Эколого-геохимический мониторинг окружающей среды города Якутска

УДК 550.42:546.17

Эколого-геохимический мониторинг окружающей среды города Якутска

В.Н. Макаров

Рассматриваются результаты эколого-геохимического мониторинга окружающей среды г. Якутска, который проводится Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН с 1982 г. В ходе мониторинга осуществляется комплексная геохимическая оценка загрязнения территории города по миграционным и депонирующим компонентам окружающей среды (атмосфера, снег, почвы, поверхностные и подземные воды). Результаты исследований показали, что, несмотря на относительно небольшие размеры городской территории и невысокую концентрацию промышленности, для г. Якутска характерна высокая плотность техногенного давления на экосистемы.

Ключевые слова: экология, геохимия, атмосфера, почвы, природные воды, мониторинг.

The results of ecological and geochemical monitoring of the environment of Yakutsk city, which is conducted by Permafrost Research Institute named after P.I. Melnikov of Siberian branch of RAS since 1982, are considered. In the framework of the monitoring complex geochemical assessment of the pollution of the territory of the city on migration and deposit components of the environment (air, snow, soils, surface and ground waters) is carried out. The results show that despite a relatively small size of the urban area and a low concentration of industry Yakutsk is characterized by a high density of technogenic pressure on the ecosystems.

Key words: environment, geochemistry, atmosphere, soils, natural waters, monitoring.

Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН выполняет эколого-геохимический мониторинг окружающей среды г. Якутска с 1982 г. В ходе мониторинга проводится комплексная геохимическая оценка загрязнения территориальных элементов города по миграционным и депонирующим компонентам окружающей среды: атмосфера, снег, почвы, поверхностные и подземные воды. Техногенные геохимические аномалии фиксируются во всех природных средах: атмосфере, снежном покрове, почвах, природных водах, растительности. Результаты эколого-геохимического мониторинга показали, что, несмотря на относительно небольшие размеры и невысокую концентрацию промышленности, для городской территории характерна высокая плотность техногенного давления на экосистемы [1,2]. Это обусловлено как неблагоприятными климатическими и инженерно-геологическими условиями, так и ошибками, допущенными при создании и эксплуатации городской инфраструктуры, когда промышленные объекты размещались в северной части города (рис. 1).

Информативным показателем степени загрязнения атмосферы является коэффициент эмиссионной нагрузки [3], показывающий количество выбросов на одного жителя в год:

МАКАРОВ Владимир Николаевич - д.г.-м.н., проф., зав. лаб. ИМЗ СО РАН.

Р

Е =— ,

N

где Р - количество выбросов, тыс. т в год; а N -число жителей, тыс. чел.

По величине коэффициента Е г. Якутск попадает в категорию средних городов с машиностроительной специализацией.

Загрязнение атмосферы г. Якутска разнообразными выбросами охватывает не только непосредственно территорию городской застройки, но и распространяется далеко за ее пределы. Аномальное геохимическое поле занимает площадь около 160 км2 и протягивается от Табагин-ского до Кангаласского мыса (рис. 2).

Загрязнение атмосферы наблюдается во всех селитебных зонах территории Туймаада (лево-

Рис. 1. Выбросы в атмосферу Якутской ТЭЦ

Т а б л и ц а 1

Плотность выпадения азота

бережная долина р. Лены от Табагинского до Кангаласского мыса).

Средний объем суммарных выпадений из атмосферы в пределах селитебных зон изменяется от 5 (пос. Табага) до 104 (пос. Кангалассы) т/км2 в год. Основная масса загрязнений приходится на пылеватые выпадения, объем которых в поселках Жатай и Кангалассы достигает 92-96% от общего количества выпадений.

На долю макрополлютантов (оксиды и диоксиды азота, серы, углерода) приходится более 90-95% от общего объёма растворимых продуктов выпадений. Соотношение макрополлютан-тов по величине плотности выпадений €>N>8, в пересчете на элемент, показывает преобладание углерода, на долю которого приходится около 72% общего объёма выпадений. По средней концентрации и плотности атмосферных выпадений Якутск является «углеродным» городом (табл. 1).

Как любой средний показатель, средняя величина плотности выпадения не отражает все особенности загрязнения, поскольку максимальная величина объёма выпадений, например, серы -

0,354 и азота - 0,481 т/км2г., значительно превышает экологическую норму. Объёмы выбросов микрополлютантов значительно ниже, но велики уровни концентрации в выбросах и их токсичность. Каждый населенный пункт (селитебная зона) обладает соответствующей геохимической специализацией, а максимальные содержания микроэлементов достигают десятков и даже сотен кларков концентрации (табл. 2).

