Особенности формирования геохимических полей в ландшафтах Карело-Кольского региона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.09, кандидат геолого-минералогических наук Кальева, Ольга Павловна

• Кальева, Ольга Павловна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Кальева, Ольга Павловна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Общая характеристика Карело-Кольского региона.

1.1 Природные условия.

1.2 Геологическое строение и полезные ископаемые.

1.3 Хозяйственные особенности.

Глава 2. Методика работ.

2.1 Полевые работы.

2.2 Аналитические исследования.

2.3 Камеральные работы.

2.4 Методика составления карт.

Глава 3. Ландшафты Карело-Кольского региона и их геохимические особенности.

3.1 Ряды ландшафтов.

3.2 Роды ландшафтов.

3.3 Виды ландшафтов.

3.4 Типы и классы ландшафтов.

3.5. Ландшафтно-геохимические обстановки.

Глава 4. Аномальные геохимические поля ландшафтов Карело-Кольского региона.

4.1 Распределение аномальных концентраций химических элементов по данным проекта «Экогеохимия Баренцева региона» (ЭБР).

4.1.1 Моноэлементные аномальные геохимические поля.

4.1.2 Интегральные аномальные геохимические поля.

4.2 Распределение аномальных концентраций химических элементов по данным многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:

МГХК-1000).

4.2.1 Моноэлементные анома^ные геохимические поля.

4.2.2 Интегральные аномальные геохимические поля.

4.3 Сравнение закономерностей распределения аномальных геохимических полей, выявленных по данным проектов ЭБР и МГХК-1000.

Глава 5. Источники геохимических аномалий в почвах и их экологическая роль.

5.1 Коренные породы и рудные объекты - как источник формирования АГХП.

5.2. Техногенные источники аномальных геохимических полей.

5.3 Эколого-геохимическая оценка территории Карело-Кольского региона.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности формирования геохимических полей в ландшафтах Карело-Кольского региона»

Актуальность работы. Уникальность Карело-Кольского региона определяется его положением на северо-западе России в пределах Балтийского щита, на границе с Финляндией. Этот регион располагает богатейшими минерально-сырьевыми ресурсами и развитой горнодобывающей и перерабатывающей промышленностью.

Структура хозяйства данной территории не типична для других северных районов нашей страны. Ее отличает довольно развитая инфраструктура и обусловленный этим сильный техногенный прессинг на природную среду. Вместе с тем уязвимость северных ландшафтов требует к себе особенно бережного отношения. Пристальное внимание к этому региону экологов не только России, но и сопредельных Скандинавских стран, определяет актуальность его изучения.

Для такого важного и оригинального региона высока роль геохимических методов для оценки уровня техногенного загрязнения, связанного с деятельностью горнопромышленных комплексов, и оценки влияния рудных месторождений на окружающую среду. Эти месторождения с экологической позиции также являются природными источниками загрязнения.

Кроме того, до настоящего времени недостаточно разработаны методики геохимического картирования, интерпретации и оценки аномальных геохимических полей (АГХП) применительно к условиям Карело-Кольского региона. В частности не решены вопросы определения возможностей региональных геохимических работ мелкого и обзорного масштаба для выявления и интерпретации АГХП, образованных как природными, так и техногенными процессами. При высокой техногенной нагрузке важно установить роль геохимических ландшафтов в формировании АГХП, под которыми автор понимает часть геохимического ландшафта со свойственными ему аномальными значениями геохимических показателей.

Цель и задачи работы. Целью выполненных исследований явилось установление источников, закономерностей и особенностей формирования аномальных геохимических полей в почвах Карело-Кольского региона, выявленных по результатам разномасштабных региональных геохимических работ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение природных и техногенных источников образования аномальных геохимических полей.

2. Изучение геохимических особенностей ландшафтов, как регуляторов формирования аномальных геохимических полей.

3. Сопоставление характеристик аномальных геохимических полей, выделенных по результатам региональных геохимических работ мелкого (1:1000000) и обзорного (1:2500000) масштабов.

4. Эколого-геохимическая оценка аномальных геохимических полей Карело-Кольского региона.

Научная новизна работы. Впервые для Карело-Кольского региона на уровне обзорного (1:2500000) и мелкого (1:1000000) масштабов работ исследованы основные геохимические процессы, которые определяют особенности формирования аномальных геохимических полей в ландшафтах. Для Карело-Кольского региона доказана высокая эффективность региональных геохимических работ обзорного (1:2500000) и мелкого (1:1000000) масштабов для выявления и оценки разноранговых АГХП, что позволило выделить зоны и районы неблагополучного эколого-геохимического состояния.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволили установить, что а) в условиях Карело-Кольского региона при геохимическом картировании обзорного (1:2500000) и мелкого (1:1000000) масштабов возможно применение приближенно-количественного атомно-эмиссионного спектрального анализа в сочетании с детализацией характеристик площадей АГХП по результатам прецизионных анализов, что позволит резко удешевить работы и повысить их эффективность; б) загрязнение окружающей среды на севере региона привело к острой экологической ситуации на территории Лапландского и Кандалакшского заповедников, особенно Лапландского, который можно рассматривать как аналог заповедников, расположенных в зонах экологических катастроф.

Фактический материал. В основу диссертационной работы положены результаты многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:1000 000 (МГХК-1000) на территории листа 0-35, 36 (1999 - 2001гг.), проводимого с участием автора, и результаты геохимического опробования, выполненного в рамках международного проекта «Экогеохимия Баренцрегиона» (ЭБР) в 2000 - 2001 гг. За указанный период в результате МГХК-1000 отобрано и проанализировано 860 проб коренных пород, 2488 проб почв, 1217 донных отложений.

Помимо этого автором собраны, проанализированы и обобщены ретроспективные данные по ландшафтам, металлогении, полезным ископаемым, характеристике техногенных источников рассматриваемого региона, полученные различными исполнителями. Это отражено в списке использованной литературы, насчитывающей 120 работ.

Работа выполнена в Информационно-компьютерном центре ИМГРЭ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 159 страницах машинописного текста, содержит 50 таблиц, 61 рисунок и список литературы.

Основные защищаемые положения.

1. На территории Карело-Кольского региона выделены 5 ландшафтных комплексов, определяющие особенности формирования геохимических полей: а) горные лесные и тундровые ландшафты с горными подзолистыми и тундровыми почвами на элювиально-делювиальных образованиях; б) северотаежные ландшафты денудационных равнин с подзолистыми почвами на элювиально-делювиальных и моренных отложениях; в) северотаежные ландшафты аккумулятивно-денудационных равнин с болотно-подзолистыми почвами на моренных и флювиогляциальных отложениях; г) лесотундровые и северотаежные ландшафты аккумулятивно-денудационных равнин с болотными и болотно-подзолистыми почвами на моренных и болотных отложениях; д) северотаежные ландшафты аккумулятивных равнин с глееподзолистыми и маршевыми почвами на морских отложениях с моренными.

Установлено, что регуляторами формирования АГХП в почвах, кроме геохимических особенностей почвообразующих пород, являются процессы кислого выщелачивания, сорбции и оглеения.

2. Установлено, что в почвах геохимических ландшафтов при геохимическом картировании обзорного масштаба (1:2 500 000) выявляются природные и природно-техногенные полиэлементные АГХП, соответствующие металлогеническим зонам и крупным зонам техногенного загрязнения, а при картировании мелкого масштаба (1:1 000 000) - АГХП, соответствующие по рангу рудным районам и районам техногенного загрязнения. Доказана корректность применения при таких работах приближенно-количественного атомно-эмиссионного спектрального анализа при уточнении характеристик выявленных АГХП прецизионными методами.

3. Проведенная эколого-геохимическая оценка территории позволила установить, что на 40% её площади экологическое состояние неблагополучное, а на 15% (на севере и северо-востоке) - чрезвычайно неблагополучное. Это обусловлено природно-техногенными АГХП, содержащими комплекс токсичных химических элементов высокой интенсивности и развивающихся в почвах сближенных районов локализации давно эксплуатируемых крупных рудных месторождений и длительного функционирования горно-металлургических предприятий.

Публикация и апробация работы. Результаты исследований докладывались на I научной конференции молодых ученый и специалистов ВИМС, ИМГРЭ и ЦНИГРИ, Москва,

2002 г. и III Международной конференции «Металлы в окружающей среде», Вильнюс, 2006 г. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе в журнале рекомендуемом ВАК.

Благодарности. Особую благодарность автор выражает сотрудникам ГСП «Минерал» (Н.Б. Филиппову, В.А. Чекушину, И.В. Богатыреву, О.В. Томилиной), любезно предоставившим аналитические данные по проекту ЭБР. Глубокую признательность автор выражает кандидату г.-м. наук Г.М. Беляеву за консультации по геохимической специализации региона, Ю.А. Арестову за советы и поддержку при полевых работах. Автор приносит глубокую благодарность доктору г.-м. наук Г.С. Гусеву за консультации по рудной и металлогенической специализации региона. Искреннюю признательность автор выражает доктору г.-м. наук Н.В. Межеловскому за ценные советы по организации работы над диссертацией и редакторскую помощь. Искреннюю благодарность автор выражает кандидату г.-м. наук И.А. Морозовой за ценные консультации и практические предложения. Автор выражает благодарность кандидату г.-м. наук JI.A. Криночкину за ценные советы по технологии МГХК. Автор приносит глубокую благодарность кандидату г.-м. наук В.А. Килипко за помощь в организации цифровой обработки материала; Н.Г. Гуляевой за внимание, советы и поддержку при выполнении работы. Автор также признательна всем сотрудникам Информационно-компьютерного центра, оказавшим помощь в оформлении работы. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору г.-м. наук А. А. Головину за постоянную помощь и ценные советы.

Заключение диссертации по теме «Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых», Кальева, Ольга Павловна

Основные результаты были получены на ICP: Thermo Jarrel Ash IRIS/Duo ICP-AES был использован для определения Al, Ва, Са, Со, Fe, К, Mg, Mn, Na, Ni, Р, S, Sr, Zn; Perkin Elmer Sciex Elan 5000 ICP-MS для определения Ag, As, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Rb, Se, Sb, Sn, Sr, Th, Tl, U, V, Zn; Perkin Elmer FIMS-400 использовался для определения Hg. Качество выполняемых аналитических работ регулярно контролировалось и соответствует международным стандартам (табл. 2.5) [106].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Карело-Кольский регион является одним из наиболее развитых северных регионов России. Его экономическое развитие связано в первую очередь, с мощной минерально-сырьевой базой, на основе которой происходило развитие промышленности. Такое пространственное совпадение двух источников загрязнения в условиях северной легкоранимой природы обусловило интерес к механизму формирования АГХП, их проявленности в региональном масштабе и оценке воздействия известных источников на формирование АГХП.

Специфика геохимических ландшафтов Карело-Кольского региона является основным природным фактором, регулирующим формирование аномальных геохимических полей в почвах. Экранирующая роль ледниковых отложений, их варьирующая мощность и литология коренных пород обусловливают степень отражения геохимических особенностей пород кристаллического фундамента Балтийского щита. Эти особенности во взаимодействии с определяющими геохимию почв процессами сорбции, кислого выщелачивания и оглеения являются основными в изучении вопросов формирования аномальных геохимических полей. Мозаичность и резкая изменчивость почвенного покрова, влекущая за собой изменение характера основных процессов, осложняет изучение данной территории в региональных масштабах, но в то же время делает его наиболее интересным для опробования новых методик изучения геохимических ландшафтов и их характеристик как основных факторов формирования АГХП при крупномасштабных исследованиях.

Сравнение АГХП, выявленных при обзорном (1:2500000) и мелком (1:1000000) масштабах позволяет сделать следующие практические выводы по технологии геохимического картирования: возможности ПКАЭСА как основного метода анализа при региональном картировании не исчерпали себя и вполне пригодны для дальнейшего применения в геохимии при условии заверки комплексных аномальных геохимических полей прецизионными методами. Это доказывается сопоставимостью выявленных АГХП при обзорном (1:2500000) и мелкомасштабном (1:1000000) картировании.

