Главная Коллекция "Otherreferats" Экология и охрана природы Геостатичний аналіз атмогеохімічного поля в приземному шарі атмосфери Північної України (за даними біогеохімічної індикації)

Геостатичний аналіз атмогеохімічного поля в приземному шарі атмосфери Північної України (за даними біогеохімічної індикації)

Бріогеохімічна індикація забруднення атмосфери центральної частини Північної України. Аналіз вмісту хімічних елементів у моху-індикаторі. Регіональний геостатистичний аналіз бріогеохімічних даних. Моніторинг атмосферного забруднення різних територій.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид статья
Язык украинский
Дата добавления 16.09.2020
Размер файла 306,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України

Київський національний університет імені Тараса Шевченка ННІ "Інститут геології"

Університет Жирони

ГЕОСТАТИСТИЧНИЙ АНАЛІЗ АТМОГЕОХІМІЧНОГО ПОЛЯ В ПРИЗЕМНОМУ ШАРІ АТМОСФЕРИ ПІВНІЧНОЇ УКРАЇНИ (ЗА ДАНИМИ БРІОГЕОХІМІЧНОЇ ІНДИКАЦІЇ)

Ю. Тютюнник, д-р геогр. наук, проф., пров. наук. співроб.

О. Шабатура, канд. геол. наук, асист

О. Блюм, канд. біол. наук, ст. наук. співроб.

Дж. Дауніс-і-Естадел'я, PhD (Мат.), проф.

Анотація

(Рекомендовано членом редакційної колегії д-ром геол. наук О.І. Меньшовым)

Бріогеохімічна індикація забруднення атмосфери центральної частини Північної України здійснюється на основі використання моху виду P.schreberi. Система відбору проб моху передбачала емпіричну прив'язку до конкретної фізико-географічної зони, урахування віддаленості від джерела атмосферного забруднення, що дозволило розробити градацію природних і техногенних умов накопичення хімічних елементів у зразках моху. Дані щодо вмісту хімічних елементів у моху-індикаторі аналізувалися за допомогою методів факторного аналізу, картографування просторових кореляцій значущих факторів, центрованих трикутних діаграм і композиційного біплоту, що дало змогу сформувати єдиний гіперпростір геохімічних факторів і причин з наступною його інтерпретацією. Провідним фактором бріогеохімічної індикації є забруднення повітря крупнодисперсним пилом природного теригенного і техногенного походження; дещо меншим за впливом виступає фактор дрібнодисперсних техногенно-конденсаційних аерозолів; третій фактор ідентифікується за поведінкою титану і ванадію як вплив теплоенергетичних (ТЕС, котельні) атмосферних викидів; четвертий - чинник біогенезу, що виявляється активною роллю мікроелементів - сірки і фосфору; п 'ятий - біогенний чинник мікроелементів - бор, мідь і кобальт. Шостий фактор слабкий та, імовірно, за поведінкою марганцю і хром, пов'язаний з Eh-pH параметрами атмосферних опадів і гідрометеорів.

Регіональний геостатистичний аналіз бріогеохімічних даних свідчить, що чинник теригенного пилопідйому в межах дослідженої території виявляє просторову строкатість унаслідок відмінності в гранулометричному складі четвертинних відкладів, ступені задернованості і розораності ґрунтів, різницями в приземних швидкостях вітрів. Просторову неоднорідність має фактор техногенезу, про що свідчить розпорошеність точок кластерів Fe-S-Pb та V-Cd-Pb на діаграмах біплоту. Натомість такий геохімічний чинник, як "біогенез" проявляє невисоку просторову варіабельність.

Бріогеохімічна індикація є хорошим методом оцінки і моніторингу атмосферного забруднення великих і різноманітних за природними і техногенними умовами територій, а запропонований геостатистичний комплекс картографування атмогео- хімічного поля показав свою ефективність у розділенні територій за типом забруднення.

Ключові слова: бріогеохімічна індикація, біплот, картографування факторів, геостатистичний аналіз, атмогеохімічне поле, північна Україна.

Annotation

забруднення атмосфера бріогеохімічна індикація

Yu. Tyutyunnik, Dr.Sci. (Geograf.), Prof., Leading Researcher, O. Shabatura, Cand.ScL (Geol.), Assist.Prof., O. Blum, Cand.ScL (Biol.), Senior Researcher, Head of laboratory of bioindication and chemicsystematics,

J. Daunis-i-Estadella3, Dr. ScL, Prof., M.M. Gryshko National Botanical Garden,

Tymyryazivska Str.,Kiev, 101014, Ukraine Taras Shevchenko National University of Kyiv, Institute of Geology,

University of Girona, Department of informatics, applied mathematics and mathstatistics Campus Montelivi,

GEOSTATISTICAL ANALYSIS OF THE ATMOGEOCHEMICAL FIELD IN THE PRIOR LAYER OF THE ATMOSPHERE OF NORTHERN UKRAINE (BRYOGEOCHEMICAL INDICATION DATA)

