Научные достижения Лаборатории проблем геохимического картирования и мониторинга

1. Впервые для Байкальского региона получены геохимические данные по распределению различных химических элементов в компонентах окружающей среды (коренные породы, почвы, донные осадки, поверхностные воды), полученные по результатам мелкомасштабного геохимического картирования (1:1000000) и проведения специальных геохимических исследований. Приводятся статистические параметры распределения элементов (минимальное, максимальное, среднее, медиана, дисперсия и др.), на картах-схемах показаны особенности строения геохимических полей, места нахождения аномальных содержаний химических элементов по сравнению с региональными фоновыми содержаниями и кларками. Региональные геохимические исследования окружающей среды позволили выявить специализированные природные и техногенные геохимические провинции, установить биогеохимический «отклик» на химические изменения в окружающей среде, выяснить причины миграции химических элементов и накопления их на геохимических барьерах, определить содержания экологически важных элементов - Se, F, S, U, Hg (приоритетных избыточных и дефицитных) и влияния их на здоровье человека. Геохимические карты-схемы (рис. 1) характеризуют химический состав природных образований и антропогенную нагрузку в пределах Прибайкалья, представляя это в виде ранжированных полей рассеяния и концентрирования химических элементов. На примере Байкальского полигона показана целесообразность комплексирования методов (изучение разных компонентов окружающей среды) с проведением опытно-методических работ по опорным профилям для установления связей между характеристиками различных геохимических сред, как основы для решения теоретических вопросов миграции элементов, их антропогенной нагрузки и практических задач выделения металлогенических провинций. По результатам исследований в 2008 г. опубликована монография «Геохимия окружающей среды Прибайкалья (Байкальский геоэкологический полигон)» /Гребенщикова В.И., Лустенберг Э.Е., Китаев Н.А., Ломоносов И.С.; науч. ред. академик РАН М.И. Кузьмин; Ин-т геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН. – Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2008. – 236 с.

Рис. 1. Распределение урана в поверхностных водах Байкальского региона (мкг/дм3).

2. Геоэкологические и геохимические исследования, проводимые на промплощадке ООО «Усольехимпром» и прилегающей к ней территории, а также на акватории Братского водохранилища, показали, что ртутное загрязнение продолжает «затрагивать» многие компоненты окружающей среды. До сих пор здание бывшего цеха ртутного электролиза является источником поступления ртути в окружающую среду, что подтверждается полученными данными по содержанию ртути в почвогрунтах, в воздухе на территории промплощадки. В весенних водотоках концентрация ртути увеличивается в местах, расположенных ближе к эпицентру ртутного загрязнения (рис. 2). Поступление ртути в Братское водохранилище со сточными водами выпусков и дренажной канавы имеет сложный характер, и опасность продолжения загрязнения водохранилища в настоящее время сохраняется. Менее высокое содержание ртути в поверхностном слое донных отложений в некоторые годы не дает с полной уверенностью говорить о всеобщем снижении ртутного загрязнения водохранилища. В первую очередь, это зависит от количества поступления ее через коллекторы (выпуска) и дренажную канаву, где концентрации ртути многократно превышают ПДКрбх. Немаловажным фактором, влияющим на содержание ртути в воде и донных осадках, также является уровневый режим Братского водохранилища. От водности года зависят многие обстоятельства, оказывающие влияние на степень ртутного загрязнения водохранилища: разбавление загрязненных ртутью сточных вод, привнос чистой взвеси с водами притоков, перемыв донных осадков, абразия берегов и т.д.

Рис. 2. Содержание ртути в почвогрунтах бывшего цеха ртутного электролиза и на промплощадке ООО «Усольехимпром».

3. Исследованы накопление и распределение ртути в планктоне, водных растениях, бентосе и рыбах водоемов Байкало-Ангарской водной системы (рис. 3).

Рис. 3. Содержание ртути в планктоне Братского водохранилища. I-IV – части водохранилища: I – Верхняя; II – Центральная; III – Нижняя; IV – Окинская. 1 – Hg в планктоне Братского водохранилища; 2 – средний уровень содержания Hg в Иркутском водохранилище (фоновый водоем); 3 – зоны выклинивания водоупора седиментационных барьеров; 4 пограничные участки седиментационноых зон.

Показаны особенности процессов трансформации и миграции ртути в пищевых цепях гидробионтов в зависимости от техногенной нагрузки, гидрологических и гидрохимических параметров, от форм нахождения этого элемента, загрязненности воды и донных отложений. Выявлены уровни биоаккумуляции и биомагнификации ртути и других химических элементов в гидробионтах различных трофических уровней оз. Байкал, Братского и Иркутского водохранилищ (рис. 4). Определены корреляционные зависимости корреляционные связи накопления ртути в биоте от биометрических параметров исследуемых объектов, биомассы, видовой принадлежности, особенностей питания и условий окружающей среды.

Рис. 4. Биоконцентрация химических элементов в печени байкальских тюленей относительно их концентрации в воде оз. Байкал.

4. Получены новые данные о загрязнении почв г. Свирска следующими элементами (Pb, Cd, Hg, Cu, Zn) и As, построены геохимические карты и выделена ранее неизвестная аномалия в юго-восточной части города (рис. 5). Установлены ореолы загрязнения поверхностных слоев почвы тяжелыми металлами. Выявлены некоторые закономерности распределения тяжелых металлов и мышьяка в пищевой цепи человека в районе города Свирска. По результатам исследования лаборатории вместе с ИрГТУ в Администрацию Иркутской области представлены основные технологические пути обезвреживания источника загрязнения. Наличие мышьяковых аномалий в почвах г. Свирска (рис. 5), источником которых являются отвалы огарков бывшего Ангарского металлургического завода, и свинцовое загрязнение почв, связанное с деятельностью аккумуляторного завода «Сибэлемент», представляют серьезную экологическую опасность. В почвах г. Свирска установлено возрастание подвижности и биодоступности тяжелых металлов и мышьяка.

Рис. 5. Распределение содержаний мышьяка в почвах г. Свирск, мг/кг (ОДК As 2-10 мг/кг). 1 – отвалы огарков мышьяка, 2 – строения, 3 – изолинии содержаний, 4 – точки опробования.

Несмотря на то, что элементы-токсиканты в пищевой цепи человека не всегда достигают предельно допустимых концентраций (ПДК), в биосубстратах человека они накапливаются до очень высоких пределов. Особенно четко это проявлено на примере интенсивного накопления As, Pb и Cd в волосах детей г. Свирска (рис. 6).

Рис. 6. Содержание мышьяка, свинца в волосах детей городов Свирска и Иркутска.

Выявлено техногенное поступление мышьяка в экосистему Братского водохранилища в районе г. Свирска. Впервые получены данные по распределению мышьяка в рыбе. Превышение уровня ПДК по As в среднем составило для плотвы – 2,4 раза, для окуня – 1,3 раза. Для сравнения приведены данные по мышьяку в рыбе Байкала, где содержания мышьяка в 4 раза ниже.

5. Для оценки степени опасности загрязнения стойкими органическими загрязнителями для населения Иркутской области (рис. 7) использован подход анализа риска здоровью человека от воздействия токсикантов (Онищенко и др., 2007).

Рис. 7. Индексы опасности при поступлении СОЗ с продуктами питания в организм жителей Иркутской области.

В 2007-2009 г. проведены работы по оценке риска здоровью населения от воздействия комплекса стойких органических загрязнителей при потреблении продуктов питания местного производства. Для расчетов использованы имеющиеся на данный момент времени данные по содержания СОЗ в продуктах питания, произведенных на территории Иркутской области. Исследования риска здоровью населения от воздействия комплекса СОЗ показали, что возможность возникновения как канцерогенных, так и неканцерогенных заболеваний у жителей области существует. Данные исследования в дальнейшем будут уточняться, будет изучено поступления СОЗ с другими продуктами питания, с водой, частицами почвы и т.д., как в целом по области, так и по отдельным районам.

