Етапи геохімічних досліджень. Рекогносцирувальні геохімічні роботи. Геохімічне картування

ОСНОВНІ ЕТАПИ ПРОВЕДЕННЯ ЕКОЛОГО-ГЕОХІМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА КАРТУВАННЯ

План

1.    Етапи геохімічних досліджень

2.    Рекогносцирувальні геохімічні роботи

3.    Геохімічне картування

4.    Детальні геохімічні і біогеохімічні дослідження техногенних аномалій

1. Геохімічна оцінка стану навколишнього середовища базується на даних, одержуваних при проведенні спеціалізованих еколого-геохімічних досліджень, спрямованих на встановленні джерел забруднення, простежування всіх можливих шляхів міграції забруднюючих речовин і виявлення територій, де їхня концентрація стає небезпечною для живих організмів.

У геохімічних дослідженнях забруднення навколишнього середовища хімічними  елементами раціонально  виділити  три  основних етапи, що розрізняються розв'язуваними задачами:

1)   початковий - рекогносцирувальні  дослідження  геохімічних особливостей стану навколишнього середовища (рекогносцировочно-геохімічні роботи);

2)    середній    (основний) - виділення   й   оконтурівання   на місцевості    антропогенних    ореолів   розсіювання    (геохімічне картування);

3)   завершальний - детальні геохімічні і біогеохімічні   дослідження   аномалій   (детальні  еколого-геохімічні дослідження).

2. Рекогносцирувальні геохімічні роботи проводяться з метою виявлення основних джерел забруднення і геохімічної специфіки зон їхнього впливу, а також установлення природних умов формування техногенних ореолів розсіювання й особливостей розподілу фонових параметрів.

Найважливіша частина етапу - випробування компонентів природних середовищ фонових ландшафтів: ґрунтів, рослинного покриву (у необхідних випадках), випадань, донних відкладень, води. При виборі фонових територій важливо вивчити найбільш розповсюджені типи ландшафтно-геохімічних обстановок досліджуваної території.

Для автономних ландшафтів вододілів і схилів вибір фонових еталонів із природними (природними) параметрами розподілу хімічних елементів звичайно лімітується можливістю підбора територій, що не випробують локальних впливів у результаті випадання забруднюючих речовин з атмосфери. Для рік (навіть малих) такі території вже рідкі, і в ряді випадків для цих цілей приходиться використовувати водотоки меншого порядку.

При вивченні джерел забруднення на даному етапі досліджень проводиться геохімічне випробування лише найбільш об'ємних видів відходів: каналізаційних осадів, побутового сміття, осадів стічних вод групових очисних споруджень.

Геохімічне випробування об'єктів навколишнього середовища на рекогносцирувальному етапі повинне виявити найбільш загальну структуру забруднення території і його найважливіші природні геохімічні особливості. По суті, ціль випробування - виявлення ділянок для геохімічного картування антропогенних ореолів і потоків розсіювання.

Геохімічне випробування ореолів розсіювання проводиться в районі відомих і потенційних джерел забруднення таким чином, щоб можна було сформувати представницькі геохімічні вибірки для виявлення ореолів і потоків розсіювання й оцінки відповідних їм асоціацій хімічних елементів. Для великих урбанізованих територій ці вибірки раціонально доповнювати випробуванням ґрунтів і снігового покриву з детальністю 1 крапка спостереження на 1 км², що дозволяє виявити всі основні вогнища забруднення.

Хоронителем інформації про атмосферні випадання, що характеризують сучасний рівень стану атмосферного повітря, є сніжний покрив.

Результати досліджень рекогносцирувального етапу дозволяють скласти геохімічну схему території (масштаб 1 : 100 000- 1: 50 000), що узагальнює зведення про її функціональну диференціацію і геохімічну характеристику основних джерел забруднення, а також обґрунтувати програму досліджень наступного етапу.

3. Геохімічне картування - найбільш об'ємний етап дослідження особливостей забруднення територій хімічними елементами. Практичні цілі робіт цього етапу:

1) виявлення всіх значимих  джерел  забруднення  навколишнього середовища, встановлення основних видів відходів виробничої і   сільськогосподарської   діяльності,   збагачених хімічними   елементами   і   потенційно   перспективних   для вторинної переробки   або потребуючих   спеціальних   умов безпечного депонування;

2) простежування потоків поширення хімічних елементів   у   навколишньому  середовищі - як   природних,   природно-міграційних, так і штучних, обумовлених транспортуванням  відходів або забрудненої продукції в місця депонування  або вторинного застосування;

3)   вивчення морфоструктурних особливостей просторового   розподілу   забруднень,   установлення   зон   впливу джерел забруднення,  і,  у  кінцевому рахунку, диференціація досліджуваної   території   по   якісних   характеристиках   і інтенсивності негативного впливу.

