Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНОГО ОКРУГА МОСКВЫ ПО СНЕЖНОМУ ПОКРОВУ

Власов Д.В. 1
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
На основе данных о величине рН, минерализации и составе талых снеговых вод, а также уровней выпадения тяжелых металлов и металлоидов было проведено эколого-геохимическое районирование южной части Восточного округа г. Москвы. Было выделено 13 районов. Наибольшую распространенность получили районы с ультрапресными кислыми и нейтральными хлоридно-кальциевыми снеговыми водами. Уровень выпадений тяжелых металлов и металлоидов на большей части округа низкий и очень низкий. Интенсивная эмиссия в большинстве выделенных районов установлена для Mo, Sb, As, W и Sn. Наиболее загрязнен тяжелыми металлами и металлоидами район, расположенный в северной части округа на пересечении МКАД и ш. Энтузиастов. На основе анализа геохимических коэффициентов выявлена неоднородность использования антигололедных средств на территории округа.
снежный покров
тяжелые металлы
Москва
районирование
1. Битюкова В.Р., Касимов Н.С., Власов Д.В. Экологический портрет российских городов // Экология и промышленность России. – 2011. – № 4. – С. 6–18.
2. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. – М.: Недра, 1990. – 335 с.
3. Геохимия снежного покрова в Восточном округе Москвы / Н.С. Касимов, Н.Е. Кошелева, Д.В. Власов, Е.В. Терская // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, геогр. – 2012. – № 4. – С. 14–24.
4. Моисеенков О.В. Эколого-геохимический анализ промышленного города (на примере г. Тольятти): дис. ... канд. геогр. наук. – М., 1989. – 243 с.
5. Никифорова Е.М., Лазукова Г.Г. Москва. Перовский район. Равнинные ландшафты // Экогеохимия городских ландшафтов / под ред. Н.С. Касимова. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. – С. 57–90.
6. Систер В.Г., Корецкий В.Е. Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период. – М.: ЦентрМГУИЭ, 2004. – 159 с.
7. Соколов Л.С., Астрахан Е.Д. Загрязнение территории Москвы металлами // Природа. – 1993. – № 7. – С. 68–73.
8. Экологический атлас Москвы. – М.: Изд-во «АБФ/ABF», 2000. – 96 с.
9. Bacardit M., Camarero L. Atmospherically deposited major and trace elements in the winter snowpack along a gradient of altitude in the Central Pyrenees: The seasonal record of long-range fluxes over SW Europe // Atmospheric Environment. – 2010. – № 44. – P. 582–595.
10. World Urbanization Prospects. The 2011 Revision [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://esa.un.org/unpd/wup/ (дата обращения 14.09.2013).

Занимая лишь 2 % площади суши, города потребляют 3/4 мировых ресурсов. В настоящее время половина населения планеты живет в городах, к 2030 г. городское население составит 60 %, а к 2050 г. – 67 % от мирового [10]. В России 73 % населения проживает в 1060 городах и 2070 поселках городского типа [1]. Снежный покров – надежный источник данных о загрязнении атмосферного воздуха городов и удобный индикатор техногенных геохимических аномалий в других компонентах ландшафта [2]. Изучение загрязнения снежного покрова дает интегральную оценку состояния атмосферы за холодный период [5]. Основными источниками загрязняющих веществ для снежного покрова городов являются выбросы автотранспорта, промышленности, топливно-энергетического комплекса и антигололедные средства.

Важной проблемой эколого-геохимического изучения урбанизированных территорий является выделение участков с близкими условиями миграции поллютантов и уровнями загрязнения компонентов ландшафтов. Чаще всего она решается путем расчета суммарных показателей загрязнения почв и снежного покрова [2, 3], однако данный метод не учитывает связи между различными свойствами компонентов ландшафтов и уровнями их загрязнения и не позволяет дать характеристику общего состояния городской среды [4].

О.В. Моисеенковым [4] для эколого-геохимического районирования г. Тольятти был разработан и применен метод многомерного кластерного анализа, позволивший провести районирование по комплексу физико-химических условий почв с учетом их техногенной трансформации (рН, гранулометрический состав, содержание гумуса), определяющих интенсивность и характер миграции загрязнителей, а также по данным о содержании 9 металлов в них. В результате на территории города было выделено восемь наиболее устойчивых кластеров. Данный тип районирования основан на использовании фактического материала, полученного в ходе полевых и лабораторных исследований.

