Введение (стр. 1 )

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания к лабораторным занятиям по курсу «Теория и практика эколого-геохимических исследований» предназначены для студентов, обучающихся по специальности 011400 «Гидрогеология и инженерная геология». Методические указания состоят из пяти тем практических занятий, для выполнения которых учебным планом предусмотрено 8 часов.

Основная цель лабораторных занятий – углубленная проработка отдельных разделов курса, знакомство и освоение понятийного аппарата этой дисциплины, овладение практическими приемами обработки аналитических данных, расчета эколого-геохимических показателей и коэффициентов, графического изображения геохимической информации.

В качестве исходных данных использованы литературные источники и конкретные материалы авторов, полученных в результате исследований, проводимых кафедрой геоэкологии и прикладной геохимии РГУ.

Структура методических указаний соответствует последовательности изложения лекционного материала. Основным принципом проведения занятий является индивидуальный характер их выполнения. По всем темам аналитические данные представлены в виде нескольких вариантов; таким образом, каждый студент получает индивидуальное задание. Все практические работы завершаются самостоятельным анализом полученных результатов, который дается в виде кратких выводов или заключения.

1 ОБЩАЯ ПЫЛЕВАЯ НАГРУЗКА

При определении суммарного прихода твердого вещества, связанного с выпадением аэрозольных частиц, применяется особый геохимический показатель атмосферной нагрузки – количество твердых выпадений, поступающих на единицу площади в единицу времени. Он называется «пылевая нагрузка» (Pn), т. к. поступление твердого вещества оценивается по массе пыли в снеговых пробах, и измеряется в мг / (м2 × сут.) или кг / (км2 × сут.). Расчет проводится по формуле:

Pn = P / (S×t),

Где P ─ масса пыли в пробе, S ─ площадь шурфа, t ─ время (в сутках), прошедшее с момента установления снежного покрова.

Суммарный приход твердого вещества используется в дальнейшем при определении поступления конкретных химических элементов в ландшафты воздушным путем. На его основе рассчитывается, прежде всего, общая нагрузка, создаваемая поступлением элементов в окружающую среду:

Робщ. = С× Pn,

где Pn─ среднесуточная пылевая нагрузка (в кг/км2), С ─ концентрация элемента в снеговой пыли (в мг/кг).

Кроме того, рассчитывается коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента Кр:

Кр = Робщ./ Pф,

при Pф = Сф×Рпф, где Сф ─ фоновое содержание исследуемого элемента; Рпф ─ фоновая пылевая нагрузка; Pф ─ фоновая нагрузка исследуемого элемента.

Практические занятия

Практические занятия предусматривают определение общей нагрузки и коэффициента относительного увеличения общей нагрузки в нескольких пунктах опробования и их сравнительный анализ.

Исходные материалы. Основой для выполнения задания выступают данные о среднесуточной пылевой нагрузке в городах Ростовской области и концентрации ряда элементов в атмосферной пыли урболандшафтов по (1993) и аналогичные показатели агроландшафтов Красносулинского, Кагальницкого и Цимлянского районов Ростовской области.

Задание

1. Подсчет общей нагрузки для урбо - и агроландшафтов. Проводится с использованием данных табл. 1 и 2 по формуле Робщ. = С× Pn. Рекомендуется определять показатели по 2-3 городам и одному сельскому району с последующим их сравнением.

Таблица 1

Среднесуточная пылевая нагрузка на урбо - и агроландшафты Ростовской области, кг/км2

Пункты опробования	Pn	Пункты опробования	Pn	Пункты опробования	Pn
Ростов-на-Дону	831	Волгодонск	1033	Вешенская (фон)	13
Шахты	281	Красный Сулин	498	Красносулинский р-н	218
Каменск-Шахтинский	1164	Морозовск	442	Кагальницкий р-н	130
Таганрог	540	Зверево	582	Цимлянский р-н	118

Таблица 2

Концентрация элементов в атмосферной пыли, мг/кг

Пункты	Cr	Ni	V	Mn	Zn	Pb	Cu
Ростов-на-Дону	354	49	99	442	2607	765	574
Шахты	361	86	152	421	680	386	264
Каменск-Шахтинский	300	79	130	555	840	450	220
Таганрог	430	82	72	721	929	422	230
Волгодонск	80	57	75	350	100	73	74
Красный Сулин	95	48	32	800	621	64	110
Морозовск	81	33	75	320	412	71	92
Зверево	58	36	60	501	550	79	102
Вешенская (фон)	8	5,4	9	510	73	9	46
Красносулинский р-н	100	130	63	360	574	251	57
Кагальницкий р-н	60	40	63	280	206	56	160
Цимлянский р-н	40	40	100	500	400	40	100

2. Сопоставить рассчитанные данные и объяснить полученные результаты исходя из информации о загрязнении атмосферы на рассматриваемых участках и об экологической ситуации в целом на их территории. Сравнить результаты с материалами Экологического атласа Ростовской области (2000).

2 СУММАРНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ

При геохимических исследованиях окружающей среды наряду с отдельными химическими элементами проводится анализ распределения ассоциаций химических элементов. Количественной мерой ассоциации является суммарный показатель загрязнения, представляющий собой аддитивную сумму превышений коэффициентов концентрации (рассеяния) над единичным (фоновым) уровнем. Суммарные показатели загрязнения рассчитываются для различных компонентов ландшафта – почв, снега, донных отложений. Анализ распределения геохимических показателей, получаемых в результате опробования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна с наибольшим риском для здоровья населения.

Поскольку техногенные аномалии обычно имеют полиэлементный состав, для них рассчитывается суммарный показатель загрязнения Zc (СПЗ), характеризующий эффект воздействия группы элементов. Показатель рассчитывается по следующей формуле:

Zc = ∑ Кс ─ (n ─ 1),

где Кс ─ коэффициент концентрации, который рассчитывается как отношение содержания элемента в исследуемом объекте С к его фоновому содержанию Сф: Кс = С / Сф, причем Кс > 1; n ─ число учитываемых аномальных элементов.

Суммарные показатели загрязнения рассчитываются для различных компонентов ландшафта ─ почв, снега, донных отложений. Этот показатель может определяться как для содержания в отдельной пробе, так и для участка территории (района, функциональной зоны, очага ореола). В последнем случае исследование ведется по геохимическим выборкам.

Анализ распределения геохимических показателей, получаемых в результате опробования почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна с небольшим риском для здоровья населения. Оценка опасности загрязнения почв комплексом элементов по показателю Zc проводится по оценочной шкале, градации которого разработаны на основе изучения показателей здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв (табл. 3).

Таблица 3

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения (Методические..,1987)

Категория загрязнения	Величина Zc	Изменение показателей здоровья населения в очагах загрязнения
Допустимая	менее 16	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
Умеренно опасная	16-32	Увеличение общей заболеваемости
Опасная	32-128	Увеличение общей заболеваемости, числа болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Чрезвычайно опасная	более 128	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных)

Каждая выборка может быть представлена в виде набора относительных характеристик аномальности химических элементов. Такой набор позволяет дать качественную и количественную оценку геохимической ассоциации исследуемого объекта.