Эколого-геохимическая характеристика почв и донных осадков юго-запада Ленинградской области

Актуальность работы. В настоящее время территория юго-запада Ленинградской области привлекает внимание в связи с перспективами хозяйственного использования, поисками, разведкой и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых. Кроме традиционных видов минерального сырья, применяемого в промышленности (карбонатные породы, торф, сапропель и др.), известны месторождения горючих сланцев и фосфоритов, прогнозируется вкрапленное комплексное оруденение золото-молибден-уран-ванадий-никелевого геохимического типа, обнаружены минералы-спутники алмазов (Информационный отчет., 2002ф). Широким развитием на территории пользуются породы, содержащие сидерит. В пределах акватории Финского залива распространены железо-марганцевые конкреции (Жамойда и др., 2000ф и др.).

Экономическому развитию юго-запада Ленинградской области способствует хорошо развитая инфраструктура и близость Санкт-Петербурга. Увеличение роста промышленного производства ведет к возрастанию антропогенной нагрузки на рассматриваемую территорию и сопредельные площади. В совокупности с антропогенным воздействием значительное влияние на состояние геологической среды оказывают специфичный состав горных пород и структурно-тектонические особенности района исследований.

Своеобразие юго-запада Ленинградской области определяется наличием уникальных рекреационных зон. Здесь расположены комплексные заказники регионального значения: Кургальский, Котельский, Лебяжий, Гостилицкий, дубрава у д. Велькота, а также радоновые источники и озёра в д. Лопухинка. На южном побережье Финского залива в городах Ломоносов и Петродворец находятся неповторимые садово-парковые комплексы, имеющие большое культурно-историческое значение.

На протяжении почти 30 лет сотрудниками ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция», «ВСЕГЕИ», ГГП «Севзапгеология», «Невскгеология», ГГУП"Минерал" проводятся исследования эколого-геохимической направленности в Санкт-Петербургском регионе. Важный вклад в решение проблем, связанных с анализом и оценкой эколого-геохимических параметров геологической среды, внесли Ф. Я. Сапрыкин (1984), А. ВЛапо (1989ф), В. П. Бутылин (1989ф), Э. Я. Яхнин (1994ф), Л. Д. Насонова, Э. Ю. Саммет (1995ф), В. А. Шахвердов (1995ф), Б. Г. Дверницкий (1999ф) и др. Однако, несмотря на значительную изученность, недостаточно внимания уделялось выяснению поведения химических элементов в депонирующих средах, дискуссионными остаются причины возникновения литогеохимических аномалий.

Актуальность работы определяется научно-практической необходимостью обобщения и уточнения обширного геохимического материала по почвам и донным осадкам, а также специального изучения процессов и явлений в геологической среде с целью разработки рекомендаций для проведения оценочных, контрольных, рациональных, восстановительных и оптимизационных мероприятий, которые могут и должны быть применены для территории юго-запада Ленинградской области.

Цель работы состоит в установлении эколого-геохимических закономерностей геологической среды на юго-западе Ленинградской области. Для этого поставлены и решены следующие задачи: 1) уточнение ландшафтно-геохимических условий- 2) выявление ассоциаций химических элементов в почвах и донных осадках и выяснение их пространственного распределения, а также определение уровня содержания элементов в депонирующих средах- 3) обнаружение возможных причин возникновения литогеохимических аномалий- 4) анализ и оценка эколого-геохимических параметров геологической среды.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положен материал, полученный автором в 2000, 2003 и 2004 гг. при полевых работах на юго-западе Ленинградской области, а также любезно предоставленный сотрудниками Л. Б. Скибиной и Е. С. Федотовой (Петербургская комплексная геологическая экспедиция), В. А. Шахвердовым (ВСЕГЕИ) и О. В. Тамилиной («Минерал»), Химико-аналитические исследования осуществлялись в лабораториях ОМЭ «Севзапгеология», ВСЕГЕИ, Института минералогии Фрайбергской Горной Академии (Германия). Выполнено более 200 приближенно-количественных эмиссионных спектральных анализов (ПКЭСА) почв и донных осадков (Севзапгеология: спектрограф ДФС-8, О.Ю.ВальтерВСЕГЕИ: спектрограф СТЭ-1, Н.П.Баландина). Определен химический состав донных осадков и поверхностных вод р. Луга (9 проб) методами атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (Институт минералогии ФГА: масс-спектрометр ELAN 1000- масс-спектрометр ELAN 9000, W. Klemm). В рамках работы обработаны результаты более 1000 ПКЭСА почв и донных осадков, около 80 атомно-абсорбционных анализов донных осадков, 613 рентгеноспектральных анализов почв, 65 стандартных химических анализов воды. Обработка аналитических данных производилась с применением пакетов программ Microsoft Excel, Statistica 6.0, Surfer 7.0.