Ландшафтно-геохимическая, металлогеническая и промышленная специфика региона определили основные возможные пути формирования аномальных геохимических полей: природный (геохимическая и рудогенная специализация коренных пород, геохимические процессы миграции химических элементов в ландшафтах), техногенный (влияние горнодобывающей и горно-перерабатывающей промышленности). Сближенная площадная локализация природных и техногенных источников химических элементов при длительном их сосуществовании в условиях специфических геохимических ландшафтов привела к формированию территорий с чрезвычайной экологической обстановкой. В результате этого большие территории, с высокой для данного региона плотностью населения, на севере и северо-востоке оказались в зоне экологического бедствия, охватив при этом особо охраняемые территории заповедников. Такие территории требуют к себе более пристального внимания и геохимического изучения. Наибольший интерес представляет изучение геохимических процессов в нарушенных техногенных условиях, как происходит их изменение при вмешательстве человека.

Результаты выполненных исследований показывают настоятельную необходимость продолжения геохимических работ на территории Карело-Кольского региона в более крупном масштабе с целью выявления закономерностей формирования АГХП в разных типах ландшафтов, сопоставления данных, полученных при геохимическом картировании различных масштабов, а также углубленного изучения лесотундровых и северотаежных ландшафтов региона. Эти исследования необходимы для разработки мер по реабилитации загрязненных территории и разработки рекомендаций по рациональному природопользованию одного из важнейших регионов России. Также интересно сравнить сходимость результатов мелкого и обзорного масштабов с более крупными масштабами, например 1:200 ООО, особенно для северной части территории, где более детально возможно отразить мозаичность геохимических ландшафтов и поэтому более тонко уловить регулирующие геохимические процессы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Кальева, Ольга Павловна, 2007 год

1. Аламейко C.B., Апарин Г.П., Крючков А.Н. Географические информационныесистемы. Создание цифровых карт. Минск: Ин-т техн. Кибернетики HAH Белоруссии, 2000. - 276 с.

2. Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия.

3. Под ред. Израэля Ю.А, Калабина Г.В., Никонова В.В. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1999.

4. Антропогенные модификации экосистемы озера Имандра / Моисеенко Т.И.,

5. Даувальтер В.А., Лукин A.A. и др. М.: Наука, 2002. - 403 с.

6. Арманд А.Д. Развитие рельефа Хибин и прихибинской равнины. Апатиты: 1964.245 с.

7. Аржанова B.C., Елпатьевский П.В. Геохимия ландшафтов и техногенез. М.: Наука,1990.-196 с.

8. Атлас Мурманской области. М.: Главное управление геодезии и картографии при

9. Совете министров СССР, Научно-исследовательский географо-экономический институт Ленинградского государственного университета имени A.A. Жданова, 1971.-33 с.

10. Афанасьев Б.В., Бичук Н.И., Дайн А.И., Жабин C.B., Каменев Е.А. Минеральносырьевая база Мурманской области // Минеральные ресурсы России. 1997. - №3. -с. 17-23.

11. Афанасьев Б.В., Бичук Н.И., Дайн А.И., Жабин C.B., Каменев Е.А. Минеральносырьевая база Мурманской области // Минеральные ресурсы России. 1997. - №4. -с.12-17.

12. Белов Н.П., Барановская A.B. Почвы Мурманской области. Ленинград: «Наука»,1969.-145 с.

13. Беус A.A., Григорян C.B. Геохимические методы поисков и разведки месторожденийтвердых полезных ископаемых. М.: Недра, 1975. - 280 с.

14. Беус A.A., Грабовская Л.И., Тихонова Н.В. Геохимия окружающей среды М.:1. Недра, 1976.-248 с.

15. Буренков Э.К., Морозова И.А., Гуляева Н.Г. Головин A.A. Ландшафтнаяинформация в решении задач регионального многоцелевого геохимического картирования // Отечественная геология. 1997. - №6. - с. 5 - 11.

16. Буренков Э.К., Трефилова Н.Я., Морозова И.А., Головин A.A. Функциональноерайонирование инвентаризация ресурсных зон хозяйственных и техногенных объектов // Отечественная геология. -1998. - № 1. - с. 3-5.

17. Буренков Э.К., Морозова И.А., Смирнова P.C. и др. Задачи и методыразномасштабного эколого-геохимического картирования // Эколого-геохимические исследования в районах интенсивного техногенного воздействия. -М.гИМГРЭ, 1990.-с. 4-15.

18. Буренков Э.К., Морозова И.А., Смирнова P.C. и др. Использование методологииприкладной геохимии в экологических исследованиях.// Геохимические методы в экологических исследованиях. М.: ИМГРЭ, 1994. - с. 3 -11.

