К вопросу совершенствования методологии полевых эколого-геохимических исследований

2000 г.

Автор: Барабошкина Т.А., Голованов Д.Л., Сафронова Н.С., Ермаков В.В., Березкин В.Ю., Клюева О.А.

Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Сергеевские чтения, вып 2., ГЕОС, 2000 г, С. 307-311

Составной и неотъемлемой частью геологической съемки является создание эколого-геологических схем [3]. В связи с этим к разряду актуальных относится вопрос разработки эколого-геологических карто-схем для территорий полевых учебных геологических практик, на которых традиционно проходят обучение студенты ведущих геологических вузов СНГ, с целью максимального приближения методологии учебного процесса к решению конкретных эколого-геологических задач.
Методологической основой при изучении эколого-геохимических условий литосферы является системный подход к составу и миграции веществ во всех звеньях цепи: от пород литосферы через почвы, микроорганизмы (литобионты), воды, растения, корма, пищевые продукты к организму человека и животных. Данные исследования базируются на изучении: картографического материала; геологической, гидрогеологической, геохимической обстановки района работ; информации по геохимии ландшафтов, биогеохимии и патологии растений, животных и человека (выявление характерных для них биологических реакций), связанных со структурой и составом геохимической среды [1-4].
Составной частью эколого-геохимических исследований являются биогеохимические и эпидемиологические исследования, позволяющие объективно оценить экологическое состояние территорий по биотическим параметрам.
Биогеохимический комплекс исследований включает в себя опробование не только горных пород и вод, но и почвенно-растительного комплекса. Результаты биогеохимических полевых работ ориентируются на оценку природного и техногенного риска возникновения экстремальных экологических ситуаций. При выполнении полевых исследований используются общепринятые геоботанические, почвенные, морфологические и биохимические методы. Отбор образцов осуществляется посредством сопряженных площадок, а также по специальным профилям в летний период до наступления летней депрессии растительности. Опробование обнажений горных пород выполняется при тщательном геоботаническом и флористическом описании как отдельных квадратов, так и всего участка в целом. Данные геоботанических, морфологических и биохимических исследований сопоставляются с концентрациями металлов в литогеохимических пробах.
При эпидемиологических исследованиях устанавливается оценка возможного влияния загрязнения окружающей среды и природнообусловленных аномалий избытка или недостатка (дисбаланса) элементов на здоровье людей, причем чаще всего изучаются уровень и распространенность заболеваемости детского населения. Данные медицинских осмотров являются более предпочтительными в экологических исследованиях. Однако анализ статистической информации зачастую являются единственным основанием для того, чтобы приступить к проведению экологических исследований (высокие показатели смертности, мертворождаемости, врожденных пороков развития, заболеваемости злокачественными новообразованиями и др.) [1].
Детальные эколого-геохимические исследования выполнены на ключевом участке, расположенном в междуречье рр. Качи и Бодрака в пределах второй гряды Крымских гор. Данная территория хорошо изучена в геологическом аспекте и является базовой для проведения учебных практик по геологической съемке ведущими геологическими вузами СНГ. Цель первого этапа исследований - эколого-геохимическая оценка района практики по комфортности для проживания людей. Было выполнено опробование различных литологических разностей пород, почв, вод, растительных сообществ. В амбулатории проанализированы статистические данные по заболеваемости коренного населения.
В геологическом строении территории выделяется два (классических для Горного Крыма) структурных комплекса: раннекиммерийский геосинклинальный складчатый комплекс (T3–J2bj) и позднекиммерийский субплатформенный моноклинальный комплекс, включающий породы от нижнего мела до верхнего палеогена (K1h – P2i).
Согласно полученным данным, в породах юры и триаса практически все проанализированные микроэлементы содержатся в концентрациях превышающих кларк литосферы. Максимальное количество никеля, ванадия, хрома и кобальта (от 2 до 6 кларков) приурочено к породам бодракской свиты. Концентрации прочих микроэлементов в составе пород превышают кларк литосферы в 1,7-2 раза. Валовое содержание микроэлементов в позднемеловых и эоценовых (лютецких) известняках существенно ниже кларка литосферы. В пределах чувствительности метода находится никель –5 г/т. Содержание мышьяка и хрома ниже 16 г/т и 12,5 г/т соответственно.
Детальных исследований почвенного покрова на данной территории практически не проводилось. Однако, почва, являясь уникальным природным образованием, играет важную экологическую роль на пути вещества литосферы к биоте. Поэтому в комплекс эколого - геохимических исследований был включен детальный анализ почвенного покрова. В образцах почв было определено количество гумуса, карбонатов, содержание подвижных форм и валовых формы элементов. По результатам исследований в районе выделены три группы почв (автономных, транзитных и супераквальных ландшафтов): I. В пределах автономных ландшафтов - дерново-карбонатные на элювии известняков, мергелей и доломитов, дерновые на песчаниках, бурые лесные на андезито-базальтовых лавах, чернозёмовидные карбонатные на нуммулитовых известняках, terra rossa на карбонатных глинах и анкеритах. В Горном Крыму наблюдались три подтипа дерновых почв: дерновые типичные, дерновые иллювиально-глинистые и дерновые иллювиально-железистые. Типичные почвы встречаются, как на субгоризонтальных