В атмосфере селитебных зон района г. Якутска, кроме широко распространенного свинца, присутствуют и такие токсичные микроэлементы, как кадмий и мышьяк. Так, высокие концентрации мышьяка в атмосферных аэрозолях формируют четыре атмохимических аномалий: в районе аэропорта, озера Хомустах, в центральной части города и вокруг домостроительного комбината - ДСК (рис. 3).

Контрастность геохимических аномалий в пылевой фазе снежного покрова в селитебных зонах района г. Якутска

Насе- ленный пункт Кол-во жителей, тыс. чел. Кларк концентрации

100 п 10 п п

Якутск 263 РЬ, Си, Мп Са, Сг, Се, Бс, Л8 Мо, Ш, У, V, Лв, Бп, N1

Жатай 9,5 Си Сг, Мп, Са, РЬ Со, N1, V, гг, Ве, У, Мо, Ьа, Бг

Канга- лассы 1,8 Си Сг, Мп, Со, Бг, Т Са, V, N1, Мо, У, Бс, Ве, Бг, Ьа

Марха 12,0 о и € € о , N1, Мп, V, гп, рь, Мо, У, Бг, Т Лв, Бс, Ьа, Бп, Ве, БЬ

Табага 3,3 Си Сг, Мп, Бп N1, Лв, V, РЬ, Са, Со, Мо, Т1, гг, У, Бс, Бг

Хатассы 5,0 Си, гп, Сг РЬ, Со, Мп, Т1, Св, N1, Л§, V, У Бп, Бс, Мо, Ьа, Бг, гг, БЬ, Ве

Максимальная концентрация As в атмосферных аэрозолях наблюдается в центральной части города, где она достигает 3,13 нг/м3. Существование значимых положительных корреляционных связей мышьяка в атмосферных аэрозолях преимущественно с литофильными элементами (К, Со, Са, Sc, №, Сг, СЙ и и) и пространственное положение атмохимических аномалий

Рис. 3. Концентрация мышьяка в атмосферных аэрозолях г. Якутска, нг/м3: 1 - <0,5; 2 - 0,5-1,0; 3 - 1,0-2,0; 4 - 2,0-3,0; 5 - 3,0-3,13

Селитебные и промышленные зоны Средняя величина плотности выпадения, т/км2 год

N 5 С

Якутск 0,162 0,150 0,789

Жатай 0,220 0,179 1,301

Хатассы 0,113 0,058 0,343

ДСК 0,129 0,082 1,534

Свинокомплекс (Хатассы) 0,041 0,141 1,080

Птицефабрика (Якутск) 0,060 0,162 0,852

Экологическая норма <0,28 <0,32 Нет

Чрезвычайная ситуация >2,0 >3,0 - « -

указывают, что основным источником поступления As в атмосферу Якутска являются пыль строительных материалов и городских почв, выбросы объектов теплоэнергетики и аэропорта.

Одним из депонентов веществ-загрязнителей является почвенный покров. В процессе техногенного воздействия на почвенный покров произошли существенные изменения в макро- и микроэлементном составе грунтов.

Концентрация солей в многолетнемерзлых кайнозойских аллювиальных отложениях надпойменных террас р. Лены в районе Туймаады, не затронутых антропогенным воздействием, однородна и изменяется в пределах одного порядка - 0,012-0,019 %, в среднем - 0,015 %. Содержание легкорастворимых солей в грунтах зон техногенного воздействия города колеблется в широких пределах: от 0,п - 0,0п % до 2-3%. По мере увеличения солености изменяется химический состав грунтов от гидрокарбонатных до сульфатно-хлоридных с одновременным повышением их щелочности. Для большинства аномалий характерно преобладание хлоридного и сульфатного засоления грунтов с концентрацией О- и SO42- более 10-20 мгэкв. Техногенно засоленные грунты широко распространены на территории города, но, в отличие от природного, не имеют площадного распространения. Аномалии солености хлоридного и сульфатного состава четко увязываются с продолжительностью антропогенного воздействия. В среднем глубина распространения засоленных грунтов составляет около 6 м, но в местах существующих или промерзших таликов засоление достигает глубины 9,0-10,0 м.

