Картографирование загрязнения почв. Задачи изучения загрязнения почв

• ·отбор проб,
• ·аналитическая обработка,
• ·интерпретация
• ·результатов и составление карт.

   Отбор проб проводится с площадок размером 10 х 10 м, по «конверту», т.е. для осреднения по площадке каждая проба должна состоять из кусочков грунта, отобранных по углам и в центре. Опробованию обычно подлежит верхний десятисантиметровый слой; для районов распространения дерново-подзолистых почв - пятисантиметровый. При этом плотность опробования определяется масштабом работ и может составлять от 1 и менее до 50-100 проб на 1 км2. Выбор мест опробования определяется задачами исследования.          Аналитическая обработка выполняется с использованием одного из методов количественного химического анализа (спектральный, рентгеноспектральный, рентгеноспектральный флуоресцентный, атомно-адсорбционный и др.). При этом важнейшее условие достоверности результатов - это соблюдение комплекса метрологических требований, что предполагает выполнение анализов аккредитованными лабораториями, с использованием сертифицированного оборудования, аттестованных стандартных образцов и методик анализа. Для обеспечения достоверности ведется постоянный внутрилабораторный и внешний контроль результатов.  Интерпретация результатов проводится путем сравнения данных анализов с фоновыми концентрациями тех же элементов в аналогичных почвах и почво-грунтах ландшафтов-аналогов, расположенных заведомо вне зон техногенного воздействия. При этом определяют поэлементные показатели концентрации и суммарные показатели концентрации.

 

 

Рис 3.Открытая добыча урана

(Эти отходы  опасные – в частности, если  их используют в качестве строительного  материала, или они могут просочиться  в источники поверхностных вод. Хвостовой материал, взятый в качестве материала для строительной индустрии, может действовать как источник радонового газа внутри помещении).

 

 

 

 

Рис 4.(Контурная карта показывает уровни загрязнения почвы вокруг типичной группы скважин. Уровни гамма радиации превышают 30mSv/час на большей части загрязненной территории).

3.2Картографирование областей СИП и ЧАЭС.

Около 70% всех ядерных испытаний бывшего СССР проведено на территории Казахстана с 1949 по 1989 годы. Большая часть из них, включая 116 воздушных и наземных взрывов, была проведена на Семипалатинском полигоне (СИП). Здесь испытывалась первая в СССР атомная (1949 г.) и первая в мире водородная (1955 г.) бомбы.     Изучение последствий поведения ядерных испытаний на территории Казахстана и предотвращение дальнейшего загрязнения окружающей среды находятся в ряду наиболее актуальных проблем, стоящих перед Республикой.Одной из приоритетных задач в деятельности НЯЦ, определенных Правительством РК, является ликвидация последствий испытаний ядерного оружия на территории Казахстана.

 

 