The bryogeochemical indication of atmospheric pollution in the central part of northern Ukraine is based on the use of moss P.schreberi species. The sampling system provided an empirical reference the moss sample data to a particular physical and geographical zone, taking into account the distance from the source of atmospheric pollution. This approach allowed developing a gradation of natural and man-caused conditions for the accumulation of chemical elements in moss samples. The data on the content of chemical elements in the moss-indicator were analysed and checked for comprehensive geostatistics (factor analysis methods, mapping of spatial correlations of significant factors, centered triangular charts and composite biplot). Results made possible to form a mutual hyperspace of geochemical factors and signs for its subsequent interpretation.The leading factor of the bryogeochemical indication is air pollution by a large dust of natural terrigenous and man-caused origin. Second factor connected with a finely dispersed man-caused-condensation aerosols impact; the third factor is identified by the behavior of titanium and vanadium as the effect of heat and power (TPP, boiler room) on atmospheric emissions; the fourth factor is an impact of biogenesis, which is determined by active role of trace elements - sulfur and phosphorus; the fifth factor is connected with biogenic migration of trace elements - boron, copper and cobalt. The sixth factor is weak, and probably due to the behavior of manganese and chromium, associated with Eh-pH parameters of atmospheric precipitation and hydrometeors.

The regional geostatistical analysis of the bryogeochemical data shows that the factor of the terrigenous dust uplift within the studied territory exhibits a spatial variability due to differences in the granulometric composition of the Quaternary deposits, the degree of soil retention and plowing, and differences in surface wind speeds. Spatial heterogeneity is obvious due to aman-caused factor showing a distribution of the dispersion of the Fe-S-Pb and V-Cd-Pb clusters on bipolar charts. Instead, such a geochemical factor as "biogenesis" shows a low spatial variability.

The bryogeochemical indication is a good method for the assessment and monitoring of atmospheric pollution of large and varied natural and man-causedarea as well as the proposed geostatistical mapping of the atmogeochemic field showing that it is efficient todivide the territories by type of pollution.

Keywords: bryogeochemical indication, biplot, factor mapping, geostatistic analysis, atmogeochemic field, Northen Ukraine.

Аннотация

Ю. Тютюнник, д-р геогр. наук, проф., вед. науч. сотр., А. Шабатура, канд. геол. наук, ассист., О. Блюм , канд. биол. наук, ст. науч. сотр., зав. лаб. биоиндикации и хемосистематики, Х. Даунис-и-Естаделья, д-р наук, проф.,

Национальный ботанический сад им. Н.Н. Гришко, Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко УНИ "Институт геологи" Университет Жироны, Отделение информатики, прикладной математики и математической статистики,

ГЕОСТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АТМОГЕОХИМИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ СЕВЕРНОЙ УКРАИНЫ (ПО ДАННЫМ БРИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ)

Бриогеохимическая индикация загрязнения атмосферы центральной части Северной Украины осуществляется на основе использования мха вида P.schreberi. Система отбора проб мха предусматривала эмпирическую привязку к конкретной физико-географической зоне, учет удаленности от источника атмосферного загрязнения, что позволило разработать градацию природных и техногенных условий накопления химических элементов в образцах мха. Данные по содержанию химических элементов во мхе-индикаторе анализировались с помощью методов факторного анализа, картографирования пространственных корреляций значимых факторов, центрированных треугольных диаграмм и композиционного биплота, что позволило сформировать единое гиперпространство геохимических факторов и причин и выполнить их интерпретацию. Ведущим фактором бриогеохимической индикации является загрязнение воздуха крупнодисперсной пылью природного терригенного и техногенного происхождения; несколько меньший вес имеет фактор влияния мелкодисперсных техногенно-конденсационных аэрозолей; третий фактор идентифицируется по поведению титана и ванадия и определяется как влияние теплоэнергетических (ТЭС, котельные) атмосферных выбросов; четвертый - фактор биогенеза, который проявляется активной ролью микроэлементов - серы и фосфора; пятый - биогенный фактор связан с миграцией бора, меди и кобальта. Слабо проявленный шестой фактор вероятно связан с поведением марганца и хрома, описывающих Eh-pH параметры атмосферных осадков и гидрометеоров.

Региональный геостатистический анализ бриогеохимических данных свидетельствует, что фактор терригенного пылеподъема в пределах исследованной территории отображает пространственную пестроту вследствие различия в гранулометрическом составе четвертичных отложений, степени задернованности и распаханности почв, различиями в приземных скоростях ветров. Пространственную неоднородность имеет фактор техногенеза, о чем свидетельствует разбросанность точек кластеров Fe-S-Pb и V- Cd-Pb на диаграммах биплота. Вместе с тем, такой геохимический фактор, как "биогенез" проявляет невысокую пространственную вариабельность.

Бриогеохимическая индикация является хорошим методом оценки и мониторинга атмосферного загрязнения больших и разнообразных по природным и техногенными условиями территорий, а предложенный геостатистический комплекс картографирования ат- могеохимического поля показал свою эффективность в разделении территорий по типу загрязнения.

