче- ских ситуаций путем оценки загрязнения ландшафтов. Ландшафтно-геохимические мето- ды используются на всех стадиях оценки состояния локальных и региональных природно- антропогенных геосистем. На региональном уровне такие оценки включают в себя сле- дующие блоки:

—оценку природного геохимического фона региона;

—анализ геохимического влияния сельского хозяйства на природные геосистемы;

65

—оценку состояния и степени загрязнения промышленных центров, влияния горно- добывающего производства на природную среду;

—комплексное эколого-геохимическое картографирование и районирование терри-

тории по степени загрязнения, ответным реакциям и устойчивости природных геосистем к техногенным воздействиям.

Среди перечисленных блоков эколого-геохимического анализа любой территории осо- бенно важно изучение геохимического состояния городов, выделяющихся на природном и агротехногенном фоне как центры концентрации веществ, поступающих в них с транс- портными потоками, что ведет к формированию техногенных аномалий в различных средах. Сами города выступают как мощные источники техногенных веществ, включаю- щихся в региональные миграционные циклы.

Во многих городах бывшего СССР и других стран экологическая ситуация близка к критической, поэтому оценки состояния городов приобрели в последние годы особую ак- туальность. На примере эколого-геохимических оценок городов рассмотрим основные мето- ды геохимии окружающей среды.

Методология и методика оценки эколого-геохимического состояния промышленных и урбанизированных зон приводятся в целом ряде отечественных и зарубежных работ. В

нашей стране методологические принципы геохимического изучения городов разработаны под руководством Ю. Е. Саета на примере Москвы, Ялты, Владикавказа, Симферополя и др. (5). Ландшафтно-геохимические исследования, в целом находясь в русле сущест- вующих методических подходов геохимии окружающей среды, направлены на анализ и

более пристальное изучение пространственной дифференциации природных и антропогенных ландшафтов, факторов загрязнения и «самоочищения» ландшафтов, радиальной и латеральной структуры антропогенно измененных ландшафтов, процессов их трансформации под влиянием техногенеза, устойчивости к загрязнению, на разработку методов эколого-геохимического кар- тографирования и создания компьютерных экологических атласов загрязнения. К настоящему времени коллективом кафедры геохимии ландшафтов географического факультета МГУ вы- полнены эколого-геохимические оценки Тольятти, Калининграда (Московская обл.), некоторых районов Москвы, Магнитогорска, Братска, Геленджика, а за рубежом — Улан-Батора (Монголия), Моа (Куба), Иновроцлава (Польша). Рассмотрим подробнее основные блоки эко- лого-геохимической оценки городской среды.

Оценка геохимического фона и природного потенциала города. Эти исследования необхо-

димы для расчета контрастности техногенных аномалий в городской среде и направлены на по- лучение детальной информации о региональной литогеохимической и биогеохимической специа- лизации эталонных фоновых участков, расположенных вне зоны влияния промышленного и сельскохозяйственного загрязнения, об их радиальной и латеральной геохимической структу- ре, выраженной в виде системы ландшафтно-геохимических коэффициентов и моделей. Общие

закономерности геохимической структуры фоновых районов основных природных зон СНГ рассмотрены в предыдущем параграфе и детально изложены в книге «Ландшафтно- геохимические основы фонового мониторинга природной среды» (15).

Следует отметить, что при выборе фоновых эталонов нужно учитывать значительный ра- диус загрязнения вокруг промышленных центров, нередко достигающий нескольких десятков километров. Другое важное условие — учет регионального загрязнения природной среды сель- скохозяйственным производством — требует особенно тщательного подхода к изучению фоно- вого состояния ландшафтов. При экологической оценке городов исследованию фоновой геохи- мической структуры территории уделялось, как правило, значительно меньшее внимание.

Факторы загрязнения и самоочищения городской среды оцениваются с учетом климатиче- ских, геолого-геоморфологических, биологических и собственно ландшафтно-геохимических особенностей территории. В целом такой подход основывается на представлениях М. А. Глазов- ской (7) о технобиогеомах — ландшафтно-геохимических территориальных системах со сходной ответной реакцией на определенные виды техногенного воздействия. Для регионального и ло- кального уровней одним из первых опытов подобного подхода является анализ природных фак- торов загрязнения и самоочищения ландшафтов, выполненный в Среднем Поволжье и Тольятти (17) . Схема подобного анализа включает в себя общую физико-географическую,

66

зонально-провинциальную и ландшафтную характеристику территории, оценку факторов за- грязнения и самоочищения ландшафтов (миграции и концентрации веществ, их трансформа- ции и нейтрализации), устойчивости биотических компонентов и экосистем в целом к ант- ропогенным воздействиям. Важное место в этом анализе занимают экспериментальные иссле- дования устойчивости отдельных компонентов к различным видам техногенных нагрузок, позволяющие прогнозировать их состояние.