С засоленными мерзлыми породами связан целый ряд инженерно-геологических проблем, осложняющих развитие промышленного и гражданского строительства в районе г. Якутска. Засоленные мерзлые дисперсные породы обладают особыми физико-механическими свойствами, низкой несущей способностью и неустойчивостью к техногенным воздействиям.

Техногенное воздействие привело к резкому повышению в городских почвах содержания таких микроэлементов, как ^, Zn, Sn, Pb,

Сг, P, Mn, Mo, Си. Характер изменения концентрации тяжелых металлов в почвах г. Якутска в период 1982-2011 гг. приведен в табл. 3.

Наблюдается чёткая корреляция повышения концентрации тяжелых металлов (^, Pb и Сг) в почвах с

Динамика изменения концентрации тяжелых металлов в почвах г. Якутска

Средняя концентрация тяжелых металлов, мг/кг <ч 00

Элементы к о С? 1982 1984 1990 1993 1997 2003 2008 2011 о 2 С

РЪ, город 20 26 - 27 41 50 40 37 47 1,81 30

РЪ, улицы 20 27 - 53 63 50 40 41 72 2,67 30

Сг 35 43 - 48 50 45 59 41 49 1,14 100

Н£, мг/т 5 6 - 50 22 8 - 50 29 4,83 2100

Население, тыс.чел. - 159 189 192 197 195 204 256 289 1,82 -

т с. вс < £ - 25 26 30 - 59 58 65 66 2,64 -

Примечание. Письмо Центральной специальной инспекции от 18.12.90 г. № ЦС-299/15-73; Q, фон - фоновое содержание тяжелых металлов в четвертичных отложениях долины Туймаада. Жирным шрифтом выделена концентрация металлов, превышающая ПДК.

ростом инфраструктуры города. За тридцатилетний период с 1982 г. количество автомобилей в г. Якутске и концентрация свинца в почвах магистральных улиц возрастали почти синхронно и увеличились практически в 3 раза. При этом среднее содержание свинца в почвах магистральных улиц превысило санитарные нормы в 2,4 раза. Характерно, что с 1995 по 2008 г. отмечалось существенное понижение концентрации свинца в почвах магистральных улиц, связанное с интенсивным благоустройством города, асфальтированием его территории и др., что уменьшило запыленность атмосферы и количества Pb, поступающего в окружающую среду (рис. 4).

РЬ, мг/кг

Рис. 4. Изменение концентрации свинца в почвах магистральных улиц и количества автомобилей в г. Якутске

Т а б л и ц а 4

Оценочная шкала опасности загрязнения почв г. Якутска по величине показателя 2с

Величина Zс Территория города, % Категория загрязнения почв Изменение показателей здоровья населения в очагах загрязнения

Менее 16 10,2 Допустимая Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений

16 - 32 85,7 Умеренная Увеличение общей заболеваемости

32 - 128 4,1 (кварталы: А, 2, 56, 63) Опасная Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечнососудистой системы

Более 128 Чрезвычайно опасная Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин

Анализ картографических и табличных материалов по загрязнению Якутска и его окрестностей показал, что на этой территории сформировалось комплексное полиэлементное аномальное поле во всех компонентах окружающей среды.

Для оценки степени загрязнения микрокомпонентами грунтов использован суммарный показатель загрязнения - Zс, рассчитываемый по отношению к геохимическому фону [4]. Около 86% территории города оценивается как умеренно загрязненная, а 4% относится к категории опасной по степени загрязнения (кварталы А, 2, 56, 63). Таким образом, примерно на 90% территории г. Якутска уровень загрязнения почв повышен, что должно отражаться на увеличении общей заболеваемости населения (табл. 4).

Была проведена комплексная экологическая оценка города по уровню загрязнения грунтов и снежного покрова по отношению к нормируемым показателям и фоновым концентрациям. Эта оценка показала, что наибольшее загрязнение атмосферы и почвенного покрова наблюдается в северной части г. Якутска и в районе ДСК (рис. 5).

Показатели химического состава грунтов: рН, органические вещества, содержание К03", С1-, Бе, Си, магнезиальных солей и щелочей, свидетельствуют об их агрессивности и коррозионной активности по отношению к строительным конструкциям (металлам) на территории города.

