Статья: Радиоэкологические особенности почвенно-растительного покрова долины реки Мзымта Сочинского Черноморского побережья

Примечание. Содержание Rh, Pd, Ag, Te, Re, Ir, Pt, Au во всех пробах ниже предела обнаружения метода: < 0.01, 0.01, 0.01, 0.2, 0.0009, 0.01, 0.05, 0.05, соответственно.

Относительно общей распространенности химических элементов в почвах континентов валовые содержания большинства из них (в среднем 40 из 51) в почвах всей долины реки выше кларковых значений или близки к ним (Кк ? 1) (табл. 2). Спектры избыточных и дефицитных элементов для почв района, имеющих величины кларков концентраций соответственно выше и ниже единицы, фактически не меняются на протяжении всей долины реки.

В группу химических элементов, имеющих максимальные Кк (> 2) в почвах всех исследованных к. у., входят: Li, Na, Mg, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Sb, Cs, Bi. Приведенный спектр элементов условно можно назвать «смешанным». В его состав входят как элементы типоморфные для горных пород среднего и основного составов (содержащиеся в них в повышенных концентрациях относительно кислых пород): Mg, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, так и кислого состава: Li, Na, Sb, Cs, Bi. Обращает на себя внимание еще более стабильный, не меняющийся на всем протяжении долины реки спектр дефицитных для почв элементов, включающий в той или иной степени всю группу редкоземельных элементов и по отдельным к. у. дополнительно - Ba.

Таблица 2. Геохимические формулы для почв долины р. Мзымта

Устойчивый элементный качественный состав почв, отсутствие в них выраженных геохимических аномалий свидетельствуют о том, что ведущим фактором формирования геохимических особенностей почв является состав горных пород. Даже на участках долины реки с существенной техногенной нагрузкой: ниже по течению от комплекса Красная Поляна (к. у. Мз 3); ниже правобережных притоков Чвижепсе и Кепша и одноименных им населенных пунктов (к. у. Мз 5) и на окраине г. Адлера, в районе частного сектора (Молдовка) (Мз 7) ни качественный, ни количественный состав химических элементов с повышенными содержаниями не меняется.

Относительно более богатый элементный состав почв в районе к. у. Мз 2, расположенном выше всех основных объектов техногенеза, также свидетельствует в пользу этого вывода (рис. 2). В почвах названного участка повышено содержание большого спектра элементов, в наибольшей степени: Mn, Cu и As. При этом данная закономерность характерна не только для аллювиальных почв, могущих испытывать фактор техногенеза от вновь строящихся горнолыжных курортов на левобережье реки (рис. 2а). Повышенное содержание названных элементов установлено также для буроземов типичных сильно скелетных, развитых на крутых склонах высоких террас реки, где фактор техногенной нагрузки маловероятен (рис. 2б). геохимический горный порода почва

Рис. 2. Клаки концентраций избыточных химических элементов долины р. Мзымта для аллювиальных почв (а) и буроземов типичных (б)

Богатый элементный состав почв в районе к. у. Мз 2 обусловливает генезис горных пород участка. Как указано выше, это единственное место долины реки, где развиты терригенные (обломочные) аргиллиты. Существенно раздробленные (за счет высокой крутизны склонов - до 35-40 0) аргиллиты, залегающие, как показало морфологическое описание почв, фактически с поверхности, определяют относительное богатство элементами почв этой территории.

Подтверждают отсутствие техногенного загрязнения почв долины р. Мзымта показатели их суммарного загрязнения (Zс), имеющие по всей долине крайне низкие для территории с антропогенной нагрузкой величины, соответствующие допустимому уровню загрязнения почв (Zс - менее 16) (табл. 1, последняя строка).

При этом оценка содержания ряда элементов, для которых разработаны нормативы, относительно установленных ПДК и ОДК дополнительно свидетельствует об общем повышенном региональном геохимическом фоне почв изученного района. За исключением Cd, Sb и Pb, по всем элементам установлено превышение нормативов ПДК и ОДК. Наиболее высокие величины долей ПДК и ОДК характерны для As (до 30ПДК и 12ОДК). Данная особенность, разумеется, обусловлена повышенным региональным фоном названного элемента в почвах.

В целом отсутствие геохимических техногенных аномалий в почвах долины реки следует связывать с двумя факторами. Первый - природный, это известное геохимическое богатство региональных горных пород, которое отражается в составе почв района. Второй - отсутствие на территории курортной инфраструктуры и небольших населенных пунктов индустриальных объектов техногенеза, могущих существенно изменить состав почв, формирующихся под влиянием в данном случае более сильного природного фактора.

Th и U в почвах долины р. Мзымта

Содержание Th в почвах долины р. Мзымта близко к кларковым значениям, средний Кк элемента составляет 0.96. Содержание U, в сравнении с общей распространенностью элемента в почвах континентов, несколько ниже, средний Кк имеет значение 0.62 единицы. Явных геохимических аномалий Th и U ни в одной из точек наблюдений не установлено. Изменение содержания радиоактивных элементов в почвах долины от верховий реки до ее приустьевой части можно проследить по графикам коэффициентов концентраций (Кс) элементов, учитывающим вариации Th и U в почвах каждого ключевого участка (Сi) относительно фоновых показателей (Сф), принятых по к. у. Мз 1 (рис. 3).