С радиоэкологическим мониторингом тесно связаны радиоэкологическое картирование и прогнозирование. При этом картографирование радиоэкологических показателей следует рассматривать как основу мониторинга, а прогнозирование - как важнейшее его следствие. 
По ряду причин эти работы в Казахстане  проводились явно в ограниченных объемах и с недостаточной полнотой. Основной их недостаток заключался в том, что до последнего времени радиоэкологическое картирование и прогнозирование осуществлялось, по сути, как радиационное или радиогеохимическое. При этом выполнялась лишь оценка плотности загрязнения местности основными техногенными радионуклидами, а широкий комплекс показателей, отражающих влияние СИП на биосферу прилегающих к нему  регионов, особенно таких, как заболеваемость, трудоспособность населения, рождаемость, смертность, продолжительность жизни и т.п., картографически не отражался. 
Относительно полные соответствующие исследования проводились в пределах 30-километровой зоны ЧАЭС силами Научно-технического центра научно-производственного объединения "Припять", Укргидромета и др. К 1992 г. подготовлен комплект карт плотностей загрязнения почв зоны137Cs,90Sr, изотопами плутония, другими радионуклидами. Масштаб карт - 1:100000, При их построении использовалась компьютерная техника, современные средства математического анализа данных и пространственного моделирования. Комплект включает также прогнозные карты плотности загрязнения почв техногенными радионуклидами до 2016 г. 
Недостатком этих прогнозных карт является учет лишь одного из множества факторов, влияющих на изменение концентрации техногенных радионуклидов в месте их локализации, а именно - константы периода полураспада изотопа. В результате прогнозные карты, по сути, дублируют аналогичные карты современной плотности поверхностного загрязнения, отличающиеся лишь постоянными понижающими коэффициентами, зависящими от констант периода полураспада и временного интервала прогнозирования. 
В то же время, к 1990 - 1992 гг. в Институте географии АН Украины составлен обширный комплект карт масштаба 1:100000 ландшафтно-геохимических показателей природной среды и условий миграции радионуклидов в пределах 60-километровой зоны ЧАЭС. Эти материалы позволяют строить карты прогноза изменения плотностей загрязнения почв с учетом обширного спектра факторов, влияющих на мобилизацию, перенос, осаждение и фиксацию радионуклидов. Построение подобных, по-настоящему прогнозных карт является важнейшей задачей ближайшего будущего. 
         Для остальной части Украины в смысле комплексной оценки радиоэкологической ситуации сделано значительно меньше, чем для 30-километровой зоны. При этом имеются значительные объемы аналитических данных, главным образом по плотности загрязнения137'Cs, составляющих многие сотни тысяч определений. При условии концентрации всей накопленной информации в электронных базах данных проблема комплексного радиоэкологического картирования территории Украины могла бы решаться достаточно успешно и в приемлемые сроки. 
К настоящему времени усилиями Украинского комитета гидрометеорологии и Министерства Украины по делам защиты населения от последствий чернобыльской катастрофы подготовлено два варианта карт плотности загрязнения территории Украины137Cs (1989 и 1991 гг.) и один -90Sr (август 1992 г.). Масштаб карт - 1:500000. Готовится первая версия карты загрязнения изотопами плутония. 
Несмотря на исключительное значение подобных карт, сегодня виден и ряд слабых мест в их подготовке: 
недостаточно полная изученность загрязненных площадей Украины (остались неохваченными южные, от 48 с.ш., и восточные, от 36 в.д. территории страны); 
высокий нижний уровень выделения аномалий по137Cs. Если для плутония и 90Sr эти уровни составляют соответственно 1,5 мКи/км2 и 150мКи/км2, т.е. в 2 - 3 раза превышают фон глобальных выпадений, то для137Cs он равен 1 Ku/км2, т.е. превышает глобальный фон в 15 - 20 раз. Это ведет к тому, что обширные территории Украины, реально загрязненные в результате Чернобыльской катастрофы, до сих пор обозначаются на картах как якобы чистые, вводя в заблуждение население, административные органы и научную общественность. Между тем, даже на Южном берегу Крыма, по данным аэрогаммаспектрометрической съемки фиксируются зоны с плотностью загрязнения137Cs до 0,2 - 0,5 Ku/км2, т.е. с превышением фона до 3-10 раз; 
недостаточная "чуткость" интервалов шкалирования значений активности радионуклидов при построении соответствующих карт значениями 1, 5, 15, 40 Ku/км2, что затушевывает структуру поля радиоактивных выпадений; 
недостаточное использование современных методических разработок построения карт, средств и методов компьютерного моделирования. 
Отмеченные недостатки в значительной мере устранены в комплекте радиоэкологических карт северных территорий Украины масштаба 1:200000, охватывающих загрязненные (более 0,5 Ku/км2по137Cs) районы Киевской, и           близлежащих областей. В их создании принимал участие большой коллектив ученых и специалистов Академии наук Украины, отраслевых министерств и комитетов под руководством академика АН Украины Э.В. Соботовича и члена-корреспондента АН Украины В.М. Шестопалова. В этой работе впервые была сделана попытка расширить рамки реально проводимого картирования радиационной обстановки до собственно радиоэкологического картирования. 
Комплект включает карты состояния природной среды, сводную карту плотности поверхностного загрязнения137Cs, карту биогенной миграции радионуклидов, карты заболеваемости детского населения, результирующую интегрированную карту оценки степени радиоэкологической опасности проживания населения на территории Украинского Полесья. 
Построенные карты явились результатом интенсивных теоретико-методических исследований. Заложены основы комплексного анализа разнородной информации, характеризующей состояние пораженных выбросами техногенных радионуклидов экосистем, осуществлен переход от простой оценки радиационной обстановки (радиационного мониторинга и картирования) к более глубокой и многофакторной радиоэкологической оценке - собственно радиоэкологическому мониторингу и картированию. На этой теоретико-методической и практической базе может осуществляться разработка прогностических моделей и прогнозов развития радиоэкологических ситуаций как научной основы разрабатываемых рекомендаций по защите населения и окружающей среды от вредных последствий антропогенной деятельности.

