Изучение закономерностей распределения и миграции элементов в природной среде городов с помощью нейтронно-активационного анализа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГ6 од

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН \ к ?|?0|) |ПС,ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ_

На правах рукописп

ХОШИМХУЖАЕВ МАДАМИНХУЖА МАМАТХОНОВИЧ

УДК 543.53;577.49

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ ГОРОДОВ С ПОМОЩЬЮ НЕЙТРОННО—АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА

01.04.16 — Физика ядра и элементарных частиц, 03.00.16 — Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сонскание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент — 1993

Работа выполнена в Институте ядерной физики Академии Наук Республики Узбекистан.

Научные руководители: — член-корр. РАЕН, доктор

химических наук, профессор КИСТ А. А.

— доктор химических наук, профессор КУЛ MATO В Р. А.

Официальные оппоненты: — доктор технических наук

ХАЙДАРОВ Р. А.

— кандидат технических наук

конюхов в. г.

Ведущая организация: — Научно - исследовательский

институт прикладной физики ТашГУ.

Згшшта состоится

/г®

¿/¿0//Я_1993 г.

часов на заседании специализированного совета Д 015.15.21 при Институте ядерной физики АН Республики Узбекистан по адресу: 702132, Ташкент, Мирзо Улугбекский район, пос. Улугбек.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯФ АН Республики Узбекистана.

Автореферат разослан __1993 ?

Ученый секретарь специализированного совета, доктор фнзнко-математнчет

Г

ИСМАТОВ Е.И.

»Т'1ЧАЯ ХШЙПЕГИСТИКЛ ГЛГОТН

-,fT.y?',Ll'!l0<"r,i. п|.ю<3/1_емы_. Ускоренное развитие сельского хопяйотвя,

>ОММ!№ ННОГ-ТИ I! ДРУГИХ ОГрЯСЛОЙ ИЭрОДНПГО ХОЗЯЙСТВ крипе,пи к

удшепию качества окружающей природной среды. П настоящее время мосферный попдух п прочшленних Городах Ii водные бассейны pr-u и-я явля*ггся одними из наиболее РогряяНеннчх п СНГ. Вэльдая часть f'pirropiti! респуолики .Yy.icutticraii по мегеорологическИМ пирометрам едрпеполоямчч 1С повышенному. иотиипичлу загрязнения атмосферы, итт региона отличается прилнсстыо. 1'« его территории располом;«-обшириые биогеохимичесчие вреалМ; месторождения полйметалличес-х руд. Высокий уровень развития горно-обогатительной, горнодобычей, металлургической, ь:эи;п|1остроИтеЛьной и химической Промши-тостей в совокупности отрицательно влияет на экологическую си-яцию в республике.

Анализ тенденция загрязнения природной среды Республики сви-гель отдует о том, что гсуи^сг&ляемме природоохранные мероприятия промышленности и сельском хозя^стре не обеспечивают улучшения й гранения качества внешней среды. Рсе ото требует развития рябот комплексному мониторингу и прогнозированию качества природной 'ди в густонаселенных промышленных городах. Среди загрязнителей >ужающой среды особое место занимают микроэлемент).! - Hg, Cd, Ad,

Sei СГ, tJ, Zn и многочисленные их соединения, токсичность ко- . 'MX высока. Они обладают кумулятивным, кянцеро- и мутагенным ¡ствием. По мере изучения различных сторон токсического воядей-ия тяжелых металлов значения ПДК Постоянно уточняются и rtepec-ривйются, чаще всего s сторону их снижения. Следовательно, пре-Ы обнаружения разрабапшаемых методов должйы быть ниже значений этих элементов в объектах природной, среды. Такйм образом, сов-енные проблемы экологии, а также контроля и охраны окружающей ды требуют'всестороннего и интенсивного изучения содергания, пределения, распространения, накопления, а также форм чахожде-и миграции элементов в атмосферном йоздухе, осадках, природных точных йодах, почвах и т.д.

Недостатком сущес+вуюших работt посвященных изучению загряз-« природной среды, является изучение какой-либо одной среды, ютую без достаточного учета форм миграции элементов. Практи-

СЛ0УТ0'ШУ11ГГ работы НО КомЛЛс'ШК.му ИКУ'МШИ иькиЫ<Ц>11>Х:Т<з( Iн«етра1 ютаешю-иремешк лчэ распределения, распространения ол&мен-•юв в сопредельных природных средах (атмосферный воздух, осадки, почва, природный воды, растения) в одном регионе и, в частности, ь городах Зеравшанской долины.

Правильная и своевременная оценка экологической ситуации и проведения природоохранных мероприятий треоует комплексного изучения содержания и форм миграции элементов в различных, взаимосвя-ванных геофизических средах с применением единых современных высокочувствительных, многоэлемептных методов.'Среди аналитических методов благоприятными возможностями обладают ядерно-физические методы и главным образом нейтронно-активационлый анализ, отличающийся селективностью, высокой чувствительностью, многоэлементноетью и ыюокой производительностью.

Раоота выполнена в соответствии с планом фундаментальных исследований АН РУз 1965-1990; 1990-1995 г.г., а также по международной программе ЮНЕСКО "Человек и биосфера" на 1885-1990 г.г., 1090-1935 г.г., проект Й14 "Изучение загрязнения окружающей среды и его влияние на биосферу".

Цель работы заключалась в изучении закономерностей пространственно-временного распределения содержания и форм миграции элементов в сопредельных средах городов Зеравшанской долины, оценке экологической обстановки с применением усовершенствованного инструментального нейтронно-актиьационного анализа (ИНАА). Для этого было необходимо решить следующее задачи: Разработать автоматизированную систему отбора проб атмосферных аэрозолей, обеспечивающую отбор проб воздуха без участия персонала, для последующего ИНАА; разработать рациональную методику ИНАА определения концентраций и форм нахождения элементов в различных объектах внешней среды;, изучить закономерности распределения и миграции элементов в атмосферном воздухе-и осадках городов Зеравшанской долины; оценить распределение концентрации элементов в почвах городов и сельскохозяйственных районов Зеравшанской долины ; исследовать пространственное распределение и формы миграции элементов в воде р.Зеравшан и городских водопроводных водах; на основании анализа и сопоставления данных для исследованных объек-юи ишчвнть общие закономерности распределения и миграции элемен-как н отдельных средах, так и между различными средами.

