Геохимические особенности элементного состава листьев тополя урбанизированных территорий

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью получения новых данных о природных и антропогенных геохимических процессах, протекающих в условиях повсеместной урбанизации и развития промышленности, разработки биогеохимических показателей для количественной оценки степени воздействия факторов окружающей среды на урбасистемы и здоровье человека. Цель работы: количественная оценка факторов природной и техногенной геохимической специализации урбасистем с развитой транспортно-промышленной инфраструктурой по данным элементного анализа золы листьев тополя. Методы исследования: отбор проб листьев тополя по равномерной сети 2х2, 1х1, 0,5х0,5 км; озоление проб при 450 °С с определением зольности в соответствии с ГОСТ 26929-94; количественный инструментальный нейтронно-активационный метод анализа (определение содержания 28 химических элементов); обработка и анализ эмпирических данных методами корреляционного, кластерного и факторного (методом главных компонент) анализов, а также с использованием индикаторных отношений Th/U, La/Th, La/Lu, La/Yb, La/Sm, Ce/Nd, La+Ce/Sm+Eu, La+Ce/Yb+Lu. Результаты. Определены содержания некоторых макроэлементов (Na, Ca, Fe), редких, редкоземельных и радиоактивных (U, Th) элементов в золе листьев тополя в ряде урбасистем Казахстана, юга Сибири и Дальнего Востока России. Общий характер распределения химических элементов в пробах подчиняется универсальным геохимическим законам. В золе листьев тополя накапливаются биофильные (Br, Zn) и специфические (Au, Ag, Sr) для биологического вида элементы. Установлены уникальные геохимические ассоциации элементов для урбасистем с различной промышленной специализацией. Показано, что высокие значения показателя Th/U (>2) отражают влияние преимущественно природного фактора окружающей среды, а низкие значения показателя Th/U (<1) связаны с влиянием фактора техногенеза. По соотношению легких и тяжелых редкоземельных элементов выделены три различных геохимических типа урбасистем. Полученные данные можно использовать для количественной оценки эколого-геохимического состояния урбанизированных территорий, для изучения формирования биогеохимических провинций, а также они могут быть учтены в ближайшем будущем при обновлении карты биогеохимического районирования России и сопредельных территорий.

Relevance of the work is caused by the necessity of obtaining new data on natural and anthropogenic geochemical processes, occurring under conditions of widespread urbanization and industrial development, the development of biogeochemical indicators to measure the impact of environmental factors on human health and urban systems. The main aim of the study is quantitative estimation of factors of natural and man-made biogeochemical peculiarities of urban system with intensive transport and industrial infrastructure based on the data of elemental analysis of poplar leaf ash. The methods used in the study: selection of poplar leaf samples on a uniform grid of 2x2, 1x1, 0,5x0,5 km; ashing the samples at 450 °C with determination of ash content in accordance with GOST 26929-94; quantitative instrumental neutron activation analysis (determination of content of 28 chemical elements); empirical data processing and analysis by correlation, cluster and factor (method of principal components) analyzes, as well as with the use of indicator ratios: Th/U, La/Th, La/Lu, La/Yb, La/Sm, Ce/Nd, La+Ce/Sm+Eu, La+Ce/Yb+Lu. The results. The authors have determined the contents of some major (Na, Ca, Fe), trace, rare earth (REE) and radioactive (U, Th) elements in poplar leaf ash in some cities of Kazakhstan, southern Siberia and Far East of Russia. General character of element chemical distributions in samples follows the universal geochemical law. Biophil (Br, Zn) and specific for biological species (Au, Ag, Sr) elements are accumulated in poplar leaf ash. The authors determined the abnormal geochemical associations of elements for urban systems with different industrial specialization. It is shown that the high value of the ratio Th/U (>2) mainly reflect the impact of natural environmental factor, and low values of Th/U value (<1) are related to the influence of technogenic factors. Three different geochemical types of urban systems were allocated by the ratio of light and heavy rare earth elements. The data obtained can be used for quantitative assessment of environmental and geochemical status of the urbanized areas, to explore the formation of biogeochemical provinces, and they may also be considered to update the map of biogeochemical zoning of Russia and adjacent territories in the near future.