Лабораторные методы изучения металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В течение долгого времени проводилась интенсивная эксплуатация Земли без учета ее возможностей и без заботы о ней, без соблюдения природоохранных мер. Лишь во второй половине XX столетия ученые и практики серьезно заговорили о проблемах экологии.

Интенсивное развитие промышленности на территории Сарооскольского района, последствия Чернобыльской катастрофы, в результате которой оказалась загрязненной радионуклидами юго-восточная часть территории района, - все это не способствует улучшению экологической обстановки на территории района.

Лесные массивы проявляют себя как аккамуляторы различных загрязняющих элементов. Лесные экосистемы являются естественным барьером на пути потоков тяжелых металлов и радионуклидов и препятствуют их вторичному перераспределению. Леса значительно дольше хранят память обо всех видах загрязнения по сравнению с другими природными экосистемами. Лес - это наиболее замкнутая консервативная природная экосистема, где все элементы включаются в многолетний экологический цикл круговорота. Вклад лесного компонента при потреблении лесных пищевых продуктов в настоящее время составляет 30-40%. Этот вклад имеет тенденцию к увеличению.

Лес поставляет техническое и лекарственное сырье, пищевые продукты, живицу и т.д. В последнее десятилетие все большее внимание уделяется санитарно-гигиеническкой, бальнеологической и рекреационной роли лесов. У нас в стране леса широко используются для отдыха людей. Для безопасного использования населением лесных угодий необходимо иметь обоснованный прогноз загрязненности лесных массивов и лесной продукции на ближайший период времени. Для получения этой информации необходимо создать базовую сеть лесных объектов, на территории которых осуществлять мониторинг окружающей среды. Для подготовки к систематизации указанных исследований были взяты экспериментальные участки на территории различных лесных угодий, что и является целевым заданием данной работы.

Лабораторные исследования осуществлялись на базе ЦГСЭН города Старый Оскол и Старооскольского района - главный государственный санитарный врач, доктор медицинских наук Г.И.Махотин.

Краткая эколого-географическая характеристика Белгородской области

Белгородская область образована 6 января 1954 года, находится на юго-западе Российской Федерации, входит в состав Центрально-Черноземного экономического района и Центрального федерального округа. В области- 21 административный район,10городов, 20поселков городского типа и 1577 сельских населенных пунктов. Численность населения на 1 января 2010года составила 1530000человек. Область отличается высокой плотностью населения-55,8 чел/км2. В городской местности живут 66,5% населения, в сельской-33,5%.

Рельеф. Белгородская область располагается в пределах юго-западного склона Среднерусской возвышенности, являющейся частью Восточно-Европейской (Русской) равнины. Восточная часть области частично располагается в пределах Придонской возвышенной равнины. В целом вся территория области имеет общий уклон поверхности в южном и юго-западном направлениях. Поверхность территории представляет собой несколько приподнятую равнину, по которой проходят юго-западные отроги так называемого Орловско-Курского плато Среднерусской возвышенности, расчлененного многочисленными речными долинами и густой овражно-балочной сетью. Это плато - главная водораздельная возвышенность, отделяющая речную систему притоков Днепра (реки Сейм, Псел, Ворскла) от речной системы притоков Дона (реки Северский Донец, Оскол). Абсолютные отметки на водоразделах достигают 250 м и более. Наивысшая отметка (277 м) находится в верховьях р. Корочи вблизи сел Ольховатка и Истобное Губкинского района. Дно долин углублено относительно водоразделов на 100-150 м. Основное направление долин и водоразделов - меридиальное. Восточные районы области сильно расчленены оврагами и балками, к западу овражность уменьшается. В верховьях балок и ложбин местами наблюдаются оползни. В восточной части области среди поверхности водораздела рек Убли и Потудани имеются значительные площади с карстовыми воронками. Из современных геоморфологических процессов для территории области характерны интенсивный смыв и размыв почв и грунтов

Водные ресурсы. Белгородская область относится к маловодным регионам России: только около 1% ее территории занято поверхностными водами. Речная сеть имеет протяженность около 5 тыс. км и насчитывает около 500 рек и ручьев. Протяженность более 100 км имеют четыре реки: Оскол (220 км), Северский Донец (110 км), Ворскла (118 км), Тихая Сосна (105 км). Средняя густота речной сети в пределах области составляет 0,12 км/км2. Наибольшей густотой и их полноводностью отличаются западные районы области (0,2 км/км2). Восточнее реки Оскол густота речной сети уменьшается до 0,11-0,15 км/км2. В области имеется два крупных водохранилища: Старооскольское (84 млн. м3) и Белгородское (76 млн. м3), более 1000 мелких исскуственных водоемов (прудов). Маловодность рек области в сочетании со значительной преобразованностью водосборных территорий, существенной зарегулированностью весеннего стока, нарушением режима водоохранных зон и низкой лесистостью привела к заиливанию русел рек. Экологическая обстановка на реках области за последние пять лет - стабильная. Качество большинства рек относится к 3 - 3«а» классу чистоты (загрязненная). Наиболее характерными загрязняющими веществами поверхностных вод являются соединения металлов (меди, железа, марганца), легкоокисляемые органические вещества по БПК5, нитриты, фосфаты, фенолы (Агроклиматические ресурсы…, 1972; Природные ресурсы..., 2007; Состояние окружающей среды..., 2009).

Лесные ресурсы. Леса на территории области расположены неравномерно, большей частью представлены небольшими урочищами по оврагам, балкам, водоразделам, склонам и незатопляемым поймам рек. Наиболее крупные лесные массивы области (от 2-х до 10 тыс. га) находятся в Шебекинском, Валуйском, Красногвардейском и Старооскольском административных районах и приурочены к рекам: Оскол, Короча, Нежеголь, Валуй, Тихая Сосна и их притокам. Губкинский, Прохоровский, Вейделевский и Ровеньский районы не имеют значительных по площади лесных массивов и представлены относительно мелкими урочищами и колками.