Одной из серьезных экологических проблем является ежегодно увеличивающееся число несанкционированных свалок мусора, металлолома и других отходов на территории г. Якутска. Это касается не только городских кварталов, но и его пригородов и прилегающей зеленой зоны. Дешифрирование космических и аэроснимков показало, что в пределах города существует около 200 несанкционированных свалок ТБО площадью от 0,25 до 4,5 га [5], часть из них расположена прямо в зеленой зоне города (рис. 6).

Департаментом по водным отношениям Управления лесных и водных отношений ад-

Рис.5. Комплексная экологическая оценка территории Якутска по уровню загрязнения грунтов и снежного покрова. Уровень загрязнения по отношению к ПДК

министрации г. Якутска разработана специальная программа по очистке городских озер. В рамках этой программы, которая будет действовать до 2030 г., предусматриваются расчистка и очистка 40 наиболее крупных озер. Планируется проводить контроль состояния водоохранных зон, прибрежных защитных полос озер Якутска и их протоков. Предусматриваются также мероприятия по реабилитации городских озер и восстановлению водных экосистем. В табл. 5 показаны результаты оценки химического загрязне-

Рис. 6. Районы концентрации несанкционированных свалок ТБО [5]

ния воды городских озер, включенных в «Программу по очистке озер Якутска», по величине суммарного показателя химического загрязнения воды - ПХЗ-10 (по веществам 1-2-го класса опасности).

Выполненная оценка степени загрязнения озерных вод свидетельствует о существовании экологически неблагополучной ситуации в ряде озер г. Якутска. Такие озера нуждаются в первоочередных мероприятиях по реабилитации и восстановлению их водных экосистем. Проведена также была оценка степени загрязнения донных отложений озер, которая показала, что в озерах Талое, Хомустах и некоторых других загрязнение достигает опасной и даже чрезвычайно опасной степени.

Необходимо продолжить эколого-геохими-ческий мониторинг, по результатам которого можно не только оценивать и прогнозировать степень загрязнения природной среды в районе г. Якутска, но и разрабатывать оптимальные технологии по удалению опасных элементов и соединений из почв, грунтов, поверхностных и подземных вод путем, например, перевода опасных элементов в нерастворимое состояние при регулировании кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных соотношений, нейтрализации кислотных отходов, создания искусственных геохимических барьеров на путях миграции вредных веществ, связывания токсинов с природными или искусственно модифицированными глинами и т.д.

Оценка химического загрязнения воды озер г. Якутска по величине ПХЗ-10

Озера, адрес ПХЗ-10 Озера, адрес ПХЗ-10

Теплое (ул. Чернышевского) 88 БВ на ул. Бабушкина, 8/3 4

Сергелях, южная часть 36 БВ вдоль ул. Курашо-ва 4

Сайсары 12 БВ на ул. Очиченко 4

БВ вдоль ул. Билибина, кв. 84 8 Теплое 2-4

БВ у авторынка «Лера» 6 БВ вдоль ул. Билибина, № 36/1 3

БВ вдоль ул. Автодорожной 6 Озеро Чочур-Муран 3

Чочур-Муран 5 БВ вдоль ул. 50 лет Сов. Армии 3

Белое 5 БВ на шоссе Отдыха 3

Хатын-Юрях 5 Сергелях 2-3

БВ вдоль ул. Жорницкого 5 Солдатское 2

ЯНИИТ 5 Ытык-Кюель 2

БВ на ул. Авиационной, 8 5 БВ у шоссе Отдыха, 10 км 2

Кожзавод 4 БВ у шоссе Отдыха у дороги на ПФ 2

БВ возле ГПТУ № 16 4 Хомустах 2

БВ на ул. Р. Зорге - Беринга 4 Талое 2

БВ на ул. Беринга, 24 4 Атласовское, в районе Птицефабрики 2

БВ за жилым домом на ул. Челюскина, 34 4

Примечание. БВ - безымянный водоём.

Литература

1. Геохимический атлас Якутска / В.Н. Макаров. -Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1985. -65 с.

2. Экогеохимия городов Восточной Сибири / И.С. Ломоносов, В.Н. Макаров, А.П. Хаустов. - Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1993. - 108 с.

3. Перельман А.Н., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта: учебное пособие. - М.: Астрея-2000, 1999. -768 с.

4. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. -М.: Мин-во охраны окружающей среды России, 1992. - 55 с.

5. Макаров В.Н., Шац М.М., Сериков С.И. Влияние свалок на геоэкологию Якутска. - Чистый город. - 2010. - № 3 (51). - С. 2-14.

Поступила в редакцию 24.04.2013