Ключевые слова: бриогеохимическая индикация, биплот, картографирование факторов, геостатистический анализ, атмогеохими- ческое поле, северная Украина.

Вступ

Бріогеохімічна індикація - метод оцінки вмісту в атмосферному повітрі хімічних елементів на основі вимірювання їхньої концентрації в моховому покриві. Вважається, що деякі з вищих мохів поглинають хімічні елементі цілком або переважно з повітря, опадів, гідрометеорів і тому можуть служити хорошими індикаторами атмогеохімічних особливостей тих чи інших територій. Для Європи розроблено програму біогеохімічного моніторингу (Harmens et al., 2015), регулярно, через кожні 5 років, видаються атласи забруднення атмосферного повітря за даними вмісту хімічних елементів у мохах (оскільки стан техногенного забруднення з часом змінюється). У рамках зазначеної європейської програми виконана ця робота.

Загалом для As, V, Cd, Cr, Zn, Ni, Fe, Pb в останні десятиріччя відзначається зниження концентрацій, від 21 до 77 %, але зі збереженням найвищих медіанних концентрацій в південно-східній Європі (AniCiC M. et al., 2018), зокрема в Україні по Al, Fe, V, Cr (Harmens et al., 2015; Lazo P. et al., 2018).

Матеріали і методи дослідження

Мохи-індикатори. Згідно із загальноєвропейськими рекомендаціями (Heavy Metals, 2015) на континенті рекомендовано використовувати наземні мохи таких видів: Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt.; Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G. та Нурпит cupressiforme Hedw.; Brachythecium oedipodium (Mitt.) A. Jaeger; Abietinella abietina (Hedw.) Fleisch. та деякі ін. Але, як показали наші дослідження, у фізико-географічних умовах рівнинної частини України в межах зони мішаних лісів і північного лісостепу практично придатними для використання у бріогеохімічних дослідженнях забруднення атмосфери є мохи P.schreberi та B.oedipodium - як такі, що мають найбільше розповсюдження в різних едафічних і техногенних умовах. Утім, при використанні двох видів мохів виникає серйозна методична проблема. Мох P.schreberi зустрічається здебільшого в шпилькових (сосна, ялина) фітоценозах, а B. oedipodium - у змішаних і листяних. Тому на рівнинних територіях P.schreberi краще підходить для індикації в умовах зони мішаних лісів, а B.oedipodium - в умовах лісостепу, де P.schreberi трапляється рідше. В ідеалі слід було б використовувати обидва види, але вони мають різні накопичувальні властивості і тому як індикатори емпірично не зіставляються, тобто не можна за геохімічними параметрами порівнювати пункти пробовідбору плеврозіуму з такими брахітеціуму. Для такого порівняння слід зробити інтеркалібрацію вмісту хімічних елементів у цих двох видах, але ця робота ще не виконана, і тому в даній статті ми обмежимося використанням даних лише щодо вмісту хімічних елементів у моху P.schreberi. Його розповсюдження дуже добре на Поліссі й гірше в північному лісостепу, де він зустрічається здебільшого в терасових борах і штучних шпилькових насадженнях, зокрема в соснових меліоративних посадках по балках.

Мережа пробовідбору і відбір проб. Зразки моху Pleurozium schreberi відбиралися з поверхні землі, опаду та відпаду в межах поліської та лісостепової частин Житомирської й Київської областей, а також північно-західної частини Чернігівської області. Територія Зони відчуження ЧАЕС з технічних причин була виключена з мережі пробовідбору. Розташування пунктів відбору проб, а також технологія самого пробовідбору проводилися згідно з рекомендаціями, поданими в Heavy Metals (2015), але з деякими уточненнями й удосконаленнями з погляду на умови досліджуваної території. Зокрема: 1) обов'язково враховувалася емпірична прив'язка точки пробовідбору до зони мішаних лісів ("Полісся") чи до північного лісостепу ("лісостеп"); 2) фіксувалася близькість- віддаленість пункту пробовідбору до будь-яких джерел локального (почасти регіонального) забруднення атмосфери ("техноген", "напівфон", "фон"). При врахуванні зональних особливостей не завжди просто було однозначно віднести точку відбору проби до лісостепу чи Полісся в умовах екотонного характеру межі між ними та в деяких специфічних фізико-географічних умовах (напр., на Овруцькому кряжі). При врахуванні близькості- віддаленості до джерела (джерел) атмосферного забруднення досить часто доводилося враховувати польовий емпіричний досвід та інтуїцію, аніж дотримуватись певних формальних критеріїв. Точки пробовідбору групувалися так: а) у безпосередній близькості до зон техногенезу або в самих їхніх межах ("техноген"), б) в умовах незначного та помірного локального забруднення ("напівфон"), в) в умовах відсутності або віддаленості джерел локального забруднення ("фон"). Кількість пунктів відбору проб по групах "Полісся" і "лісостеп", а також по угрупуваннях "фон", "напівфон", "техноген" представлена в табл. 1.