Климат. Климат умеренно-континентальный, с довольно мягкой зимой, со снегопадами и оттепелями и продолжительным летом. Средняя годовая температура воздуха изменяется от + 5,4 градуса на севере до + 6,7 градуса на юго-востоке. Самый холодный месяц - январь. Безморозный период составляет 155-160 дней, продолжительность солнечного времени - 1900 - 2000 часов в год. Почва промерзает и нагревается до глубины 0,5 - 1 метр. Осадки неравномерны. Наибольшее их количество выпадает в западных и северных районах области. Годовая норма осадков составляет в среднем 540-550 мм. В восточных и юго-восточных в отдельные годы уменьшается до 400 мм.

Минерально-сырьевые ресурсы Белгородской области. Геологическое строение этого района определяет состав и размещение полезных ископаемых в Белгородской области и ее минеральные ресурсы. С Воронежским выступом кристаллических пород связано месторождение железных руд КМА. К толщам осадочных пород приурочены крупные запасы строительного сырья.

Главным минеральным богатством области являются железные руды. Обнаружены большие запасы железистых кварцитов, содержащих 25-40% чистого железа. Для использования в качестве сырья в черной металлургии их необходимо обогащать. Кроме железистых кварцитов имеются богатые железные руды с содержанием 45-65% чистого железа. Они не требуют обогащения и пригодны не только для доменной, но и для мартеновской плавки.

На территории Белгородской области располагаются три крупных железорудных района: Белгородский, Старооскольский и Новооскольский, общей площадью более 3 тыс. км2.Наибольшее промышленное значение имеет Белгородский железорудный район, здесь добываются богатые железные руды с содержанием железа 60-62%.

Помимо железных руд в недрахБелгородчины обнаружены бокситы - Висловское месторождение (Яковлевский район), выявлены многочисленные проявления и других руд цветных металлов. Общий потенциал богатых руд КМА составляет 71,8 млрд.т, из них в Белгородском рудном районе сосредоточено 67,6 млрд.т, в Михайловском --1,37 млрд.т и Оскольском - 1,52 млрд.т. Большая часть богатых руд (48,4 млрд.т или 67,4%) относится к Яковлевскому, 5,2% - к Шемраевскому, 27,6% - к Стойленскому и 0,4% -к Чернянскому.

В народном хозяйстве из нерудных ископаемых особое значение имеют богатые по своим запасам и высоким качествам месторождения мела, расположенные почти по всей территории области. По химическому составу мел Белгородчины относится к группе чистого ,так как содержание в нем углекислого кальция (СаСО3) составляет более 95%. Такой мел сразу же после размола без обогащения может использовать в химической и резинотехнической отраслях промышленности.

Практически неисчерпаемы запасы глин, среди них месторождения залежи огнеупорных и тугоплавких глин, известны запасы красноватых легкоплавких глин. Они являются ценным сырьем для производства керамзита.

Богаты и разнообразны по своему механическому составу месторождения песка.

Из других полезных ископаемых следует отметить наличие в некоторых районах торфа.Имеются незначительные месторождения каменного угля, но промышленного значения они не имеют.В области известны месторождения мергелей, трепела и опок. Встречаются месторождения фосфоритов, но часто они имеют не высокое качество, поэтому практической ценности для промышленного использования не представляют.

Таким образом, основное богатство недр Белгородской области заключается в запасах железных руд и нерудного сырья.

Топливными ресурсами область не располагает. Огромные запасы нерудного сырья используются для развития цементной промышленности, производства силикатного кирпича, керамзита, извести, молотого мела, бетонов, растворов и многих других отраслей хозяйства.

Краткая физико-географическая характеристика участка работ

Староскольский район расположен в южной части Среднерусской возвышенности. Административно район входит в состав Белгородской области России.

Современная территория Приосколья представляет собой всхолмленную равнину, изрезанную оврагами, балками и речными долинами. Наиболее возвышенной частью территории является междуречье рек Оскол и ее притока Осколец. Это холмы с относительным повышением 80 м и абсолютной отметкой в районе участка работ 164 м.

Под лесной растительностью сформировались серые лесные почвы, представленные двумя подтипами: серыми лесными и темно-серыми лесными.

Древесная растительность лесов представлена посадками сосны, дуба, березы, тополя, осины, липы, орешника.

Природные условия оказали влияние на специализацию сельского хозяйства района: развитие растениеводства и животноводства. Ориентация хозяйства направлена на выращивание зерновых культур и сахарной свеклы, в животноводстве преобладающим является мясомолочное направление.

Климат района умеренно континентальный, с умеренно-холодной зимой и жарким летом. Среднегодовая температура + 8,3°С. В районе, по результатам исследований 2000 года, господствуют ветры юго-восточного направления.

В экономическом отношении район является промышленно-развитым. В юго-западной части его расположены железорудные карьеры Лебединского и Стойленского ГОКов, завод металлургического машиностроения. На юго-востоке - Оскольский электрометаллургический комбинат.

Изученность района работ

Первая обобщенная экологическая характеристика природной среды г. Старого Оскола дана в работе Мигунова А.М. и Сорокина Н. А. “Природная среда Старого Оскола“. Общая экологическая характеристика района дана авторами на основе работ ПГО “Невскгеология“, НТЦ “Техноэкос“, Воронежского ГУ и Старооскольского геологоразведочного техникума.

Результаты аэрогаммасъемки (ПГО “Невскгеология“) и наземной площадной гамма съемки (СО ГРТ) на территории города Старый Оскол значений мощности эквивалентной дозы превышающей 0.3 мкЗв/час не показали. Фоновые значения изменяются в пределах 0.08-0.20 мкЗв/час.

По данным Мигунова А.М. “фоновые уровни содержания тяжелых металлов в почвах, воде, растительности в нашем регионе и фактически измеренные уровни техногенного загрязнения ...” в большинстве случаев составляют доли ОДК.

