Методология эколого-геохимического мониторинга селитебных территорий малых, средних и больших по численности городов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-17-20036

НазваниеМетодология эколого-геохимического мониторинга селитебных территорий малых, средних и больших по численности городов

Руководитель Селезнев Андриан Анатольевич, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт промышленной экологии Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №91 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-711 - Геоэкология и природопользование

Ключевые слова Современные поверхностно депонированные отложения, осадкообразование, оценка экологического состояния, анализ и прогноз, мониторинг, урбанизированная среда, поллютанты, геохимический фон, экологическое состояние, катена, геохимическая специализация, геоиндикатор, вещественный состав, потенциально опасные элементы, тяжелые металлы, дорожная пыль

Код ГРНТИ87.15.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение научной проблемы по оценке современных экологически значимых геохимических процессов в окружающей среде. В городской среде к таким процессам относятся миграция и накопление потенциально опасных веществ в компонентах окружающей среды. В малых и средних по численности населения городах проживает треть населения России и сосредоточены основные производства в стране. В таких городах как правило один или несколько известных стационарных источников загрязнения и развитая автодорожная сеть, поэтому не производится полноценный государственный экологический мониторинг. Проблема качества окружающей среды в малых и средних по численности городах России усугубляется отсутствием качественной медицинской помощи, недостатком медицинского персонала и его квалификацией. Что в конечном итоге не может не сказаться на снижении продолжительности жизни населения в малых и средних городах и экономической эффективности. Свердловская область в этом не является исключением. Решением проблемы получения достоверной информации о состоянии окружающей среды малых и средних городов может стать использование высокоэффективной инновационной технологии экологического мониторинга. В основу такой технологии может быть положен метод эколого-геохимического исследования урбанизированной территории на основе опробования современных урбоседиментов, показавший ранее себя как экспрессный и малозатратный. В проекте будут проведены эколого-геохимические исследования в городах, различающихся промышленной и экономической специализацией, находящихся в различных географических частях, в горной и равнинной частях области и имеющих разное время основания. Будет проведена оценка, анализ и прогноз формирования и изменения индикаторов комплексной геохимической трансформации городских ландшафтов. Для городов Свердловской области будут охарактеризованы начальные геохимические условия селитебных территорий, закономерности геохимической трансформации территорий городов, охарактеризовано изменение геохимической обстановки в период урбанизации, и сделан прогноз ее изменений. Будет проведена оценка общего количества наносов на территориях городов, модельная оценка их формирования. На основе полученных результатов исследования будет разработана методология эколого-геохимического мониторинга селитебных территорий малых, средних и больших по численности городов. Полученные данные в качестве экспертной информации в цифровом виде будут переданы в ведомственную для региона информационную систему «Экологический мониторинг Свердловской области». Результаты проекта в значительной мере дополнят информацию об экологическом состоянии малых и средних по численности населения городов, а где-то станут единственным источником информации о состоянии окружающей среды этих городов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 г. были обследованы города Свердловской области: Серов, Качканар, Верхняя Пышма и Алапаевск. В городе на селитебной территории в районах многоэтажной и малоэтажной застройки в холодный период года были отобраны пробы снега и снегогрязевой пульпы (СГП), в теплый – пробы современных поверхностных депонированных осадков. В каждом городе было отобрано 40 проб осадков, 10 проб СГП и 10 снега. Для пробных площадок проведено ландшафтное описание. Отбор проб снега и СГП проводился в период максимального снегонакопления в марте 2024 г. Снег отбирался пробоотборным устройством в виде трубы на всю глубину снежного покрова. Проба СГП отбирались лопатой. Проба поверхностных осадков отбиралась совком. Подготовка и химический анализ проб проводились в химико-аналитическом центре ИПЭ УрО РАН. В пробах снега и СГП определялись: pH, Eh, катионно-анионный состав, содержание взвешенного вещества и микрокомпонентов (в жидкой фазе и взвешенном веществе). У твердой