Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Екологія arrow Самоочищення природного середовища після чорнобильської катастрофи
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Критерії самоочищення радіаційно забруднених екосистем

На нинішньому етапі практично повного контролювання радіоекологічної ситуації, наявності величезних масивів даних щодо забруднення екосистем та їх елементів, зібраних протягом 17 років, прогнозування розвитку радіоекологічної ситуації та наукового обґрунтування заходів щодо реабілітації радіаційно забруднених територій є головною передумовою мінімізації антропогенного втручання у техногенно перевантажене навколишнє середовище, що дає змогу запобігти марному витрачанню коштів.

Екологічна оцінка наслідків техногенного забруднення навколишнього середовища, прогнозування змін його якості пов'язані з аналізом і узагальненням надзвичайно різнорідної, багаторівневої інформації, що охоплює різні сфери наукових знань. Різнобічність підходів і багатоваріантність існуючих на цей час принципів екологічного аналізу багато в чому визначаються методами та цілями дослідження. Проте всіх їх об'єднує необхідність функціонального струк- турування екологічного простору, що полягає у виборі такого способу групування природних, техногенних, соціальних і господарчих чинників, який послідовно підводить до вирішення прикладної або теоретичної проблеми.

Специфіка радіоактивного забруднення, його динаміка, надзвичайна різноманітність геоекологічних ситуацій, чинників і процесів природокористування на території Українського Полісся зумовлюють необхідність їх дослідження у різних часових зрізах, на різних територіально- ієрархічних рівнях. Тому в методичному аспекті широке коло теоретичних і прикладних проблем, що виникли внаслідок Чорнобильської катастрофи, доцільно вирішувати засобами системного аналізу [188, 310]. В основу дослідження і оцінки еколого-радіогеохімічних ситуацій покладено концепції:

  • • цілісності природи, взаємозв'язку компонентів ландшафту, чим зумовлено проявлення “ланцюгових” реакцій в усій природній системі внаслідок впливу на один з її компонентів [151];
  • • стійкості природних ландшафтів до техногенезу [66];
  • • територіальної диференціації природних і соціально-господарчих умов, необхідності їх врахування у цілях регіонування екологічної політики [294, 351].

Самоочищення радіоактивно забруднених екосистем відбувається під дією широкого комплексу фізико-хімічних, фізико-географічних, педогео- хімічних і біогеохімічних процесів міграції та інактивації забруднювачів, що зумовлюють виведення їх за межі трофічних ланцюгів [42, 105]. Тому першорядного значення набуває розробка способів взаємного пов'язування різноманітної і часто різноякісної інформації з різних сфер наукових знань, а також “ущільнення” інформації, зведення її у невелику кількість ємних інформативних параметрів та інтегрованих показників [288]. Першим етапом є групування численних чинників природного середовища, показників фізико-хімічних змін, міграційних процесів тощо у невелику кількість видів, що в цілому відображає тематичний зміст і ідеологічну концепцію досліджень (рис. 7.1).

За класифікаційними ознаками виділено два основних критерії самоочищення: радіаційне та геохімічне поле ландшафту. На формування радіаційного поля впливають техногенні та фізико-географічні чинники, геохімічного – геохімічна активність ландшафту та динамічність міграційних потоків. Процеси радіоактивного розпаду та деструкції випадінь, які відбуваються незалежно від умов середовища, пов'язані з фізико-хімічними чинниками самоочищення. Геохімічна активність ландшафту визначається фізико-хімічними властивостями середовища, які спричинюють процеси трансформації радіонуклідів. Динамічність міграційних потоків визначається ландшафтно-геохімічними умовами. Критеріями, за якими проводиться оцінка швидкості самоочищення, є константи швидкості фізико-хімічних і геохімічних процесів трансформації і міграції забруднювачів.

Варіант системної організації ландшафтів радіоактивно забруднених територій наведено в табл. 7.1. Виділено п'ять ієрархічних рівнів системної організації природних ландшафтів: речовинно-фазовий, ґрунтово-профільний, біогеоценотичний, ландшафтний і геосистемний. Кожному рівню відповідають певні системи і підсистеми сполук хімічних елементів, а також тих природних і техногенних чинників, що характеризують буферні властивості і механізми, які стабілізують екологічну самоорганізацію біогеоцено- зів, як початкову ланку трофічного ланцюга.