В июле 2007г. ПГО "НЕВСКГЕОЛОГИЯ" выполнена площадная аэрозольная съемка загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами /на 7 элементов/ Загрязнение воздушного бассейна от автотранспорта, СГОКа, цемзавода, мехзавода, ж. д. узла, ОЭМК создает превышение фоновых значений превышающих ОДК в несколько раз.

По исследованиям ВГУ и НТЦ "Техноэкос" в городских почвах и растительности выявлены тенденции к накоплению тяжелых металлов.

Однако техногенное увеличение фона на больших территориях значительной группой тяжелых металлов, их накопление во всех компонентах природной среды нашего региона, высокая токсичность многих из них могут иметь серьезные последствия не только для природной среды (что уже проявляется для отдельных ее элементов), но и для людей, тем более что основную часть населения города составляют приезжие из многих регионов страны, где существует другая геохимическая обстановка, другие концентрации микроэлементов.

С 1996 по 2000 годы на территории района его селитебной части и по площади сельских территорий производились рекогносцировочные исследования на физико-химическое загрязнение Старооскольским ЦГСЭН и СЮН №2.

Экологические факторы, влияющие на химический состав растений

К внешним экологическим факторам, оказывающим влияние на накопление химических элементов растениями, следует отнести в первую очередь их концентрации в питающей среде и формы нахождения в почвах.

Концентрации элементов в питающей среде

Растения поглощают химические элементы всеми органами из различных фаз внешней среды: твердой, жидкой и газообразной. Поглощение элементов сопровождается процессами выделения. Поэтому наблюдаемые в растениях количества элементов следует рассматривать как результат подвижного равновесия между процессами поглощения и выделения.

Поглощение элементов минерального питания происходит главным образом через корень. Но в определенных условиях может иметь значение и поглощение надземными частями. Основными источниками накопления растениями микроэлементов являются почвы и проникающие водные растворы, а также газы или газообразные соединения, поступающие из атмосферы с водами, аэрозолями и пылью. Для характеристики интенсивности поглощения химических элементов растениями из твердой фазы почв и рыхлого покрова используется параметр, равный отношению содержания изучаемого элемента в золе растения к его концентрации в горизонте питания почвы или рыхлого покрова. Этот параметр был введен в практику исследований Б.Б. Полыновым и назван А.И. Перельманом коэффициентом биологического поглощения (Ах).

Растительные организмы и окружающая среда

Основную массу живого вещества Земли образуют зеленые растения суши. Ежегодная продукция живого вещества приближается к 380 миллиардам тони. На её образование природа использует около 300 млрд. тонн атмосферной углекислоты, 5 млрд. тонн почвенного азота и 15 миллиардов тонн других элементов, в частности, стойкие соединения образуют с клеточными веществами 12 металлов: магний, алюминий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, молибден. Все земные растения поглощают за год почти 1,5 миллиарда тонн этих металлов. Сопоставив масштабы "зеленого" концентрирования с величинами их разведанных мировых запасов, профессор Е.А. Войченко пришла к выводу, что растения могли создать современные мировые рудные запасы за следующее число лет: для железа - 910, меди - 38, никеля - 32, кобальта -16, марганца - 10, а для цинка всего за 1,5 года.

В.И.Вернадский, основоположник геохимии, концентрационную функцию живого вещества описал как одну из важнейших в деятельности живых организмов.

Химические элементы, входящие в состав живого вещества, разделяют на макроэлементы, общее содержание которых 99.4 от массы организма и микроэлемента, содержание каждого из которых колеблется от 1 до 10%. К числу микроэлементов относятся марганец, цинк, медь, хром, никель, свинец.

Вследствие местного разнообразия химического состава среды наблюдается изменение химического состава и местной флоры, а это значит, что растения являются индикаторами геохимической среды. Различают два главных типа концентраций химических элементов в растительных организмах:

1. Массовое повышение содержания данного химического элемента во всех видах растений данного участка, связанное с высоким содержанием элемента в геохимической среде.

2.Специфическая концентрация того или иного химического элемента данным видом или чаще родом растений вне зависимости от условий геохимической среды.

Растения первой группы используются для поиска месторождений полезных ископаемых, а также для оценки загрязненности окружающей среды тяжелыми металлами.

Для получения результатов о геохимической обстановке с помощью растений учитывают различные индикаторные признаки: флористические, физиологические, морфологические и фитоценотические. Под флористическими признаками понимают различия в видовом разнообразии растений данного участка в сравнении с соседними. К физиологическим признакам относят особенности химического состава и обмена веществ растениями. Использование анатомо-морфологических признаков связано с анализом внутреннего и внешнего строения отдельных растений. К фитоценотическим признакам относят особенности структуры растительного покрова. Из перечисленных признаков наиболее объективную информацию о химическом составе почвы несут морфологические признаки. Данные о химическом составе растительного организма можно получить с помощью рентгено-флуореоцентного спектрометра типа "Спектроскан"

Защитная роль леса

Лес - экологический фактор огромного значения. С учетом экологии необходимо решать многие практические вопросы, связанные с защитным назначением лесов. Лес оказывает комплексное влияние на среду. Ограничивая действие прямой солнечной радиации, он создает особую преимущественно благоприятную для человека среду. Влияние леса проявляется через изменение таких жизненных для человека субстанций, как воздух и вода, а также и других существенных экологических факторов - почвы, фауны и других,обусловливающих экологию человека. Комплексное влияние леса используется в практике полезащитного лесоразведения, здравоохранения, охраны и рационального использования водных ресурсов и др. Необходимость использования и повышения защитных функций леса становится особенно важной в наше время - век урбанизации и индустриализации - в связи с необходимостью улучшения внешней среды, окружающей человека, устранения опасности кислородного голодания, загрязнения атмосферного воздуха и воды.

Лес является отличным фильтром для воздуха от физического засорения, химического и радиационного загрязнения при этом загрязняющие вещества осаждаются и накапливаются наиболее сильно в лесной подстилке и в самой лесной почве.

Свойства растительности реагировать на антропогенные изменения окружающей среды легло в основу индикационных исследований - биотестирования. Наиболее убедительные результаты из опыта работ получены при использовании в качестве биотестов низшей растительности. К оптимальным индикаторам ранних стадий нарушения геосистем лесной зоны при техногенном воздействии через атмосферу относится эпифитная лишайниковая и моховая растительность. Эпифитные мхи используются при изучении осаждения из атмосферы даже небольших количеств тяжелых металлов и радионуклидов техногенного происхождения. При этом следует учесть что этот индикатор способен накапливать и сохранять информацию о степени техногенного загрязнения в течение длительного времени.,

Первыми на атмосферное загрязнение реагируют мхи и лишайники, получающие питание исключительно из атмосферы. У мхов отсутствует малопроницаемая для газов защитная жировая пленка - так называемая кутикула. А тонкие листовые пластинки мхов позволяют им эффективно отфильтровывать и накапливать тяжелые металлы и радионуклиды. Отбор представительных проб мхов проводился на территории экспериментальных участков лесных угодий Обуховского, Шаталовского и Пушкарского лесничеств. Для исследований отбирались пробы мхов вида PleuroziSchrebtri.

Методика и техника проведения исследований

Методика проведения исследований подразделяется на два этапа:

1. Методика проведения полевых исследований, которая включает в себя отбор представительных проб мхов для дальнейшего исследования в лабораторных условиях.

2. Методика проведения лабораторных исследований, которая в свою очередь подразделяется на исследования представительных проб на содержание радионуклидов K-40, Th-232, Ra-226, Ce-137 и Sr-90 нагамма-бета спектрометре и с помощью рентгено-флуорисцентного спектрометра типа “Спекроскан” на содержание тяжелых металлов.

Методика полевых исследований

Для проведения исследований мхов как индикаторов степени загрязнения территории лесов были выбраны три экспериментальных участка в районе леса “Обуховская дача”, урочищ "Терновская сосна" и “Котовская сосна”. Для исследования отбирались пробы мха вида PleurisySchreberi.

Рентгеновский спектрометр «СПЕКТОРСКАНМАКС-FG»(http://rospin.ru)

белгородский область экологический радиометрический

Спектрометр рентгеновский кристалл дифракционный предназначен для определения содержания химических элементов в различных веществах, находящихся в твердом, порошкообразном или растворенном состояниях, а также нанесенных на поверхности и осажденных на фильтры.

Спектрометр может содержать до 6 регистрирующих каналов, настроенных на определение заданных химических элементов.

Вариант исполнения - с кюветой для анализа жидкости в потоке. Спектрометр может применяться в различных отраслях науки и техники для анализа элементного состава вещества, а также для экологического контроля окружающей среды.

Технические характеристики:

Диапазон определяемых элементов	от (20)Ca до (94)Pu
Пределы обнаружения, L для лёгкой матрицы	от 1 до 20 ppm (для Ca и элементов от 42Mo до 51Sb порядка 500 ppm)
Диапазон определяемых содержаний	от 3L до 100%
Способ выделения линий спектра	дифракция на кристалле
Рентгенооптическая схема	по Иоганссону
Энергетическое разрешение на линии FeKa	14-20 миллиангстрем (45-65 эВ)
Напряжение на аноде рентгеновской трубки -(max)	40 кВ
Мощность рентгеновской трубки - (max)	4 Вт
Материал анода рентгеновской трубки	Mo (Ag, Cu)
Кристалл	фтористый литий LiF (200) (220), графит
Радиационная безопасность	освобождён от регламентации по радиационному фактору
Интерфейс с ЭВМ	RS-232
Габаритные размеры и масса:	240ґ410ґ475 мм, до 28 кг
Потребляемая мощность от сети 220 В	не более 100 Вт

Методика и техника радиометрических исследований

Для оценки радиационной обстановки в пределах урочища были проведены радиометрические исследования, в задачу которых входило:

1. Измерение общего гамма-поля на исследуемой площади.

2. Определение загрязнения площади радионуклидами

В соответствии с “Инструкцией по наземному обследованию радиационной обстановки на загрязненной территории” утвержденной Межведомственной комиссией по радиационному контролю природной среды измерения проводились при помощи поверенных дозиметров типа ДРГ-01Т1. Измерения на каждой точке производились на двух уровнях на высоте одного метра и на высоте 3-4 см от уровня земли. Для исключения флюктуационных искажений отсчет повторялся 3-5 раз и бралось среднее значение.

Для решения второй задачи на каждой из точек равномернораспределенных в пределах экспериментальных участков с шагом 200-500 м были отобраны представительные пробы по методу “конверт” со стороной “конверта” 50м. После квартования всех пяти проб оставлялась представительная проба, на которую составляется паспорт с указанием участка, точки, даты отбора, исполнителя. На каждом участке отобрано примерно по 20 представительных проб. В дальнейшем представительная проба направлялась для проведения исследований на радионуклиды и тяжелые металлы в ЛРК ЦГСЭН города Старый Оскол

Дозиметр ДРГ-01Т1 (http://www.novolab.ru)

Дозиметр ДРГ-01Т1 - портативный прибор, предназначенный для измерения мощности эквивалентной дозы (МЭД) фотонного (гамма) излучения, а также мощности рентгеновского излучения на рабочих местах, в смежных помещениях и на территории предприятий, использующих радиоактивные вещества и другие источники ионизирующих излучений, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения.

Область применения: для оперативного группового контроля мощности эквивалентной дозы окружающей среды и мощности экспозиционной дозы работниками служб радиационной безопасности, дефектоскопических лабораторий, санитарно-эпидемиологических станций, в структурах МЧС, МО и Государственной Таможенной Службы, для контроля эффективности биологической защиты, радиационных упаковок и радиационных отходов, а также населением для самостоятельной оценки радиационной обстановки.

Корпуса приборов металлические, покрытие устойчиво к моющим средствам группы ОП-7.

На лицевой панели расположены два переключателя: "Режим работы" и "Диапазон измерения", кнопки "Сброс" и кнопка подсветки цифрового табло.

Дозиметр обеспечивает измерение мощности экспозиционной дозы в двух режимах работы:

· Поиск (время измерения не более 5 сек);

· Измерение (время измерения не более 25 сек).

Дозиметры работают от автономного источника питания (гальванический элемент типа "Корунд"). Возможно использование батареи аккумуляторов 7Д-0,115-У161.

Измерение уровней мощности эквивалентной дозы и экспозиционной дозы осуществляется двумя раздельными группами газоразрядных счетчиков с различными корректирующими фильтрами. Каждая группа включает два газоразрядных счетчика СБМ-20.

Индикация показаний осуществляется на цифровом табло жидкокристаллического индикатора.

Время установления рабочего режима - не более 4 сек.

Время непрерывной работы от одного элемента - 24 часа.

Условия эксплуатации:

· наличие фонового нейтронного излучения,

· в помещениях с плохой освещенностью и в темноте,

· в условиях загрязнения помещения радиоактивными веществами,

· в постоянных магнитных полях, напряженностью до 318,31 А/м (4Э),

· температура окружающего воздуха -10...40 °С,

· атмосферное давление 84...106,7 кПа.

Технические характеристики
Мощность эквивалентной дозы	0,01...100 000 мР/ч
Мощность рентгеновского излучения	0,050...3,0 МэВ
Погрешность относительная	±15 %
Габариты	46х76х160 мм
Масса	0,5 кг

Методика и техника лабораторных исследований

Лабораторные исследования проводились на базе ЛРК ЦГСЭН города Старый Оскол. При этом были поставлены задачи:

1. Оценить загрязнение мхов на содержание радионуклидов.

2. Оценить загрязнение проб мха тяжелыми металлами.

Оценка загрязнения почвы на содержание радионуклидов.

Первая задача решалась путем определения удельной эффективной активности почвы с помощью гамма-бета спектрометра по методике предложенной и утвержденной ВНИИФТРИ от 07.05.1996 г., при этом оценивалась активность следующих радионуклидов: Cs-137, Sr-90, K40 , Ra-226,Th-232.

В лабораторных условиях представительная проба высушивалась и помещалась в сосуд Маринелля. Подготовленная таким образом проба взвешивалась и устанавливалась в блок детектирования.

Измерения производились нагамма-бета спектрометре. При этом прибор предварительно подготавливается к работе. Подготовка включает в себя следующие операции:

- калибровку с помощью стандартного калибровочного цезие-калиевого источника;

- измерение фоновой активности;

-проверка работоспособности прибора с помощь специального контрольного источника Cs-137 или Th-232.

После подготовки прибора производится измерение активности пробы. Экспозиция измерения -30 мин.

Оценка загрязнения проб мха тяжелыми металлами

Оценка загрязнения пробы мха тяжелыми металлами включает в себя следующие операции:

1.Подготовка исследуемых проб для прямых измерений по методу внутреннего стандарта;

2.Выполнение измерений с помощью рентгено-флуоресцентного спектрометра типа “Спектроскан“ по программе «СпектрМ», автор к.х.н. Пуховской А.В.[13]

Подготовка проб включает в себя:

- сушку представительной пробы с последующим выжиганием органики;

- растирка пробы до состояния “пудры“;

- подготовки навески - 1 г.;

- введение внутреннего стандарта- Co ;

- выпаривание пробы на “песчаной бане“;

- заполнение рабочей кюветы .

После выполнения вышеприведенных операций проба устанавливается в сканирующий блок “ Спектроскана “.

2. Выполнение измерений с помощью “Спектроскана“ включает следующие операции:

- включение и прогрев;

- снятие спектра Fe (репер );

- подготовка и запись спектра фонового образца спектр KO3-1_2T;

- подготовка и запись градуировочного образца с введенной добавкой определяемых элементов (Pb, Zn, Cu, Ni, Mn, Cr) и внутреннего стандарта Co. В качестве градуировочного образца используется KO4_2T.

Регистрация спектра исследуемой пробы:

- установка кюветы с исследуемой пробой в сканирующий блок;

- выбор и установка режима регистрации: интервал 830-2350 mA°, шаг- 5, экспозиция- 5, отражение -1;

- регистрация спектра и запись его в файл;

- обработка зарегистрированного спектра по программе «Спектр+М».

Результаты исследований на экспериментальных участках

Учитывая, что эпифитные мхи относятся к оптимальным индикаторам загрязнения лесной зоны при техногенном воздействии через атмосферу, перед исследованиями была поставлена задач оценить степень и уровень техногенного воздействия на территорию района одного из основных объектов - ОЭМК.

Экспериментальные участки были выбраны с учетом розы ветров и расстояний их от источника загрязнения.

Участок “Обуховские дачи” характеризуется хвойной растительностью и расстоянием от ОЭМК 4 км к северо-востоку от последнего по азимуту 40 градусов, что соответствует основному направлению ветров 2010 года. (Приложение 1)

Всего на площади участка отобрано 20 представительных проб мхов вида PleuroziSchrebtri.

Результаты радиационных исследований показали, что ни в одной из точек значение МЭД не превышает 0.10-0.15 мкЗв/ час, по уровню активности ЕРН значение А уд.эф. колеблется от 30 до 180 Бк/кг. Степень загрязнения мхов радионуклидами техногенного происхождения такими как Cs-137 и Sr-90 в районе участка “Обуховские дачи” доходит по Cs-137 до 2100 Бк/кг и по Sr-90 до 300 Бк/кг при средних значениях 1129 и 163 Бк/кг соответственно, коэффициент корреляции между этими радионуклидами составляет 0,33. При этом на площади участка четко прослеживаются аномальные зоны по Cs-137 и Sr-90 широтного простирания. Учитывая область загрязнения Старооскольского района и направление загрязненных зон после Чернобыльской катастрофы можно предположить наличие этих аномалий как остаточных последствий Чернобыля

Проведенные измерения концентрации во мхах тяжелых металлов дали следующие результаты.