При вивченні джерел забруднення основний вид робіт, що входить у комплекс характеризуємого етапу - виявлення і випробування всіх основних видів відходів і попередня оцінка їхніх обсягів.

Вивчення ореолів розсіювання, зв'язаних з випаданнями з  атмосфери чи депонуванням відходів, проводиться шляхом планомірних геохімічних зйомок ґрунтів і пилу, обложеної на сніговий покрив.

При дослідженні потоків розсіювання в поверхневих водотоках застосовується маршрутна геохімічна зйомка донних відкладень, що сполучається з випробуванням вод на найбільш стійкий у часі комплекс макроелементів.

За результатами геохімічних досліджень другого етапу складаються геохімічні карти всіх основних вогнищ забруднення вивченої території, що є основою природоохоронних практичних заходів і які виявляють локальні "гарячі крапки" для детальних геохімічних і біогеохімічних досліджень.

4. Детальні геохімічні і біогеохімічні дослідження техногенних аномалій - завершальний етап робіт. Вони проводяться з метою заглибленої оцінки якості середовища, одержання даних для прогнозу зміни його при триваючому впливі, виявленні характеру реакції живих організмів на забруднення. Задачі цього етапу багато в чому збігаються з задачами санітарно-гігієнічної служби і служб контролю за станом середовища, тому роботи повинні проводитися в тісному контакті з відповідними фахівцями.

Детальні геохімічні і біогеохімічні дослідження проводяться головним чином у центрах виявлених аномалій.

У межах антропогенних ореолів і потоків розсіювання комплекс детальних робіт включає:

1) гігієнічну оцінку ступеня забруднення атмосферного повітря і поверхневих вод (організується спільно зі спеціальними службами);

2) дослідження біогеохімічних показників населення й оцінку стану його здоров'я (також організується спільно зі спеціальними службами);

3) детальне вивчення комплексу хімічних елементів і визначення обсягу забруднених ґрунтів, донних відкладень, ґрунтів і сільгосппродукції.

Питання для самоконтролю

1.      Назвати етапи геохімічних досліджень.

2.      З якою метою проводяться рекогносцирувальні геохімічні роботи?

3.      Що є результатами досліджень рекогносцирувального етапу?

4.      Назвати практичні цілі другого етапу геохімічних досліджень.

5.      Які роботи проводять на останньому етапі геохімічних робіт?

ПІДГОТОВЧИЙ ПЕРІОД ТА ПОЛЬОВІ ЕКОЛОГО-ГЕОХІМІЧНІ РОБОТИ

План

1.    Вивчення джерел забруднення

2.    Вивчення техногенних ореолів

3.    Вивчення техногенних потоків розсіювання

4.    Відбір проб атмосферного повітря

1. Опробування - основний метод вивчення джерел забруднення навколишнього середовища. Воно проводиться з метою одержання достовірних даних про склад і особливості забруднюючих речовин.                                                                                             

Відбір проб виробляється в місцях утворення відходів, із транспортувальних засобів (з конвеєрної стрічки, з вагонетки і ін.), у місцях випуску в навколишнє середовище (стоки і викиди на виході), у місцях складування і поховання відходів (площадки, смітники).

Для  вивчення  джерел  забруднення  використовуються  різноманітні прийоми відбору й обробки проб у залежності від характеру забруднювачів (агрегатного стану, ступеня однорідності й ін.) і умов випробування (у відвалах, на потоці і т.д.). Так, при випробуванні щільних відкладень, відвалів, смітників можуть бути застосовані бороздовий, керновий чи шпуровий методи відбору проб. Пухкі, сипучі відходи з ємностей, з  площадок або транспортних стрічок можуть бути випробувані горстєвим методом.

Обробка геохімічних проб може вироблятися способами, застосовуваними для проб корисних копалин. Деякі види побутових і промислових відходів настільки неоднорідні і складні по складу, що вимагають застосування спеціальних прийомів для гомогенізації матеріалу і підготовки проб до аналізу.

Найбільш простий випадок - випробування металоабразивних пилів, уловлених очисними установками. Як правило, пил характеризується досить рівномірним розподілом компонентів (коефіцієнт варіації менш 30%), тому для одержання надійної характеристики їхнього складу досить відібрати невелике число проб (3-10). Вони відбираються з бункерів-нагромаджувачів горстєвим методом, причому кожна порція з різних крапок бункера.

Гальванічні опади утворюються при нейтралізації і знешкодженні стоків гальванічних відділень підприємств. Опади, що накопичуються у відстійниках, напіврідкі, з вологістю 95-99%; зневоднені опади мають вологість 60- 70% і консистенцію густої сметани; опади, як правило, тонкодісперсні (переважають частки розміром 0,01 - 0,05 мм). Хімічні елементи в них розподіляються досить рівномірно, тому звичайно достатній добір невеликого числа проб (3-10). При тривалому нагромадженні опадів у відстійниках випробування може бути разовим; якщо ж опади віддаляються часто, відбір варто робити через відповідні інтервали часу. Проби сирих опадів відбираються з відстійників; проби зневоднених опадів - з  бункерів чи інших ємностей. Для підвищення показності проб кожна з них складається з декількох порцій матеріалу, відібраного з різної глибини і з різних крапок відстійника. Випробування виробляється роздільно по всім існуючим на підприємствах типам гальванічних опадів. Підготовка проб осаду до аналізу складається у висушуванні і здрібнюванні матеріалу.

