Урбанизированные территории и особенно крупные города представляют собой сложные техногенные системы, которые оказывают сильнейшее воздействие на окружающую (городскую) среду в их пределах и по периферии. Потребности охраны среды и здоровья населения особенно тесно переплетаются в условиях современного города. Именно в городах на относительно ограниченной территории концентрируются и многочисленное население, и крупные источники загрязнения. Поэтому, основные экологические проблемы крупных городов, в том числе г. Перми, связаны с общим загрязнением окружающей среды (воздушный и водный бассейны, недра, почвы, растительный и животный мир), негативно влияющие на здоровье человека [1, 2].
Пермь – крупнейший индустриальный город на Западном Урале с миллионным населением, с высокой концентрацией промышленных предприятий (нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, машиностроения, деревообрабатывающей, легкой и пищевой промышленности) и автотранспорта, выбрасывающих в атмосферу сотни примесей и химических соединений. Приоритетной проблемой Пермского региона является комплексная геоэкологическая оценка города.
Материалы и методы.
Методологической основой геоэкологического изучения городской среды является системный подход и анализ компонентов природно-техногенной системы города. Важнейшей практической задачей изучения геоэкологии города является информационное обеспечение для его геоэкологической безопасности [3, 4]. Антропогенное воздействие, приводящее к изменению химического состава одного или нескольких компонентов окружающей среды города, является геохимическим [5]. Поэтому, одним из важнейших методов определения экологической обстановки селитебных зон является геохимический метод, позволяющий оценить геохимическое состояние территории, которое в основном зависит от уровня техногенного загрязнения, формирующего аномальные геохимические зоны. При этом оптимальной группой показателей площадной оценки экологической обстановки могут быть почвенный и снежный покров. Почвы являются первым геохимическим барьером на пути миграции токсичных веществ и их концентрации. Снежный покров является непосредственным накопителем техногенных химических элементов за весь зимний период, которые при таянии снега в теплое время попадают в поверхностные и подземные воды, загрязняют их. Геохимическое состояние территории, которое в основном зависит от уровня техногенного загрязнения, формирующего аномальные геохимические зоны, играет важную роль среди критериев оценки экологического риска.
Изучение химического состава атмосферных осадков Пермской области в т.ч. – г. Перми было начато Г.А. Максимовичем в 1945 г. и обобщено в монографии [6], при этом отмечалось пятикратное увеличение средней минерализации снега в Перми по сравнению районами Приуралья, не затронутыми техногенезом (что остается актуальным и в настоящее время), а также – отсутствие спектральных анализов по снегу. Изучение состава снежного покрова эпизодически продолжалось многими исследователями. Наиболее полное изучение проведено А.К. Лаптевой и М.А. Шишкиным [7].
Автором статьи изучение химического состава снежного покрова на территории г. Перми проводилось более 10 лет в составе исследований различных организаций – геоэкологической партии ФГУП «Геокарта-Пермь», кафедры биогеоценологии и охраны природы Пермского государственного университета и Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН под руководством профессора, д.г.-м.н. А.А. Оборина [8]. В составе геоэкологической партии автор принимала участие в проведении эколого-геохимической съемки масштаба 1:50 000 на территории г. Перми (отв. исп. д.г.-м.н. И.С. Копылов). Основными объектами исследований были почвы и снежный покров, являющиеся накопителями токсичных химических элементов, а, следовательно – индикаторами антропогенного загрязнения. Пробы отбирались на участках, прилегающих к промышленным предприятиям и транспортным магистралям, в районах жилых массивов, а также в лесопарковых зонах. При этом исключались пробы с видимым загрязнением. Всего изучено более 1000 проб почв и 300 проб снега по спектральному анализу, где определялись 34 элемента, из которых в снежном покрове установлено присутствие 16 элементов, в почвах – 25 элементов. Изучен характер и распределение тяжелых металлов почвенного и снежного покрова, составлен комплект карт [9].
Результаты и их обсуждение
В результате проведенных исследований установлено, что в снежном покрове селитебной зоны города средние содержания тяжелых металлов (по сравнению с фоном на контрольных участках и в среднем по Пермскому краю) превышают фон: по Cd – в 120, Cr – 109, Sn – 82, Ni – 37, Pb – 27, Sr – 21, Ba – 25, Cu –13, P– 10, Co – 9, Zn, Mn, V – в 4 раза. Содержания микроэлементов в снежном покрове г. Перми (по данным ФГУП «Геокарта-Пермь» в сравнении с фоновыми районами Пермского края приведены в таблице.
В почвах также отмечается превышение средних концентраций металлов в 1,5-15 раз по сравнению с фоном. Наиболее опасными в почвах г. Перми являются элементы: 1 класса опасности – Cd (до 1000 ПДК), Pb (до 1000 ПДК), Zn (до 27 ПДК), Ве (до 10 ПДК); 2 класса опасности – Ni (до 1000 ПДК), Мо (до 1000 ПДК), Co (до 400 ПДК), Cu (до 106 ПДК), Cr (до 23 ПДК). Все они имеют высокий фон 1,2-4 ПДК (кроме Co) и создают контрастные аномалии. Малоопасные и не лимитируемые элементы – Mn, Zr, Ti (все – до 3 ПДК), имеют широкое распространение, но невысокие концентрации, другие элементы – As (до 20 ПДК), Sb (до 10 ПДК), создают точечные высококонтрастные аномалии.
Таблица – Содержание микроэлементов в снежном покрове г. Перми (n . 10 –3 %)
Элемент |
min – max |
среднее ПДК |
max ПДК |
ПДК и ОДК (для почв) |
Фон |
среднее |
|||||
Марганец |
30-400 |
0,8 |
2,7 |
150 |
10-70 |
124,3 |
32,4 |
||||
Никель |
1-300 |
9,6 |
75 |
4 |
0-6 |
37,0 |
1,0 |
||||
Кобальт |
0,5-100 |
0,7 |
20 |
5 |
9-1,8 |
3,6 |
0,39 |
||||
Ванадий |
5-20 |
0,4 |
1,3 |
15 |
0-7 |
6,6 |
1,9 |
||||
Хром |
5-1000 |
4,6 |
26,3 |
38 |
0-15 |
173,7 |
1,6 |
||||
Цирконий |
10-30 |
0,4 |
1 |
30 |
0-50 |
12,8 |
6,8 |
||||
Молибден |
0,0-0,7 |
0,1 |
0,7 |
1 |
0-1,5 |
0,1 |
0,06 |
||||
Медь |
2-500 |
3,8 |
75,8 |
6,6 |
0-9 |
25,3 |
2,0 |
||||
Цинк |
5-70 |
1,7 |
6,3 |
11 |
0-9 |
19,0 |
4,8 |
||||
Свинец |
0,5-90 |
3,6 |
30 |
3 |
0-0,9 |
10,9 |
0,41 |
||||
Олово |
0,5-20 |
0,2 |
0,7 |
30 |
0-0,6 |
4,9 |
0,06 |
||||
Кадмий |
0-7 |
24 |
70 |
0,1 |
0-2 |
2,4 |
0,02 |
||||
Фосфор |
0-600 |
3,0 |
30 |
20 |
0-150 |
60,4 |
5,9 |
||||
Барий |
0-50 |
1,4 |
8 |
62,5 |
0-20 |
87,7 |
3,5 |
||||
Стронций |
10-200 |
0,6 |
3,3 |
60 |
0-30 |
39,6 |
1,9 |
Крупные аномальные зоны сконцентрированы в Индустриальном (Осинцовский промузел, центральная часть), Свердловском (центральная и северо-восточная части) и Мотовилихинском (Мотовилихинские заводы) районах города [9]. Эти зоны классифицируются (по ИМГРЭ [10]), с учетом критериев [11] как участки с критической или чрезвычайно опасной экологической ситуацией.
Необходимо отметить, что территория г. Перми располагается в пределах Среднекамской аномальной геохимической зоны [12, 13], поэтому повышенная концентрация некоторых микроэлементов связана не только с техногенным воздействием, но и с их природным накоплением в почвах, обусловленным различными природно-геологическими факторами [14-17] и в первую очередь – геодинамической активностью этого района [18, 19]. Однако аномалии в снежном покрове имеют однозначно техногенный характер.
По анализу данных медицинской статистики по заболеваемости населения среди детей и взрослых г. Перми наблюдается постоянный рост различных видов заболеваний. Районы с повышенной заболеваемостью населения, как правило, приурочены к участкам с концентрацией токсичных элементов. Более высокая сходимость геохимических аномалий в почвах и снежном покрове отмечается с результатами анализов содержания химических элементов в биосредах детей, поскольку детский контингент более чувствителен к антропогенным нагрузкам, менее адаптирован к изменениям условий окружающей среды. В Индустриальном районе установлены компоненты, являющиеся химическими факторами риска – Pb, Ni, Zn, Mn; в Мотовилихинском – Mn, Ni, Cr, Zn, Cu; в Свердловском – Mn, Cr, Zn, Ni; в Дзержинском – Mn, Ni, Pb. Медико-геоэкологический анализ показал, что для аномальных зон существует пространственно-корреляционная связь между геохимическими параметрами окружающей среды и уровнем содержания токсикантов в биосредах людей, отмечаются тенденции увеличения заболеваемости населения и изменения ее структуры.
