Специализация и территориальное размещение промышленных предприятий, современное состояние улично-дорожной сети и интенсивность транспортных потоков по ним, главным образом, определяют особенности техногенного накопления свинца в почвах города.
Особенности техногенной концентрации свинца в почвах г. Тюмени
Граница статистически достоверного накопления свинца в почвах, когда его концентрация в 2 — 3 раза превышает фоновые показатели, совпадает с внешними границами городской застройки. От периферии к центру города концентрации свинца в почвах постепенно увеличиваются и достигают 10 —50-кратных фоновых показателей. Около 90% свинца (как и других атмотехногенных поллютантов) накапливается в самых верхних горизонтах (0—10 см) городских почв. Книзу концентрация свинца экспоненциально снижается и уже на глубине 10—30 см выходит на фоновый уровень.
Общие запасы свинца в верхнем аккумулятивном десятисантиметровом горизонте почв г. Тюмени оцениваются (при среднем удельном весе почв, равном 1,3 г/см3) в 200—3500 т. Однако территориальное распределение этих запасов и его отражение в экспликации почв с разной степенью свинцового загрязнения диаметрально противоположны (табл. 5.36).
Таблица 2
Экспликация загрязненных свинцом городских почв
| Степень загрязнения, кратная фоновому содержанию | Площадь ореола, га | % | Запасы накопленного свинца, т | % |
| 1-2,5 (низкая) | 9266,4 | 40,8 | 200 | 4 |
| 2,6-5,0 (средняя) | 9325,8 | 41,1 | 450 | 9 |
| 5,1-10,0(высокая) | 3399,9 | 15,0 | 900 | 18 |
| 10,1-50,0 (очень высокая) | 713, | 3,1 | 3500 | 69 |
Более чем на 40% территории города почвы имеют среднюю, около 20% — высокую и очень высокую степень загрязнения свинцом. Но именно в этой одной пятой части городской территории находится 80 —90% запасов свинца в почвах.
Педогеохимическая мозаичность в накоплении свинца в почвах является результатом, в первую очередь, территориальной неоднородности атмотехногенного его поступления. Резкий подъем содержания свинца в атмотехногенных поступлениях в европейских странах и в Америке приходится на 40-е годы нашего столетия, который фиксирует, с одной стороны, начало интенсивного роста промышленного производства, с другой — использования тетраэтилсвинца в бензине. В Тюмени аналогичный рост связан с началом «нефтяной лихорадки» в 50-х годах. Значит, существенная часть запасов свинца в почвах г. Тюмени накопилась в течение последних 50 лет. За этот срок ежегодно территории города с низким уровнем загрязнения получили около 36 мг/м2, со средним, сильным и очень сильным уровнями загрязнения — соответственно 80,4; 441,2 и 8179,1 мг/м.2.
В г. Тюмени, таким образом, интенсивность свинцового загрязнения почв по сравнению с мировыми показателями в 4—800 раз больше. Она значительно превосходит количество выпадений свинца, характерных для промьшленно развитых регионов вне прямого воздействия техногенных источников — Польши, Германии, многих штатов США (18,2; 10,8 и 28,6—70 мг/м2 соответственно).
Ореолы с высокими уровнями атмотехногенного поступления в почвы свинца охватывают все предприятия Затюменского, Центрального, Южного и Юго-Восточного промышленных узлов на правобережье р. Туры и Тарманского и Северного — на левобережье.
Отростки ореолов с аномально высокими концентрациями свинца тремя лопастями вытянуты из общего центра, находящегося в Затюменском промышленном узле в северовосточном, восточном и юго-восточном направлениях (рис. 5.20). По их осям симметрии проходят Транссибирская железная дорога, несколько центральных городских автомагистралей с интенсивным движением автотранспорта (ул. Республики, Щербакова и др.), Велижанский и Тобольский тракты.
Среди педогеохимических аномалий свинца особенно выделяются почвы Затюменского промышленного узла и прилегающих к нему территорий. Здесь, в зоне непосредственного влияния аккумуляторного завода, наблюдается статистически достоверное 3—4- кратное преобладание свинца среди других тяжелых металлов, территориально ассоциированных со свинцом
Кластерный анализ на основе данных наблюдения в 200 равномерно расположенных узлах сеточной области 21 элемента (Mn, Ti, V, Ga, Be, Y, Yb, Ba, Li, Co, Cu, Zn, Ag, Pb, Sn, P, Cr, Mo.Ni, W и Ge) показал, что при доверительной вероятности 95% в выборочном коэффициенте 0,60 свинец с серебром, цинком и медью образует территориально-геохимическую ассоциацию элементов. Это свидетельствует о гетерогенности и полиэлементности педогеохимичееких аномалий свинца. Там, где свинец в городских почвах является ведущим элементом техногенных аномалий, ранжированные ряды накопления тяжелых металлов имеют следующий вид:
Затюменский промузел:
Pbl3,l>Ni3,8> >Zn2,9>W2,9>Cu2,0>Col,6;
Центральный промузел:
Pb5,5>Ni4,5> >Zli2,2>Cu2,I>Co2,0>Mol,8>Wl,8;
За исключением вольфрама и молибдена все вышеназванные элементы в створе техногенного потока в почвах обнаруживаются на расстоянии до 40 км от соответствующих промышленных узлов, далеко за пределами города, образуя вокруг него полиэлементный ореол. В нем свинец является самым значительным по уровню содержания и самым устойчивым по дальности обнаружения в почвах загрязнителем.
Высокий уровень поступления в почвы свинца отражается не только в радиусе его урбоэкологического ореола, но и в особенностях его накопления в почвах различных функциональных зон уже внутри города. Ореолы с высоким и очень высоким уровнями свинца в почвах не замыкаются пределами промышленных узлов. В сферу непосредственного воздействия источников свинцового загрязнения вовлекаются территории более чем половины селитебной зоны, значительная часть городских рекреационных лесов и парков. Подсчет средних концентраций свинца в узлах равномерной сетки в пределах каждой из перечисленных функциональных зон показывает, что под влиянием техногенного пресса ожидаемые (из-за их функциональной принадлежности) различия между ними совершенно стираются (табл. 3).
Таблица 3
Суммарные уровни загрязнения тяжелыми металлами (А) и концентрации свинца (относительно к фону) в почвах (Б) отдельных функциональных зон
| Функциональные зоны | А | Б |
| Промышленная | 1,8 | 5,6 |
| Селитебная | 21,2 | 5,8 |
| Рекреационная | 18,0 | 5,5 |
Поэтому, как и на территории промышленной зоны, в скудно озелененных микрорайонах города, селитебной зоне со значительной долей частного сектора вероятность поступления свинца в организм человека непосредственно с вдыхаемой пылью или через трофические цепи становится весьма высокой. Запасы свинца в почвах для этого больше чем достаточны, на каждого жителя в настоящее время приходится 8400 г свинца. Заметим при этом, что пределы устойчивости человека к свинцу в почвах находится у 20 мг/кг почвы. Относительно к пищевым продуктам этот предел еще ниже: от 0,05 мг/кг для молочных продуктов до 0,5 мг/кг — для овощей и фруктов.
В этих жестких условиях способность жителей г. Тюмени противостоять свинцовому давлению во многом зависит от устойчивости самих почв к загрязнению свинцом, от их способности к самоочищению, перспективы их оздоровления.
Устойчивость городских почв к загрязнению свинцом, перспективы их оздоровления
Регулирование содержания свинца в почвах может быть осуществлено путем применения радикальных технологии очистки, корректировкой способности почв к самоочищению, использованием методов повышения устойчивости почв к свинцовому загрязнению. Радикальные технологии очистки почвы от свинца основаны на явлениях экстракции и ионообменных реакций, промывки под высоким давлением с последующей экстракцией. Эти технологии уменьшают содержание свинца в почвах в 100—1000 раз. Стоимость обработки 1т загрязненной свинцом почвы эквивалентна 80—200 долларам США. Для очистки от свинца 10-сантиметрового слоя только сильно - и очень сильно загрязненных почв г. Тюмени в случае применения вышеназванных технологий сегодня по курсу 25 рублей за 1 доллар потребуется 11—27 млрд. руб.
Что же касается самоочищения почв, об этом имеет смысл говорить только по отношению к органическим загрязнителям или легколетучим элементам. Самоочищение почв от свинца если и может идти, то только путем растворения его соединений и последующего их удаления из почвенной толщи. Но абсолютное большинство распространенных в почвах соединений свинца труднорастворимо. Поэтому в наиболее благоприятных условиях лишь малая часть (до 1%) от ежегодно поступающего техногенного свинца выносится за пределы почвенного профиля, более чем 99% накапливается почвами. Даже при полном прекращении поступления свинца в почвы самоочищение от уже накопившихся запасов свинца в ландшафтно-климатических условиях г. Тюмени может длиться десятки, сотни тысяч лет. Природные средства удаления свинца в масштабах времени, соизмеримого с жизнью человека, таким образом, неэффективны, и фактически происходит загрязнение почв «на вечные времена». Практически свинцовое загрязнение может изжить и пережить всю земную цивилизацию.
Но при этом не следует забывать, что городские почвы как открытая система, с некоторыми допущениями, постоянно находятся в поле действия принципа Ле Шателье, который гласит: если в химическую систему, находящуюся в равновесии, добавить какое-нибудь вещество, реакция сместится таким образом, чтобы равновесие восстанавливалось в результате поглощения части добавленного вещества. В условиях города Тюмени, где уровень загрязнения достигает десятков фоновых уровней, ответная реакция почв будет иметь направленность, в основном, в сторону уменьшения активности свинца, в сторону его закрепления. В результате почвы приобретают свойство буферности, устойчивости к загрязнению свинцом.