поверхностях, так и на склонах до 20-30 градусов крутизны. Дерновые иллювиально-железистые почвы наблюдаются на пологих склонах и характеризуются растянутым гумусовым профилем с низким содержанием органического вещества. II. Почвы крутых склонов транс-элювиальных и транзитных ландшафтов, преимущественно представленные каменисто-щебнистыми образованиями, и отнесённые к литозёмам. Литозёмы наблюдаются на всех почвообразующих породах, там где крутизна склона препятствует развитию процессов почвообразования. III. Почвы супераквальных ландшафтов приурочены к долинам рек и овражно-балочным системам. Они представлены аллювиально-луговыми почвами: аллювиально луговым слоистым и аллювиально луговым глинисто-щебнистыми разностями почв. Аллювиально луговые слоистые наблюдаются на пойме рек Бодрак и Кача. Аллювиально луговые глинисто щебнистые зафиксированы в пойме постоянного водотока в овраге Каяс-Джилга.
Преобладание среди почвообразущих пород карбонатных, непромывной или периодически промывной тип водного режима предопределяет слабощелочную среду почвообразования. Активный биологический круговорот приводит к накоплению в почвах достаточно высоких содержаний гумуса преимущественно гуматного или фульватно-гуматного состава. Этот гумус не агрессивен по отношению к минеральной части почвы и способствует закреплению в почве биологически важных веществ, в т.ч. биофильных микроэлементов, связыванию в трудноразлагаемые комплексы потенциальных токсикантов.
Анализ микроэлементного состава почвенных проб и ранжирование территории на классы эколого-геохимического состояния литосферы позволило выделить (1) класс удовлетворительного эколого-геохимического состояния литосферы имеющего колебания содержания неорганических веществ в почвах от 2 фоновых до ПДК; (2) Класс условно удовлетворительного эколого-геохимического состояния литосферы характеризуется величинами концентраций элементов от ПДК до К мах (по транслокационному, миграционному водному и воздушному показателям вредности [2] Наиболее сложная экологическая ситуация наблюдается в районе характеризующемся маломощным почвенным профилем, развитым на породах вулканогенно-осадочного комплекса. Данный участок по содержанию микроэлементов в почвенном слое был отнесен к (3) классу неудовлетворительного эколого-геохимического состояния. Геохимическая характеристика почв составила второй блок легенды для эколого-геохимической карты.
Прямое поступление компонентов из литосферы в организм человека возможно в процессе водопотребления природных вод. Анализ гидрогеохимического состава вод с ранжированием на классы эколого-геохимического состояния составил третий блок легенды карты.
Центральным звеном миграции элементов в трофической цепи является растительность. Отбор и исследование представителей растительных сообществ различного уровня преследовал целью не только установление источников поступления веществ из литосферы в живые организмы, но и выявление маркеров для биогеохимического районирования территории. Для этого были отобраны пробы картофеля, укосы трав, листья дуба. Анализ проб показал взаимосвязь химического состава литогенной основы ландшафта и состава листьев деревьев. Так в составе листьях дубов, произрастающих в зоне развития пород бодракской свиты, концентрация практически всех проанализированных микроэлементов в 2-3 раза превышает аналогичные образцы листьев дуба, растущих в районе развития известняков. Избыток микроэлементов приводит к развитию хлорозных пятен на поверхности листьев. Что неоднократно фиксировалось во время полевых маршрутов.
На исследованной территории расположены три населенных пункта (села с численностью населения от 550 до 3000 человек). Анализ статистических данных, выполненный по журналам диспансеризации населения, показал локализацию для сел, расположенных в различных геологических условиях, разнообразных классов болезней. Так для села, построенного на карбонатных породах верхнего мела – палеоцена, зарегистрирован максимальный уровень эндокринных заболеваний среди детского населения. Данный тип заболеваний относится к категории полимикроэлементозов и может быть обусловлен дисбалансом ряда элементов в компонентах литосферы (марганец, йод, фтор, молибден, кобальт). Информация о типичных заболеваниях, развитых на данной территории, явилась составной частью медико-экологического блока легенды.
По результатам проведенной покомпонентной типизации территории на классы эколого-геохимического состояния (ЭГС) выполнено итоговое интегральное ранжирование территории на классы ЭГС (по условиям для жизнедеятельности человека) выделенные в легенде карты цветом. Класс территории присваивается исходя из ведущего негативного фактора. В пределах ключевого участка выделены класс удовлетворительного; условно удовлетворительного; класс неудовлетворительного эколого-геохимического состояния литосферы, которым соответствует класс нормы, риска и кризиса состояния экосистемы. Данная часть легенды представлена в матричной форме.
Как показали проведенные исследования, изученный район характеризуется пестротой природных геохимических условий, к которым приурочены разнообразные биологические реакции живых организмов, включая человека. Это говорит о возможности использовании данной территории для проведения полевых практик не только по традиционным геологическим направлениям, но и по экологической геологии, что позволит на практике реализовать идею о непрерывности экологического образования в процессе обучения студентов. Таким образом, полевые эколого-геологические исследования базируются на многоплановом изучении литосферы как среды существования биоты, что требует комплексного использования в полевых работах методологии прикладной геохимии, геохимии ландшафтов, биогеохимии и эпидемиологии.