Результаты проведенных исследований.

Латеральная литогеохимия. Проведенный анализ данных состава трех выборок (I-II-III) с помощью программы Statistica 10.1 (Basic Statistics and Tables) позволил установить следующие особенности:

· небольшой фактический размер «ящика» относительно длинный «верхний ус» (максимальное значение), позволяют говорить о постоянном притоке или избыточном наличии поллютанта в системе (характерно для всех исследуемых элементов (Zn, Cu, As и Pb), кроме Fe).

· увеличение фактического размера «ящика» от зоны I к зоне III, свидетельствует об уменьшении контрастности аномалии и увеличении однородности и гомогенности геохимического поля, что является косвенным доказательством ассимиляции оказываемого техногенным телом геохимического воздействия.

Анализ полей корреляции показывает, что зависимость между переменными (Cu- Zn, Zn-Pb, Cu-Pb и др.) близка к линейной и выделение скрытых факторов методом главных компонент возможно.

Для выделения ассоциаций химических элементов, идентификации геохимического «портрета» выделяемых зон, а также установления их происхождения могут быть использованы методы многомерного статистического анализа и, в частности, метод факторного анализа.

При отборе значимых факторов, используя критерий «осыпи», было установлено, что значимыми являются два фактора в оценке каждой из выборок. Для оптимизации факторных нагрузок (повышение контрастности), используется способ вращения факторных осей varimax, который сводится к поиску максимума «дисперсии» квадратов факторных нагрузок.

По результатам проведенного ФА выборок по трем частям санитарно-защитной зоны современного геологического объекта, сложенного техногенным грунтом, был установлен тренд «очищения» геохимического поля (от зоны I к зоне III), заключающийся во включении в явно техногенные ассоциации (Zn-Pb-Cu) природных элементов или объединение техногенных с природными средообразующими элементами (Pb-Fe) (рис. 4).

Литогеохимия радиальная. По результатам проведенного исследования однородности внутреннего сложения техногенного тела золошлакоотвала, можно сделать заключение об определенной степени стратиграфической однородности и отсутствии визуальных признаков дифференциации профиля.

Радиальная геохимическая структура геологического тела золошлакоотвала и подстилающих грунтов представляет собой относительно контрастную систему (рис. 5):

· поверхностный пик (от 0-10 см до 30-50 см) может быть связан с началом процесса почвообразования и накопления органического вещества, являющегося хорошим адсорбентом тяжелых металлов и металлоидов;

Рис. 4 Диаграммы распределения факторных нагрузок элементов в геохимическом поле различных зон СЗЗ золошлакоотвала.

 

· пик, установленный в горизонтах отбора от 65-70 см до 100-110 см, может быть обусловлен процессами лессиважа (радиальной миграции тонкой твердой фазы), имеющими место на территориях золо- и золошлакоотвалов [9];

· пик, установленный в горизонтах отбора от 130-150 см до 350-400 см, связан с водонасыщенным горизонтом и возможными процессами вторичной адсорбции подвижных форм из вышележащих горизонтов, о чем свидетельствует данные анализа (высокие значения) подвижных форм тяжелых металлов в золошлаковом материале (ацетатно-аммонийный буфер, рН 4,8) (табл. 1).

Рис. 5 Схема латеральной дифференциации геологического тела золошлакоотвала и подстилающих грунтов.

Таблица 1

Результаты определения содержания подвижных форм тяжелых металлов в золошлаковом материале.

Показатель	Fe	Mn	Cu	Zn	Pb	Co	Ni	Cr	Cd
медиана	13,3	0,22	38,1	3,60	0,18	0,012	0,03	0,03	0,015
квартиль 25%	10,8	0,20	28,3	1,80	0,18	0,011	0,02	0,02	0,013
квартиль 75%	16,6	0,28	72,5	15,43	0,77	0,018	0,08	0,04	0,027

 

Целью проведенного рентгено-фазового качественного анализа являлась идентификация различных кристаллических фаз на основе анализа дифракционной картины (дифрактометр Rigaku «MiniFlex II» с кобальтовым анодом), путём сравнения экспериментальных значений относительных интенсивностей с эталонными рентгенограммами. Качественный фазовый анализ позволил разделять и идентифицировать отдельные фазы гетерогенной системы. Для анализа были использованы три образца с поверхности (0,0-0,2 м), с глубины 2,0-2,7 м и с глубины 3,0-3,7 м скважины № 11-1 (рис. 3). Результаты анализа представлены на рис. 8 и табл. 2.