Таблиця 1

Усереднений вміст (мкг/г повітряно-сухої маси) хімічних елементів у зразках моху Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., відібраних у різних природних і техногенних умовах у Житомирській, Київській та Чернігівській областях у 2015-2017 рр.

Групи

точок

Вміст хімічних елементів

K 1 Ca 1 Mg 1 S І Al | Fe | Mn | Na I P | Zn I Ba I Sr | Ti I B | Cu | Pb | Ni I Cr I V I Se | Cd I Co I Sb

уся досліджена територія

усі

точки

76

6712

3532

1298

1288

793

611

601

479

421

34,3

24,0

19,2

18,7

15,8

13,3

5,2

4,1

2,7

1,9

0,61

0,47

0,44

0,18

за природними умовами формування атмосферного забруднення

По

лісся

59

точок

6534

3446

1262

1275

676

586

602

484

400

35,5

22,9

15,4

16,7

13,1

12,6

5,6

4,0

2,7

1,6

0,68

0,49

0,42

0,19

лісо

степ

17

точок

7327

3829

1422

1331

1199

699

596

462

494

30,2

27,6

32,5

25,7

25,2

15,6

4,0

4,5

3,0

2,8

0,36

0,40

0,49

0,17

за техногенними умовами формування атмосферного забруднення

фон

33

точки

6558

3443

1251

1257

757

546

618

484

412

31,9

21,8

17,5

16,7

14,9

12,4

5,0

4,0

2,6

1,7

0,54

0,46

0,42

0,17

напів

фон

29

точок

6937

3702

1390

1334

855

678

531

507

486

34,4

26,2

21,2

21,4

17,0

14,3

5,2

4,1

2,8

2,1

0,67

0,48

0,45

0,19

техно

ген

14

точок

6607

3389

1218

1263

748

627

703

409

307

39,6

24,5

19,3

17,9

15,4

13,4

5,9

4,3

3,0

1,8

0,66

0,48

0,45

0,19

Лабораторно-аналітичні роботи. Проби моху висушувалися до вітряно-сухої ваги, очищалися від сміття і домішок. Для аналізу використовувалися зелені гілочки, приблизно верхня 1/3 частина пагона. Біоматеріал піддавався мокрому озоленню в азотній кислоті ("ОСЧ") у мікрохвильовій печі MWS-2 (Berghof, Німеччина). Отриманий розчин аналізувався методом плазмово-емісійної спектрометрії на спектрометрі ICAP 6300 DUO (ThermoFisher Co., США). Визначалися такі хімічні елементи: К, Ca, Mg, S, Al, Fe, Mn, Na, P, Zn, Ba, Sr, Ti, B, Cu, Pb, Ni, Cr, V, Se, Cd, Co, Sb. Вміст їх у моху виражався в мкг/г (що тотожно n * 10-4 %).

Геостатистична обробка даних. Дані щодо вмісту хімічних елементів у моху-індикаторі аналізувалися за допомогою методів факторного аналізу, картографування просторових кореляцій значущих факторів, центрованих трикутних діаграм і композиційного біплоту. Перші три гарно відомі в геохімії навколишнього середовища і ми не будемо на них зупинятися. Щодо відносно нової для геос- татистичного моделювання геохімічних процесів моделі біплот, то зазначимо, що вона має перевагу в наочності. Модель уявляється своєрідним графіком ("зіркою біп- лот"), який за соєю математичною сутністю є проекцією на площину гіперпростору маркерів геохімічних факторів і чинників (рис. 1).

Маркерами є хімічні елементи, а довжина променю l чисельно представлена залежністю

де var [ X\. - дисперсія маркера [x \ (хімічного елемента); k - кількість маркерів, що формують k -мірний гіперпростір.

проекцію на площину гіперпростору геохімічних чинників і умов формування елементного складу проб моху Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., відібраних у Житомирській, Київській і Чернігівській областях у 2015-2017 рр.

Кути між променями (які у математичному гіперпрос- торі є між усіма променями!) мають кількісний вираз:

де та

---- направляючі відношення в озна-

Р q

кових координатах; та

- відстані від початку координат

до довільної точки в k -мірному просторі; ©ik- кут між осями x. і xk. Зазначимо, що нами застосовувався особливий різновид біплоту - композиційний. Від звичайного бі- плоту він відрізняється тим, що при розрахунках вихідні дані вводяться у векторному, а не скалярному вигляді. Емпірично "векторами" виступають рядки таблиці даних концентрацій всіх 23 хімічних елементів щодо кожної проби (1 рядок/проба = 1 ^Da). Такі дані називають складеними (CoDa), теорія їхнього створення і обрахунку в моделі "біп- лот" викладена в (Aitchison, 2003, Aitchison, Greenacre, 2002, Martfn-Fernвndez et al., 2004).

