Важкі метали в зоні аерації Українського Полісся

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ, МІНЕРАЛОГІЇ ТА РУДОУТВОРЕННЯ

ім. М.П. СЕМЕНЕНКА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Спеціальність 04.00.02 - геохімія

ВАЖКІ МЕТАЛИ В ЗОНІ АЕРАЦІЇ УКРАЇНСЬКОГО ПОЛІССЯ

Огар Тетяна Вікторівна

Київ 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України (ІГМР ім. М.П. Семененка НАН України)

Науковий керівник:

доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Самчук Анатолій Іванович, Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України, головний науковий співробітник відділу геохімії техногенних металів і аналітичної хімії

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук Загнітко Василь Миколайович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри геології родовищ корисних копалин, м. Київ

доктор хімічних наук Пшинко Галина Миколаївна, Інститут колоїдної хімії та хімії води імені А.В. Думанського НАН України, старший науковий співробітник, завідувач відділу аналітичної та радіохімії, м. Київ

Захист відбудеться «21» вересня 2011 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.203.01 Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України за адресою: 03680, Київ - 142, пр. акад. Палладіна, 34 ел. пошта: secretary@igmof.gov.ua факс: (044) 424-12-70

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України (03680, Київ-142, пр. акад. Палладіна, 34)

Автореферат розісланий «___» серпня 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.203.01

кандидат геологічних наук Донський М.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Питання охорони довкілля, еколого-геохімічні аспекти раціонального природокористування набувають особливої актуальності в умовах зростання масштабів техногенезу, який характеризується інтенсивним використанням природних ресурсів і призводить до інтенсивного забруднення біосфери. Раціональне природокористування - одна з найважливіших проблем сучасної України. Вона обумовлена порушенням екологічної рівноваги в ряді регіонів нашої держави внаслідок виснаження і забруднення токсичними сполуками основних компонентів природного середовища (вода, повітря, ґрунти). Цим обумовлюється погіршення умов життя і здоров'я людей. Значні зміни в природі будуть відбуватися і у майбутньому у зв'язку з розвитком техніки, збільшенням чисельності населення та зростаючими потребами промислового виробництва у природних ресурсах.

Серед низки забруднювачів довкілля особливе місце займають важкі метали. Серед них пріоритетними забруднювачами вважаються ртуть, свинець, мідь, нікель, кадмій, миш'як, цинк, що пояснюється високими темпами їх техногенного накопичення у навколишньому середовищі. Надмірне надходження важких металів в організм живих істот порушує процеси метаболізму, гальмує їх ріст і розвиток. У сільському господарстві це проявляється в зниженні кількості продукції і погіршенні її якості. Важкі метали, що потрапили в організм людини або тварини виводяться дуже повільно. Аналіз вітчизняної та зарубіжної літератури показав, що на сьогоднішній день в екологічній геохімії все більше уваги приділяється дослідженню міграції важких металів у зоні аерації та, особливо, у ґрунтах. Це обумовлене тим, що ґрунти є основним регулятором геохімічних процесів, які забезпечують стійкість ландшафтів до техногенного впливу. Однак, незважаючи на велику кількість досліджень, спрямованих на розв'язання цієї складної проблеми, такі її аспекти, як форми міграції важких металів у зоні аерації, а також закономірності їх міграції в трофічному ланцюгу ґрунт-розчин-рослина залишаються недостатньо вивченими. Все це визначає актуальність теми кандидатської дисертації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи відповідає напрямам наукових досліджень відділу геохімії техногенних металів та аналітичної хімії і відділу геохімії ізотопів та мас-спектроскопії Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України. Вона виконувалась в рамках науково-дослідних тем: «Вивчення стійкості екосистем і розробка методів реабілітації ґрунтів Українського Полісся» (ДР № РК 0102U000652); «Дослідження процесів розчинності рідкіснометальних мінералів та розробка методів визначення мікроелементів в асоціаціях гірських порід, в воді та ґрунтах (ДР № 0106U008932); «Форми надходження важких металів у ґрунтах природних та техногенних ландшафтів України» (ДР № 0108U009342); «Розробка методики кількісного визначення вмісту рідкісних і розсіяних елементів у мінералах і породах на ISP-MS Element -2» (ДР № 0110U005311), а також гранту Президії НАН України для обдарованої молоді «Екогеохімічний моніторинг ґрунтів та підземних вод міста Києва» (ДР № 0109U006178). Автор брав участь у відборі проб, їх лабораторних дослідженнях та інтерпретації отриманих даних.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - встановлення основних закономірностей розподілу важких металів у зоні аерації Українського Полісся, визначення показників їх рухомості для оцінки стану довкілля.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі завдання:

1. Встановлення закономірностей розподілу важких металів в зоні аерації лісових, лугових, та антропогенних ландшафтів.

2. Визначення показників рухомості хімічних елементів у ґрунтах Українського Полісся та Київського мегаполісу.

3. Встановлення особливостей сезонних накопичень важких металів у ґрунтах зони аерації Київського мегаполісу з використанням сорбентів в якості геохімічних бар'єрів

4. Комплексне вивчення ефективності застосування штучних сорбентів для виявлення ореолів розсіювання берилію і цинку, що пов'язані з глибоко зануреними рудними тілами.

5. Встановлення інтенсивності біологічного поглинання мікроелементів рослинністю для виявлення екогеохімічних критеріїв стійкості ландшафтів Українського Полісся до забруднення.

Об'єкт дослідження - важкі метали в зоні аерації Українського Полісся.

Предмет дослідження - геохімічні особливості поведінки важких металів в умовно чистих і техногенно забруднених ландшафтах Українського Полісся.

Методи дослідження. У роботі були використані такі методи досліджень:

- атомно-абсорбційний метод із використанням спектрографів С-115, «Сатурн-3» використовувався для визначення валових та рухомих форм мікроелементів у ґрунтах.

- емісійний спектральний аналіз, що проводився на спектрографі «ЭСТ-1» використовувався для визначення вмісту важких металів у ґрунтах та рослинах;

- метод масс-спектрометрії з індукційно-зв'язаною плазмою (ІСР-MS аналіз) застосовано для визначення у ґрунтах Se, Hg, Cd.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Встановлено закономірності розподілу важких металів у зоні аерації лісових, лугових, антропогенних ландшафтів Українського Полісся та Київського мегаполісу.

2. Вперше виділено геохімічні асоціації техногенного потоку забруднення важкими металами ґрунтів в ближній зоні Трипільської ТЕЦ.

3. Виявлено основні геохімічні фактори, які визначають екологічну стійкість як природних, так і техногенних ландшафтів.