Схема ієрархічної підпорядкованості систем, підсистем і процесів відповідає можливості спряженого і разом з тим відносно автономного розгляду взаємодій природних, техногенних і господарських об'єктів у рамках систем різного рівня. При цьому стартові умови та перебіг еколого-геохімічних процесів у природно-техногенних системах визначають фізико-хімічні властивості ГПК. Саме у ґрунті відбуваються геохімічні процеси трансформації та міграції техногенних речовин, що передують надходженню в організм людини за харчовими ланцюгами і з питною водою. Тому властивості ґрунту є основою для розрахунку комплексу інтегрованих показників як природно-техногенної системи в цілому, так і окремих гілок міграційних процесів, що характеризують розсіювання і вторинну локалізацію токсикантів,

Критерії самоочищення радіаційно забруднених екосистем

Рис. 7.1. Критерії самоочищення радіаційно забруднених екосистем:

ΣE – сума обмінних основ; Cорг – вміст органічного вуглецю; w – вміст у водній (дистильована вода) витяжці, е – вміст у сольовій (1 н. CH3COONH4) витяжці, s – загальний вміст у ґрунті

ступінь забруднення водного середовища та рослин, тобто уразливість біо- геоценозів.

На нижчому рівні ієрархії алгоритм оцінок і прийняття рішень для кожної підсистеми розробляють на основі аналізу внутрішньосистемних показників. Елементарна система сполук хімічних елементів ґрунту є компонентом систем вищого рівня (біогеоценозу, ландшафту) і, у свою чергу, може бути розчленована на підсистеми нижчого рангу: генетичного горизонту чи фаз ґрунту (мінеральна матриця, ҐПК, ґрунтовий розчин), окремих груп сполук будь-якого хімічного елемента, радіонуклідів, іонів тощо. Системотвірні відношення у кожному з рівнів підсистеми характеризуються специфічними масштабами перенесення речовин і природою взаємозв'язку компонентів. Ці ж процеси зумовлюють збереження структури і функціонування різних рівнів системи ґрунтових сполук хімічних елементів та буферні властивості ґрунту щодо зовнішньої дії в цілому [210].

Після надходження радіонуклідів в екосистему швидкість їх включення у біогеохімічний цикл залежить від швидкості розчинення матриці радіоактивних випадінь, що визначає початкову стадію процесу мобілізації. На цьо

Таблиця 7.1

Ієрархічні рівні системної організації ландшафтів, критерії і механізми геохімічних процесів самоочищення на території Українського Полісся, що забруднена радіонуклідами цезію та стронцію

Ієрархічний

рівень

Система

Підсистеми

Системовизначальні фактори та процеси

Речовинно-

фазовий

Радіоактивних випадінь

Паливні, конденсаційні

Просторове поширення, склад, фізичний стан випадінь

Елементарна система сполук хімічних елементів та радіонуклідів у ґрунтах

Мінеральна матриця ґрунту, ҐПК, ґрунтовий розчин

Фізико-хімічні параметри ҐПК і ґрунтових розчинів, насиченість неізотопними носіями, стабільними аналогами та мікроелементами, трансформація

Ґрунтово-

профільний

Сполук хімічних елементів ґрунтового профілю

Морфони, горизонти, геохімічні бар'єри

Радіальна міграція, геохімічна бар'єрність, режим зволоження, трансформація

Біогеоцено-

тичний

Сполук хімічних елементів біогеоценозу

Ґрунти, зона аерації, едафотоп

Перерозподіл речовини у біогеоценозі, забруднення трофічних ланок

Ландшафт

ний

Сполук хімічних елементів ландшафтно- геохімічних спряжень

Геохімічне спряження елементарних ландшафтів

Міграція і акумуляція речовин у ландшафті, ємність біологічного колообігу

Геосистем - ний

Сполук хімічних елементів ПТК

Геохімічних ландшафтів, каскадних систем

Тип природокористування, структура водозборів

Примітка: ҐПК – ґрунтовий поглинальний комплекс; ПТК – природно-терито ріальний комплекс.

му етапі критеріями самоочищення виступають час піврозпаду та константа швидкості накопичення забруднювачів за межами твердої фази випадінь унаслідок розчинення матриці [105, 303].

Процеси розчинення і деструкції твердофазних випадінь, результатом яких є залучення продуктів поділу в розчинній формі у гіпергенний міграційний цикл, описуються з позицій фізичної хімії та підлягають кінетичним законам (див. розд. 4.3).