Прикладом більш складного для вивчення об'єкта можуть служити продукти заводської переробки побутового сміття - залишки від спалювання.

Проби продуктів спалювання відбираються з конвеєра готової продукції горстєвим методом, у них включається весь матеріал. Проби відбираються протягом  робочого дня, кожна проба - сума окремих навішень (більш 25). Потім проби поєднуються в змінні і тижневі. Таким чином, кожна об'єднана проба складається з великого числа навішень, достатнього, щоб вірогідно характеризувати опробуємий матеріал навіть при дуже нерівномірному розподілі хімічних елементів. Відбір проб проводиться протягом  місяця по кожному сезону року. Через різке розходження фізико-хімічних властивостей окремих компонентів проби дуже складно довести до однорідного стану, необхідного для аналітичних досліджень. Тому виробляється підготовка проб до аналізу за схемою, що дозволяє розділити продукти спалювання на однорідні по фізико-механічних властивостях фракції й одержати надійні характеристики їхнього складу.

2. Організація випробування має свою специфіку на різних етапах робіт. На рекогносцирувальному етапі випробування дає характеристику окремих "кущів", тобто  обмежених фрагментів території, розташованих на різній відстані від джерела. За результатами кущового випробування проводиться дослідження геохімічних вибірок і дається порівняльна оцінка забруднення різних частин зони впливу.

На етапі зйомки мережа випробування рівномірно покриває всю територію передбачуваної зони впливу. При цьому можливі різні варіанти мереж випробування, густота яких визначається даною детальністю виявлення структури аномалій.

Організація відбору ґрунтових проб вимагає обґрунтування вибору представницького обрію випробування й оцінки показності одиничної проби в крапці відбору. Вибір представницького обрію визначається глибиною проникнення елементів-забруднювачів по ґрунтовому профілю. На основі літературних і експериментальних даних встановлено, що максимальна концентрація елементів-забруднювачів присвячена до верхнього обрію ґрунтів потужністю до 10 см. У загальному випадку рекомендується відбирати пробу із шару, що відповідає по потужності гумусовому обрію природних ґрунтів.

Показність одиничної проби визначається розміром площадки, у межах якої відхилення результатів окремого визначення від середнього змісту в представницькій вибірці несуттєві, тобто  не перевищують заданої межі помилки. Для фонових ґрунтів ця величина визначається закономірностями природного варіювання. Оцінкою варіювання вмістів мікроелементів у межах площадки розмірами 10×10 м установлено, що для більшості досліджуваних елементів коефіцієнт варіації змістів не перевищує 30% (у середньому від 6 до 20%). Таким чином, досить 3-4 проб, щоб оцінити середній зміст елементів на площадці 10X10 м з помилкою 20% і 1-2 проб - з помилкою 30%.

Середній обсяг ґрунтової проби 300-400 гр. При підготовці до   аналізу   проба   просушується,   розтирається   в   порцеляновій ступці і просівається через сито з отворами 1 мм.

При відборі снігових проб необхідно оцінити навантаження досліджуваних забруднювачів. З цією метою ретельно заміриться площа шурфу і фіксується час (у добі) від початку снігостава. Випробування снігу припускає роздільний аналіз снігової води, отриманої при відтаванні, і твердого осаду, що складається з атмосферного пилу, обложеної на поверхню снігового покриву. Проби відбираються із шурфів, що розкривають усю потужність снігового покриву. Маса снігової проби 5-7 кг, що дозволяє одержати при відтаванні не менш 4-3 л води і 1 кг твердого матеріалу (пилу). Відтавання проводиться при кімнатній температурі. Тверда нерозчинна фракція виділяється шляхом центрифугування чи фільтрування, просушується, просівається для звільнення від сторонніх домішок і зважується. Відбір проб доцільніше всього проводити наприкінці  зимового сезону (до початку інтенсивного танення), щоб врахувати забруднення за максимальний відрізок часу.

Маса пилу в сніговій пробі є основою для визначення пилового навантаження Р_n у мг/(м²·сут) чи в кг/(км²·сут), тобто  кількості твердих випадань за одиницю часу на одиницю площі. Розрахунок ведеться за формулою:

де  - маса  пилу  в  пробі; 

S - площа шурфу; 

t - час від початку снегостава.