Техногенные источники загрязнения. Геохимическое состояние городской среды наряду с природными условиями определяется количеством техногенных источников, находящихся на территории города, их мощностью и качественным составом загрязняющих веществ. Наиболее опасная экологическая ситуация складывается в крупных промышленных центрах, где проис- ходит кумулятивное воздействие различных видов производств, транспорта, муниципальных и других отходов на природную среду и человека. Главными источниками загрязнения являются неутилизированные промышленные и коммунально-бытовые отходы, содержащие токсичные химические элементы. Особенностью городов является наложение полей загрязнения различ- ных производств и видов хозяйственной деятельности и формирование полиэлементных техно- генных геохимических аномалий в компонентах городского ландшафта (воздухе, снежном, почвенном и растительном покровах, поверхностных и грунтовых водах).

Инвентаризация техногенных источников загрязнения городской среды включает анализ отраслевой и пространственной структур производства и эмиссии загрязняющих веществ в го- родскую среду, т. е. количества и состава выбросов, стоков и отходов, установление зон потен- циального загрязнения города и в конечном итоге оценку природоемкости основных произ- водств.

Техногенные отходы подразделяются на жидкие и твердые (преднамеренно собираемые и депонируемые, т. е. накопляемые), стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков, содержащих твердые взвешенные частицы) и выбросы (рассеяние в атмосфере за- грязняющих веществ в твердой, жидкой и газообразной формах). Для целей импактного мони- торинга техногенные отходы делятся на организованные — поступающие в окружающую среду через специальные устройства (трубы, факелы, очистные сооружения, шламонакопители, отва- лы), поддающиеся контролю,— и неорганизованные (утечки и выбросы загрязняющих веществ в системах трубопроводов, канализации, при авариях, перевозке отходов и т. д.), постоянный контроль которых затруднен.

С выбросами и стоками в окружающую среду крупного промышленного города поступа- ют ежегодно сотни тысяч и даже миллионы тонн загрязняющих веществ. Особую опасность представляют отходы с высокими концентрациями химических элементов и их соединений, иног- да в сотни и тысячи раз превышающими их средние содержания в биосфере.

По объему выбросов одно из первых мест занимают автотранспорт и теплоэнергетика, поставляющие в атмосферу продукты сгорания ископаемого топлива (угля, нефти, газа) и их производных (мазута, бензина и др.). Основными загрязнителями при этом являются оксиды углерода и азота, сернистый ангидрид, пыль, нефтепродукты, токсичные тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть, цинк и др.) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Особенно высоки концентрации тяжелых металлов в выбросах и осадках очистных со- оружений гальванических производств, где концентрация кадмия, висмута, олова и серебра в тысячи, а свинца, меди, хрома, цинка и никеля — в сотни раз выше кларков литосферы. Высокими кларками концентрации характеризуются также предприятия по переработке цвет- ных металлов, машиностроительные и металлообрабатывающие заводы, инструментальные цехи, пыль которых отличается самой широкой ассоциацией загрязнителей — к ним относятся вольфрам, сурьма, кадмий, ртуть (тысячи КК), свинец, висмут, олово, медь, серебро, цинк и мышьяк (сотни и десятки КК). Отдельные производства имеют свои специфические загрязни- тели (сварка и выплавка спецсплавов — марганец; переработка лома цветных металлов — мышь- як; металлообработка — ванадий; производство никелевого концентрата — никель, хром, ко- бальт; алюминия — алюминий, бериллий, фтор и др.) (5).

Нефтеперерабатывающая, нефтехимическая промышленность поставляет в окружаю- щую среду главным образом газообразные соединения (оксиды азота, углерода, диоксид се- ры, углеводороды, сероводород, хлористые и фтористые соединения, фенолы и др.), содержа-

67

ние которых иногда в десятки и сотни раз превышает их предельно допустимые концентрации (ПДК) в атмосфере. Некоторые химические производства, кроме газов, поставляют в среду многие микроэлементы (коксохимическое производство — ртуть — n ·1000 КК; лакокра- сочные изделия — ртуть, кадмий — n · 1000 — n ·10 000 КК; производство синтетического каучука — Crn · 100 КК). Заводы по производству фосфорных удобрений сопровождают высо- кие уровни загрязнения фосфором, редкими землями, стронцием, фтором; азотных удобрений

— соединениями азота и т. д.

Серьезную экологическую опасность для водоемов представляют целлюлозно-бумажные комбинаты, требующие значительных количеств воды, и со стоками которых в водоемы по- ступают фенолы, сероводород и другие органические загрязнители.

Стройиндустрия отличается в целом меньшими концентрациями химических элементов в отходах. Среди предприятий строительных материалов значительной техногенной нагрузкой на среду выделяются цементная промышленность, производство огнеупорного кирпича и теплоизоля- ционных изделий, в пыли которых содержание сурьмы, свинца, серебра, иногда гафния и ртути достигает сотен КК.

По степени концентрации и комплексу химических элементов-загрязнителей коммунально- бытовые отходы (бытовой мусор, канализационные осадки, илы городских очистных соору- жений) не уступают промышленным отходам. Особенно высокие концентрации химических элементов характерны для выбросов мусоросжигательных заводов, являющихся, таким обра- зом, вторичными источниками загрязнения в городах. Концентрация серебра, кадмия, олова в пыли с электрофильтров одного из таких заводов составляет более 1000 КК, свинца, цинка, сурьмы, хрома — от 100 до 500 КК (5).

