Пространственно-временной анализ миграции химических элементов и соединений в природных и антропогенных ландшафтах (РНФ)НИР

P

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 15 августа 2014 г.-31 декабря 2014 г. Пространственно-временной анализ миграции химических элементов и соединений в природных и антропогенных ландшафтах
Результаты этапа: Проведено экспедиционное исследование модельных полигонов в речных бассейнах Европейской территории России (Дон), Сибири (Селенга) и Дальнего Востока (реки Камчатки). Изучена катенарная ландшафтно-геохимическая дифференциация 12 ключевых участков, 9 из которых расположены в монгольской части бассейна Селенги. В дельте Дона изучались геохимические потоки тяжелых металлов (ТМ), где выполнен комплекс определений различных форм ТМ в воде, взвешенном веществе и донных отложениях, измерены расходы воды в рукавах дельты. Исследованы особенности изменения ионно-солевого состава рек Камчатки в связи с размывом рыхлых пирокластических отложений, выщелачиванием эффузивных пород, растворением тонкодисперсных пеплов, поступлением термальных растворов. Разработана база данных, включающая гидрологическую и геохимическую информацию по бассейну Селенги. Получена количественная оценка соотношения взвешенных и растворенных форм миграции химических элементов в различных частях речного бассейна. Установлено, что анионогенные элементы (B, Mo, As, Cr и др.) мигрируют преимущественно в растворенной форме, а катионогенные (Fe, Co, Ni, Cu и др.) – во взвешенной. Изучение миграции полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и твердофазных продуктов почвообразования как их потенциальных носителей проводилось в Тверской и Белгородской обл. Определено суммарное содержание ПАУ и их состав в разных геохимических позициях. С помощью метода магнитного трассера получены оценки скорости миграции твердофазных продуктов почвообразования на склонах. Выявлено высокое сходство в форме кривых латерального распределения ПАУ и миграции твердофазного вещества почв. На склоне содержание ПАУ уменьшается до 2-20 раз, что обусловлено темпами миграции твердофазных продуктов почвообразования. При исследовании погребенных почв Ростовской обл. выявлено накопление ПАУ в ряду почв увеличивающегося возраста, что может быть связано с усилением локального загрязнения в связи с освоенностью территории. И погребенные, и современные почвы имеют элювиально-иллювиальное распределение и отчетливый максимум ПАУ в солонцовых горизонтах, который связан с перемещением ПАУ в сорбированном состоянии вместе с илистыми частицами в ходе солонцового процесса. Наибольшая выраженность солонцового процесса и контрастность распределения ПАУ отмечались в современных и погребенных III тыс. до н.э. почвах. Погребенные почвы Волгоградской обл. обладают лучшими сорбирующими свойствами, поэтому горизонты А1 в них содержат большие количества ПАУ. По составу преобладают легкие соединения нафталинового и фенантреного ряда. Современные процессы миграции рассмотрены на примере пост-пирогенных серогумусовых почв г. Тольятти. Установлено, что ПАУ перемещаются в результате пост-пирогенной эрозии спустя несколько лет после пожара. Максимальные объемы перемещения ПАУ выявлены для 2-3-ядерных ПАУ; 6-7-ядерные бенз(а)пирен и бенз(ghi)перилен обнаружены только в почвах элювиальной позиции. Установлены изотопные значения в пластовых льдах разных типов, отобранных на Ямале. В коричневом неслоистом льду значения δD варьируют от –147,62 до –155,57‰, значения δ18О – от –19,11 до –20,55‰, в белом горизонтально-слоистом льду значения δD варьируют от –107,1 до –119,8‰, значения δ18О – от –15,73 до –16,06‰, а в коричневом, вертикально-слоистом льду отмечены экстремально низкие значения δD – от –194,5 до –199,7‰, а значения δ18О – от δ18О от –25,33 до –26,48‰. Существенная дифференциация изотопного состава является следствием криогенного фракционирования в промерзающей толще. В районе Холоднинского месторождения обогащение подземных вод рудными и сопутствующими элементами происходит за счёт окисления сульфидов металлов. Получены значения изотопно-кислородного и дейтериевого состава поверхностных вод Холоднинского месторождения (значения δ18О варьируют от –10,76 до – 20,73‰, δD от –103 до –154‰). Выполнено определение изотопного состава углерода и кислорода в образцах различных видов педогенных карбонатов, отобранных в Северо-Минусинской котловине, Хакасия. Значения δ13С варьируют от –1,6 до –10,57‰, а значения δ18О – от 16,8 до 23,3‰. Был определен изотопный состав углерода торфа бугристых мерзлотных ландшафтов Европейского Севера. Диапазон значений δ13C между вершинами бугров пучения и межбугровыми понижениями составил 4,6‰ (от −24.6 to −29.2‰). Впервые составлена комплексная карта ландшафтно-функционального зонирования территории г. Улан-Батора, которая отражает геолого-геоморфологические, ландшафтно-геохимические, климатические и социально-экономические факторы, влияющие на миграцию и аккумуляцию ТМ. В пределах города сформировались 20 типов ландшафтно-функциональных зон. Для двух горнопромышленных центров на территории Бурятии и Монголии (гг. Закаменск и Эрдэнэт) собраны картографические материалы и ДДЗ, характеризующие их ландшафтно-функциональную структуру. Проведено математическое моделирование формирования геохимических аномалий в городских почвах ВАО Москвы в зависимости от ландшафтных условий и антропогенных факторов. Установлено, что на щелочном барьере осаждаются Cd, Cu, Zn, на хемосорбционном – Bi, Sb, As, Cu, Pb, Zn, на органоминеральном – Sb, As, Pb, на сорбционно-седиментационном – Cd и Cu. Для поверхностного горизонта почв СЗАО Москвы установлено изменение состава легкорастворимых солей в сторону увеличения концентрации ионов Ca и Mg, что обусловлено изменением состава противогололедных смесей. В наблюдаемом диапазоне изменения кислотно-щелочных условий выявлено уменьшение миграционной способности Cr и Cd при рН = 7; поведение Pb, Cu и Zn обнаружило зависимость от суммы легкорастворимых солей, которые усиливали вынос подвижных форм этих элементов. Влияние солей обнаружилось также при анализе состава и численности различных групп почвенных водорослей. Проведена оценка геохимической специализации вегетативных органов растений в трех крупных городах Монголии с обычным и повышенным геохимическим фоном (Улан-Батор, Дархан и Эрдэнэт). Техногенная трансформация микроэлементного состава листьев тополя в городах Монголии наиболее сильно проявляется в росте концентраций Cd, а хвои лиственницы – Sr, Mo, Pb, V. Микроэлементный состав древесных (клен платановидный) и травянистых (одуванчик лекарственный) видов в различных функциональных зонах ВАО Москвы проанализирован путем расчета соотношений ТМ. Выявлена локализация полиэлементных аномалий поллютантов, центры которых расположены вблизи промышленных объектов и дорог. Проведены экспериментальные исследования иммобилизации несимметричного диметилгидразина (НДМГ) в почвах с различной буферной способностью. Установлено, что при задаваемой нагрузке НДМГ почва полностью выводит загрязнитель из растворимых форм. Влияние вещественного состава на содержание водорастворимых форм наблюдается при увеличении нагрузки НДМГ. Максимальное воздействие на миграционную способность НДМГ оказывает органическое вещество почв. Его увеличение от 2 до 12 % привело к снижению содержания НДМГ в растворе в 13 и 10 раз при нагрузках 50 и 100 мг/кг соответственно. Степень влияния гумуса возрастает по мере увеличения его кислотных свойств. Влияние гранулометрического состава на буферность почв к загрязнителю не столь существенно: изменение содержания илистой фракции в 5 раз привело к снижению подвижных форм в 1,3 раза. Степень влияния минералогического состава почв и пород на миграционные свойства НДМГ в почвах определяется типом кристаллической решетки глинистых минералов и составом обменных катионов. Пространственный анализ устойчивости почв космодрома Байконур к техногенному воздействию компонентов ракетного топлива показал, что они обладают высокой устойчивостью ввиду того, что их почвенно-геохимические характеристики способствуют быстрому окислению и выносу загрязнителя. Накопление НДМГ может происходить в гумусовом горизонте на сорбционно-биогеохимическом барьере аллювиально-луговых почв и на сорбционном геохимическом барьере в солонцовых горизонтах.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Пространственно-временной анализ миграции химических элементов и соединений в природных и антропогенных ландшафтах
Результаты этапа: 1. Катенарные закономерности миграции и трансформации химических элементов и соединений Выявлены ландшафтно-геохимические особенности дифференциации тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) в типичных катенах Европейской территории России и Западной Сибири. Показано, что уменьшение контрастности физико-химических свойств почв в ряду от тундровых к лесостепным катенам ведет к уменьшению контрастности радиальной и латеральной дифференциации металлов. Охарактеризовано радиальное и латеральное распределение фракции 1-0,25 мм и содержания металлов в ее составе в катенах, оврагах и балках бассейна р. Протвы. Установлено значение гранулометрического состава почвообразующих пород и механической миграции для дифференциации данной фракции. Показано, что распределение ТММ в составе песчаной фракции обусловлено не только ее генезисом, но и геохимической трансформацией в процессе почвообразования и механогенеза. На ключевом участке «Торжок» (Тверская обл.) выявлены особенности качественного состава ПАУ при разных режимах землепользования. В ряду почв с увеличением сельскохозяйственной нагрузки выявлен тренд увеличения доли тяжелых ПАУ, вероятно, обусловленный их образованием в результате работы сельскохозяйственной техники. Выделены ассоциации ПАУ на основе полученных данных об их привносе из атмосферы и радиальном распределении в почвах. Тяжелые ПАУ характеризуются преимущественно атмогенным привносом при низкой (антрацен и бенз(ghi)перилен) и средней (тетрафен, хризен, перилен, пирен и бенз(а)пирен) интенсивности радиальной миграции в почвах. Запасы легких ПАУ в почвах, наоборот, в 10-100 раз превышают запасы в снеге. Для 2-кольчатых ПАУ преобладает поверхностно-аккумулятивный тип радиального распределения, а 3-кольчатых – глубинно-аккумулятивный. Суммарная доля легких ПАУ в почвах участка достигает почти 95%. Тяжелые ПАУ обнаружены в небольших, иногда следовых количествах, что не позволяет сделать четкие выводы об их латеральной миграции в почвах рассматриваемых природных ландшафтов. Однако для бенз(а)пирена выявлена корреляция (r=0.68) между атмогенным привносом (запасах в снеге) и запасах в почвах исследованного водосбора. Для фенантрена выявлена тесная корреляционная связь с СМЧ, свидетельствующая о зависимости содержания данного полиарена от латеральной миграции твердофазного вещества почв. На территории Мещёрского национального парка (Рязанская обл.) в почвах исследовано поведение полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), образующихся во время лесных и торфяных пожаров. В 2010 г. значительная часть территории национального парка подверглась выгоранию, включая участки торфяных болот и сосновых лесов. В почвах обнаружены морфологические признаки горения в виде подгоризонтов золы, обуглившегося торфа и угольков. Торфяные почвы центральных частей болот характеризуются самыми высокими концентрациями ПАУ в связи с их высокой сорбционной способностью. При существенном выгорании органического вещества обнаружено снижение количества ПАУ в торфяных почвах. В почвах, имеющих исходно большую мощность торфяных горизонтов, отмечено лишь частичное выгорание органогенных горизонтов и интенсивное образование ПАУ. В органо-минеральных почвах краевых частей болот, а также лесных участков в большинстве случаев установлено пирогенное накопление ПАУ. 2. Бассейновый анализ миграции химических элементов Обобщение данных по рекам бассейна Селенги показало, что по длине речной системы меняется соотношение между потоками веществ, мигрирующих в растворенной, взвешенной и влекомой форме: в верховьях рек преобладающей формой миграции элементов является растворенная, при выходе на равнинные территории, в условиях увеличения мутности и стока наносов, возрастает роль взвешенных форм; с ростом размера рек увеличивается доля потоков металлов во влекомой форме. Проведена количественная параметризация потоков тяжелых металлов и металлоидов, выявлено их существенное увеличение (в 3-6 раз) в районе крупных городов и горнопромышленных центров. Получена количественная оценка форм миграции и аккумуляции металлов в дельтах Селенги, Дона и Кубани с учетом сезонного фактора. Выявлена значительная роль растворенных форм металлов в геохимических потоках. Балансовая оценка потоков веществ в аквальных системах дельты Селенги показала, что наиболее активно в них осаждаются цинк, железо, кобальт и свинец (30-60% от поступления в дельту), в наименьшей степени – стронций и молибден (менее 15%). 3. Техногенная геохимическая трансформация ландшафтов а) городские ландшафты: На основе анализа различий в кларках химических элементов верхней части континентальной земной коры сделан вывод о целесообразности использования в эколого-геохимических исследованиях следующих эталонов: для F, Pb, Al, K, Na, P, Ti, Ge – любую из оценок (Виноградов, 1962; Беус и др., 1976; Shaw et al., 1976; Taylor, McLennan, 1985; Wedepohl, 1995; Gao et al., 1998; Rudnick, Gao, 2003; Hu, Gao, 2008; Григорьев, 2009); для Zn, Co, V, W, Mn, Sr, H, Cs, La и Fe – любую из современных оценок (Rudnick, Gao, 2003; Hu, Gao, 2008; Григорьев, 2009), а для Ba, Ag, Ca и Mg – кларки по (Rudnick, Gao, 2003); для Cl, Br, C, N, S, Tl и Sn – (Wedepohl, 1995); Cd, Pd, Mo и Au – (Rudnick, Gao, 2003); Te, Bi и Cu – (Hu, Gao, 2008); B, Hg, Ni, Cr, As, Sb, I и Be – (Григорьев, 2009). Неоднородность элементного состава гранулометрических фракций дорожной пыли в ВАО Москвы характеризуется увеличением доли большинства ТММ, связанной с песчаной фракцией, и уменьшением в пылеватой фракции с ростом интенсивности движения транспорта. Так, в пыли малых дорог с фракцией песка преимущественно связаны Ti и Sr; средних и крупных дорог – Fe, Mn, Be, Ti, Sr, Sn, Cr, Mo, V. В дорожной пыли МКАД суммарное обогащение РМ1–10, РМ10–50, РМ>50 ТММ снижается по сравнению с крупными автомагистралями на 5–25, тогда как для PM1 показатель Ze на МКАД возрастает на 37, что, по-видимому, связано с различиями химического состава выбросов и структуры автопарка на разных типах дорог. На территории ВАО Москвы латеральная дифференциация ТММ четко проявляется в «постагрогенной» катене, в транспортной зоне ее интенсивность значительно ниже, а в рекреационной она минимальна. Радиальная дифференциация достаточно ярко выражена в почвах всех функциональных зон. Для почв постагрогенной и рекреационной зон характерен преимущественно поверхностно-аккумулятивный профиль распределения ТММ, что связано с накоплением поллютантов, выпадающих на поверхность почв и закрепляющихся на педогеохимических барьерах. В транспортной зоне нередок срединно-аккумулятивный тип накопления ТММ. В профиле городских почв диагностируются кислый (Cr и Sb), щелочной (Cu, Ni, Sr и Zn), органо-минеральный (Ag, Cd, Fe, Mn и Zn), хемосорбционный (все элементы, кроме Ag), сорбционно-седиментационный (Mn, Pb, As, Be, Bi, Co, Sn, Sr, Ti, V, W, Zn, Be, Sn) барьеры. б) горнопромышленные ландшафты: На территории Эрдэнэта в поверхностном горизонте почв выделено три устойчивых ассоциации металлов, имеющих близкое пространственное распределение: W–Bi–Cd–Sn–Zn–Pb; Cu–As–Sb–Mo; V–Co–Sr–Cr–Ni. Их генезис связан в основном с почвообразующими породами, а набор элементов – с петрохимическими особенностями Эрдэнэтского комплекса и антропогенным воздействием – выбросами продуктов сгорания бурых углей и бензина. В почвах центральной части Закаменска выявлены высококонтрастные аномалии двух ассоциаций Cs–W–Bi–Cu–Zn–Cd–Sn и As–Sb–Pb–Mo из отходов ДВМК. Ассоциации W–Bi–Cd–Sn–Zn–Pb и Cu–As–Sb–Mo имеют две общие контрастные аномалии в северной и восточной частях города. Ассоциацию Cr–Ni отличает контрастная аномалия на юге Закаменска, сформированная выбросами работающей на мазуте ТЭЦ. В районе воздействия Джидинского ГОКа халькофильные элементы Zn, Mo, Cd, Sb, W, Pb и Bi накапливаются в подчиненных ландшафтах, причем накопление в почвах рудных элементов Mo и W и их спутников Bi и Sb в десятки раз больше по сравнению с элювиальными ландшафтами. Формирование здесь техногенных аномалий связано не только с изменением условий миграции, но и с наличием хвостохранилищ, материал которых сносится в подчиненные ландшафты. Радиальный анализ выявил слабоэлювиальный тип распределения V, Sr и As во всех геохимических позициях и аккумулятивный у Mo, Cd, W, Pb и Bi. В подчиненных ландшафтах Co, Cu, Sn и Cs распределены по профилю почв в соответствии со слабоаккумулятивным типом, а в автономных и транзитных для них характерны слабоэлювиальный или равномерный типы. Оценка микроэлементного состава листьев гибридов тополя в Эрдэнэте и Шарынголе показала накопление благодаря пылевым выбросам ГОКа и продуктам сгорания бурых углей As, Ni, Mo, Sb, V, Cd в Эрдэнэте и Сd в Шарынголе. По сравнению с незагрязненными тополями вида Populus nigra городские тополя отличаются повышенным содержанием Cr и пониженным – Pb и Ni. В городах выделяются промзоны, где коэффициент биогеохимической трансформации Zv в 1,5-2 раза выше, чем в селитебных зонах. Экологическое состояние городских деревьев, судя по отношению Fe/Mn, максимально отклоняется от нормы в промышленной зоне г. Шарынгол. Здесь также наблюдается дисбаланс в обеспечении процессов синтеза ферментов из-за избытка Zn и дефицита Cu. Выявлены различия в интенсивности биологического накопления микроэлементов и их соотношении в листьях и коре тополя в разных функциональных зонах г. Улан-Удэ. Сделаны предварительные выводы об особенностях микроэлементного состава городских тополей в г. Улан-Удэ: в условиях городского загрязнения в листьях тополя выявлено увеличение содержания W и Ni, в коре – Cr и Ni по сравнению с фоновыми территориями. 