3. Техногенні  потоки  розсіювання  найбільше чітко  фіксуються  в донних  відкладеннях.   Відбір середньої проби, об'єднуючої фракції менш  1  мм, дозволяє досить об'єктивно оцінити рівень техногенного забруднення. У зв'язку з неоднорідністю донних відкладень кожну пробу доцільно складати з декількох (звичайно 3-5) часток проб, що відбираються поблизу заданої крапки випробування. На невеликих і неглибоких водотоках, русло яких вистелено однорідним матеріалом, можливий добір середньої по поперечному профілю проби. На великих водотоках проби відбираються в урезу води в місцях видимої акумуляції наносів. При розвитку техногенних мулів на значних ділянках русла відбір донних проб проводиться створовим методом з добором вертикальних стовпчиків на максимальну потужність мулів.

Маса  зразків донних відкладень, що відбираються, складає звичайно 200- 300 гр. У принципі вона залежить від планованих надалі  літолого-мінералогічних і хіміко-аналітичних досліджень. Після морфологічного опису відібрані для хімічних аналізів проби висушуються до повітряно-сухого стану, розтираються в порцелянових чи агатових ступках, просіваються через сито з діаметром отворів 1 мм і розподіляються в пакети з кальки чи пластикові контейнери. На гранулометричний аналіз і для вивчення форм перебування хімічних елементів в пластикові   контейнери, що щільно закриваються, відбираються свіжі зразки відкладень.

При вивченні донних відкладень як джерел вторинного забруднення вод необхідно знати склад мулових вод. В даний час для виділення мулових вод використовується ряд методів: під тиском, центрифугуванням, заміщенням різними рідинами, відсмоктування під вакуумом. Найбільш ефективний метод виділення мулових вод віджиманням під тиском.

Відбір і обробка проб води і зваженого матеріалу - найбільш  складна  задача   при   вивченні  техногенних  потоків.

На неглибоких водотоках (до 2-3 м) проби води на створах спостереження відбираються з глибини 0,2-0,5 м від поверхні. При невеликій ширині русла (до 20-30 м) можливий відбір однієї такої проби в центрі потоку (на стрижні). На усіх водотоках більш виправданий відбір трьох проб (на стрижні і ближче до берегів), що потім усереднюються на місці збору.

При роботах на дуже великих ріках можливий відбір проб з різних обріїв. Як правило, проби беруться по трьох вертикалях (на стрижні і ближче до берегів) із трьох рівнів (поверхневий, серединний і придонний). Проби в цьому випадку в залежності від поставленої задачі можуть аналізуватися роздільно або усередняться на місці добору.

Загальним вимогам, пропонованим до судин і ємностей для транспортування і збереження проб, найкраще  відповідає посуд, виготовлений з прозорого хімічно стійкого скла. Більш практичним (особливо на етапі відбору і транспортування проб) є поліетиленовий посуд. Ємності і прилади для відбору і транспортування проб ретельно миються концентрованою соляною кислотою. Для знежирення використовуються синтетичні миючі засоби. Залишки використаного для миття реактиву цілком видаляють ретельним промиванням ємностей водопровідною і дистильованою водою. Подібну процедуру рекомендується проводити періодично. При відборі проби ємності необхідно декілька разів обполіскувати досліджуваною водою. При проведенні робіт звичайно визначені ємності закріплюють за конкретними створами. Цей методичний прийом дозволяє значно зменшити імовірність вторинного забруднення проби.

Після добору і доставки водяних проб у лабораторію вони негайно фільтруються. Це виробляється для поділу розчинених і зважених форм хімічних елементів. Критерієм їхнього поділу є ультрафільтрація через мембранні фільтри з діаметром пір 0,3-0,5 мкм. Фільтрування роблять на спеціальних лійках з оргскла під  вакуумом чи під тиском інертного газу. Мембранні фільтри перед використанням   необхідно   прокип'ятити   в   0,03-0,05%-й   соляній кислоті особливої чистоти протягом  5-10 хв.  і  висушити при 60-70° С.

Перед початком фільтрації проба води ретельно перемішується. Ця процедура (необхідна для усереднення розподілу суспензій) повторюється перед кожним наповненням лійки. Для наступних розрахунків ретельно фіксується обсяг води, що пропускається через фільтр.

Фільтрування для визначення мутності проводять через спеціально зважені для цих  цілей  фільтри.  Фільтри  перед зважуванням містяться в ексикатори на кілька днів для досягнення  постійної   маси.   Зважування  виробляється   на аналітичних вагах кілька разів   (перше зважування через 10 днів після перебування в ексикаторі, потім через 3 дні і, при виявленні стійкої постійної маси, ще через 3 дні). Визначена частина відібраної проби   (як правило,  великого обсягу - 40-60 л) відстоюється протягом  доби в білих поліетиленових  бочках чи баках. Це необхідно для одержання великих кількостей суспензії, використовуваної для вивчення форм перебування   елементів,   гранулометричного   і   мінералогічного аналізів, а також для визначення тих елементів, що неможливо досліджувати на фільтрах.  Особливо ефективний  аналіз відстою  на широкий спектр елементів при виявленні комплексу останніх у зонах забруднення.  Після відстоювання вода зливається за допомогою сифона. Відстій з невеликою кількістю води міститься  в  бюкси і досушується  в  сушильних  шафах при температурі 50-60° С.

Таким чином, після попередньої обробки водяних проб ми одержуємо: суспензії на фільтрах (які висушуються і зберігаються в чашках Петрі);  відстій чи сепараційні суспензії (зберігаються в пакетиках з кальки або бюксах); фільтрат - та частина води, що пройшла через фільтри.

Суспензії на фільтрах, відстій і сепараційні суспензії не вимагають негайного аналізу і можуть зберігатися у відповідних умовах (прохолодне темне місце). Однак необхідно безпосередньо після їхнього одержання розділити і приготувати проби до відповідного виду аналізу. Варто пам'ятати, що  навіть у твердому матеріалі можливі різні фазові перетворення хімічних елементів, особливо в непридатних для збереження умовах. Тому аналіз твердого зваженого матеріалу необхідно проводити якнайшвидше.

Навіть короткочасне збереження проб фільтрату без необхідної обережності може привести до помітних змін концентрацій і форм перебування хімічних елементів. Головні вимоги до фільтрату - негайне проведення аналізів на компоненти, що не можуть без істотних утрат довго знаходитися в пробах. Далі здійснюється консервація проб на хімічні компоненти, що можуть визначений час зберігатися. Потім виробляється концентрування проб на найбільш важливі компоненти (екстракція, осадження, розпарювання і т.д. ), після чого проби можуть зберігатися досить довго перед відправленням на аналіз.

4. Дослідження хімічних елементів в атмосферному повітрі проводиться на стаціонарних, маршрутних і пересувних постах. Стаціонарні пости служать для проведення систематичних спостережень. Вони обладнані спеціальними павільйонами, оснащеними необхідною апаратурою для відбору проб повітря і приладами для визначення метеорологічних параметрів. На маршрутних постах відбір проб повітря і метеорологічних спостережень проводяться за допомогою автолабораторії. Пересувні (подфакельні) пости служать для разових спостережень у зонах безпосереднього впливу промислових викидів. Їхнє місце розташування вибирається  у залежності від поставленої задачі і метеорологічних умов.

При  оцінці загальної  картини забруднення  атмосферного повітря  переважне  значення  мають дані  стаціонарних постів спостереження,  але при оцінці дальності  поширення забруднення необхідно використовувати матеріали подфакельних спостережень.

Розміщення стаціонарних постів спостережень виробляється в зонах, де атмогеохімічні аномалії стабільні в часі і просторі й у більшому ступені відчувається вплив промислових підприємств. Для правильного розміщення стаціонарних постів, у першу чергу, необхідно проаналізувати дані за територіальною структурою забруднення, виконаної за результатами геохімічного випробування ґрунтів і випадань з атмосфери.

У залежності від асоціації забруднюючих речовин застосовують ту чи іншу програму дослідження атмосферного повітря.

При організації подфакельних спостережень для одержання характеристики майданного поширення викидів необхідно як мінімум три пости.

При оцінці атмогеохімічних аномалій повинне використовуватися не менш 200-250 проб у рік на стаціонарних постах і така ж кількість проб при подфакельному дослідженні з кожної зони на протязі декількох років (за умови, що фізико-хімічний склад викидів за період випробування не міняється).

Для відбору проб атмосферного повітря використовують   установки типу ЭА-1, ЭА-2, ЭА-2С, ЭА-1А, М-828 і ін. Фільтри для уловлювання аерозолів і пилу розділяються по типу матеріалу, з якого вони виготовляються. Зокрема, спеціальні  фільтри, що уловлюють, АФА-ХА виготовляються з ацетілцеллюлози, АФА-ХП із перхлорвінілу, АФА-ХС - з полістиролу.

Питання для самоконтролю

1.      Як відбувається вивчення джерел забруднення навколишнього середовища?

2.      Проаналізувати етапи геохімічних робіт.

3.      Як проводять відбір ґрунтових та снігових проб?

4.      Що характеризує пилове навантаження?

5.      Як проводять відбір проб донних відкладень?

6.      Проаналізувати обробку проб донних відкладень.

7.      Скласти класифікацію постам спостережень за забрудненням атмосферного повітря.

8.      Які прилади використовують для відбору проб повітря?

ДОСЛІДЖЕННЯ НЕСПРИЯТЛИВИХ РЕАКЦІЙ НАСЕЛЕННЯ НА ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

План

1.    Оцінка несприятливого впливу техногенного геохімічного навантаження на стан здоров'я населення

2.    Формування груп населення для вивчення біогеохімічних показників

3.    Вивчення мікроелементного складу волосся

1. Оцінка можливого несприятливого впливу техногенного геохімічного навантаження на стан здоров'я населення проводиться шляхом вивчення мікроелементного складу діагностичних біосубстратів, установлення функціональних показників, що характеризують стан різних систем організму, а також показників фізичного розвитку і рівня захворюваності. Такі дослідження доцільно проводити разом з організаціями й установами медичного профілю.