Таблица 2

Результаты качественного фазового анализа.

Минеральные фазы	№ проб
хризотил	+	-	-
мусковит (слюды)	+	+	-
андрадит (гранаты)	+	+	-
гематит	+	+	+
диопсид (пироксены)	+	+	+
тремолит (амфиболы)	+	+	+
гипс	-	+	+
клинохлор (хлориты)	-	+	+
кварц	-	-	+
Альбит (плагиоклазы)	-	-	+
+/- присутствие/отсутствие минеральных фаз в пробах.

 

Определенный типичный вид радиального распределения минеральных фаз, характерный для подобных объектов (увеличенная доля устойчивых на дневной поверхности минералов), а установленный состав техногенных грунтов соответствует рудной минерализации скарнов «Старого рудного поля» Питкярантского месторождения, что позволяет однозначно говорить о конкретном источнике происхождения переработанных руд.

Параллельно качественного рентгено-фазового анализа был проведен гранулометрический анализ отобранных образцов (табл. 3), результаты которого свидетельствуют о достаточной степени однородности грунта и слабом проявлении конкгломирирующих диагенетических преобразований.

Таблица 3

Результаты гранулометрического анализа золошлаков

№ проб	Массовая доля фракции в пробе, %
>0,5 мм	0,5-0,2 мм	<0,2 мм

Геохимия донных отложений.

Донные отложения представляют собой депонирующую среду для поллютантов, поступающих в водоем в разных формах и количествах. Важную и активную роль играет верхний, наиболее подвижный слой толщиной 0-10 см, непосредственно участвующий во взаимодействии двух сред (вода → грунт).

После стандартной процедуры гомогенезации выборки (литогеохимия поверхностного слоя донных отложений Питкярантского залива Ладожского озера) (рис. 2) были рассчитаны основные статистики положения (рис. 6) и рассеяния (табл. 4). В результате можно однозначно установить высокую степень геохимической связи техногенных грунтов и донных отложений Питкярантского залива (по степени превышения фоновых содержаний типоморфной ассоциации тяжелых металлов золошлаковых отложений). Кроме того, по настоящим данным нет возможности установить границу II зоны по акватории, т.к. в выборке отсутствуют пробы с около фоновыми содержаниями. Для достижения поставленной задачи необходимы дополнительные исследования.

Таблица 4

Основные статистики рассеяния выборки по донным отложениям

	Медиана	Ст.откл.	Коэф.вар-и	Асимметрия	Эксцесс
Cr	36,7	23,6	60,9	0,74	1,23
Zn	174,3	142,2	77,3	2,26	7,41
Cu	55,1	169,8	172,8	3,85	15,13
Pb	85,6	49,4	92,4	3,47	13,01
Co	29,3	20,1	75,5	0,47	0,02
V	87,6	27,3	29,6	0,55	-0,80

 

Рис. 6 Основные статистики положения (донные отложения).

 

Таким образом, по результатам проведенного геохимического зонирования территории можно однозначно установить наличие в пределах санитарно-защитной зоны подобных объектов трех зон. Кроме того, по первым литогеохимическим данным по донным осадкам можно предположить возможность разработки и обоснования подобного подхода и для акватории.

Основными природоохранными мероприятиями можно рекомендовать ряд территориально обусловленных действий, применение которых в рамках проектов благоустройства и экологического мониторинга санитарно-защитных зон, позволит значимо сократить расходы природопользователей.

 

Зона I	Зона II	Зона III
Укрепление склонов (пространственные георешетки). Задернение склонов и вершины отвала. Сбор поверхностных вод со склонов и подошвы отвала (склоновый и кольцевой дренаж). Сбор и биолог. очистка ливневых и талых вод на ЛОС.	Озеленение и благоустройство. Поддержание оптимальных условий для формирования климаксовых древесных сообществ. Запрет других видов природопользования. Возможно размещение промышленных площадок, если проектируемое СЗЗ не выходит за пределы II зоны.	Фиторемедиация. Возможно с/х использование (технические культуры). Запрет размещения объектов повыш. риска (ДОУ, школы и др.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Аксюткин С.В., Беляев А.М. Эколого-геологическая оценка шлаковых отвалов металлургического производства Питкярантского горнорудного района (Республика Карелия). / Материалы V межвузовской студенческой конференции “Школа экологической геологии и рационального недропользования”. Под ред. В.В. Куриленко. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004, с. 185-186;