Вивільнені з твердофазної матриці радіонукліди у ґрунті включаються у геохімічні процеси трансформації та міграції, швидкість яких зумовлюється геохімічною активністю ландшафту та динамічністю міграційних потоків. Поряд із прогнозом завершення деструкції випадінь це є основою для моделювання локальних еколого-радіогеохімічних ситуацій.

Трансформація форм знаходження радіонуклідів у часі істотно впливає на їх міграційну здатність і радіоекологічний стан ландшафту. Тому співвідношення форм знаходження радіонуклідів у ґрунтах використовують як інте

Таблиця 7.1

Механізми процесів самоочищення

Критерії еколого- геохімічних процесів

Інформативність і застосування критеріїв

Радіоактивний розпад, деструкція, радіоліз, розчинення твердофазних випадінь

Період піврозпаду, константи швидкості деструкції, трансформації частинок

Динаміка залучення радіонуклідів у міграційний цикл, прогноз завершення деструкції випадінь

Реакції осадження – розчинення, сорбції-десорбції, іонного обміну, гідролізу, дисоціації, комплексоутворення, окиснення–відновлення

Константи швидкості між- фазових взаємодій і рівноваг, мобілізації, іммобілізації та ремобілізації

Радіоємність окремих компонентів ґрунту, міцність фіксації і рухомість радіонуклідів

Конвекція, дифузія, лесиваж, біогенна акумуляція, консервація на геохімічних бар'єрах

Показники радіального розподілу радіонуклідів, корелятивні залежності

Гомогенізація кореневого шару, радіоємність генетичних горизонтів і геохімічних бар'єрів, інтенсивність радіальної міграції

Біологічний колообіг, метаболізм радіонуклідів, радіальна міграція

Показники біологічного поглинання, баланс розподілу радіонуклідів у біогеоценозі

Параметризація процесів міграції, забруднення трофічних ланок

Транслокація, інфільтрація і внутрішньоґрунтовий стік, біологічний колообіг

Інтегровані показники міграції

Інтенсивність винесення, потенціал самовідношіення, екологічне шкалювання чинників самоочищення та стійкості ландшафтів

Латеральна міграція, фізична та хімічна меліорація

Інтегровані показники екологічної оцінки радіогеохімічних ситуацій

Геоекологічне зонування, напрям реабілітаційних технологій

грований геохімічний показник, що характеризує вплив ландшафтно-геохімічного середовища на утворення екологічно найнебезпечнішої (водорозчинної та обмінно-сорбованої) частини забруднення. Тривалу фіксацію (іммобілізацію) радіонуклідів у ґрунтах без видалення забруднювачів із прикореневого шару розглядають як найважливіший прояв автореабілітації екосистем (див. розд. 5.2). Кожна з цих трансформацій характеризується відповідними константами швидкості розчинення частинок, мобілізації радіонуклідів, трансформації їхніх обмінних форм у водорозчинні, фіксації та ремобілізації [36, 38, 105, 303].

На ґрунтово-профільному ієрархічному рівні визначається ступінь відмінності окремих типів ґрунтоутворення у геохімічному впливі на поведінку радіонукліда. За даними багаторічних моніторингових спостережень, заглиблення центру запасу радіонукліда у ґрунтах описано прямо пропорційними (для 90Sr) та логнормальними (для l37Cs) залежностями [280] (див. розд. 5.3).

Зв'язок надходження радіонуклідів цезію і стронцію у рослини із концентрацією їх неізотопних макроносіїв у середовищі живлення характеризується залежністю (логарифмічною чи експоненційною):

[Cs, Sr] = а + b[K, Са]. (7.1)

Аналогічні залежності встановлено не лише для масових співвідношень, а й для коефіцієнтів розподілу, біогенного накопичення, дискримінації тощо [5, 180]. До істотних недоліків цих емпіричних залежностей слід зарахувати неясність фізичного смислу як самих рівнянь, так і сталих, що до них входять. Проте виявлені співвідношення, без сумніву, тією чи іншою мірою відбивають реально існуючий зв'язок, але лише з типом ґрунту взагалі.

