Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат геолого-минералогических наук Заволокина, Светлана Владимировна

• Заволокина, Светлана Владимировна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Заволокина, Светлана Владимировна

Текстовая часть.

Графические приложения.

Содержание

Введение.

Глава 1. Природные условия мегаполиса.

1.1. Ландшафтно-климатические условия.

1.2. Геологическое строение.

1.3. Четвертичные отложения.

1.4. Гидрогеологические условия.

1.4.1. Водоносные горизонты и комплексы четвертичных и мезозойских отложений.

1.4.2. Водоносные горизонты и комплексы каменноугольных отложений

1.4.3. Питание и разгрузка подземных вод.

Глава 2. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами.

2.1. Источники поступления тяжелых металлов.

2.2. Основные особенности загрязнения тяжелыми металлами в г. Москве.

2.3. Содержание тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в подвижных средах.

2.3.1. Снеговой покров.

2.3.2. Поверхностные воды и донные осадки.

2.4. Геохимические свойства тяжелых металлов.

2.4.1. Медь.

2.4.2. Цинк.

2.4.3. Кадмий.

2.4.4. Никель.

2.5. Формы миграции металлов.

Глава 3. Методы отбора, подготовки проб и определения тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в вытяжках почв (горных пород) и пробах подземных вод.

3.1. Методы, использовавшиеся при проведении исследования.

3.1.1. Отбор проб.

3.1.2. Подготовка проб к анализу.

3.1.3. Определение тяжелых металлов в образцах.

3.2. Методы подготовки и определения, применяемые при проведении подобных исследований.

3.2.3. Основные методы определения меди, цинка, кадмия и никеля.

3.2.4. Количественные методы анализа, широко используемые в исследованиях.

3.2.4.1. Атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС).

3.2.4.2. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС).

Глава 4. Содержание тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в четвертичных отложениях.

4.1. Критерии оценки загрязнения четвертичных отложений.

4.2. Средние содержания тяжелых металлов в горных породах четвертичных отложений г. Москвы.

Глава 5 Комплексная оценка эколого-геохимических условий территории г. Москвы.

5.1. Масса меди, цинка, кадмия и никеля в четвертичных отложениях г. Москвы.

5.2. Сравнительная оценка масс тяжелых металлов, содержащихся в почвенном горизонте и четвертичных отложениях г. Москвы и выносимых р. Москвой с её территории.

Глава 6. Особенности распределения тяжелых металлов в разрезе на примере левобережья р. Москвы в районе Краснопресненской набережной.

6.1. Геолого-литологическое строение и гидрогеологические условия испытательной площадки.

6.2. Подземные воды четвертичных и каменноугольных отложений.

6.3. Четвертичные и каменноугольные отложения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. Москвы тяжелыми металлами»

Актуальность работы обусловлена необходимостью изучения наиболее токсичных загрязняющих веществ - тяжелых металлов во всех средах крупных мегаполисах, в том числе, как показали настоящие исследования, и в четвертичных отложениях, ранее как носителя загрязнения не изучавшихся.

Целью работы являлось определение содержания и форм нахождения тяжелых металлов (Си, Ъъ., Сё, N1) в четвертичных отложениях (голоцен и неоплейстоцен) на территории г. Москвы, закономерностей их содержания в зависимости от времени формирования породы и особенностей ее среды, а также анализе масштабов их распространения в четвертичных отложениях по сравнению с почвенным горизонтом.

Основные задачи исследований заключались:

1. в изучении содержания и распространения тяжелых металлов в четвертичных отложениях территории г. Москвы (региональный уровень) в зависимости от возраста и литологического состава породы.

2. в исследованиях особенностей содержания и форм нахождения тяжелых металлов в четвертичных отложениях и водных горизонтах на примере локального участка современного строительства на территории г. Москвы.

3. в сравнительном анализе накопления масс тяжелых металлов в почвенных горизонтах и четвертичных отложениях в пределах г. Москвы.

Научная новизна работы. Диссертационная работа является одним из первых комплексных исследований, отражающих распределения тяжелых металлов в основных геолого-литологических разностях четвертичных отложений территории г. Москвы.

В работе впервые показано, что четвертичные отложения являются депонирующей средой Си, Zn, С<3 и N1.

