Методы геоэкологических исследований

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы геоэкологических исследований

Геоэкология междисциплинарное научное направление.

Последнее десятилетие XX века и первые годы XXI века характеризуются экологизацией естественных и гуманитарных наук, т.е. стали изучать разные стороны и проблемы взаимодействия общества и природной среды.

Как результат возникло новое интегральное научное направление, лежащее на стыке естествознания, обществознания, технознания ГЕОЭКОЛОГИЯ

Геоэкология, как наука находится на стадии становления. Само название в географическом блоке наук, закрепилось на 9-м съезде Географического общества, прошедшего в Казани, в 1990-м году.

Прежде чем определить точно термин "геоэкология", необходим небольшой исторический экскурс.

Термин "геоэкология" появился в литературе как синоним понятия "ландшафтная экология", введённого немецким географом К. Троллем в 1939 г. для обозначения отрасли знания, лежащей на стыке географии и биологии. И призванной изучать "основные комплексы, обусловленные взаимоотношениями между живыми сообществами и их средой в данной части ландшафта".

С начала 1980-х гг. в отечественной географии термин "ландшафтная экология" (геоэкология) стал использоваться для обозначения следующих направлений:

изучение ландшафтов путём анализа экологических отношений между растительностью и средой;

изучение взаимодействия составных частей природного комплекса и воздействия общества на природную составляющую ландшафтов путём анализа балансов вещества и энергии.

В сравнении с ландшафтной экологией Тролля в сферу интересов новой науки попало общество.

Современное определение геоэкологии (по Г.Н. Голубеву, 1999) звучит так:

Геоэкология интегральное научное направление, находящееся в сфере пересечения естествознания, обществознания и технознания.

Геоэкология изучает пространственно и системно организованные процессы и явления, возникающие в результате взаимодействия общества и природы (Поздеев В.Б., 1998).

Объект геоэкологии взаимосвязанная система пересекающихся геосфер (атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы) в процессе её интеграции с обществом (Голубев Г.Н., 1999).

Основные направления геоэкологии.

В рамках геоэкологии определились 3 направления:

1. Ландшафтная экология, являющаяся по сути продолжением идей К. Тролля.

Одной из особенностей ландшафтной экологии является биоцентричность. Где ландшафтные единицы геотопы рассматриваются "как экотопы, где значение имеют лишь те факторы внешней, которые определяют условия местообитания биоты.

В этом направлении геоэкология представляет раздел "биологической" экологии. И в этом плане её рассматривал Н.Ф. Ремерс.

2. (Собственно) геоэкология, рассматривающая взаимодействие общества и природной среды. В этом направлении термину геоэкология синонимом является "экологическая география" или "экогеография".

Различия определяются тем, что эколого-географические исследования экологические по своей направленности; но географические по предмету и методу.

С этим направлением связано имя А.Г. Исаченко.

3. Экологическая геология и экологическая геоморфология

рассматривает изменение под воздействием антропогенных и природных факторов лишь тех природных компонентов, которые составляют литогенную основу геосистем.

Это направление сформировалось в ходе экологических, геологических и геоморфологических исследований.

В её поле зрения находятся проблемы взаимодействия инженерных сооружений и окружающей среды в области урбанизации, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и промышленного производства объектами "инженерной геоэкологии".

Методы исследований геоэкологии

Относятся к разным областям знания. С естествознанием геоэкология связана истоками, методами и предметами исследований.

В определении даётся общее указание на предметы изучения геоэкологии процессы и явления.

Под явлениями подразумеваются природные системы, природно-антропогенные (видоизменённые и преобразованные природные) и антропогенные (полностью созданные человеком) геосистемы.

Процессы особенности функционирования геосистем, их динамика и устойчивость, а также особенности взаимодействия геосистем в пределах одного из уровней и межуровневые связи.

В процессе взаимодействия природы и общества и разных уровней возникают конфликтные ситуации, которые можно определить как, геоэкологические проблемы. Всесторонние изучение проблем и разработка механизмов их преодоления являются основными задачами геоэкологии.

Главными методами науки геоэкологии являются:

1) комплексный мониторинг;

2) геохимические методы исследований

3) ГИС

4) Традиционные географические методы

5) Гидрологические

6) Геологические методы

7) Геофизические методы

8) Гидрогеологические методы

9) Геокриологические методы

10) Инженерно-геологические

11) Геоморфологические

12) Аэрокосмические

13) Аэрогаммаспектрометрирование

Геохимические методы исследований. Определения и научные основы

Геохимические исследования направлены на выявление как естественных, так и техногенных аномалий, образованных в результате "геохимической деятельности человека" (понятие, введённое в 1922 г. А.Е. Ферсманом) - для оценки уровня реального загрязнения территории в результате хозяйственной деятельности человека. Геохимические исследования основаны на закономерностях распределения химических элементов в литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Предметом изучения при геохимических исследованиях является геохимическое поле и его локальные аномалии, обусловленные процессами миграции, рассеянии и концентрации химических элементов в земной коре.

В зависимости от изучаемой среды геохимические методы подразделяются на литогеохимические (применяются на поверхности Земли); гидрогеохимические (подземные и поверхностные воды); атмогеохимические (воздух), биогеохимические (органика).

Особенности и условия применения геохимических исследований

Виды и масштабы геохимических работ определяются конкретными задачами, степенью изученности территории, ее геологическими и ландшафтно-геохимическими условиями.

По геологическому строению и ландшафтно-геохимическим особенностям в России выделяют три основных типа регионов

I. Горноскладчатые регионы с покровом современных рыхлых образований преимущественно элювио-делювиального генезиса. Для таких регионов, характерен расчлененный рельеф с преобладанием трансэлювиальных ландшафтов (сильно расчлененный мелкосопочник, бедленд, горы и т. п.).

