Введение
Глава 1. Экогеохимия тундровых ландшафтов: некоторые вопросы теории 16
1.1. Особенности миграции химических элементов в криолитозоне 16
1.1.1. Механическая миграция и нивальное преобразование рельефа 17
1.1.2. Криогеохимические процессы в почве при вымораживании растворов 17
1.1.3. Миграция влаги при промерзании почв 19
1.1.4. Капиллярные явления в почвах 20
1.1.5. Сорбционные процессы и природные сорбенты в мерзлотных почвах
1.1.5.1. Почвенные коллоиды: гидроксиды железа и марганца 22
1.1.5.2. Глинистые минералы 23
1.1.5.3. Торф 23
1.1.5.4. Органическое вещество почв 24
1.2. Геохимическая активность снежного покрова 26
1.2.1. Образование субохлажденной пленочной влаги в снежной толще 27
1.2.2. Внутриснежное формирование криогидратов 28
1.2.3. Геохимическая роль атмосферных газов в снежном покрове 29
1.3. Геохимические барьеры в ландшафтах 30
1.3.1. Механические геохимические барьеры 31
1.3.2. Биогеохимические барьеры 32
1.3.2.1. Биотические факторы 32
Биофильность 32
1.3.2.2. Геохимические факторы 33
Геохимическая специализация растений 33
1.3.2.3. Взаимодействие растений с аэрозольным стоком 34
Механизм взаимодействия воздушного потока с листовой поверхностью 34
Нарушение концентрационных функций растений при атмосферном загрязнении 36
1.3.3. Физико-химические барьеры 38
1.3.4. Техногенные геохимические барьеры 38
1.3.5. Природно-техногенные геохимические барьеры 40
1.3.6. Искусственные геохимические барьеры
1.3.6.1. Геохимические барьеры в ресурсосберегающих технологиях 41
1.3.6.2. Геохимические барьеры в ресурсовоспроизводящих технологиях 42
1.4. Геохимическая активность атмосферы и закисление поверхности сульфатными аэрозолями 42
1.4.1. Ключевые процессы геохимической активности атмосферы 42
1.4.2. Геохимическая роль ионов железа в атмосфере 44
1.4.3. Образование сульфатных металлокомплексов 46
Глава 2. Методы исследований 48
2.1. Подготовительный этап 49
2.2. Полевой этап
2.2.1. Ландшафтно-геохимические исследования 49
2.2.2. Геокриологические исследования 50
2.2.3. Снеговедческие исследования
2.2.3.1. Устройство для отбора проб снега с поверхностным инеем 51
2.2.3.2. Послойный снегоотборник 52
2.2.4. Атмогеохимические исследования аэрозольного стока 54
2.2.4.1. Пассивный пробоотбор аэрозолей 54
2.2.4.2. Пассивный пробоотборник аэрозолей – импульвератор 55
2.3. Камеральный этап 57
2.3.1. Аналитические методы 57
2.3.2. Расчетные методы
2.3.2.1. Статистическая обработка геохимических данных 58
2.3.2.2. Геохимические показатели
2.3.3. Физические и морфо-анатомические исследования растений 63
2.3.4. Разработка баз данных с ботанической номенклатурой 63
Глава 3. Характеристика природных условий 64
3.1. Районы нефтедобычи в южной части Большеземельской тундры 64
3.1.1. Геохимическая дифференциация ландшафтов 68
3.1.1.1. Ландшафты долин малых водотоков 68
3.1.1.2. Ландшафты многоозерья с реликтовыми торфяниками 71
3.2. Старопромышленный район угледобычи в Воркутинской тундре 75
3.2.1. Агроландшафты (сеяные луга) 76
3.3. Субарктические тундры Ямала в зоне газодобычи 79
3.3.1. Геохимическая дифференциация ландшафтов 85
3.3.1.1. Западно-Ямальская низинная северная тундра 85
3.3.1.2. Центрально-Ямальская средняя субарктическая тундра 88
3.3.1.3. Центрально-Ямальская южная субарктическая тундра 90
3.4. Региональная геохимия элементов 92
3.4.1. Оценка геохимического фона 92
3.4.2. Геохимия отдельных элементов в почвах Большеземельской тундры 93
3.4.3. Геохимия отдельных элементов в мерзлотных почвах Ямала 102
3.5. Биогеохимические исследования тундровых растений 110
