Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Географическая экология

Диссертационная работа:

Краснопеева Анна Андреевна. Углеводородные геохимические поля в ландшафтах и их диагностика : диссертация ... кандидата географических наук : 25.00.36 / Краснопеева Анна Андреевна; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова].- Москва, 2009.- 161 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-11/48

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Глава 1. Основные направления изучения углеводородного ком- . <-
плекса почв

  1. Автохтонные углеводороды почв 15

  2. Аллохтонные углеводороды почв 22

Глава 2. Диагностика углеводородных геохимических полей в поч- _„
вах

2.1. Углеводородное геохимическое поле и его компоненты 30

2.1.1 Существующие понятия об углеводородном геохимическом

поле

2.1.2. Углеводородное геохимическое поле и углеводородное со-
стояние почвы

2.1.3. Компоненты углеводородного состояния почв 34

2.2. Аналитическая схема исследования углеводородного состояния .
почв

  1. Исследование газовой фазы углеводородов в почвах 42

  2. Исследование битумоидов почв 44

2.2.3. Экспериментальное обоснование типизации битумоидов
почв

Глава 3. Углеводородные геохимические поля в почвах природных
ландшафтов (Боровский район Калужской области, Ординский 57
район Пермского края)

  1. Физико-географическая характеристика ключевых участков 57

  2. Природные углеводороды в почвах районов исследования 63

3.2.1. Сатинский участок (Боровский район, Калужская об- ,.
ластъ)

3.2.2. Иренский участок (Ординский район Пермского края) 79

3.3. Типы углеводородных геохимических полей в почвах природ- „ .
ных ландшафтов

Глава 4. Углеводородные геохимические поля в почвах на терри
тории нефтяного промысла в условиях очаговых техногенных из- „„
менений (участок Кокуйского нефтяного месторождения, Перм
ский край)

4.1. Характеристика участка и методика полевых исследова- _
НИИ

4.2. Углеводородные состояния почв на территории нефтяного про- Q .
мысла

  1. Углеводородное состояние почв в автономных ландшафт-но-геохимических позициях в сфере влияния эксплуатационных 94 скважин

  2. Углеводородное состояние дерновых почв в транзитных QR ландшафтно-геохимическихпозициях

  3. Углеводородное состояние аллювиальных и луговых почв в 1лп транзитио-аккумулятивных позициях

4.3. Типы углеводородных геохимических полей в почвах на терри- . - .
тории нефтяного промысла

Глава 5. Углеводородные геохимические поля в почвах городских
ландшафтов в условиях площадного техногенного воздействия 113
(восточные, южные и центральные районы г.Москвы)

  1. Физико-географическая характеристика территории исследова- ... ния

  2. Распределение углеводородов в городских почвах 117

  1. Углеводороды в почвах лесопарков и парков 118

  2. Углеводороды в почвах селитебных районов 121

  3. Углеводороды в почвах промышленных зон 125

5.3. Типы углеводородных геохимических полей городских почв 129

Заключение 135

Список литературы

Введение к работе:

Актуальность темы. Изучение углеводородных соединений, вызывающих ухудшение качества окружающей среды и вместе с тем повсеместно распространенных в природных и техногенных ландшафтах, уже несколько десятилетий остается одной из наиболее актуальных и очень сложных проблем геоэкологии. Поступление этих веществ в ландшафты связано с широким распространением объектов добычи и переработки нефти и газа, значительной протяженностью трансрегиональных и местных нефте- и газопроводов и практически повсеместным использованием продуктов переработки нефти и газа. Помимо этого биосфера постоянно генерирует природные углеводороды, циркулирующие в ландшафтах.

Среди компонентов ландшафта почвы представляют собой основное звено, в котором поллютанты депонируются и испытывают геохимическую трансформацию. Почвы отражают экологическое состояние окружающей среды в целом, и им должно быть уделено главное внимание в работах по диагностике и изучении судьбы углеводородов в ландшафтах. При этом в основе методологии геоэкологических исследований углеводородных загрязнений должен быть ландшафтно-геохимический подход, позволяющий рассматривать в комплексе свойства самого вещества и природную обстановку, в котором оно циркулирует.