4. Изотопные исследования литокриогенных и криоаридных ландшафтов Проведены полевые исследования миграционных бугров пучения Большеземельской тундры в районе пос. Елецкий. Проанализирован изотопный и химический состав торфа, его ботанический состав, выполнено радиоуглеродное датирование торфа. На основании распределения радиоуглеродных дат из торфа, перекрывающего бугор пучения в районе пос. Хановей, выделены 2 периода пучения. Изучены два литальза в долине р. Сенца (Восточный Саян, западная Бурятия) с определением изотопного и химического состава льда. Литальза в центре озерно-болотной котловины формировался преимущественно в условиях открытой системы, литальза на периферии этого массива – в условиях полузакрытой. Исследован изотопный состав ледяного ядра булгунняха на Тазовском п-ове, в районе газового месторождения Песцовое, показано его формирование в условиях закрытой системы. Сформулированы основные положения новой стратегии радиоуглеродного датирования литокриогенных систем, таких как, например, синкриогенные повторно-жильные комплексы. Установлено, что ближе всех к истинному времени седиментации и синкриогенного промерзания всегда будет самая молодая датировка из всей серии полученных дат. Выполнено сопоставление изотопных диаграмм по голоценовым повторно-жильным льдам Ямала и Свальбарда, формировавшимся в течение последних 3-2 тыс. лет, которое показало, что вариации среднезимних температур в этих двух районах Арктики в течение последних 2-3 тыс. лет не превысили 3оС. Исследован геохимический фон полигональных ландшафтов острова Белый в Карском море. Сделан вывод, что высокая минерализация повторно-жильных льдов и их хлоридно-натриевый состав указывают на их субаквальное сингенетическое накопление при смене фациальных и климатических условий. Изучен гидрохимический состав повторно-жильных льдов и вмещающих отложений в устье р.Тамбей на полуострове Ямал. Показано, что часть повторно-жильных льдов и вмещающие их пойменные отложения формировались в условиях периодического повышения уровня Обской губы и поступления солоноватых вод в приустьевые участки р.Тамбей. Проведены полевые исследования повторно-жильного и пластового льда газоконденсатного месторождения Бованенково. Выполнены измерения ионного состава льда. Показан неоднородный химический состав льда жил и пластов. В почвах криоаридно-степных ландшафтов в республиках Алтай и Тыва установлен элементный состав и устойчивость карбонатных новообразований. Показано, что в криоаридных почвах они представлены силикатным цементом с магнезиальным кальцитом и значительными примесями оксидов Fe и Al. В новообразованиях, сформированных при участии жестких подземных вод, начинают преобладать карбонаты Mg. В современных аридных и семиаридных условиях карбонатные натёчные новообразования весьма устойчивы к вымыванию. Изучен состав карбонатных пород бассейна р. Протвы. Присутствие карбонатов в аллювиальных почвах обусловлено их привносом с гидрокарбонатно-кальциевыми паводковыми водами из отложений морского генезиса. В местах выхода на поверхность морских отложений карбона формируются дерново-карбонатные почвы, содержащие доломит, а в почвах на травертинах на биогеохимических барьерах, представленных клеточными стенками растений, формируется низкомагнезиальный кальцит.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Пространственно-временной анализ миграции химических элементов и соединений в природных и антропогенных ландшафтах
Результаты этапа: 1. Катенарные закономерности миграции и трансформации тяжелых металлов и ПАУ На Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнинах контрастность радиальной и латеральной почвенно-геохимической структуры монолитных суглинистых катен снижается в ряду «тундровые – таежные – подтаежные – лесостепные». В таежных катенах с сорбционным геохимическим барьером в средней части почвенного профиля преобладает элювиально-иллювиальное распределение форм тяжелых металлов. В тундровых, подтаёжных и лесостепных катенах со слабой текстурной дифференциацией профиля чаще встречается поверхностно-аккумулятивное распределение металлов из-за накопления на биогеохимическом барьере в гумусовом горизонте. Анализ фракционного состава тяжелых металлов в сопряженных почвах ключевых участков показал, что в тундровых катенах с глееземами и криометаморфическими почвами, таежных с подзолистыми почвами и глееземами, лесостепных с глинисто-иллювиальными черноземами и стратоземами Восточно-Европейской равнины подвижность металлов уменьшается в ряду: Mn, Pb, Co, Cu > Zn, Sr > Cr. В таежных катенах с дерновыми почвами и глееземами, подтаежных и лесостепных с глинисто-иллювиальными черноземами и солодями Западной Сибири подвижность металлов уменьшается в ряду: Mn > Pb, Ni, Cu > Co, Zn, Sr > Fe > Cr. Охарактеризовано радиальное и латеральное распределение фракции 0,25-0,05 мм и содержания ТМ в ее составе почв двух катен и в овраге в средней части бассейна р. Протвы. Выявлено влияние гранулометрического состава почвообразующих пород и механической миграции на дифференциацию данной фракции и металлов в ее составе. Показано, что параметры распределения ТМ в составе мелкопесчаной фракции обусловлены не только ее генезисом, но и геохимической трансформацией в процессе почвообразования и механогенеза. Латеральная водно-эрозионная миграция полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) на распахиваемых склонах (катены в Белгородской обл.) приводит к снижению их содержания в средней части катен, обладающих повышенными скоростями твердофазной миграции вещества. Латеральное перемещение ПАУ выявлено и в катенах нераспахиваемых, но пострадавших от пожаров склонов (г. Тольятти): подчинённые позиции обладают максимальными содержаниями полиаренов, на водораздельной поверхности их количество снижено. Латеральная воздушно-пылевая миграция ПАУ изучена на сельской и городской территориях в Тверской области путём сопряжённого анализа проб снежного и почвенного покрова. Выявлен различный её вклад для разных ПАУ: доля запасов полиаренов в снегу от запасов в почве колеблется от 1-10% для лёгких полиаренов и до 80-90% для бенз(а)пирена и тетрафена, что также проявляется в радиальном распределении ПАУ: оно глубинно-аккумулятивное для лёгких, поверхностно-аккумулятивное для тяжёлых ПАУ. Установлены глубинно-возрастающий тип радиального распределения суммы ПАУ для почв залежи, равномерный – для пахотных почв. Выявлена радиальная миграция ПАУ в солонцовых почвах с элювиально-иллювиальным типом распределения; оно сохраняется и в длительно погребённых почвах. 2. Бассейновый анализ миграции химических элементов Разработана единая концепция изучения закономерностей формирования и транспорта речных наносов и сопутствующих химических элементов в пределах каскадных ландшафтно-геохимических систем речных бассейнов. Для бассейна р.Селенги показано, что количественные параметры транспорта взвешенных наносов во многом определяются фазой водного режима. В межень реки характеризуются низкой мутностью, продольным увеличением расходов взвешенных наносов и содержания в них тонкодисперсных частиц. Вклад половодья и паводков в транспорт взвешенных наносов составил от 52 до 99% годового стока. В верхней части бассейна отмечены экстремально высокие потоки взвешенных форм, обусловленные выпадением ливневых осадков и быстро уменьшающиеся вниз по течению благодаря осаждению наносов и разбавлению более чистыми притоками. В нижней части бассейна потоки снова возрастают в связи с впадением крупных притоков. Разработан интегральный подход к оценке формирования и трансформации геохимических потоков растворенных и взвешенных веществ в каскадных ландшафтно-геохимических системах речных бассейнов, представляющий собой многоступенчатое совмещение натурных (экспедиционных) и численных гидрологических, геоморфологических и геохимических методов исследования. Выполнена адаптация инструментария для бассейнов малых и средних рек, отличающихся контрастными геохимическими условиями (р. Лангери, о. Сахалин; р. Кабеку, полуостров Камчатка; р. Селенга), на основе которого получены оценки вклада отдельных источников в баланс наносов и химических элементов в каскадной системе речного бассейна. Получена оценка миграции химических элементов с учетом гидродинамических особенностей формирования речных потоков. Выполнена характеристика распределения химических элементов и соединений в системе «вода-взвесь-влекомые наносы-русловые отложения» с учетом русловых деформаций в бассейне Селенги. Выявлены ассоциации элементов, формирующих потоки преимущественно в составе влекомых (Se, Ag, Be, Pb) и взвешенных (Hg, Ag, Bi, Mn, Fe) наносов, и мигрирующих главным образом в растворенной (Zn, Mo, As) форме. 3. Техногенная геохимическая трансформация городских и горнопромышленных ландшафтов Выявлены закономерности пространственно-временнóго распределения ТМ, металлоидов, бенз(а)пирена и легкорастворимых солей в депонирующих средах городов и центров добычи цветных металлов, изучены механизмы миграции и аккумуляции поллютантов в ландшафтах, выполнена оценка экологической опасности загрязнения урбанизированных и горнопромышленных территорий. Построены геохимические спектры взвешенной и растворимой фракций снега, почв и древесных растений для отдельных функциональных зон ВАО Москвы, Улан-Удэ, Закаменска и Эрдэнэта, составлены серии моно- и полиэлементных геохимических карт за разные временные периоды с последующим определением сочетаний ландшафтных условий и техногенных факторов, обусловивших формирование и контрастность геохимических аномалий в компонентах ландшафтов. Анализ многолетней динамики накопления ТМ в почвах Восточного округа Москвы показал, что в 1989-2005 гг. относительное приращение концентраций было самым высоким для Pb, Co, Cu, Ni и Cr, а в 2005-2010 гг. – для Cr, Cd, Co и Ni, концентрации Pb и Cu уменьшились. Совместный анализ карт загрязнения снега и почв выявил локализацию аномалий ТМ и зоны современного, постоянного и реликтового загрязнения. Из-за применения противогололедных реагентов бóльшая часть городских почв приобрела среднюю степень засоления и слабую степень солонцеватости. Установлены преобладающие в выбросах (дорожной пыли), снеге и почвах формы и фракции ТМ и металлоидов, механизмы их закрепления компонентами почв и выявлены площадные и радиальные геохимических барьеры, где накапливаются поллютанты. Охарактеризована неоднородность элементного состава гранулометрических фракций дорожной пыли в ВАО Москвы. С ростом интенсивности движения транспорта у большинства элементов доля, связанная с фракциями мелкой, средней и крупной пыли, уменьшается – в пыли МКАД на долю РМ1 и РМ1 приходится 78% Ag; 31–35% Cd, Sb; 16–30% Bi, As, Sn, Mo, Pb, Ni, Zn, Co, Cu. Накопление ТМ и металлоидов в почвах ВАО контролируется рядом факторов, обусловливающих формирование различных классов геохимических барьеров: хемосорбционного (Bi, Sb, As, Cu, Pb, Zn), органоминерального (Sb, As, Pb), сорбционно-седиментационного (Cd, Cu) и щелочного (Cd, Cu, Zn). Техногенная трансформация физико-химических свойств городских почв по сравнению с фоновыми приводит к росту среднего валового содержания всех элементов на 33–99 %. Перераспределение ТММ в почвенных катенах горнопромышленного центра Закаменска показало накопление халькофильных элементов Zn, Mo, Cd, Sb, W, Pb и Bi в подчиненных позициях, где накопление в почвах рудных элементов Mo и W и их спутников Bi и Sb в десятки раз больше по сравнению с автономными ландшафтами. На территории ВАО Москвы латеральная дифференциация ТММ четко проявляется в «постагрогенной» катене, в транспортной зоне ее интенсивность значительно ниже, а в рекреационной она минимальна. Для оценки экологической опасности загрязнения урбанизированных и горнопромышленных территорий проанализирована применимость имеющихся кларков химических элементов в верхней части континентальной земной коры в качестве эталонов сравнения, усовершенствованы критерии оценки полиэлементного загрязнения почв в горнопромышленных районах, отличающихся природным высоким геохимическим фоном, разработана модель для определения критических нагрузок бенз(а)пирена в условиях его высоких концентраций в городских почвах, определено экологическое состояние древесной растительности на территории городов и горнопромышленных центров. 4. Изотопные исследования литокриогенных и криоаридных ландшафтов Выполнены изотопно-геохимические исследования литокриогенных систем – голоценовых консервативных литокриогенных систем с повторно-жильными льдами на северо-востоке Ямала; уникальных по своим изотопно-геохимическим особенностям пластовых ледяных залежей в районе Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения в районе пос.Сабетта на севере Ямала; ледоминеральной залежи в разрезах литальза в долине р.Сенца, западная Бурятия; пинго Песцовое в долине р. Евояха на юге Тазовского полуострова. Установлены источники влаги, показана стадийность формирования систем, динамика изотопно-геохимических параметров в процессе промерзания и льдовыделения, выявлены индикаторы изменения ландшафтных условий в период формирования литокриогенных систем. Исследована миграция химических элементов и стабильных изотопов в мерзлых полигональных ландшафтах п-ова Ямал, острова Белый в Карском море, на севере Западной Сибири и в Центральной Якутии. Показано, что трансформация изотопно-геохимических особенностей полигональных ландшафтов с сильноминерализованными сингенетическими повторно-жильными льдами может служить индикатором локальной смены ландшафтных условий, в том числе изменения класса водной миграции. Выявлены особенности динамики катенарных поверхностей многолетнемерзлых выпуклобугристых и полигональных торфяников Большеземельской тундры. Показано преимущественное формирование торфяников в период голоценового оптимума, невысокая скорость торфонакопления для бугров пучения и высокая – для полигональных торфяников. Установлена низкая степень гумификации органического вещества торфа, слабая латеральная и радиальная миграция элементов в торфе. Показано циклическое развитие бугров пучения как в голоцене, так и в настоящее время. Изотопное и гидрохимическое изучение компонентов геохимических систем – атмосферных осадков и поверхностных вод выполнено для атмосферных осадков Москвы (полный годовой цикл суточных осадков), снежного покрова Байкальского региона и Западной Сибири от Томска до Обской губы, ледников Кавказа и хр.Сунтар-Хаята. Прослежена связь изотопно-геохимического состава осадков Москвы и свежевыпавшего снега Западной Сибири с температурой воздуха и циркуляцией атмосферы, оценена трансформация изотопно-геохимических характеристик атмосферных осадков в Москве в зависимости от влияния города, установлены особенности формирования изотопного сигнала при льдообразовании и таянии ледников, выполнено изотопно-гидрохимическое расчленение гидрографа стока ледниковой реки Джанкуат. Выполнены изотопно-геохимические исследования криоаридных ландшафтов. Пространственно-временной анализ распределения химических соединений и стабильных изотопов в почвенных карбонатах криоаридных ландшафтов выявил геохимические различия современных и погребенных почв Южно-Минусинской котловины и котловины оз.Ак-Холь, позволил установить степень влияния различных факторов (растительности, почвообразующих пород, воды) на формирование карбонатов в почвах в степных и тундрово-степных ландшафтов межгорных котловин Южной Сибири. 5. Экспериментальное моделирование миграции ракетного топлива в ландшафтах Проведены экспериментальные исследования с модельными образцами почв геохимических факторов, определяющих миграцию несимметричного диметилгидразина (НДМГ) в ландшафтах. Ведущими факторами, определяющими снижение концентрации НДМГ в растворе, являются (в порядке убывания): почвенная кислотность, органическое веществ, минералогический состав, гранулометрический состав. Увеличение кислотности модельных образцов приводит к усилению сорбционных свойств исследуемых объектов. Среди минеральных компонентов наибольшей буферной способностью по отношению к НДМГ обладает монтмориллонит, насыщенный катионом водорода. Снижение концентрации НДМГ в растворе отражается на кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойствах исследованных почв. Устойчивость почв к изменению этих свойств при поступлении загрязнителя определяется гидролитической кислотностью, содержанием гумуса, илистых частиц и емкостью катионного обмена. Для изучения скорости трансформации НДМГ в почвах при движении водных растворов по почвенному профилю использована лабораторная динамическая модель. Установлено, что в условиях колоночного эксперимента наблюдается высокая окислительная способность всех исследованных почв (до 91-100% от внесенного количества НДМГ). Повышенная фиксация загрязнителя в твердых фазах характерна для высокогумусных и кислых почв гумидных ландшафтов. Гумусовые горизонты аридных почв в условиях естественной радиальной миграции характеризуются высокой способностью к снижению уровня содержания НДМГ за счет окислительной трансформации. Высокая температура способствует интенсивной трансформации НДМГ, тогда как при отрицательных и около нулевых, как правило, изменение его концентрации не достоверно. Установлено, что при загрязнении почв НДМГ происходит образование малотоксичных продуктов разложения НДМГ. Кроме того, вещественный состав и свойства почв аридной зоны способствуют появлению высокотоксичного НДМА. Определена скорость деградации НДМГ в почвах с различным уровнем биологической активности. При высоких концентрациях НДМГ происходит полная гибель почвенной биоты, а их изменение в течение первой недели определяется абиотическими факторами. Последующая биотрансформация НДМГ определяется исходным уровнем биологической активности почв. Растительные ткани при прямом контакте способны активно поглощать НДМГ. Основным механизмом, определяющим высокую емкость поглощения НДМГ, является, по-видимому, образование гидразонов между молекулами НДМГ и карбонильными группами растительных тканей. В дальнейшем гидразоны необратимо превращаются в нетоксичные соединения. Полевые исследования на местах падения показали, очень локальное аэрогенное загрязнение наземных экосистем на местах падения первой ступени РН «Протон» – в радиусе 5-10 м от топливных баков. На основе анализа вещественного состава черноземов разработана схема структурной организации буферных систем карбонатных черноземов, которая складывается из карбонатной и ионообменной в твердых фазах и ионно-солевой в составе почвенного раствора. Буферная система определяется карбонатно-кальциевой системой равновесий с участием углекислого газа почвенного воздуха, составом почвенного поглощающего комплекса, карбонатных и органических солей в почвах. Высокое содержание карбоната кальция и углекислого газа приводит к стабилизации почвенной кислотности карбонатных черноземов в диапазоне рН 7,5-8,2. Значение рН, которое может быть достигнуто при кислотном воздействии в присутствии карбонатных солей, не может быть ниже 6.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Otchet_po_proektu_14-27-00083_v_Istine.doc Otchet_po_proektu_14-27-00083_v_Istine.doc 85,0 КБ 30 ноября 2016 [vasilchuk]
2. Publikatsii_po_proektu_14-27_00083.docx Publikatsii_po_proektu_14-27_00083.docx 40,0 КБ 30 ноября 2016 [vasilchuk]