Магнитная восприимчивость почв придорожных территорий улиц Ленинского и Свердловского районов города Перми

         Техногенные грунты промышленного и городского происхождения, не встречающиеся в природе, представлены инертными и токсичными отходами промышленного производства (шлаки, золы, горелая земля, иловые осадки со станций аэрации и т.д.) и твердыми бытовыми отходами городских свалок.

          При современном градостроительстве  до 70-90% территории города закрыто асфальтобетоном и другим дорожным покрытием, а также зданиями и строениями. Под покрытиями могут быть запечатаны разнообразные почвы, почвоподобные тела и грунты. Запечатанные почвы и грунты - неотъемлемая часть города. Они нуждаются в изучении и картографировании, так как их свойства необходимо учитывать при экологической оценке территории города.

         Выделяется отдельная группа  почв, запечатанных под дорожными  асфальто-бетонным и каменными  покрытиями, - экраноземы, экранированные почвы (название условное). Их также называют мощеные, запечатанные (sealed

     16

     soils). Почвы существенно уплотнены, в них меняются водный, тепловой и газовый режимы; микробиота функционирует в основном по анаэробному типу; при укладке покрытия может быть разрушена верхняя часть профиля.

         При дорожном строительстве часто  происходит срезание почвенного профиля до грунтов и (или) последующее наложение нового материала и дорожного покрытия. В этом случае выделяется группа «запечатанный грунт».

     Таким образом, «Классификация и диагностика почв России» (2004) не нашла широкого практического применения в выделении городских почв. В настоящее время более удобной в применении считается классификация разработанная М.Н.Строгановой (1992). 

1.2. Магнитная восприимчивость и ее связь с содержанием

тяжелых металлов 

       Явление магнетизма известно давно. Свое название оно получило от города Магнетии в Малой Азии, где были обнаружены залежи магнитного железняка – «камня, притягивающего железо».

     Магнетизм – всеобъемлющее, глобальное свойство природы. Любое вещество, в том числе почва, при введении его в магнитное поле намагничивается. Это значит, что в веществе создается собственное магнитное поле, обусловленное свойствами и поведением частиц.

     Все вещества, составляющие почву, являются в известной степени магнитноактивными, то есть способными намагничиваться в магнитном поле. Способность вещества намагничиваться характеризуется магнитной восприимчивостью.

     Наиболее  важными магнитными характеристиками почв являются магнитная восприимчивость (МВ), остаточная намагниченность, коэрцитивная сила. Из них доступна для измерения относительно простыми приборами в полевых условиях магнитная восприимчивость – физическая величина,

     17

отражающая  способность почвенного вещества менять магнитный момент при воздействии внешнего магнитного поля. Чаще всего для измерений используется объемная (æ) или удельная (χ = æ / ρ, где ρ – плотность почвы) магнитная восприимчивость, величина которой определяется значениями индивидуальных восприимчивостей различных типов соединений с учетом их содержания (Вадюнина А.Ф., 1972).

     В состав почвы входят вещества, обладающие различной магнитной восприимчивостью:

1. Диамагнетики χ<0 намагничиваются в магнитном поле противоположно внешнему магнитному полю. Величина χ в них колеблется в пределах (3,78-11,3)*10^-6  СИ. К этой группе относятся ортоклаз, кальцит, кварц, вода и органическое вещество.
2. Парамагнетики и антиферромагнетики имеют χ>0 в пределах (12,6-1172)*10^-6  СИ. Относятся доломит, мусковит, биотит, гематит, сидерит, гетит.
3. Ферромагнетики и ферримагнетики – базальты, андезиты, габбро, магнетит, маггемит. Магнитная восприимчивость их высокая: (3,15-6,05)*10^-3  СИ у базальтов, андезитов; до (37,8-100,8)*10^-3  СИ у маггемита и магнетита.

     Таким образом, магнитная восприимчивость  почв складывается из магнитной восприимчивости диа-, пара- и ферромагнетиков.

     В ходе почвообразования происходит изменение магнитной восприимчивости по сравнению с χ материнской породы. В целом, условия трансформации железистых минералов, приводящие к возрастанию содержания ферромагнетиков и, следовательно, χ во многом совпадают с условиями, при которых накапливаются гуминовые кислоты.