Исследованию углеводородов в почвах на протяжении всего двадцатого столетия уделялось достаточно много внимания. С одной стороны, углеводороды изучались как одна из фракций неспецифических соединений почвенного гумуса (работы С.А. Ваксмана, И.В. Тюрина, М.М. Кононовой, Е. В. Фридланд и других). С другой стороны, исследовались свойства и закономерности поведения углеводородов, поступающих в почву извне в результате природных и техногенных процессов. В связи с поисками нефтяных и газовых месторождений углеводороды в почвах изучались В.А. Соколовым, Н. Б.

5 Вассоевичем, М. М. Кононовой, В. А. Ковдой, П. С. Славиным, Г. А. Моги-

левским, В. Н. Флоровской и многими другими исследователями. Геоэкологическое направление в изучении углеводородов активно развивается многими исследователями и научными коллективами в нашей стране и за рубежом. В работах М.А. Глазовской, Ю.И. Пиковского, Н.П. Солнцевой, А. А. Оборина, Н. М. Исмаилова, С. С. Беляева, Н.В.Можаровой, R. М. Atlas, Т. Коуата, W. McGill, С. Т. I. Odu и многих других исследователей были обобщены закономерности поведения углеводородных соединений, поступающих на поверхность почвы из техногенных источников.

Индивидуальные углеводородные соединения (полиарены, алканы) изучались как самостоятельный компонент почвенного органического вещества. Особенный интерес проявляется к полициклическим ароматическим углеводородам в связи с канцерогенными и мутагенными свойствами некоторых из этих соединений (работы А. Н. Геннадиева, Т. А. Алексеевой, А. И. Оглобли-ной, Т. М. Беляковой, И. С. Козина, Е. М. Никифоровой, Ф. Я. Ровинского, Т. А. Теплицкой, Л. М. Шабад, многих российских и зарубежных исследователей).

Несмотря на значительное количество работ, посвященных исследованию поведения углеводородов в ландшафтах, и, прежде всего в почвах, как депонирующих средах, сохраняется неоднозначность в трактовке многих вопросов геохимии, генезиса, нормирования и вклада в загрязнение среды разных типов углеродистых веществ, в первую очередь нефти и нефтепродуктов. Это связано с разнообразием источников и видов углеводородного загрязнения, с трудностями диагностики типов загрязняющих веществ, с необходимостью разделять техногенные углеводороды от природных, постоянно образующихся в ходе биогеохимических процессов. В большинстве проводящихся исследований изучаются отдельные характеристики или группы соединений из всей совокупности почвенных углеводородов. В экологическом мониторинге в большинстве случаев определяется лишь «суммарное содержание нефтепродуктов» без учета их природы и качественных

характеристик. И то и другое не несет достаточной информации, позволяющей достоверно оценивать влияние углеводородов на среду конкретных географических объектов. Назрела необходимость в разработке нового подхода к изучению углеводородов в компонентах ландшафта, который рассматривал бы во взаимосвязи и пространственно-временной изменчивости комплексные ассоциации разнофазных углеводородных соединений, образующих в ландшафтах разные по составу, свойствам и влиянию на среду углеводородные геохимические поля. Такой подход должен существенно расширить геоэкологическую информативность изучения природы и поведения углеводородов в окружающей среде. С разработкой такого подхода связана тема настоящей работы.

Значительно облегчает понимание поведения и генезиса углеводородов в ландшафтах исследование всей совокупности разнофазных углеводородных соединений почвы в их пространственно-временной изменчивости, определяемое как «углеводородное состояние почвы» (Пиковский и др., 2008). В развитие этого подхода в настоящей работе используется понятие об углеводородных геохимических полях как о совокупности в пространстве однородных углеводородных состояний почв. При этом углеводородные состояния почв характеризуются нами количеством, составом и соотношением углеводородных газов, битумоидов, индивидуальных углеводородных соединений (полициклических ароматических углеводородов и н-алканов). Временная изменчивость углеводородного состояния почвы связывается с процессами метаболизма и рассеяния вещества, а также с динамикой поступления аллох-тонных углеводородов в ландшафты. Пространственная изменчивость углеводородного состояния почвы выражается в радиальном изменении его по почвенному профилю. Изменения в латеральном направлении связаны с вариациями типов почв, их ландшафтно-геохимических позиций, характера и уровня антропогенных изменений.

Распространение понятия «углеводородное геохимическое поле», первоначально введенного для геологической среды, на педосферу и представле-

7 ниє его как совокупности углеводородных состояний почвы в отдельных

точках опробования дает возможность диагностировать природу углеводородов в почвах исследуемых территорий, выявлять процессы, приводящие к формированию тех или иных углеводородных геохимических полей.