Цель исследований – на основе данных о составе талой снеговой воды и величины выпадений тяжелых металлов и металлоидов (ТМ) провести эколого-геохимическое районирование территории Восточного административного округа (ВАО) г. Москвы, где расположены крупные предприятия различного профиля. Загрязнение снежного покрова ТМ в Москве исследовалось ранее [2, 5, 7], однако районирование территории города по комплексу геохимических показателей проводится впервые.

Объект исследований – территория Восточного округа – находится в пределах Подмосковной Мещеры, которая относится к подзоне южной тайги и представляет собой плоскую зандровую равнину с отметками абсолютной высоты 140–160 м. В течение года преобладают ветры южного и западного направлений [8]. Зимой 2009/10 гг. постоянный снежный покров установился 8 декабря. Максимальная высота снежного покрова мало отличалась от средней многолетней величины и составила в среднем 45–50 см, местами снижаясь до 25–30 см (вблизи автомагистралей) и увеличиваясь до 55–65 см (в жилых районах и на фоновых территориях).

В пределах ВАО изучена южная наиболее загрязненная часть – районы Косино–Ухтомский, Новокосино, Вешняки, Кусково, Новогиреево, Ивановское и Перово, предприятия теплоэнергетики, машиностроения и металлообработки, химии и нефтехимии, пищевой промышленности, производства стройматериалов и деревообработки, легкой и текстильной промышленности в промзонах Соколиная гора, Прожектор, Перово, а также Перовская районная тепловая станция и мусоросжигательный завод в Руднево, имеющих различную техногенную геохимическую специализацию выбросов. Не менее сильно воздействуют на городскую среду крупные автомагистрали – МКАД, шоссе Энтузиастов, Свободный и Зеленый проспекты, ул. Кетчерская, Перовская, Плеханова и другие, железные дороги.

Материалы и методы исследований

Данное исследование базируется на материалах снегомерной геохимической съемки, проведенной в начале марта 2010 г. для оценки основных физико-химических характеристик и уровня накопления ТМ в снежном покрове ВАО [3]. Полевые и лабораторные методы подробно изложены в [3]. Смешанные пробы снега отбирали в 51 точке на территории округа и 5 фоновых точках в 50 км на запад от Москвы в районе г. Звенигород. Пробы помещали в пластиковые ведра и растапливали при комнатной температуре.

Основные физико-химические характеристики определены в Эколого-геохимическом центре географического факультета МГУ. Путем фильтрования выделяли жидкую и твердую фазы. Анионный состав фильтрата (SO42–, Cl–, NO3–) определяли на жидкостном ионном хроматографе, катионный (Са2+, Mg2+, K+, Na+) – на атомно-абсорбционном спектрометре. Концентрацию ТМ в твердой фазе определяли во ВНИИ минерального сырья масс-спектральным и атомно-эмиссионным методами с индуктивно связанной плазмой.

Данные о величине пылевой нагрузки, концентрациях ТМ в пылевой составляющей снега, уровнях выпадений поллютантов и о пространственном распределении указанных параметров брались из работы [3]. Общая геохимическая нагрузка на ландшафты оценивалась двумя суммарными показателями – загрязнения снежного покрова Zc и эмиссии элементов Zd, которые представляют собой сумму Kс и Kd над фоновым уровнем соответственно:

Zс = ∑Kс – (n – 1); Zd = ∑Kd – (n – 1),

где n – число химических элементов с Kс или Kd > 1,5 [2, 3].

Выделение эколого-геохимических районов проводилось путем построения в пакете Surfer 10 методом кригинга карт распределения рН, минерализации и классов макросостава талой снеговой воды, а также величины суммарных выпадений Zd ТМ и дальнейшего синтеза информации с полученных карт методом оверлея.

Результаты исследований и их обсуждение

В районе Звенигорода талые снеговые сульфатно-хлоридно-кальциевые воды имеют слабокислую реакцию (рН 5,8), очень низкую минерализацию (6 мг/л) и малое содержание взвеси – 8 мг/л [3]. Фоновая пылевая нагрузка – 8 кг/км2 в сут. – близка к аналогичному показателю (около 10 кг/км2) для равнинной континентальной территории умеренных широт [3]. Происхождение аэрозолей можно определить путем расчета коэффициента обогащения КО относительно среднего состава земной коры: КО = (Эл / NE)проба / (Эл / NE)земн.кора, где Эл и NE – содержание интересующего и нормирующего элементов соответственно в пробе или в земной коре [9]. В качестве нормирующего элемента используют Al, Fe, Sc, La. На фоновой территории КО по La > 10 для Cu, Pb и Bi свидетельствует о преобладании поступления ТМ из атмосферы при их региональном переносе с прилегающих территорий.

