ЭКОЛОГОГЕОХИМИЧЕСКИЕ КАРТЫ 1 Эко- геохимические карты мелкого

ЭКОЛОГОГЕОХИМИЧЕСКИЕ КАРТЫ 1

Эко- геохимические карты мелкого масштаба Первостепенной задачей является санитарно-гигиеническая оценка геохимических функций литосферы. Территориальные единицы исследований соответствуют зонам с повышенным или пониженным содержанием элементов относительно фона: • Геохимическая зона - широтная климатическая (ландшафтная) зона со специфическими особенностями миграции элементов. • Геохимическая провинция - однородная область, характеризующаяся определенными ассоциациями элементов. • Геохимическая аномалия - участок территории, в пределах которого статистические параметры распределения химических элементов (оценка математического ожидания или отклонение значений от этой величины) отличаются от геохимического фона. Геохимический фон - среднее содержание химического элемента, для геохимической зоны, провинции или другой территории, в пределах которой антропогенное влияние отсутствует. Рассматриваемые геохимические особенности подразделяют на: литохимические (горные породы, почвы, донные осадки); гидрохимические (подземные воды); атмохимические (газовый состав почв, горных пород, подземных вод); 2 биохимические.

Биогеохимические провинции (Биологические провинции и их роль в органической эволюции «Геохимия» , 1963, № 3 А. П. Виноградов. ) Геохимические провинции, в которых с повышенным или пониженным содержанием некоторых химических элементов связана определенная реакция со стороны биоты, получили название биогеохимических провинций. По генезису выделяют два вида провинций: Приурочены к определенным почвенным зонам и характеризуются недостатком того или иного элемента. Обычно носят негативный характер, который проявляется в угнетении экосистем. Например, для подзолистых и дерново-подзолистых почв обычен недостаток йода, кальция, меди и кобальта. К заболеваниям, связанным с недостатком элементов относят эндемический зоб (недостаток йода). кариес (недостаток фтора), железодефицитные анемии (недостаток железа и меди). Подобные провинции не встречаются в соседней черноземной зоне. Причина лежит в подвижности ионов. Перечисленные элементы легко вымываются из подзолистых почв. Встречаются в любой зоне и возникают на фоне развития ореолов рудных месторождений, солености, вулканических эманаций и т. п. Этот тип провинций носит преимущественно, но не обязательно, позитивный характер, поскольку связан с избытком тех или иных элементов 3

Биогеохимические зоны и провинции Схематическая карта биогеохимических зон и провинций (по В. В. Ковальскому) Эти понятия первым ввел Виноградов Биогеохимические зоны: А-таежно-лесная; Б-лесостепная; В-степная черноземная; Г-сухопутная, полупустынная и пустынная. Провинции выделены знаками 4

Дополнительные факторы, которые учитывают при рассмотрении биогеохимических провинций Форма нахождения элемента. Наибольшее действие на биоту вызывают растворимые соединения. Так повышенное содержание молибдена приводит к заболеваниям животных только в районах со щелочными почвами. Избыток молибдена в кислых почвах заболеваний не вызывает, т. к. в этом случае он образует плохо растворимые соединения. Адаптация биоты Средние содержания химических элементов в ореолах месторождений могут в 10 и более раз превышать фон. Биоценозы часто адаптируются к таким условиям, но не всегда, и тогда с геохимическими аномалиями связана повышенная заболеваемость. Потенциальная опасность В процессе эксплуатации месторождений опасность может многократно возрастать. Такие территории следует выделять на мелкомасштабных геохимических картах. Основой эколого-геохимических оценок горных пород и подземных вод могут быть: «Карты геохимической специализации структурно-формационных комплексов России М 1: 5 000» , ВСЕГЕИ, 1997 г, Г. М. Беляев, В. С. Певзнер и др. «Карты геохимических аномалий России М 1: 5 000» , ВСЕГЕИ в 1995 г, Г. М. Беляев, В. В. Боровой и др. ), • «Эколого-гидрогеологическая карта России. М 1: 5 000» , Конюхова Т. А. , и др. М. , 1994 г. или 5 «Специализированной гидрогеохимической карты России. М 1: 5000000» . Гл. ред. Е. А. Басков.