3.5.1. Биогеохимия отдельных элементов в растениях Большеземельской тундры 113
3.5.2. Биогеохимия отдельных элементов в растениях Ямала 120
Глава 4. Эколого-геохимический анализ техногенного преобразования тундр в районах промышленного освоения 129
4.1. Особенности геохимической трансформации тундр при проведении геологоразведочных работ 129
4.1.1. Характеристика видов и источников загрязнения 129
4.1.1.1. Источники загрязнения приземной атмосферы 129
4.1.1.2. Механическое повреждение напочвенного покрова 130
4.1.1.3. Химическое загрязнение почв 130
4.1.1.4. Химическое загрязнение снега 131
Геохимическая характеристика снежного покрова 131
Проблема кислого снега 132
4.1.1.5. Загрязнение тундр при авариях на буровых скважинах 137
4.1.1.6. Загрязнение тундр при обустройстве и эксплуатации нефтепромыслов 138
4.1.2. Техногенная трансформация ландшафтной структуры целинных тундр 139
4.1.2.1. Харьягинский тип техногенной ландшафтной структуры 139
4.1.2.2. Сеношорский тип техногенной ландшафтной структуры 143
4.1.2.3. Эколого-геохимическое прогнозное районирование при оценке устойчивости целинных тундр к нефтяному загрязнению 148
4.1.3. Суффозионный вынос битумоидов из почв 151
4.1.3.1. Радиальное распределение техногенных битумоидов в мерзлотных почвах 151
4.1.3.2. Латеральное рассеяние битумоидов при суффозии глинистых минералов 1 4.1.4. Образование ореольных вод 155
4.1.5. Ответные реакции тундровых растений на углеводородное загрязнение 157
4.1.5.1. Морфо-анатомические преобразования в растениях 157
Морфологические изменения 158
Анатомические изменения 158
4.1.5.2. Физические эффекты в сфагнуме при углеводородном загрязнении 160
4.2. Агротехногенное воздействие на целинные тундры в старопромышленном угольном районе Воркутинской тундры 164
4.2.1. Изменчивость биогеохимической активности луговых растений при агротехногенном воздействии 164
4.2.2. Биогеохимическая активность растений при аэротехногенном подщелачивании 165
4.3. Аэротехногенное воздействие на субарктические тундры Ямала 170
4.3.1. Источники загрязнения приземной атмосферы на Ямале 170
4.3.2. Снижение межвидовой биогеохимической контрастности растений в условиях аэротехногенного загрязнения 170
4.3.3. Аэротехногенное ожелезнение поверхности почв 171
4.3.4. Региональные геохимические особенности ландшафтов Ямала 176
4.3.4.1. Криогенное выщелачивание и ожелезнение почв 176
4.3.4.3. Ожелезнение природных вод Ямала 178
4.3.4.2. Эрозионная неустойчивость ландшафтов 184
4.4. Биогеохимическая дифференциация тундровых ландшафтов 186
4.4.1. Биогеохимическая контрастность Большеземельской и Воркутинской тундр 186
4.4.1.1. Большеземельская тундра 186
4.4.1.2. Воркутинская тундра 195
4.4.2. Биогеохимическая активность растений Ямала 198
Глава 5. Эколого-геохимическая характеристика природных факторов барьерообразования и геохимические барьеры в равнинных тундрах 213
5.1. Многолетняя мерзлота и криогеохимические барьеры 213
5.1.1. Мерзлотный водоупор как механический геохимический барьер 213
5.1.1.1. Мерзлотный механический барьер и контрастность геохимического
сопряжения элементарных ландшафтов 216
5.1.2. Кольматированные прослои почвы как сорбционно-механический барьер 217
5.1.2.1. Кольматационный хемосорбционный-механический барьер 218
5.1.3. Капиллярный механический барьер в зоне литологического контроля 219
5.1.3.1 Влияние капиллярного механического барьера на развитие поверхностного («висячего») оглеения в профиле мерзлотных почв 220
5.2. Сорбционные барьерообразующие факторы и биогеохимические барьеры 223
5.2.1. Сорбционный биогеохимический барьер 223