Рис. 3. Коэффициенты концентрации (Кс) Th и U их Th/U отношение для аллювиальных почв долины реки Мзымта (а) и растений (б) в сравнении с аналогичными показателями для поверхностных вод реки (в)

В почвах долины реки в ее верхнем течении (к. у. Мз1 - Мз3) наблюдается рост содержания Th относительно фоновых характеристик на к. у. Мз 2 и фактически отсутствие изменений содержания U. Относительно повышенное содержание тория объяснимо в целом богатым элементным составом почв на этом участке, обусловленным генезисом горных пород, сложенных терригенными (обломочными) аргиллитами (см предыдущий раздел). Отсутствие роста содержания U в почвах на данном к. у., вероятно, связано со значительно более высоким значением коэффициента его водной миграции (Кх=3,1) относительно Th (Кх=0,07) [8, 9]. Высокая подвижность элемента в данном случае не позволяет накопиться ему в почвах. В связи с этим характер изменений значений Th/U отношения в почвах верховий реки обусловлено, главным образом, изменениями содержания Th.

В среднем течении реки в пределах к. у. Мз 5 и Мз 6 наблюдается рост Кс в почвах как для Th, так и для U. Данная ситуация обусловлена сменой геологических условий на этом участке. В верховьях реки до к. у. Мз 3 река течет, в основном, по породам, представленным юрскими аргиллитами, с прослоями алевролитов, песчаников, сидеритов с конкрециями пиритов. От к. у. Мз 3 до отметки реки в 5 км ниже точки Мз 5 река размывает осадочные породы, представленные: меловыми пестроцветными аргиллитами с прослоями песчаников, алевролитов, мергелями с прослоями известняков, известняками с прослоями мергелей. Смена пород на этом участке долины создаёт здесь геохимический барьер, границей которого является верхний передел распространения карбонатных пород (известняки, мергели). Последние формируют смену нейтральной среды на щелочную и создают тем самым благоприятную обстановку для осаждения химических элементов из водных растворов (поверхностные, грунтовые воды) и дальнейшую сорбцию их органическим веществом почв.

На наличие геохимического барьера в среднем течении указывают аналогичные графики коэффициентов концентраций Th и U для вод реки (рис. 3 б). На к. у. Мз 5 и Мз 6 в них отмечается, напротив, падение обсуждаемых показателей. Это происходит за счет смены нейтральной среды на щелочную, обусловливающей осаждение элементов из растворов и дальнейшую сорбцию их почвами.

Накопление U в почвах происходит несколько интенсивнее, Кс его выше, чем аналогичный показатель для Th (рис. 3 а). По-видимому, эта закономерность объясняется разной геохимией элементов. При отсутствии однозначной информации о приоритетности сорбции Th и U в почвах можно лишь констатировать, что в аллювиальных региональных почвах U из природных растворов сорбируется почвой интенсивнее, чем Th. Относительно высокие Кс U в сравнении с Кс Th на данном участке долины определяют соответствующее падение здесь показателя Th/U отношения.

Безусловно, повышение содержания радиоактивных элементов в почвах среднего течения реки не связано с техногенезом, а определено природным фактором, так как в приустьевой части долины реки (к. у. Мз 7), испытывающей максимальный техногенный прессинг, отмечается падение коэффициентов концентраций Th и U.

Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения над поверхностью земли

Вариации мощности экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения на высоте 0.1 м над поверхностью Земли в пределах долины реки Мзымта изучены в различных ландшафтных условиях (рис. 1). Массивы результатов замеров гамма-излучения разбиты по основным ландшафтным условиям расположения точек наблюдений: склон и пойма. Проверка закона распределения значений в полученных выборках по показателям описательной статистики (асимметричность, эксцесс и коэффициенты асимметричности Пирсона) показала, что во всех из них оно подчинено нормальному закону. В соответствии с этим были рассчитаны фоновые величины МЭД гамма-излучения для ландшафтов в пределах участков как средние арифметические значения рассматриваемых совокупностей данных. В связи с малыми расхождениями полученных фоновых величин МЭД для различных ландшафтных условий обследованных территорий проведена проверка значимости этих различий с помощью двухвыборочного t-критерия Стьюдента, учитывая близость дисперсий данных в сравниваемых выборках по F-критерию Фишера. Для долины реки установлены две наиболее общие закономерности статистически значимых вариаций гамма-излучения в различных ландшафтных условиях:

1) отмечается более высокий радиационный фон для пойменной поверхности относительно склонов; обусловлено это поступлением на территории пойм с обширных водосборных площадей вещества, обогащенного, в том числе и радиоактивными элементами;

2) относительно повышенный фон характерен для верховий реки, в горной части долины, где терригенные горные породы залегают ближе к поверхности, формируя более высокие показатели мощности экспозиционной дозы гамма-излучения.

Геохимия и радиогеохимия растительности

Сравнение элементного состава мхов долины р. Мзымта (табл. 3) с глобальными кларками живого вещества показывает достаточно богатый их элементный состав. Из 40 химических элементов, для которых есть данные о глобальных кларках, 36 имеют значения Кк существенно выше или близкие к единице (табл. 4). В сравнении с валовым содержанием элементов в почвах долины, где максимальные Кк для разных к. у. не превышают 3-5 единиц, растения обладают более богатым элементным составом. Кк группы элементов, включающей Cd, Ga, Fe, Al (для отдельных к. у. дополнительно: Hg, U, As, V, Cr), составляют величины от 10 до 90, т.е. максимальные Кк более чем на порядок превышают аналогичные показатели для почв.

Таблица 3. Распространенность химических элементов в живом веществе континентов (К - кларк по [4]) и содержание химических элементов для мхов долины р. Мзымта (к. у. Мз 1 - Мз 7) и вейника (Мз 7в) в мг/кг