Полученные в работе данные по распределениям и формам нахождения тяжелых металлов в четвертичных отложениях дополняют существующие представления о механизмах миграции и концентрации загрязняющих веществ горных пород на территории г. Москвы;

В работе впервые показана возможность сравнительной количественной оценки загрязнения почвенного покрова, четвертичных отложений и поверхностных вод г. Москвы.

Основные защищаемые положения:

1. Изучено распределение тяжелых металлов в четвертичных отложениях территории г. Москвы. Показано, что их концентрация колеблется в голоцене пределах от 3.1 до 440 мг/кг для меди, от 12 до 1483 мг/кг для цинка, от < 0.02 до 13 мг/кг для кадмия, от 4.2 до 70 мг/кг для никеля, и неоплейстоцене от 1.2 до 34 мг/кг для меди, от 10 до 188 мг/кг для цинка, от < 0.02 до 0.44 мг/кг для кадмия, от 2 до 3 1 мг/кг для никеля.

2. Подтверждено, что накопление тяжелых металлов (Си, Ъъ, Сё, N1) в четвертичных отложениях территории г. Москвы определяется литологическим составом горных пород. В глинистых и суглинистых разностях концентрация изученных тяжелых металлов выше, чем в песчаных и супесчаных, что обусловлено их более высокой сорбционной способностью.

3. Методами статистического анализа оценено среднее распределение рассматриваемых тяжелых металлов (Си, Хп, Сс1, N1) для различных возрастных и лптологических разностей в зависимости от кислотно-щелочного состояния среды.

4. Количественная оценка содержания Си, Ъп, Сё, N1, в почвенных горизонта и четвертичных отложениях позволило установить, что масса этих элементов, сосредоточенная в четвертичных отложениях, на порядок превышает их массу, находящуюся в почвенных горизонтах г. Москвы.

5. Проведенные исследования показывают, что четвертичные отложения на территории г. Москвы являются основным накопителем и депонентом тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной нагрузки.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты, наряду с другими исследованиями доказали необходимость оценки содержания тяжелых металлов не только в почвенных горизонтах, но и в четвертичных отложениях, что чрезвычайно важно для строительства, сопровождающегося обычно перемещением значительных масс пород, которое необходимо учитывать как один из факторов загрязнения окружающей среды. Полученные при исследоьгнии данные могут быть использованы для дальнейших сравнительных анализов загрязнения четвертичных отложений на территории г. Москвы.

Фактический материал.

Работа выполнялась в лаборатории геохимического анализа ГУП «Мосгоргеотрест». В ее основу положенобольшое число образцов почв и четвертичных горных пород, отобранных автором при выполнении плановых работ «Мосгоргеотреста» в различных райнах г. Москвы, и проанализированных им на атомно-абсорбционном спектрофотометре КВАНТ-2А.

Публикация и апробация работы.

Результаты исследований докладывались на Четвертой научно-практической конференции «Эко-Real». Раздел «Охрана окружающей среды» - новые подходы и требования к разработке, в 2004 г. (г. Москва), на VII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» в 2005 г. (г. Москва). По теме диссертации опубликовано 4 научные работы, в том числе статья в журнале «Геоэкология».

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 294 страницах машинописного текста, содержит 36 таблиц, 33 рисунка и список литературы, насчитывающий 213 наименований.

Диссертационная работа выполнена под научным руководством доктора геолого-минералогических наук В.П.Зверева во время обучения в заочной аспирантуре Института геоэкологии РАН.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук В.П. Звереву и всему коллективу лаборатории гидрогеоэкологии ИГЭ РАН, заведующей лабораторией гидрогеоэкологии к. геол.-мин. наук И.В. Галицкой и к. геол.-мин. наук И.А. Костиковой за помощь, критические замечания и доброжелательное отношение. Автор искренне признателен начальнику лаборатории комплексных эколого-геохимических исследований ГУП «Мосгоргеотрест» В.А. Гайнцеву, начальнику лаборатории ГУП «Мосгоргеотрест» Г.И. Виноградовой за постоянную поддержку и вниемание к работе, а также A.M. Кольцову и В.В. Немцову за содействие в оформлении работы.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Заволокина, Светлана Владимировна

Заключение

Четвертичные отложения на территории г. Москвы являются основным накопителем тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду в результате антропогенной нагрузки. Содержание меди, цинка, кадмия и никеля в них (голоцен и пеоплейстоцен) несколько ниже, чем в почвенных горизонтах, но существенно выше, чем в сопредельных районах Центральной России. Полученные данные обязательно надо учитывать при проведении различных строительных работ, при которых на поверхность извлекается значительная масса горных пород и содержащиеся в них тяжелые металлы вовлекаются в водную и воздушную миграцию и оказывают негативное влияние на экологическую обстановку города.