2. Беляев А.М. Гранитоидный магматизм Приладожья и Карельского перешейка и связь с ним оловянного оруденения. / Диссертация на соискание учёной степени кандидата геол.-мин. наук. Л., 1985;

3. Кириченко Я.А., Ионкина Д.С., Агафонова Е.К., Лескова П.Г., Мишенкова И.Н., Навинкин А.П., Байтелова В.В., Подлипский И.И. Данные о проведении эколого-геологических работ на территории золошлакоотвала г. Питкяранты. / Материалы «VII молодежного конгресса по итогам практик». М., 2016, с. 175-176;

4. Подлипский И.И. Теория обоснования границ промышленных и техногенных объектов. / XIV Международный семинар «Геология, геоэкология, эволюционная география». СПб., изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2015, с. 22-24;

5. Подлипский И.И. Полигоны бытовых отходов как объекты геологического исследования. // Вестник СПбГУ, Сер. 7, 2010, Вып. 1, с. 15-31;

6. Подлипский И.И. Эколого-геологическая оценка территории полигонов бытовых отходов. Монография. LAP Lambert Academic Publishing, 2015, 200 с.;

7. Подлипский И.И. Импилахтинский учебно-научный полигон как объект эколого-геологических исследований. / Материалы XVI межвузовской молодежной научной конференции «Экологические проблемы недропользования». СПб.: Изд-во СПбГУ, 2016, с. 166-171;

8. Подлипский И.И. Теория обоснования границ промышленных и техногенных объектов. / XIV Международный семинар «Геология, геоэкология, эволюционная география». СПб., изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2015, с. 22-24;

9. Хомич В.С., Городецкий Д.Ю. и др. Золоотвалы ТЭЦ как потенциальные источники загрязнения окружающей среды. / Природопользование, Вып. 21, 2012, с. 124-135;

10. Bonferroni and Šidák corrections for multiple comparisons, H. Abdi, 2007, in: N.J. Salkind (ed.), Encyclopedia of Measurement and Statistics, Thousand Oaks, CA: Sage

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ НА ПРИМЕРЕ НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА «СМОЛЕНСКОЕ ПООЗЕРЬЕ»

Подлипский И.И., Зеленковский П.С., Кононова Л.А.,

(СПбГУ, Санкт-Петербург), Хохряков В.Р., к. б. н. (Национальный парк «Смоленское Поозерье»)

ECOLOGICAL-GEOCHEMICAL ESTIMATION OF THE CONDITION OF COMPONENTS OF THE NATURAL ENVIRONMENT OF SPECIALLY PROTECTED NATURAL TERRITORIES BY THE EXAMPLE OF THE NATIONAL PARK "SMOLENSK LAKELAND"

Zelenkovskii P.S., associate professor, Ph.D. Podlipsky I.I., associate professor, Ph.D. Kononova L.A.(St. Petersburg State University, St. Petersburg), Khokhryakov V.R., Ph.D. (national park “Smolensk Lakeland”)

Изучение донных отложений является одним из наиболее приоритетных направлений в экологических исследованиях водных систем это связано с тем, что донные отложения являются депонирующей средой, аккумулирующей природные и техногенные процессы. На основании элементного состава донных отложений, можно прогнозировать изменения качества вод. В связи с тем, что в России на данный момент не разработаны нормативно-правовые документы, содержащие данные о предельно-допустимых концентрациях (ПДК) в донных отложениях наиболее актуальным является вопрос, связанный с определением региональных фоновых концентраций химических элементов в донных отложениях, эти данные используются в любых экологических и инженерных изысканиях.

Одним из геохимических маркеров процессов, происходящих в природной среде, является концентрация тяжёлых металлов. Тяжёлые металлы - это элементы с атомной массой от 50 до 238, от ванадия до урана (Водяницкий Ю.Н., 2008). Для этих элементов характерно длительное сохранение и накопление в донных отложениях и водных биоценозах.

На территории Смоленской области наиболее подходящим фоновым объектом является национальный парк «Смоленское Поозерье», входящий в сеть биосферных резерватов ЮНЕСКО, на территории парка отсутствуют объекты промышленности, ограничена сельскохозяйственная, транспортная и строительная структуры.

Целью данной работы является оценка степени загрязнения тяжёлыми металлами донных отложений и вод акваторий заповедной и рекреационной зон центральной части национального парка «Смоленское Поозерье». В рамках поставленной цели будет определено валовое содержание ряда тяжёлых металлов в донных отложениях, их формы нахождения, в том числе в водах. На основании этих данных будут даны рекомендации по проведению ежегодного мониторинга.

Работа выполнялась в лабораториях и ресурсных центрах СПбГУ на основании полевых данных, полученных во время выездов в национальный парк «Смоленское Поозерье» в период с 2014 по 2017 г. Для начала на базе РЦ «Геомодель» было определено валовое содержание тяжёлых металлов в донных осадках на спектрофотометре Спектроскан Макс-G. В связи с тем, что пробоподготовка и анализ не требуют больших затрат ресурсов и времени, с помощью этого метода были изучены все 155 отобранных проб. Что касается определения минерального состава донных осадков, проведённого на базе РЦ «Рентгенодифракционные методы исследования» методом порошковой дифрактометрии на Rigaku MiniFlex, то в данном случае нам не требовалось узнать фазовый состав каждой отобранной пробы, здесь задача состояла в том, чтобы иметь представление о том, какими минералами в среднем сложены донные осадки озёр, для этого был выбран ряд проб, в котором представлены образцы, взятые с разных глубин нескольких озёр. Для определения количества органического вещества было взято несколько проб, отобранных с разной глубины.

Методика исследования. Отбор проб донных отложений проводился в озёрах двух функциональных зон национального парка «Смоленское Поозерье»: в рекреационной и заповедной в районе посёлков Пржевальское и Михайловское. Первый выезд на территорию парка был совершён в августе 2014 года, исследовано три озера рекреационный зоны: Сапшо, Рытое, Чистик и одно озеро заповедной зоны - Лошамье (Кононова Л.А., Зеленковский П.С., Подлипский И.И., 2015) далее, в 2015 и 2016 годах, увеличивается количество исследуемых озёр (озеро Баклановское, озеро Дго в рекреационной зоне) и расширяется сетка опробования (Терехова А.В., Попова Е.А., Зеленковский П.С., Подлипский И.И., Хохряков В.Р., 2016).

В данной работе рассматриваются 5 озер с наиболее густой сетью опробования: Сапшо, Рытое, Чистик, Баклановское (рекреационная зона) и Лошамье (заповедная зона). Озеро Лошамье, являясь минимально подверженным антропогенному вмешательству, так как, согласно ФЗ «Об особо охраняемых природных территориях» в её пределах исключается любая хозяйственная деятельность, в данной работе выступает в роли озера с фоновыми концентрациями.

Донные отложения отбирались в два этапа. Первый заключается в отборе проб прибрежных на расстоянии 15-30 м от берега на глубинах около 1-2 м через каждые 200 м. береговой полосы. Второй этап производился по регулярной сети 200×200 м при помощи бентосного дночерпателя, аналога ковша Ван Вина для небольших глубин. Пробы донных и береговых отложений отбирались в тряпичные мешочки, снабженные этикеткой с указанием номера пробы и объекта исследований. Вместе с отбором проб был произведён промер глубин озера.

Определение химического состава донных отложений. Подготовка проб донных отложений проводилась также на базе ресурсного центра «Геомодель». Пробы для рентгенофлуоресцентного анализа были высушены и измельчены до размера частиц порядка 50 мкм, на планетарной мельнице Pulverisette 7 (1 мин на скорости вращения 400 об./мин).

Определение химического состава донных отложений проводилось на базе ресурсного центра «Геомодель» на волнодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре Спектроскан Макс-G. Прибор позволяет определять содержания элементов от Ca до U.

Определение органического вещества. Для определения концентрации органического вещества использовался метод сухого озоления.

Рентгенофазовый анализ. Для распознавания минеральных фаз в донных отложениях озёр использован метод качественного рентгенофазового анализа. В основе метода лежит идентификация фаз в смеси на основании анализа дифракционной картины изучаемого образца.