Для прогнозних побудов і оцінок більш важливим і універсальним є нормування окремих чинників щодо впливу на міграційну рухомість радіонукліда. Внаслідок зміни ґрунтово-геохімічних умов може відбуватися зворотний процес переходу малорухомих сполук у більш рухомі форми, тобто потенційно екологічно небезпечний нині стан у майбутньому може стати реальною загрозою токсичного ураження трофічних ланок [68]. Причиною дестабілізації ґрунтово-геохімічних умов можуть бути: зміна гідрологічного режиму і окисно-відновного потенціалу ґрунтових розчинів під час осушення чи зрошення; зміна кислотно-лужних умов у разі вапнування чи кислотних дощів; зміна характеру природокористування тощо. Тому проблема виявлення чинників і процесів, що сприяють переходу техногенних речовин, які накопичилися у ґрунтах, з менш рухомих у більш рухомі форми, визначена європейською науковою спільнотою як одна із найпріоритетніших [409].

Одним із найбільш поширених засобів інтегрування взаємодії чинників природно-техногенного середовища є їх умовне (експертне) шкалювання із подальшим підсумовуванням балів з метою отримання ефекту узагальнення. У праці [261] внутрішньосистемна ієрархічна структуризація чинників середовища ґрунтово-профільного рівня розроблена на основі кількісної оцінки внеску кожного окремого чинника у ті геохімічні процеси, які зменшують рівень надходження токсичних елементів у трофічні ланцюги. За геохімічний репер, згідно з яким методом багатовимірної регресії проведено кількісне екологічне шкалювання природних чинників, використано радіальний розподіл 137Cs у ґрунтах, зразки яких були відібрані у різних типах ландшафтів Українського Полісся. Встановлено, що сумарну дію незалежних компонентів системи ґрунтового профілю на міграційну здатність l37Cs найповніше відображує такий комплекс природних факторів: вміст фізичної глини; Eh; рівень насиченості мікроелементами; pH; вміст обмінних катіонів (Са, Mg, Na, К) і стабільних аналогів радіонукліда (Cs, Rb). Цю методику рекомендовано для оперативного розрахунку геохімічної активності різних типів ландшафтів як основу для кількісної оцінки їхньої здатності до самоочищення.

Розробку типології природно-техногенних екосистем біогеоценотичного ієрархічного рівня побудовано на кількісній оцінці тих процесів самоочищення, що визначаються динамічністю середовища міграції, ємністю біологічного колообігу та особливостями метаболізму токсичних елементів. Інтегровані екологічні показники основані на балансових розрахунках і являють собою похідні від тих гілок міграційного перерозподілу техногенних випадінь у біогеоценозі, що характеризують процес самоочищення, а саме:

  • 1) виведення забруднення за межі ґрунтового шару кореневого живлення рослин унаслідок процесів радіальної міграції;
  • 2) виключення токсичних елементів із загальних міграційних потоків унаслідок їх педогеохімічної трансформації у відносно інертний стан (хелатування, сорбція, утворення слаборозчинних мінеральних сполук);
  • 3) тривала консервація у багаторічній рослинності (коріння, деревина).

Параметр “біологічне накопичення” було введено у практику прикладних біогеохімічних досліджень у пошуковій геохімії з метою порівняння різних частин території для виявлення “шумових” (щодо геохімічного фону) ефектів, які могли бути пов'язані із наявністю руди, локалізованої у віддалених від земної поверхні горизонтах літосфери. У цьому варіанті аналітичні дані інтерпретували на основі розрахунку безрозмірних коефіцієнтів біологічного накопичення, виражених через відношення вмісту елемента у рослині до його вмісту у ґрунті (на одиницю маси).

В еколого-геохімічних дослідженнях, зокрема у випадку техногенного забруднення, цей варіант способу оцінки інтенсивності біологічного поглинання став менш актуальним щодо його прикладного використання. В екологічній геохімії і агрохімії особливу увагу приділено визначенню масових потоків, яке здійснювали для оцінки масштабності потоку токсикантів у їстівні ланки або з метою фіторемедіації, тобто визначення доцільності застосування фітотехнологічних способів очистки забрудненої території. Тому дослідження, спрямовані на виявлення просторових відмін в особливостях біогенного поглинання окремих (індикативних) рослинних видів, було переорієнтовано на оцінку масового потоку в ценотичні угруповання (див. розд. 5.4.4-5.4.8). Насамперед це стосується агроценозів.