19. Верховская JI.A., Сорокина Е.П. Математическое моделирование геохимическогополя в поисковых целях. М.: Недра, 1981. - 186 с.

20. Геология и геоэкология Фенноскандии, северо-запада и центра России. Материалы

21. XI конференции, посвященной памяти К.О. Кратца. Петрозаводск, 2000.

22. Геология СССР. Мурманская область. Под редакцией П.Я. Антропова. М.:

23. Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1958.-712 с.

24. Геохимия ландшафтов рудных провинций / Перельман А. И., Борисенко E.H.,

25. Касимов Н.С. и др. М.: Наука, 1982. - 261 с.

26. Геохимия окружающей среды / Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др.- М.: Недра,1990.-335 с.

27. Геохимическая оценка территории Восточно-Забайкальского полигона (порезультатам многоцелевого геохимического картирования) /A.A. Головин, И.А. Морозова, А.И. Ачкасов, Н.Г. Гуляева и др. М.:ИМГРЭ, 1998. - 183 с.

28. Геохимические процессы миграции рудных элементов / Под ред. Хитарова Н.И.,

29. Озеровой H.A., Перельмана А.И., Рехарского В.И. М.: Наука, 1977. - 272 с.

30. Гидрогеология СССР. Мурманская область и Карелия. Под ред. А. В. Сидоренко. М.:1. Недра, 1968.-736 с.

31. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.:

32. Высшая школа, 1988. 324 с.

33. Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимические системы и их устойчивость ктехногенезу // Биогеохимические циклы в биосфере. Материалы VII Пленума СКОПЕ.-М.: 1976, с. 99-119.

34. Глазовская М.А. Общее почвоведение и география почв. М.: Высшая школа, 1981.-400 с.

35. Глазовская М.А., Парфенова Е.И., Перельман А.И. Борис Борисович Полынов. М.:1. Наука, 1977.- 143 с.

36. Годовой отчет Государственного комитета по охране окружающей среды в

37. Республике Карелия в 2002 г. Петрозаводск: Управление природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Республике Карелия, 2003 год. - 106 с.

38. Годовой отчет Государственного комитета по охране окружающей среды

39. Мурманской области в 1997 г. Мурманск: Государственный комитет по охране окружающей среды Мурманской области, 1998 год.

40. Годовой отчет Государственного комитета по охране окружающей среды

41. Мурманской области в 1998 г. Мурманск: Государственный комитет по охране окружающей среды Мурманской области, 1999 год.

42. Годовой отчет Государственного комитета по охране окружающей среды

43. Мурманской области в 1999 г. Мурманск: Государственный комитет по охране окружающей среды Мурманской области, 2000 год.

44. Годовой отчет Государственного комитета по охране окружающей среды

45. Мурманской области в 2000 г. Мурманск:, 2001 год.

46. Головин A.A. Классификация геохимической зональности // Разведка и охрана недр.-2009.-№9-10.-с. 90-97.

47. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1 000 000новая серия). Лист Q-(35)-37 Кировск. Объяснительная записка. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2001 г.

48. Государственная почвенная карта масштаба 1:1000000 лист Q-35,36 глав. Редактор

49. И.П. Герасимов, E.H. Иванова. М.: фабрика №10 ГУГК, 1986.

50. Гуляева Н.Г. Методические рекомендации по эколого-геохимической оценкетерриторий при проведении многоцелевого геохимического картирования масштабов 1:1000000 и 1:200000. М.: ИМГРЭ, 2002. - 72 с.

51. Гуляева Н.Г. Кальева О.П. Эколого-геохимическая оценка северо-таежныхландшафтов Карело-Кольского региона // Разведка и охрана недр. 2004.-№ 3. - с. 82-86.

52. Дежкин В.В., Снакин В.В. Заповедное дело (словарь-справочник). М.: НИА1. Природа, 2003. -307 с.

53. Добровольский В. В. География микроэелементов: Глобальное рассеяние. М.:1. Мысль, 1983.-272 с.

54. Добровольский В. В. География и палеогегорафия коры выветривания СССР. М.:1. Мысль, 1969.-278 с.

55. Добровольский В. В. География почв с основами почвоведения. М.: Просвещение,1976.-288 с.42