6. Установлено, что уровень накопления ртути в снеговом покрове Южного Байкала соизмерим с таковым незагрязненных территорий Байкальского региона, но превышает фоновые значения севера Иркутской области (0,03 мкг/м²). Построены карты распределения ртути в снеговом покрове, снеговой воде и твердом осадке снега на акватории Ю. Байкала (рис. 8) Большая часть ртути в снеговом покрове Южного Байкала сорбирована на твердых частицах (в среднем 73 %), что указывает на их определяющую роль в переносе ртути на акваторию озера. Концентрации ртути в большинстве исследованных проб снеговой воды и водах открытого Байкала близки по своим значениям, что свидетельствует о слабом атмосферном переносе ртути от техногенных источников на акваторию Южного Байкала. Ориентировочное суммарное количество ртути, поступающей со снеговыми осадками на ледовый покров Южного Байкала составляет 1260 г на площадь 6890 км².

Рис. 8. Распределение концентраций ртути в твердом осадке снега на акватории Южного Байкала.

7. Для ряда рек Байкальского хребта (западное побережье) установлено наличие в распределении редкоземельных элементов отчетливой отрицательной Eu аномалии, а притоки Баргузинского хребта (восточное побережье), наоборот, характеризуются положительной аномалией Eu, что типично для дренируемых ими гранитов. Положительные и отрицательные Eu аномалии являются непосредственной характеристикой водосборных бассейнов и наследуются притоками при взаимодействии воды с породами (рис. 9).

Рис. 9. Распределение РЗЭ в воде притоков озера Байкал.

8. Дана оценка основных параметров геохимических барьеров Ангаро-Байкальской водной системы, которая, включая р. Селенгу, оз. Байкал, р. Ангару и р. Енисей, является крупнейшей в мире. В рассматриваемой водной системе в зависимости от размеров выделяются макро-, мезо- и микрогеохимические барьеры. Прибрежная акватория Байкала (рис. 10) выступает как первый и самый мощный участок самоочищения поступающих промышленных стоков в водоем и играет важнейшую роль в транспортировке и дифференциации терригенного материала и растворенных веществ, поступающих с реками.

Рис. 10. Качество воды оз. Байкал в зоне интенсивного антропогенного воздействия.

9. Впервые представлены количественные данные для целого ряда ранее неопределяемых в воде Байкала элементов и проведен сравнительный анализ с уже опубликованными данными. Проведение геохимических исследований требует сопоставления полученных результатов с аналогичными данными фоновых объектов. Оценить в межрегиональном плане геохимический фон можно, сравнивая его с гипотетическим «эталоном» чистой воды или аналогичными фоновыми данными других регионов. Озеро Байкал и прилегающая территория до настоящего времени относится к незагрязненным участкам Земли и служит фоновым районом биосферы. Внутриконтинентальное расположение озера, холодный климат, трудно разрушаемые породы в основном гранитоидного состава (более 70 %) слагающие водосборный бассейн озера, а также биохимические процессы, происходящие в самом озере, сделали его хранилищем чистейшей воды. Разница между минимальными и максимальными значениями концентраций элементов в чистых поверхностных водах достигает нескольких порядков. На рисунке 14 отчетливо видно, что содержание только четырех элементов в байкальской воде: Li, Mo, U и Sr по шкале распространенности близки к максимальным значениям для чистых поверхностных вод. Концентрации Cd, Zn, As, V, Rb и Se близки к средним мировым значениям, а содержание остальных элементов либо существенно ниже, либо находится на уровне минимальных показателей (рис. 11).

Рис. 11. Графическое представление порядков величин концентраций растворенных микроэлементов в реках Мира. Кружками, обозначены содержания элементов в образцах воды Среднего Байкала.