Текст книги "Экология региона"

2 Качество природных сред Оренбургской области

2.1 Оценка степени загрязнения территории Оренбургской области вредными компонентами

Оценка степени загрязненности территории Оренбургской области вредными компонентами на основе составления и анализа карт распределения их концентраций в поверхностных водотоках современной гидрографической сети проводилась Центральной Уральской партией Зеленогорского государственного федерального унитарного предприятия в 1999-2002 гг. по договору с администрацией Оренбургской области. Она явилась продолжением выполненной в период с 1993 по 1998 гг. по заказу Оренбургского комитета по охране окружающей среды, когда в рамках работы проводилась полевая съемка для оценки степени загрязненности территории Оренбургской области ураном, фтором, медью, ртутью, цинком, хромом, никелем, кобальтом, свинцом, ванадием, литием и сульфат-ионом. Обработка результатов гидролитохимической съемки по поверхностному стоку позволяет получить материалы, имеющие высокую степень информативности для оценки состояния экологической обстановки. Они позволяют выявить накопленные в зоне биоценоза избыточные скопления вредных в экологическом отношении компонентов как эндемичного (природного), так и техногенного генезиса [3].

Результаты региональной гидролитохимической съемки в связи с объективностью и площадной характеристикой геохимической информации имеют огромное значение для оценки состояния естественной экологической обстановки на изучаемой территории и выделению эндемичных, по отдельным компонентам, областей и районов. Аномальные скопления компонентов в поверхностном стоке здесь связаны со специализированными на данные компоненты породными комплексами, являющимися основным поставщиком элементов в сток. Эти же породы поддерживают на стабильном аномальном уровне концентрацию компонента в воде или в донном осадке, придавая району статус таксономической единицы. Однако, для аномалий, оконтуривающих известные рудные районы, такие параметры геохимического поля, как средний уровень концентраций и площадные размеры могут быть значительно усилены под воздействием техногенных факторов, связанных с комплексом мероприятий по добыче и переработке руд.

Изучение поверхностного стока позволяет выделить ряд признаков, характерных для аномалий чисто техногенной природы: высокая контрастность аномалий при сравнительно малых площадных размерах, сопоставимых с площадью промышленных городов; линейная форма аномальных потоков, простирающихся узкими полосами по территории с фоновой концентрацией данного элемента; экзотический набор наблюденных компонентов, не характерный для естественных геохимических ассоциаций; подверженность значительным колебаниям концентраций элементов во времени.

Марганец и его соединения в зависимости от путей проникновения в организм (через легкие или вместе с водой, пищей) относятся, соответственно, ко второму (вещества умеренно опасные) или третьему (вещества малоопасные) классам опасности для животных и человека. Токсическое действие марганца при хроническом отравлении связано с поражением центральной нервной системы, где он вызывает органические изменения. Кроме того, этот элемент является и политропным ядом, поражающим легкие, сердечно-сосудистую систему, вызывает аллергический и мутагенный эффекты. Токсичность марганца возрастает при действии его в комбинации с другими факторами: угарный газ, вибрация, медь, фтор, SiO₂, SO₂, ванадий и др. Комбинация марганец + ванадий относится ко второму классу опасности.

Анализ карт распределения содержания марганца в поверхностных водах и поверхностном слое рыхлых образований литосферы показал, что геохимическое поле этого элемента характеризуется сложным строением и отличается высокой степенью дифференцированности. В поверхностных водах концентрация изменяется от следовых количеств до 14,81 мг/л (р.Блява), что составляет 148 ПДК. В твердой фазе стока она достигает 7000 мг/кг, что составляет около 5 ПДК. На большей части исследованной территории (примерно 90 % для поверхностных вод и 80 % для рыхлых образований) наблюдаются фоновые содержания марганца (1000 мг/кг). Пониженный фон (< 1000 мг/кг) зафиксирован в крайней западной части территории области.

На территории Оренбургской области выделяются 8 аномальных участков по марганцу общей площадью 25,41 тыс. км², в т.ч. на площади 5,39 тыс. км² – в поверхностных водах и 20 тыс. км² – в рыхлых образованиях.

Предположительная оценка генезиса избыточных скоплений марганца базируется на анализе геологических, ландшафтно-климатических и техногенных факторов воздействия на окружающую среду. Аномальные по марганцу районы в центральной части области тяготеют к специализированным на марганец породным комплексам карбонатно-кремнисто-сланцевой формации. В пределах восточной части изученной территории развиты специализированные на марганец породы вулканогенно-кремнистой формации. Присутствие марганца в поверхностных водах Ириклинско-Новоорского аномального района обусловлено совместным действием природных (положение в зоне развития медноколчеданного оруденения) и техногенных (работа предприятий по добыче и переработке медных руд) факторов.

Стронций и его соединения, в зависимости от форм и среды нахождения, относятся к третьему – вещества малоопасные (почвы) или второму – вещества умеренно опасные (в воде – оксиды, хлориды) классам опасности. Стронций – один из элементов, характеризующихся высокой степенью поглощения живыми организмами. При избыточном его содержании в почвах от 600 до 1000 мг/кг и более становится реальной опасность возникновения повышенной ломкости и уродства костей. Длительное пользование водой с содержанием стронция 10 мг/л отражается на росте детей, увеличивает частоту онкологических заболеваний.

Обработка результатов опробования поверхностных водотоков показала, что содержание стронция в жидкой и твердой фазах стока колеблется в широких пределах и характеризуется крайне неравномерным распределением по площади. Область фоновых значений стронция для поверхностных вод составляет до 3 мг/л. Концентрация стронция в донном осадке не нормирована. В качестве ориентировочно допустимой концентрации принято значение его избыточного содержания в почве – 600 мг/кг. На большей части исследованной территории (88 % для поверхностных вод и 93 % для рыхлых образований) наблюдается фоновое содержание стронция. Пониженный фон зафиксирован в западной части территории на площади около 45 тыс. кв. км.

На всех аномальных участках прослеживается отчетливая связь с геологическим строением территории. Так, Матвеевско-Пономаревский, Шарлыкский и Саракташско-Бурлыкский аномальные районы расположены в полосе развития карбонатно-терригенных структурно-формационных комплексов, характеризующихся повышенным содержанием стронция. Основным источником стронция для Приорского аномального района, Аниховско-Кумакской зоны и ряда аномальных участков Гайского района являются воды кочеданных месторождений.

Барий и его водорастворимые соли (хлорид, нитрат, карбонат, сульфид) ядовиты. По опасности они относятся ко второму классу (вещества умеренно опасные) при проникновении в организм с водой или пищей. При хроническом отравлении поражаются костная ткань, костный мозг, печень. Этот элемент вытесняет из костей кальций и фосфор, что ведет к остеопорозу. Избыток бария в почве, воде и кормах может привести к нарушению кальциевого обмена и тяжелому поражению костной системы. По эпидемиологическим наблюдениям, в местностях с высоким содержанием бария в природных водах, выше смертность от сердечно-сосудистых заболеваний.

Оценка степени загрязненности территории Оренбургской области барием определялась путем изучения жидкой фазы. Концентрация бария в поверхностных водах изменяется от «следовых» количеств до 5,5 мг/л, что составляет 55 ПДК. Отмечается практически повсеместная «зараженность» этим элементом водоемов и водотоков.

Оренбургскую область можно отнести к типичным эндемичным по барию регионам, где санитарно-бытовое водопользование представляет определенную опасность для населения.

Увеличение концентраций бария в западной части Кваркенского района связано с развитием на этой площади баритовых жил. Аномальные ареолы в западной части области указывают, что развитая здесь формация медистых песчаников является барий содержащей.

Хлор-ион относится к числу главных макрокомпонентов – загрязнителей природных вод и в соответствии с этим достаточно жестко лимитируется нормами: ПДК для рыбохозяйственных водоемов составляет 300 мг/л, а для питьевых вод – 350 мг/л. Содержание хлор-иона изменяется от 3,5 мг/л до 5567,2 мг/л, максимальное содержание превышает в 3 –13,7 раз уровень ПДК.

Характер распределения содержаний хлор-иона и его накопление в водах поверхностного стока обусловлены ландшафтно-геохимической зональностью территории, с широко развитыми в южной части области соленосными отложениями (район Соль-Илецка). А также с разгрузкой высокоминерализованных подземных вод по проницаемым зонам и процессами выветривания и почвообразования, переводящими подвижные элементы из пород в воды. Роль антропогенных факторов накопления элемента не выявлена. Общая площадь участков с избыточным количеством хлор-иона по области 11,4 тыс. км².

Сумма ионов натрия и калия. Физико-химические свойства природных вод и их загрязнение во многом определяются концентрацией в них ионов калия и натрия. Основным источником их поступления в организм является питьевая вода и пища. Натрий относится ко второму классу опасности, калий – к третьему. Содержание натрия и калия в природных водах более уровня ПДК оказывает токсическое действие на живые организмы.

Содержание суммы ионов натрия и калия в воде поверхностного стока на изученной территории изменяется в пределах от 2,3 до 2159,7 мг/л. Максимальная концентрация зафиксирована в районе п. Домбаровский. Среднее содержание 47,3 мг/л в 6,3 раза превышает кларковое содержание этих ионов в водах материков.

Главная роль в формировании аномальных концентраций суммы ионов натрия и калия принадлежит естественным факторам. Причем, в западной части территории преобладают геологические факторы, в восточной – ландшафтно-климатические, а в южной – те и другие.

Водородный показатель воды (рН). Водородный показатель характеризует степень кислотности – щелочности среды. Распределение концентраций водородных ионов изучено в Центральной и Восточной частях области. В Западной исследования не проводились.

Концентрация водородных ионов в поверхностных водах нормирована. Для питьевых вод составляет 6,5 – 8,5. Состояние вод с рН выше или ниже этих величин считается неудовлетворительным. На изученной территории встречаются воды от слабокислых до щелочных (4,1< pH> 10,3). Самыми распространенными на исследуемой территории являются слабощелочные воды с рН 7,1 – 8,3. Щелочные воды (рН более 8,3) развиты в пределах локальных участков в районе пп. Саракташ и Домбаровский, в правом притоке р. Салмыш, притоках рек Буртя, Киялы-Буртя, Бурлы, Каменка. Общая площадь этих участков 1,3 тыс. км² . Слабокислые воды (рН менее 6,9) установлены на двух небольших водотоках бассейна р. Орь. Нейтральные воды редко отмечаются на отдельных участках.

В целом, поверхностные воды в большинстве характеризуются удовлетворительным состоянием по водородному показателю, за исключением небольших участков, расположенных вдали от населенных пунктов и промышленных центров.

Железо. Железо – один из наиболее часто встречающихся элементов земной коры и природных вод. В природных водах железо присутствует в виде его солей – гидроксидов, сульфатов, хлоридов и т.д. Токсичность химических соединений железа во многом зависит от величины рН, возрастая в щелочной среде. Железо по экологической опасности относится к третьему классу. ПДК его составляет 5 х 10^-1 мг/л.

В водах поверхностного стока области содержание железа изменяется от 0,2 х 10^-1 до 109,5 х 10^-1 мг/л (р. Мендыбай Домбаровский район). Максимальное значение в 22 раза превышает уровень ПДК. Водосборные участки с аномальным содержанием железа более 1 ПДК спорадически отмечаются по всей площади.

Наиболее крупные по площади участки фиксируются в Первомайском административном районе (17,3 х 10^-1 мг/л), в районе п. Переволоцкий (36,6 х 10^-1 мг/л), между г. Оренбургом и п. Дубенский. На востоке в районе п. Новосимбирка и Домбаровском районе (109,4 х 10^-1 мг/л). Локальные аномалии отмечаются в западной, южной и крайне восточной частях территории области.

Выявленные аномалии четкой приуроченности к железорудным районам или к специализированным на железо комплексам пород не имеют, за исключением участка в районе п. Домбаровский, где отмечается ряд проявлений этого металла. В центральной части территории области аномалии железа тяготеют к аномальному по марганцу району. Повышенное содержание железа в водах в определенной степени связано с повышением уровня общей минерализации, с увеличением которой закономерно возрастает концентрация многих микроэлементов, в том числе и железа.

Таким образом, неудовлетворительное состояние поверхностных вод по железу отмечается в пределах ограниченных по площади участков общей площадью 18 тыс. км² [4].

Жесткость поверхностных вод. Жесткость является одним из основных нормируемых показателей химических свойств воды. Использование жесткой воды недопустимо в энергетике, т.к. это приводит к усиленному образованию накипи в котлах и отопительных приборах, что ухудшает теплообменные свойства жидкости, и в ряде других отраслей. Высокая жесткость воды способствует образованию камней в организме человека. В связи с этим для централизованного водоснабжения рекомендуется использовать воду с жесткостью не более 7-10 мг-экв/л. Предельно допустимой концентрацией в воде санитарно-бытового назначения является величина 10,0 мг-экв/л.

Величина общей жесткости в водах поверхностного стока области изменяется от 0,8 до 93,6 мг-экв/л (максимальное значение – п. Домбаровский).

Очень мягкие и мягкие воды (до 3,0 мг-экв/л) распространены преимущественно в восточной части территории области, а также в левобережной части р. Урал южнее г. Оренбурга.

Большая часть территории характеризуется распространением умеренно жестких и жестких вод (3,0 – 9,0 мг-экв/л). Очень жесткие воды (10 мг-экв/л и более) установлены на участках от п. Абдулино до п. Октябрьского, а также в водах р. Б.Кинель, в Первомайском районе, районе п. Дубенский, бассейне р. Сухая Губерля.

Общая площадь районов с аномальным уровнем величины жесткости, превышающей ПДК, составляет около 13 тыс.км². Здесь поверхностные воды являются неудовлетворительными по их жесткости.

Жесткость воды определяется поступлением и накоплением в ней ионов кальция и магния. Основным источником являются горные породы, содержащие карбонаты и сульфаты кальция и магния. Испарительные процессы, характерные для лесостепной ландшафтно-климатической зоны Оренбуржья, способствуют увеличению концентраций этих элементов.

Кадмий и его соединения (оксиды) относятся к опасным веществам для человека и животных. Длительное поступление малых доз в организм человека приводит к хроническому отравлению с развитием ринита и фарингита, носовых кровотечений, а также к снижению активности пищеварительных ферментов. При аварийных выбросах возможно тяжелое отравление, итогом которого является токсическая пневмония, отек легких и даже смерть.

Оценка степени загрязненности территории Оренбургской области кадмием дана на основании изучения распределения этого элемента в твердой фазе поверхностного стока. Значение предельно допустимого содержания кадмия в почвах 500 х 10^-2 мг/кг.

Подавляющая часть территории Оренбургской области (97 %) размещается в интервале фоновых значений (до 100 х 10^-2 мг/кг). В результате районирования выделен Кувандыкско-Медногорский аномальный район площадью около 2500 км², который административно приурочен к Кувандыкскому, Медногорскому и Саракташскому районам. Максимальные концентрации достигают 970 х 10^-2 мг/кг и 2700 х 10^-2 мг/кг (месторождение меди Комсомольское), превышая ПДК в 1,9 и 5,4 раза соответственно. В долине р. Урал (ниже Ириклинского водохранилища) также отмечается превышение ПДК по кадмию в 1,9 раза, которое приурочено к Гайскому рудному полю.

Предположительно, этот район по генезису можно отнести к природнотехногенной категории, т.к., с одной стороны здесь известен ряд крупных месторождений меди колчеданного типа (Комсомольское, Гайское), сопровождаемых повышенными содержаниями цинка и связанного с ним кадмия, а с другой – на этой территории расположены предприятиия по добыче и переработке медных руд с отвалами и хвостохранилищами, являющимися источниками загрязнения атмосферы, воды и почвы.

Таким образом, экологическая обстановка в области по кадмию является благополучной, за исключением Кувандыкско-Медногорского района.

Сурьма и ее соединения (сульфиды) относятся к опасным веществам для человека и животных. В природе она обычно входит в состав минералов ртути, свинца, и мышьяка. Основными поставщиками аномальных количеств сурьмы в окружающую среду являются рудники и промышленные предприятия, перерабатывающие и использующие этот элемент или его соединения. Сточные воды горно-металлургических предприятий содержат до 5-11 мг/л сурьмы при ПДК 0,05 мг/л.

Острое отравление сурьмой достигается за счет пыли и паров, образуемых при дроблении руд, а также вблизи плавильных печей. При концентрации элемента в воздухе рабочей зоны 10-20 мг/м³ возникают носовые кровотечения и “литейная лихорадка”. Чаще наблюдается хроническое отравление при поступлении сурьмы в организм через дыхательную систему и желудочнокишечный тракт, увеличивая число гинекологических заболеваний и нарушений половой функции.

Изучение распределения содержания сурьмы на территории области проводилось на основании анализа этого элемента в твердой фазе поверхностного стока.

На большей части территории Оренбургской области концентрация сурьмы характеризуется фоновым содержанием, не превышающим 10х10^-1 мг/кг. Аномальные концентрации встречаются на небольших по размерам (50 – 600 км²) площадях в восточной части области. В районе п. Будамша на водосборе р. Караганки фиксируется ореол размером 450 км² с концентрацией до 50 х 10^-1 мг/кг. В верховьях р. Суундук близ границы с Челябинской областью в ореоле размером 600 км² концентрация сурьмы достигает 98 х 10^-1мг/кг, что в 2 раза превышает ПДК. На правобережье р. Илек отмечается ореол размером 10х10 км, где концентрация сурьмы достигает 66 х 10^-1мг/кг.

Предварительно можно определить причину формирования аномальных значений сурьмы только Суундукского ореола, отнеся его к природнотехногенным, т.к. он размещается в пределах Кваркенского рудного района, где известны месторождения золота и редких металлов.

В целом, площадные размеры загрязнения по сурьме не превышают 1000 км².

Таллий по физическим свойствам близок к свинцу. В воде таллий образует растворимые химические соединения – гидроксид, нитрат, карбонат и др., а также малорастворимые в воде галогениды, сульфаты и хроматы таллия. Содержащие таллий химические вещества вызывают неврологические, кишечножелудочные расстройства и заболевания различных органов. Попадание таллия в продукты и воду может происходить в районах расположения медных, цинковых, кадмиевых рудников и предприятий металлургической промышленности, а также в процессе сжигания углеводородного топлива.

Практически вся территория области характеризуется фоновыми до 3,5 х10^-1мг/кг содержаниями таллия в рыхлых отложениях. Аномальные участки с содержанием таллия 5,5х10^-1 мг/кг и более зафиксированы в двух районах. Кувандыкский включает 3 локальных аномалии общей площадью 500 км² с максимальным содержанием таллия вблизи г. Кувандык (8,6 х10^-1 мг/кг). ГайскоНовотроицкий объединяет 4 участка с содержанием таллия 11,5х10^-1 мг/кг в р. Сухая Губерля и 12,1х10^-1 мг/кг у г. Новотроицка. Общая площадь этих участков составляет 800 км².

Формирование аномального содержания таллия в водотоках в пределах Гайско-Новотроицкого района обусловлено специализированными на медь породными комплексами, вмещающими рудные объекты, а также воздействием техногенных факторов, связанных с добычей и переработкой медных и железных руд.

В целом, общая площадь участков с аномальным содержанием таллия 5,5х10^-1 мг/кг и более на территории области составляет 2,3 тыс. км².

Уран по вредному воздействию на человека и животных относится к I группе элементов. В ранние сроки его воздействия преобладает химическая токсичность, а в поздний период оказывает действие радиационный фактор, вызывающий хроническую лучевую болезнь.

Загрязнение поверхностного слоя рыхлых образований литосферы территории области ураном оценивалось по данным распределений его содержаний в донном осадке. В данной работе рассматривается только западная часть территории, т.к. центральная и восточная части были изучены в 1993 г.

Содержание урана в пробах изменяется от 0,32 до 3,69 мг/кг. Изученная территория характеризуется фоновым (до 2,5 мг/кг) содержанием, не превышающим уровень кларка земной коры.

Максимальное содержание урана зафиксировано на двух локальных участках. В районе г. Бузулук в нижнем течении р. Домашка –3,19 мг/кг. В левом притоке р. М.Кинель (руч. Солянка) содержание урана составляет 3,69 мг/кг. Эти участки условно можно отнести к неблагополучным по содержанию урана.

Таким образом, вся западная часть области характеризуется удовлетворительным состоянием поверхностного слоя рыхлых отложений, в отличие от центральной и восточной, где выявлены районы с избыточным (более 3,5 мг/кг) содержанием урана.

Также как и уран, фтор-ион изучался в западной части области. Необходимость пристального внимания к нему определяется его высокой биологической активностью, возможностью проявления флюороза при избыточном и кариеса зубов при низком уровне концентраций в питьевых водах.

Содержание фтор-иона в водах изученной площади колеблется от 0,19 до 0,47. В основном распространены поверхностные воды с содержанием 0,3-0,4 мг/л, и только в юго-восточной части 0,42 и 0,47 мг/л. Выделяется ряд районов в бассейнах рек Б.Кинель, Мочегай, Боровка, Бузулук, Самара и Ток с содержанием фтор-иона от 0,19 до 0,3 мг/л. Эти районы, общей площадью 16 тыс.км², по бальнеологической классификации относятся к опасным по кариесу.

В целом, изученная площадь характеризуется пониженным содержанием фтор-иона в поверхностных водах, в сравнении с центральной и восточной, где среднее содержание составляет 0,407 мг/л.

Низкое содержание фтор-иона приурочено к области развития континентальных отложений, образовавшихся в процессе эрозии вулканогенноосадочных и интрузивных пород. Эти образования характеризуются низким кларком фтора, что обусловило слабое поступление его в поверхностные воды.

Конечным результатом выполненных работ является оценка экологического состояния рыхлых образований и поверхностных вод, как основных компонентов экосистемы, взаимно влияющих друг на друга. На основе моноэлементных карт районирования территории по степени загрязненности изученными компонентами, составлены сводные карты, отражающие:

– экологическое состояние поверхностного слоя рыхлых образований;

– экологическое состояние поверхностных вод;

– интегрально-обобщенное экологическое состояние поверхностного слоя рыхлых отложений и поверхностных вод.

Оценка эколого-геохимического состояния проведена вне зависимости от взаимоотношения проявленных на территории природно-геологических и техногенных факторов загрязнения, поскольку компоненты геологической среды могут быть, во-первых, неблагоприятными для использования в естественном состоянии, а во– вторых, природные условия всегда являются фоном аномального загрязнения, на который накладывается техногенное воздействие.

На участке исследований выделены следующие классы экологического состояния территории, определяющие условия проживания человека и особенности хозяйственного освоения:

– класс благоприятного состояния (зона экологической нормы) – характеризуется устойчивостью и относительной стабильностью состояния рыхлых образований и поверхностных вод, без заметного снижения их продуктивности;

– класс условно благоприятного состояния (зона экологического риска) – требует разумного хозяйственного планирования. Рыхлые отложения и поверхностные воды характеризуются нестабильным состоянием, но с еще обратимыми нарушениями;

– класс неблагоприятного состояния – территории этой зоны требуют хозяйственного освоения с учетом загрязнения компонентов экосистемы. Эти площади характеризуются снижением их продуктивности и устойчивости, что при усилении техногенной нагрузки может привести к спонтанной деградации компонентов природно-геологической среды;

– класс весьма неблагоприятного состояния – зона существенной потери продуктивности и устойчивости компонентов экосистемы. Эти территории требуют выборочного хозяйственного использования и оперативного проведения мероприятий по улучшению сложившейся ситуации.