В настоящее время одну из основных групп веществ, загрязняющих почву при промышленном освоении территорий, составляют тяжелые металлы. Источниками загрязнения этими компонентами естественных экологических систем может быть вызвано сложившимся природным геохимическим фоном в результате выветривания горных пород [4].
В условиях техногенного воздействия аккумуляция тяжелых металлов обусловлена выбросами работающей техники, промышленных предприятий, при разработке месторождений, с последующим трансграничным их переносом. Добыча полезных ископаемых является мощным видом техногенеза [2].
Применительно к северным территориям это явление может быть вызвано добычей углеводородного сырья, отходами бурового шлама, сжиганием попутного газа.
Современное развитие цивилизации приводит к антропогенному преобразованию биосферы и поступлению в почву, а в дальнейшем поступлению в трофические цепи биофильных и экологически опасных элементов [3].
Объекты и методы
В качестве критерия сравнения при анализе содержания тяжелых металлов в почве исследуемой территории использовались почвенные кларки элементов. В геохимии ландшафтов изучаемых почв предпочтение отдавали кларку Виноградова (1957), как наиболее полно отражающему картину распределения элементов в почве.
Для исследования в 2005 г. были выбраны участки Берегового газоконденсатного (ЯНАО) и Самотлорского нефтяного месторождения (ХМАО).
В задачу исследований входило: дать экологическую оценку территории добычи углеводородного сырья.
Результаты анализов криогенных почв с территории Берегового месторождения показали, что теперь здесь не отмечается опасности загрязнения тяжелыми металлами и мышьяком (табл. 1). Проводя сравнение с кларком почвы по А.П. Виноградову [1], можно отметить, что содержание всех изучаемых микроэлементов не превышало его. При этом коэффициенты концентрации относительно данного кларка были ниже единицы по всем представленным элементам, что также указывает на отсутствие загрязнения. Однако более высокие концентрации тяжелых металлов, как правило, приурочены к органогенному горизонту, обладающему большей аккумулирующей способностью.
Таблица 1
Содержание валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в криогенных почвах Берегового газоконденсатного месторождения, мг/кг, 2005 г.
|
Интервал отбора,см |
Гори-зонт |
Индекс почв |
Zn |
Cu |
Cd |
Pb |
Hg |
As |
Местопо-ложение |
|
5-12 |
Т1 |
Бн |
25,39 |
4,93 |
0,04 |
1,05 |
0,06 |
0,02 |
Ложбина стока |
|
12-25 |
Т2 |
Бн |
10,24 |
5,84 |
0,03 |
1,13 |
0,11 |
Не обн. |
Ложбина стока |
|
3-14 |
АВ |
Ад |
24,75 |
5,63 |
0,15 |
4,15 |
0,02 |
Не обн. |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
14-30 |
ВС |
Ад |
9,28 |
5,03 |
0,20 |
5,63 |
0,00 |
Не обн. |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
5-20 |
Т1 |
Бнтг |
27,88 |
5,53 |
0,03 |
0,39 |
0,04 |
Не обн. |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
20-40 |
Т2 |
Бнтг |
24,89 |
6,01 |
0,05 |
0,09 |
0,10 |
Не обн. |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
6-20 |
Т1 |
Бв1 |
7,03 |
2,25 |
0,05 |
0,73 |
0,03 |
Не обн. |
Болото на холме |
|
20-35 |
Т2 |
Бв1 |
7,56 |
2,69 |
0,04 |
0,53 |
0,02 |
Не обн. |
Болото на холме |
|
35-55 |
Т3 |
Бв1 |
11,25 |
5,21 |
0,04 |
0,48 |
0,05 |
Не обн. |
Болото на холме |
|
55-65 |
Т4 |
Бв1 |
12,01 |
2,34 |
0,06 |
0,15 |
0,06 |
Не обн. |
Болото на холме |
|
65-80 |
С |
Бв1 |
14,15 |
6,50 |
0,18 |
3,05 |
0,02 |
Не обн. |
Болото на холме |
|
5-30 |
Т1 |
Бп1 |
14,35 |
5,19 |
0,03 |
0,51 |
0,03 |
Не обн. |
Ложбина стока |
|
Предельно-допустимые концентрации (ПДК) |
100 |
55 |
1-2* |
32 |
2,1 |
2,0 |
Для минеральных почв |
||
|
Условный мировой кларк почв |
63,6 |
20,9 |
0,09 |
15,0 |
- |
- |
Для минеральных почв |
||
|
Кларк почвы по Виноградову |
50 |
20 |
0,5 |
10 |
n*10-5 |
- |
|
||
* - по Обухову, Ефремовой, 1988; не обн. - не обнаружено.