Ориентировочно допустимая концентрация металлов в почве (ОДК ) в соответствии с ГН 2.1.7. 020-94 ОДК Pb-32 мг/кг, Zn-55мг/кг, Cu-33 мг/г, Ni-20 мг/кг, Mn- 700 мг/г,Cr-200 мг/кг(среднее значение по Виноградову А.П. [ 22] ).

Среднее значение концентрации тяжелых металлов во мхах участка “Обуховские дачи “ для свинца - 202 мг/кг; для цинка--399 мг/кг; для меди--125 мг/кг; для никеля -49 мг/кг; для марганца--7974мг/кг; для хрома 848 мг/кг.

Полученный результат, с учетом статистической обработки, свидетельствует о нормальном распределении всех металлов. Проведенный корреляционный анализ подтвердил надежную связь между Pb, Zn, Cu, Ni и Mn, для которых коэффициент корреляции 0.75-0.95 из этого ряда выходит Cr, коэффициент корреляции которого cNi не превышает 0.5. При этом следует отметить, что все аномалии имеют северо-восточное простирание и явно единую природу происхождения, связанную с таким техногенным источником как ОЭМК.

Урочище “Терновская сосна” расположено в 8 км от ОЭМК по азимуту 60 градусов, характеризуется хвойной растительностью. На участке отобрано 22 представительных пробы мха.

С точки зрения загрязнения мхов естественными радионуклидами А уд эф не превышает 50-150 Бк/кг среднее значение А эф -89 Бк/кг, уровень МЭД в пределах 0,06-0,15 мкЗв/час. Уровень загрязнения мхов техногенными радионуклидами Cs-137 от 30 до 200 Бк/кг при среднем значении 125 Бк/кг, Sr-90 от10 до 70 Бк/кг при среднем значении 35 Бк/кг. Статистический анализ показал нормальное распределение значений и коэффициент корреляции равный 0.4-0.5.

Проведенное определение содержания тяжелых металлов во мхах по урочищу “Терновская сосна “ дало следующие результаты.

Среднее значение концентрации тяжелых металлов во мхах для свинца - 298 мг/кг; для цинка--262 мг/кг; для меди--57 мг/кг; для никеля -22 мг/кг; для марганца--11252 мг/кг; для хрома 115 мг/кг. При этом максимальная концентрация тяжелых металлов отмечается в аномальной зоне в с-з части участка.

Полученный результат, с учетом статистической обработки, свидетельствует о нормальном распределении всех металлов. Проведенный корреляционный анализ подтвердил надежную связь между Zn, Cu, Ni, для которых коэффициент корреляции 0.77, Mn и Cr имеют коэффициент корреляции порядка 0.3. При этом следует отметить, что все аномалии имеют северо-восточное простирание и явно единую природу происхождения связанную с ОЭМК, но за счет большей удаленности и некоторой смещенности к востоку явно меньшую концентрацию тяжелых металлов чем на участке Обуховские дачи.

Урочище “Котовская сосна” расположено северо-западнее ОЭМК на расстоянии 15 км от него возле села Котово. Лес представлен хвойной растительностью. На территории отобрано 20 представительных проб мха.

С точки зрения загрязнения мхов естественными радионуклидами Ауд.эф и уровень МЭД не отличается от характеристики урочища Терновое. Уровень загрязнения мхов техногенными радионуклидами Cs-137 от 10 до 100 Бк/кг при среднем значении 56 Бк/кг, Sr-90 от30 до 110 Бк/кг при среднем значении 76 Бк/кг. Статистический анализ показал нормальное распределение значений и коэффициент корреляции равный 0.37.

Проведенное определение содержания тяжелых металлов во мхах по урочищу “Котовская сосна” дали следующие результаты.

Среднее значение концентрации тяжелых металлов во мхах для свинца - 136 мг/кг; для цинка--546 мг/кг; для меди--86 мг/кг; для никеля -33 мг/кг; для марганца--7614 мг/кг; для хрома 130 мг/кг.

Полученный результат, с учетом статистической обработки, свидетельствует о нормальном распределении всех металлов. Проведенный корреляционный анализ подтвердил надежную связь между Pb, Zn, Cu, Ni и Mn, для которых характерен очень высокий коэффициент корреляции 0.95-0.98, что говорит о единой природе происхождения. Аномальная зона имеет северо-восточное простирание и приурочена к окраине леса контактирующего с поселком .

Заключение

При оценке общего уровня загрязнения мхов на территории исследуемого района следует учесть, что сорбирующие способности мхов в 10-20 раз превышают поглощающие способности почвы.

Для оценки общего загрязнения территории района радионуклидами техногенного происхождения на участках “Котовская сосна” и “Терновская сосна” был определен на этих участках обобщенный уровень техногенного фона, который составил для Cs-137 - 90 Бк/кг, для Sr-90--55 Бк/кг. Исходя из вышеприведенных данных общий уровень загрязнения по участкам “Котовская сосна” и “Терновская сосна” не превышает 2-х фоновых. При оценке степени загрязнения участка “Обуховская дача” получены следующие результаты: уровень загрязнения по Cs-137 по аномалиям в 20 раз, а по Sr-90 в 6 раз превышает среднее фоновое значение по району.