4. Доведено ефективність застосування сорбентів при екогеохімічному моніторингу довкілля та для виявлення ореолів розсіювання берилію і цинку глибоко занурених рудних тіл (на прикладі Пержанського родовища).

5. Встановлено інтенсивність, ряди і коефіцієнти біологічного накопичення

6. мікроелементів рослинністю для території Українського Полісся.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій обумовлюється значними об'ємами опробування зон аерації (оброблено близько 700 зразків ґрунтів та рослин) Українського Полісся, комплексним застосуванням новітніх фізико-хімічних методів аналізу проб і сучасного лабораторного обладнання.

Наукове значення роботи. Отримано нові знання щодо розподілу, форм знаходження та особливостей міграції важких металів в умовах природних та антропогенних ландшафтів Українського Полісся, що сприяє підвищенню ефективності заходів, спрямованих на поліпшення стану довкілля.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані наукові результати та методики можуть бути використані господарюючими суб'єктами та природоохоронними організаціями при:

· встановленні вмісту важких металів та їх рухомих форм у зоні аерації природних ландшафтів Українського Полісся;

· визначенні заходів, необхідних для зменшення потоку важких металів у трофічному ланцюгу «ґрунт-розчин-рослина»;

· визначенні форм знаходження важких металів в ґрунтах;

· геохімічному моніторингу довкілля із використанням композиційних сорбентів.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно проведено відбір проб із зон аерації Київського (Трипільська ТЕЦ і територія м. Києва) та Чернігівського Полісся, виконано підготовку проб ґрунтів та рослин до лабораторних досліджень, визначено зольність проб рослин з Трипільської ТЕЦ, оброблено та проаналізовано результати лабораторних даних.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, основні положення й висновки дисертаційної роботи були викладені та обговорені на міжнародній науково-практичній конференції «Біомінералогія - 2008» (Луцьк, 2008), міжнародній науково-практичній конференції «Экогеология - 2008» (Санкт-Петербург, 2008); Дев'ятій міжвузівській молодіжній конференції «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2008), VI Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів «Географія, геоекологія, геологія: досвід наукових досліджень» (Дніпропетровськ, 2009), Науковій конференції «Сучасні проблеми теорії і практики наук про Землю і перспективи їх розвитку» (Київ, 2009), V міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Молодые - наукам о Земле» (Москва, 2010), Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Географія, геоекологія, геологія: досвід наукових досліджень» (Дніпропетровськ, 2011).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 наукових праць, зокрема 6 статей у фахових виданнях, 1 - у зарубіжному науковому журналі, 1 -монографія, 6 - у збірках тез і доповідей конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів та висновків, викладених на 198 сторінках комп'ютерного набору. Вона містить 32 рисунки, 42 таблиці та список літератури, що складається з 107 джерел.

Автор щиро вдячна за всебічну допомогу, підтримку, цінні поради та консультації у процесі підготовки дисертації науковому керівнику д. хім. наук, головному науковому співробітнику Самчуку А.І. Особливу подяку за сприяння у виконанні досліджень автор висловлює д. геол. наук, члену-кореспонденту НАН України Пономаренку О.М.; за цінні поради та конструктивні зауваження, які сприяли виконанню роботи завідувачу відділу геохімії техногенних металів та аналітичної хімії, д. геол. наук, професору Кураєвій І.В.; за численні висококваліфіковані фахові поради і консультації завідувачу відділу пошукової та екологічної геохімії, д. геол.-мін. наук, члену-кореспонденту НАН України Жовинському Е. Я.; за моральну і фахову підтримку та допомогу в оформленні роботи д. геол. наук Крюченко Н.О. За співпрацю, критичні зауваження та наукові дискусії автор вдячна колективу відділу геохімії техногенних металів та аналітичної хімії, а також всім колегам, які допомагали вирішувати різні проблеми й питання, що виникали на певних етапах виконання роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Ландшафтно-геохімічні дослідження території Українського Полісся

Дослідження поведінки окремих елементів в об'єктах навколишнього середовища і пов'язані з цим питання пошукової та екологічної геохімії є однією з актуальних проблем геохімії. Вчення про форми знаходження хімічних елементів було засновано в працях основоположників геохімії В.І. Вернадським, А.Е. Ферсманом і одержало широкий розвиток в дослідженнях А.П. Виноградова, Е.М. Квятковського, А.І. Перельмана, А.А. Саукова, В.Н. Щербини, К.М. Лукашева, В.К. Лукашева, Е.В. Соботовича, Б.Ф. Міцкевича, Е.Я. Жовинського, В.В. Доліна, І.В. Кураєвої, А.І. Самчука та ін. Аналіз літературних даних свідчить про те, що кількість досліджень, спрямованих на геохімічне вивчення природних та техногенних ландшафтів, з кожним роком збільшується. Однак, залишається значна кількість невирішених питань, серед яких: визначення показників рухомості важких металів, їх концентрації та форм знаходження у зоні аерації; реабілітації забруднених ґрунтів; розробка медико-біологічних заходів зменшення впливу важких металів на організм людини тощо. Їх вирішення потребує розробки методів спеціальних комплексних геохімічних досліджень.

ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Обґрунтовано і застосовано комплексний підхід до вивчення важких металів у зоні аерації Українського Полісся. Він базується на критеріях, які дозволяють оцінити геохімічну поведінку мікроелементів в ґрунтах різних ландшафтно-геохімічних зон з різним ступенем техногенного навантаження.

Для дослідження були вибрані три найпоширеніші типи геохімічних ландшафтів: лісові; лугові (Чернігівське, Житомирське Полісся); антропогенні (сільськогосподарські угіддя, міська агломерація, Трипільська ТЕЦ). З метою виявлення показників рухомості в природних геохімічних аномаліях, пов'язаних з ореолами розсіювання окремих хімічних елементів, обумовлених глибокозануреними рудними тілами, досліджено також ґрунти в районі Пержанського родовища берилію.

В лабораторіях ІГМР ім. М.П. Семененка НАН України досліджено форми знаходження важких металів. Застосовано метод постадійних витяжок, що ґрунтується на послідовному екстрагуванні важких металів із ґрунту за допомогою екстрагентів різної хімічної природи. Цим шляхом проводилось послідовне вилучення важких металів таких форм знаходження: 1) водорозчинна; 2) легкообмінна; 3) фракція карбонатів; 4) пов'язані із гідроксидами заліза та марганцю; 5) пов'язані з органічною речовиною; 6) важкорозчинна. Загальний мінеральний склад визначався повним хімічним аналізом. Визначення додаткових мікроелементів виконувалось на основі фізико-хімічних та фізичних методів аналізу (фотометричний, полум'яно-фотометричний, атомно-абсорбційний методи). Методом ІСР-MS аналізу ґрунтів визначався вміст селену, ртуті та кадмію у ґрунтах, грибах та рослинах.

