Экогеохимия районов промышленного освоения Большеземельской тундры и Ямала

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………………………………… 8
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.Криогеохимическиепроцессывпочве привымораживаниирастворов……………………………..17
1.1.3. Миграция влаги при промерзании почв…………………………………………………………………………………19
1.1.4. Капиллярные явления в почвах………………………………………………………………………………………………20
1.1.5.Сорбционныепроцессыиприродныесорбенты вмерзлотныхпочвах………………………………22
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.Образованиесубохлажденнойпленочнойвлаги вснежнойтолще…………………………………….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………………………………………………………………………………..41 1.3.6.1. Геохимические барьеры в ресурсосберегающих технологиях …………………….. 41 1.3.6.2. Геохимические барьеры в ресурсовоспроизводящих технологиях………………. 42
3
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 …………………………………………………………………………………………………………. 49 2.2.1. Ландшафтно-геохимические исследования…………………………………………………………………………..49 2.2.2. Геокриологические исследования………………………………………………………………………………………….50 2.2.3. Снеговедческие исследования………………………………………………………………………………………………..51
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…………………………………………………………………………………………………………………..58
2.3.2.1. Статистическая обработка геохимических данных …………………………………….. 58
2.3.2.2. Геохимические показатели ………………………………………………………………………… 62 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

4
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.Геохимияотдельныхэлементоввпочвах Большеземельскойтундры……………………………….93 3.4.3. Геохимия отдельных элементов в мерзлотных почвах Ямала ……………………………………………102
3.5. Биогеохимические исследования тундровых растений………………………………………….. 110 3.5.1.Биогеохимияотдельныхэлементов врастенияхБольшеземельскойтундры…………………..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 .. 153 4.1.4. Образование ореольных вод…………………………………………………………………………………………………155 4.1.5.Ответныереакциитундровыхрастений науглеводородноезагрязнение…………………………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

5
4.2. Агротехногенное воздействие на целинные тундры в старопромышленном угольном районе Воркутинскойтундры…………………………………………………………………………………….164
4.2.1. Изменчивость биогеохимической активности луговых растений при агротехногенном воздействии …………………………………………………………………………………………………………………………………….164 4.2.2.Биогеохимическаяактивностьрастений приаэротехногенномподщелачивании……………165
4.3. Аэротехногенное воздействие на субарктические тундры Ямала………………………….. 170 4.3.1. Источники загрязнения приземной атмосферы на Ямале …………………………………………….170 4.3.2.Снижениемежвидовойбиогеохимическойконтрастности растенийвусловиях 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.БиогеохимическаяконтрастностьБольшеземельской иВоркутинскойтундр…………………186 4.4.1.1. Большеземельская тундра………………………………………………………………………… 186 4.4.1.2. Воркутинская тундра ………………………………………………………………………………. 195 4.4.2. Биогеохимическая активность растений Ямала…………………………………………………………………..198