     Известно, что одной из причин изменения  χ при почвообразовании является трансформация (кристаллизация или  аморфизация) форм железа.

     Известно, что χ образца почвы или  породы зависят не только от содержания кристаллических форм железа в нем, но и от их минералогического состава, размера и формы кристаллических  частиц (Алексеев А.О.,1988).

     18

     Свойства  техногенных минералов отличаются от свойств минералов, образующихся в почве или унаследованных от породы. Частицы техногенного магнетита имеют более крупные размеры, чем частицы литогенного магнетита. Аэразольно распространяемые частицы магнетита техногенного происхождения имеют сферическую форму. В сферах промышленного происхождения наблюдается замещение в решетке магнетита железа другими металлами, в том числе тяжелыми.

     При усилении антропогенной нагрузки промышленных центров на почвы, в определённых условиях, гематит, гетит могут переходить в сильномагнитные минералы маггемит или магнетит, так как являются адсорбентами тяжёлых металлов (Вадюнина А.Ф., 1972).

     Работы  по изучению магнитной восприимчивости  городских почв в России только начинают появляться. Отечественные публикации по магнитной восприимчивости появились в 1960-1961гг. Позднее А.О. Алексеев, Н.С.Ковалевская, Е.Г.Моргун, Е.М.Самойлова (1998) исследовали МВ почв геохимически сопряженных ландшафтов с целью выявления закономерностей ее изменения.

     Магнитная восприимчивость по профилю почв изменяется по генетическим горизонтам, минимальное значение ее обычно характерно для пород. По кривой МВ можно судить о степени дифференциации профиля почвы и его мощности.

     Необходимо  отметить важность измерения максимальных значений магнитной восприимчивости в ряду урбаногенной измененности, так как это указывает на степень интенсивности техногенного воздействия в различных почвах.

     Распределение значений МВ урбопочв в целом под  влиянием урбогенеза с нарушениями  поверхностного слоя менее 40-50 см по профилю сходно с распределением в природных почвах, но возрастание величины МВ наблюдается в урбиковых горизонтах, что может рассматриваться как

     19

дополнительный  диагностический признак городских  почв. В урбаноземах и техноземах значения магнитной восприимчивости сильно варьируют по слоям в зависимости от свойств привнесенного техногенного материала и насыпных грунтов (Гладышева М.А., 2007).

     Распределение по профилю тяжелых металлов соответствует  распределению магнитной восприимчивости, что дает основание оценить их взаимосвязь.

     Основные  носители тяжелых металлов в почвах – сильномагнитные оксиды железа в составе пылевидных частиц аэрозольных  выбросов, о чем свидетельствует  высокий коэффициент корреляции между магнитной восприимчивостью и содержанием тяжелых металлов.

     Исследованиями  О.А. Страдиной (2008) было установлено, что  самые высокие значения содержания валовых и подвижных форм тяжелых  металлов, а также величин магнитной  восприимчивости обнаружены в почвенных  пробах, отобранных на расстоянии 5м  от полотна дороги. Наблюдалась аналогичность изменения содержания валовых форм и подвижных форм тяжелых металлов и величин магнитной восприимчивости в почвах придорожной полосы с удаленностью от полотна дороги. Содержание валовых форм свинца, цинка, меди, хрома и величин МВ достоверно снижалось с удаленностью от полотна дороги до 20м, подвижных форм – до 15м. На расстоянии 80м содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах придорожной полосы и величин магнитной восприимчивости почв находилось на уровне фоновых значений. Пик высоких значений величин МВ почв придорожной полосы характеризовался и максимальным содержанием в них подвижных форм тяжелых металлов.

     Высокие значения магнитной восприимчивости  характерны для почв загрязненных тяжелыми металлами (Водяницкий Ю.Н., 2005). Установлено, что на территории  г.Перми есть как сравнительно чистые территории, с незначительной антропогенной нагрузкой, так и наиболее загрязненные

     20

тяжелыми  металлами (Ворончихина Е.А., 2000, Еремченко  О.З., 2005). По сравнению с зональными агродерно-подзолистыми почвами в исследуемых городских почвах меньше содержание оксидов кремния, алюминия, железа, калия, натрия и больше содержание оксидов кальция, магния и фосфора.

