Особенности видообразования тяжелых металлов в многофазных гетерогенных системах (почва, донные отложения)

Почвы и донные отложения, находящиеся на границе геосферы, атмосферы, биосферы и гидросферы, представляют собой основные депонирующие среды загрязняющих веществ. Аккумулируя поллютанты, поступающие из водосборов и атмосферы в течение длительного промежутка времени, почвы и донные отложения являются интегральными показателями уровня загрязненности территории. К числу наиболее опасных загрязняющих веществ, поступающих в окружающую среду, относятся тяжелые металлы (ТМ) и металлоиды, которые, не подвергаются процессам разложения и способны лишь к перераспределению между отдельными компонентами почв и донных отложений. Оценка экологического состояния почв и донных отложений, подверженных загрязнению ТМ и металлоидами, сводится не столько к определению увеличения общей концентрации элементов, сколько к изучению их подвижности.Подвижность, а, следовательно, токсичность элемента, определяется формой его нахождения, а также составом и свойствами депонирующей среды. В этой связи целью проекта является изучение механизмов видообразованияметаллов и металлоидов в открытых многофазных гетерогенных системах (почве и донных отложениях). Комплексный подход к поставленной цели позволит оценить состояние почв и донных отложений, подверженныхзагрязнению металлами и металлоидами как в конкретных природных условиях, так и в контролируемых условиях. Используемые методы позволят выявить особенности видообразования ТМ в почвах и донных отложениях примноголетнем и разовом загрязнении. Будет показано влияние уровня техногенной нагрузки на подвижность металлов и металлоидов в изучаемых системах, а также установлено влияние свойств почв и донных отложений навидообразование ТМ и As.Будут показаны преимущества и недостатки наиболее широко распространенных методов последовательного фракционирования: метода Макларена (McLaren, Crawford, 1976), метода Тессье (Tessier et al., 1979), метода Миллера(Miller et al., 1986) в модификации Берти, Джакобс (Berti, Jacobs, 1996), и метода BCR (Ure et al., 1993) для анализа фракционного состава Cu, Ni, Zn, Cd, Pb и As в почвах и донных отложениях. Для определения состава соединений As в черноземе обыкновенном будет апробирована схема фракционирования, предложенная Мотузовой Г.В. с соавт. (2006). Для оценки степени закрепления или доступности ТМ и As в почве и донных отложениях будет использована комбинированная схема фракционирования Минкиной Т.М. с соавт. (2008), которая основана на сочетании методов последовательного фракционирования и отдельных селективных экстракций. Применение данной схемы позволит определить компоненты почв и донных отложений, которые отвечают за процессы мобилизации и закрепления поллютантов.Будут выявлены особенности действия экстрагентов для почв и донных отложений при разных уровнях и видах загрязнения. Установлено влияние пробоподготовки почвы, процессов реадсорбции на степень извлечениясоединений ТМ из почв и донных отложений. Будет изучено влияние степени дисперсности образцов на накопление поллютантов.Будут проведены уникальные исследования состояния поллютантов в почве и донных отложениях на молекулярном уровне с использованием рентгеновской адсорбционной спектроскопии (XAFS) на основе синхротронного излучения. Морфология и состав фаз, концентрирующих ТМ в образцах почвы и донных отложений будет изучена с использованием инструментальных методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) и рентгеновской дифрактометрии (XRD). Результаты, полученные данными методами, позволят дополнить и расширить информацию, получаемую на основе методов последовательного фракционирования.В результате выполнения проекта будут установлены особенности видообразования Cu, Ni, Zn, Cd, Pb и As в почвах и донных отложениях, осуществлен выбор наиболее оптимальных методов изучения состояния исследуемыхполлютантов в аквальных и наземных экосистемах. Выполнение проекта даст возможность получения реальных и прогнозных оценок состояния почв и донных отложений, подверженных загрязнению металлами и металлоидами. Изученные механизмы видообразования ТМ и As в почве и донных отложениях могут стать основанием для прогноза экологического состояния наземных и водных экосистем и разработки методов их рекультивации.