Осадки сточных вод городской канализации накапливаются на полях аэрации на ок- раине города и обычно используются как удобрения. Однако сильная обогащенность этих осадков многими токсичными металлами (в среднем серебро — 1000 КК, кадмий — 300 КК, висмут, цинк, медь, хром и др.— десятки КК) требует большой осторожности при их при- менении в сельском хозяйстве.

Свалки также являются вторичными источниками загрязнения окружающей среды. На некоторых из них за многие годы накапливаются большие массы разнообразных бытовых, а иногда и промышленных отходов. Грунты свалок и высачивающийся из толщи отходов фильт- рат обогащены в десятки и сотни раз по сравнению с фоновыми почвами цинком, медью, оловом, серебром, свинцом, хромом и другими элементами. Развеивания материала свалок и просачивание стоков ведут к загрязнению окружающих почв, поверхностных и подземных вод.

Нередко свалки расположены в черте города и создают реальную опасность для окружающей среды, особенно в результате их спонтанного возгорания.

Большое число и неравномерность размещения техногенных источников в сочетании с природными условиями создают сложную картину геохимических полей и аномальных зон на территории промышленных городов. Поэтому инвентаризация техногенных источников — одна из важнейших и первоочередных задач при эколого-геохимических оценках состояния городов.

Ландшафтно-геохимический анализ. Этот подход имеет наибольшее значение при оценке экологического состояния городской среды и связан с изучением конкретного распределения загрязняющих веществ в природных средах. Для каждого компонента ландшафта, где проис- ходит депонирование,— снега, почв, растений — применяются свои способы исследований.

А т м о т е х н о г е н н о е з а г р я з н е н и е с н е ж н о г о п о к р о в а . Снегохими- ческие съемки, проведенные в Тольятти, Братске, Магнитогорске, Москве, Улан-Баторе, ука- зывают на существование двух видов техногенных аномалий, связанных с влиянием про- мышленности и хозяйства города на окружающую среду. Локальные аномалии в снежном покрове позволяют достаточно точно индицировать пространственную дифференциацию про- дуктов техногенеза и выявлять техногенные источники. В их пределах можно количественно оценить массу выпадающих на поверхность земли веществ техногенного происхождения. Точ- ность индикации источников по снежному покрову зависит от их количества, мощности и про- странственного расположения в городе. В химическом составе снега как аккумулятивном ин-

дикаторе отражается техногенная специализация промышленных зон либо отдельно стоящих источников. Для более точной индикации конкретных производств можно использовать ана-

68

лиз специфических веществ, выбрасываемых предприятиями при определенных технологиче- ских процессах.

Так, при оценке влияния тепловых станций, заводов черной металлургии и некоторых дру- гих предприятий на окружающую среду хорошим индикатором являются полициклические аро- матические углеводороды (ПАУ), например такие известные канцерогены, как 3, 4-бензпи- рен (БП), 1,12-бензперилен и другие, образующиеся при сгорании ископаемого топлива. Наибо- лее сильное загрязнение ПАУ, в частности БП, установлено в городах с мощной металлургиче- ской и химической промышленностью, тепловой энергетикой и интенсивным автотранспортом. Среди городов особо опасным уровнем загрязнения БП выделяются Красноярск, Липецк, Но- вокузнецк, Череповец, Актюбинск, Братск. Исследования последних лет показали, что БП и другие ПАУ опережают тяжелые металлы по степени контрастности техногенных аномалий. Так, в 68 наиболее загрязненных городах СНГ БП занимает первое и второе места среди при- оритетных загрязнителей в 84% случаев (19) . Для определения ПАУ в природных средах используются спектрофлуориметрические и хромато-масспектрометрические аналитические способы.

Региональные аномалии в снежном покрове формируются в результате суммарного воз- действия города или агломерации городов на окружающую среду, при этом город рассматри- вается практически как точечный источник загрязнения. В отдельных регионах площадь за- грязненного снежного покрова превышает 100000 кв. км (Московская область, Донецко- Криворожский район). Среди других региональных аномалий выделяются по площади Куз- басс, Иркутско-Черемховский и Свердловский ТПК (19). Радиус воздействия по некоторым наиболее подвижным компонентам (диоксиды серы и азота, аммиак и др.) достигает 40—50

км (рис. 10).

Б и о г е о х и м и я г о р о д с к о й среды. Загрязнение городов индицируется также растениями через морфологические, продукционные, физиологические и биогеохимические от- ветные реакции на техногенное загрязнение атмосферы, воды и почв токсичными вещест- вами (18) . Биогеохимическая оценка включает определение уровней содержания тяжелых ме- таллов и других поллютантов в растениях города относительно регионального биогеохими- ческого фона, выбор индикаторных видов и органов растений для опробования, выявление ареалов загрязнения растений вокруг промышленных и коммунальных источников.

Рис. 10. Атмосферная поставка NH4+ в ландшафты, прилегающие к городу Тольятти за зимний период 1986— 87 гг.

69