     Распределение по профилю удельной магнитной восприимчивости  в почвах г.Перми имеет четко выраженный аккумулятивный характер. Высокомагнитные соединения аккумулируются в верхних горизонтах почв, по отношению к материнской породе, что указывает на антопогенный характер поступления высокомагнитных соединений в почвы.

     По  отношению к фону удельная магнитная восприимчивость верхних горизонтов городских почв в несколько раз выше. Объемная магнитная восприимчивость почв газонов и скверов г.Перми также значительно превышает фоновые значения. При этом различия как удельной, так и объемной магнитной восприимчивости между отдельными территориями города весьма существенны. Е.С. Лобановой (2007) установлена высокая корреляционная зависимость между суммарным показателем загрязнения тяжелыми металлами и магнитной восприимчивость в почвах города, подверженных наибольшему техногенному загрязнению, в менее загрязненных почвах зависимость слабая или отсутствует.

     Таким образом, получен большой фактический  материал о взаимосвязи магнитной  восприимчивости с содержанием  тяжелых металлов в почвах урбанизированных территорий, но ограничены сведения о неоднородности магнитной восприимчивости в придорожной территории улиц городов. 

1.3. Влияние  автотранспорта на загрязнение  почв тяжелыми металлами 

     В результате градостроительного освоения территорий окружающая среда и почвы в частности подвергаются значительному антропогенному воздействию, заключающемуся, в том числе, в дополнительном поступлении

     21

разного рода поллютантов. Приоритетными загрязнителями в условиях города являются тяжелые  металлы, как результат мощной и постоянно развивающейся транспортной сети, промышленной инфраструктуры и других факторов загрязнения.

     По  данным Н.Д. Федорова (2004), содержание тяжелых  металлов в почвах, непосредственно  подверженных антропогенному воздействию  выше, чем в почвах фоновых участков. Такое положение отражает пространственный характер распределения загрязнения металлами, проявляющийся в большем их накоплении в почвах. Накопление тяжелых металлов, по-видимому, обусловлено развивающейся дорожно-транспортной сетью, являющейся непременным источником загрязнения. Интенсивное градостроительное освоение территории влечет за собой рост уровня загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами.

     Особенно  остро негативное воздействие автомобильного транспорта проявляется в крупных городах. Однако автомобиль выбрасывает в воздух примеси веществ-загрязнителей не только  при сжигании топлива двигателем внутреннего сгорания, но и в результате взаимодействия автомобиля с поверхностью автодороги. Поэтому необходимо рассматривать систему «автомобиль – дорога», которая и будет определять качество придорожных территорий на улицах промышленного города (Тарасова Т.Ф., 2006).

     Исследования Х.А. Джувеликян (2007) показали, что улицы г. Воронежа с интенсивным потоком машин (7000-8000 единиц в час) наиболее сильно загрязнены выбросами автотранспорта. Изучение вредных ингредиентов в атмосферном воздухе у перекрестков и вдоль дорог с интенсивным автопотоком свидетельствует о их повышенном содержании в воздухе. Вдоль этих лиц и у перекрестков в почвах и снеговом покрове содержание ТМ превышают фон и ПДК.

     По  данным А.М. Ивлева (2005) выбросы от автомобильного транспорта в нашей стране составляют около 22 млн. т в год. Более 200 наименований

     22

вредных веществ и соединений, в том  числе канцерогенных, содержат отработанные газы двигателей внутреннего сгорания. Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты.

     На  улицах города наблюдается самопроизвольное вымывание примесей из атмосферы  осадками. Доля вымываемых примесей в  пределах улицы может достигать 70-90%, что позволяет считать эти  процессы определяющими при формировании нагрузки на придорожную зону.

     Загрязнение атмосферного воздуха в городе ниже или на грани предельно допустимой концентрации и только в местах, с интенсивным движением автотранспорта степень загрязнения превышает  или близко к значению ПДК. Дальнейший рост автотранспорта, несомненно, приведет к повышению загрязнения воздуха (Назаров Ю.В., 2006).