Влияние техногенеза на формирование элементного состава волос детского населения

Abstract

Актуальность работы обосновывается необходимостью разработки критериев оценки состояния окружающей среды. Биогеохимическое изучение всех объектов и компонентов биосферы является весьма актуальной задачей современности. Локальные техногенные преобразования территорий вызывают спонтанные неравномерные поступления элементов в живые организмы. Для оценки степени этого поступления хорошо зарекомендовало себя изучение элементного состава волос человека. Они являются депонирующей средой и могут служить индикатором антропогенного изменения природной среды. Цель работы: изучение специфики формирования элементного состава волос детского населения под влиянием процессов техногенеза. Методы исследования: инструментальный нейтронно-активационный анализ (количественное определение 29 химических элементов), масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Результаты. Установлены особенности формирования элементного состава волос детей (3-18 лет) в зоне Северного промышленного узла г. Томска, для чего изученная территория была разделена на сектора с учетом преобладающей «розы ветров» (оси проведены через г. Томск). Первый, подверженный наибольшему влиянию техногенеза, - север-северо-восточный сектор, характеризуется преимущественным по сравнению с другими секторами накоплением в волосах Sc, Cr, Zn, Lu, Hf, Au, Th, U, Cs. Второй - восточный сектор, выделяется максимальным по сравнению с другими секторами накоплением Se, Yb, Ag, Eu в концентрациях, выше среднеобластных значений. Третий - западный сектор, характеризуется самым высоким уровнем накопления Sb. Четвертый, южный сектор, можно рассматривать как фоновый с низкими концентрациями большинства из изученных элементов. Дополнительно было проведено сравнение с данными о содержании химических элементов в составе волос населения городов Северск и Томск. Анализ показал, что г. Северск в сравнении с другими изученными территориями характеризуется максимальным накоплением Br, Ta, U и Ce. Для проб волос, отобранных на территории г. Томска, специфичными элементами можно считать La, Sm и Eu. В поселках, расположенных вблизи хвостохранилищ, отмечается накопление элементов в изученном материале в количествах, превышающих фоновый уровень до 6,5 раз. Для волос из обоих поселков характерен высокий уровень (выше 2,5 фона) содержания Au, Ag, Tl, Re, Eu, Li. Выводы. Элементный состав детского населения на территории Томского района отражает специфику техногенного влияния разнопрофильных производств Северного промышленного узла г. Томска и в целом формируется под совокупным влиянием природных и техногенных факторов. На участках, подверженных наибольшему техногенному прессингу (в север-северо-восточном направлении от г. Томска), в составе волос отмечаются более высокие концентрации элементов по сравнению со среднеобластными показателями и фоном и более широкий перечень таких элементов. Городские территории выделяются накоплением в детских волосах брома и редкоземельных элементов. Населенные пункты, не подверженные основному влиянию промышленных объектов и находящиеся в тридцатикилометровой зоне воздействия СХК, при изменении преимущественного направления ветрового переноса веществ также испытывают техногенное воздействие. Юг Томского района можно рассматривать как фоновый с низкими концентрациями большинства из изученных элементов. Томский район как наиболее техногенно-трансормированная территория отмечается специфичным концентрированием в волосах детей элементов-лантаноидов. Показатели соотношения радиоактивных и редкоземельных элементов являются яркими индикаторами условий техногенеза. На территориях со складированными отходами обогатительного производства отмечается концентрирование в волосах детского населения химических элементов, отражающих специфику добываемого и перерабатываемого сырья. Таким образом, волосы детей служат ярким показателем техногенной нагрузки на территории проживания.

The relevance of the research is supported by the necessity to elaborate the criteria for assessing the environment condition. Biogeochemical study of all objects and components of the biosphere is rather relevant task of modern times. Local technogenic transformations of areas cause spontaneous, irregular income of elements to the living organisms. Study of element composition of human hair proved itself to be good for assessing this income degree. Human hair is a deposit environment and can serve as an indicator for anthropogenic change of the environment. The aim of the study is to investigate the accumulation specificity of chemical elements in the content of childrenґs hair under the influence of technogenesis and to find the indicators of this influence. The research methods: instrumental neutron activation analysis (quantitative determination of 29 chemical elements), mass-spectro-metry with inductively coupled plasma ICP-MS. Results. The authors have determined the peculiarities of formation of element composition of childrenґs hair (3-18 years old) in the area of Northern industrial hub of Tomsk. For this purpose, the investigated area was divided into sectors taking into account the prevailing «wind rose» (the axes were run across Tomsk). The first sector - the north-north-eastern - is subject to the most influence of technogenesis; in comparison with other sectors it is characterized by the maximal accumulation of Sc, Cr, Zn, Lu, Hf, Au, Th, U, Cs in hair. The second one, the eastern sector, in comparison with the others is distinguished by the maximal accumulation of Se, Yb, Ag, Eu with concentrations, which are higher than average regional values. The third, western, sector is characterized by the highest Sb accumulation level. The fourth one, the southern sector, can be considered as the background sector with low concentrations of the most studied elements. In addition, the authors compared smth with the data on chemical elements content in the hair of Seversk and Tomsk residents. The investigation shown that Seversk, compared to other areas, is characterized by the maximal accumulation of Br, Ta, U and Ce. For the hair samples from Tomsk, La, Sm and Eu are specific. In the villages, located near tailings, the accumulation level of elements 6,5 times exceeds the background level. For the hair from both villages, the high level (2,5 times exceeds the background) of Au, Ag, Tl, Re, Eu, Li contents is specific. Conclusions. The element composition of childrenґs hair in the studied area reflects the specificity of technogenic influence of different manufacturing enterprises in Northern industrial hub of Tomsk; and in general, it is formed under the additive effects of natural and technogenic aspects. In the areas with the most active technogenic impact, the concentrations of element in the hair are higher and the range of elements is wider in comparison with the average regional factors and background data. Urban territories are distinguished by Br and rare earth elements accumulation in childrenґs hair. Human settlements, which are not subject to the main impact of industrial enterprises and located in thirty-kilometer area of SCC impact, at prevailing direction of wind transfer of the substances, suffer the technogenic influence. The southern part of Tomsk district can be considered as background area with low concentrations of the majority of the studied elements. The indices of elements ratio are significant indicators of technogenesis conditions. Tomsk district as the most technogenic-transformed area is characterized by specific concentration of lanthanides in the childrenґs hair. In the territories with the stored wastes of enrichment production, the concentration of chemical elements, reflecting the specificity of the produced and recycled materials, is specific for childrenґs hair. Therefore, childrenґs hair is the demonstrating factor of technogenic load on the residential areas.