На підставі карт розподілу хімічних елементів у ґрунтах і сніжному покриві вибираються житлові території, що характеризуються різною інтенсивністю забруднення і якісним складом асоціації. Першим етапом медико-геохімічних досліджень є вивчення нагромадження хімічних елементів у різних групах населення.

2. При формуванні груп населення для вивчення біогеохімічних показників доцільно використовувати спрямований відбір, тобто  складати однорідні вибірки, у яких можна виявити вплив невідомих факторів при усуненні впливу відомих. Так, при вивченні впливу мікроелементного складу вод на рівень змісту хімічних елементів в біосередовищах повинна бути виключена можливість надходження в організм великих доз досліджуваних хімічних елементів із продуктами   харчування   й   атмосферним  повітрям.   При  підборі  контингентів населення за основу приймаються наступні угруповання населення: загальне угруповання по ознаці однакового в часі вживання питних  чи вод проживання в даній місцевості і роздільному угрупованні по різних концентраціях досліджуваних хімічних елементів.

З підібраних груп населення виключаються обличчя, що мають контакт із різними побутовими і професійними шкідниками (вживання алкоголю, паління, інтенсивне застосування фармакологічних засобів). Найбільш прийнятні для обстеження дитячі організовані колективи (дитячі сади, школи), у яких досить легко можна усунути вплив індивідуальних і професійних факторів на мікроелементний склад біосередовищ.

Хімічні елементи володіють, як відзначалося, різною здатністю накопичуватися в тих чи інших діагностичних біосубстратах і тому перед початком досліджень з урахуванням інтенсивності діючого забруднення вибирають біосубстрати, що у найкращому ступені відбивають вплив того чи іншого елемента. Як показує досвід, у першу чергу на вплив підвищених концентрацій хімічних елементів реагує склад волосся. Це характерно для таких розповсюджених забруднюючих речовин як свинець, миш'як, кадмій, ртуть. Значне нагромадження у волоссях спостерігається також для фтору, групи рідкоземельних елементів, срібла, брому і деяких інших.

3. При вивченні мікроелементного складу волосся підбираються групи населення, ідентичні за віком, полу і кольору волосся, з точною фіксацією їхнього місця проживання. Відбір проб волосся в досліджуваних групах населення варто проводити уніфікованим методом, тобто  зістригати пасмо волосся визначеної довжини з локальної ділянки (потилиця, тім'яна частина голови). При цьому також необхідно враховувати і використовувані населенням засоби догляду за волосами, тому що деякі з них (йодсовмісні шампуні, ртуттєвмісні косметичні засоби) можуть впливати на мікроелементний склад волосся. Для зняття поверхневого забруднення і знежирення волосся застосовують два способи. Перший спосіб - миття волосся за допомогою детергенту (лаурилсульфата  чи натрію трилона Х-100). Детергент (4 мл) додають на 3 літри води і заливають волоси, поміщені в бокси, так, щоб розчин покривал всю пробу. Через 2 години детергент зливають, проби волосся заливають: бідістилірованою водою, постійно перемішуючи. Так повторюють двічі, потім волосся знежирюють протягом  45 хв. у спиртоефіровій суміші. Після цього волосся висушують при 60° С протягом 72 годин. Другий спосіб підготовки проб волос рекомендований МАГАТЕ, і він полягає в обробці проб ацетоном Х4 протягом  10-15 хв, потім триразове промивання бідістилірованою водою по 10-15 хв. і далі знову 10-15-хвилинна обробка ацетоном.

В окремих випадках ефективний відбір проб сечі, що проводять у поліетиленові ємності, оброблені 0,1 н розчином азотної кислоти з реєстрацією діурезу.

Питання для самоконтролю

1.      Які існують методи дослідження несприятливих реакцій населення на забруднення навколишнього середовища?

2.      Як формуються групи населення на забруднення навколишнього середовища?

3.      Як досліджується мікроелементний склад волос та сечі?

КОМПЛЕКСНІ ЛАБОРАТОРНО-АНАЛІТИЧНІ РОБОТИ І ДОСЛІДЖЕННЯ З МЕТОЮ ЕКОЛОГО-ГЕОХІМІЧНИХ ОЦІНОК

План

1.    Загальні відомості про хіміко-аналітичні дослідження

2.    Аналіз снігового-покрову, донних відкладень, відходів, добрив, атмосферного повітря

1. Геохімічні дослідження навколишнього середовища зв'язані з відбором проб винятково різнорідних по складу, характеру матеріалу. Це приводить до необхідності організації складної системи аналізів. У загальному випадку комплекс використовуваних аналітичних методів залежить від поставлених задач і розрізняється по етапах вивчення навколишнього середовища.