Ранее было установлено подщелачивание талой воды в ВАО относительно фона в среднем на 0,4 ед., увеличение минерализации снеговой воды в 4 раза, возрастание пылевой нагрузки в 2,7 раза [3]. В округе происходит также изменение состава снеговых вод с хлоридно-кальциевого на сульфатно-кальциевый (на юге округа, воздействие ТЭЦ-22), нитратно-кальциевый (воздействие автотранспорта близ Новоухтомского ш. на юге и ш. Энтузиастов на севере округа) и хлоридно-натриевый классы (вблизи практически всех автодорог).

Интегральным показателем атмогеохимического техногенного воздействия является сульфатно-хлоридный коэффициент Eqn4.wmf, представляющий собой отношение SO42–/Cl– в снеговой воде города относительно фона. При его значениях более 10 считается (по Н.Ф. Глазовскому), что территория испытывает сильное техногенное давление, в значительной степени связанное с эмиссией выбросов ТЭЦ. Проблемой коэффициента является его занижение в городах из-за относительного увеличения содержания хлоридов, применяемых в качестве антигололедных средств: в южной части ВАО Eqn4.wmf варьирует от 0,1 в снеге автомагистралей до 1,7 в жилой застройке южной части округа.

pic_28.tif

Рис. 1. Изменение отношения хлоридов к натрию на территории ВАО относительно фона

Для выявления степени трансформации состава снеговых вод можно использовать также Eqn5.wmf и Eqn6.wmf. Показатель Eqn5.wmf на территории ВАО изменяется слабо и колеблется около 1, а Eqn6.wmf – от 0,4 до 5,4 (рис. 1). Сильная дифференциация Eqn6.wmf показывает неоднородность использования и различный состав антигололедных средств, применяемых на территории округа – NaCl, CaCl2, KCl, MgCl2, AlCl3, CH3COONa, HCOONa и др. [6].

Пылевая составляющая снежного покрова округа по сравнению с фоном обогащена (КО > 2) Mo, Ag, Sb, W, As, Sn. Наибольшие выпадения ТМ характерны для автомагистралей и промышленных зон, в составе которых преобладают Мо, W, Sb, As и Ag [3]. В среднем для ВАО суммарные выпадения ТМ (показатель Zd) равны 296, что соответствует слабому загрязнению с неопасной экологической ситуацией. Среднее загрязнение с умеренно-опасной экологической ситуацией (1800 > Zd > 1000) характерно для северо-западной части территории и сформировано в основном выбросами автотранспорта и промышленных объектов [3].

Эколого-геохимическое районирование ВАО по снежному покрову позволило выделить 13 районов, различающихся по минерализации (ультрапресные, пресные), рН (кислые, нейтральные, щелочные), макросоставу (сульфатно-кальциевые, хлоридно-кальциевые, хлоридно-натриевые) снеговых вод, составу снеговой пыли и уровням эмиссии ТМ (рис. 2, таблица).

Наибольшую распространенность получили ультрапресные кислые и нейтральные хлоридно-кальциевые снеговые воды. Имиссия ТМ на большей части территории слабая и очень слабая. Наиболее интенсивная эмиссия в большинстве выделенных районов установлена для Mo, в III и IV районах на юго-востоке округа – для Sb. Кроме нее вклад в суммарные выпадения велик для As (I, II, VI, X районы), W (V, VII, XI, XIII районы), Sn (IX район) и Sb (VIII район). Велика эмиссия Fe близ основного места концентрирования предприятий машиностроения и металлообработки (район Х), а также вдоль МКАД (районы XI, XII и XIII).

В районах III и IV наибольшие выпадения характерны для Sb, в VI – для As (во всех районах снеговые воды ультрапресные хлоридно-кальциевые с различными градациями рН). Наименее загрязнен металлами (наименьшие Zc и Zd) юго-восток округа, где преобладают ультрапресные щелочные хлоридно-кальциевые снеговые воды (IV район).