Съёмка проводилась на базе ресурсного центра «Рентгенодифракционные методы исследования» на 6 образцах, взятых с разных глубин каждого озера: оз. Сапшо (1 проба, 8 м), оз. Баклановкое (2 пробы 1,5-2 м), оз. Чистик (1 проба, 18 м), оз. Рытое (1 проба, 16 м), оз. Лошамье (1 проба, 28 м). Съёмка проводилась на дифрактометре Rigaku «MiniFlex II» с Co анодом. Диапазон углов 2Θ = 2-75 ^o, шаг сканирования 0.02^о, скорость съемки – 2 град/мин. Обработка полученных рентгенодифрактограмм образцов проводилось при помощи программного обеспечения PDXL2 (Rigaku).

В данной работе выбран метод мокрого озоления в присутствии 10% H₂O₂. Данный анализ проводился в ресурсном центре по направлению «Химия». После того как проведено озоление пробы, готовится воздушно-сухой ориентированный образец (диапазон углов 2Θ = 3-55^o, шаг сканирования 0.02^о, скорость съемки – 4 град/мин).

В связи с тем, что илистая фракция может быть представлена смешаннослоистыми глинистыми фазами, которые имеют межслоевые промежутки разных типов, используются дополнительные ступени обработки уже ориентированных препаратов. Для установления смешаннослойных минералов в данном случае используется этиленгликоль, который менее, чем за час может довести препарат до полного насыщения, которое приводит к внутрикристаллическому набуханию глинистой составляющей, после этого проводится съёмка при тех же условиях (Кринари Г.А., 2007).

Определение фаз проводится также при помощи программного обеспечения PDXL2 (Rigaku). Механизм этой программы основывается на алгоритме Search/Match, который идентифицирует минеральные фазы на основании совпадений положений дифракционных пиков и значений интенсивности с эталонными образцами известных соединений, содержащихся в базе данных по порошковой дифракции PDF-2 Release 2011.

Результаты исследования. Определение содержания тяжёлых металлов в донных отложениях проводилось на основании ренгенофлуоресцентного анализа на спектрометре Спектроскан Макс-G на базе ресурсного центра «Геомодель». Анализировалось 155 проб донных отложений, отобранных в заповедной зоне (озеро Лошамье, 34 пробы) и рекреационной зоне (озёра Сапшо, Баклановское, Рытое, Чистик, 82 пробы).

На основании полученных данных, в программе Statistica 13.2 рассчитаны фоновые концентрации по показателю медианы. Этот показатель выбран потому, что, в отличии от математического ожидания, медиана обладает свойством робастности, то есть она является нечувствительной к различным отклонениям и неоднородностям в выборке, связанным с теми или иными причинами (Иванюкович Г.А., 2010). В таблице 1 ПДК представленно согласно ГН 2.1.7.2041-06.

Таблица 1

Значения фоновых концентраций, рассчитанных по медиане, мг/кг

Элемент	Заповедная зона	Рекреационная зона	ПДК
Fe
Mn
Zn
Pb
Cu
V

 

Как видно из таблицы, значения фоновых концентраций Fe, Mn, Pb, Cu, V в заповедной и рекреационной отличаются в пределах от 3 до 28% и не превышают ПДК, что касается цинка, то это различие составляет 275%, при этом показатель ПДК также не превышен. На основании фоновых концентраций, рассчитанных для рекреационной зоны, в программах Surfer и CorelDraw были построены карты распределения цинка для озёр Сапшо, Баклановское и Рытое, в основу которых взят расчёт коэффициента концентрации по формуле:

- фактическое содержание определяемого i-го элемента, – фоновое содержание элемента. Результаты представлены на рисунках 1-3.

Рис. 1 Распределение цинка в донных отложениях озера Сапшо

Рис. 2 Распределение цинка в донных отложениях озера Рытое

Рис. 3 Распределение цинка в донных отложениях озера Баклановское.

 

Органическое вещество. Определение концентрации органического вещества в пробах донных отложений проводилось на примере 5 образцов, взятых на различных глубинах озёр: бак 103, бак 20 (озеро Баклановское), сап 260, 16.01.101 ДО (озеро Сапшо), рыт 13 (озеро Рытое). В таблице 2 указаны результаты проведенных исследований.