Обобщая результаты исследований загрязнения мхов на территории тяжелыми металлами следует отметить, что среднее фоновое значение для мхов на площади составляет для Pb - 212 мг/кг, для Zn-400 мг/кг, для Cu - 89 мг/кг, для Ni-34 мг/ кг, для Mn- 8946 мг/ кг и для Cr--362 мг/кг при ПДК почвы по Pb - 6 мг/кг, для Zn - 23 мг/кг, для Cu-3 мг/кг, для Ni-4мг/кг, для Mn-700 мг/кг и Cr- 6 мг/кг (В соответствии с “Перечнем ПДК химических веществ в почве” от 19.11.1991г №62229-91).

Учитывая сорбирующую способность мхов и дисперсию значений концентраций тяжелых металлов общее слабое техногенное загрязнение территорий можно считать для свинца, цинка и хрома, которое превышает фоновые примерно в два раза.

Загрязнение мхов урочища “Терновская сосна”, с учетом среднего фонового значения содержания тяжелых металлов во мхах, не превышает двух фоновых значений, что соответствует слабому уровню загрязнения территории. Аналогичная картина наблюдается и для радионуклидов.

Урочище “Котовская сосна” характеризуется по радионуклидам слабым загрязнением расположенным на юге участка и имеющем северо-восточное простирание.

Загрязнение тяжелыми металлами, кроме никеля, в западной части участка имеет трехкратное превышение фона по мху и общее северо-северо-западное простирание. Все аномальные зоны расположены вблизи жилого поселка.

Как видно из результатов сравнения урочище “Обуховские дачи” расположено в наиболее насыщенной источниками техногенного загрязнения территории и характеризуется наибольшей степенью загрязнения мхов.

С точки зрения загрязнения территории радионуклидами на площади четко выделяются аномальные содержания Cz-137 почти в двадцать раз превышающие фоновые и Sr-90 превышающие фоновые тоже почти в двадцать раз. Обе аномалии совпадают по площади и, как отмечалось выше, имеют почти широтное простирание. Учитывая пространственное положение и отсутствие соответственных источников техногенного загрязнения можно предположить наличие остатков Чернобыльского следа.

Загрязнение “Обуховской дачи” тяжелыми металлами имеет единое пространственное положение для всех металлов, северо-восточное простирание и уровень загрязнения превышающий три фоновых значения, что также дает основание предположить наличие единого техногенного источника загрязнения - Оскольский электрометаллургический комбинат.

Рекомендации.

Загрязнение территории тяжелыми металлами оценивается по одноазимутальным пространственным наблюдениям, что является явно недостаточным аргументом. Для оценки степени влияния ОЭМК на окружающую среду версия, естественно, требует более тщательной проверки по всем азимутам. Для оценки загрязнения территорий можно надежно использовать исследования пробы мхов, которые, как видно из результатов, дают возможность четко идентифицировать загрязненные территории даже при слабой категории загрязненности.

Приложение 1

Каталог точек с результатами анализа проб мха на содержание радионуклидов по Старооскольскому Району в Бк/кг по площади

Таблица 1

№ пробы	Cs-137	Sr-90	Аэф
Ур Терновое	125,0	35,0	89,0
Обуховские дачи	1129,0	164,0	149,0
Котовская сосна	56,0	76,0	80,0
Голофеевка	458,0	65,0	141,0
Ивановка	98,0	56,0	189,0
Шаталовка	1876,0	111,0	210,0
Городище	161,6	116,6	94,6
Песчанка	63,6	67,8	53,0
Моноково	711,7	118,3	187,3
Архангельское	167,4	73,4	228,8
Курское	372,2	83,6	249,8
Бор Анпиловка	21,0	55,4	57,0
Черниково	61,0	78,0	134,0
Липиги	53,0	72,0	45,0
Верхнее Чуфичево	81,7	93,2	99,2
Терехово	64,9	91,1	76,1
Солдатское	126,5	40,3	115,0
C фон	331,0	82,2	129
Медиана	125,0	76,0	115,0
Кк
Sr	0,61
Aэ	0,50	0,69
Каталог точек загрязнения мхов тяжелыми металлами по Старооскольскому району
В мг/кг		Среднее знч.		Таблица 2
№ пробы	Pb	Zn	Cu	Ni	Mn	Cr
Ур Терновое	298,64	262,36	57,18	21,77	11252,50	115,00
Обуховские дачи	202,4	398,8	124,9	48,65	7974,65	848,3
Котовская сосна	136,5	546,6	85,85	33,25	7614,3	129,85
Голофеевка	84,2	233,6	68,2	16,7	5793,3	659
Ивановка	104,4	369,1	71,7	17,1	5114,4	221,4
Шаталовка	181,6	273,4	133,4	47,8	4028,4	266,6
Городище	102,25	257,25	131	19,5	3553,25	136
Песчанка	89,8	278	49,4	19,6	764,8	136,4
Моноково	100,67	372,00	84,67	29,00	5987,00	167,00
Архангельское	63,6	115	44,6	13,2	4295	81,2
Курское	94,8	381,2	76,8	20	3800,8	168,8
Бор Анпиловка	28	27	18	2	466	112
Черниково	35	60	25	3	2003	44
Липиги	246	183	109	27	3841	213
Верхнее Чуфичево	67	87,4	46	17,4	1531,4	44,2
Терехово	30,4	74,2	30,8	8	1540,6	72,6
Солдатское	88,25	273,5	50,125	21,75	8232,25	169,125
Среднее	114,91	246,61	70,98	21,51	4576,04	210,85
Стандотк	76,11	142,40	36,44	12,98	2974,64	215,64
Медиана	94,80	262,36	68,20	19,60	4028,40	136,40
Пдк	32	23	3	4	1500	6
Ккор
Zn	0,42
Cu	0,59	0,58
Ni	0,65	0,68	0,83
Mn	0,66	0,60	0,33	0,50
Cr	0,31	0,35	0,48	0,54	0,37

Каталог точек анализа проб мха на содержание тяжелых металлов по Старооскольскому району