Результаты эколого-геохимического районирования южной части ВАО по физико-химическим свойствам снеговых вод и суммарной эмиссии химических элементов

Район

Характеристика района

Состав пыли и эмиссия элементов*

I

Ультрапресные (< 200 мг/л) кислые (рН = 4,5–5,5) сульфатно-кальциевые снеговые воды, очень слабая (< 250) суммарная эмиссия ТМ

Eqn7.wmf

II

Ультрапресные кислые (5,5–6,5) хлоридно-кальциевые, местами сульфатно-кальциевые воды, очень слабая эмиссия ТМ

Eqn8.wmf

III

Eqn9.wmf

IV

Ультрапресные нейтральные (6,5–7,5) хлоридно-кальциевые, местами хлоридно-калиевые воды, очень слабая эмиссия ТМ

Eqn10.wmf

V

Ультрапресные щелочные (7,5–8,0) хлоридно-кальциевые воды, очень слабая эмиссия ТМ

Eqn11.wmf

VI

Eqn12.wmf

VII

Пресные (200–305 мг/л) кислые (рН = 5,5–6,5) хлоридно-натриевые воды, очень слабая эмиссия ТМ

Eqn13.wmf

VIII

Ультрапресные кислые (4,5–5,5) хлоридно-кальциевые, местами хлоридно-калиевые воды, слабая (250–500) эмиссия ТМ

Eqn14.wmf

IX

Ультрапресные кислые (5,5-6,5) хлоридно-кальциевые воды, слабая эмиссия ТМ

Eqn15.wmf

X

Ультрапресные нейтральные (6,5–7,5) сульфатно-кальциевые воды, слабая эмиссия ТМ

Eqn16.wmf

XI

Ультрапресные нейтральные (6,5–7,5) хлоридно-кальциевые воды, слабая эмиссия ТМ

Eqn17.wmf

XII

Ультрапресные кислые (5,5–6,5) хлоридно-кальциевые воды, средне-слабая (500–1000) эмиссия ТМ

Eqn18.wmf

XIII

Ультрапресные кислые (5,5–6,5) хлоридно-натриевые снеговые воды, средняя (1000–1800) эмиссия ТМ

Eqn19.wmf

Примечание. *В числителе: цифра – величина Zd, символы – элементы с максимальными Kd, индекс – величина Kd; в знаменателе: цифра – величина Zс, символы – элементы с максимальными Kс, индекс – величина Kс

pic_29.tif

Рис. 2. Эколого-геохимическое районирование ВАО по физико-химическим свойствам снеговых вод и суммарной эмиссии ТМ. Символы элементов – 4 элемента с наибольшими выпадениями, индекс – величина эмиссии. Описание выделенных районов приведено в таблице

Наиболее загрязнен ТМ XIII район, расположенный на пересечении МКАД и ш. Энтузиастов. Величина рН в нем слабо отличается от фонового, но сильная трансформация выразилась в других физико-химических свойствах – общей минерализации (пресные воды) и макросоставе (хлоридно-натриевые). Поэтому для выделения зон техногенной трансформации снежного покрова необходимо использовать не только рН и величину эмиссии поллютантов, но и весь комплекс других параметров – общую минерализацию, состав снеговых вод, соотношение макрокомпонентов снеговой воды и микрокомпонентов снеговой пыли.

Выводы

Эколого-геохимическое районирование южной части ВАО по снежному покрову позволило выделить 13 районов, различающихся по минерализации, рН, составу снеговых вод, составу снеговой пыли и уровням эмиссии поллютантов. Наибольшую распространенность получили ультрапресные кислые и нейтральные хлоридно-кальциевые снеговые воды. Имиссия ТМ на большей части округа слабая и очень слабая. Наиболее интенсивная эмиссия в большинстве выделенных районов установлена для Mo, Sb, As, W и Sn. Пространственное распределение значений коэффициента показало неоднородность использования и различный химический состав антигололедных средств, применяемых на территории округа.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 8673, при финансовой поддержке Русского географического общества, договор № 05/2013-П1 (Интегральная оценка экологического состояния регионов и городов России) и Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 13-05-4119 (Интегральная оценка и картографирование качества городской среды на основе анализа ландшафтно-геохимических данных).

Рецензенты:

Кошелева Н.Е., д.г.н., ведущий научный сотрудник кафедры геохимии ландшафтов и географии почв, географический факультет, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва;

Новаковский Б.А., д.г.н., профессор кафедры картографии и геоинформатики, географический факультет, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва.

Работа поступила в редакцию 09.10.2013.


Библиографическая ссылка

Власов Д.В. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНОГО ОКРУГА МОСКВЫ ПО СНЕЖНОМУ ПОКРОВУ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-7. – С. 1472-1477;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32608 (дата обращения: 13.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074