В большинстве случаев концентрация изученных тяяселых металлов в глинистых и суглинистых разностях выше, чем в песчаных и супесчаных, что объясняется более высокой сорбционной способностью первых, что также подтверждается и на отдельно изученном объекте на левом берегу р. Москвы в районе Краснопресненской набережной.

В кислых средах металлы более подвижны и естественно, что они в больших количествах аккумулируются в слабо и сильнощелочных условиях.

Изучение подземных, вод четвертичных отложений на типовом участке современного строительства в районе Краснопресненской набережной позволило заключить, что они значительно подвержены влиянию техногенной нагрузки на что указывает более высокое содержание Тп и Си в подземных водах

X / верхних частей разреза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Заволокина, Светлана Владимировна, 2008 год

1. Адерихин П.Г. Влияние высушивания почвы на подвижность ее составных частей. Пробл. Советск. Почвовед., сб. 6, 1938

2. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000.

3. Алексеенко В.А., Алексеенко Л.П. Геохимические барьеры: Учеб. пособие. М.: Логос, 2003.

4. Аналитическая химия цинка. М., 1975.

5. Адресон Р.К., Хазиев Ф.Х. Борьба с загрязнением почвогрунтов нефтью. М.: Наука, 1981.

6. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М. Изд-во московского университета, 1961.

7. Артюшин А.М., Державин Л.М., Краткий справочник по удобрениям, 2 изд. М., 1984, с. 48-49.

8. Ахтырцев Б.П., Ахтырцев А.Б., Яблонских Л.А. Тяжелые металлы в почвах пойменных ландшафтов Среднерусской лесостепи и их миграция.// Тяжелые металлы в окружающей среде: материалы международного симпозиума 15-18 октября 1996 г., Пущино, 1997, с. 15 24.

9. Баландин Р. К. А. Е. Ферсман. М., Просвещение, 1982.

10. Барс А.П., Марчук И.П. Структурно-тектоническое строение района г.Москвы. М., 1982.

11. Бычинский В.А., Сутурин А.Н. Геохимические аспекты токсичности элементов. Геохимия техногенеза. М.: Наука, 1990 - с. 94-103.

12. Вайнфорднер Д./ Спектроскопические методы определения следов элементов. М.: Мир, 1979.

13. Варшал Г.М., Кощеева И .Я., Сироткина И.С./7 Геохимия. 1979. №4. с. 598-607.

14. Володов А.И.Разработка технологии очистки от тяжелых металлов загрязненных территорий и ливневых стоковпромышленных предприятий.// Автореферат диссертации. к.т.н., М.2006.

15. Воронова Л.Д., Торина И.Г., Чуркина Н.М. Влияние ядохимикатов и минеральных удобрений на полезных животных. "Охрана природы и заповедное дело в СССР", 1962, бюлл. № 7, с. 11-21.

16. Гаврюхина A.A. Формирование подземных вод под влиянием искусственной разгрузки (на примере г.Москвы). М.: Наука, 1964г.

17. Галицкая И.В., Есин A.B., Онищенко Т.Л. Загрязнение поверхностных вод и донных осадков. Москва: геология и город/ Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997. с. 323 - 332.

18. Галицкая И.В., Путилина B.C., Юганова Т.И. Влияние оранического вещества на миграцию тяжелых металлов на участках складирования твердых бытовых отходов: Аналитический обзор/ ГПНТБ СО РАН; ИГЭ РАН. -Новосибирск, 2005. 100 с. - (Сер. Экология. Вып. 76).

19. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.А., Флоровская В.Н., Алексеева Т.А., Козин И.С., Оглобина А.И., Раменская М.Е. Теплицкая Т.А., Шурубор Е.И. Геохимия полицикличезких ароматических углеводородов в горных породах и почвах. М.: Изд. МГУ, 1996.