Научная новизна работы заключается в следующем: предложена

j томатизщ ювяннзя система пробоотбора атмосферных аэрозолей, ноп->ля»«пая исключи п. ошибки, связанные с субъективным и инерционным издательством персонала п работу пробоотборной установки; предло-•ня рпциопапьнпя схема ИНАА, позволяющая определять содеряюние и >рмн ну хождения более 20 -ти токсичных и сопутствуицИх элементов я яличных itчнТ'ипических средах; впервые осуществлен мультиэлемент-Л контроль за составом аррозол» них частиц птмосфеуы изучениях го доо в течение года с учетом метеорологических факторов', впервые учены и выявлены особенности пространственно-временного расселения и миграции элементов в сопредельных геофизических средах эрозоли-осадки-почва-речная вода) городов ЗеравшанскоЙ долины.

Практическая значимость, Предложенные разработки и полученные иные используются в организациях Госкомприроды, Главгидромета и даЗ'ПС, в частности, дЛя отбора проб воздуха в наблюдательных :тэх без участя оператора-наблюдателя; районирования территории зодов по уровням загрязнения токсичными элементами и выявления ?пени риска для здоровья групп населения, проживающих в этих pa-lax; организации и размещения Постов мониторинга за состоянием -рязнеНия атмосферы токсичными и др. элементами в. городах и в tonax расположения промышленных предприятий; разработки мероприя-1 по снижению вредных Выбросов токсичных элементов промышленных !дприятий; оценки Пригодности резных вод в качестве питьевых и чцестапения мероприятий по их очистке и охране. Полученные дан! переданы в Секцию питания и связанных со здоровьем и окрутаю-I средой исследований Международного агенства по атомной энергии I составления Мировой сводки загрязненности атмосферы.

Защищаемые положения. На воАДОту выносятся следующие положения: -предложенная оптимальная схема ИНАА природных объектов, поз-яганая определять концентрации И формы нахождения более 20-ти ментов b сопредельных геофизических. средах с пределом обнаруже-10"Q-ld~13r/r,относительным стандартным отклонением 0.05-0.25; -разработанная автоматизированная система пробоотборника ат-ферных аэрозолей;

-средние уровни загрязнения окружающей среды городов Зеравшвн-Й долины; •

-результаты исследования и выявленные закономерности простран-энно-временного распределения и миграции элементов в сопредель-экологическйх средах городов;

-усовершенствованная методика выбора дНскриминантной функции

для лроььдешм сльтистнческой обработки ма герналиь.

Мюбащщ работы. Ы-лтериалы диссертации докладьи-айИо!. о 1x1 су«дались на XIV Мендёлеевоком огсзд« по огиц^ц и ирикладпий хими («осчгна, 1039 г.); на Всесоюзной конференции "Геологическая рол мищюэлёментгш и их применение в сельском хоия&пье и медицина (Самарканд, 19Э0 г.) ; на Всесошиой научно-л[>а1Л11Чс.ок.>й конферв!I |цш "Учение и слёцналисгш р решении социально -экономических проблем страны1' (Ташкент, 1991 г.); на Выездной сессии Научного Совет; ММ, • посвященной проблемам окружающей среди озера Байкал (Гайк&пь-ск, 1991 г. 1. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Ученом Совете Института водных проблем ЛИ РУз и на научно-техническом методическом семинаре Института ядерной физики АН РУз.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяш глав, трех приложений (в том числа с актами внедрений), списка литературы из 100 наименований, изложена на 17а страницах, машинописного текста, содержит 41 рисунок, 34 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении ооосцоьан выбор темы, сформулированы цель и задачи исследования, описывается научная новизна и практическая ценность полученных результатов и разработокперечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе обсуждены методы отбора и анализа проб контролируемых объектов природы. На основании сравнения различных методов анализа, в.качества метода изучения элементного состава объектов природной среды выбран нейтронно-активациошшй анализ (НАЛ). Рассмотрены преимуш^стйа, ограничения и недостатки метода. 0 этой главе также рассмотрены физико-географические условия Зе-равшансКой долины, охарактеризованы источники выбросов загрязняющих веществ.

Во второй главе описаны разработанные и усовершенствованные методики пробоотбора и ЙНАА объектов природной среды..

Вопрос достоверности И представительности пробоотбора особенно остро стоит в случае аэрозолей воздуха, так как.воздух является наиболее чувствительном не только к метеорологический, факторам, на и к различным случайным помехам. Для -объективного и точного контроля и управления процессом забора воздуха разработана компактная и транспортабельная установка автоматического отбора проб, позво-

шт» освободить персонал постов Г*аэгидро»*ета от трудоемкой рани контроля и управление. Установка представляет собой воодуаний сое с числобш-нрограшии4 Управлением скоростью откачки и времен работы насоса. На рис.1 представлена блок-суеы установки, таноака питаете« от сети с напрякемиеи220 Ь и частотой БО Гц. таНоака внедрена р сеть Узбекского центра по наблвдениям аа аа-яэнениеи природной среды (УвЦНЗЮ), 220 В

Рис.1, Блок-схема рробоотборной установки, работающей На автоматическом режима

Атиосферные аэрозоли отбирались Нй фиЛьтрц АФА-ХА на харак->ных опорных пунктах в 1088-1689 г.г. в г.Самарканде (пост С2)), г.Бухаре (пост Ш(ВП) И г.Навои (рост Н2(Н2) и пост НЗ)), ежедневно в течение года, Атмосферные осадки и пробы воды ¡еравШан отбирались аимой 1883-1989 г.Г. Пробы атмосферных осад-I и речных вод последорательно фильтровали черев мембранные ьтры с размерами пор 0|45 икм и 0.23 мкм, а жидкую фазу ДЛИ оп-эления валовой коиц^нтрации подкисляли до рН=2 перегнанной тной кислотой, шидкую фазу осадкоа и вод объемом йэо-воо мл. аривали в кварцевых или фарфороьмх ^ашка* при ао-вб°с др объёма мл. Э^тем концентрат переносили е полиэтиленовую "лодрч**" и аривали до сухого ос*доа. ГМрц опирались на верхного Гори-« 0-43 ей ^ городах » смэльслохсйяйственных районах-

Для определения концентраций Й форм нахемдеиин элементов в §И0ИЧескй< орёлах била усоверШкгг^оеайа ЛетодИха ИНДА. Олтцщ-ля временник рейййое внвлйад проводишь найи экслерииенталним вй, йсиодя йв ядерно-фвичвеких «врваггермстик исследуемых й тт реш>нщя**я> В Ывет*»- крйтерйее отмйимций ИНАА были *нй »ИДО ейнарутння и точносл определения »лемемтов. Пред-гййоя пп чКйаМййй схейв' ИН* Д йй прййере «йюфцмш ацктама

?

Рис.2. Схема ИНАА городских (ртмооферных аэрозолей.

Благодаря автоматизации процесса отбора проб аэрозолей нам удалось набирать сравнительно высокие найесМ на фильтрах, что в свою очередь влияло на методику ЙИАЛ атыойферНых аэрозолей, а, именно, время .измерения Далгоайвуида изотопов укендено в 2.5-3 раза с увеличением числа определяемых элементов и уменьшением погрешности анализа. Таким образом, была значительно повышена производительность .методики и уменьшена стоимость единичного .анализа, ■ что очень важно при анализе СоДьиюго Числа проб. . ' ■

Для проведения ЙНАА пробы облучали на атомном реакторе ВВр-СУ' ИЯФ 'АН РУз: потоком тепловых нейтронов Б-1013 нейтр;' см~2с~1. Измерение наведенной активности Проводили на устаноьке, сбдершщай два спектрометрических тракта о . 06(14.) дет&1<1ораш объемов ВО см^ и мини-ЭВМ НСКРА-226 с помощи о ПрОграШы (ХСЙАА» ■ фа&рабо^]6й со- .; , трудннками„ лаборатории активационного Ьналиэа ЙЯФ'/Ш К/а;„Раз{>еше~ ^ ,' ьие аппаратуры в области.,пика кэй) ¿оставляю

кэВ. Правильность и воспроизюда14о<ггь ^1зультатоё ИНАА постоянно; "7, контролировали путей . анализа аггестоаанньЫ ста1<дар1гиас . образцов, й&уюэодей (СШ, почв (Ш)> бодй (СбВ); ^еждунароДнйх станДа^Ых _

й . •

образцов ЕОР, И0 и др. Относительные стандартные отклонения ИНЛЛ составили 0.05-0.25. Пределы обнаружения составили 1о"с-Ш""13г/г.

В третьей главе приводятся результаты изучения концентраций элементов, о том числе'тякелых металлов,, в ётМосфарных аэрозолях городов Самарканда, Навои и ВухярМ. Получено более 300 временннх рядов, определены й классифицированы функции распределения элементов. Проведены регреснон(1Ый! дисперсионный й дйскрймИИантный внп-тгаы дня выявления основных факторов,.. ВлМягаиих (И Процессы распространения,, рэссеиранйя элементов в атмосферных аэрозолях й определения качественна и количественных ¡закономерностей их состава.

Установлено, что во ВреМёнйш рядах й функциях распределений большинства элементов досфаточНб Чвйо пДОв&пйсЙ седонЬ года, а тогда дйяе отделЬйыо Месяцы, ййк; например, яйкфъ и август. На не.3-4 приведены некоторое хвр&ктерйУе времени!»« рядь! и Фуйкцйи «определения. В таблице 1 суммиробяНы результаты классификации бнару)кеннь!х типов фуйкций расйределйШй. Й скобка* укбэаин Номера

■ Таблицй 1.

Классификаций функций распределений концентраций элементов аэрозолях городов ^равйанской ДоЛййЫ (см.текст и рис.4)

элемент С2 га Н2 в!

?а г (Т и X) а б (1 II X) В (Т и

>с е(И й 0} а Г (1 И X) а

:г б (I и X) Н1*гп и 11*1?) Г(1Д1 и шду> а

б (Т И X} а.- б (Т Й X) , а

о . б (Т и X). а а а

и е {б и о) а а е <8 и

г д<1 ¿10,11 и 0} Я (Т и X) а а

ь ' б (I и X) а 0 (? Й X) б (Т и

3 Й11И X) .. - а. • б (Т и X) а

з б (Т И Х) б (ГиХ) б (Т И X) а

а б (Т и X) а , - б (Т й X) а

1 а а а а

1 а а б (X И Х) а

5 0 (1 И Х); ' Л б (Т ¿1 X) Д .(?. И 0), .... в (8 и

1 г ^ й X) е(1у И Ь> г" (ЗГи X) 0(10 и

ль е(1»8И0) НИ и 0) б (Т И X) а

О

Сер. ««J UO

'ы! ¿«l'ltW и/ BHÍ.W' Mäpt Wp' kâft WW* 1|юль №.

Гис.э. Годовые «оды irowietnptmHH (иг/ы9) ьурым и велева в etKocfef» r.MËtoél íhoct МЭ1

Таблица 2.