Геохімічні засади інтерпретації геостатистичних моделей. Пошук відповідей на сформульовані вище питання груп "а" і "б" базувався на таких положеннях геохімії навколишнього середовища, як учення про типоморфні хімічні елементи і концепція гіперпростору геохімічних факторів і причин. Учення про типоморф- ність хімічних елементів - одна з базових засад феноменологічної геохімії, згідно з якою вважається, що аномалія (додатна або від'ємна) вмісту в компоненті довкілля того чи іншого хімічного елемента або їхньої групи (асоціації) говорить нам про дію і вплив у даному місці певного геохімічного чинника, процесу, умови тощо (Кист, 1987, Сает и др., 1990, Тютюнник, 2000). Типо- морфний хімічний елемент - це маркер, індикатор якоїсь геохімічної причини. Оскільки йдеться про статистичний аналіз, то з математичної точки зору "маркувальне" значення будь-якого хімічного елемента має імовірнісний характер. На основі літературних даних і власного досвіду біогеохімічної індикації (Тютюнники др., 2006; 2007; 2012) стисло охарактеризуємо найголовніші індикаційні властивості хімічних елементів, що нами визначалися у пробах мохів у межах зазначеної території. На інших територіях, в інших природних і особливо техногенних умовах індикаційні властивості визначених хімічних елементів можуть бути іншими.

K, Ca, Mg, Al, Fe, Na, Sr, Ti - група хімічних елементів, характерних для теригенного пилу, причому диференціація концентрації мікроелементів, обумовлюється відмінностями літології, величини зерен пилу із джерел їхньої емісії (Hofer et al., 2013). Крім цього, К є важливим біогеном, вміст якого в рослинах в умовах потужного техногенезу в силу фізіологічних причин може суттєво зменшуватися. Ca і Mg є також і маркерами процесів техногенезу в будіндустрії й будівництві. Ti є маркером процесів техногенезу в титановій гірничодобувній, гірни- чозбагачувальній промисловості, а також у целюлозно- паперовій (використовується ТіО2). Al чутливо реагує на рН атмосферних опадів, збільшуючи рухомість у кислому середовищі; підкреслюючи зв'язок з високомобіль- ною фракцією в ґрунтових продуктах високого ступеня вивітрілості (Lazo P. et al., 2018). Натомість діаграми Al- Ti використовуються для геохімічної інтерпретації джерел теригенного пилу: базальтового, середнього і гранітного складу (Huisman et al., 2000), а Al-К - для дискримінації їх за літологічним складом (Cox et al., 1995). Fe - індикатор крупнодисперсного пилу, що утворюється в результаті корозії й механічної дезінтеграції рухомих частин машин, механізмів. Na може виступати маркером протиожеледних заходів на автомобільних дорогах. Sr може вказувати на забруднення довкілля стро- нцієм-90 (у нашому випадку від аварії на ЧАЕС).

Групу хімічних елементів Zn, Cu, Pb, Ni, Cr, V, Co, Cd звичайно називають важкими металами (ВМ) і пов'язують з різноманітними, здебільшого пірогенними, процесами техногенезу. Вважається, що важкі метали мігрують у повітрі здебільшого у формі дрібнодисперсних аерозолів конденсації й здатні розноситися на великі відстані. Крім цього, Zn, Cu як біогенні мікроелементи можуть бути маркерами розвитку і підсилення процесів біогенезу, а Pb, Cr, Cd - навпаки, індикаторами пригнічення процесів життєдіяльності рослин, у тому числі й мохів. V часто розглядають як маркер атмосферного забруднення високими (через димові труби) атмосферними викидами ТЕС і котельних, а Pb - як маркер низьковисотних, переважно автотранспортних, викидів. Ni, Co, Cd можна вважати ще й маркерами дальнього - регіонального і глобального - атмосферного перенесення забруднювальних речовин на територію дослідження ззовні. Майже всі ВМ із зазначеного списку є індикаторами впливу на довкілля різних галузей машинобудування, хімічної, цементної промисловості.

Сірка є маркером пірогенних викидів SO2 і кислих опадів. Водночас сірка є і важливим біогеном. Біогенним хімічним елементом є також Р. А Mn як полівалентний елемент є найкращим індикатором рН і Eh умов атмосферної та біогенної міграції природних речовин і продуктів техногенезу (добрим індикатором цього є також хром).

Як зазначається в Heavy Metal (2015), у 2005 р. до списку пріоритетних забруднювачів повітря у Європі було введено також стибій. Цей металоїд має сильні антифрикційні властивості й тому разом з оловом (сплав бабіт) набув широкого використання в підшипниках ковзання. Різновидом останніх є гальмівні колодки. Тому Sb масово надходить у придорожні ландшафти. Аерозолі, що містять Sb, є дрібнодисперсними, але не пірогенними (на відміну від тих, що містять, напр., той же свинець). Тому і закономірності розподілу Sb-вмісних аерозолів у придорожніх ландшафтах відрізняються від таких, характерних для автотранспортних пірогенних аерозолів конденсації. Це можна бачити на прикладі даних, що наводяться у Ворончихина и др. (2014).

Індикаційні властивості В, Ва, Se на сьогодні вивчено недостатньо.