Основні вимоги до результатів досліджень початкового етапу зв'язані з необхідністю експресного одержання даних по максимально широкому комплексу хімічних елементів, що формують зони забруднення, і оцінки зразкових кількісних співвідношень між елементами з метою виявлення пріоритетних забруднюючих речовин. Більшості викладених умов і вимог відповідає експресний близько-кількісний чи кількісний метод із присипкою аналізованого матеріалу і з застосуванням трифазної дуги постійного струму на дифракційному спектрографі типу ДФС-13. Однак, по деяких елементах (дуже важливим для екологічних досліджень) чутливість методу явно недостатня і дозволяє виділити лише дуже контрастні аномалії. Насамперед  це стосується Hg, As, Cd і F. У цьому зв'язку у всіх випадках приходиться проводити додатковий аналіз проб спеціальними високочутливими експресними кількісними методами на As (спектральний метод із камерного електрода з межею виявлення 1 г/т) і Hg (на ртутному аналізаторі РАФ чи ИМГРЭ - 4 з межею виявлення 0,001 г/т), а у випадку, коли на досліджуваних територіях очікуються джерела  викидів чи стоків фтору, то і на цей елемент (кількісний спектральний метод). Для кадмію скільки-небудь чуттєвого експресного методу, придатного для масових визначень, поки не мається. Цей винятково важливий для екології елемент може бути вивчений тільки спеціалізованими дослідженнями, звичайно проведеними на кінцевому етапі робіт.

При геохімічному картуванні велика частина поставлених задач із задовільною чутливістю і точністю зважується використанням близько-кількісного спектрального методу для аналізу проб ґрунтів, донних відкладень і пилів, що витягаються зі снігового покриву. Також як і при дослідженнях початкового етапу, необхідний спеціальний аналіз проб більш високочутливими методами на Hg і, бажано, As. Аномалії Cd і деяких інших елементів (Sb, Bі, W), як правило, не фіксуються. Проте, основні задачі цього етапу досліджень зважуються непогано. Спеціальний дорогий аналіз проб на ці елементи необхідний лише у випадках, коли відомі конкретні джерела подібних впливів.

2. Для снігового покриву на розглянутому етапі досліджень раціонально (крім аналізу пилової фракції) вивчати водяну фазу на комплекс пріоритетних викидів - оксиди азоту і сірки - зони впливу яких добре фіксуються сніговими водами.. Визначення цих з'єднань проводиться стандартними для вод хімічними методами і при   рівнях, що звичайно спостерігаються, не викликає затруднень.

При маршрутному випробуванні донних відкладень також раціональне проведення експресного аналізу водяної фази на з'єднання азоту, фосфору, сірки і хлору, що добре маркірують стійкі водяні техногенні потоки.

Значну складність представляє аналіз побутових і промислових відходів і засобів хімізації, досліджуваних на даному етапі досліджень. Задача вивчення відходів - не тільки оцінка їх як забруднювачів, але і виявлення перспективних джерел вторинної мінеральної сировини. У цьому зв'язку необхідні досить точні визначення широкого кола хімічних елементів. Зокрема, для опадів очисних споруджень, зол і шлаків - Fe, Al, Cu, Zn, Nі, Cr, Sn, Pb, Cd, Ag, Se; для шламів мазутних ТЭЦ - Cr, V, З; для металлоабразивних пилів - додатково Мо і W; для добрив - F, TR, Sr, U.

Основну складність при організації хіміко-аналітичних досліджень відходів представляє етап підготовки проб до аналізів, що не має поки стандартних рішень. Це зв'язано насамперед  із труднощами гомогенізації аналізованих проб, великими вмістами в багатьох відходах органічного матеріалу, незвичайністю і розмаїтістю складу макрооснови проб. Для  органовмісних відходів звичайно приходиться проводити окремо аналізи на летучі елементи (Hg, As) після розкладання сумішшю кислот в автоклавних "бомбах" і на інші елементи після озоления. Однак і для мінеральних відходів мокрого розкладання часто не вдається уникнути.

|При дослідженні добрив, де головні елементи-домішки F, Sr, TR, також приходиться застосовувати комплекс методів (фтор-іоно-селективні електроди; стронці-атомна абсорбція, рідкі землі й уран-нейтронно-активаційний аналіз). Усі методи стандартні і при існуючих концентраціях особливих утруднень не виникає.

Завершальний етап роботи - детальні еколого-геохімічні дослідження в межах виявлених раніше техногенних і агрогенних ореолів і потоків розсіювання - найбільш складний у хіміко-аналітичному відношенні. Складності виникають при вивченні водяних суспензій, при одержанні проб атмосферних аерозолів.

Важливий показник впливу забруднень на людину - рівень біогеохімічної концентрації - визначається по змісту хімічних елементів у волоссі. Для дитячого населення можлива маса проби волосся не більше десятків - декількох сотень міліграмів сухої речовини (чи кілька міліграмів золи). Таким чином, у багатьох випадках неминуче проведення аналізу з малих навішень.

Перераховані вимоги й умови приводять до необхідності залучення до хіміко-аналітичних досліджень найсучаснішого  і різноманітного арсеналу методів.

При аналізі атмосферного повітря використовують високочутливі методи аналізу (нейтронно-активаційний, рентгенофлюорисцентний,, хіміко-спектральний). При аналізі проб водних потоків – атомно-абсорбційний метод, для біогеохімічних досліджень територій – атомно-абсорбційний аналіз (Си, Zn, Pb, Cd, Ni, Fe, Co, Hg), який доповнюється кількісним спектральним аналізом.

Питання для самоконтролю

1.      Які існують методи хіміко-аналітичних досліджень?

2.      З якою метою проводяться хіміко-аналітичні дослідження?

3.      Які елементи аналізуються при  біогеохімічних дослідженнях територій?

4.      Які елементи досліджуються при аналізі відходів? 

ОБРОБКА ТА ІНТЕРПРЕТАЦІЯ ЕКОЛОГО-ГЕОХІМІЧНИХ ДАНИХ

План

1.    Показник рівня аномальності вмістів елементів

2.    Сумарні показники забруднення і навантаження

3.    Дослідження виборок

1. Одна з головних характеристик геохімічної антропогенної аномалії - її інтенсивність, що визначається ступенем нагромадження елементами-забруднювачами в порівнянні з природним фоном.

Показником рівня аномальності вмістів елементів є коефіцієнт концентрації К_с, що розраховується як відношення вмісту елемента в досліджуваному об'єкті С к середньому фоновому його змісту С_ф:

За даними снігового випробування розраховується аналогічний показник і для навантаження забруднення (елемента) на навколишнє середовище - маси забруднювача, що випадає на одиницю площі за одиницю часу. Для цього враховується загальна маса потоку забруднювачів - середньодобове пилове навантаження Р_n (у кг/км²) і концентрація елемента С (мг/кг) у сніговому пилу.

На цій підставі розраховуються:

1) загальне навантаження,  створюване надходженням хімічного елемента в навколишнє середовище

Р_общ = С · Р_n;

2)   коефіцієнт відносного збільшення загального навантаження елемента

К_р = Р_общ/Р_ф     при     Р_ф = С_ф · Р_nф;

де С_ф – фоновий вміст досліджуваного елемента;

Р_nф - фонове пилове навантаження;

Р_ф - фонове навантаження досліджуваного елемента.

2. Оскільки техногенні аномалії звичайно мають поліелементний склад, для них розраховуються сумарні показники забруднення Z_c і навантаження Z_p, що характеризують ефект впливу групи елементів. Показники розраховуються за наступними формулами:

Z_c = K_c – (n – 1)                               Z_р = K_р – (n – 1)         

де n - число  аномальних елементів, що враховуються.

Усі перераховані показники можуть бути визначені як для змісту в окремій пробі, так і для ділянки території (району, функціональної зони, природної ландшафтної одиниці, вогнища ореола). В останньому випадку дослідження ведеться по геохімічних вибірках.

3. Головна задача дослідження вибірок - виявити хімічні елементи, що накопичуються в  ґрунтах чи у випаданнях досліджуваного об'єкта, і провести порівняльну характеристику якісних і кількісних особливостей нагромадження в об'єктах різного типу.

Для кожної вибірки підраховуються основні параметри розподілу хімічних елементів: середні значення С и стандартне відхилення S, а також коефіцієнт варіації V, що відбиває міру неоднорідності вибірки. Якщо у вибірці переважають проби, у яких зміст елемента знаходиться нижче межі чутливості аналізу, то дисперсія і стандартне відхилення не розраховуються. У цих випадках вибірка характеризується не середнім змістом, а зустрічальністю значимих вмістів в процентах загального числа проб в вибірках.

                                               

Після розрахунку коефіцієнтів концентрації і коефіцієнтів відносного збільшення загального навантаження кожна вибірка представляється у виді набору відносних характеристик аномальності хімічних елементів. Такий набір дозволяє дати якісну і кількісну оцінку геохімічної асоціації досліджуваного об'єкта. Наприклад, міська асоціація може бути представлена наступною формулою  елементів, що накопичуються:

Hg₃₀-Рb₁₀-Zn₈-Cu₄- Nі₃-Cr₂

(цифрові індекси біля символів елементів являють собою коефіцієнти концентрації Кс).

Питання для самоконтролю

1.      Яка головна характеристика геохімічних аномалій?

2.      Назвати показник рівня аномальності. Як він розраховується?

3.      Як розраховується загальне навантаження, створене надходженням хімічного елемента в навколишнє середовище?

4.      За якими формулами розраховуються сумарні показники забруднення та навантаження?

5.      Як складається модель забруднення?