Естественно, что такой подход можно применять только с учетом конкретных географических условий в их широком понимании, так как от них будут прямо зависеть состав, свойства и соотношение геохимических углеводородных полей.

Цель и задачи исследования.

Цель исследования: выявить природу и типы углеводородных геохимических полей в почвах, как депонирующей среде ландшафтов, на примере ключевых участков южно-таежной почвенно-географической зоны на Европейской территории России с различным характером и уровнем техногенных изменений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  1. Разработать аналитическую схему исследования углеводородного комплекса почв на основе приемов люминесцентного и газохроматографическо-го анализа;

  2. Дать характеристику углеводородного геохимического поля почв природного ландшафта, не измененного техногенными процессами;

  3. Выявить особенности углеводородного геохимического поля почв в ландшафтах с очаговыми техногенными изменениями (на примере нефтяного промысла);

  1. Разработать подход к изучению углеводородного геохимического поля почв в ландшафтах с площадными техногенными изменениями (на примере городской территории с развитой промышленностью);

  2. Провести типизацию углеводородных геохимических полей в почвах исследованных природных и техногенных ландшафтов на основе данных полевых и экспериментальных исследований.

8 Объекты исследования - почвы на ключевых участках, расположенных в

Среднерусской и Вятско-Камской провинциях зоны дерново-подзолистых

почв южной тайги на Европейской территории России (рис. 1):

а) почвы природных ландшафтов, не измененных техногенными процес
сами (Сатинский участок Боровского района Калужской области и Иренский
участок Ординского района Пермского края);

б) почвы природных ландшафтов с очаговыми техногенными измене
ниями, находящиеся в сфере влияния нефтяного промысла (участок террито
рии Кокуйского нефтяного месторождения, Пермский край);

в) почвы городской агломерации со сплошными техногенными измене
ниями, обусловленными множеством источников (восточные и южные рай-

оны г. Москвы).

^ L 1 IS „В^ЦЭ |._М,а_ ИЗ

Г ПГПз Е ЕЗ6 I г> г.» но ШШЛи

[ [7 |ft»fl,i4fl,ii| 11 І б,г 115

Рис.1. Фрагмент карты почвенно-географического районирования Г.В.Добровольского и др. (1986) с расположением участков исследования. М - г. Москва, С - Сатинский участок, И - Иренский участок, К - участок Кокуйского нефтяного месторождения. Цветом показаны почвенно-географические зоны (подзоны) и провинции. Д-14 - Среднерусская и Д-15 Вятско-Камская провинции зоны дерново-подзолистых почв южной тайги.

Наряду с зональными дерново-подзолистыми почвами, почвенный покров на исследованных участках слагают аллювиальные дерновые и дерно-

вые карбонатные почвы, торфяные болотные почвы, черноземовидные почвы различной степени глееватости и оторфованности, а в городской среде — также техногенные почвы.

Предмет, методы и материалы исследования.

Предмет исследования составляет совокупность почвенных углеводородных соединений различного происхождения и агрегатного состояния. Сбор полевого материала проведен по методике ландшафтно-геохимических исследований, разработанной на кафедре геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова в трудах М.А.Глазовской, А.И.Перельмана, Н.С.Касимова и других. Основой химико-аналитических методов исследования углеводородов в работе стали люминесцентно-битуминологический метод В.Н.Флоровской и спектрофлуориметрический анализ ПАУ при низкой температуре («спектроскопия Э.В.Шпольского»), дополненные изучением газового компонента почвенных углеводородов, нормальных алканов и общего органического углерода.

Материалами для исследования стали результаты полевых и экспериментальных работ, проведенных автором в 2004 - 2008 гг. в рамках госбюджетных тем исследовательских грантов кафедры геохимии ландшафтов и географии почв Географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Исследования почв г. Москвы проводились в содружестве с Институтом минералогии и геохимии редких элементов (ИМГРЭ, г. Москва) по проекту мониторинга почв г. Москвы. Все аналитические люминесцентные исследования битумоидов и ПАУ выполнены в Лаборатории углеродистых веществ биосферы Географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Нормальные алканы (23 пробы) определялись в лаборатории Почвенного стационара МГУ методом газожидкостной хроматографии.