Інтерпретацію аналітичних результатів здійснено з використанням статистичних програм «Statistica», графічні побудови - «MapInfo Professional», «Surfer 7», «Adobe Illustrator CS4», «Adobe Photoshop CS4», «CorelDRAW X5».

Основні закономірності розподілу важких металів в умовно чистих і техногенно забруднених територіях Українського Полісся

Розглядаються результати розподілу важких і токсичних металів у зоні аерації Київського, Житомирського, Чернігівського Полісся. Для виконання комплексу досліджень були відібрані зразки ґрунтів ґрунту із шурфів до глибини 130 см і окремо з верхніх горизонтів (0-10 см). Шурфи закладались в типових ландшафтно-геохімічних умовах трьох основних груп геохімічних ландшафтів: 1) група лісових ландшафтів, приурочених до водно-льодовикових рівнин і надзаплавних терас з дерново-підзолистими, дерново-слабопідзолистими і дерново-середньопідзолистими піщаними і супіщаними ґрунтами сірого кольору; 2) група лучних ландшафтів, яка представлена супераквальною фацією і геоморфологічно належить до заплав річок переважно з дерново-лучними або лучно-болотними, рідше торфово-болотними й торфовищами; 3) група антропогенних ландшафтів, яка охоплює сільськогосподарські угіддя та приурочена до моренно-льодовикових рівнин, терас і річних заплав, внаслідок чого має велику різноманітність. Загальним для останньої групи є наявність окультуреного шару потужністю 24-26 см (зрідка до 31 см), збагаченого органічними речовинами. Визначено вміст важких металів у основних типах ґрунтів розглянутих груп ландшафтів (таблиця 1).

Таблиця 1. Валовий вміст важких металів та мікроелементів у зоні аерації різноманітних ландшафтів Українського Полісся, (мг/кг)

Елемент	Лісові ландшафти	Лучні ландшафти	Ландшафти сільсько- господарські	Поліський заповідник
	1	2	3	4	5	6	7
Mn	424	623	386	1567	661	717	580	1050
Ni	19,4	13,8	15,6	15,7	14,8	10,3	6,6	15,7	10,0 - 15,0
Co	2,7	2,3	4,1	4,4	4,1	3,5	2,0	4,3	1,8 - 3,0
V	6,8	7,1	19,3	15,5	9,5	16,0	14,2	17,2
Cr	21,3	17,8	29,3	29,4	16,1	13,3	8,6	29,4	7,0 - 24,0
Mo	0,6	0,8	0,6	0,7	0,6	0,5	0,6	0,6
Zr	485	317	914	617	388	550	324	747
Nb	4,7	4,8	9,14	7,6	5,2	4,0	4,2	8,3
Cu	30,1	50,6	24,7	63,7	53,8	37,5	46,0	46,7	24,0 - 30,0
Pb	4,8	7,2	4,9	11,0	8,6	12,6	11,2	8,3	4,8 - 20,0
Zn	40,2	32,1	24,3	30,7	48,8	35,8	20,0	27,9	20,0 - 46,0
Sn	1,9	1,8	1,5	2,3	2,2	1,6	2,0	2,0
Be	0,9	1,9	1,0	2,4	1,3	5,3	12,4	1,8	0,8 - 1,6
Sc	1,0	0,7	2,3	1,3	1,1	1,0	1,2	1,7
Y	6,6	5,1	22,9	16,1	6,8	6,2	9,2	19,1
Yb	0,7	2,2	2,1	5,8	0,7	0,7	0,8	4,2
P	635	665	957	944	1661	1850	1440	950
Li	6,7	8,0	6,3	9,8	7,0	7,1	7,6	8,3
Ba	86,9	77,5	314	328	55,5	58,3	114	322

Лісові ландшафти: 1 - водно-льодовикові рівнини на пісках і супісках (n=33); 2 - надзаплавні тераси на пісках та супісках (n=45); 3 - лісові ґрунти в цілому (n=53); 4 - водно-льодовикові рівнини і морени на суглинках і глинах (n=57); 5 - надзаплавні тераси на суглинках і супісках (n=39). Лучні ландшафти: 6 - на пісках та суглинках (n=49); 7 - на глинах (n=39); 8 - на торф'яниках. Сільськогосподарські ландшафти (n=55). Поліський заповідник (n=37).

Встановлено, що різні групи ландшафтів мають тенденцію до закономірних змін вмісту елементних асоціацій: перша - нікель, кобальт, титан, ванадій, хром; і друга - мідь, свинець, цинк, берилій. Зміна сумарного вмісту цих елементів має протилежну направленість: чим більша сума вмісту елементів першої асоціації, тим менший вміст елементів другої. Достатньо виразно прослідковується тяжіння міді, свинцю, цинку і берилію до лісових ландшафтів, тоді як елементів групи заліза - до лучних.

Значною геохімічною проблемою є вивчення форм знаходження важких металів у ґрунтах, яка полягає в можливості об'єктивної оцінки ступеня міграційної здатності хімічних елементів. Це важливо при проведенні еколого-геохімічних досліджень, коли в умовах інтенсивного антропогенного навантаження рухомість хімічних сполук визначає реальний ступінь техногенного забруднення і екологічну небезпеку для об'єктів довкілля.



Фракції (%): 1- обмінна; 2- пов'язана із карбонатами; 3 - пов'язана з гідроксидами заліза та марганцю; пов'язана з гумусовими кислотами; 5 - залишкова

Рис. 1. Розподіл форм знаходження важких металів різних груп ландшафтів Українського Полісся: а - лісових; б - лугових; в- антропогенно забруднених.

Дослідження форм знаходження важких металів проведено за допомогою методу постадійних витяжок. В ґрунтах лісової групи ландшафтів (рис. 1) доля обмінних форм для цинку та міді становить - 10-14%; свинцю, стронцію, нікелю - 3-6%; мікроелементів, адсорбованих гідроксидами Fe, Mn, - 6-10%; органічних або зв'язаних з гумусовими кислотами - 34-98%; важкорозчинних - 35-49%; водорозчинних - 0,02-0,1%. У лугових, в порівнянні з ґрунтами лісової групи ландшафтів, зростає доля форм, пов'язаних з гумусовими кислотами до 46% та зменшується доля легкообмінних. В ґрунтах антропогенної групи ландшафтів зменшується доля форм знаходження мікроелементів, зв'язаних з гумусовими кислотами, та збільшується вміст форм знаходження, зв'язаних з гідроксидами Fe, а також обмінних.