Значения средчих концентраций элементов в атмосферных аэросюлях городов Зеравшмсжой долины, в нг/м

элем. среднегодовая сред.концентрация сред.концентрация

концентрация в теплый период в холодный период

С2 нз El S »3 Н2 ! Б1 НЗ Г

la 1ЬШ 1IMJ 1000 liJiJO IШГ 11Ш 133U У20 шш 2Ш0

le -1.0 3.2 2.7 2.9 4.4 3.8 3.0 2.5 3.7 2.6 2.4, 3.3

'г 35 33 30 30 37* 32 32 23 32 34 27 38

жх О 176 127. 115 126 186 153 123 12S 166 100 106 125

О 5.2 4.4 4.4 4.7 5.5 5.1 4.8 4.5 4.8 3.8 4.0 4.9

П 550 370 380 450 570 425 415 390 520 320 340 510

Г 145 40 155 170 140 39 145 200 147 41 160 130

Ь. 14 6.8 10 7.5 15 5.5 10 7.6 12 8.1 9.6 7.3

3 3 2.4 2 2.1 3.2 2.7 2.3 1.7 2.7 2 1.8 - 2.4

3 15.6 11 9.3 11.2 15.5 12.2 10 10 15.6 9.4 9 13

11 2.5 1.7' 1.3 1.5 2.3 2 1.5 1.3 2.3 1.4 1 1.7

1 0.G 0.7 0.6 0.7 г 0.? 0.6 0.6 0.8 0.? 0.4 0.8

1 0.13 0.1 0.08 0.08 0.09 0.1 0.08 0.08 0.2 0.1 о.оа 0.08

1 8 6.3 10.8 6.7 9 7.6 14 6.7 6.9 -5 7.5 6.7

1 3.6 2.5 2.1 2.5 4.8 3.1 2.4 2.4 2.5 1.9 1.8 2.5

мечание: ж) Значения концентрации элементов, которые значимо не ичадись (согласно дисперсионному анализу на уровне значимости .05) в теплый н холодный периоды года, подчеркнута;

**) 3!1ачения концентраций для Ге приведены а

•нг/м3.

яцев,■сезонов и два периода года (Т-теплый, Х-холодный). Все /ченние функции распределении удалось представить в виде суммы ( функций, отвечающих наиболее характерному периоду (зависящему ,1еста отбора, метеоусловий И т.д. 1, и остальным периодам года.

Характерными в годовом ходу являются зимние максимумы в кон-рациях Hg, Se, Аз, Вг в атмосфере г.г.Самарканда и Навои. Б 1ЫЙ период года повышены содержания На, Se, Fe, редкоземельных !ентов (РЗЭ) И пили. В атмосферных аэрозолях; Ге, Se, ïh, и РЗЭ гг низкие значения коэффициентов обогащения (НШ (K0=û.2-5) и иные корреляционные связи (г^О.в) мемду собой и пыдыо. В то жа я такие элементы, как Зе, Аз, Иц, fer, 2n, Cd, Àu и tî имеют вы-

л/иие значения КО 15-1000), и Плоха коррелирует цежду собой и Дру-1 ими элементами. В годовом ходу аначений (Ю элементов были выявлены максимумы в холодный период года для Со, Бе, II, Вг, БЬ, Аи, Н^ п Ау, что можно объяснит^ обогащением аэрозолей в этот период эле-ы..-нт.ами техногенного происхождения. В целом, по сравнению с другими городами, атмосферные аэрозоли г.Самарканда загрязнены 2п, Бе, ли, Сг и Не. Насыщенность промышленными предприятиями и сравнительно неблагоприятные метеорологические условия г.Самарканда обуславливают более высокую степень ¡загрязнения атмосферного воздуха микроэлементами И их соединениями (табл.2).

Влияние местности и метеорологических факторов (температура, давление и влажность воздуха, скорость И направление ветра, состояния почвы), а также их взаимодействия, на закономерности простри ютвенно-временного распределения элементов р атмосферных аэрозолях детально проанализированы, с помощьр комплексного иногофак-торного дисперсионного, регрессионного и дискриминантних анализов. Выявлены Степени зависимости концентраций йлёыентов от сезона года, состояния почвы, скорости и направления ветра, места расположения поста. В качестве примера В табл.3 приводятся результаты двухфакторного дисперсионного анализа, где в роли факторов выступали: сезоны года и Места расположения поста. ЧИсла в таблицехарак теризуот условную степень срязи концентрации элементов о факторами-

Как вИдно, чувствительными К сезонности В большинстве слуЧаев оказались такие элементы, как На, Ге, Ац, На, ТЫ практически для всех постов (значимо отличахтся среднегодовые концентрации пыли, РЗЭ, а также БЬ, Вг, На, Са и №. Интересным ярляатся трТ факт, что значимость'влияния взаимодействия факторов сезонности и места расположения поста В основноц Наблюдается для тех выборок, а Которых участвуют данные дйя Еухары. Это свидетельствует о том, что сезонные изменения концентраций элементов:в Бухаре не только количественно, но и качественно отличаются от двух Других Городов, а, именно, наблюдается увеличение концентраций больШийотвй, в том числе преимув*гственно почвенных элементов« в зимний гйрйод Года. Этот несколько неожиданный факт можно объясните» если Учесть расположение промышленных предприятий и цлИматическив особенности отих городов. В Бухаре количество выпавших осадков (ВЗ МЫ) еамеТйо меньше, чем в городах НавоИ (125 им) И С&шрканда (318 им), а средняя скорость ветров в Бухаре по сраенейню с другими городами пичтя в два раза выше. Здесь количество дней с пыльными бурями эй-

Таблица 3.

Степени связи концентраций элементов с сезонностью, местом расположения поста, И их взаимодействием, согласно результатам дисперсионного анализа

элемент сезонность Места расположения взаимодействие

пост га

С2 С2 С2 Нз Н2 НЗ С2 С2 С2 НЗ Н2 НЗ С2 С2 С2 НЗ Н2 НЗ

+ +, + + + + 4- + + + + + + + + + +

113 Н2 Б1 Б1 Б1 Н2 НЗ И2 В1 В1 Б1 Н2 НЗ Н2 Б1 Б1 Б1 Н2

На 4 3 3 2 4 4 4 4 1 4 4 0 0 1 4 4 4 2

5с 4 4 0 1 0 4 4 4 4 0 0 2 0 0 4 4 4 0

Сг 0 4 1 1 0 3 1 0 0 0 0 0 0 0 4 3 4 0

*е 4 3 2 4 1 4 4 4 4 0 2 0 ■1 0 0 3 0 1

Сб 4 3 0 2 0 4 3 3 1 0 0 0 0 0 1 4 2 0

ъп 3 2 1 0 0 4 4 4 3 1 0 0 1 0 3 4 4 0

Вт 0 0 4 4 4 1 4 4 4 4 0 4 0 0 4 ■'•4 4 0

зь 0 3 3 1 0 1 . 4 4 4 3 4 4 4 0 0 4 0 3

Са 4 4 0 0 0 4 4 4 4 1 0 1 0 о 4 4 4 0

и 4 3 0 Ь 0 4 4 4 4 0 4 3 0 0 4 4 4 0

Зй 4 4 0 0 0 4 4 4 4 2 2 4 2 2 3 4 4 0

4и 0 3 0 0 0 0 4 4 4 0 1 3 0 0 3 1 3 р

Аи •4 2 3 3 0 1 0 4 3 4 0 4 0 3 2 2 0 3

1 3 3 1 3 2 2 4 0 0 4 4 0 0 0 0 0 0

тЬ 4 4 4 4 3 4 4 4 1 2 2 0 (3 4 4 4 4 2

'пыль Й Л 0 3 4 4 1 0 2 ' 4 2 .4 1 4 0 0 4 1

юй достигает до 40 раз.'

8 табл.4 Приведены Некоторые из полученных нами Коэффициентов •ИсКрЙмиИакгных функций и оправдываемости разделения* показывающих ЮЛЮ Правильно разделенных на классы наблюдений. Из.Табл.4, п част-«ХгМ* видно, МФб Наиболее характерном элементом, отличающим Пост (3 Г.Навой от Других Постов, является Вт. Этот ПЬст, в отличие от фуги* Постов, Нахо.'итсй & центре жйлого массйва На расстоянии фйМёрйб 0,3 КМ от Дорог с интенсивным транспортир движением. 5Десь сбдержание Вт существенно меньше, чем в других постах.

Flic.4. Типы кривых распределений концентраций элементов в

атмосферных аэрозолях городов Эеравшанской долины. * '

состоянии ё атмосферных осадках городов

Зераашанской долины.

Таблица 4.

Поромофы лиокримининтной функции для разделения классов данных

1 кЩфицйЩГП

ород, ост

порог, число

^orip. в *

классы: два разные поста пробоотбора

ВТн 151 \ о«о J »оЩ-1 * 1 ) »1.0 \ и.7/ \UiCD /

2-Н2 -4.1 Sm(~3.4),Вг( 2.2) 75

2-Б1 5.8 5b( 3.2),Br(~2.1)(3.1),Na(-1.8)«пыль(-1.5) 85

3-Б1 -13.Г! Br( 4.9),Sb(-1.1 ),Na( 1.7),Sra(-1.6). 96

2-Б1 7.2 1!а(-3.1 ),Sb( 2.6) 67

?-Н2 -9.4 Br( 5.0),Eu(-0.7bSra(-1.0) 95

классы: теплый период года и холодный период года

12 43.8 Th( 2.3) 73

13 6.5 Th(-1.2),ПЫЛЬ(1.7),Ka(-2.2),Sb( 2.1 ),Cs(-l.4) 81

12 3.2 пыль (3.6),Srat-1.9),Hg(-1.) ),Cr(-0.5) 82

!1 0.9 Na(-2.8),Br( 3.6) 83

В четвертой главе приведены данные о распределении и Формах рации элементов в атмосферных осадках и почвах. Данные о формах рации элементов в осадках важны При сценке миграционной способ-г» элементов в системе "атмос$ера-г1очвы, почвы-пркроднне Воды".

Ряд элементов, таких как Сг, ih, 5с, На и РЗЭ в атмосферных wax имет- тесные корреляционный связи мевду собой (г^О.в) и Шадаипая доля их мигрирует в нерастворенной форме. В атмос-т осадках городов Cd, U, Sb, Sa, hn, Co и Сг, ,в основном (бо-50%), мигрирует в растворенной форме, что обуславливает их выю подвижность в системе атмосферные осадчи-почвы-лсверхностные 1 (рис.5). По сравнению со взвешенной Фазой атмосферных осадков дов й растворенной фазе- число, корреляционных связей меньше, связано, по-видимому, с растворением сорбированных субкикрсн-техногенных аэрозолей, содержа^« эти элементы. В городах с ым промышленным производством генетические связи между парами энтов в атмосферных ссадках значительно нарушаются (г.г.Самар-, Навои) по срзгнению с городами с меньшим' промышленным потекам (c.Si'xrrc). Показано, что разлмчйя в составе атмосферных гов обусловлены выбросами. промье-пенных предприятий, отличав-i характером г .^срабатываемого сырья И деталями технологичес-

¡>

ких процессов. Выявлено, что для Mo, U, As и Hg доминируют анио ть-r формы миграции, а для Cd, На, 7.n, Fe и РЗЭ - катионные.

Изучен элементный состав почв городов и сельскохозяйственны районов. По сравнению с кларком повышены содержания Au, Se, 5b почвах г.Самарканда; Zn, Hg, Sb и 0 в г.Навои; As, Br, Hg и Au г.Byхаре, обусловленные как составом почвообразуюимх пород мес-ности, rait и вкладом техногенных выбросов предприятий, функциош руючих в исследованных городах. Среднее содержание Na, К, Сг, F< Со, Sr. Mo, Sm и Zu в почве городов на уровне или ниже кларкг Почвы сельскохозяйственных районов значительно обогащены: Zn и I (Самаркандская обл.), Sr (Навоинская обл.}, U (Бухарская обл.).

В почвах сельскохозяйственных районов корреляционные свяэ между парами элементов нарушены больше, чем в городских почвах. X мнзация сельского хозяйства и особенно применение фосфорных удоб рений привели к загрязнению почв токсичными элементами (U, Cd, А и РоЭ). Вследствие техногенного вклада В почвах нарушены соотноше ния элементов. Загрязнение почв Может привести it дальнейшему заг ряэм?)ш> других сред, в Частности, атмосферного воздуха И Поверх HCCH1VK вод.

п пятой главе изучены распределение И Миграция элементов i го се реки Эеравшан и между сопредельными геофизическими средами.

Обнаружено, что концентрация большинства элементов (Hg, U, Cd, Se) в среднем и нижнем течениях рек Повышена, Что обусловлен« антропогенными факторами. Токсичные элементы Hg, U, Cd, Se й Sb в речной воде, в основном (>502), мигрируют В растворенной фазе. Дл? остальных элементов характерна миграций ёо взвешенной форме. Мелкие фракции взвеси вод (>0.23<0.45 Мкм) обогаЬ(еНы ho сравнению с п упной фракцией различными элементами. Оценены уровни содержания элементов в городских водопроводных' йодах. В речной Воде отмечается превышение ПДК для Se (8.Т раз), Cd (4Л раз), hg (1раз) И Fe (5.7 раз), а В водопроводной - для Se (6.0 раз), Cd (1,3 раз). Существующая технология водопбдготовкИ длМ питьевых Нужд Неэффективна для очистки сгг расТвореЙМЫх форм. эЛеМеНТоб. РешеНие Проблемы очистки и охраны водоемов связано с выявлением Сосуществующих форм миграций элементов в водах. Результаты изучения форм Нахождения элементов в речной Й водопроводной воде представлены на рис,В.

Изучены особенности нространственно-временного распределения И миграций элементов в сопредельных средах исследованных городов, ^определение и ьмграция элементов в гороДскйх экологических сре-

g

X

c\

СО

ч

0

01 О U

es g

№

I

О

о о

е

о ч

3

я

в в

и

я a Ö « а 9 в

' 'Лиз "iûA'.iWWM «irtoú ¿Sh54j¡ яА *«кпФмвз j

S

со a

S

а)

б)

0)

'е 5с 5т Со Ей и На Сг и 7л Аз &> Нд

¡не.?. Лорнированные коэффициенты обогащения алементов в

сопредельных геофизических средах гг.Самарканда (а), Навои (0) И Бухары (в);

—-- - аэрозоли? - осадки;

--------------- - почва; ----- речная Ьода

да* имеет обимые характеристики И отличительные свойства. Группа элементов Ге, 5с, ТЬ, Нп, Сг И РЭО в атмосферных аэроэблЯх, во вэ-веменной фазе атмосферных Осадков, реЧных вод И почвах имеет ниэ-кйе значения Ко (0.5-3), а теюне тесные корреляционные связи (0.б£Г<0.9) между собой. Основным источником Данной Группы элементов являемся местная почва. Длй данной (группы Элементов (затруднена их интенсивная миграций В сопредеЛЬные геофизические среды исследованных городов; В то же.время, такие элементы, 1гак Лз, Нй» 5Г, ¿п» ей, Аи. и и в атмосферном воздухе, мигрируют в составе :убмикрониых частиц Или в Парогазовой фазе. Для данной группы элементов характерна Преимущественная миграция В растворенной фазе тюсфсрных осадков и речных вод. Находясь В биологически активной растворимой форме* они легко Мигрируют й природной системе: атмосферные йэрЬэоли - осадки - почвы - Поверх Постные воды. Вследствие юймиенНой миграционной сПособМос-^и 110, 5в, 2п» № й Сй в сопредельных среМх установлено Повышение их уровней содержания в вода ьЭеравяш. ...

Йа рИс,? представлены рассчитанные норм»фоваИные коэффициента )богоМеНнЯ (НКО) элементов В сопредельных экологических средах го-юдов Но отношению к кларку. Сравнительно высокие Значения МО ха-(актерНМ ДЛЯ "летучих'1 элементов ан-фопогенйого происхождения Ш» 11, Вг). Значения (11(0 Высоки В атмосферных осйДдая И речнш юдах. Показано, что амроИогеННыЙ фактор в рассмотренных городах силйвает Миграционную способность й бйо^гичеагую активность йа* !п, Ла, Сс1, Вт иив биосфере Городов . Для больвинстщ ей>М элементов Конечным пунктов по«яуШ1енйя явл^штз» ёоддо&рнзя лояадь рёк И Поверхности ВЬДьЬ

8 Приложениях приведены ЬремеНйые ря/Ы концентраций элитой и Таблицы коэффициентов корреляций ме#ДУ ларами элемент«? в аэлйЧИШ средах, а также актЫ ШеДреМй ^ультйЮв работы.

. ВЫВОДИ й ЗШМЙНЕ

1). Исследованы характерные Ыектры т-лучей, аггивцхяэтпк ейгроМаЛ образцов окру*а*и»ей среди, и ¡наработана коииекенвя ме-ояииа йИбГруйентальноГо активвциоййого анализа для исследования «мичнш объектов биосферы;

2). Йюрввотанй и внедрена автоматизированная система прово-гборжш йгпюсферных аэрозолей с целы» последу ищд о маюдьэаеммя

И НАЛ с пределом обнаружения 104,-10"'я г/м3 и относительным cía дзр'п1ым отпоненйем 0,05 - 0.25; . < *'

■• - Я)."'С применением предложении« оптимальной схемы ЙЯАЛ и вер нтнзетно-статистических" методов установлены закономерности про* транственно-временного распределения й миграции около 20 токсичш . и др .элементов в сопредельных средах Городов Зеравйанской долины ,45. Выявлено, что:для ряда элементов (Se, fe, Tin РЗЭ! и iimj во.внутригодовом коде концентраций характерны максимумы в теши сезон года, и они fe атмосферных осадках и природных-вода* мигрир^ юг, в основном, в НерастворенноЙ форма, что препятствует их даль нейгаей миграции. Для данной.Группы элементов в городской внешне .среде доминирует вклад природных Источников аэрозолей;

5).-Установлено, что для llg, Se, Zn, Аз, Au, Сг, Ü, Со в ат мосферном вопдухе' городов преобладает- максимумы в холодный пёрио. года и они в атмосферных'осадках й Нов&рхностнЫх водах мигрируют н основной, в биологически активной растворенной форме, что обуславливает Их интенсивную миграцию В сопредельных, природных среда; плодов;

6). Показано, что метеорологические условия неоднозИачнс влияют на формирование и поведейие элементного состава, городских аэрозолей. Наиболее характерными. ,метеопараметрами являются. • скорость и'Направления ветра - Для г. Бухари, направление'ветра й влажность - для г.На ею и, влажность воздуха - для г.Самарканда; '

. выявлено, что сравнительно высокое содержание fia в атмосфере г.Бухарь! связано с высокой степенью засоленности П.очвЫ и переносом пылесолевьм частиц с обсохшей Части Арала b северных' И северозападных Направлениях ветров; '

Т}, Установлено, что автотранспорт является источником загрязнения природной среды городов Вт и fe Меньшей стеПейй Bti и %;

8). Выявлено, что в. функциях распределений элементов в аэрозолях для холодного Периода года характерны более Ьысокие значения стандартного отклонения, чеМ для теплого ПерИода, ЧТо связано с включением в этот период Дополнительных антропогенных источников (энергетических установок, котельных и т.д.) загрязнения атмосферного воздуха городов. Распределение элементов в атмосферных- аэрозолях подчиняете^ логНорМаЛЬНсййу закону;. -. .. -

9). По уровню загрязнения атмосферу города располагайся ~Ér следующем ряду: Самарканд > Навои > Бухара.. >йрактерцыми Загрязнителями- атмосферы являются 3cí' Сг». Тё». Со^..2ri» Sb'r.Cs» Ь&У'Ви: ''•Suv"

и Th в Самарканде, Im и Вг в Пух яре, líg ь (1авои;.

10). Оценены закономерности п'ространстье1(Н°Го распределения i ержамия и форм миграции элементов в атмосферных осадках- '.Горо-. Преобладающее количество растворенных форм Wo, Аз 'иЧ!^ рируиг в анионной, Cd^ /На, Zn, Fe и PSG в катиоиной формах.' ные о формах миграции элементов в осадках важны"при оценке uní'- •. войной способности элементов в система "атмосфера - почвы, поч- ■ , - природные воды"} , • . - •

Ш. Установлено распределение элементов в поверхностном слое i см) Почвы городов и некоторых- сельскохозяйственных районов шшанской Долины; . • ■' •

12). Установлены закономерности ррострамстваннай вариации фа-iro распределения элементе^ в воде р.Зерьвшан, Показано, что :ичные элементы Hg, ti, Bb, Cti, So, Ац а основном мигрирует в воренпой фаве. Для Fe, Со, сг и РЗЭ характерна миграция в сос-вэвещанных частиц. Дана оценка качества речной и водопровод-водЫ бассейна р.Эеравшан.

Основное содержание диссертации отражено в следующих икацнях¡

1. Закономерности. распределения и миграции токсичных энтов в окружающей среде Узбекистана /Кулматов Р.А., Нсанатоь , Хошимхужаеа И.it. и др. //Тез,доил.KÍV Менделевскпй стеад ЗЩ5Й и Прикладной химии. -Москва, ÍB29. -С.Б83.

2. Биогеохимическоа районировании территории аридной зоны на микроэлементы И йх соединений /Кулыатоа Р.к.,- Исаыатсв

ХошиМхукаев М.Н, и др. //Тез.докл. XI Всесого.конф. >гичеокая ролЬ ШкрозАеызНТрв и их Применений в сельском icTBe И медицине. -Самарканд» иад-ао СамГУ» l9S0.-C».ea. 3> Коиимхумаев Н.М,, куДМЩ-оВ Р.A. Éwt'eoXíítóWscKoa райо-аниа активно йагряаняемШ территорий беравйьнсной долины на элемент» И Их сойдйнзнйя //táM we. -СЛ20.

4, Изучение распределения И Миграции токсичный элементов с НеНЦеМ ядярйо-фязических методов /Йсаматов Э.ЕМ Хсмшху- . М.М.» íVp&éBá С ¡ft й д>. //Tea ,дс«А. Всесош, научн. практич.

Ученые Й-' специалисты, й решении социальнй-экойоцичаских 2М страны. -fatoeHti ийд-вй нИЙ №t, 1891. -с¿233,

5. Закономерности временного расПрвдёЛенйя загрязняющих

ьеа^ств р атцсхфар^юм роаду^е города Самарканда /Хофшхужаен U.U.. Кулматоа Р,А,, Ха^имое 8.М. и др. -Ташкент, lüöl. -14с. -(Прв(1р./И»Р АН РУ0, F-S-543),

6, Ядарно-фМ&у14ескив Методы р решении экологических аадач Среднеазиатского региона /Хошимхушаев U.U., Исаматов Э.Б., тураева C.f. и др. //Теа.докл. Ьсесош,сессии научи, совета, поев. проблемам окр.сре^Ы рз.Ба^Ю-*, -Ц. 2 ЛАМ* JÖ01. -C.4B.

7» Хошишужаер U.U., Хакимоа З.Ц., Кист A.A. Изучение вако-номержкггей аросггрш1ствен(10-ереиенного распределения концентрации элементов в атмосферных аэрозолях промьмренных городов Зеравшан-СХОЙ ДОМНЫ. -Ташкент, 1Ö01, -18с» -(jlpeppi/ИЯФ АН РУз, P-ä-644).

8, Временные ряды и функции распределения концентрации элемейтов в прйаецном слое атмосферы городов Зеравщанской долйии /Хоаиисушев М.Ы,, ХакиЦоа Э.М,, Йудматов P.A. И Др. -Ташкент, 1982. -18с. -(Препр./ИЯФ АН РУа, »,

8. Хошимхушаев U.U., Кулыатов P.A. Пространственное распределение и миграция микроэлементов в воде р.Беравшан //tp.CAWihlH. -1882. -ВЫП. 1-42(223). -С.100-116.

10. Распределение и (миграция макроэлементов в атмосферных осадках городов Зеравшнс^ой долины /ХошиНхужаев. U.U., ICyjiUaloö Р.й., Кист Д.А, и др. //там ке, -ti.ÜB-isb. V'"7

11. Кошицхукаев Ц.Ц., Кулматов Р,й., Хакимов B.|i. Изучение распределения И МиграцИИ Мйкрозлешнтсв в сопредельных экологически* средах городов с помоги нейтрон!ю-активациойНЫго анаяйаа. -Таякент, Oölnecrroa "кнание'', 1092. ~.20с.

12. КощимхужаеВ jd.M,, к^Лматоо P.A., Исаматов Э.Е. Пространственное распределение й ииграция микроэлементов в воде р.Зеравван //Водные ресурсы. -1Ö92, -NI. -С.103-11Э.

А И Н О Т Л а И Я

Диссертация т&комиллашгирилпш инструмента,« нейтрон-актиьа-нюн тахлил (ПЛАТ) уеулини куллаб Зарафшон водийси а ноат шахар-!ари (Самарканд, Бухоро ьа НавоийНшнг тутащ табиий мухитлари (х&-«о, ёрингарчиликлар, тупрок, ер усти сурлари)да элеыентларнинг фа-ювий на вактий таксимот конуниятлари ва миграция холатларини ■омплекс ^рганишга ва экологии холатни бахолашга оакишланган.

Атмосфера аэрозоллари намуналарини олишнинг программали оии<ариладиган аьтоматлаштирилган системаси яратилди ва ишлаб чи-аришга жорий килинди. Бу курилма ёрдамида намуна олишдаги баъзи амчиликлар бартараф килинди ва фильтрларда нисбатан капрон ьтмос-эра чангини т^плашга зришилди. Бу эса, ИНАТ усулига ижобий таъсир гиб, тахлил хатолигини камайтириш, аникланадигэн элементлар сони-1 к^пайтирии ва узок яшайдиган радионуклидларни улчаш аактини 2.5 3 мартагачн камайтириш имконини берди.

Такомиллаштирилган ИНАТ усули ёрдамида юксрида кррсатилган ухарларнинг хавосидаги аарозолларнинг кимевий таркибини тахлил 1лиш ишларн биринчи марта йил буйи олиб борилдн, элементларнинг |0 дан ортик вактли каторлари ва таксимот функциялари тузилди ва хлил этидди. Элементларнинг таксимот функцияларй ва вактли ка-рларида нафакат йил фаслларининг, балки саноат корхоналарйнинг ъсирлари хам аник намоён о?лиши куэатилди. Атмосферасининг иф-сланиш даражасининг к'амайиб бориши тартибида шахарлар куйидагича йлашиши аникланди: Самарканд, Навоий, Бухоро.

Шунйнгдек, регисннинг ёгингарчиликлари, тупроклари ва ер ус-сувларининг кимёвий таркиби урганилди. Олинган натижалар мате-гик статистика усулларй (мураккаб ре^рессион, куп факторли дис-эсион ва дискриминант усуллар) ёрдамида таклил килиниб, туташ 5иий мухйтлар таркибининг сифат ва мИкДорий конуниятлари, хайда мухитларда элементларнинг т;?плаНишй 6кИ таркалйшига сабаб 69-¡чи факторларнинг таъслр даражаси аникланди.

Турли мУХйтлардаги элементларнинг геокимёвий параметрларини кослаш к^рсатдйки, ушбу элементлар; На, За, 2п. Аа, Аи, Сг, Н, саноат.шахарлари хавосида узинийг максимал кииматйга НиШ ойЛа-а эришар экаН.Улар атмосфера ёрййгарчмлйкларй ва ер усти сувла-а асосаН бИоАогик актив.эритмалар холатйда Мавжуд б?либ, туташ иий мухитлараро. утиб юриШй, окибатда ЗарафШон дарёсинйнг ррта куйи оцимларйда бу элементлар микдорининг ошгаНЛИГи куэатилди.

A B S TIUC T

The dissertation in dedicated to comprehensive studies of ro -gul unties in spat;« Iime content distribution and migration «tales (if trace elements In contacting natural environments (atmospheric nlr.pr^cipi tution,soils,waters) at industrial cities 1n Zornfslian valley and to assea?nipnt environmental situation in t,h'<se aroan i ir lug refined instrumental neutron activation analysis (ÍNAA).

A programmable automated system has been develop«:«] and IrUto-dwced lor atmospheric aerosol sampling which enabled a number ol mistakes in sampling to be avoided. It made possible to accumulate relatively large moas of samples on air filters this fact Impacting on the technique of aerosol INAA Itselt: in particular, it decreased measuring time for long lived radionuclide 2.5 to 3 times simultaneously increasing the number of elements to be determined and improving the analysis accuracy.

All the year round monitoring of atmospheric particulates elemental composition has been performed for the first time. More than 300 time serien have been constructed and elements distribution functions have been classified. It has been established that the influence of seasons of the years and of cities industry rather clearly manifest themselves In time series and distribution functions for most elements. In accord with decreasing atmospheric contamination level these cities constitute the following seqúense: Samarkand, Naval, Bukhara.

The elemental composition for atmospheric- precipitations, soils and regional waters hove been studied. Statistical (multiple regressive, multlfactor dispersive and discrimihahtial). analyses of data array have been carried out in order to establish quall-tlve and quaritative regularities in the composition of these objects, and also to reveal the main factors affectihg the process of propagation and scattering of elements in natural environment.

A comprehensive analysis of geochemical parameters of elements has been carried out for various media. The Hg, Se, Zn, As, Au, Cr, U, Co elements contents in the air of cities have been found to dominate in the cold seasons of the year. They migrate in presipitatlons and surface waters mainly in the dissolved form this factor stimulating their intensive migration in contacting natural media. An appreciable increase in the contents of these elements has been observed in the lower reaches of Zerafshan river.