Коэффициент опасности Ко

Ко=Ci/пдк

Таб 3
№ пробы	Pb	Zn	Cu	Ni	Mn	Cr	Сум Ко
Урочище Терновое	9,3	11,40	19,05	5,44	7,50	19,17	66,86
Обуховские дачи	6,3	17,34	41,63	12,16	5,32	141,38	219,13
Котовская сосна	4,2	23,77	28,62	8,31	5,08	21,64	86,61
Голофеевка	2,6	10,16	22,73	4,18	3,86	109,83	148,36
Ивановка	3,2	16,05	23,90	4,28	3,41	36,90	82,73
Шаталовка	5,6	11,89	44,47	11,95	2,69	44,43	116,02
Городище	3,2	11,18	43,67	4,88	2,37	22,67	82,96
Песчанка	2,8	12,09	16,47	4,90	0,51	22,73	54,50
Моноково	3,1	16,17	28,22	7,25	3,99	27,83	81,57
Архангельское	2	5,00	14,87	3,30	2,86	13,53	36,56
Курское	3	16,57	25,60	5,00	2,53	28,13	75,84
Бор Анпиловка	0,9	1,17	6,00	0,50	0,31	18,67	22,55
Черниково	1,1	2,61	8,33	0,75	1,34	7,33	16,46
Липиги	7,7	7,96	36,33	6,75	2,56	35,50	91,80
Верхнее Чуфичево	2,1	3,80	15,33	4,35	1,02	7,37	28,97
Терехово	0,95	3,23	10,27	2,00	1,03	12,10	24,57
Солдатское	2,8	11,89	16,71	5,44	5,49	28,19	65,51
Пдк	32	23	3	4	1500	6
Каталог точек анализа проб мха на загрязнение тяжелыми металлами по Старооскольскому району
Коэффициент концентрации Кс=Ci/Cф Таблица 4
№ пробы	Pb	Zn	Cu	Ni	Mn	Cr	Сум Zc
Ур Тернов	3,32	0,97	0,77	1,21	2,88	0,49	4,64
Обух дач	2,25	1,48	1,69	2,70	2,04	3,63	8,78
Котовс со	1,52	2,02	1,16	1,85	1,95	0,55	4,05
Голофеев	0,94	0,87	0,92	0,93	1,48	2,82	2,95
Ивановка	1,16	1,37	0,97	0,95	1,31	0,95	1,70
Шаталовк	2,02	1,01	1,80	2,66	1,03	1,14	4,66
Городищ	1,14	0,95	1,77	1,08	0,91	0,58	1,43
Песчанка	1,00	1,03	0,67	1,09	0,20	0,58	-0,44
Моноково	1,12	1,38	1,14	1,61	1,53	0,71	2,50
Архангел	0,71	0,43	0,60	0,73	1,10	0,35	-1,09
Курское	1,05	1,41	1,04	1,11	0,97	0,72	1,31
БорАнпил	0,31	0,10	0,24	0,11	0,12	0,48	-3,64
Черников	0,39	0,22	0,34	0,17	0,51	0,19	-3,18
Липиги	2,73	0,68	1,47	1,50	0,98	0,91	3,28
В Чуфиче	0,74	0,32	0,62	0,97	0,39	0,19	-1,76
Терехово	0,34	0,27	0,42	0,44	0,39	0,31	-2,82
Солдатск	0,98	1,01	0,68	1,21	2,11	0,72	1,71
C фон	90	270	74	18	3910	234



Список использованной литературы

1. Алексеенко В. А. Геохимия ландшафта и окружающая среда. Москва. Издательство Недра,1990 год

2. Галимская, К. К. Радионов Л. И. География Белгородской области . Воронеж Центрально-Черноземное книжное кн. Изд., 1986 год

3. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. Москва: издательство «Высшая школа».

4. Государственный комитет по охране окружающей природной среды Белгородской области в 1996 году. Издательство Белгород 1997 год

5. А.В. Донченко, А.В. Казакова, Л.К. Калуцков В.Н. Ландшафтная индикация загрязнения природной среды. Москва “Экология” 1992 год

6. Журавлев В.П. и др. Охрана окружающей среды в строительстве. Москва. Издательство АСВ 1995 г

7. Карыев, Б Б Алексеев С.В. Введение в агроэкологию

Санкт-Петербург: издательство «Крисмас» .1999год

8. Ковалевский А.Л.Биохимические поиски рудных месторождений. Москва. Издательство Недра 1974 год.

9. Махотин. Г.И. Научное обоснование региональной модели обеспечения гигиенической безопасности среды обитания и здоровья населения. ( на примере промышленного центра Курской магнитной аномалии)./Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. Москва,1998 год

10. Мигунов, А.М. Сорокин Н.А. Природная среда Старого Оскола.Старый Оскол, 1994 год.

11. Пуховской А.В. Программа « Спектр+ М», описание и руководство пользователя. Москва 1996 г

12. Методика измерения активности радионуклидов нагамма-бета спектрометре. От 07.05.1996 г. Москва, ВНИИФТРИ.

13. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов. ГОСТ 30108-94.Москва, Госстандарт России, 1994 год.

14. РуллингЭке Мох обнаруживает тяжелые металлы. Факультет экологии растений Лундского университета (ШВЕЦИЯ). ЭНЕРГИЯ. “НАУКА” №12.1992 год

15. Санитарные нормы допустимых концентраций металлов в почве:

N 6229-91 от 19.11.91, N 1968-79 от 21.02.79 ,N 4433-87 от 30.10.87 .

16. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Гигиенические нор-мативы СП 2.6.1.758- 99, Госкомсанэпиднадзор России, Москва 1999.

17. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами (составил Сает Ю.Е. и др. ) М., ИМГРЭ, 1982.

18. Д.С.Орлов Микроэлементы в почвах и живых организмах. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 1998 год.

19. (http://www.novolab.ru)

20. (http://rospin.ru)

Размещено на Allbest.ru