Коли типоморфні щодо певного геохімічного процесу елементи збираються в кластер, ми визначаємо сутність і природу цього процесу, тієї геохімічної причини, що обумовила виникнення саме такого кластера. Факторний аналіз і біплот використовуються для виявлення таких кластерів та їхньої подальшої емпірико-імовірнісної інтерпретації (Angelovska S. et al., 2016; Balabanova B. et al., 2016; Dimovska B. et al., 2014; Lazo P. et al., 2018). Картографічний аналіз просторових кореляцій значущих факторів і біплот дають можливість також змоделювати розподіл геохімічних чинників по території.

Результати та їхнє обговорення

Емпіричний аналіз. У табл. 1 подано дані щодо вмісту хімічних елементів у зразках моху Pleurozium schreberi, усереднених за виокремленими вище "природними" і "техногенними" групами пробовідбору. Як бачмо з рядка "усі точки", порядок розташування хімічних елементів є ні чим іншим, як рядом накопичення їх у моху. Але цей ряд не є строгим. Залежно від природних та/або техногенних умов накопичення хімічних елементів деякі з хімічних елементів, особливо ті, регіональні кларки яких для моху P.schreberi є близькими, міняються місцями. У групі "Полісся" послідовність нагромадження у моху не витримується для сукупностей Fe/Mn, Sr/Ti; у групі "лісостеп" - для Na/P, Zn/Ba/Sr, Pb/Ni, Se/Co; у групі "фон" - для сукупностей Mg/S, Fe/Mn; у групі "напівфон" - для Sr/Ti; у групі "техноген" - для Mg/S, Fe/Mn. Найближчим до порядку елементів у ряду накопичення "усі точки" є їхній порядок у ряду групи "напівфон", тут порядок накопичення порушується лише парою Sr/Ti та й то в межах статистичної похибки ("21,2" проти "21,4"). Можемо припустити, що загальний ряд накопичення хімічних елементів у моху P.schreberi з найбільшою вірогідністю відбиває умови їхнього накопичення в ньому, властиві для напівфонових умов, тобто для територій помірного та/або малопомітного техногенезу. Інша цікава особливість щодо порушення послідовності нагромадження хімічних елементів у моху полягає в тому, що найчастіше в ряду накопичення міняються місцями залізо і марганець, причому з досить помітними відмінностями в концентраціях (2,7 %, % і 11,7 %). Ми вважаємо, що це є свідченням "надмірної" чутливості марганцю до pH і Eh атмосферних опадів і гідрометеорів.

На деякі важливі міркування наводять дані щодо розподілу за групами точок пробовідбору найвищих і найнижчих концентрацій хімічних елементів у моху. 15 із 23 елементів концентруються краще в лісостепових пробах, аніж поліських. Насамперед це стосується елементів, властивих природному пилові (K, Ca, Mg, Al, Fe, Ti). Це зрозуміло, оскільки природний пилопідйом у лісостепу вищий, аніж у зоні мішаних лісів (через більш високі швидкості вітру, більшу розораність і дрібніший гранулометричний склад четвертинних відкладів). Щодо типових продуктів техногенезу, то одні з них більш нагромаджені в поліських пробах (Mn, Zn, Pb, Cd, Sb), інші - у лісостепових (S, Cu, Ni, Cr, Co).

Розподіл хімічних елементів за групами точок за умовами й інтенсивністю атмосферного забруднення такий. Максимального вмісту в мохах групи "фон" не спостерігається для жодного хімічного елемента, натомість у них найбільша кількість елементів з мінімальними концентраціями (17 із 23), що є закономірним. Зокрема, тут найнижчі концентрації важких металів Zn, Cu, Pb, Ni, Cr, V, Cd, Co, Sb. Найбільше забруднені проби групи напів- фону: 15 хімічних елементів (із 23) із максимальними концентраціями і лише один (Mn) з мінімальною. Причому високий і підвищений вміст спостерігаються переважно для елементів теригенного пилу. Натомість більшість важких металів (Mn, Zn, Pb, Ni, Cr, Cd, Co, Sb) краще накопичуються у пробах групи "техноген".

Загальний геостатистичний аналіз. У табл. 2 подано результати факторного аналізу для усієї вибірки проб, а на рис. 1 - результати моделювання цієї вибірки методом "композиційний біплот".

Таблиця 2

Результати факторного аналізу даних про вміст хімічних елементів у зразках моху Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., відібраних у Житомирській, Київській і Чернігівській областях в 2015-2017 рр. (напівжирним підняті статистично значимі коефіцієнти)

