Эколого-геохимические аспекты техногенного загрязнения металлургических центров: На примере Владикавказа

Актуальность работы. Характерной чертой, присущей современным городам и промышленным центрам, является высокая концентрация производства и людей на ограниченном пространстве, что определяет одну из основных причин ухудшения экологического состояния городских территорий. Особенно выражены эти негативные тенденции в промышленных центрах, где предприятия расположены внутри жилых кварталов. Сложность и многообразие многочисленных проблем, связанных с техногенным загрязнением среды обитания и непосредственным воздействием поллютантов на здоровье населения, требует поиска путей их разрешения. В России, одним из промышленных городов, где антропогенные изменения биосферы носят угрожающий характер, является столица Республики Северная ОсетияАлания — г. Владикавказ, в центре которого расположены два известных действующих предприятия цветной металлургии — ОАО «Электроцинк» и АО «Победит». Суммарный срок службы металлургических комплексов составляет более 150 лет, что говорит о том, что техногенному воздействию химических загрязнителей подвержены уже 4 поколения жителей, при этом миграционные процессы во Владикавказе практически отсутствуют. Ситуация осложняется тем, что в столице постоянно проживает более половины населения республики, что не может не сказаться на генофонде нации.

Воздействие любых негативных факторов отражается, прежде всего, на здоровье детей и женщин фертильного (детородного) возраста, особенно в период беременности. На отдельных промышленных территориях эта проблема уже вышла за рамки чисто медицинских исследований, т.к. прогрессирующее ухудшение здоровья наиболее уязвимых групп населения уже напрямую связывают с возрастанием антропогенных нагрузок. Особенно выражены эти негативные тенденции среди жителей металлургических центров. Современные предприятия перерабатывающего цикла характеризуются техногенными выбросами сложного химического состава, содержащими значительные количества металлов, обладающих различной специфической токсичностью (свинец, кадмий и другие). Отрывочные сведения о токсическом воздействии каждого из них и комбинированном (комплексном) воздействии на живой организм, описанные в литературе, больше частью основаны на экспериментальных данных. Вопрос о роли техногенных загрязнений в формировании отрицательных характеристик здоровья населения не имеет однозначного разрешения. В настоящее время отчетливо прослеживаются тенденции, при которых акцент в экологических исследованиях перемещается на оценку качественных характеристик среды обитания с выявлением механизмов ее воздействия на человека. Необходимость развития этого направления послужила основой для проведения исследований состояния среды обитания с 2- позиций: эколого-геохимической и эколого-медицинской.

Окружающая среда крупных и промышленных городов является и условием, и результатом жизнедеятельности людей. В целях ослабления негативных эффектов, возникающих в здоровье населения, и стабилизации общей демографической ситуации, проведение комплекса эколого-геохимических и эколого-медицинских работ, является весьма актуальным, т. к. дает возможность принимать решения на основе четкого анализа связи специфических патологий с конкретными химическими загрязнителями на фоне определенных геохимических параметров среды обитания. В то же время основная задача прогноза рассчитанных экологических рисков возникновения онкозаболеваний, вызванных загрязнением окружающей среды, заключается в привлечении внимания широкой общественности к существующей тревожной ситуации, т.к. никакая проблема не может быть решена ранее того, чем станет достоянием общественного мнения.

Цель исследований. Определить эколого-геохимические параметры среды обитания, изучить последствия техногенного загрязнения на здоровье населения и оценить риск возможного развития онкозаболеваний у жителей Владикавказа.

Задачи исследования:

1) Анализ опубликованных геохимических данных о загрязнении природных сред на территории Владикавказа;

2) Выявление характерных типов техногенного загрязнения в почвах, дифференциация их по составу, интенсивности и пространственному распределению на территории города;

3) Обобщение и систематизация данных государственной медицинской статистики и результатов эпидемиологических исследований выборочных групп населения;

4) Поиск связей между токсичными поллютантами и возникновением специфических патологических синдромов у детей;

5) Ря чравотуя^етояя расчета теологических рисков ДЛЯ населения ПО геохимическим данным.

Защищаемые положения:

1. В зонах влияния предприятий металлургического профиля основными закономерностями распределения загрязняющих компонентов в депонирующих средах является формирование комплексных аномалий с концентрациями основных рудных элементов и примесных компонентов руд, в десятки и сотни раз превышающими нормативные показатели соответствующих сред.

2. Определен спектр основных поллютантов и доказана функциональная зависимость между их концентрациями и числом врожденных уродств у детей;

3. Разработана методика расчета экологических рисков по почвенным аномалиям, позволяющая осуществить прогноз онкозаболеваний.

Научная новизна. Впервые у населения Владикавказа, проживающего в районах с однотипными по составу, но различными по концентрациям загрязнителями, выделены патологические синдромы, носящие либо f специфические, либо неспецифические эффекты. Впервые модель взаимодействия почвенной и атмосферной аномалий позволила произвести расчет рисков канцерогенных заболеваний с использованием геохимических данных.

Практическая значимость. На основе проведенных работ территория Владикавказа районирована по уровню техногенного загрязнения среды обитания. Осуществлен дифференцированный подход к показателям здоровья населения в зависимости от геохимических характеристик среды обитания.

Полученные результаты МОГуТ СЛУЖИТЬ ОСНОВОЙ Д&tradeрачря^гугц-и программ по оздоровлению окружающей среды и медико-экологической реабилитации населения. Выполненный расчет опасности экологических рисков говорит о необходимости принятия экстренных мер, направленных на снижение рисков канцерогенных заболеваний среди жителей.

Фактическая основа исследовании. Комплекс геохимических и эколого-медицинских исследований, составивших основу диссертационной работы, был проведен Институтом минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) совместно с Государственным Северо-Кавказским опытно-методическим геологическим предприятием и Северо-Осетинской Государственной медицинской академией (СОГМА) в 1999;2001 гг. Для решения поставленных задач, прежде всего, изучались и анализировались имеющиеся геохимические данные о загрязнении природных сред территории Владикавказа и сведения, отражающие медико-демографическую ситуацию и состояние здоровья населения. Источниками информации служили официальные материалы Государственных докладов «О состоянии окружающей природной среды и деятельности министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов Республики Северная Осетия-Алания» за 1994;2000 гг., Парламентских слушаний по «Социально-демографической ситуации в Республике Северная Осетия-Алания», данные Госкомстата, Минздрава и другие официальные документы. Сравнительный анализ геохимических и медико-статистических данных по Владикавказу позволил выделить фоновую и опытную территории, на которых проводились дальнейшие комплексные экологические исследования.

Блокгедащмических работ включал почвенное опробование (743 пробы), и биогеохимическое (30 проб). Пробы почв и растительности проанализированы в Бронницкой ГГЭ методом полуколичественного спектрального анализа, выборочно применены методы атомной эмиссии и камерных электродов. В качестве информационного геохимического материала по другим природным транспортирующим и депонирующим средам служили данные, опубликованные в Государственных докладах.

Медицинский блок исследований базировался на данных первичной оценки медико-демографической ситуации, дополненных эпидемиологическими исследованиями выборочных групп населения. Изучение динамики заболеваемости детей и нарушений репродуктивного здоровья женщин проводилось на базах профильных лечебнои профилактических учреждений города. Эпидемиологические исследования осуществлялись по общепринятым методикам. Изучение первичной документации^ 790 детей проводилось в районах обслуживания детскими поликлиниками Промышленного и Затеречного округов.

В результате были созданы базы геохимических и медицинских данных, интерпретация которых осуществлялась с использованием программного пакета ГЕОСКАН и технологии ЭКОСКАН, разработанных в ИМГРЭ.

Апробация работы. Основные материалы диссертации изложены в 2-х информационных отчетах за 2000 и 2001 гг. (ИМГРЭ), представлены и докладывались на V Международной научно-практической конференции «Проблемы управления качеством окружающей среды (Москва, 2000), на международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (Санкт-Петербург, 2000), на Всероссийском геологическом конгрессе (Санкт-Петербург, 2000), на Ш Международном совещании «Геохимия биосферы» (Ростов-на-Дону, 2001), на Международном симпозиуме в Литве (Вильнюс, 2001), на П межрегиональной научно-практической конференции «Пути снижения материнской и перинатальной заболеваемости и смертности» (Нальчик, 2002). Материалы диссертации вошли в тематику лекций, прочитанных студентам П-Ш курсов экологических факультетов Российского университета Дружбы народов (РУДН) и Московской государственной геолого-разведочной академии (МГГА). По материалам диссертации подготовлено сообщение для председателя международного геологического общества (IUGS) prof. Dr.Ed. F.J. de Mulder по результатам эколого-геохимической деятельности ИМГРЭ. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в т. ч. 2 монографии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключенияизложена на 135 страницах, содержит 21 рисунок и 8 таблиц.

Список литературы

насчитывает 95 работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Окружающая среда крупных и промышленных городов значительно отличается от природной, постепенно приобретая все более искусственный облик. Для всех компонентов природных сред индустриальных центров присуще загрязнение характерными для данной территории химическими загрязнителями, концентрации и состав которых в значительной степени зависят от производственной насыщенности и характера производства. Кроме уже известных путей поступления токсикантов (ингаляционный, с водой и пищей, через кожу), постоянно расширяется перечень техногенных факторов, воздействующих на определенные системы человеческого организма (уровень шума, электромагнитные поля, ультрафиолетовая радиация, стрессовые состояния, вызванные напряженным жизненным ритмом современных городов). Не все факторы поддаются учету на настоящий день. Не известен механизм синергического воздействия двух, трех или всех техногенных факторов различной природы, не учитывается нивелирующее воздействие различных загрязнителей. Бесконечно разнообразны реакции индивидуумов на техногенное воздействие. Мы находимся в самом начале пути, который предстоит пройти не одному поколению исследователей-экологов для решения задачи охраны окружающей среды и защиты здоровья населения на основе объединенного, междисциплинарного подхода к оценке качества среды обитания.

Не имея возможности оценить степень техногенного воздействия на окружающую среду и здоровье людей в полном объеме, критериями выбора тех или иных методов оценки неблагополучия среды обитания, по мнению автора, должны стать геохимические методы, позволяющие не только выявить источники загрязнения исследуемой территории, но и определить качественный состав загрязняющих веществ и учесть их количественное площадное распределение во всех природных (депонирующих и транспортирующих) средах. При этом выбор проводимых геохимических работ определяется в каждом конкретном случае и заключается в опробовании наиболее информативной геохимической среды (сред).

Однако выявление аномальных концентраций элементов в окружающей среде само по себе не дает представления о характере их негативного воздействия. Оценка геохимических параметров среды обитания должна сопровождаться комплексом эколого-медицинских исследований, позволяющих прослеживать роль определенных загрязнений в развитии специфических эффектов в нарушении здоровья на примере выборочных групп населения. Установленные современные эпидемиологические маркеры неблагополучия экологического состояния среды обитания (показатели рождаемости, спонтанные аборты, перинатальная и младенческая смертность, врожденные пороки развития, онкозаболевания) позволяют оценить уровень техногенного заражения территории по тем специфическим эффектам, которые устанавливаются в заболеваемости населения.

Основной путь поступления ксенобиотиков в организм на территориях металлургических центров — ингаляционный. Учесть концентрации ксенобиотиков в атмосфере позволяют данные геохимического съемки почвенного слоя в городе. В настоящей диссертационной работе эколого-геохимическими исследованиями на территории Владикавказа было выявлено серьезное загрязнение почвенного покрова. Концентрации свинца, цинка, меди составляют более 10 ООО г/т, мышьяк, сурьма, вольфрам и кадмий содержатся в количестве от 500 до 1000 г/т, что в десятки и сотни раз превышает нормирующие параметры. Техногенное загрязнение дифференцированно по площади распространения и составу токсичных элементов. Выявлено 9 техногенных типов загрязнения с устойчивым характерным спектром загрязнителей, 5 из которых отличается наиболее высокими содержаниями. Площадь распространения 5 основных загрязняющих типов занимает большую часть города. При этом средние содержания (г/т) основных элементов в первых трех типах составляют:

• I тип («кадмиевый») (Cd->Ag—>W->Pb ->Sb ->Zn ->Си ->Bi->ln -+Sn Mo->Co) — Cd — 104 (max 1500), Ag — 6,3 (max 50), W — 69 (max — 200), Pb — 1790 (max-10 000), Sb -51,7 (max 500), Zn — 4420 (max-15 000), Cu — 756 (max- 10 000);

• II тип («вольфрамовый») (W->Pb->Ag->Cd->Zn -+Sb->Cu) — W -58,5 (max-1000), Pb -1170 (max — 15 000), Ag — 2,4 (max — 40), Cd — 17 (max -200), Zn — 2020 (max -15 000), Sb — 18 (max — 400), Cu — 318 (max — 6000);

• III тип («серебряно-полиметаллический») с кадмием (Ag—>Pb —>Cd—>Zn ->W->Sb —>Bi) — Ag- 2,8 (max — 30), Pb — 1010 (max -10 000), Cd — 18,4 (max -200), Zn — 2280 (max — 15 000), W — 18,5 (max -200), Sb — 8,7 (max — 200).

Подтверждено, что основными источниками токсикантов, сформировавшими масштабное многокомпонентное загрязнение окружающей среды во Владикавказе, являются ОАО «Электроцинк» и АО «Победит». Выявлено интенсивное загрязнение возле ГП «Янтарь», по характерному набору загрязняющих элементов и концентрациям, не уступающее загрязнению центральной промышленной зоны, отличаясь от него лишь площадью распространения. Достаточно обширные ореолы ряда металлов (меди, олова, вольфрама, кобальта и никеля) отмечены вокруг ОАО «ОЗАТЭ». Наибольший уровень загрязнения природных сред отмечен для территории.

Промышленного округа, наименьший — для Затеречного, при этом области незагрязненных почв (с фоновым распределением микроэлементов) на территории города составляют менее 1%.

Анализ показателей здоровья жителей Владикавказа свидетельствует о значительных нарушениях репродуктивного здоровья. Доказано, что рост эпидемиологических маркеров неблагополучия среды обитания вызван присутствием в почвах таких элементов-загрязнителей как Pb, Cd, As, Sb, обладающих мутагенной, канцерогенной и тератогенной токсичностью. Кроме прочего, опасность свинца и кадмия заключается в синергизме действия — кадмий усиливает эмбриотоксичность свинца. Следует отметить высокую тератогенную токсичность ртути и таллия, хранящихся на отвальных площадках заводских комплексов в недопустимых количествах. Высокие концентрации эссенциальных элементов — Zn, Си — также могут вызывать специфические эффекты, свойственные токсичным металлам, превращая их из жизненно-необходимых в токсичные. Низкая чувствительность анализов не позволила оценить содержание селена в почвах, который также хранится в виде ртутно-селенового шлама в заводских отвалах. Присутствие селена в определенных концентрациях могло сыграть положительную роль, т.к. известна его антиканцерогенная (противораковая) и антимутагенная (против разрушения генов) направленность, но высокие его концентрации, напротив, сами могут спровоцировать возникновение раковых заболеваний. К числу негативных влияний можно также отнести факт хранения в центре города в непосредственной близости от селитебной застройки радиоактивных отходов производства. Таким образом, использование эколого-медицинского подхода помогло определить специфичность влияния техногенного загрязнения окружающей среды на здоровье населения.

Дополнительной информацией к выявленным закономерностям проявления эпидемиологических маркеров неблагополучия среды обитания, прослеженным на примере сравнения двух округов может служить моделирование геохимических данных по почвенным аномалиям, позволяющее прогнозировать риск развития онкозаболеваний среди жителей Владикавказа по уточненной схеме распределения элементов-канцерогенов в атмосфере. Для проживающих в районе промзон экологический риск (только от вдыхания мышьяка и кадмия) может выразиться в 127 случаях дополнительной смерти от рака, на остальной территории города предположительно составит 20 случаев дополнительной смерти (популяции 10 тыс. человек).

Рассчитанные экологические риски для жителей Владикавказа от вдыхания таких канцерогенных элементов, как кадмий и мышьяк, указывают на весьма высокий уровень возможных случаев онкозаболеваний, вызванных техногенными причинами. По разным причинам не рассчитывались риски по другим металлам, также обладающим канцерогенным эффектом, что, безусловно, увеличило бы число ожидаемых онкологических потерь.

Таким образом, можно констатировать, что проведенные исследования во Владикавказе, выполненные с двух позиций — эколого-геохимической оценки окружающей среды и эколого-медицинского подхода к изучению нарушений здоровья, вызванных техногенными причинами, позволяют считать территорию города зоной высокого экологического риска. Анализ медико-демографической ситуации и динамики заболеваемости, а также выполненные расчеты прогноза онкозаболеваний для жителей Владикавказа, подтверждают этот вывод.