3.3 ГИС в радиационном картографировании

 
          ГИС - геоинформационные системы; Возникшие в последнее время экологические проблемы ставят новые задачи перед картографией. Для их решения требуется современное геоинформационное обеспечение, позволяющее оперативно реагировать на любые изменения в окружающей среде. Первые карты, основанные на ГИС-технологиях, начали появляться в 90-ых годах 20го века. Тогда была начата значительная работа по преобразованию аналоговой информации общегеографических, топографических и тематических карт в цифровой вид. Параллельно разрабатывались и оригинальные компьютерные карты, они создавались в геоинформационных центрах, а так же соответствующих профильных организациях и ведомствах. Именно компьютерные тематические карты являются сопровождением многих экологических исследований, программ и проектов. В последнее десятилетие прогрессирующе быстро создаются геоинформационные системы экологического содержания, в большинстве своем имеющие практическую ориентацию, содержащие серии взаимосогласованных карт и многоплановые базы данных, позволяющие в оперативном режиме проводить анализ экологической ситуации и способствующие принятию эффективных управляющих решений. Экологические ГИС разрабатываются как на административно-территориальные единицы (регионы, крупные промышленные центры, административные районы), так и на локальные объекты, часто потенциально относящиеся к объектам экологического неблагополучия (уранодобывающие месторождения,АЭС). Развитые ГИС включают в автоматизированные картографические системы, базы картографических данных, аналитико-моделирующие блоки. Основные особенности геоинформационного картографирования - автоматизация, системность, целенаправленность, оперативность и многовариантность. Геоинформационное картографирование - это, прежде всего, системное, серийное создание и использование карт, ориентированное на конкретные задачи управленческого характера. Структура, содержание и сюжеты карт в ГИС многоплановы, подходы к их составлению отражают используемую программную среду, целевую изученность объекта картографирования и технические возможности создателей. На современном этапе развития геоинформационные экологические карты представляют собой системы, которые могут использоваться как для изготовления печатных атласов, так и для создания ГИС, нацеленных на наблюдение за радиационной обстановкой и своевременном предупреждении экологических проблем.  Создание геоинформационной экологической карты проходит в несколько этапов, которые осуществляются с помощью специализированного программного обеспечения.         На первом этапе подготавливается картографическая основа. Она представляет собой набор тематических слоев, которые, во-первых, содержат исходную информацию для моделирования (расположение источников загрязнения, рельеф, ландшафт), во-вторых, отражают информацию, необходимую для анализа результатов и получения окончательной карты загрязнения. На этом этапе определяются размеры области, соответствующие поставленной задаче. Подготавливается база данных по источникам загрязнения. Производится привязка данных к карте.     Второй этап включает в себя непосредственную подготовку к моделированию. Поскольку данные о метеорологических полях, рельефе и свойствах подстилающей поверхности представляют собой неоднородные по пространству величины, для численного моделирования загрязнения, которое проводится, как правило, на некоторой регулярной сетке, непрерывные по пространству данные такого типа приводятся к дискретному виду. Для этого необходимая информация представляется в виде грид - тем (grid), которые получают в результате обработки исходных векторных слоев. На этом этапе подготовки данных привлекаются современные инструменты ГИС, позволяющие автоматизировать процессы трансформации и генерализации первоначальной информации на карте.

      Третий, завершающий этап, включает в себя проведение расчетов по модели. Рассчитанные поля концентрации загрязняющих веществ представляются в виде гридов. На этом этапе производится окончательная обработка результатов и получение карт оценки или прогноза загрязнения .

Создана оболочка ГИС радиационно-опасных объектов на территории Казахстана, разработаны карты радиационно-загрязненных мест отдельных участков территории Казахстана. Получены количественные данные, характеризующие концентрации искусственных радионуклидов в объектах окружающей среды на территории Казахстана. Разработан проект типовых систем радиационного контроля и радиоэкологического мониторинга для промышленных объектов и нефтегазовых месторождений.

Рис 4.