Научная новизна работы. Впервые изучение закономерностей поведения химических элементов в геологической среде проведено с учетом сформировавшихся ландшафтно-геохимических условий на юго-западе Ленинградской области.

На основе полученных геохимических характеристик почв и донных осадков впервые выполнено геохимическое районирование изучаемой площади.

В ходе исследований на современном уровне обозначены и решены некоторые важные с научно-практической точки зрения вопросы о эколого-геохимических особенностях природных сред территории юго-запада Ленинградской области.

Полученная информация позволила сформулировать геохимические принципы эколого-геологического изучения и картирования совмещенных площадей в пределах территорий суши и прилегающих частей акваторий.

На основе ГИС технологий создана специализированная база данных для юго-запада Ленинградской области. База представлена в электронном виде и доступна для эффективного поиска и использования в научных и практических целях имеющейся информации о местоположении пунктов опробования природных сред, результаты химико-аналитических исследований, а также данные статистической обработки для почв, донных осадков и поверхностных вод.

Имеющиеся результаты сопоставлялись с отечественными и зарубежными аналогами (Beuge u.a., 1999; Папин и др., 2000фШахвердов, 2002; Klemm u.a., 2004). В работе использованы современные методические рекомендации и требования к проведению эколого-геохимических исследований ВСЕГИНГЕО (Методические рекомендации., 1998), ВСЕГЕИ (Камеральная обработка., 1999), ИМГРЭ (Требования к производствам и результатам., 2002).

Практическая значимость работы определяется уровнем внедрения целого ряда результатов выполненных исследований в геохимические, геоэкологические, эколого-геологические работы ПКГЭ и ВСЕГЕИ. Полученные данные рекомендуется использовать для дальнейшего изучения процессов и явлений в геологической среде с целью предотвращения или минимизации ее негативных изменений, вызванных природными процессами и под воздействием антропогенной нагрузки, а также для планирования мероприятий, направленных на обеспечение экологической безопасности территории юго-запада Ленинградской области.

Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций определяется представительностью фактического материала, всесторонними эколого-геохимическими исследованиями с применением современных методов и подходов изучения почвенного покрова и донных осадков, а также подробным анализом опубликованных и фондовых материалов по исследуемой тематике.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях отдела Региональной геоэкологии и морской геологии ВСЕГЕИ. Результаты исследований докладывались на Всероссийских и Международных конференциях: научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2000), II-ая Международная Конференция «Геология в Школе и Вузе» (Санкт-Петербург, 2001) — в Институте минералогии Фрайбергской Горной Академии (Фрайберг, 2005) — на кафедре геохимии геологического факультета СПбГУ (Санкт-Петербург, 2005).

Значительная часть результатов исследований вошла в Информационный отчет о составлении и подготовке к изданию комплектов Госгеолкарты-200 РФ масштаба 1:200 000 (Информационный отчет., 2002ф).

Исследования проводились в рамках НИР по проекту «Экология поверхностных водотоков» при поддержке программы Леонарда Эйлера, Института минералогии Фрайбергской Горной Академии и кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии СПбГГИ (ТУ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и содержит 196 страниц, включая 25 рисунков, 33 таблицы и 4 приложения.

Список литературы

содержит 168 наименований. Во введении определены цели, задачи и актуальность работы. В главе 1 дана характеристика природных условий и антропогенной нагрузки изучаемой площади. В главе 2 выполнен обзор предшествующих исследований. В Главе 3 приведена методика эколого-геохимических исследований. Глава 4 посвящена ландшафтно-геохимическим условиям территории юго-запада Ленинградской области. Глава 5 содержит геохимические характеристики почв и донных осадков. В главе 6 выполнено геохимическое районирование и дана экологическая оценка параметров геологической среды с использованием геохимических данных. В заключении представлены основные выводы эколого-геохимических исследований и охарактеризована их научная и практическая значимость.

Основные выводы.

Выполненные исследования позволили установить эколого-геохимические закономерности геологической среды на юго-западе Ленинградской области и сделать следующие выводы:

1) Ландшафтно-геохимические условия оказывают значительное влияние на поведение химических элементов в геологической среде и должны учитываться при проведении исследований эколого-геохимической направленности.

2) Пространственное распределение элементных ассоциаций в почвах и донных осадках контролируется в сопоставимой мере природными и антропогенными процессами. Наиболее широкий спектр элементов характерен для антропогенных ассоциаций, что обусловлено различными источниками поступления элементов-загрязнителей в геологическую среду. На состав антропогенных литогеохимических аномалий влияет в первую очередь специфика выбросов и отходов промышленных, сельскохозяйственных и транспортных комплексов. Природные содержания U, Р, Mn, Ti, V и Со сопоставимы с концентрациями этих элементов, поступающими в компоненты геологической среды в связи с хозяйственной деятельностью человека, а в отдельных случаях даже выше.

3) Максимальный уровень антропогенного воздействия испытывают геохимические районы, приуроченные к городским (ггЛомоносов, Петродворец), транспортно-техническим и горнопромышленным типам техногенных ландшафтов. Для первых двух типов характерны наиболее значительные по площади и интенсивности комплексные аномалии, наибольший вклад в которые вносят Zn, Ni и Сг. В пределах Кингисеппского месторождения фосфоритов основным загрязнителем почвенного покрова является уран.

К первоочередным природоохранным мероприятиям, основанным на ландшафтно-геохимических и геологических особенностях локализации аномалий, относятся: строительство и реконструкция очистных сооружений населенных пунктов Ломоносов, Петродворец, Бол. Ижора для снижения антропогенной воздействия на городские агломерации и акваторию Невской губы. Это необходимо и для сохранения садово-парковых комплексов Ломоносова и Петродворца, которые имеют культурную и историческую ценность;

— усовершенствование очистных сооружений ООО «Фосфорит-Портстрой» с целью уменьшения поступления фосфора, урана и марганца в геологическую среду;

— ликвидация несанкционированных свалок, расположенных в пределах водосбора р. Стрелка, и оборудование действующих полигонов складирования отходов специализированными комплексами для утилизации и переработки накопленных отходов.

Данные мероприятия необходимы для снижения загрязнения бассейна р. Стрелка тяжелыми металлами, прежде всего, Си, Mn, Ni и Zn.

Результаты проведенных исследований могут быть использованы не только для выполнения соответствующих экологических мероприятий, но и как основа для научно-практических методов оценки эколого-геохимических параметров геологической среды для контроля над ее изменениями. Кроме того, полученная информация дает возможность дальнейшей детализации эколого-геохимических исследований на изученной площади, а также необходимых обобщений, например, на уровне экологических атласов СевероЗападного региона.

Следует обратить внимание, что в настоящее время существует необходимость нового подхода при разработке эколого-геохимических нормативов, критериев и рекомендаций. В связи с этим весьма полезен обмен опытом с зарубежными исследователями, что будет способствовать созданию и применению единых норм и методик изучения изменений геологической среды в природных условиях и под воздействием антропогенной нагрузки.