Таблица 2

Вес проб донных отложений на всех стадиях озоления, г

Название пробы	Вес пробы до озоления	Вес пробы после стадии дегидратирования	Вес пробы после стадии собственного окисления	Количество гигроскопической воды	Концентрация органического вещества (%)
Бак 103	1,0020	0,9979	0,9899	0,0041	0,8
Рыт 13	1,0013	0,9670	0,6215	0,0343	34,55
Сап 263	1,0002	0,9918	0,9335	0,0084	5,83
Бак 20	1,0020	0,9962	0,9421	0,0058	5,41
16.01.101 ДО (Сап)	1,0000	0,9447	0,6269	0,0553	31,78

 

Рентгенофазовый анализ. Определение фазового анализа производилась на примере 6 проб, отобранных на разных глубинах исследуемых озёр. Проведение рентгенофазового анализа имеет характер обзорного исследования, в процессе которого делается предположение о том, в структуру каких минеральных групп могут входить тяжёлые металлы.

Идентификация фаз производилась в программе PDXL. Итогом съёмки каждого порошка является дифрактограмма (рис. 4), где значение оси X соответствует дифракционному углу 2Θ , а ось Y-интенсивности максимумов дифракции (I), в качестве которой принимается высота пика. Для определения фаз программа PDXL использует базу данных PDF-2 Release 2011 (ICDD). Наиболее показательным является образец бак 23, так как он содержит незначительное количество органического вещества, в связи с чем можно чётче увидеть минеральные пики, кроме того образец является самым представительным в плане многообразия минеральных пиков. Перед проведением съёмки образец был озолён в присутствии 10% перекиси водорода, так как после этого горбы на дифрактограмме не исчезли, можно предположить, что органическое вещество находится в форме хелатов, что удаляется только при помощи отжига.

Общий минеральный состав образца показывает, что в основном он сложен кварцем, кальцитом, калиевыми полевыми шпатами, плагиоклазами, минералами групп слюд и каолинита, в небольших количествах встречаются пирит, гипс, минералы группы амфиболов и хлорит; между 14 и 10 появляется пологий пик, который указывает на появление смешаннослоистых минералов иллит-смектитов.

Прибрежные пробы имеют более простой минеральный состав, они сложены в основном кварцем, калиевыми полевыми шпатами и плагиоклазами, слоистые минералы отсутствуют. Глубинные пробы сложены аналогично описанной выше.

Рис. 4. Дифрактограмма образца Бак 23.

 

Слоистые минералы. Как и в случае с общим минеральным составом, подробно будет рассмотрен образец бак 23 как наиболее представительный. На рис. 5 красным цветом обозначена линия, соответствующая ориентированному образцу бак 23, а синим-насыщенная этиленгликолем

Перед съёмкой образец ориентировали посредствам высаживания твёрдой фазы из воды. На рис выделено 12 основных дифракционных максимума, соответствующих кварцу, калиевым полевым шпатам, кальциту и принадлежащим к илистой фракции минералам групп хлорита, каолинита, слюд, амфиболов, пироксенов и гипсу.

Насыщение пробы этиленгликолем происходит с целью изучения смешаннослоистых фаз, а именно фазы иллит-смектит (10 -14 ). По положению дифракционных пиков, насыщенных этиленгликолем смешаннослоистых минералов можно определить упорядоченность, тип переслаивания и содержание разбухающих слоёв в структуре (Назиров, 2008). В связи с небольшим количеством пробы эксперимент не дал результатов по иллит-смектиту, но сумел уточнить некоторые дифракционные максимумы других минералов илистой фракции.

В данном анализе мы не можем говорить о конкретном минерале. Допустим, первый и пятый пики показывают наличие минералов группы хлорита. Группа хлорита включает в себя как минимум две основных разновидности хлоритов: магнезиальные и магнезиально-железистые, которые в свою очередь различаются по общей железистости Fe/(Fe+Mg) в октаэдрических слоях и Si/Al в тетраэдрических слоях. Кроме того, существуют менее распространённые литиевые, хромистые и марганцовистые разновидности хлоритов. Для определения конкретных минералов необходимо прибегнуть к более детальному анализу по средствам, например, микрозонда. Тоже самое касается минералов групп амфиболов и пироксенов. Единственное предположение можно сделать относительно политипов минералов группы слюд. На рентгенограмме слюдам соответствует второй и седьмой пики. По соотношению интенсивности их дифракционных максимумов, можно говорить о слюдах мусковитового ряда.

Обсуждение результатов. В данной работе были изучены содержания тяжёлых металлов (Fe, Mn, Zn, Pb, Cu, V, Co, Cr, As) в донных отложениях заповедной и рекреационной зон национального парка «Смоленское Поозерье». Рассматривались озёра Сапшо, Баклановское, Рытое, Чистик (рекреационная зона) и Лошамье (заповедная зона). Для отдельных проб проведён фазовый анализ для определения минерального состава седиментов, а также оценено содержание органического вещества в некоторых пробах.

Рис. 5 Уточнение дифрактограммы образца 23

 

В связи с тем, что для донных отложений не разработаны нормативные документы по показателям ПДК и ОДК, в работе используются сравнения полученных значений с ПДК в почвах, прописанных в ГН 2.1.7.2041-06, а также концентрации сопоставляются с фоновыми значениями.

Для марганца, цинка, свинца, меди и ванадия фоновые концентрации для заповедной и рекреационной зон оценивались на основании рассчитанных в программе Statistica медианных значений концентраций, полученных при помощи рентгенофлуоресцентного анализа на спектрометре Спектроскан Макс-G. Полученные значения сравнивались с ПДК в почвах согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.7.2041-06. Из данных следует, что концентрации вышеуказанных элементов в донных отложениях рекреационной и заповедных зон не превышает ПДК. Кроме того, фоновые концентрации заповедной и рекреационной зон сравнивались друг с другом. Данные, полученные по Fe, Mn, Pb, Cu и V имеют приблизительно равные значения, фоновые концентрации цинка, несмотря на то, что они не превышают ПДК, имеют высокие различия в функциональных зонах: в рекреационной зоне фоновые значения цинка превышают заповедные в 3 раза, соответственно, цинк является маркёром потенциального загрязнения, требующий к себе наибольшее внимание при проведении мониторинга.

В пределах рекреационной зоны существует источник потенциального загрязнения цинком. В данной ситуации речь идёт о локальных причинах, связанных с деятельностью человека. Соседство рекреационной зоны с зонами экстенсивного природопользования и хозяйственного назначения увеличивает возможность попадания отходов со свалок, транспортного кластера или объектов хозяйственного назначения (оцинкованные трубы, строительные и лакокрасочные материалы) в почвы, воды и донные отложения рекреационной зоны. Результаты рентгенофазового анализа методом порошковой дифрактографии на приборе Rigaku MiniFlex показали, что тяжёлые металлы не образуют собственных минеральных фаз. Данный анализ помог определить общий минеральный состав и более подробно описать слоистые силикаты, входящие в состав донных отложений. Минеральный состав представлен кварцем, калиевыми полевыми шпатами, плагиоклазами, кальцитом, гипсом, пиритом, минералами групп слюд, хлорита, каолинита, амфиболов и пироксенов. Потенциальное изоморфное вхождение тяжёлых металлов в структуру минералов характерно для слоистых силикатов.

РЕКОМЕНДАЦИИ. На основании исследований валового содержания тяжёлых металлов был выявлен маркёр антропогенного загрязнения озёр рекреационной зоны - цинк. Цинк относится к веществам второго класса опасности, повышенные его концентрации могут повлечь серьёзные изменения в экосистеме, а в организме человека вызывать усталость, пневмонию и фиброз лёгких.

Для озёр заповедной зоны национального парка «Смоленское Поозерье» выявлены значения содержания цинка ниже ПДК, притом достаточные для нормального функционирования биоценозов, нельзя забывать, что помимо всего прочего, цинк остаётся важным питательным микроэлементом, участвующим в процессах метаболизма органических соединений клеток, синтезе РНК и ряде других физиологических процессов (Башкин Б.Н., 2008).

Для измерения высококларковых элементов достаточно использовать полевые экспресс-методы (портативный анализатор Delta), для определения валового содержания тяжёлых металлов, чьи ПДК составляют больше 10 мг/кг можно использовать рентгенофлуоресцентный метод, реализуемый с помощью Спектроскан-Макс G (в т.ч. цинк), для оценки концентраций низкокларковых металлов следует использовать такие методы как атомно-эмиссионная спектроскопия и масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Буйволов Ю.А. Как создать план управления национальным парком. Практические рекомендации, 2002. – 183 с.

2. Водяницкий Ю.Н. Тяжёлые металлы и металлоиды в почвах. – М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН. 2008. – 165 с.

3. Иванюкович Г.А. Статистический анализ экогеологических данных: Практикум решения задач с помощью пакета программ Statistica – СПб.: С.-Петерб. ун-т, 2010

4. Пущаровский Д.Ю. Рентгенография минералов – М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000 – 292 с.

5. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды - М.: Недра, 1990.-335 с.

СТАТЬИ В СБОРНИКАХ:

6. Кононова Л.А., Зеленковский П.С., Подлипский И.И. Методика про- ведения эколого-геологической оценки состояния донных отложений озера Сапшо (национальный парк «Смоленское Поозерье») / Материа- лы XV межвузовской молодежной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования».– СПб.: Изд-во СПбГУ, 2015. – С. 52-57.

7. Кононова Л.А., Зеленковский П.С., Подлипский И.И., Хохряков В.Р. Расчёт коэффициента суммарного загрязнения в почвах и донных отло- жениях рекреационной зоны национального парка «Смоленское Поозерье» / Материалы XVI межвузовской молодежной научной конференции «Экологические проблемы недропользования». – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2016. – С. 260-262

8. Сиротюк Э.А., Тах И.П., Тороян Р.А. Формы нахождения тяжёлых металлов и их распределение по абиотическим компонентам экосистемы р. Белая северо-западного Кавказа // Международный научно-практический семинар, Майкоп, 12 - 15 мая - 2009.

9. Терехова А.В., Подлипский И.И., Зеленковский П.С., Хохряков В.Р., Разработка сети пробоотбора для комплексного эколого-геологического мониторинга территории национального парка «Смоленское Поозерье». / Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти профессора В.А. Шкаликова Природа и общество: в поисках гармонии Сборник научных статей: материалы докладов. Смоленский гуманитарный университет; ответственный редактор: Е.А. Бобров. Смоленск, 2016, с. 150-155

10. Терехова А.В., Попова Е.А., Зеленковский П.С., Подлипский И.И., Хохряков В.Р. Эколого-геохимический мониторинг состояния оз. Сапшо и пос. Пржевальское. Методика. (Национальный парк "Смоленское Поозерье"). / Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии северо-запада России. Труды XXIV Молодёжной научной конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца / Ред. Ф.П. Митрофанов. Апатиты: Изд-во: К & М, 2016, с. 197-201

11. Водяницкий Ю.Н. Нормативы содержания тяжёлых металлов и металлоидов в почвах // Почвоведение, №3 – 2012. - с.368-375

12. Вяйзенен Г Н., Токарь А.И., Шуклина А.Ю. Динамика тяжелых металлов в почвенных горизонтах Валдайского Национального Парка // Исследования на охраняемых территориях Северо-запада России. Великий Новгород: НовГУ, 2000. С. 180- 181.

13. Кринари Г.А., Храмченков М.Г., Рахматуллина Ю.Ш. Изменения структур смешанослойных фаз иллит-смектит в процессах обводнения терригенных коллекторов нефти // Геология и геофизика. – 2014. – с.1153-1167

14. Насиров Р., Аманжолова Л.У., Габдуллин Ж.М., Султангалиев Г.О. Аналитические возможности применения метода ЭПР при изучении карбонатных минералов в толще осадочных отложений Прикаспийской впадины // Доклады НАН РК. – 2008. – № 5. – С.23-27.

15. Новиков С.Г. Оценка загрязнения тяжёлыми металлами почв различных категорий землепользования на территории города Петрозаводска // Труды Карельского научного центра РАН №1 – 2015. – С. 78-85

16. Пельгунов А.Н., Пельгунова Л.А. Аккумуляция тяжёлых металлов грибами на территории национального парка «Плещеево озеро» // Поволжский экологический журнал. №2. – 2015.- С. 215-219

17. Салихов Ш.Р., Магомедалиев А.З., Гимбатова К.Б., Шайхалова Ж. О. Микроэлементы и тяжёлые металлы в воде и донных отложениях коллекторно-дренажной сети Дагестана // Научный журнал КубГАУ №95(01) – 2014.

18. Фокин Д.П., Фрумин Г.Т. Содержание и распределение металлов в донных отложения восточной части Финского залива // Общество. Среда. Развитие (Terra Humana) №1. – 2011. – С. 210-214