 

Потенциальное воздействие на здоровье. На данный момент не была проведена комплексная оценка воздействия НОРМ и ТНОРМ радионуклидов на население. Из этого следует, что нет данных о дозах радиации, получаемых населением от серии радионуклидов урана и тория – включая радон.  Также, отсутствует информация по уровню заболевания, необходимая для оценки воздействия деятельности урановых предприятий на население, проживающее в близлежащих районах. Также, мы не знаем о масштабах потенциального воздействия на население. Однако ранее сообщалось о нескольких медико-патологических проблемах, которые наблюдались среди местного населения, и делается предположение, что они имеют отношение к состоянию окружающей среды. Следовательно, Правительства Казахстана и Кыргызстана, а также МАГАТЭ выразили свою озабоченность о радио-экологической ситуации внутри региона.      Сообщения об ухудшении состояния здоровья местного населения подтверждают пагубное воздействие на окружающую среду и здоровье людей – хотя другие социально-экономические факторы также важны. Сузакский район на юге Казахстана: самый высокий уровень младенческой смертности - 75 на 1000 рожденных в Казахстане; большая доля населения находится под постоянных медицинских наблюдением (~12 %); большинство женщин страдают от анемии; возросло число инфекционных заболеваний, нарушение нервной системы, стенокардия, злокачественные новообразования, врожденные аномалии и бронхиальная астма. Необходимо установить в какой мере патология может быть связана со сбросами и стоками радиоактивных отходов от уранового производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

   Для человека, на современном этапе развития общества жизненно необходимо держать в постоянном контроле окружающую среду, особенно, в радиационно-неблагополучных районах. Мониторинг, составление динамик развития загрязнений, наблюдение за изменение площадей загрязнения, всё это выполняется при помощи радиационного картографирования. Радиационное картографирование как совокупность создания и использования карт радиационного содержания играет выдающуюся роль в раскрытии пространственных закономерностей экологических явлений. Карты выступают способом отображения экологических ситуаций, являются необходимым звеном их  оценки.  Радиационное картографирование быстро  развивается. В настоящее время радиационное картографирование проходит экстенсивный этап развития, в процессе которого идет апробация различных методов составления карт. Благодаря автоматизации и компьютеризации  в последние годы карта стала не просто инструментом исследования или средством принятия решений, но еще и держательницей, распорядительницей информации о многих важных аспектах взаимодействия природы и общества . Важнейшую роль в этом играют географические информационные системы (ГИС) – автоматизированные системы, интегрирующие технические, программные, информационные средства сбора, хранения, обработки, преобразования и отображения (выдачи) пространственно-локализованной информации (геоинформации). Актуальной является необходимость подготовки профессионалов  в области экологического картографирования.       Возникло представление о виртуальном картографировании, которое является дальнейшим развитием ЭВМ-картографирования. Все большая часть картографической науки и производства смещается в область ГИС и геоинформационного картографирования.

 

 

 

 

Список использованных источников

 
1.Экологическое картографирование: Учебное пособие. Стурман В. И. Москва: Аспект Пресс, 2003.

2.Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учеб. пособие для вузов. Под ред. Тикунова В.С. Москва: Издательский  центр «Академия», 2004.

3.Эколого-географическое  картографирование городов. Макаров  В.З., Новаковский Б.А., Чумаченко  А.Н. Москва.Научный мир, 2002г.

4.Основы ГИС и цифрового  тематического картографирования: Учебно-методическое пособие. Лопандя  А.В., Немтинов В.А.

5.Картографирование загрязнения  воздушной среды промышленных  городов. Из материалов международной  конференции«Интеркарто - 6» Эколого-географическое  картографирование на основе  аэрокосмической информации: Методическое  пособие. Шумова О.В. Санкт-Петербург: 1998.

6. Берлянт A..M. Геоинформационное картографирование: монография. — М.: «Астрея», 1997

7. Лопандя А.В., Немтинов  В.А. Основы ГИС и цифрового тематического картографирования: Учебно-методическое пособие. — Тамбов: ГОУ ВПО «ТГТУ», Педагогический Интернет-клуб, 2007.

8.  Картографирование по космическим снимкам и охрана окружающей среды / Под ред. Востоковой Е.А, Злобина Л.И. (отв. ред.), Кельнера Ю.Г. — М.: «Недра», 1982