фазы СГП определялся гранулометрический состав. У проб поверхностных осадков определено валовое содержание металлов и органического вещества, гранулометрический состав. В гранулометрических навесках проб определялся минеральный и элементный состав. Исследовалась техногенная фаза в пробах в размерных фракциях 0,25-1 мм, определялся состав техногенных частиц и их количество. Получены данные о формировании вещественного состава и загрязнения современных антропогенных отложений, снега и снегогрязевой пульпы (СГП) в городах: Серов, Качканар, Верхняя Пышма и Алапаевск. Выявлен основной механизм переноса поллютантов в отложения в городах, восстановлен геохимический фон поллютантов на территориях городов. Определены источники поллютантов и осадочного материала при образовании современных отложений. Проведена оценка вклада различных источников в загрязнение отложений. Для оценки потенциала современных осадков и производных сред при современном седиментогенезе как геоиндикаторного объекта на городской территории были использованы различные индикаторы геохимической трансформации городов (ассоциации металлов, минеральный и элементный состав, катионно-анионный состав, гранулометрический состав объектов окружающей среды). Минерализация снега и СГП в городах характеризуется как очень малая и соответствует ультрапресным и пресным водам. У снега и СГП pH не сильно отличается по городам и соответствуют слабощелочным условиям, за исключением Серова, где показатель сдвинут в щелочную сторону. Взвешенное вещество в снеге формируется гидрокарбонатами и сульфатами кальция и магния. Гидрокарбонаты и сульфаты имеют один источник – выбросы в атмосферу предприятий металлургии и переработки сырья. Пылевая нагрузка городов, полученная на основе данных о содержании взвешенного вещества в снеге, составила за холодный период от 4 до 24,4 г/м2 взвешенного вещества, поступающего из атмосферы, что соответствует поступлению 27-163 мг/м2 пыли в день. Минеральный состав твердой фазы СГП обусловлен составом литогенной основы, на которой располагаются города. В отдельных городах могут встречаться минералы, характерные для локальных геологических условий (например, диопсид в Качканаре и гранат в Серове). На примере городов Алапаевска и Верхней Пышмы проведен анализ различных индикаторов эколого-геохимического состояния окружающей среды для данных о составе снега, СГП и пылегрязевых осадков. По результатам анализа элементного состава объектов обнаружены ассоциации литофильных и сидерофильных элементов; микроэлементы антропогенной ассоциации кластеризуются на группы халькофильных и других элементов. Наблюдаемые характеристики типоморфных ассоциаций элементов в городах связаны с минеральным составом рассматриваемых объектов окружающей среды. Соотношение породообразующих минералов, таких как кварц, плагиоклаз, калиевый полевой шпат, слюды, позволяет связать основную часть вещественного состава поверхностного осадка и твердой фазы СГП с магматическими кислыми породами в Алапаевске и средними породами в Верхней Пышме. Концепция «начальных геохимических условий» позволила определить условные фоновые концентрации для поллютантов в городской среде, долю загрязненных проб, средний уровень загрязнения и охарактеризовать загрязнение городов в целом. В Верхней Пышме доля проб поверхностного осадка, загрязненных медью, составила 92,5%, при средней концентрации меди в загрязненных пробах 213 мг/кг. В Алапаевске эти параметры значительно меньше: доля загрязненных проб 15%, средняя концентрация в загрязненных пробах 104 мг/кг. Анализ полученного материала говорит об интенсивном загрязнении медью в Верхней Пышме. Источником загрязнения является деятельность промышленных предприятий. В целом исследование пылегрязевых отложений как индикатора эколого-геохимического состояния городской среды является перспективным направлением совершенствования экологического мониторинга. В первый год выполнения проекта опубликована статья в журнале Urban science, посвященная оценке массы современных пылегрязевых отложений на селитебной территории в малых и средних по численности городах: Алапаевск, Качканар, Серов и Верхняя Пышма. Принята к публикации в журнале Трансформация экосистем статья, посвященная разработке подхода к оценке экологического состояния жилой территории города на о основе данных составе СГП. Также принята к публикации в журнале GEOGRAPHY, ENVIRONMENT, SUSTAINABILITY статья, посвященная оценке степени загрязнения малых городов от атмосферных выпадений поллютантов. Были зарегистрированы две базы данных, собранные на основе результатов научного задела по проекту: «Химический состав городских поверхностных пылегрязевых отложений» и «Результаты ландшафтного описания элементов селитебной территории урбанизированной среды, выполненного ИПЭ УрО РАН».

Публикации

1. Селезнев А.А., Иванчукова Н.В., Шевченко А.В., Глухов В.С. Оценка экологического состояния селитебной территории малого города на основе данных о составе снегогрязевой пульпы Трансформация экосистем, 3, 8, 118-137 (год публикации - 2025)
10.23859/estr-241123

2. Ярмошенко И.В., Шевченко А.В., Малиновский Г.П., Глухов В.С., Селезнев А.А. Исследование поверхностного пылегрязевого осадка городской среды – эффективный инструмент экологического мониторинга Траектория исследований – человек, природа, технологии, № 12, выпуск 4, 2024, с. 76-94 (год публикации - 2024)

3. Глухов В.С., Селезнев А.А., Малиновский Г.П., Ярмошенко И.В. МИНЕРАЛЫ-НОСИТЕЛИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СОВРЕМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕПОНИРОВАННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ГОРОДА МИНЕРАЛЫ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, Номер: 14. Год: 2024. Страницы: 38. (год публикации - 2024)

4. Селезнев А.А., Шевченко А.В., Малиновский Г.П., Иванчукова Н.В., Глухов В.С., Ханфи М.Ю. Assessment of the Total Amount of Surface Deposited Sediments in Small Towns Urban Science, 8, 178, 1-15 (год публикации - 2024)
10.3390/urbansci8040178

5. Шевченко А.В., Селезнев А.А., Глухов В.С., Ярмошенко И.В., Малиновский Г.П., Иванчукова Н.В. MONITORING OF ATMOSPHERIC POLLUTION BY SNOW COVER IN SMALL INDUSTRIAL CITIES: CASE OF SVERDLOVSK REGION, RUSSIA Geography, Environment, Sustainability, 4 (18), 6-18 (год публикации - 2025)
10.24057/2071-9388-2025-3746

6. Селезнев А.А., Душевина Е.С. ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА СОВРЕМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ НАНОСОВ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ Траектория исследований – человек, природа, технологии, № 4 (год публикации - 2025)

7. Перькова Е.Н., Селезнев А.А., Пестов А.В. THE DEVELOPMENT OF THE APPROACH FOR ASSESSING THE AMOUNT OF MICROPLASTIC IN AN URBAN ENVIRONMENT Geography, Environment, Sustainability (год публикации - 2026)

8. Шевченко А.В., Малиновский Г.П., Селезнев А.А., Ярмошенко И.В. Assessment of the Intensity of Sediment Production in Cities in Different Climatic Zones of Russia Green Infrastructure and Climate Resilience. Springer Geography. Springer, Cham., Green Infrastructure and Climate Resilience. Springer Geography. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-95796-3_4, pp. 47–57. (год публикации - 2025)
10.1007/978-3-031-95796-3_4

9. ДУШЕВИНА Е.С., СЕЛЕЗНЕВ А.А., ШЕВЧЕНКО А.В., МАЛИНОВСКИЙ Г.П., ИВАНЧУКОВА Н.В. ТИПЫ ТЕХНОГЕННЫХ ЧАСТИЦ И ИХ КОЛИЧЕСТВО В СОВРЕМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ В МАЛЫХ И СРЕДНИХ ГОРОДАХ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЯ РОДНОГО КРАЯ: ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ. Материалы II Международной научно-практической конференции.. Киров, 2025. Издательство: Вятский государственный университет, Киров. Коми научный центр УрО РАН, Сыктывкар , C. 92-96 (год публикации - 2025)

10. Душевина Е.С., Шевченко А.В., Иванчукова Н.В., Селезнев А.А. Количество техногенного материала и его состав в современных осадках городской территории Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. Издательство: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Кольского научного центра Российской академии наук, Номер 22, с. 84-90 (год публикации - 2025)
10.31241/FNS.2025.22.011

11. Иванчукова Н.В., Селезнев А. А., Шевченко А.В. Снегогрязевая пульпа как объект для получения геоэкологической информации об урбанизированной территории Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. Издательство: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Кольского научного центра Российской академии наук, Номер 22, с. 100-105 (год публикации - 2025)
10.31241/FNS.2025.22.013

12. Иванчукова Н.В., Селезнев А.А., Шевченко А.В., Глухов В.С. МОНИТОРИНГ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ МАЛЫХ И СРЕДНИХ ГОРОДОВ РОССИИ В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА: НА ПРИМЕРЕ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ Проблемы геохимической экологии в условиях техногенеза биосферы : материалы XIV Международной Биогеохимической школы-конференции, г. Томск, 15–20 сентября 2025 г. / под ред. Н.В. Барановской, Н.С. Безаевой, Б.Р. Соктоева, В.А. Сафонова. – Томск : STT, 2025. – 710 с., с. 410-413 (год публикации - 2025)

13. Душевина Е.С., Селезнев А.А. ТЕХНОГЕННЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ОСАДКАХ МАЛЫХ И СРЕДНИХ ГОРОДОВ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ Проблемы геохимической экологии в условиях техногенеза биосферы : материалы XIV Международной Биогеохимической школы-конференции, г. Томск, 15–20 сентября 2025 г. / под ред. Н.В. Барановской, Н.С. Безаевой, Б.Р. Соктоева, В.А. Сафонова. – Томск : STT, 2025. – 710 с., С. 402-403 (год публикации - 2025)

14. Шевченко А.В., Селезнев А.А. Тестирование подхода к комплексной оценке эколого-геохимического состояния городской среды на примере малых городов Свердловской области Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2025» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов, Е.И. Зимакова. [Электронный ресурс] – М.: МАКС Пресс, 2025., Секция «География». С. 1-2 (год публикации - 2025)