Отсутствие повышенной концентрации тяжелых металлов на Береговом месторождении (меньше кларка) объясняется, во-первых, особенностями почвообразовательного процесса на данной территории, в частности, избыточным увлажнением, промывным режимом, бедностью микроэлементами почвообразующих пород, кислой и слабокислой реакцией среды и повышенным образованием фульвокислот, растворяющих все первичные и вторичные минералы, кроме кварца. Во-вторых, тем, что месторождение обустроено, но находится пока «в режиме ожидания». Добычи газа и конденсата не было, и загрязнители от эксплуатации в окружающую среду не поступали. Приводятся фоновые значения геохимической ситуации.
При этом подвижных форм всех изучаемых тяжелых металлов практически не обнаруживалось или содержание их было весьма незначительно (табл. 2). Это явление, очевидно, следует увязывать с проявлением достаточно высокой поглотительной и буферной способностью верховых и низинных торфяников. Так как изучаемые микроэлементы (Pb, Cu, Zn, Cd, Hg) при определенных условиях характеризуются токсичными свойствами, для оценки состояния изучаемых почв проводился сравнительный анализ содержания токсичных элементов с утвержденными предельно-допустимыми концентрациями. Степень загрязнения земель характеризуется пятью уровнями : допустимым, слабым, средним, сильным и очень сильным (табл. 1,3,4).
Используя в качестве критерия степени загрязнения почв предельно-допустимые концентрации, можно констатировать, что изучаемая территория газоконденсатного месторождения характеризуется «допустимым» уровнем загрязнения по всем определяемым элементам.
На основе изучения состояния почв Самотлорского месторождения нефти по содержанию тяжелых металлов необходимо отметить, что наличие валовых форм тяжелых металлов не превышало ПДК и условного мирового кларка (табл. 5). Однако, сравнивая полученные результаты с кларком почвы по А.П. Виноградову (1957 г.), в двух случаях выявлено незначительное превышение этого критерия по свинцу (в 1,3-1,4 раза).
Это явление характерно для болотных торфяных почв, обладающих высокой потенциальной способностью к аккумуляции микроэлементов. Следует отметить, что образцы почв на Самотлорской группе месторождений отбирались все разливы нефти. На месте разливов геохимические показатели будут иные. Подвижные формы тяжелых металлов на территории данного месторождения не выходили за пределы нормируемых концентраций (табл. 5). Такое состояние почв также соответствует «допустимому» уровню их загрязнения.
Таблица 2
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в криогенных почвах Берегового газоконденсатного месторождения, мг/кг, 2005 г.
|
№ почвен-ного разреза |
Интервал отбора, см |
Горизонт |
Индекс почв |
Zn |
Cu |
Cd |
Pb |
Местопо-ложение |
|
TV-05-15 |
5 - 12 |
Т1 |
Бн |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Ложбина стока |
|
TV-05-15 |
12 - 25 |
Т2 |
Бн |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Ложбина стока |
|
TV-05-16 |
3 - 14 |
АВ |
Ад |
1,69 |
Не обн. |
0,05 |
0,54 |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
TV-05-16 |
14 - 30 |
ВС |
Ад |
0,22 |
Не обн. |
0,04 |
0,17 |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
TV-05-17 |
5 - 20 |
Т1 |
Бнтг |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
TV-05-17 |
20 - 40 |
Т2 |
Бнтг |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Пойма р. Варьеган-Яха |
|
TV-05-18 |
6 - 20 |
Т1 |
Бв1 |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Болото на холме |
|
TV-05-18 |
20 - 35 |
Т2 |
Бв1 |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Болото на холме |
|
TV-05-18 |
35 - 55 |
Т3 |
Бв1 |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Болото на холме |
|
TV-05-18 |
55 - 65 |
Т4 |
Бв1 |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Болото на холме |
|
TV-05-18 |
65 - 80 |
С |
Бв1 |
0,52 |
1,89 |
0,030 |
0,78 |
Болото на холме |
|
TV-05-19 |
5 - 30 |
Т1 |
Бп1 |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Не обн. |
Ложбина стока |
|
Предельно-допустимые концентрации (ПДК) |
23 |
3 |
0,6 |
6,0 |
Для минераль-ных почв |
|||
Примечание - не обн. - не обнаружено присутствие подвижных форм химических элементов по причине чувствительности атомно-адсорбционного спектрофотометра высокой разрешающей способности.