Личный вклад автора.

Личный вклад автора в проведенное исследование состоял в участии в постановке задачи, в описании почв и отборе проб из почвенных разрезов,

10 замерах концентраций углеводородов в почвенном воздухе при проведении

полевых работ, выполнении химических анализов на содержание битумоидов и ПАУ (около 1500 почвенных проб). Кроме того, автором проведены экспериментальные исследования, включавшие изучение люминесцентных характеристик различных типов сырой нефти и нефтепродуктов, как товарных, так и прошедших инкубацию в различных генетических горизонтах почв. Автором проведена также интерпретация и статистическая обработка полученных данных.

Научная новизна работы:

  1. Предложен новый подход к исследованию источников и эволюции углеводородов в почвах природных и техногенных ландшафтов, основанный на комплексном изучении в почвах соотношения разных фаз и групп углеводородов (газов, битумоидов, индивидуальных углеводородных соединений — ПАУ и нормальных алканов), диагностике углеводородного состояния почв и распределении углеводородных геохимических полей в почвах.

  2. Впервые на основе географического анализа углеводородного комплекса почв в районах южно-таежной зоны дерново-подзолистых почв (Калужская область, Пермский край, г. Москва) определены типы углеводородных состояний почв и углеводородных геохимических полей в почвах: а) вне техногенного воздействия; б) в условиях нефтяного промысла; в) в условиях городской среды.

  3. Обновлена методика количественного и качественного люминес-центно-битуминологического анализа почв путем введения дополнительных люминесцентных характеристик, повышающих правильность получаемых результатов.

  4. Впервые экспериментальным путем на основе параметров люминесценции выявлены диагностические признаки природных битумоидов и основных типов нефтепродуктов, прошедших инкубацию в различных генетических горизонтах почв.

Практическое значение работы.

Результаты проведенных исследований использовались при проведении научно-исследовательских работ кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова по темам «Эволюция, геохимия и география почв» и при выполнении проекта РФФИ №07-05-12055 «Разработка методов диагностики углеводородного загрязнения и оценки устойчивости почвенного покрова для целей экологического нормирования и мониторинга окружающей среды в районах добычи и транспортировки нефти и газа». Полученные данные используются в теоретических и практических курсах учебной Программы «Геоэкология нефти и газа» на Географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. Разработанные методы диагностики и ландшафтно-геохимической интерпретации углеводородного состояния почв и углеводородных геохимических полей рекомендуется широко использовать при проведении экологического мониторинга природных и техногенных ландшафтов и в практике оценки воздействия производств на окружающую среду.

Апробация работы и результатов исследования.

Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: «Ломоносовские чтения» на географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва, 2005), Международная школа-конференция на географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва, 2005), IX Докучаевские молодежные чтения «Почвы России: проблемы и решения» (Санкт-Петербург, 2006), XIII Ежегодный семинар «Спектрометрический анализ. Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ» (Обнинск, 2006), II Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007), XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2008» (Москва, 2008), Международная научная конференция «Проблемы экологической геохимии в XXI веке» (Минск, 2008).

12 Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 работ общим объемом 56 страниц, из них 3 работы опубликовано в рекомендованных ВАК журналах, в том числе одна работа без соавторов.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы из 165 наименований, в том числе 23 на английском языке. Общий объем работы 161 страница, включая 38 рисунков и 32 таблицы.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. Углеводородные геохимические поля в почвах природных и техногенных ландшафтов следует рассматривать как пространственные совокупности однородных углеводородных состояний почв. Геохимические параметры углеводородных состояний почв, включающие люминесцентно-спектральные характеристики битумоидов, содержание и состав углеводородных газов, индивидуальных полициклических ароматических углеводородов и н-алканов позволяют выделять разные типы природных и техногенных углеводородных геохимических полей в почвах.

  2. Углеводородные комплексы зональных и азональных почв в природных ландшафтах, не измененных техногенными процессами, характеризуются отличительными геохимическими признаками, которые позволяют выделить в почвах углеводородные состояния, образующие региональное и локальное углеводородные поля биогеохштческого происхождения. Аномальное увеличение в почвах газовой фазы, возникающее в процессах естественных эманации легких углеводородов из недр, дает основание выделять наложенное на биогеохимический фон природное локальное глубинно-эманаиионное углеводородное геохимическое поле.

  3. На участках очагового техногенного изменения ландшафтов на территории нефтяного промысла возникают особые углеводородные состояния почв, обусловленные инъекциями (разливами) нефти на поверхность или

13 в приповерхностные горизонты почвы. Такие состояния объединяются в локальные инъекционные нефтяные геохимические поля, различающиеся составом и разной степенью деградации нефти и нефтепродуктов. На неизмененных участках ландшафта могут быть выделены локальные субповерхно-стно-эманационные углеводородные поля, обусловленные эманациями из подпочвенных скоплений нефтяных углеводородов.

  1. В разных территориальных зонах крупной городской агломерации со сплошным характером техногенного изменения природного ландшафта углеводородные комплексы почв существенно различаются. По геохимическим признакам в этом типе ландшафтов могут быть выделены атмо-седиментационные (рассеянные и илтактные), инъекционные и седимента-ционно-шсекционные геохимические углеводородные поля, характеризующие процессы осаждения аэрозолей из атмосферы на поверхность почвы и поверхностные инъекции в почвы товарных и отработанных нефтепродуктов.

  2. Каждому углеводородному состоянию почв соответствуют свои источники углеводородов, определенное географическое положение и тип почв, их ландшафтно-геохимическая позиция. Параметры углеводородных состояний почв позволяют различать и оценивать углеводородные геохимические поля, обусловленные природными и техногенными процессами, устанавливать источники загрязнения окружающей среды углеводородами.

Благодарности.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю - доктору географических наук Ю.И.Пиковскому и профессору А.Н.Геннадиеву за неоценимую помощь и содействие на всех этапах исследования. Автор благодарит декана и заведующего кафедрой Географического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова академика Н.С.Касимова, а также сотрудников кафедры геохимии ландшафтов и географии почв: Т.М.Белякову, М.Д.Богданову, И.П.Гаврилову, М.И.Герасимову, Д.Л.Голованова, И.А.Горбунову, Л.Б.Исаченкову, П.П.Кречетова, Е.М.Никифорову,

14 А.П.Садова и других за внимательное отношение и конструктивное обсуждение работы.

Особую признательность автор выражает сотрудникам Лаборатории углеродистых веществ биосферы Географического факультета МГУ Н. И. Хлыниной, Т.А.Алексеевой, А.П. Жидкину, Р.Г. Ковачу, Т.А.Пузановой, М.Е.Раменской, Г.Н.Сахарову, С.С.Чернянскому за помощь в выполнении полевых и аналитических работ и постоянную поддержку в процессе проведения исследований.

Автор благодарит сотрудников ИМГРЭ СБ. Самаева и К. И. Вараву за предоставление материала и содействие исследованиям, сотрудника Почвенного стационара МГУ Ю. А. Завгороднюю и сотрудника ООО «Гео-НТ» Е. А. Матюхина за содействие в проведении газохроматографических исследований.

Глубокую благодарность автор выражает своим родным, близким и друзьям за моральную поддержку и терпеливое отношение к научной деятельности автора на протяжении всего периода исследований.

Подобные работы
Расковская Ирина Львовна
Теоретическое и экспериментальное обоснование лазерных методов диагностики акустического поля в жидкостях и газах
Нечаева Мария Борисовна
Теоретическое и экспериментальное исследование флуктуаций волновых полей при интерферометрической диагностике турбулентных потоков
Демидов Михаил Леонидович
Прецизионная поляриметрия и диагностика крупномасштабных магнитных полей Солнца
Харламова Татьяна Владимировна
Исследование возможностей применения электромагнитного поля СВЧ для медицинской диагностики и терапии
Афанасьев Владимир Васильевич
Диагностика и управление устойчивостью горения электрическими полями и разрядами
Диаките Харуна
Исследование температурного поля обмоток мощного турбогенератора для целей диагностики
Ткаченко Сергей Николаевич
Диагностика состояния полимерных диэлектриков в электрическом поле методом диэлектрической спектроскопии
Пашали Диана Юрьевна
Диагностика электромеханических преобразователей по внешнему магнитному полю
Жарков Владислав Владимирович
Разработка и исследование методов и средств диагностики электрических машин на основе измерения их полей рассеяния
Чистяков Михаил Владимирович
Ультразвуковая диагностика эволюции структуры магнитной жидкости, обусловленной длительным воздействием магнитного поля

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net