20. Герасимов П.А. и др. Юрские и меловые отложения Русскойплатформы. М.: Изд.МГУ, 1962.

21. Глазовская М.А. Земельные ресурсы мира, их использование и охрана. М., 1978. С.85-99.

22. Глазовская М.А., Пиковский Ю.И. Скорость самоочищения почв от нефти в различных природных зонах// Природа. — 1980, — № 5. с. 118-119.

23. Гуляева Н.Г. Методические рекомендации по эколого-геохнмической оценке территорий при использовании многоцелевого геохимического картирования масштабов 1: 1000000 и 1:200000. М.: ИМГРЭ, 2002. 72-,

24. Даньшин Б. М. Геологическое строение и полезные ископаемые Москвы и ее окрестностей (пригородная зона). -М.: Изд-во МОИП, 1947.

25. Добровольский В.В. Роль органического вещества почв в миграции тяжелых металлов/Шрнрода. 2004. № 7. с. 3 5-39.

26. Дробышев А.И. Основы атомного спектрального анализа. -СПб.: Изд-во С.-Петербург. Ун-та, 2000.

27. Дэвис Дж.С. Статистический анализ данных в геологии: Пер. с англ. В 2 кн./ Пер. В.А. Голубевой; Под ред. Д.А. Родионова. Кн. 1. М.: Недра, 1990. -319 е.: ил.

28. Едемская H.JI. Биологическая активность дерново-подзолистых почв, загрязненных тяжелыми металлами./ под ред. JI.A. Лебедевой. М.: изд-во МГУ, 1999.

29. Ельпатьевский П.В. Геохимия миграционных потоков в природных и природпо-техногенных системах. М.: Наука, 1993.

30. Заволокина C.B. Тяжелые металлы (медь, цинк, кадмий, никель) в четвертичных отложениях территории г. Москвы.// VII Международная конференция «Новые идеи в науках о земле»: Материалы докладов, .т. 4. М.: КДУ, 2005, 19 с.

31. Зайцев Е.И., Сотсков Ю.П., Резников P.C./ Нейтронно-активационный анализ горных пород на редкие элементы. -М.: Недра, 1978.

32. Зверев В.П. Подземные воды земной коры и геологические процессы., М.: Научный мир, 2006.

33. Зверев В.П., Путилина B.C., Киселева Н.В. Количественная оценка локального массопереноса в гидросфере на примере р. Москвы. М.: Геоэкология, 1995, № 5. с. 46-54.

34. Зиангиров P.C., Зверев В.П., Кутепов В.М., Медведев О.П., Петренко С.И., Хоменко В.П., Чертков Л.Г. Карст и суффозия// Москва: геология и город/ Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997.

35. Зиангиров P.C., Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К. Грунтоведение/ под ред. Трофимова В.Т. М.: Изд-во МГУ, 2005.

36. Зырин Н.Г. и др. Микроэлементы в почвах Западной Грузии. В кн.: Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах./ М.: Изд-во МГУ, 1979.

37. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984.

38. Ильина Н.С., Елина J1.M., Рыжова A.A., Бузинова В.М. Каменноугольные отложения центральных областей Русской платформы. JL: Гос. НТИ Нефтяной и Горно-топливной литературы, 1958.

39. Исаченко А.Г., Шляпников A.A. Природа мира: Ландшафты. -М.: Мысль, 1989.

40. Ицкова А.И. Никель и его соединения. М.: 1984.

41. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях./М.: Мир, 1989.

42. Каздым A.A. Техногенные неогеологические отложения -культурные слои и процессы аутигенногоминералообразования// Вестник Российского Университета Дружбы народов. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2001, № 5, с. 45-53.

43. Каздым A.A. Культурный слой как один из видов техногенного литогенеза и его литогеохимические особенности// В сб. «Минералогия техногенеза-2002». Миасс, Имин УрО РАН, 2002, с. 226-247.

44. Карта геоморфолого-неотектонического районирования Нечерноземной зоны РСФСР. Масштаб 1:1500000. Гл. ред. В.И. Бабакин. М.: ГУГК, 1984.