Рослини є індикатором забруднень та їх біологічних наслідків у навколишньому середовищі. Тому застосування балансового методу при дослідженні міграції радіонуклідів через рослинні асоціації визначає перехід від якісного розуміння еколого-геохімічних процесів до кількісного. Тільки таким чином можливо визначити роль окремих геохімічних процесів у природно-техногенних потоках. Суть балансових оцінок полягає у визначенні перерозподілу запасу активності між складовими біогеоценозу, а також тієї частки загального запасу, що припадає на окремі гілки процесів самоочищення. Ці дані є основою для розрахунку дозових навантажень та з'ясування ступеня забруднення компонентів ландшафту, що залучені до господарського використання, згідно з санітарно-гігієнічними нормативами.

На верхніх рівнях ієрархії вирішуються завдання, пов'язані з визначенням просторових закономірностей геохімічного перерозподілу техногенного забруднення. Першим етапом (проблемою) є розробка принципів “деком- позиції” природно-техногенної системи, тобто виділення відносно автономних об'єктів спостереження, природокористування та управління. З одного боку, вони є техногенними підсистемами екосистеми, а з іншого – природно-соціальними об'єктами.

Для розчленування природно-територіальних комплексів за геохімічними критеріями базовою є концепція однорідності умов міграції речовини

Структурна схема загального екологічного простору радіоактивно забруднених територій

Рис. 7.2. Структурна схема загального екологічного простору радіоактивно забруднених територій

[247]. Для районування територій за цим критерієм доцільно застосовувати принципи типології, які розробив А.Г. Перельман [241]. Відповідно до цієї проблеми використовують фрагмент (тріада) ієрархічного ряду типологічних одиниць геохімічної класифікації елювіальних ландшафтів, а саме: клас – рід – вид. Перелічені одиниці належать до мезорівня класифікаційної ієрархії і утворюють таксон “геохімічний ландшафт” – природний, відносно однорідний життєвий простір біоценозу.

На другому етапі, тісно пов'язаному з першим, розробляються систематика і модельний опис геохімічних процесів, що є істотними для підсистем, а також характеристика їх взаємодії з іншими елементами природно-техногенних систем. Ця проблема зводиться до обґрунтування і реалізації комплексних систем прогнозування техногенних змін екосистем, а також відповідних схем моніторингових спостережень.

Результати впливу одного і того ж типу ландшафту на тотожні за складом, щільністю і формою радіоактивні та інші токсичні випадіння мають різний екологічний зміст залежно від різновидів існуючої і майбутньої (що планується) інфраструктури. Функціональний тип ландшафту – це результат процесу природокористування, його технології та тривалості. Кожний вид природокористування характеризується своїми нормативами радіаційної безпеки [220].

Компоненти екосистем ПТК за характером функціонування є відкритими біологічними і геохімічними системами, тобто обмін речовин та енергії відбувається не тільки між компонентами всередині однієї екосистеми, а й між сусідніми і навіть віддаленими. Такому обміну сприяють рухливість повітря, води, дифузія, фільтрація через ґрунти і материнські породи, життєдіяльність організмів, господарська діяльність людини. Тому узагальнена оцінка радіоекологічного стану ПТК має не тільки ґрунтуватися на функціональній структурі, але також враховувати стан кінцевого ланцюга міграції на основі уявлень про каскадну структуру локальних і регіональних водозборів. Це є предметом дослідження геосистемного ієрархічного рівня. Стан всієї системи, її здатність до автореабілітації характеризуються вектором альтернативності типу: “мінімальна – слабка – середня – сильна – максимальна”; “норми – стабілізації – ризику – лиха– кризи” тощо [57] (рис. 7.2).

Отже, з використанням системної моделі можна повніше охопити комплекс процесів і чинників, провести їх зіставлення з допустимими рівнями забруднення і виразити навантаження чи ступінь деконтамінації узагальненим числовим показником. Це дає змогу порівнювати екологічний стан екоценозів локальних водозборів, окремих ландшафтів і регіонів у цілому, що мають неоднорідний рівень і речовинний склад забруднення, знаходяться у різних природно-кліматичних умовах та характеризуються різним напрямом господарсько-соціального використання. Це важливо для аналізу тенденції просторово-часових змін антропогенного навантаження і оцінки соціально-екологічної ефективності реабілітаційних і природоохоронних заходів, прийняття адміністративних і політичних рішень [117–120].

Запропоновані у монографії критерії є базовими засобами прогнозування радіоекологічного стану та розробки заходів щодо реабілітації радіаційно забруднених територій, оптимізації системи радіоекологічного моніторингу.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші