Новейшая Доктрина

Новейшая доктрина

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Новейшая доктрина » 2.1.20 » Сантиметры истории, или Как тяжелые металлы маркируют события промышле


Сантиметры истории, или Как тяжелые металлы маркируют события промышле

Сообщений 1 страница 2 из 2

1

http://s58.radikal.ru/i160/1210/0b/0a356ccf7be7.gif

2

Сантиметры истории, или Как тяжелые металлы маркируют события промышленного века в отдельно взятом водоеме
«ПРИРОДА» №7, 2018 • ГЕОХИМИЯ, ЭКОЛОГИЯ, ЛИМНОЛОГИЯ • 1 КОММЕНТАРИЙ
Захар Слуковский
«Природа» №7, 2018

Захар Иванович Слуковский («Природа» №7, 2018)
Об авторе
Захар Иванович Слуковский — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института геологии Карельского научного центра РАН. Область научных интересов — экологическая геохимия, геоэкология, биогеохимия, биоиндикация.

Карелия — страна десятков тысяч озер. Но мало кто знает, что озерность (площадь всех озер, поделенная на площадь региона) республики — самая высокая в мире. Да-да, больше, чем Финляндии, Швеции и Канады! Превалируют в Карелии малые озера, точного количества которых вам, правда, не скажет никто. Рекомендуется, ссылаясь на справочник, ориентироваться на число 61 тыс. [1]. Совсем маленькие озера, часто бессточные и находящиеся в лесистой местности, на территории Карелии именуются ламбами (от карельского слова lambi). Используется и уменьшительно-ласкательная форма — ламбушка. Слово «ламба» присутствует и во многих местных гидронимах, например Светлая ламба и Чудо-ламба.

Иногда просто «Ламбами» называют крохотные озера, которые в силу обстоятельств не получили отдельного имени. Такой водоем (оз. Ламба) располагается и на территории Петрозаводска — главного города Карелии. Это озеро еще называют Сулажгорской ламбой, напоминая, что оно находится в микрорайоне Сулажгора, в северо-западной части Петрозаводска [2]. Об этом, казалось бы, совсем не примечательном озере мы и поговорим.

V — значит ванадий
Сулажгорская ламба не имеет кадастрового номера и, как уже отмечалось, официального названия тоже (рис. 1). Для себя мы открыли это озеро в 2013 г. Отобрали со студентом из центральной части три пробы донных отложений, представляющих собой темно-бурый сапропель (по-простому, ил), сдали на ICP-MS-анализ и очень удивились, когда содержание одного из элементов оказалось в 40 раз выше фона и в 10 раз выше ПДК [3]. Речь идет о ванадии (V), который относится к тяжелым металлам, — элементе пятой группы четвертого периода Периодической системы Д. И. Менделеева. Мы, конечно, и раньше определяли его в различных пробах донных отложений городских водных объектов, но со столь экстремальными концентрациями столкнулись впервые. В осадках рек Лососинки и Неглинки, протекающих по территории Петрозаводска, а также в отложениях оз. Четырехверстного концентрации ванадия редко превышали нормативные значения. Вообще на территории Карелии известно 27 месторождений и проявлений ванадиевых и ванадийсодержащих руд, что наталкивало на мысль о природной геохимической аномалии. Однако вопрос, почему в других ранее изученных осадочных формациях ванадий никак себя «не выпячивал», заставлял крепко задуматься над локальностью его ураганной концентрации в отложениях оз. Ламбы.

Рис. 1. Карта-схема расположения объекта исследования («Природа» №7, 2018)
Рис. 1. Карта-схема расположения объекта исследования. Звездочкой показано место отбора проб донных отложений в 2016 г.

Стоит сказать, что в основном в российской и иностранной научной литературе геоэкологического толка ванадию уделено мало внимания. В первую очередь это связано с тем, что он если и рассматривается среди загрязнителей окружающей среды, то лишь как слабо опасный для живой природы. В российских публикациях на фоне таких «мэтров», как Pb, Hg, Cd, As, Zn, Cu, Ni и Cr, ванадий, скорее всего, останется незамеченным. Кроме того, не все приборы «заточены» определять концентрацию ванадия, и только недавние успехи в области химического анализа позволили расширить спектр обнаруживаемых химических элементов. В нашем Институте геологии в 2009 г. появился масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), который позволяет анализировать около 80 различных элементов в воде, горных породах и в живой материи. Потому лаборатория геохимии, где работает автор сих строк, получила возможность вывести свои изыскания на совершенно новый качественный уровень. В том числе это относится и к исследованиям в области экологической геохимии. Но вернемся к ванадию.

Мазутный след
В обзоре почвоведа Ю. Н. Водяницкого, посвященном токсичности тяжелых металлов, говорится, что в Нидерландах ванадий, наряду с хромом, медью, никелем, ртутью и мышьяком, все-таки рассматривают в числе умеренно опасных [4]. А вот цинк, свинец и кобальт в голландском рейтинге свои смертоносные позиции сдают. Этот факт лишь повысил наш интерес к анализу аномальных концентраций в сапропелевых илах петрозаводского оз. Ламбы. Красноречиво сравнение значений индексов геоаккумуляции, рассчитанных для тяжелых металлов в донных отложениях двух петрозаводских озер (рис. 2). Видно, что ванадий в осадках Ламбы сильно выбивается среди всех изученных элементов, а геохимические специфики загрязнения двух водоемов разительно отличаются, хотя эти водные объекты находятся в одном городе и на расстоянии 11,5 км друг от друга [2].

Рис. 2. Индексы геоаккумуляции тяжелых металлов в донных осадках озер Ламбы и Четырехверстного («Природа» №7, 2018)
Рис. 2. Индексы геоаккумуляции тяжелых металлов в донных осадках озер Ламбы и Четырехверстного [3]. Igeo = log2(C / 1,5B), где C — содержание элемента в загрязненном слое донных отложений, B — его фоновая концентрация для данного типа осадков

Вблизи оз. Четырехверстного в советское время функционировала фабрика валяльной обуви, и на берегу до сих пор можно найти куски валенок. Сейчас на ее месте что-то наподобие автосервиса. Кроме того, рядом с водным объектом проходит оживленная автомобильная дорога городского значения и железнодорожные пути, по которым каждый день проносятся поезда в направлении Мурманска (на север) и Москвы и Санкт-Петербурга (на юг). А что же так загрязняет экосистему Ламбы? Если не знать ничего о химическом составе донных отложений этого водоема, то он производит вполне приятное впечатление (рис. 3): вокруг густой лесной массив, поодаль поле, где еще лет 30–40 назад располагался ягодно-плодовый питомник. И даже основные инфраструктурные магистрали находятся далеко от озера, так что шумовое загрязнение минимально. Неслучайно здесь любят проводить свободное время жители микрорайона Сулажгора.

Рис. 3. Озеро Ламба («Природа» №7, 2018)
Рис. 3. Озеро Ламба. Здесь и далее фото автора

Просто идеальная картина, которая нарушается разве что видом труб теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), расположенной в полукилометре от озера. Стоп. А что содержится в этом сером дыме-паре? Его тяжелые струйки извергаются в атмосферу города, заставляя помнить, что мы не вдали от цивилизации, а в крупном городе, в чье название совершенно неслучайно встроено слово «завод».

Рис. 4. Отбор колонки верхнего слоя донных отложений Ламбы со льда водоема («Природа» №7, 2018)
Рис. 4. Отбор колонки верхнего слоя донных отложений Ламбы со льда водоема

Главный вопрос: какое топливо использовалось и используется сейчас на Петрозаводской ТЭЦ? На сайте организации с гордостью сообщается, что с недавнего времени основное топливо предприятия — природный газ (газификация Республики Карелия идет полным ходом). А вот резервное топливо — мазут, который раньше использовался в качестве главной энергетической силы ТЭЦ*. Открываем книгу «Геохимия окружающей среды» и ищем, какой урон природе может нанести деятельность ТЭЦ. Вот тут-то и обнаруживается, что в золе многих мазутов содержится ванадий (в виде оксида V2O5) в количестве от 5 до 50% [5]. Кроме него в составе мазута в большом количестве могут присутствовать хром и никель. Последний, согласно рассчитанным индексам геоаккумуляции, — второй по значимости загрязнитель донных отложений Ламбы [6]. Итак, именно выбросы ТЭЦ сыграли решающую роль в техногенном преобразовании геохимического фона донных осадков уютного городского озера.

Однако наши исследования на этом не закончились, а лишь разгорелись с новой силой, когда в рамках конкурса «Мой первый грант» Российский фонд фундаментальных исследований поддержал наш проект по изучению загрязненности тяжелыми металлами водных объектов Республики Карелии, которые подвержены влиянию урбанизации со всеми вытекающими из этого следствиями. Мы отобрали полноценную колонку донных отложений для дальнейшего изучения [7] (рис. 4).