Реже встречаются расчлененные возвышенности, в которых плоские поверхности - элювиальные элементарные ландшафты чередуются со склонами - трансэлювиальными и элювиально-аккумулятивными. Для этого типа преимущественно и достаточно эффективно применяются литохимические методы поисков. В районах гумидной зоны при замедленной денудации их иногда целесообразно сочетать с гидрохимическими и биогеохимическими методами.

II. Регионы преимущественного развития мощных толщ осадочных горных пород. Рельеф таких регионов слабо расчленен, с преобладанием аккумулятивных форм. Характерны плоские и слабо волнистые равнины. Преобладают плоские поверхности и очень пологие склоны - элювиальные ландшафты. Реже наблюдаются расчлененные возвышенности. Геохимические исследования можно проводить путем гидрохимического опробования искусственно вскрываемых глубоких подземных вод в сочетании с литохимическим опробованием. Может быть целесообразным также применение в гидро- и биогеохимическом вариантах.

III. Складчатые закрытые регионы аккумулятивно-денудационных равнин с чехлом аллохтонных (дальнеприносных) отложений мощностью до 500 м. Ландшафты таких регионов аналогичны II типу регионов. В подобных районах могут быть применены атмохимический, литохимический и гидрохимический, либо сочетание этих методов. В районах аридного климата возможно применение биогеохимического метода.

Понятие о местном геохимическом фоне, аномалиях

Местный геохимический фон (Сф) - особенности распределения химических элементов в коренных горных породах, в рыхлых отложениях, водах, растениях и атмосфере, не затронутых какими-либо рудообразующими или техногенными процессами. Местный геохимический фон определятся относительно низкими количествами химических элементов, близкими к величине кларков элементов.

Геохимические аномалии (Са) - повышенные (пониженные) относительно местного геохимического фона содержания химических элементов. Геохимические аномалии разделяются природные и техногенные. ландшафт экологический аномалия

К природным относятся месторождения рудных полезных ископаемых, их первичные ореолы, а также связанные с ними вторичные ореолы и потоки рассеяния химических элементов; аномалии, образованные в результате испарительной, сорбционной, биохимической аккумуляцией химических элементов. К техногенным - аномалии, образование которых вызвано искусственным заражением в результате деятельности человека.

Геохимические аномалии по отношению к компоненту геосистемы подразделяются на литохимические, гидрохимические, атмохимические (газовые) и биогеохимические соответственно характеру геохимических аномалий методы исследований.

Геохимические барьеры: определение, типы, полевые признаки

Важное значение в формировании геохимических аномалий имеют геохимические барьеры - участки земной коры, где на коротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов и, как следствие, происходит их концентрация. Геологические условия формирования барьеров очень разнообразны, но их геохимическая направленность в самых различных частях земной коры нередко одинакова.

Выделяются четыре основных типа геохимических барьеров - механические, физико-химические, биогеохимические и техногенные. Наиболее изученными и практически наиболее важными являются механические и физико-химические барьеры.

Физико-химические барьеры классифицируются по агенту, приводящему к концентрации элементов (окисление, восстановление и т. д.) и разделяются на ряд классов: кислородный барьер, сероводородный, глеевый, щелочной, кислый, испарительный, copбционный, термодинамический.

Кислородный барьер формируется в местах, где восстановительная обстановка (глеевая и сероводородная) сменяется окислительной. В полевых условиях кислородный барьер выделяется по признакам эпигенетического ожелезнения (ржавые пятна гидроокислов железа) и омарганцеванию (черные примазки минералов марганца).

Сероводородный или глеевый образуется при смене окислительной обстановки на восстановительную. Восстановительный глеевый барьер выделяется по признакам эпигенетического оглеения (сизая окраска горизонтов за счет двухвалентного железа).

Щелочной барьер возникает при резком увеличения рН, например, при встрече кислых вод с известняками и другими карбонатными породами. В природных условиях подобный барьер характерен для участков окисляющихся сульфидные месторождений с аккумуляцией малахита, азурита, церуссита и других карбонатов. Щелочной карбонатный барьер определяется по границе распространения горных пород, вскипающих от действия на них соляной кислоты.

Кислый барьер возникает при уменьшении рН.

Испарительный барьер. Испарительный барьер определяется по солевым коркам, гипсу, выцветам легкорастворимых солей на стенках горных выработок и другим солевым аккумуляциям.

Сopбционный барьер. Сорбционный барьер определяется по контакту пород и почвенных горизонтов различного механического состава: более дисперсный материал выступает в роли сорбента целого ряда элементов (меди, цинка, свинца и др.).

Концентрация элементов на физико-химических барьерах зависит, с одной стороны, от класса барьера, а с другой,- от состава вод, поступающих к нему.

В природных условиях нередко происходит совмещение различных геохимических процессов (как в пространстве, так и во времени). В связи с этим выделяются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов. Например, выпадение гелей гидроокислов железа и марганца на кислородном барьере приводит к сорбции ими химических элементов, т. е. здесь возникает комплексный кислородно-сорбционный барьер.

Особым классом геохимических барьеров являются двусторонние барьеры, формирующиеся при движении вод различного геохимического состава к барьеру с разных сторон. На таком барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов, примером такого барьера является двусторонний кислый и щелочной барьер.

Литогеохимические методы исследований.

Понятие об ореолах рассеяния

Литогеохимические методы исследований направлены на выявление особенностей распространения и аномалий различных химических элементов в верхней части литосферы.

Аномалии образуются обычно не одним элементом, а несколькими. Набор элементов, образующих аномалии того или иного типа, называется элементным составом ореолов. Все ореолы являются многокомпонентными.

Важнейшей особенностью строения ореолов является их зональность, которая выражается в закономерном изменении в пространстве различных их характеристик и параметров.

Зональность ореолов - понятие векторное, и ее параметры по разным направлениям не совпадают. По отношению к источнику загрязнения могут быть выделены три основных типа зональности. Осевая зональность проявляется в направлении движения элементо-потоков, продольная зональность отражает зональное строение ореолов по простиранию, а поперечная - вкрест простирания ореолов.

Вертикальная протяженность ореолов, определяющая глубинность геохимических поисков, достигает сотен метров.

Физико-химические особенности природных вод

Формирование вторичных литохимических ореолов рассеяния во многом обусловлено окислительно-восстановительными и щелочно-кислотными условиями вод.

Окислительно-восстановительные условия вод.

Выделяются три типа окислительно-восстановительных условий: окислительные, восстановительные глеевые и восстановительные сероводородные. Они широко распространены в природе и часто сменяют друг друга в пределах почвенного слоя, коры выветривания, водоносного горизонта, формируя окислительно-восстановительную зональность.

Для окислительной обстановки характерно присутствие в водах свободного кислорода или других сильных окислителей. Железо, марганец, медь, ванадий, сера и ряд других элементов находятся в высоких степенях окисления (Fe3+, Mn4+,Cu2+ и т. д.). Для почв и отложений окислительного ряда характерна красная, бурая и желтая окраска.

В восстановительной обстановке без сероводорода (глеевой) воды не содержат кислорода и других сильных окислителей. Глеевые воды обычно имеют СО 2 и растворимые органические соединения. Железо и марганец в этих условиях находятся в восстановительном состоянии (Fe2+, Mn2+) и ведут себя как другие двухвалентные металлы - кальций, магний и т. д. Почвы и породы имеют сизую, зеленую, голубоватую, белесую и пятнистую окраску.

Восстановительная сероводородная обстановка характерна для многих илов и водоносных горизонтов. Породы в этом случае имеют черную окраску, содержат пирит и другие сульфиды.

Хотя в условиях глеевой и сероводородной обстановок воды не содержат свободного кислорода и являются восстановительными, в геохимическом отношении эти обстановки противоположны друг другу. Глеевая среда благоприятна для водной миграции многих металлов, а сероводородная неблагоприятна (в связи с образованием нерастворимых сульфидов). Величины Eh при этом могут быть одинаковыми.

Кислотно-щелочные условия вод.

По кислотно-щелочным условиям воды разделяются на четыре основные группы: сильнокислые, кислые и слабокислые, нейтральные и слабощелочные, сильнощелочные.

К сильнокислым относятся воды с рН<3. Такая кислотность обычно обусловлена окислением пирита и других сульфидов, а также элементарной серы, приводящим к образованию свободной серной кислоты. В сернокислых водах легко мигрируют большинство металлов, в том числе железо, алюминий, медь и цинк. Сильнокислые воды особенно характерны для окисляющихся сульфидных месторождений, зон окисления пиритоносных глин и сланцев.

Кислыми и слабокислыми являются воды с рН от 3 до 6,5, их кислотность обусловлена процессами разложения органических веществ и поступлением в воды угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот. Если в почвax или породах мало катионов, то кислотность не может быть полностью нейтрализована и в системе господствует кислая среда. В таких водах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Кислые и слабокислые воды широко распространены в гумидных лесных и болотных ландшафтах (тундра, тайга, широколиственные леса, влажные тропики и субтропики).

Нейтральные и слабощелочные воды имеют рН 6,5-8,5. Их реакция определяется чаще всего отношением бикарбоната кальция к его карбонату или же бикарбоната к CO2. Эта обстановка менее благоприятна для водной миграции большинства металлов, которые здесь осаждаются в форме нерастворимых гидроокислов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы, напротив, мигрируют сравнительно легко (кремний, германий, мышьяк, ванадий, уран, молибден). Рассматриваемые воды особенно характерны для аридных ландшафтов. Такой состав имеют также подземные воды известняков и изверженных пород. При разложении органических веществ здесь тоже образуются угольная и органические кислоты, но они полностью нейтрализуются СаСО 3 и другими минералами кальция, а также минералами магния, натрия, калия.

Сильнощелочные воды с рН>8,5 обычно обязаны своей реакцией присутствию соды (NаНСО 3, реже Na2CO3). Они характерны для лесостепных ландшафтов, установлены в глубоких горизонтах артезианских бассейнов. Многие металлы в этих условиях почти не мигрируют, как, например, кальций, стронций, барий, железо. Напротив, кремний, молибден, германий, селен и другие анионогенные элементы мигрируют интенсивно. Особенность содовых вод состоит в том, что некоторые металлы ведут себя в них как анионогенные элементы, входя в состав различных подвижных анионов. Медь, например, входит в состав аниона [(Си(СО 3)22-], а алюминий - аниона Аl21-. Скандий, иттрий, цирконий, малоподвижные в слабокислых и слабощелочных водах, образуют здесь растворимые карбонатные комплексы.

Каждая обстановка водной миграции характеризуется определенным сочетанием окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, как это показано в табл.

Табл.

Основные геохимические классы вод и эпигенетических процессов

Щелочно-кислотные условия почв	Окислительно-восстановительные условия вод
	Кислородные	Глеевые	Сероводородные
Сильнокислые (рН < 3)	Сильнокислый окислительный	Сильнокислый глеевый	Сильнокислый сероводородный
Кислые и слабокислые (рН З-6,5)	Кислый окислительный	Кислый глеевый	Кислый сероводородный
Нейтральные и щелочные (рН 6,5-8,5)	Нейтральный и щелочной окислительный	Нейтральный и щелочной глеевый	Нейтральный и щелочной сероводородный
Сильно-щелочные (содовые) (рН > 8,5)	Содовый окислительный	Содовый глеевый	Содовый сероводородный

Методика литохимических поисков. Стадийность, задачи разных стадий. Характеристика стадии региональных и детальных работ.