45. Карта новейшей тектоники СССР м-ба 1:5000000// под ред. Н.И. Николаева и С.С. Шульца. М.: ГУГК, 1960.

46. Кечин В.А., Люблинский Е.Я., Цинковые сплавы, М., 1986.

47. Ковалева Е.П., Лысенко А.Я., Никитин Д.П. Урбанизация и проблемы эпидемиологии. М.: Медицина, 1982.

48. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985.

49. Ковда В.А. Основы учения о почвах. М.: Наука, 1973. - Т. 2.

50. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. Под. Ред. Исаева Л.К. СПб: Эколого-аналитический информационный центр «Союз», 1998.

51. Коржинский Д.С. Теория метасоматической зональности. М.: Наука, 1969.

52. Котлов Ф.В. Инженерно-геологические особенности юрских глин оксфордского яруса г. Москвы и ее окрестностей в связи с условиями их формирования., Труды ЛГТП АН СССР, т. 15, 1957.

53. Крайнов С.Р., Шваров Ю.В., Гричук Д.В. и др. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии. М.: Недра, 1988.

54. Крайнов С.Р., Швец В.М. Основы геохимии подземных вод.1. М.: Недра, 1980.

55. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. М.: Наука, 2004.

56. Красильников H.A., Лучистые грибки и родственные им организмы. Actinomycetales, М.- JL, 1938.

57. Красильщик В.З., Воропаев Е.И., Шмалина Е.Ю., Чупахин М.С./ Высокочистые вещества// 1987. Т. 1. No. 3. с. 151.

58. Кузьменко Ю.Т. Рабочие материалы к структурно тектонической карте центральных районов Русской плиты масштаба 1 : 1 ООО ООО. 1991.

59. Кузьменко Ю.Т., Куклинский А.Я., Пименов Ю.Г. Тектоника осадочного чехла и кристаллического основания района Москвы// Бюллетень МОИП. 1994, т. 69, вып. 4. с. 10-18.

60. Кузьмин Н.М., Красильщик В.З./ Ж. анал. химии// 1988. Т. 43. No. 8. с. 1349.

61. Ладонин Д.В. Влияние техногенного загрязнения на фракционный состав меди и цинка в почвах// Почвоведение, 1995, № 10, с. 89-92.

62. Ладонин Д.В. Изучение трансформации техногенных форм меди и цинка почвой в условиях модельного эксперимента.// Агрохимия, 1996, № 1, с. 94-99.

63. Лакерник М.М., Пахомова Г.Н., Металлургия цинка и кадмия. -М., 1969.

64. Лисовский И.П., Смахтин Л.А./ Ядерно-физические методы анализа вещества. М: Атомиздат// 1971. с. 116-117.

65. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование миграции подземных вод, М.: Недра 1986.

66. Мажайский Ю.А., Евтюхин В.Ф., Резникова A.B. Экология агроландшафта рязанской области// М.: Изд-во МГУ, 2001.

67. Макаров В.И. Региональные особенности новейшей геодинамики платформенных территорий в связи с оценкой ихтектонической активности// Недра Поволжья и Прикаспия. Вып. 13 (специальный). Ноябрь, 1996. с. 53-60.

68. Медведь Л.И., Спыну Е.И., Сова P.E. Вопросы интегральной оценки опасности химического загрязнения окружающей среды. М.: Гиг. и сан., 1982, с. 62-64.

69. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии. В 3 т. 2-е изд., стер. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002.

70. Москва: геология и город/ Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997.

71. Мячин И.К. По Москве-реке. М.: Московский рабочий, 1977.

72. Обухов А.И. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами и мероприятия по их устранению// Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах., Пущино, ОНТИ НЦБИ, 1990, с. 52-60.

73. Осипов В.PI. Зоны геологического риска на территории г. Москвы// Вестник РАН. 1994. т. 64. № 1. с. 32-45.

74. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева H.A. Микроструктура глинистых пород/ под ред. Сергеева Е.М. М.: Недра, 1989.

75. Первунина Р.И., Зырин Н.Г., Малахов С.Г. Влияние известкования дерново-подзолистой почвы на поступление кадмия в растения и на динамику его форм в природе. Миграция- загрязняющих веществ в почвах и сопредельных