От эвтрофикации к седиментации
Петрозаводская ТЭЦ была введена в эксплуатацию в 1976 г. Это означает, что почти полвека выхлопы предприятия, содержащие опасные тяжелые металлы, поступали в Ламбу и на водосборную площадь озера. Анализ колонки отложений до глубины 55 см с разделением на слои по 5 см позволил установить, что ядовитый след воздействия ТЭЦ прослеживается до глубины 20 см (рис. 5). Представим себе, что целая толща осадков в 20 см на площади 14 тыс. м2 дна озера поражена ураганными концентрациями ванадия и никеля. Объем такого техногенного слоя составляет приблизительно 2800 м3, и для его гипотетического вывоза понадобится чуть более 20 железнодорожных цистерн, которые используются для транспортировки нефтепродуктов. При этом максимальное содержание ванадия отмечается не в самом верхнем слое (0–5 см), а чуть ниже — на глубине донных отложений от 6 до 10 см [7]. Тут концентрация тяжелого металла достигает почти 3200 мг/кг, что в 100 раз выше фона. В книжке известного геохимика из Сыктывкара Я. Э. Юдовича находим, что содержание ванадия выше 800 мг/кг считается промышленным [8]. Правда, так говорится о каменных породах, и ни о какой добыче ванадия из карельского сапропеля речи, конечно же, нет. Но сам факт столь внушительных ванадиевых «запасов» техногенного происхождения заставляет задуматься о незавидной судьбе экосистемы крохотного водоема Петрозаводска...

Рис. 5. Распределение концентраций ванадия, хрома, никеля и свинца в донных отложениях Ламбы по времени накопления изученной толщи осадков («Природа» №7, 2018)
Рис. 5. Распределение концентраций ванадия, хрома, никеля и свинца в донных отложениях Ламбы по времени накопления изученной толщи осадков

Учитывая, что мы точно знаем время запуска городской ТЭЦ и дату отбора проб, немудрено, опираясь на данные ICP-MS, рассчитать ориентировочный возраст 20-сантиметровой ванадиевой толщи отложений оз. Ламба. Он составил 40 лет. Следовательно, скорость осадконакопления в озере — примерно 5 мм/год [7]. Это крайне высокая скорость седиментации для территории Карелии. Обычно она не превышает 1 мм/год [9, 10]. Вероятно, на скорость процесса повлиял фактор города, где поверхностный сток в водные объекты обычно заметно выше, чем в фоновых районах. Кроме того, водоем быстро зарастает (содержание органики в озерных осадках достигает 50%), что в значительной степени обусловлено соседством с ягодно-плодовым питомником, где использовались фосфорные удобрения. А обильное попадание биогенных элементов в водную среду, как известно, вызывает процесс эвтрофикации. Ныне от питомника, не пережившего «лихие девяностые», остались лишь редкие деревья и кустарники, которые, по словам местных жителей, продолжают исправно плодоносить. И каждый год на 5 мм увеличивается толща донных осадков Ламбы. Углубимся в эту толщу дальше.

Свинец — здоровью конец
Следующей нашей удивительной находкой стал свинец. Его аномально высокие концентрации сгруппировались аккуратно на глубине озерных отложений от 21 до 35 см. Самое экстремальное значение тяжелого металла (130 мг/кг) оказалось в семь раз выше фона и в четыре раза выше ПДК для этого элемента [7]. Опять возникла мысль о сильном влиянии природного геохимического фона, связанного, может быть, с наличием на этой глубине сульфидов свинца (PbS). Но анализ проб под электронным микроскопом нашу догадку не подтвердил. Да и почему именно на этой глубине? Не ниже, что больше бы походило на естественную аномалию, и не выше, что давало бы основание для техногенной гипотезы?

И тут мы вернулись к возрасту изучаемой колонки и скорости накопления осадочного материала, которые были рассчитаны ранее для первых 20 см. Предположим, что скорость седиментации для всей 55-сантиметровой толщи примерно равна. Тогда получается, что свинцовые аномалии приходятся на промежуток времени от середины 40-х до середины 80-х годов прошлого века (см. рис. 5). Ниже этого прогиба графика содержание свинца убывает до фоновых концентраций, а выше — близко к значениям, определенным в речных отложениях Петрозаводска и в донных осадках оз. Четырехверстного. Значит, в середине XX в. происходило что-то, наложившее столь сильный отпечаток на химизм изучаемой нами толщи донных отложений.

Свинец задействован во многих отраслях человеческой деятельности, но более всего его обильному техногенному накоплению в верхней части литосферы и во многих живых организмах поспособствовал автомобильный транспорт. Тетраэтилсвинец Pb(CH3CH2)4 применялся в качестве антидетонирующей присадки к моторному топливу, которая повышала его октановое число [9, 11]. Придумали этот способ еще в начале 20-х годов прошлого столетия в США, и далее он разлетелся по всему миру. Кстати, авторы этой идеи знали о ядовитости используемого соединения, но деньги оказались важнее состояния окружающей среды и здоровья целого поколения людей. Ничего особенного — просто бизнес. Автомобили все больше захватывали мир своим невероятным удобством, потому-то эффект свинцового загрязнения планеты получился столь глобальным. В Советском Союзе Pb стали добавлять в бензин с 30-х годов, и это видно по изменению графика распределения Pb в донных отложениях нашего озера. Пик общемировых выбросов свинца в атмосферу пришелся на 1960–1970-е годы [12]. С 1976 г. по всему миру началось постепенное вытеснение Pb-содержащего топлива, которое было завершено к 1986 г. в США, к 2000 г. в Европе и к 2002 г. в нашей стране**.

Сейчас (когда топливо со свинцовой добавкой уже не используется) в озерных отложениях ближе к границе вода — дно концентрация этого тяжелого металла постепенно убывает [11]. Однако полностью достигнуть фонового уровня ей не позволяет постоянный привнос свинца с поверхностным стоком. Территория Петрозаводска загрязнена этим элементом. На увеличенный фон свинца в почвах и донных отложениях города повлияла и деятельность промышленных предприятий столицы Карелии. Давайте теперь поговорим о них, тем более что один из заводов долгое время был градообразующим предприятием.

Заводы становятся ближе...
Главный город Карелии основан в 1703 г. Петром I, который заложил в устье р. Лососинки оружейный завод. Правда, в то время город назывался Петрозаводской слободой, а нынешнее название получил лишь в середине XVIII в., при Екатерине II. За время своего существования завод несколько раз менял название и основную продукцию производства. Ядра и пушки нужны во время войн, а в мирное время предприятие переходило на изготовление жести, гвоздей, фонтанных труб, проволоки, чугунных оград, деталей мостов, якорей и др. На рубеже 19-го и 20-го столетий завод работал на нужды строившейся Мурманской железной дороги, пути которой проходили прямо через город. С приходом советской власти предприятие превратилось в машиностроительный и металлургический завод, занимавшийся в основном выпуском дорожных машин и различными спецзаказами. Учитывая темпы роста молодого социалистического государства, несложно представить, что завод работал на полную катушку, обильно выпуская в атмосферу и гидросферу токсичные вещества, в том числе тяжелые металлы. К тому моменту бывшая деревушка Сулажгора, известная еще с XVIII в., вместе с нашим озером стала частью Петрозаводска. Близость крупной промышленности того времени отражена в пиках концентраций цинка, меди, вольфрама, кобальта, кадмия и молибдена в донных отложениях водоема на глубине от 31 до 45 см [7], что совпадает с промежутком времени с 30-х по 50-е годы прошлого века (рис. 6). Затем была Великая Отечественная война, во время которой завод перевезли в Красноярск. А в 1956 г. предприятие получило свое нынешнее название — Онежский тракторный завод. Основным его профилем стал выпуск машин для лесопромышленного комплекса. На наших графиках (см. рис. 6) видно, что после некоторой стабильности содержания тяжелых металлов стали увеличиваться. Этому вновь поспособствовали растущие темпы производства и, как следствие, выбросы загрязняющих веществ. Естественно, от выбросов завода, расположенного теперь уже в самом центре города, пострадала вся окружающая среда. Геохимическое опробование на месте бывшей первой площадки предприятия (где сейчас возводят новый микрорайон) выявило огромные значения концентраций тяжелых металлов в почвогрунтах до глубины около трех метров.

Рис. 6. Распределение концентраций меди, цинка, молибдена, кадмия, кобальта и вольфрама в донных отложениях Ламбы по времени накопления изученной толщи осадков («Природа» №7, 2018)
Рис. 6. Распределение концентраций меди, цинка, молибдена, кадмия, кобальта и вольфрама в донных отложениях Ламбы по времени накопления изученной толщи осадков

Однако аномально высоким концентрациям некоторых тяжелых металлов в донных осадках на глубине от 0 до 20 см экосистема оз. Ламба обязана не только тракторному заводу, но и введенному в эксплуатацию в 60-х годах прошлого столетия заводу «Петрозаводскмаш». Новое предприятие также имело и имеет по сию пору свой литейный цех, а кроме того, оно расположено ближе к нашему водоему, нежели Онежский тракторный завод и все его предшественники. Первоначально «Петрозаводскмаш» работал на нужды целлюлозно-бумажной промышленности, что опять-таки связано с лесной спецификой экономики региона. Сейчас же, войдя с 2010 г. в состав холдинга «Атомэнергомаш», предприятие выпускает продукцию для атомщиков. Литейное производство «Петрозаводскмаша» продолжает работать, что сказывается на состоянии окружающей среды города и нашего озера в том числе. Содержание цинка, меди, кадмия и вольфрама продолжают расти ближе к самому молодому слою изученных донных отложений. При этом установлена корреляционная зависимость между цинком и медью, входящими в состав основных компонентов важнейших литейных сплавов, что говорит о едином источнике загрязнителей, поступающих в Ламбу.

Прохода нет?
Когда мы с коллегами в августе 2016 г. собрались ехать к озеру, в Интернете появилась новость, что прилегающая к водоему территория бывшего ягодно-плодового питомника выкуплена у города частником — известным в Петрозаводске бизнесменом, владельцем сети гипермаркетов строительных материалов. Через несколько дней после нашего полевого выезда дорогу к озеру, которая проходила через вновь приобретенную частную собственность, перекрыли бетонными плитами. Стихийный митинг местных жителей близлежащих домов собрал почти полтысячи человек. Путь к уютной зеленой лесной зоне для людей оказался отрезанным, а слухи о возможном строительстве бетонного завода на месте старых посадок лишь усиливали волнение горожан. Многие из них перебрались в Сулажгору в основном из-за возможности чаще бывать на природе. Через некоторое время бизнесмен заверил всех, в том числе и администрацию города, что бетонный завод строить пока не планирует — скорее всего, здесь будет некий спортивный объект, доступный для горожан и гостей Карелии. Правда, судя по комментариям в социальных сетях, ему мало кто поверил, чему, безусловно, поспособствовала неоднозначная репутация владельца строительных магазинов. Но это отдельная история. Тем не менее основной проезд к озеру на автомобильном транспорте в настоящий момент закрыт. Хорошо, есть другая дорога, и наши исследования ни в коем случае не прекратятся. Последние события вокруг Ламбы указывают на то, что в летописи промышленной истории Петрозаводска могут появиться новые страницы и это, к сожалению, обязательно отразится на состоянии озера, в частности на химическом составе донных отложений. Такая уж судьба у городского водоема, современную историю которого я постарался максимально подробно описать.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 16-35-00026 «мол._а» и 18-05-00897 «а»).

Литература
1. Филатов Н. Н., Литвиненко А. В., Фрейндлинг В. А. и др. Каталог озер и рек Карелии. Петрозаводск, 2001.
2. Водные объекты города Петрозаводска: Учебное пособие / Литвиненко А. В., Регеранд Т. И. (ред.). Петрозаводск, 2013.
3. Слуковский З. И., Медведев А. С. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в донных отложениях озер Четырехверстного и Ламба (г. Петрозаводск, Республика Карелия) // Экологическая химия. 2015; (1): 56–62.
4. Водяницкий Ю. Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М., 2008.
5. Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П. Геохимия окружающей среды. М., 1990.
6. Teng Y., Ni S., Zhang C. et al. Environmental geochemistry and ecological risk of vanadium pollution in Panzhihua mining and smelting area, Sichuan, China // Chinese Journal of Geochemistry. 2006; 25(4): 379–385.
7. Слуковский З. И., Ильмаст Н. В., Суховская И. В. и др. Геохимическая специфика процесса современного осадконакопления в условиях техногенеза (на примере оз. Ламба, Петрозаводск, Карелия) // Труды Карельского научного центра РАН. 2017; (10): 45–63.
8. Юдович Я. Э. Геохимия черных сланцев. Л., 1988.
9. Даувальтер В. А. Геоэкология донных отложений озер. Мурманск, 2012.
10. Субетто Д. А. Донные отложения озер: палеолимнологические реконструкции. СПб., 2009.
11. Thomas V. M. The elimination of lead in gasoline // Annual Review of Energy and the Environment. 1995; 20: 301–324.
12. Komárek M., Ettler V., Chrastný V., Mihaljevi M. Lead isotopes in environmental sciences: A review // Environment International. 2008; 34(4): 562–577. DOI: 10.1016/j.envint.2007.10.005.

* Петрозаводская ТЭЦ / ТГК-1 // Энергия Северо-Запада [электронный ресурс] (дата обращения: 13.02.2016).

** Постановление ГД ФС РФ от 15.11.2002 № 3302-III ГД о проекте Федерального закона № 209067-3 «Об ограничении оборота этилированного бензина в Российской Федерации».
https://slavdok.mirtesen.ru/blog/434605 … -Pyatibrat

Быстрый ответ

Напишите ваше сообщение и нажмите «Отправить»



Вы здесь » Новейшая доктрина » 2.1.20 » Сантиметры истории, или Как тяжелые металлы маркируют события промышле