Геохимические исследования по ореолам и потокам рассеяния проводятся путем систематического отбора литохимических проб по определенной сети для выявления вторичных ореолов.

До постановки геохимических исследований должно быть проведено районирование территории работ по условиям проведения геохимических работ на основе имеющихся ландшафтно-геохимических, геологических, почвенных и других карт.

Работы планируются путем последовательного повышения детальности литохимического опробования на площадях выявленных геохимических аномалий. Полный комплекс геохимических исследований включает проведение региональных, детальных и опытно-методических работ.

Региональные работы определяются масштабами 1:100000, 1:200000 и мельче и необходимы для формирования представления о региональной геохимической специализации и заражении территории. На данной стадии желательна организация опытно-методических работ в целях уточнения условий и методики проведения геохимических исследований и выяснения сравнительной эффективности различных видов геохимических поисков в конкретных геологических и ландшафтно-геохимических условиях предполагаемых районов работ.

Главной задачей геохимических исследований является получение общей геохимической и металлогенической характеристики исследуемого района и выявление площадей для постановки более детальных работ следующей подстадии.

Геохимические исследования масштаба 1:50000 (1:25000) с составлением крупномасштабных карт проводятся с учетом результатов литохимических поисков масштаба 1:200 000 (1:100000).

На стадии детальных работ литохимические исследования по первичным и (или) вторичным ореолам рассеяния проводятся в масштабах 1:10 000 1:2000.

Плотность опробования вторичных ореолов рассеяния

	Сеть
Масштаб	Расстояние между	Расстояние между точ-	Число проб на 1 км 8 площади
	профилями, м	ками пробоотбора, м
1 :200 000	2000	200	|1-5
1 :100 000	1000	100	10-20
1: 50 000	500	50	40
1 :25 000	250	50-40	80-100
1:10 000	100	20-25	500-400
1 :5000	60	10-20	2000-1000
1 :2000	25	10	4000

Методика отбора проб.

При минимальных объеме и массе литохимическая проба должна достоверно отображать среднее содержание химических элементов на участке ее отбора. Пробы отбираются из наиболее представительного горизонта развития вторичных ореолов, но при этом глубина, с которой производят отбор проб, должна быть по возможности минимальной, обеспечивающей высокую экономическую производительность литохимических поисков без ущерба для их эффективности.

При литохимических поисках по потокам рассеяния в пробу отбирается илисто-глинистая или песчанистая фракция аллювиальных отложений с поверхности либо с глубин до 60 см и более в пределах сухой части русла временного или постоянного водотока, либо с его дна в зависимости от местных природных условий, что определяется опытно-методическими работами.

Широкие заболоченные долины с неясно выраженным руслом следует опробовать двумя параллельными маршрутами по бортам. При этом по каждому из маршрутов одновременно опробуют все боковые притоки и конусы выноса.

При литохимических поисках по открытым остаточным ореолам рассеяния в пробу должна быть отобрана мелкая песчано-глинистая фракция элювио-делювиальных образований с глубины 15-20 см под растительным слоем.

Масса отбираемой пробы должна обеспечить получение из нее при последующей обработке выхода заданной фракции в количестве не менее 25 г, а при работах по наложенным ореолам, не менее 100 г.

Пробы отбирают в мешочки размером 10-20 см 2 из светлой прочной материи с пришитыми к ним в верхней половине завязками. На нижней половине мешочка заранее должен быть надписан крупно чернильным карандашом, а лучше типографской краской порядковый номер. В каждом отряде не должно быть одновременно двух мешочков, имеющих одинаковый порядковый номер. Не рекомендуется применение мешочков без номеров и использование для написания адреса пробы бумажных этикеток из-за их непрочности.

Отбор проб по профилю следует производить в порядке возрастающей нумерации мешочков, в строгой последовательности. Перед выходом на работу отряд получает мешочки, подобранные в порядке номеров пачками по 100 шт. в каждой, в количестве, заведомо превышающем возможную дневную выработку отряда. При отборе проб техник должен периодически сверять записи в полевой книжке с номером мешочка и номером пикета. Собранные пробы ежедневно необходимо доставлять в лагерь партии, где производят их обработку. Оставление проб на профиле до следующего дня недопустимо.

Полевую документацию пробоотбора следует производить в стандартной полевой книжке обязательно одновременно с отбором проб. Полевая книжка является основным документом.

Одновременно с отбором проб исполнитель ведет в полевой книжке абрис профиля (кроки), отмечая элементы ситуации, определяющие местоположение точек отбора проб, геоморфологические особенности местности.

Абрис ведут глазомерно в масштабе, при котором ширина одной строчки

Обработка проб

Перед началом обработки все влажные пробы должны быть доведены до воздушно-сухого состояния посредством сушки на солнце (летом), в сушильных шкафах или над очагом (в остальное время года). Глинистые пробы в процессе сушки рекомендуется периодически разминать во избежание их ссыхания в твердые комки. Обработка влажных проб запрещается. Высушенные пробы укладывают в деревянные лотки по возрастающей нумерации мешочков.

Просеивание проб следует производить после дробления ссохшихся комков через сито из стальной проволоки с диаметром отверстий примерно 0,5-1,0 мм (или с другим диаметром, обосновано выбранным в результате опытных исследований). Применение сит из бронзовой, латунной или луженой сетки, а также сит, имеющих пайки, не разрешается.

Анализ проб

Пробы, отобранные при литохимических работах по вторичным ореолам и потокам рассеяния, подлежат анализу на химические элементы, перечень которых зависит от особенностей и металлогении территории работ, назначения и содержания работ соответствующей стадии, а также от требований к оперативности и экономичности получения информации.

Независимо от масштаба проводимых литохимических работ в пробах, показавших аномально высокие содержания тех или иных элементов-индикаторов, должно быть определено содержание редких и рассеянных элементов, являющихся характерными спутниками этих металлов.

Изображение результатов

Результаты анализа проб литохимических поисков отображаются на картах и различных графиках.

Основу картографирования составляют так называемые поэлементные "разноски" результатов анализа, составляемые по числу элементов, определявшихся при анализе. Для каждого из основных рудных элементов составляется отдельная разноска, второстепенные элементы, в том числе определяемые а недостаточной чувствительностью, совмещаются в числе не более трех. Однако, когда предыдущими или опытно-методическими геохимическими исследованиями доказана большая информативность полиэлементных ореолов, можно начинать картографирование сразу с построения карт таких ореолов (мультипликативных, многомерных полей и др.), а карты моноэлементных ореолов выполнять только в виде врезок для тех участков, где моноэлементные ореолы дают дополнительную информацию, необходимую для интерпретации аномалий.

При построении как моноэлементных, так и полиэлементных карт рекомендуется применение методов автоматического картографирования на базе современных ЭВМ. Наряду с этим для ограниченных по объему массивов допускается обработка результатов анализа геохимических проб вручную или же с частичным привлечением методов обработки на ЭВМ.

На оригинал карты-разноски наносятся маршруты вдоль гидросети или прямоугольной сети профилей литохимических поисков с обозначением точек пробоотбора (пикетов), указанием номенклатуры трапеции (названия участка), линейного масштаба поисков, наименования организации, производивший работы и года работ.

Оползни. Определения.

Оползень - это смещение горных пород, земляных масс вниз по склону под действием собственного веса. Смещение происходит в виде скользящего движения без потери контакта между движущимися и неподвижными породами. Мелкие поверхностные оползни называются оплывинами.

Перемещения значительной массы породы, вызванные оползнями, могут приводить к катастрофическим последствиям: разрушению различных хозяйственных объектов и подвергать опасности целые населенные пункты. Оползни могут губить сельскохозяйственные угодья, создавать опасность при эксплуатации карьеров, повреждать коммуникации, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети, угрожать водохозяйственным сооружениям (плотинам).

Поверхность, от которой произошёл отрыв горных пород, называется оползневым цирком. Чашеобразное углубление с уступом в верхней части - стенкой срыва. Аккумулятивное тело оползня называют деляпсием. При движении оползень может толкать перед собой рыхлые породы, из которых у подножья склона образуется оползневый вал.

Скорости движения оползней различны: от секунд (10 м/с и более) до десятков лет. Если они невелики, т. е. оползень движется от вершины до основания склона десятки лет, то растущие на нем деревья постепенно приспосабливаются к нарастающему перекосу поверхности и искривляются. При быстром смещении рост деревьев продолжается в наклонном положении, за что они и получили название "пьяный" лес.

Причины оползнеобразования

Для возникновения оползней необходимо сочетание условий: геологических, геоморфологических, климатических, гидрогеологических, сейсмических. Кроме того, всё большее влияние на формирование оползневых деформаций оказывает деятельность человека (антропогенный фактор).

К благоприятным с точки зрения оползнеобразования геологическим условиям относятся состав пород и степень их трещиноватости. Породы, составляющие основу оползня, могут быть разными - от глинистых масс до скальных, если последние сильнотрещиноваты. В наибольшей степени способствуют образованию оползней глинистые и лёссовые породы. Именно в таких породах при сильном увлажнении уменьшаются силы сцепления между частицами глины, увеличивается вес породы, и массивы пород теряют прочность.

Геоморфологические условия определяются крутизной и высотой оползнеопасного склона. Оползнеопасными территориями считаются склоны и примыкающие к ним участки плато и террас при крутизне 19° и более.

Климатические условия рассматриваются, прежде всего, с точки зрения количества осадков и степени их испарения. Оползни в условиях избыточного увлажнения горных пород могут сходить, в принципе, в любое время года. Но максимум оползневых деформаций развивается весной или во время летних дождей.

Гидрогеологический условия определяются наличием подземных вод. Подземные воды воздействуют на глинистые породы точно так же, как и поверхностные воды. Кроме того, они определяют развитие суффозионных процессов: вымывая рыхлые отложения (например, пески), что приводит к неустойчивости толщи пород, расположенных выше.

Гидрологические условия определяются режимом рек и подмывом волнами берега.

Сейсмические условия. Сейсмические толчки провоцируют к оползанию подготовленные массы рыхлых пород. Оползни-гиганты могут образоваться от сейсмических толчков интенсивностью выше 7 баллов (по шкале МSK-64).

Антропогенный фактор. При разрушении склонов выемками грунта, вырубки лесов, неправильной агротехники, строительством плотин и хозяйственной деятельностью, проводимыми без учета геологических условий местности: при разрушении склонов дорожными выемками, чрезмерном поливе садов и огородов, расположенных на склонах и др.

География распространения оползней

Оползневые процессы имеют широкое распространение, как на платформах, так и горно-складчатых областях.

В платформенных условиях наиболее благоприятными районами для оползнеобразования являются высокие, крутые берега крупных рек и водохранилищ, сложенные глинистыми, а особенно, лёссовидными породами. В горно-складчатых районах - в предгорных и межгорных впадинах с мощным делювиально-пролювиальным шлейфом горного обрамления и на участках развития площадной коры выветривания. Кроме того, оползни нередко развиваются вдоль морских побережий. В самостоятельную группу можно выделить оползни искусственных земляных сооружений - железнодорожных насыпей, терриконов и отвалов горных пород.

Защита от оползней

Для предотвращения возникновения оползней требуются контроль за состоянием склонов и соблюдение охранно-противооползневого режима, а также комплекс противооползневых мероприятий с учетом гидрогеологических условий и характеристики оползневого участка. Противооползневые мероприятия по своему характеру разделяются на две группы: пассивные и активные.

К пассивным относятся охранно-ограничительные мероприятия:

- запрещение подрезки оползневых склонов и устройства на них всякого рода выемок;

- недопущение различного рода подсыпок, как на склонах, так и над ними, в пределах угрожающей полосы;

- запрещение строительства на склонах и на указанной полосе сооружений, прудов, водоемов, объектов с большим водопотреблением без выполнения конструктивных мер, полностью исключающих утечку воды в грунт;

- запрещение взрывов и горных работ вблизи оползневых участков;

- ограничение скорости движения железнодорожных поездов в зоне, примыкающей к оползневому участку;

- запрещение устройства водонепроницаемых пластырей в зоне выплывания грунтовых вод;

- охрана древесно-кустарниковой и травянистой растительности;

- запрещение неконтролируемого полива земельных участков, а иногда и их распашки;

- запрещение устройства водопроводных колонок и постоянного водопровода без канализации;

- недопущение сброса на оползневые склоны ливневых, талых, сточных и других вод;

- залесение оползневых территорий.

Активными считаются противооползневые мероприятия, сопровождающиеся различного рода инженерными сооружениями.

Оползни в г. Барнауле

Ежегодно в городской черте происходит 10-20 оползневых подвижек. За последние 20-25 лет зафиксировано более 230 оползней. Объёмы оползших масс составляют от 10 до 200 тыс. км 3. Имеются заколы крупных ещё не сошедших тел до 1,5 м 3 в объёме и до 800 м по фронту. Периодичность подготовки крупных оползней на - 5-10 лет. Отмечена тесная связь количества оползней с солнечной активностью. Максимум оползней инструментального периода пришлось на пики солнечной активности 1979-80 гг., 1990 г, 2000-2001 гг. В меньшей степени, определена связь с годовым количеством осадков.

По морфологии территория относится к области линейного распространения оползней. Оползневые деформации получили широкое развитие на склоне Приобского плато вдоль Оби и, в меньшей степени, - в долине р. Барнаулки.

В зависимости от преобладающего фактора оползневые деформации по генетическому типу подразделяются на эрозионные, суффозионные, антропогенные, полигенные.

По возрасту отмечаются как современные оползни, так и древние, сформировавшиеся при ином базисе эрозии. Подавляющее большинство оползней современные. По фазам развития часть их движущаяся, но имеются и закончившиеся. По механизму оползневого процесса на территории Барнаула выделены оползни сдвига и течения (оползни-потоки, смывы, оплывины) и выплывания.

К основным факторам образования оврагов и оползней относятся: большая высота и крутизна склонов, экспозиции склонов, эрозионная деятельность Оби, интенсивный характер снеготаяния весной, развитие бурного поверхностного стока при малой инфильтрации из-за наличия неоттаявших грунтов: сложение склона неустойчивыми породами; антропогенная нагрузка.

Овраги. Определения

Оврагом называется активная эрозионная форма, созданная деятельностью временного, редко небольшого постоянного, водотока на возвышенно-равнинных пространствах, особенно в области развития легко размывающихся рыхлых пород, например лессов или лессовидных суглинков.

Морфологически овраг представляет собой крутосклонную долину, часто сильно разветвленную, наиболее подвижной частью которой является его вершина. Выше вершины оврага обычно располагаются разветвленные, слабо углубленные ложбины.

Оврагообразование хотя и не представляет непосредственной угрозы для жизни и здоровья человека, но негативно изменяет условия его жизнедеятельности. Овражная эрозия сокращает площади удобных земель и увеличивает дробности их контуров, уничтожает коммуникации, разрушает коммунальные и хозяйственные объекты. Выносы из оврагов заносят плодородные земли, являются существенным источником поступления наносов в реки, вызывая заиление малых рек и способствуя обмелению средних и больших рек.

Проблема деградации земель вследствие поражения их овражной эрозией, требующая решения во многих стран мира, актуальна и для России. На территории России овражной эрозией поражено до 7 млн. га земель, количество оврагов приближается к 15 млн. Ежегодно прирост в длину овражной сети составляет более 20 тыс. км. Особенно много оврагов образуется вокруг городов и других населенных пунктов. Они составляют около 11% всех оврагов. Овражной эрозии подвержены более 700 городов России (Зорина, 2000)

Методика изучения оврагов

Для оценки состояния овражности и опасности от овражности эрозии в современное время широко используется ряд методов.

Полевой метод картографирования овражной сети основан на количественной оценке овражных форм. Включает составление плана оврага полуинструментальным или инструментальным способом, при котором замеряются крутизна, длина, ширина склонов, глубина оврагов, составляются продольный и поперечный профиль оврагов, даётся описание характера растительности, типов почвы, состава слагающих пород.

В настоящие время в России для изучения овражной сети широко используется метод мониторинговых наблюдений (Косов, Константинов, 1973 г.) и метод повторного нивелирования.

Камеральный картографический метод заключается в определении углов наклонов по крупномасштабным картам и площади водосборов с помощью планиметра.

При составлении карты овражности пользуются методом физико -географического районирования, заключающийся в том, что на крупномасштабной топографической карте с вынесенными оврагами и промоинами длиной более 150 м выделяются территории с очень редкими одиночными оврагами, редкими (островным) распространением оврагов, с широким распространением (заовраженная) (Косов, 1970).

Доминирующие факторы оврагообразования позволяет выявить картографо-математическо-статистический метод с использованием регрессионно-кореляционного анализа. К первым относятся такие характеристики: средний уклон (I), энергия рельефа (h), площадь склонов крутизной более 3,50 (I), распаханность (g), длина линии стока (l), облесенность (Л), допустимая неразмывающая средняя скорость потока для рельефообразующих пород (К), экспозиция ключевого участка (Э), ложбинность (), объемы весеннего и летнего стока (V и М), площадь ключевого участка (S) (Рожков, 1985)

Методика изучения конкретных овражных форм

Исследование овражной сети проводится методом полевого картографирования, который включает составление плана оврага полуинструментальным способом с использованием горного компаса для замеров азимутов и углов наклона склонов и рулетки для замеров расстояний. При работе делается план основного оврага и его отвершков, отрисовка тальвега. Через 100 м составляются поперечные профиля.

При построении поперечных профилей замеряются длина, глубина, ширина по поперечникам в заданных направлениях. Одновременно проводится качественная оценка и развития сопутствующих гравитационных процессов (оползневых деформаций) в зависимости от экспозиции.

Камеральный картографический метод заключается в составлении крупномасштабных (1:500) планов, продольного и поперечных профилей, диаграмм. На основе полученных данных проводится классификация отвершков оврага на II, III, IV порядки. На следующем этапе составляются таблицы и розы-диаграммы по суммарной длине отвершков, для каждого порядка отвершков, по тальвегу.

Для характеристики заовраженности территории строится карта опасности овражной эрозии города.

На первом этап был сделан обзор топографической карты м-ба 1: 10000.

На втором этапе выделяются ареалы с водосборной площадью основных оврагов приуроченных к трем известным базисам эрозии.

Третий этап работы - расчёт количественных характеристик: густоты овражности и плотности оврагов в пределах выделенных ареалов на карте м-ба 1:10000. В результате выполненных расчетов для каждого из водосборов вычисляются предельными размерами густоты и плотности (потенциалом) овражного расчленения. Вычисление водосборных площадей и протяженности оврагов проводится с помощью планиметра (палетки).

Четвертый этап включает в себя расчёт основных показателей опасности овражной эрозии - густоты (ро, м/м 2) и плотности (По, ед./м 2), частоты(ед/м).

По природным характеристикам региона параметров густоты и плотности рассчитывается опасность дальнейшего роста овражной сети. Потенциал овражного расчленения в разных регионах определяется антропогенным воздействием - нарушение условий формирования стока воды и наносов на водосборах по склонам долин рек.

На пятом этапе проводилась оценка степени опасности на основе полученных данных расчетов и составление современной карты опасности овражности.

Причины и особенности проявления овражной эрозии на берегу Оби в г. Барнауле

В пределах Барнаула овражной эрозией охвачены территории, площадью 116 га. Несмотря на ежегодный прирост отдельных форм овражной эрозии, этот процесс в значительной мере был компенсирован рекультивационными работами.

К основным факторам оврагообразования относятся:

большая высота и крутизна склонов;

экспозиция левобережного Обского, правобережного Барнаулкинского склонов;

интенсивный характер снеготаяния весной, развитие бурного поверхностного стока при малой инфильтрации из-за наличия неоттаявших грунтов;

сложение склона неустойчивыми просадочными лёссовыми породами;

возрастающая антропогенная нагрузка: уничтожение растительного покрова на склонах при распашке земель под огороды, при прокладке коммуникаций, сброс на склоны промышленных и бытовых вод, вызывающих оврагообразование промоин, утечка воды из коммуникаций.

Овраги приурочены, в основном, к районам: левобережному склону Оби, правому склону р. Барнаулки и долине р. Пивоварка. В пределах этих участков овраги имеют свои особенности.

Левобережный склон Оби подвержен наибольшей овражной эрозии. Развитие оврагов в этом районе отмечается на протяжении почти 16 км.

Особенностью оврагов левобережья Оби обусловлены уклоном плато от бровки реки под углом 3-7? и, как следствие, этого относительно небольшой водосборной площадью.

Большинство оврагов левобережья Оби имеют ограниченную длину - 50-200 м (лишь два оврага имеют длину 600 м и 900 м) и глубокий врез - 20-80 м при ширине - 100-750 м.

Большинство оврагов этого участка находится в стадии выработки профиля равновесия, характеризуются интенсивной донной эрозией и V-образной формой в поперечнике. Отдельные овраги - в стадии затухания процесса оврагообразования: в нижней части их уклон относительно пологий, скорость водных потоков небольшая.

Многие овраги вскрывают водоносные горизонты, в результате по дну их текут постоянные водотоки, которые способствуют развитию донной и боковой эрозии. В местах выходов в оврагах подземных или скрытого стока промышленных вод иногда наблюдаются суффозионные процессы и развитие небольших оползней.

Картографирование шумового загрязнения

Общие положения

Картографирование шумового загрязнения может проводиться:

1. по результатам натурных измерений,

2. на основе расчетных данных,

3. либо с использованием сочетаний того и другого.

В первом случае используют результаты инструментальных измерений уровней шума шумомерами I или II класса. При этом, поскольку шумы с разными частотами при одинаковой интенсивности оказывают неодинаковое физиологическое воздействие, измеряют в дБ, нормируют и картографируют эквивалентные уровни звука (?Б), т.е. скорректированные с учетом частотных характеристик.

Во втором случае картографирование ведется на основе данных о величине автотранспортной нагрузки, структуре потока, дорожных условиях и характере застройки. Для получения этих данных проводятся наблюдения за напряженностью и структурой транспортных потоков в часы "пик" в рабочие дни недели; при этом фиксируются также дорожные условия, характер застройки и озеленения.

При оценочных работах может использоваться расчетная методика, которая позволяет определить приближенные значения уровней шума в зависимости от численности населения города, уровня автомобилизации (число автомобилей на тысячу жителей) и значимости улиц (магистрали общегородского значения, районного значения и т.д.), с внесением поправок для учета особенностей планировки города, уклона улиц, доли грузового и общественного транспорта в потоке. Аналогичными табличными методами определяется шум вблизи железнодорожных и трамвайных линий, аэродромов, судоходных путей.

Сочетание инструментальных и расчетных определений уровней шума включает использование того и другого, в том числе в одних и тех же контрольных точках, в количестве, достаточном для получения статистически значимой выборки. Для учета местных особенностей городской среды проводится расчет уравнений регрессии, связывающих измеренные и расчетные значения уровней шума, и корректировка последних.

Методика создания карт шума при разработке генеральных планов и проектов детальной планировки предусматривает использование линейных знаков и соответственно характеристику только в пределах улично-дорожной сети. Однако расчетная методика предусматривает возможность приближенной характеристики и внутриквартальных пространств. В этом случае оправдано применение изолиний. На основе изолинейных карт выделяют зоны шумового дискомфорта, в пределах которых превышаются гигиенические стандарты.

Теоретические основы и методика исследования радиоактивных аномалий при экологическом картировании

Ионизирующее излучение, непрерывно возникает в природе, главным образом за счет космических лучей, проходящих на землю, распада радионуклидов, создает природный радиационный фон.

Биологическое действие радиации в пределах естественного фона не является каким-то новым или особо вредным для организма человека, поскольку сама жизнь возникла и развивалась практически при воздействии постоянного фонового уровня ионизирующей радиации. Однако в результате деятельности человечества появились источники искусственного превышения радиационного фона. Это добыча, переработка и использование ядерного горючего или сырья, испытания ядерного оружия, аварии на АЭС, нарушения правил эксплуатации различных установок, использующих радиоактивные источники.

Радиоактивное воздействие является результатом излучение, возникающего самопроизвольного распада нуклидов. Нуклидами называются ядра всех изотопов химических элементов. Самопроизвольный распад нестабильных нуклидов называется радиоактивным распадом, а сами нуклиды - радионуклидами.

Время распада половины радионуклидов в любом радиоактивном источнике называется периодом полураспада соответствующего изотопа. Продолжительность периода полураспада для цезия - 137 составляет 30.2 года, стронция - 90 - 28.5 года, плутония - 239 - 24400 лет, радона - 222 - 3.8 суток и т. д.

Число распадов в секунду называется активностью, единица ее измерения - беккерель (Бк) (в системе Си). Один беккерель - один распад в секунду любого радионуклида. Каждый акт распада ведет к высвобождению энергии, которая передается дальше в виде излучения, способного ионизировать атомы.

Радиоактивность - свойства радионуклидов спонтанно испускать ионизирующее излучение.

Альфа - излучение - это испускание ядром частицы из двух протонов и двух нейтронов. У альфа - частиц слабая проникающая способность (задерживаются листом бумаги), но они очень опасны при попадании внутрь организма через рану, с водой, воздухом.

Бета - частицы могут проникать в ткань человека на глубину 1 - 2 см, вызывают ожоги тела.

Гамма - излучение, идущее со скоростью света, может проходить сквозь тело человека. Задерживаются толстой свинцовой или бетонной плитой.

Ионизирующее излучение в организме вызывает сложные физико-химические изменения и взаимодействия, модификацию разных молекул. Реакции на них могут произойти немедленно или через десятилетия после облучения, вызывает гибель клеток, генетические аномалии, рак.

Ионизирующее излучение не может быть непосредственно обнаружено органами чувств человека, но его можно обнаружить и измерить различными техническими способами, например, с помощью фотографических пленок, термолюминесцентных материалов, счетчиков Гейгера и сцинтилляционных счетчиков.

Количество энергии излучения, поглощенной тканями организма, называется поглощенной дозой. Измеряется в системе Си в греях (Гр), 1 Грей - 1 Дж/кг). Ранее поглощенная доза выражалась в единицах, называемых рад. От дозы 3 - 5 Гр при общем облучении всего тела умирает половина пострадавших, средняя индивидуальная доза работников ядерного топливного цикла составляет 0.01 Гр / год.

Уровень радиации в нормальных условиях и при техногенном загрязнении определяется приборами - дозиметрами, показывающими экспозиционную дозу и ее мощность. Экспозиционная доза часто оценивается показателем микрорентген в час (мкР/ч) и составляет обычно от 5 до 30 мкр/ ч. Используемый прибор- СРП - 68.

Уровень загрязненности территории оценивают в кюри на квадратный километр (Ки/ км 2 или Бк/м 2), загрязнение жидкости, веществ, продуктов - в кюри и беккерелях на литр, килограмм.

Широко используются и внесистемные единицы:

1Ки - кюри = 37000 х 10 10 Бк.

Инструкция по измерению гамма-фона в городах и населенных пунктах (пешеходным методом) (УТВ. МИНЗДРАВОМ СССР 09.04.1985 N 3255, действует по настоящее время)

Общие положения

Настоящая Инструкция предназначена для лиц, осуществляющих дозиметрические исследования с целью измерения гамма-фона на местности. При осуществлении пешеходной гамма-съемки решаются основные задачи:

- выявление локальных участков, площадей, отдельных точек с излучением, присущим данной местности;

- оценка интенсивности излучения на контролируемой местности.

В качестве рабочего прибора должен использоваться портативный СРП 68-01.

1. Проведение гамма-съемки

1.1. Радиометр типа СРП 68-01 настраивается на оптимальный режим согласно инструкции по эксплуатации прибора.

1.2. Чувствительность радиометра, определяемая по контрольному источнику гамма-излучения, должна соответствовать паспортным данным.

1.3. Все радиометры, предназначенные для измерения гамма-фона, должны предварительно градуироваться в поверочных лабораториях, имеющих соответствующие разрешения на проведение подобных работ.

1.4. При осуществлении гамма-съемки силами рабочих групп показания радиометров увязываются между собой на опорных контрольных пунктах (ОКП).

...