Хімічні елементи

Коефіцієнти факторних навантажень

F1

F2

Fs

F4

F5

Fa

K

0,575

0,174

-0,057

0,088

0,016

0,616

Ca

0,876

0,154

-0,037

-0,109

0,110

0,084

Mg

0,854

0,122

0,051

0,100

-0,148

0,058

S

0,324

0,068

0,262

0,690

0,100

0,052

Al

0,339

-0,151

0,321

0,072

0,256

0,612

Mn

-0,014

0,060

-0,065

0,046

0,131

0,503

Fe

0,788

-0,172

0,118

0,130

0,122

0,007

Na

0,632

0,327

0,047

-0,514

-0,002

-0,151

P

-0,140

0,189

0,007

0,794

0,095

-0,034

Zn

0,250

-0,186

-0,564

0,251

0,107

0,028

Ba

0,581

-0,390

0,469

0,085

-0,187

0,147

Sr

0,010

0,181

0,575

0,107

0,577

0,093

Ti

0,344

0,318

0,777

0,127

0,158

-0,021

B

0,028

-0,087

0,084

-0,131

0,816

0,403

Cu

-0,049

-0,296

-0,096

0,098

0,835

0,082

Pb

-0,058

-0,690

-0,401

0,042

0,108

-0,113

Ni

-0,101

-0,838

-0,034

-0,135

0,191

0,180

Cr

-0,118

0,202

0,298

-0,306

-0,173

0,554

V

0,061

-0,071

0,761

0,277

0,160

0,171

Se

0,529

0,152

-0,289

-0,055

0,022

-0,477

Co

0,068

-0,124

0,103

0,190

0,651

-0,085

Cd

0,058

-0,872

-0,167

-0,037

0,024

-0,141

Sb

0,258

0,685

-0,235

0,093

-0,328

0,213

Відсоток накопиченої дисперсії

20,5

16,2

12,9

7,74

6,84

5,96

При інтерпретації результатів факторного аналізу до уваги, як основні індикаторні хімічні елементи, бралися ті, що мають за модулем коефіцієнти факторних навантажень (КФН) не менше 0,7 і як допоміжні - з КФН не менше 0,6.

Для F1, як бачимо з табл. 2, основними індикаторними елементами є Ca/Mg/Fe і допоміжним - Na. Усі вони входять до складу крупнодисперсного природного пилу. То ж F1 у першому наближенні відбиває вплив на мохи природного пилу. До такого висновку ми приходили раніше (Тютюнник и др., 2005), і його ж дотримуються інші автори, які вивчали забруднення атмосфери шляхом факторного аналізу даних бріогеохімічної індикації (Stain et al., 2001, Culicov et al., 2002, Frontasyeva et al., 2002). Цей потужний фактор - "ґрунтове джерело", наприклад, сягає 34,3 % накопиченої дисперсії в дослідженні (Lazo P. et al., 2018).

Утім відсутність в асоціації Al наштовхує на певні коригування цієї думки. Для природного крупнодисперсного пилу Al як "провідний" компонент алюмосилікатів - притаманний, для техногенного - ні. Тому, якщо Al з асоціації випадає, то є підстави припустити, що причина не тільки в природному пилові. Тому в цій роботі ми інтерпретуємо Fi як фактор, що відбиває забруднення повітря крупнодисперсним пилом і природного теригенного і техногенного походження. Таке припущення підкріплюється тим фактом, що Ca є маркером не тільки теригенного крупнодисперсного пилу, а й того, що утворюється в будінду- стрії й будівництві, а Fe є потужним маркером крупнодисперсного пилу, що виникає при корозії й механічній дезінтеграції металевих частин машин і механізмів.

У біплоті асоціація Ca/Mg/Fe теж має достатню статистичну репрезентативність, оскільки її промені проходять через гущу точок в ознаковому гіперпросторі. Але внаслідок того, що їхні проекції квазівертикально спрямовані, немовби направлені "на читача" (рис. 1 ), створюється їхнє скупчення у центрі графіка, що не перешкоджає адекватній візуальній оцінці їхніх фактичних довжин.

Водночас біплот показує, що інші важливі теригенні елементи - K, Na, Ti досить відчутно відриваються від асоціації Ca/Mg/Fe. Sr також далеко відходить від свого природного геохімічного аналога Са. Із групи теригенів випадає і Al (аналогічно тому, як це мало місце у факторному аналізі). Усе це в сумі є непрямим свідченням того, що у формуванні регіонального атмосферного навантаження крупнодисперним теригенним пилом процеси "дезінтегративного техногенезу" відіграють роль важливішу, аніж це вважалося раніше. У роботі (Дьяченко и Матасова, 2015), наприклад, показано, що прискореному забрудненню ґрунтів важкими металами в 1990-х рр. у деяких районах Росії сприяло інтенсивне розвантаження і перевантаження металевого лому - типові процеси, що викликають механічну дезінтеграцію й утворення відповідних крупнодисперсних аерозолів.