Основные блоки ЭГК мелкого масштаба ЧЕТЫРЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ БЛОКА О ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЯХ ЛИТОСФЕРЫ 1. ГЕОХИМИЯ ГОРНЫХ ПОРОД: 1. 1. Геохимия коренных пород. 1. 2. Геохимия рыхлых пород зоны аэрации. 2. ГЕОХИМИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД: 2. 1. Минерализация подземных вод. 2. 2. Загрязнение подземных вод. 6

Блок 1. Геохимия коренных горных и рыхлых пород зоны аэрации Выделение геохимических ассоциациях элементов основано на отличие концентраций элементов от кларков. На геохимических картах выделяют до 70 таких ассоциаций. Их экологическая интерпретация должна учитывать степень токсичности элементов ассоциации. Поэтому предлагается двухуровневая система оценки: На первом этапе каждому элементу ассоциации присваивается индекс согласно классу его токсичности (см. табл. на слайде 5); На втором этапе дается интегральная оценка класса опасности ассоциации. 7

1. Определения индексов опасности элементов Балл 4 3 2 1 Индексы опасности элементов Класс токсичности Химические элементы 1 2 3 Не токсичные Be, Hg, As, Cd, Bi, Se, Pb, Zn, Ge, Sb Mo, B, Li, Cs, Cu, Ni, Cr, Co, Sn, W, Ba, Sr, Mn, V, Sc, P, U. Na, Rb, Th, Ta, Nb, F, Y, Zr, Ti, Pt, Ag, Ga, Например, никель-циркониевую (Ni, Co, Zr, Sc, Cr) ассоциацию Кольского полуострова можно оценить так: Ni (3), Co (3), Zr (1), Sc (2), Cr (3); сумма индексов - 12. 2. Интегральная оценка класса опасности ассоциаций Суммы индексов разбивают на 5 групп потенциальной геохимической опасности (см. табл. ). Классы экологической опасности геохимической ассоциации Суммарный индекс Менее 5 5 -10 10 -15 15 -20 Более 20 Опасность ассоциации 1 3 4 5 2 Таким образом, интегральная оценка опасности никель-циркониевой ассоциации элементов Кольского полуострова составляет 3 балла. 8

Детальное описание геохимических ассоциаций 9

Блок 2. Геохимия подземных вод Рассматривается химический состав маломинерализованных вод верхнего гидрогеохимического этажа, поскольку именно они используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения и оказывают влияние на здоровье человека. Блок 2. 1. Минерализация. Основной критерий качества подземных вод ─ их общая минерализация. По степени минерализации воды разбиты на 5 классов (см. табл. ). Классы общей минерализации подземных вод (ГОСТ 2874 -82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством «). Балл Наименование класса Минерализация, г/л 1 Оптимальный состав 0, 1 - 0, 6 2 Состав, соответствующий требованиям ГОСТ <0, 1 - 1, 0 3 Удовлетворительный состав 1, 0 -1, 5 4 Неудовлетворительный состав 1, 5 - 3, 0 5 Вода непригодна для питья >3, 0 10

Блок 2. 2. Загрязнение подземных вод Критерием опасности является кратность превышения ПДК по отдельными компонентами для питьевых вод. (Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 559 -96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» ). Зоны, в которых содержание природных микрокомпонент превышает ПДК, показывают площадными объектами. Антропогенное загрязнение на водозаборах, учитывая масштаб карты, показывают точечными объектами. Если ПДК превышены по: • токсикологическому показателю для двух и более компонент, то значения превышения складывают, • органолептическому - берется большее значение. По степени превышения ПДК для отдельных компонент выделяется классы вод (см. табл. ). 11

Литература: 1. Карта геохимической специализации структурно-формационных комплексов России, масштаб 1 : 5 000, ВСЕГЕИ, 1997 г. ( Г. М. Беляев, В. С. Певзнер, и др. ). 2. Карта геохимических аномалий России масштаб 1 : 5 000» , ВСЕГЕИ, 1995 (Г. М. Беляев, В. В. Боровой, и др. ). 3. Комплект эколого-геологических карт России, масштаб 1: 5000000, ВСЕГИНГЕО, 1995. 4. Эколого-гидрогеологическая карта России. Масштаб 1: 5 000. (Конюхова Т. А. , и др. М 1994 г). 5. Специализированная гидрогеохимическая карта России. Масштаб 1: 5 000. (Гл. ред. Е. А. Басков, редакторсоставитель С. Н. Суриков). 12

Особенности крупномасштабных карт Детальные карты необходимы для управления рисками, связанными с геохимическими особенностями литосферы и ее загрязнением химическими веществами. Поэтому данные, полученные на предшествующих этапах исследований (при мелкомасштабном картировании) дополняют оценкой экологических рисков и показывают источники и пути поступления химических веществ в организм. При оценке уровней риска исходят из индивидуального риска или ущерба. Индивидуальный риск в течение жизни соответствует дополнительному числу случаев по отношению к фону серьезного заболевания или смерти на 1 млн. экспонированных лиц - LLE (loss of life expectancy). При расчетах учитывают продолжительность экспозиции и принимают массу тела человека равной 70 кг. Классификация уровней риска приведена в таблице (сл. 14) , из которой следует, что приемлемый риск может меняться от 1 (минимальный) до 1000 (для профессионалов) дополнительных смертей на 1 млн. В основе классификации лежит принцип приемлемости риска (As low as reasonably Achievable – ALARA). Методика оценки риска для здоровья населения от воздействия химических факторов определяют «Санитарноэпидемиологические правила и нормативы» . Сан. Пи. Н. Минздрав России. М: 2003. 24 с. 13

Мера ущерба – это величина денежного эквивалента потери 1 чел. года жизни. Она устанавливается федеральными органами санэпиднадзора в размере не менее 1 годового душевого национального дохода. Две модели оценки риска Используют две модели: беспороговая - принято, что полученные человеком дозы аккумулируются и любая доза увеличивает риск онкологических заболеваний, применяется в отношении канцерогенных эффектов. ; пороговая - предполагает, что риск заболеваний появляется с определенного уровня доз. Характеристика риска проводится для всех путей поступления химического вещества в организм (перорального, накожного, ингаляционного) с учетом совместного действия химических соединений. 14

Канцерогенный риск Вероятность развития новообразований на протяжении всей жизни человека, обусловленная воздействием дозы канцерогена. Оценка риска исходит из фактора канцерогенного риска – F. Он характеризует дополнительную угрозу здоровью при ежедневном поступлении канцерогена в количестве 1 мг, отнесенную к 1 кг массы тела. Единица измерения: 1/[мг/(кг∙сутки)] или 1/[доза/(кг∙сутки)], т. е. количество поступившего канцерогена или полученная доза нормируются на среднюю массу тела человека (70 кг) и среднюю продолжительность жизни (70 лет или 25550 сут. ). Соответствует границе 95% одностороннего доверительного интервала, определяемой по функции распределения вероятности “дозаответ”. Индивидуальные и популяционные канцерогенные риски относятся к средней продолжительности жизни человека (70 лет) и рассчитываются с учетом продолжительности воздействия канцерогенного фактора. Пример. Риск при облучения естественным радиационным фоном (среднее значение для России 2, 4 м. Зв/год) равен 7, 3*10 -5*2, 4=1, 75*10 -4, где 7, 3*10 -5– фактор канцерогенного риска из расчета 1 м. Зв/(чел. Год). (Критические значения см. табл. на слайде 17) Мера коллективного риска - эффективная коллективная доза. Она равна сумме индивидуальных эффективных доз или произведению средней 15 индивидуальной дозы на численность населения - человеко-Зиверт (чел. -Зв).

Оценка риска при воздействии пороговых токсикантов Используются понятия: референтная доза/концентрация; коэффициент опасности. Референтная доза/концентрация (H 0) – суточное поступление химического вещества в расчете на 1 кг массы тела человека - m[мг/(кг∙сут)], которое не приводит к возникновению неприемлемого риска для здоровья чувствительных групп населения. Усредненное время воздействия, принимают равным 30 годам (10950 сут. ). Коэффициент опасности – отношение воздействующей дозы химического вещества к его безопасному уровню воздействия. Hq = m/H 0, где H 0 – референтная доза. Синонимы: допустимое суточное поступление, переносимое суточное поступление, рекомендуемый уровень воздействия. При Hq>1 есть опасность отравления и она возрастает с увеличением коэффициента опасности (см. табл. на слайде 17). Если в организм поступает несколько токсикантов, то индекс опасности равен 16 сумме индексов опасности каждого из токсикантов.

Классификация уровней индивидуального риска 17

Карты геохимической направленности Карта геохимической специализации структурно-формационных комплексов России. М 1: 5000000 (Сост. Беляев Г. М. , Певзнер В. С. и др. ВСЕГЕИ, 1997. – В «Комплекте геохимических и геолого-экологических карт России. М 1: 5 М» ). Геологическая основа карты – «Структурно-формационная карта России. М 1: 5 М» (ЦНИГРИ, ИМГРЭ. Под рук Е. П. Ширая). «Геохимическая карта территории СССР. М 1: 2, 5 М» (Сост. А. А. Смыслов, В. А. Рудник, А. Б. Ронов и др. , 1980). Принципы составления карты: 1. Формационный – приуроченность повышенных содержаний элементов и их групп к определенным геологическим комплексам. 2. Инвариантности – распространенность элементов есть общая мера, которая определяет современное состояние геологического объекта. 3. Системной иерархии – в геохимических ассоциациях господствует порядок, который проявляется на фоне многообразия. 4. Упорядоченности – через геохимические структуры: районы, зоны, области, провинции. 5. Соответствия – от отдельных разрезов возможен переход к пространственным построениям. 18

Геологическая основа ЛЕГЕНДА На геологической основе буквенными индексами показаны структурноформационные мегакомплексы: с – фундамент древних платформ, р – континентальные плиты, т – пассивные континентальные окраины, а – островные дуги, s – окраинные моря, v – вулкано-плутонические пояса, c – коллизионные структуры, i – структуры внутреннего рифтогенеза и магматизма. с1, р2 и т. п. - подстрочный цифровой индекс указывает на принадлежность к конкретному структурно-формационному комплексу. Кроме того, отображены разломы, рифты, надвиги, вулкано-тектонические депрессии, соляные купола, трубки взрыва, вулканы и астроблемы. 19

Геохимическая нагрузка Распространенность элементов и их ассоциаций в геологических комплексах, отражены на карте цветом. Последовательность построения : 1. По выделенным структурно-формационным комплексам рассчитаны средневзвешенные содержания (с учетом мощности геологических тел) 41 -го химического элемента: Sn, TR, Mo, W, Be, Ba, Sr, Na, Li, Rb, Cs, U, Th, Ta, Nb, P, F, Y, Zr, Ti, Mn, V, Sc, Ni, Co, Cr, Pt, Cu, Zn, Pb, Ag, Bi, Hg, As, Sb, Se, Ga, Ge, Cd. 2. Распространенность элементов характеризовало средневзвешенное содержание, выраженное в кларках (по А. П. Виноградову). Приняты три градации распространенности: <1 – ниже кларкового, 1 -2, 5 – кларковый, > 2, 5 – выше кларкового. По распространенности выделены 70 геохимических ассоциаций, которые приведены в легенде. На основе классификации В. Гольдшмидта-А. А. Смыслова (1974 г. ), ассоциации объединены в 12 геохимических типов: литофильный (Л), халькофильный (X), сидерофильный (С) и т. п. 3. Экологическая характеристика основана на представлениях о классах токсичности элементов, их распространенности и форме нахождения. Токсичность определена согласно ГОСТ 17. 4. 1. 02 -83 «Охрана природы» : I класс – 10 элементов (Be, Hg, As, Cd, Bi, Se, Pb, Zn, Ge, Sb). II класс – 8 элементов (Mo, B, Li, Cs, Cu, Ni, Cr, Co), III класс – 9 элементов (Sn, W, Ba, Sr, Mn, V, Sc, P, U). 20

Геохимическое районирование На врезке к карте показано геохимическое районирование территории России. Крупные геохимические подразделения в ранге провинций, областей и зон в общих чертах совпадают геологическими структурами. Геохимические структуры европейской территории России следующие. 1. Восточно-Европейская провинция. Охватывает территорию Русской плиты и Прикаспийской впадины. Для нее характерно преобладание хальколитофильной. ассоциации. Провинция разбивается на северную, центральную и южную области. Такое деление отражает глубинное строение Русской плиты. 1. 1. Северная область. Здесь широко развиты карбонатно-терригенные породы позднепалеозойского и раннемезозойского возраста. Ассоциации элементов: халькосидерофильная (Cu, Ni, Co, Pt) и сидерохалькофильная (Pb, Zn, Ni, Co, Ag). 1. 2. Центральная область. Сложена терригенно-карбонатными, угленосными и соленосными формациями палеозойского, частично вендского возраста, Преобладают ассоциаций: Bi, Li, Zr (Ga, Sn, Ag, TR) и Cu, Sr, Pb, Zn, Hg. 1. 3. Южная область. Сложена терригенно-карбонатным формациями среднего палеозоя. Преобладает смешанная ассоциация: Cr, V, TR, Li, Se (Au, F, Ge, Mn). 2. Скифская провинция. Охватывает территорию одноименной плиты. Основную часть области характеризует молибден-марганцевая с Zr и Ni ассоциация. Северная часть представляет зону с 21 редкометально-селеновой ассоциацией, в которую входят также Zr, TR, Ag.

Ландшафтная эколого-геохимическая карта России М 1: 5000000 Сост. Сорокина Е. П. , Никифорова Е. М. , 1994. – Входит в «Комплект геохимических и экологогеологических карт России. М 1: 5000000» . На карте жирными малиновыми линиями в пределах 8 ландшафтных областей выделены зоны равнин и горных провинций. Первые обозначены прописными буквами (А–Р), вторые – строчными буквами (а–и). Более мелким объектом, являются группы ландшафтов, выделенные по: потенциалу самоочищения почв, энергии водообмена и литологической основе. Этим факторам соответствуют три символа (например, II 21 gk или III 32 b): римская цифра - энергия водообмена, I – преимущественного выноса в горах; II – преимущественного выноса на возвышенных равнинах; III – выноса и аккумуляции; IV – транзита и аккумуляции. арабская цифра – потенциал самоочищения почв (обстановка водной миграции): темно-зеленый цвет – очень высокий, светло-болотный цвет – выше среднего и высокий, розовато-коричневатый – средний, сиреневый (лиловый) – ниже среднего и голубой, малиновый и красный цвета –низкий и очень низкий потенциал. , буква – литогенная основа ландшафта (тип пород): s – изверженные и вулканогенные кислые, m – изверженные и вулканогенно-осадочные основные и ультраосновные, к – карбонатные, g – глинистые, pg –песчано-глинистые, gk – элювиально-делювиальные карбонатные суглинки и глины, , h – гипсо- и соленосные и т. д. 22 Цветовая окраска групп ландшафтов связана с потенциалом самоочищения почв