5.2.1.3. Геохимическая роль растений-торфообразователей при сорбционном барьерообразовании 224
5.2.2. Хемосорбционный биогеохимический барьер 226
5.2.2.1. Механизм хемосорбционного барьерообразования в мерзлотных почвах 227
5.3. Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия барьерообразования и физико-химические геохимические барьеры 228
5.3.1. Кислотно-щелочные условия 228
5.3.1.1. Кислый геохимический барьер 228
5.3.1.2. Щелочной геохимический барьер 231
5.3.2. Окислительно-восстановительные условия 232
5.3.2.1. Кислородные геохимические барьеры 232
Кислородно-сорбционный геохимический барьер в окислительных условиях 232
Кислородно-сорбционный геохимический барьер в зоне разгрузки ореольных вод 233
Образование аномалии типа A6-G6 в зоне разгрузки мерзлотной верховодки 235
Образование аномалий A2-G2 в профиле почв. 235
5.4. Снежный покров как барьерообразующий фактор 236
5.4.1. Барьерообразование в зоне контакта «снежный покров-атмосфера»: иней как объект
геохимического опробования 236
5.4.1.1. Морозное концентрирование диоксида серы и сульфатное загрязнение снежного покрова при осаждении инея 237
5.4.2. Барьерообразование в граничной зоне «снег-почва»: глубинная изморозь как объект геохимического опробования 239
5.4.2.1. Особенности образования геохимической аномалии дочерних продуктов распада радона – 210Pb и 210Po в слое кристаллов глубинной изморози 240
Глава 6. Опыт применения геохимических барьеров для защиты и мониторинга окружающей среды 242
6.1. Выявление загрязнения почв 242
6.2. Локализация внутрипочвенного распространения загрязнения 245
6.3. Барьерные технологии пассивного аэрозольного мониторинга
6.3.1. Пассивный аэрозольный мониторинг загрязнения ландшафтов: обоснование проблемы 249
6.3.2. Пассивный аэрозольный мониторинг: обзор 249
6.3.3. Пассивный мониторинг аэрозольного загрязнения приземной атмосферы 250
6.3.3.1. Зонтичный пакет изобретений для организации пассивного мониторинга аэрозольного загрязнения приземного слоя воздуха 251
6.3.4. Примеры апробации зонтичного пакета изобретений для аэрозольного мониторинга 256
6.3.4.1. Оценка влияния погодообразующих процессов и метеорологических факторов на аэрозольное загрязнение ландшафтов 256
6.3.4.2. Анализ изменчивости удельной активности искусственных и естественных радионуклидов в стоке аэрозолей в наземные экосистемы 270
6.3.4.3. Наблюдения за региональным переносом глиноземной пыли по динамике изменчивости удельной активности 40K в стоке аэрозолей 275
6.3.4.4. Способ контроля загрязнения воздуха наноразмерными частицами 276
6.4. Технологии эколого-геохимического мониторинга снежного покрова 282
6.4.1. Группа изобретений для наблюдения за состоянием снежного покрова и выявления загрязнения его поверхности в районах холодного климата 282
6.4.2. Результаты апробации изобретений для наблюдения за состоянием снежного покрова 2 6.4.2.1. Наблюдения за динамикой изменчивости плотности снега 285
6.4.2.2. Контроль динамики послойной изменчивости геохимических параметров снежной толщи в условиях атмосферного загрязнения 288
6.4.3. Барьерообразование в граничной зоне «снег-почва»: глубинная изморозь как объект
геохимического опробования 292
6.4.3.1. Штриховка «Фореля» на поверхности ледяных кристаллов как индикатор криогенных процессов 292
6.4.3.2. К механизму барьерообразования в зоне контакта «снег-почва» 293
6.4.3.3. Хионогенное барьерное накопление дочерних продуктов распада радона – 210Pb и 210Po кристаллами глубинной изморози 294
6.4.3.4. Механизм концентрирования радионуклидов в снежной толще 296
Заключение 298
Список литературы