У роботах, в яких застосовувалася факторизація бріо- геохімічних даних (Тютюнник и др., 2005; Stain et al., 2001; Culicov et al., 2002; Frontasyeva et al., 2002; Lazo P. et al., 2018), говориться, що другий або третій, після "теригенно-пилового", фактор є фактором атмосферного забруднення довкілля техногенними викидами промисловості й транспорту, які із згідно сучасними уявленнями геохімії навколишнього середовища (Сает и др., 1990) формуються здебільшого дрібнодисперсними аерозолями конденсації. Типовими компонентами цих аерозолів вважаються важкі метали Zn, Cu, Pb, Ni, Co, Cd. Згідно з табл. 2 усі ці хімічні елементи мають спільним те, що їхні КФН по F2 від'ємні. Але лише для Pb, Ni та Cd КФН за абсолютними значеннями досягають таких величин, що ці елементи можна вважати такими, які достеменно відбивають дію певних геохімічних причин (утім факт від'ємних значень КФН для Zn, Cu і Co теж цілковито ігнорувати не слід). Можна вважати, що по F2 окреслює вплив на мохи дрібнодисперсних техногенно-конденсаційних аерозолів. Але виявляється цей вплив досить специфічно, непрямо, не як пряме і безпосереднє зростання концентрацій ВМ у мохах. Про це говорять від'ємні значення КФН. Ми припускаємо, що через від'ємні значення КФН елементів-мар- керів конденсаційних аерозолів по F2 відображається строкатість і просторова різноманітність приземного атмо- техногенного поля на дослідженій території. І це розмаїття обумовлюється двома основними причинами:

Страница:


Подобные документы

  • Розрахунок концентрації забруднення в приземному шарі атмосфери

    Класифікація пристроїв для очищення повітря від пилу. Розрахунки забруднення повітряного басейну шкідливими речовинами, що викидаються в атмосферу джерелами викидів Ізюмського Державного лісогосподарського підприємства. Розробка проекту нормативів ГДВ.

    дипломная работа [247,1 K], добавлен 16.02.2012

  • Динаміка вмісту забруднених речовин

    Автотранспорт та промислові об'єкти як головні джерела забруднення атмосферного повітря м. Ужгород. Аналіз чинників, які впливають на рівень забруднення. Дослідження вмісту шкідливих речовин у поверхневих водах. Моніторинг земельних ресурсів та надр.

    курсовая работа [671,2 K], добавлен 26.07.2015

  • Аналіз канцерогенних ризиків мешканців промислових міст Донецької області

    Дослідження ступеню забруднення атмосферного повітря Донецької області канцерогенними речовинами. Джерела викидів та визначення індексу забруднення атмосфери токсинами. Соціально-гігієнічний моніторинг ризику онкологічної захворюваності населення.

    дипломная работа [2,2 M], добавлен 03.07.2011

  • Особливості міграції тритію в зоні активного водообміну (на прикладі Київського сховища радіоактивних відходів)

    Визначення закономірностей поширення тритію у приземному шарі атмосфери внаслідок емісії парогазової суміші з аварійних сховищ РАВ. Оцінка небезпеки тритієвого забруднення атмосфери для населення в зоні впливу аварійного сховища радіоактивних відходів.

    автореферат [607,6 K], добавлен 08.06.2013

  • Атмосфера

    Атмосфера, як частина природного середовища. Атмосферне повітря. Склад атмосфери. Баланс газів в атмосфері. Природне й штучне забрудненя атмосфери. Наслідки забруднення атмосфери людством. Заходи щодо охорони атмосферного повітря від забруднення.

    реферат [27,7 K], добавлен 15.07.2008

  • Забруднення атмосфери. Джерела та наслідки забруднення

    Джерела і речовини хімічного забруднення атмосфери. Контроль за викидами в атмосферу. Забруднення від автотранспорта, літаків. Вплив оксидів вуглецю, азоту, діоксида сірки, сірчаного ангідрида, радіоактивних речовин на людину, рослинний і тваринний світ.

    реферат [43,1 K], добавлен 23.09.2009

  • Проблеми забруднення атмосфери та шляхи їх вирішення

    Парниковий ефект, кислотні дощі та смог. Промислові викиди в атмосферу. Природні джерела забруднення атмосфери. Вплив діяльності людини забруднення атмосферного повітря та його наслідки. Заходи, здійсненні для сповільнення руйнування озонового шару.

    реферат [171,2 K], добавлен 20.06.2015

  • Забруднення навколишнього середовища України

    Значення води в природі й житті людини, чинники забруднення. Хвороби, до яких призводить споживання забрудненої води. Джерела забруднення атмосфери. Ліс як складова біосфери. Вплив виробництва на здоров'я людини. Найбільш актуальні екологічні проблеми.

    презентация [1,3 M], добавлен 27.02.2011

  • Розрахунок, аналіз та прогноз забруднення території при викидах забруднення точковим джерелом

    Моніторинг стану повітряного басейну. Вплив наслідків забруднення атмосферного повітря на стан здоров'я населення. Розрахунок максимального значення приземної концентрації шкідливих речовин. Механічні, фізичні, хімічні методи очистки газопилового потоку.

    курсовая работа [135,0 K], добавлен 26.06.2014

  • Вплив техногенного забруднення атмосфери на лісові насадження правобережжя Середнього Придніпров’я

    Розвиток лісових екосистем за умов техногенного забруднення атмосфери (огляд літератури). Токсичність газоподібних речовин. Особливості аеротехногенного пошкодження. Природні умови розвитку лісових екосистем регіону. Стан деревостанів Черкаського бору.

    дипломная работа [2,8 M], добавлен 28.12.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены