Лабораторная работа №6.

Предлагаемая методика оценки степени опасности загрязнения почво-грунтов основана на изучении параметров геохимического поля, изменчивости концентраций его элементов под действием различных факторов, природных или техногенных. Под геохимическим полем при этом понимается пространство в пределах определенной среды, где устанавливается закономерное распределение всех химических элементов. Основными параметрами геохимического поля являются концентрации элементов, формы их нахождения и характер распределения. Первые два параметра определяются лабораторным путем, третий – расчетным, на основе методом математической статистики. При этом статистически определяются средние концентрации элементов в соответствии с законом распределения, но наиболее значимым показателем является равномерность или устойчивость распределения элемента в пределах геохимического поля, которая оценивается коэффициентом вариации. По этому показателю элементы разделяются на: равномерно распределенные, неравномерно распределенные и весьма неравномерно распределенные. Существует закономерность, чем выше среднее содержание элемента в изучаемой среде, тем равномерней (устойчивей) характер его распределения в геохимическом поле.

Нормальное (фоновое) геохимическое поле характеризует относительно устойчивое равновесие в пределах изучаемой генетически однородной среды в пространстве, где процессы, приводящие к значительному перераспределению (дифференциации) элементов, не проявлены или незначительно выражены. Генетически однородная среда формируется в рамках единого, однонаправленного по физико-химическим параметрам процесса, протекающего в определенный интервал времени, например, формирование гранитного массива, водоносного горизонта или комплекса, почвенного покрова и т. д.

Генетически однородные среды характеризуются устойчивым нормальным геохимическим полем, которое представлено определенным спектром элементом. По сути, каждая среда имеет своеобразный геохимический код, по которому достаточно легко ее идентифицировать. Существует набор индикаторных элементов, характер распределения которых типичен для той или иной среды. Фоновые концентрации различных сред отличаются. В идеальном геохимическом поле изучаемой среды коэффициенты концентрации всех элементов во всех его участках равны единице. В природе существование таких полей маловероятно.

Именно, исходя из этих позиций, любое наложение вторичных природных или техногенных процессов, сопровождающихся перераспределением, привносом или выносом элементов, приводит к изменению параметров первичного геохимического поля. Эти изменения фиксируются как аномалии, которые занимают определенные участки в рамках исследуемого пространства геохимического поля. В этих участках отмечается нарушенность параметров первичного геохимического поля, степень проявления которой зависит от интенсивности перераспределения, привноса или выноса элементов. Эти аномалии имеют наложенный характер и связаны с определенными источниками и процессами.

По отношению к любому природному или техногенному процессу формирования аномалий все химические элементы или их соединения делятся на 4 группы. С точки зрения процессов загрязнения окружающей среды можно выделить:

1. Главные определяющие аномалию элементы (загрязнители), содержание которых в пределах аномальных участков превышают ПДК.

2. Второстепенные, сопутствующие элементы, содержания которых не превышают ПДК, однако отмечается их привнос в аномальную зону по отношению к геохимическому фону. Концентрация данных элементов растет с увеличением содержания главных элементов - загрязнителей.

3. Нейтральные, инертные элементы, концентрация которых не меняется в процессе загрязнения, то есть остается в пределах фона.

4. Деконцентрирующиеся элементы, которые испытывают вынос из ореолов загрязнения под действием техногенных факторов. Они могут формировать на периферии основного ореола загрязнения вторичные ореолы или располагаться в его внешних зонах. Существует закономерность: чем масштабнее и полнее проявлен процесс загрязнения, тем отчетливее наблюдается дифференциация элементов, и тем более определеннее выделяются элементы выше представленных групп.

В процессе загрязнения формируются аномальные ореолы, имеющие закономерное внутреннее строение и вполне закономерное пространственное расположение по отношению к источнику воздействия.

Задание:

Рассчитать коэффициенты концентраций компонентов по отношению к фоновым концентрациям и дать оценку степени опасности загрязнения почво-грунтов при помощи коэффициента нарушенности геохимического поля . Составить карты ореолов комплексного загрязнения.

Исходные данные:Результаты химико-аналитических исследований почво-грунтов. Схемы и карты отбора проб исследуемых участков.

Методические указания:

Для выделения аномальных ореолов загрязнения необходимо определить участки с нарушенным первичным геохимическим полем. Предлагаемая методика позволяет это реализовать при помощи изучения дисперсии распределения элементов, которая в данном случае является мерой рассеивания коэффициентов концентраций элементов вокруг их средней величины в пределах одной пробы. Для этого необходимо:

1. Рассчитать коэффициенты концентрации элементов по отношению к фону для проб почво-грунтов, отобранных в зоне влияния исследуемого объекта.

2. Оценить степень нарушенности первичного геохимического поля, рассчитав статистическую дисперсию распределения коэффициентов концентрации элементов для каждой пробы по формуле:

, где - дисперсия распределения коэффициентов концентрации элементов в пределах одной пробы; n – количество включенных в расчет элементов; x_i – коэффициент концентрации i-го элемента в пределах пробы; - среднее значение коэффициента концентрации элементов в пределах одной пробы.

3. Чем ниже значение дисперсии, тем меньше степень нарушенности первичного геохимического поля и тем ниже уровень загрязнения почво-грунтов. Для оценки степени опасности загрязнения почво-грунтов используем ориентировочную оценочную шкалу степени опасности загрязнения почв, разработанную для суммарного показателя загрязнения (Zc) и адаптированную опытным путем к рассчитанной дисперсии (таблица 1). Это является правомочным, так как опыт одновременного изучения ореолов загрязнения при помощи Zc и дисперсии распределения коэффициентов концентрации показал высокую сходимость результатов.

Таблица 1. Ориентировочная оценочная шкала степени опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения и уровню дисперсии распределения коэффициентов концентрации.

Категория загрязненности почв.	Величина (Zc)	Величина	Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения.
1. Допустимая	Менее 16	Менее 5	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений.
2.Умеренно-опасная	16-32	5-20	Увеличение общей заболеваемости.
3. Высоко- опасная	32-128	20-100	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистых систем.
4.Чрезвычайно- опасная	Более 128	Более 100	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофии новорожденных).

4. В соответствии со шкалой необходимо определить степень опасности загрязнения почво-грунтов по показателю и выделить аномальные ореолы в пределах исследуемой территории.

5. Провести анализ пространственного расположения аномальных ореолов и оценить степень сходимости результатов исследований по оценке степени загрязнения почв при помощи показателей Zcи .

Необходимо при этом учитывать, что чем больший спектр элементов вовлечен в расчет, тем достоверней будут результаты оценок по . Данный показательв отличие отобщепринятого Zc не просто суммирует коэффициенты концентраций элементов в пределах пробы, а оценивает неравномерность распределения коэффициентов концентрации элементов вокруг среднего их значения и, таким образом, позволяет оценить степень нарушенности первичного геохимического поля. Эта степень напрямую зависит от интенсивности загрязнения почв, то есть от привноса не типичных для почв элементов, что позволяет применять данный коэффициент для оценки степени опасности загрязнения почв. Однако достаточно высокая сходимость результатов, полученных при расчете этих двух показателей, доказывает также правомочность использования широко применяемого показателя Zc для оценок степени загрязнения почв.