Антропогенная деятельность на земной поверхности в настоящее время рассматривается как мощный фактор ее преобразования. Одна из причин изменения геосферы – нарастание потоков загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу в результате развития промышленности. Пылегазовые эмиссии многочисленных местных источников в силу открытости геосистем и непрерывности геосферы передаются по различным каналам связи, приобретая региональное и глобальное значение, что вызывает опасность превышения глобального геохимического фона.
Термин «загрязнение среды» в литературе применяется в широком смысле его значения. Под загрязнением обычно понимают продукты техногенеза, оказывающие вредное воздействие на человека, биологические компоненты, технические сооружения, памятники культуры и др. Относить ту или иную геосистему к категории «загрязненной» М.А. Глазовской [2] предлагается на основании положения В.И. Вернадского о ведущей геохимической роли живого вещества в биосфере. Главным критерием оценки ситуации должно быть состояние и функционирование присущих данной системе живых организмов. Незагрязненной считается природная система, в которой пределы колебаний концентраций техногенных веществ, а также формы их нахождения соответствуют оптимальным уровням их количественных значений. Выполнение этого правила должно обеспечить: нормальные газовые, концентрационные и окислительно-восстановительные функции живого вещества; биохимический состав первичной и вторичной продукции не вызывающий нарушение жизненных функций ни в одном из звеньев пищевой цепи; сохранение уровня биологической продуктивности и необходимого для существования системы генофонда.
Проблема экологии в Сибири связана с созданием крупных промышленных узлов, в основе которых находятся предприятия гиганты по производству алюминия, целлюлозы, полихлорвинила, нефтепродуктов, теплоэнергетики. Часто под их строительство отводились ценные в сельскохозяйственном отношении земли. Они возводились вблизи рек, используемых для сброса технических вод, а их города-спутники планировались без учета господствующего направления ветра. Следствием явилось то, что «розы» загрязнения часто накрывают города, где при малых скоростях ветра формируются смоговые ситуации. По информации об экологической обстановке городов Иркутской области и бассейна оз. Байкал [3] техногенные выбросы промышленных источников загрязнения в городах области изменяются от менее 10 до более 100 тыс. т в год. Население оказалось практически в зоне экологического бедствия. Такие города как Новокузнецк, Братск, Ангарск, Шелехов, Иркутск, Усолье-Сибирское вошли в десятку городов России с высоким индексом загрязнения и с высоким уровнем заболеваемости населения. На территории, прилегающей к заводам, сформировались техногенные полиэлементные геохимические аномалии.
В конце XX и начале XI вв. в результате геополитического, социально-экономического и технического прогресса ситуация в отношении экологических проблем стала меняться. Так, предприятия ОАО «Саянскхимпром», выпускающего полихлорвинил и каустическую соду отказались от использования ртути в технологическом процессе, и перешли на диафрагменный способ. Братский целлюлозно-бумажный комбинат заменил хлорное отбеливание целлюлозы кислородным. Закрыт и перепрофилируется Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат, некоторые тепловые станции, использующие уголь переведены на газ. Проблематичной остается ситуация в сфере алюминиевой промышленности. В данном случае эффективность сокращения выбросов в атмосферу твердых и газообразных фторидов, бенз(а)пирена, сажи и других ингредиентов, связанная с выполнением таких мероприятий как обустройство электролизеров колокольными укрытиями, внедрение автоматической подачи глинозема, использование обожженных анодов, усовершенствование газовой очистки была снижена в результате увеличения выпуска продукции. Так, Братский и Красноярский алюминиевые заводы с 2008 года каждый производит миллион тонн в год металла. Более того, центр алюминиевой промышленности неуклонно перемещается в Сибирь. Приостанавливается деятельность устаревших маломощных предприятий алюминиевого дивизиона «Запад» (Богословский, Волгоградский, Надвоицкий, Уральский заводы). Взамен им в Сибири заканчивается строительство Тайшетского (750 тыс. т/год) и начинается строительство Богучанского (600 тыс. т/год) алюминиевых заводов. Потери продукции на западе страны будут возмещены сторицей на востоке. Между тем оборудование и технологии, предназначенные повысить производительность труда и культуру производства, а также снизить техногенный пресс на природную среду, совершенствуются и внедряются крайне медленно.