Таблица 3
Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов в почвах
|
Тип почвы |
Величина ОДК с учетом фона (измеряется в валовом содержании почвы, мг/кг) |
||||
|
Никель |
Медь |
Цинк |
Кадмий |
Свинец |
|
|
Песчаный и супесчаный |
20 |
33 |
55 |
0,5 |
32 |
|
Кислые (суглинистые и глинистые) |
40 |
66 |
110 |
0,5 |
65 |
|
Нейтральные (суглинистая и глинистая) |
80 |
132 |
220 |
2,0 |
130 |
|
Класс опасности |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
Таблица 4
Показатели уровня загрязнения почв тяжелыми металлами
|
Наименование элемента |
Концентрации металлов, соответствующие уровню загрязнения |
||||
|
Допустимый |
Низкий |
Средний |
Высокий |
Очень высокий |
|
|
Свинец |
<ПДК |
ПДК-125 |
125 - 500 |
250 - 600 |
>600 |
|
Медь |
<ПДК |
ПДК-200 |
200 - 300 |
300 - 500 |
>500 |
|
Цинк |
<ПДК |
ПДК-500 |
500 - 1500 |
1500 - 3000 |
>3000 |
|
Кадмий |
<ПДК |
ПДК-3,0 |
5,0 - 20,0 |
5,0 - 20,0 |
>20,0 |
Таблица 5
Содержание валовых форм тяжелых металлов в почвогрунтах Нижневартовского района (Самотлорская группа месторождений), не затронутых воздействием разливов нефти и буровых растворов, мг/кг, 2005 г.
|
Интервал отбора,см |
Гори-зонт |
Индекс почв |
Pb |
Cd |
Zn |
Cu |
Mn |
Геодинамические условия |
|
0 - 25 |
Т1 |
Бнтг |
10,25 |
0,24 |
9,35 |
2,95 |
55,2 |
Блок, краем опускающийся к реке Оби |
|
25 - 45 |
Т2 |
Бнтг |
6,72 |
0,25 |
6,15 |
3,03 |
42,5 |
|
|
45 - 60 |
АВ |
Бнтг |
8,38 |
0,23 |
21,85 |
2,75 |
80,0 |
|
|
2 - 9 |
ВС |
Апр |
6,80 |
0,20 |
12,10 |
2,86 |
64,0 |
в ДНЗ |
|
0 - 11 |
Т1 |
Апр |
5,50 |
0,28 |
15,35 |
2,30 |
77,5 |
вне ДНЗ |
|
13 - 17 |
Т2 |
Апр |
3,95 |
0,30 |
8,10 |
4,48 |
98,5 |
вне ДНЗ |
|
3 - 13 |
Т1 |
Бн |
10,17 |
0,28 |
22,53 |
5,28 |
118,5 |
в ДНЗ |
|
0 - 10 |
Т2 |
Бв |
14,38 |
0,35 |
20,80 |
7,23 |
113,8 |
вне ДНЗ |
|
10 - 25 |
Т3 |
Бв |
13,60 |
0,30 |
16,00 |
3,80 |
114,8 |
вне ДНЗ |
|
0 - 15 |
Т4 |
Бв |
6,73 |
0,38 |
10,68 |
3,03 |
73,0 |
опускающийся блок |
|
0 - 9 |
С |
Бв |
9,48 |
0,25 |
47,75 |
11,28 |
297,3 |
узел пересечения ДНЗ |
|
9 - 30 |
Т1 |
Бв |
5,28 |
0,33 |
10,40 |
3,65 |
87,0 |
узел пересечения ДНЗ |
|
0 - 8 |
Т2 |
Бв |
8,55 |
0,33 |
51,95 |
9,20 |
279,3 |
вне ДНЗ |
|
8 - 30 |
Т2 |
Бв |
4,65 |
0,25 |
28,05 |
3,72 |
126,5 |
вне ДНЗ |
|
Предельно-допустимые концентрации (ПДК) |
32 |
1 - 2* |
100 |
55 |
1000 |
для минеральных почв |
||
|
Условный мировой кларк почв |
15 |
0,09 |
63,6 |
20,9 |
850 |
|
||
|
Кларк почвы по Виноградову |
10 |
0,5 |
50 |
20 |
- |
|
||
Примечание: * - по Обухову, Ефремовой, 1998г.; ДНЗ - динамическое напряжение зоны.
Выводы
- Отсутствие повышенных концентраций тяжелых металлов на Береговом месторождении (меньше кларков) объясняется, во-первых, особенностями почвообразовательного процесса на данной территории, в частности избыточным увлажнением, промывным режимом, низким содержанием микроэлементов в почвообразующей породе.
- На основании полученных результатов почв Самотлорского месторождения по содержанию валовых форм тяжелых металлов не превышало ПДК, но в двух случаях выявлено незначительное превышение этого критерия по свинцу (в 1,3-1,4 раза), это объясняется тем, что болотные торфяные почвы обладают высокой потенциальной способностью к аккумуляции микроэлементов, в т.ч. и тяжелых металлов.
Рецензенты:
Сапега В.А., д.с.-х.н., профессор кафедры «Техносферной безопасности» ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет», г. Тюмень.
Соловьев С.В., д.м.н., профессор кафедры «Техносферной безопасности», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет», г. Тюмень.