Для прогнозу потоку важких металів із ґрунту та вмісту форм металів доступних для рослин проведене визначення рухомих форм важких металів, що визначався як сума значень концентрації металів водорозчинної, обмінної та карбонатної форм, а рухомість - як відношення вмісту суми фракцій до загального вмісту. Результати дослідження рухомих форм важких металів у ґрунтах різних груп ландшафтів наведено у таблиці 2.

Таблиця 2. Розподіл рухомих форм важких металів у ґрунтах різних груп ландшафтів Українського Полісся, (мг/кг)

Ландшафти	Cu	Pb	Zn	Cr	Ni	Co
Лісові	1,97	0,36	3,87	0,49	0,28	0,25
Лучні	2,60	0,41	4,20	0,28	0,36	0,38
Антропогенні	5,08	0,48	5,80	0,31	0,41	0,47
Міської агломерації	3,35	0,98	12,9	0,92	0,40	0,62

Проведено дослідження розподілу важких металів на різних техногенно забруднених ділянках Київського мегаполісу, який розміщується у зоні зчленування Придніпровської рівнини, Поліської моренно-зандрової рівнини та Придніпровської лівобережної низовини, розчленованих рікою Дніпро та її притоками. Визначено середній вміст важких металів у типових ґрунтах різних ландшафтних зон м.Києва та вміст рухомих форм важких металів (таблиця 3).

Таблиця 3. Розподіл важких металів у типових ґрунтах ландшафтних зон м. Києва, (мг/кг)

Тип, кількість проб	Cu	Pb	Zn	Ni	Cr
Алювіальні
валовий вміст, n=37 рухома форма, n=25	2-150 1-8	1-30 0,2-3,1	20-400 5 -28	2-20 0,1 -1,0	3-20 0,1 -1,2
Моренно-зандрові
валовий вміст, n=17 рухома форма, n=9	2-50 1,5-5,3	3-30 0,3-2,1	20-60 5- 18	1-10 0,3 -0,8	1-20 0,4 -1,4
Лесові
валовий вміст, n=20 рухома форма, n=17	6-50 1-8,1	6-60 0,3-3,2	30-500 4 -20	3-40 0,1 -0,6	5-50 0,1 -2,7

Застосування сорбентів при моніторингу довкілля проведене для умов Києва (райони Подільський та Дарницький). Дослідження показали, що найбільша концентрація важких металів приурочена до джерел техногенного забруднення (заводів, автомагістралей, ТЕЦ). Вміст металів у сорбентах, розміщених в ґрунтах біля промислових підприємств, представлений на рис. 2.

а - залізничні станції (ст. Зеніт); б - теплові електростанції; в - промзони; г-автомагістралі; д - еталонна ділянка (Пуща Водиця).

Важкі метали: 1- Zn; 2 - Cu; 3 - Ni; 4 - Cr; 5 - Pb

Рис. 2. Накопичення важких металів у штучних сорбентах, розміщених у ґрунтах з різним техногенним навантаженням

Був проведений моніторинг сезонних накопичень рухомих форм важких металів з використанням сорбентів. Встановлено, що штучний фосфат-целюлозний сорбент здатний фіксувати важкі метали, зокрема, Zn, Cu, Pb, Сr які містяться у ґрунті в різні пори року. Із трьох фіксованих періодів, протягом яких проводилися дослідження, найсприятливішими умовами для фіксації латеральної міграції хімічних елементів є ранньовесняний. Влітку і восени у порівнянні з весною відбувається менш активне накопичення важких металів на сорбенті (рис. 3). Результати проведених досліджень свідчать про можливість застосування штучних сорбентів для дослідження особливостей міграції важких металів за різних станів ландшафтів протягом року.

Рис. 3. Моніторинг сезонних накопичень важких металів в сорбентах, розміщених у ґрунтах поблизу промислових підприємств Київського мегаполісу

Проведена апробація методики застосування штучних сорбентів для виявлення глибоко занурених рудних тіл на прикладі Пержанського родовища берилію. Результати досліджень свідчать про те, що протягом 1 місяця в 1 г сорбенту, розміщеного у шурфі над рудним тілом, яке залягає на глибині 40 м, поглинається 16-20 мгк берилію і 200 мгк цинку. В той же час, на флангах профілю на відстані 1000 м від рудного тіла концентрації берилію та цинку не перевищували 1,6 мгк і 20 мгк на 1г сорбенту відповідно (рис. 4). Встановлено, що вміст елементів у штучних геохімічних бар'єрах-сорбентах, які насичувались у природних умовах, контрастніший у порівняні з фоновим вмістом в ґрунтах, мулах, піску, глині. Це суттєво полегшує виявлення ореолів розсіювання хімічних елементів, обумовлених глибоко зануреними рудними тілами, а також техногенних ореолів забруднення.

1 - четвертинні відклади; 2 - гнейсоподібний граніт; 3 - рудне тіло

Рис. 4. Графік розподілу рухомих форм важких металів над Пержанським родовищем берилію

Досліджено розподіл важких металів у ґрунтах умовно чистих територій Чернігівського Полісся (на прикладі Козелецького лісництва та урочища Темний ліс). Мінімальні значення вмісту важких металів у їх межах не перевищують фонових. Дані про розподіл елементів у верхньому шарі ґрунту різних типів ландшафтів представлені на рис 5. За високим вмістом Zn виділяються заболочені території заплави р. Браниця, а за вмістом Cr та Сu - лучні ландшафти.



а - лісовий ландшафт; б - луговий ландшафт; в - заплава (р. Браниця)

Важкі метали: 1- Zn; 2 - Cu; 3 - Ni; 4 - Cr; 5 - Pb.

Рис. 5. Розподіл важких металів у ґрунтах умовно чистих територій Чернігівського Полісся

Проведено дослідження ґрунтів ближньої зони Трипільської ТЕЦ. У зв'язку з тим, що забруднення екосистем носить комплексний характер, відбувається хімічне забруднення не одним, а групою хімічних елементів, визначали сумарний показник забруднення Zc. Одержані значення Zc (табл. 4) характеризують інтенсивність техногенного потоку забруднення ґрунтів в ближній зоні впливу ТЕЦ. важкий метал аерація полісся

Таблиця 4. Коефіцієнти концентрації (Кк) та Zc важких металів у ґрунтах ближньої зони Трипільської ТЕЦ

Елемент	Ni	Cd	V	Cr	Hg	Cu	Pb	Zn	Zc
Кк	6,6	30,0	7,0	7,7	3,7	6,6	2,9	4,35	95,8

Розрахунок Кк для даної вибірки дає кількісну та якісну оцінку геохімічної асоціації за шкалою (Саєт Ю.Г., 1990), що дозволяє оцінювати рівні забруднення. Досліджувану ділянку можна віднести до високо небезпечних (Zc=32-128); вміст важких металів у її межах зростає в північно-східному напрямку.

Таким чином, теплові станції внаслідок забруднення важкими металами довкілля (відвали шламосховищ, аерозолі і дим із труб) створюють зони екологічного ризику. Якщо враховувати, що період напіввиведення важких металів відбувається за 1000-5900 років (Орлов Д.С.,1991), то теплові електростанції екологічно не безпечніші за атомні.

Визначено вміст і розподіл селену у дерново-підзолистих, чорноземних та техногенних ґрунтах. У дерново-підзолистих піщаних ґрунтах, поширених на півночі дослідженої території Українського щита, вміст селену складає 50-120 мкг/кг, чорноземи лісостепової та степової частини Українського щита містять 120-200 мкг/кг, у техногенних ґрунтах, поширених у зоні впливу Трипільської ТЕЦ, вміст цього елементу коливається від 200 до 5000 мкг/кг. Дослідження форм знаходження селену у ґрунтах показало, що з поміж обмінної, карбонатної, органічної, Fe, Mn(OH)₃ та фіксованої у дерново-підзолистих та чорноземних ґрунтах, домінує органічна (34 та 54 % відповідно), у техногенних - гідрооксидна залізо-марганцева (28 %) та органічна (24 %) форми.

Екогеохімічні критерії стійкості ландшафтів Українського Полісся

Однією із найбільш актуальних проблем екологічної геохімії на сьогодні є проблема стійкості природних систем - ландшафтів та їх компонентів до техногенного забруднення. Адже саме вона визначає політику раціонального природокористування. З подальшою інтенсифікацією господарчої діяльності актуальність цієї проблеми зростатиме.

Існує досить багато визначень стійкості природних екосистем. На нашу думку, стійкість природного середовища до техногенного впливу - це його здатність зберігати і відновлювати умови екологічної рівноваги в результаті перебігу природних процесів. Для визначення стійкості природної системи автором досліджено особливості геохімічної міграції техногенних забруднювачів та процесів, що її обумовлюють. Встановлено, що основними геохімічними факторами, які визначають екологічну стійкість ландшафтів, виступають такі: хімічний склад, фізико-хімічні та ландшафтно-геохімічні властивості ґрунтів; буферність ґрунтів; форми міграції і комплексованість техногенних металів; сорбційна ємність ґрунтів; оксидно-відновлювальна функція ґрунтів; склад та співвідношення гумусових кислот; ступінь рухомості важких металів та ступінь геохімічної бар'єрності ландшафтів.

Експериментально вивчена сорбційна ємність ґрунтово-поглинаючого комплексу (ГПК) і буферність основних типів ґрунтів Українського Полісся. Одержані дані свідчать про те, що найвищі значення сорбційної ємності ГПК характерні для чорноземів (50-120 мг-екв/100 г). Середні значення цього показника притаманні лучним торф'яникам і дерново-підзолистим суглинистим ґрунтам (30-60 мг-екв/100 г), а найменші - дерново-підзолистим піщаним ґрунтам (5-25 мг-екв/100 г). Ґрунтам, що знаходяться на ділянках техногенного забруднення, властиві найнижчі значення сорбційної ємності ГПК (3-10 мг-екв/100 г) у порівнянні з аналогічними ґрунтами природних ландшафтів.

Результати вивчення буферності засвідчують, що, як правило, із збільшенням вмісту гумусових кислот у ґрунті зростають значення сорбційної ємності ГПК та коефіцієнту буферності.

Чорноземи, лучні, торф'янисті і глинисті ґрунти мають вищі буферні властивості, ніж дерново-підзолисті піщані. Це визначає вищі захисні властивості перших до дії техногенних металів і кислотних дощів. Захисні буферні властивості ґрунтів проявляються у здатності їх у результаті реакцій нейтралізації, сорбції і комплексоутворення нейтралізувати кислотні дощі, обмежувати утворення мобільних форм токсичних елементів і, як наслідок, їх міграцію у ґрунтові води і поглинання рослинами.

Для оцінки екологогеохімічного стану ландшафтів нами запропонована система нормування вмісту токсикантів в ґрунті із врахуванням варіацій коливань екофакторів. При цьому передбачаються такі варіанти.

Валовий вміст та вміст рухомих форм токсикантів, ступінь рухомості металів та питома буферність ґрунтів відповідають фоновому еталонних ділянок. Цей варіант характерний для екологічно чистих еталонних ділянок або ландшафтів, що практично не зазнали антропогенного забруднення. Валовий вміст та вміст рухомих форм токсикантів перевищують фоновий еталонних ділянок (2-3ф). Спостерігається незначне зменшення питомої буферності.

Другий варіант характерний для умовно екологічно чистих ділянок. Буферно-захисні властивості ландшафту дозволяють підтримувати умови екологічної рівноваги. Валовий вміст перевищує фоновий, вміст рухомих форм також перевищує фоновий (3-10 ф), незначне зростання ступеню рухомості металів. Питома буферність зменшується.

Третій варіант характерний для ділянок середнього рівня забруднення. Буферні властивості ландшафтів ще дозволяють відновлювати умови екологічної рівноваги. Валовий вміст та вміст рухомих форм токсикантів перевищують фонові значення для еталонних ділянок (10-50 ф). Характерна висока ступінь рухомості, зменшення буферності до критичних значень.

Четвертий варіант характерний для ландшафтів, що зазнали сильного антропогенного забруднення. Захисні буферні властивості екосистеми занижені до критичних значень.

Валовий вміст та вміст рухомих форм, ступінь рухомості токсикантів значно перевищують параметри еталонних ділянок (50-100 ф).

П'ятий варіант характерний для ландшафтів, що зазнають постійного інтенсивного техногенного впливу елементів першого класу токсичності. Для цього варіанту характерні як техногенні, так і природні аномалії, внаслідок незворотної деструкції екосистем (ландшафтів) вони перетворились в техногенні, буферна здатність яких повністю втрачена.

Як індикатор забруднення довкілля досліджувалися важкі метали у рослинах. Загальний вміст хімічних елементів в ґрунтах не дає уявлення про те, яка їх кількість може бути засвоєна рослинами. Для того, щоб засвоюватись рослинами хімічні елементи повинні перебувати:

· у рухомій, тобто в іонній або іншій комбінованій формі, яка може бути вилучена з ґрунту водною екстракцією;

· у формі легко замінних іонів в органічних або неорганічних іонообмінних комплексах, що піддаються екстракції нейтральними солями;

· у формі зв'язаних іонів в обмінних комплексах, які екстрагуються слабкими кислотами; в органічних і органо-мінеральних комплексах у формі, що може бути вилучена кислотами.

Доступність для рослинності хімічного елементу, наявного у ґрунті в кожній з перерахованих форм, залежить від складу і кількості глинистих мінералів та органічної речовини, його лужно-кислотних і оксидно-відновних властивостей ґрунту, а також фізико-хімічних властивостей елементу і його сполук. Величина інтенсивності нагромадження елементів характеризується відношенням вмісту елемента в золі рослин до його вмісту в ґрунті і називається коефіцієнтом біологічного поглинання (Кбп).

Розраховані Кбп свідчать про те, що найбільшу активність поглинання мають рослини на збіднених мікроелементами піщаних ґрунтах. Серед вивчених видів рослин порівняно високу акумулюючу здатність відносно більшості мікроелементів мають лишайник, мох, чорниця і білий гриб (рис. 7).

Як було показано вище, загальний вміст мікроелементів у рослинах обумовлюється наявністю їх рухомих форм у ґрунтах. Тому в останній час значна увага звертається не лише валовий вміст мікроелементів, а й вивчення їх форм знаходження у живильному субстраті. Вважається, що забруднення трофічних ланок відбувається за рахунок водорозчинних та обмінно-сорбованих, тобто мобільних форм.

Нижче наведено порівняльні ряди інтенсивності накопичення мікроелементів відносно їх валового вмісту і частки рухомої форми у ґрунті:

відносно валового вмісту:

Сосна Zn> Сu > Рb> Ni> Сr

Осика Рb, Ni >Zn, Сr > Сu

Хвощ Сu > Zn, Сr, Рb > Ni;

відносно вмісту мобільних форм:

Сосна Ni > Zn > Cr > Сu > Рb

Осика Ni > Сr > Рb > Сu > Zn

Хвощ Ni > Сr > Сu > Zn > Рb

Рис. 7. Коефіцієнти біологічного поглинання важких металів рослинністю Українського Полісся (мг/кг)

За величиною Кбп одних і тих же елементів окремі види дикоростучої трав'янистої рослинності значно різняться між собою. Ця важлива обставина є наслідком геохімічної спеціалізації рослин на певні метали. В той же час в залежності від умов вегетації Кбп для рослин одного виду також є змінною величиною.

Встановлена кореляційна залежність між фізико-хімічними показниками ґрунтів та коефіцієнтами біологічного поглинання. Виявлений тісний зв'язок відносно вмісту важких металів в органічній та рухомій формі який характеризує процес транслокації хімічних елементів.

На сьогодні перспективним напрямком проведення геохімічних робіт, спрямованих на захист і реабілітацію наземних екосистем при техногенному забрудненні, є використання природних сорбентів як штучних геохімічних бар'єрів. Їх застосування збільшує буферність та сорбційну ємність ґрунтового поглинаючого комплексу і знижує ступінь накопичення міграційних форм важких металів у рослинах, тобто підвищує стійкість екосистем. З метою визначення ефективності застосування композиційних сорбентів для зниження ступеню забруднення рослинності або зниження потоку в трофічному ланцюгу «ґрунт-розчин-рослина» проведено штучне забруднення на полігоні «Здвиж» ґрунту екотоксикантами Pb, Cu, Cd, Zn із розрахунку 2,5 ГДК. Незабруднений дерново-підзолистий піщаний ґрунт мав такі характеристики ГПК мг·екв/100г: H⁺-3,75; Са²⁺-2,13; Mg²⁺-1,45; K⁺-0,55; Na⁺-0,1; ? 8,53; pH 6,2, Co - 1,3. Вміст мікроелементів (мг/кг): Pb - 12 (0,05); Cu - 14,0 (2,0); Cd -0,08 (0,01); Zn- 38,0 (2,3). На досліджувані ділянки вносили сорбенти: 1 - клиноптилоліт (КМ); 2 - сапоніт (С); 3 - сапропель (СП) а також їх модифікації: 4 - клиноптилоліт + сапоніт (КМ+С); 5 - клиноптилоліт + сапропель (КМ+СП); 6 - клиноптилоліт + сапропель + суперфосфат (КМ+СП+Ca(H₂РО₄)₂).

Досліджуваний полігон засівали житом та висаджували картоплю. В серпні-вересні місяці їх збирали та проводили атомно-абсорбційне-визначення Pb, Cu, Cd, Zn.

Після внесення екотоксикантів у ґрунт вміст мікроелементів у ґрунті був таким (мг/кг): Pb- 25,0, Cu -26,0, Cd-7,5, Zn-75,0 (?_вал-14).

На ділянці, де використовували в якості меліоранта КМ+СП+Ca(H₂РО₄)₂ як геохімічний бар'єр для екотоксикантів Pb, Cu, Cd, Zn у бульбах картоплі та зерні жита вміст екотоксикантів був нижчим ГДК окрім Сd, на інших ділянках вміст був нижчим, ніж на контрольній ділянці, де не використовували сорбенти, але перевищував ГДК. Це обумовлено утворенням нерозчинних гуманних та фосфатних комплексів, однак ці сполуки могли бути довгостроковим джерелом мікроелементів при їх розчиненні під дією іонів Н⁺ в дерново-підзолистих ґрунтах при рН 5-7, характерних для Українського Полісся.

Принципова схема дії сорбентів у ґрунтах складається із фази переходу їх в ненасичений стан, фази накопичення поживних елементів, джерелом яких будуть органічні і мінеральні добрива, і знову фази переходу їх в ненасичений стан під дією іонів Н⁺ із звільненням іонів Ca²⁺, K⁺, i NH⁴⁺ (рис. 8). Чим кисліший ґрунтовий розчин і більше атмосферних опадів, тим повніша буде реалізація ємності поглинання сорбентів і тим ефективнішою буде їх вплив на врожайність сільськогосподарських культур.

Рис. 8. Принципова схема дії сорбентів у дерново-підзолистих ґрунтах

Таким чином, експериментальні дослідження дозволяють зробити висновок про те, що внесення модифікованих та композиційних сорбентів є ефективним засобом для підвищення рН і буферних властивостей ґрунтів, зниження потоку мобільних форм важких металів у трофічному ланцюгу «ґрунт-розчин-рослина» та зменшення накопичення забруднювачів в рослинності.

ВИСНОВКИ

1. Встановлені закономірності розподілу важких металів у зоні аерації лісових, лугових, антропогенних ландшафтів Українського Полісся та Київського мегаполісу показали, що загальний рівень вмісту елементів у заплавних і елювіальних ґрунтах характеризується недонасиченістю, порівняно з кларковим у педосфері, що зумовлено особливостями моренно-водно-льодовикового літогенезу і гумідним кліматом Українського Полісся. Вміст мікроелементів у верхніх горизонтах заплавних ґрунтів у півтора-два рази більший, ніж в елювіальних лісових. Ця закономірність пов'язана не тільки з більш яскравою вираженістю біогеохімічного бар'єру, але й зі збагаченням наносним мулистим матеріалом оточуючих заплаву схилів.

2. Вперше експериментально встановлені геохімічні асоціації техногенного потоку забруднення ґрунтів важкими металами та селену в ближній зоні Трипільської ТЕЦ. Визначено коефіцієнти концентрації та сумарний показник забруднення важкими металами ґрунтів. Встановлено, що досліджувану ділянку можна віднести до високо небезпечних.

3. Виявлено основні геохімічні фактори, які визначають екологічну стійкість як природних, так і техногенних ландшафтів. Проведено експериментальне вивчення сорбційної ємності. Захисні властивості ґрунтів - здатність зменшувати потік рухомих токсичних елементів у трофічному ланцюгу - найінтенсивніше проявляються на геохімічних бар'єрах органогенної і сорбційної природи.

4. Розроблена методика екогеохімічного моніторингу довкілля із використанням сорбентів як геохімічного бар'єру. Показано можливості застосування штучних сорбентів для дослідження особливостей міграції важких металів за різних станів ландшафтів протягом року. Доведено ефективність застосування сорбентів в якості геохімічних бар'єрів при виявлення ореолів розсіювання берилію і цинку глибоко занурених рудних тіл (на прикладі Пержанського родовища).

5. Встановлено інтенсивність, ряди і коефіцієнти біологічного поглинання мікроелементів рослинністю Українського Полісся. Виявлено, що найбільшу активність поглинання серед вивчених видів рослин мають лишайник, мох, чорниця і білий гриб.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Важкі метали у ґрунтах Українського Полісся та Київського мегаполісу / А.І. Самчук, І.В. Кураєва, О.С. Єгоров, В.І. Манічев, В.О. Стадник, А.М. Строй, О.П. Красюк, О.О. Худайкулова, Т.В. Огар, В.В. Білик, Б.О. Батієвський; ред. Л.В. Сивай. - К. : Наукова думка, 2006. - 108 с. (Особистий внесок здобувача полягає в вивченні та аналізі важких металів у ґрунтах та рослинах).

2. Влияние физико-химических свойств почв на образование мобильных форм тяжелых металлов / А.И. Самчук, И.В. Кураєва, О.О. Худайкулова, О.П. Красюк, Т.В. Огар, Ю.А. Деревицька // Пошукова та екологічна геохімія, - 2006. - №5. - С. 43-49 (Особистий внесок здобувача - аналіз важких металів у ґрунтах, інтерпретація отриманих данних).

3. Миграция Cu, Pb, и Zn в почвенных системах с разным содержанием гумуса / А.І. Самчук, О.С. Егоров, В.А. Стадник, О.П. Красюк, Б.А. Батієвський, Т.В. Огар // Мінералогічний журнал - 2007. - №1. - С. 90-95 (Особистий внесок здобувача - відбір проб, вивчення поведінки важких металів у ґрунтах).

4. Самчук А. И. Формы нахождения тяжелых металлов в почвах Украинского Полесья / А. И. Самчук, Т.В. Огарь, К. Э. Дмитренко // Пошукова та екологічна геохімія. - 2007.- № 1. - С. 46-49 (Особистий внесок здобувача - відбір проб, вивчення форм знаходження важких металів у ґрунтах).

5. Самчук А.І. Розподіл мікроелементів у ґрунтах та рослинності природних і техногенних ландшафтів / А.І. Самчук, Т.В. Огар // Мінералогічний журнал - 2008. - №1. - С. 80-87 (Особистий внесок здобувача полягає в вивченні та аналізі важких металів у ґрунтах та рослинах).

6. Екоаналітичні дослідження форм знаходження важких металів у ґрунтах Українського Полісся / Т.В. Огар, А.І. Самчук, І.В. Кураєва, О.П. Красюк, В.О. Стадник, К.С. Злобіна // Геохімія та рудоутворення. - 2009. - №27. - С. 142-144. (Особистий внесок здобувача - відбір проб, вивчення форм знаходження важких металів у ґрунтах).

7. Особливості розподілу селену в об'єктах довкілля України / О.М. Пономаренко, А.І. Самчук, Е.Я. Жовинський, Н.О. Крюченко, А.А. Гродзинська, Т.В. Огар // Мінералогічний журнал. - 2010 - №2. - С. 94-100 (Особистий внесок здобувача - відбір і аналіз проб ґрунтів та рослин Трипільської ТЕЦ).

8. Інтенсивність біогеохімічного поглинання мікроелементів як один із факторів забруднення харчових продуктів рослинного походження / А.І. Самчук, А.М. Строй, О.О. Худайкулова, Т.В. Огар, Л. П. Іванова, О. А. Харченко // Проблеми харчування, - 2006. - №4. - С. 30-36. (Особистий внесок - визначення коефіцієнтів біологічного поглинання важких металів рослинністю).

9. Злобина Е.С. Экологический мониторинг почв и подземных вод Киевского мегаполиса / Е.С. Злобина, Т.В. Огарь // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2010. - №2 (13). - С. 111-115 (Здобувачем вивчались ґрунти).

10. Самчук А.І. Інтенсивність біологічного поглинання мікроелементів рослинністю / А.І. Самчук, Т.В. Огар // Біомінералогія-2008 : зб. наук. пр. : за матеріалами Міжнар. наук.-практ. конф., м. Луцьк , 23-25 жовтня 2008; редкол. : Ф.В. Зузук (голова) - Луцьк : Вежа, 2008. - С. 110 -113 (Особистий внесок - визначення коефіцієнтів біологічного поглинання важких металів рослинністю).

11. Самчук А.И. Особенности распределения тяжелых металлов в почвах Украинского Полесья / А. І. Самчук, Т.В. Огар // Экогеология -2008 : сб. науч. тр. : за материалами Междунар. науч.- практ. конф., г. Санкт-Петербург, 24-28 ноября 2008; ред. В.В. Куриленко - СПб. : Геологический факльтет СПбГУ, 2008. - С. 273-275 (Особистий внесок здобувача полягає в вивченні та аналізі важких металів у ґрунтах).

12. Огарь Т. В. Формы нахождения тяжелых металлов в почвах Украинского Полесья // Школа экологической геологии и рационального недропользования: сб. науч. тр. : за материалами Междунар. науч.- практ. конф., г. Санкт-Петербург, 24-28 ноября 2008; ред. В.В. Куриленко - СПб. : Геологический факльтет СПбГУ, 2008. - С. 158-163

13. Огар Т.В. Особливості розподілу важких металів на різних техногенно забруднених ділянках Київського мегаполісу // Географія, геоекологія, геологія: досвід наукових досліджень : зб. наук. пр. : за матеріалами Міжнар. наук.-практ. конф., м. Дніпропетровськ, 28-30 квітня 2009; ред. П. І. Зеленська - К. : ДНВП «Картографія», 2009. - Вип. 6. - С. 238-241

14. Огарь Т. В. Применение сорбентов при мониторинге окружающей среды // Молодые - наукам о Земле : сб. науч. тр. : за материалами Междунар. науч.- практ. конф., г. Москва, 23-25 марта 2010; - М.: СНТО РГГРУ, 2010. - С. 104

15. Огар Т.В. Стійкість ландшафтів до забруднення та заходи зниження потоку рухомих форм важких металів в зоні аерації Українського Полісся / Т.В. Огар, Є.С. Попенко // Географія, геоекологія, геологія: досвід наукових досліджень: зб. наук. пр. : за матеріалами Міжнар. наук.-практ. конф., м. Дніпропетровськ, 11-14 травня 2011; ред. Л. І. Зеленська - К. : ДНВП «Картографія», 2011. - Вип. 8. - С. 141-142 (Особистий внесок здобувача полягає в вивченні та аналізі рухомих форм важких металів у ґрунтах).

АНОТАЦІЯ

Огар Т.В. Важкі метали в зоні аерації Українського Полісся. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.02 - геохімія. - Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України. - Київ, 2011.

Дисертація присвячена вивченню закономірностей розподілу важких металів в зоні аерації лісових, лугових і антропогенних ландшафтів та різних типах ґрунтів Українського Полісся.

Визначено вміст та форми міграції токсичних елементів у зоні аерації Українського Полісся за розробленою методикою постадійних витяжок. Встановлено показники рухомості хімічних елементів у ґрунтах Українського Полісся та Київського мегаполісу.

Розроблено методику екогеохімічного моніторингу сезонних накопичень важких металів у ґрунтах зони аерації Київського мегаполісу з використанням сорбентів в якості геохімічних бар'єрів.

Показано ефективність застосування штучних сорбентів для виявлення ореолів розсіювання глибоко занурених рудних тіл.

Досліджена інтенсивність біологічного поглинання мікроелементів рослинністю та виявлено екогеохімічні критерії стійкості ландшафтів Українського Полісся до забруднення.

Ключові слова: важкі метали, зона аерації, екогеохімічний моніторинг

АННОТАЦИЯ

Огарь Т.В. Тяжелые металлы в зоне аэрации Украинского Полесья. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.02 - геохимия. - Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. М.П. Семененко НАН Украины. - Киев, 2011.

Диссертация посвящена изучению закономерностей распределения тяжелых металлов в зоне аэрации лесных, луговых и антропогенных ландшафтов и различных типах почв Украинского Полесья.

Определены формы миграции токсичных элементов в зоне аэрации Украинского Полесья по разработанной методике постадийных вытяжек. В почвах лесной группы ландшафтов доля обменных форм для цинка и меди составляет - 10-14%; свинца, стронция, никеля - 3-6%; микроэлементов, адсорбированных гидроксидами Fe, Mn, - 6-10%; органических или связанных с гумусовыми кислотами - 34-98%; труднорастворимых - 35-49%; водорастворимых - 0,02-0,1%. В луговых, по сравнению с почвами лесной группы ландшафтов, возрастает доля форм, связанных с гумусовыми кислотами до 46%, и уменьшается доля легкообменных. В почвах антропогенной группы ландшафтов уменьшается доля форм нахождения микроэлементов, связанных с гумусовыми кислотами, и увеличивается содержание форм нахождения, связанных с гидроксидами Fe, а также обменных.

Впервые экспериментально установлены геохимические ассоциации техногенного потока загрязнения почв тяжелыми металлами и селеном в ближней зоне Трипольской ТЭЦ.

Разработана методика экогеохимического мониторинга сезонных накоплений тяжелых металлов в почвах зоны аэрации Киевского мегаполиса с использованием сорбентов в качестве геохимических барьеров. Применение сорбентов при мониторинге окружающей среды показало, что наибольшая концентрация тяжелых металлов приурочена к источникам техногенного загрязнения (заводов, автомагистралей, ТЭЦ).

Показана эффективность применения искусственных сорбентов для выявления ореолов рассеяния глубоко погруженных рудных тел. Установлено, что содержание элементов в искусственных геохимических барьерах-сорбентах, которые насыщались в естественных условиях, контрастнее по сравнению с фоновым содержанием.

Установлены основные геохимические факторы, которые определяют экологическую устойчивость ландшафтов: химический состав, физико-химические и ландшафтно-геохимические свойства грунтов; буферность почв; формы миграции и комплексованисть техногенных металлов; сорбционная емкость почв; оксидно-восстановительная функция почв; состав и соотношения гумусовых кислот; степень подвижности тяжелых металлов и степень геохимической барьерности ландшафтов.

Оценка интенсивности биологического поглощения микроэлементов растительностью показала, что среди изученных видов растений сравнительно высокую аккумулирующую способность в отношении большинства микроэлементов, имеют мох, лишайник, черника и белый гриб.

Показана эффективность применения модифицированных и композиционных сорбентов для реабилитации техногенно загрязненных экосистем. Доказано, что их применение увеличивает буферность и сорбционную емкость почвенного поглощающего комплекса, снижает степень накопления миграционных форм тяжелых металлов в растениях, то есть повышает устойчивость экосистем.

Ключевые слова: тяжелые металлы, зона аэрации, экогеохимический мониторинг

SUMMARY

Ogar T.V. Heavy metals in aeration zone of the Ukrainian Polesie. - Manuscript.

Thesis for PhD degree in geology, specialty 04.00.02 - Geochemistry. - M.P. Semenenko Institute of Geochemistry, Mineralogy and Ore Formation of NAS of Ukraine. - Kyiv, 2011.

The thesis is devoted to peculiarities of heavy metals distribution in vadose zone of forest, meadow and man-made landscapes and the different types of soils of the Ukrainian Polesie.

The content and migration forms of toxic elements in vadose zone of the Ukrainian Polesie are determined by the technique of stadial extraction developed by the author. Indicators of chemical elements mobility in soils of the Ukrainian Polesie and Kiev city are established.

The technique to apply sorbents as geochemical barriers for environmental geochemical monitoring of heavy metals seasonal accumulation in soil aeration zone of Kiev city is developed. The efficiency of synthetic sorbents application to map dispersion halos of deeply seated ore bodies is demonstrated.

The intensity of trace elements biological absorption by vegetation is studied and criteria of environmental geochemical resistance of the Ukrainian Polesie landscapes to pollution are identified.

Key words: heavy metals, aeration zone, environmental geochemical monitoring

...