Результаты проведенных исследований показывают, что Пермская селитебная зона является объектом социально-экологической опасности. Необходимым условием оптимизации качества городской среды является мониторинг антропогенных изменений, включая загрязнение и реакцию на него в атмосфере, гидросфере, почве и криосфере, а также медико-геоэкологический мониторинг. Для обеспечения геоэкологической безопасности населения города необходимо создание единой геоинформационной системы городской среды г. Перми, базовые основы которой изложены в работе [20], где блок экологической геохимии должен занимать одно из приоритетных мест.
Библиографический список
- Быков В.Н., Димухаметов Д.М., Димухаметов М.Ш. Эколого-геологическая обстановка города: учеб. пособие. Пермь: Пермский ун-т, 2001. 101 с.
- Копылов И.С. Научно-методические основы геоэкологических исследований нефтегазоносных регионов и оценки геологической безопасности городов и объектов с применением дистанционных методов / автореферат дис. … доктора геолого-минералогических наук. Пермь, 2014. 48 с.
- Копылов И.С. Концепция и методология геоэкологических исследований и картографирования платформенных регионов // Перспективы науки. 2011. № 8 (23). С. 126-129.
- Копылов И.С., Коноплев А.В., Голдырев В.В., Кустов И.В., Красильников П.А. К вопросу об обеспечении геологической безопасности развития городов // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-2. С. 355-359.
- Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. М.: Недра, 1990. 335 с.
- Максимович Г.А., Тюрина И.М. Химический состав атмосферных осадков // В книге: Химическая география вод и гидрогеохимии Пермской области / Коллектив авторов. Пермь, 1967. С. 41-49.
- Лаптева А.К., Шишкин М.А. Технофильные металлы в депонирующих средах на территории г. Перми // Вестник Пермского научного центра УрО РАН. 2010. № 2. С. 17-25.
- Oborin A.A., Kashevarova N.M., Rubinstein L.M., Khmurchik V.T., Kopylov I.S., Kopylova L.I. Evaluation of the influence of natural and anthropogenic factors on a human health // Environmental Pollution: Abstracts of the VI International Conference, 20-25 September 2005. Perm-Kazan-Perm / Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms UB RAS, Perm, 2005, 197 p.
- Копылов И.С. Аномалии тяжелых металлов в почвах и снежном покрове города Перми как проявления факторов геодинамики и техногенеза // Фундаментальные исследования. 2013. № 1-2. С. 335-339.
- Требования к производству и результатам многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:1000000 / А.А. Головин, А.И., Ачкасов и др.. М.: ИМГРЭ, 1999. 104 с.
- Копылов И.С. Принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния природных и урбанизированных территорий // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 6.
- Копылов И.С. Эколого-геохимические закономерности и аномалии содержания микроэлементов в почвах и снежном покрове Приуралья и города Перми // Вестник Пермского университета. Геология. 2012. № 4 (17). С. 39-46.
- Копылов И.С. Закономерности формирования почвенных ландшафтов Приуралья, их геохимические особенности и аномалии // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 4.
- Копылов И.С., Коноплев А.В. Геологическое строение и ресурсы недр в атласе Пермского края // Вестник Пермского университета. Геология. 2013. № 3 (20). С. 5-30.
- Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Региональные факторы формирования инженерно-геологических условий территории Пермского края // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 84. С. 102-112.
- Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Инженерно-геологическое изучение, картографирование, районирование территории Пермского края // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-10. С. 2190-2195.
- Копылов И.С., Лунев Б.С., Наумова О.Б., Маклашин А.В. Геоморфологические ландшафты, как основа геоэкологического районирования // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-10. С. 2196-2201.
- Копылов И.С. Теоретические и прикладные аспекты учения о геодинамических активных зонах // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 4.
- Копылов И.С. Линеаментно-геодинамический анализ Пермского Урала и Приуралья // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6.
- Коноплев А.В., Копылов И.С., Пьянков С.В., Наумов В.А., Ибламинов Р.Г. Разработка принципов и создание единой геоинформационной системы геологической среды г. Перми (инженерная геология и геоэкология) // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6.