Насколько это справедливо покажем на примере относительно недавно (1985, 2008 гг.) построенных на одной площадке Саяногорского (САЗ) и Хакасского (ХАЗ) алюминиевых заводов, принадлежащих ОАО РУСАЛ «Саяногорск». При выборе места для их строительства уже учитывались некоторые факторы, влияющие на уровень загрязнения населенных пунктов, в том числе их расположение относительно источников эмиссий и расстояние. Общая мощность заводов составляет более 800 тыс. т алюминия в год. Данное производство считается высокоэнергоемким. Здесь используется до 75 % электроэнергии, вырабатываемой Саяно-Шушенской ГЭС. Алюминий производится способом электролитического разложения глинозема в электролизерах Содерберга с применением обожженных анодов. Указанная технология долгое время считалась как самая современная и экологически безопасная [5], что активно рекламируется пресс-центром РУСАЛ. Результаты мониторинга [7] также «подтверждают» это заключение, которое основано на результатах наблюдений, проведенных на удалении 10-15 км от заводов, в то время как санитарно-защитная зона САЗа и ХАЗа ограничена 2,5 км [10]. О десятках тысяч гектар плодородных черноземов, занимающих территорию между 2,5 и 10-15 км, умалчивается.
Оценка состояния воздушного бассейна на исследуемой территории и поступление техногенных потоков веществ на подстилающую поверхность устанавливались нами посредством измерения концентраций химических элементов в снежном покрове. Для расчета их общего количества или отдельных химических элементов использовали влагозапас в снеге с площади пробоотбора и количество вещества в 1 дм3 снеговой воды по формуле: Q= C·V/ S, где Q – поступление веществ за зимний период, мг/м2, С – содержание веществ в снеговой воде, мг/дм3, V – объем снеговой воды с площади отбора снега, дм3, S – площадь отбора, м2.
Образцы талого снега разделяли на твердую составляющую (твердые аэрозоли) и жидкую (снеговая вода), которые подвергались количественному химическому анализу на 20 химических элементов. В твердых аэрозолях обнаружено 7 элементов – F29 Ni15,9 Al5,5V3,1 Zn2,3 Cu1,8 Sr1,6 с превышением содержания по сравнению с почвами фона от 1,6 до 29 раз. Растворимая часть аэрозолей по отношению к снеговой воде фона загрязнена значительно сильнее. В повышенном количестве в ней находятся 16 элементов, таких как F520 Al400 Na110 Ni50 Mn28,2 Ca12,8 Mg8,8 Sr8,1 Fe6,4 Si4,6 V4,2 Zn3,8 Ba2,3 Cu2,3 Ti2 K1,9. Химические элементы, отличающиеся наибольшими коэффициентами концентрации (нижние индексы) выделены в группу приоритетных загрязнителей. В нее вошли фтор, натрий, алюминий и никель
Из приведенных данных видно, что по уровням содержания в аэрозолях из всего набора элементов фтор является главным загрязнителем. Соответственно для него характерны и относительно высокие нагрузки (рисунок). Выделяется фтор также своей химической активностью и токсичностью, поэтому в перечне санитарно-гигиенических норм он отнесен к группе химических элементов 1- го класса опасности по почвам и 2-го класса по воде и атмосфере [11]. Его содержание в снеговой воде по сравнению с 1991-1992 гг. [9] увеличено примерно в 2 раза. На разном удалении от заводов оно составляет: 2 км – 15 мг/дм3; 5 – 10; 17 – 2,0; 30 км – 0,5 мг/дм3. По сравнению с ПДК для воды (1,5 мг/дм3) превышение отмечается на расстоянии 15-17 км, а на расстоянии 30 км – 10-кратное по сравнению со снеговой водой фона.
Поступление фтора за зимний период (мг/м2) на территорию, прилегающую к предприятиям ОАО РУСАЛ
Увалистая поверхность территории заметно влияет на первичное распределение поллютантов в геосистемах. Повышенная масса аэрозольных выпадений отмечается на наветренных склонах и вершинных поверхностях. В ветровой тени, как правило, их количество снижено. С удалением от заводов нагрузки водорастворимого фтора меняются в сторону уменьшения от 3-5 г/м2 в год вблизи заводов до 15 мг/м2 на периферии Основная масса поллютанта оседает в санитарно-защитной зоне. Однако поступление водорастворимого фтора (рис.). в пределах 100 мг/м2 за зимний период в условиях степи за 28-летний период обогатило верхний слой почвы (0-10 см) в радиусе 5 км на уровне 1-2 ПДК. На расстоянии до10-15 км его содержится от 0,5 до 1 ПДК. В непосредственной близости от заводов уровень накопления токсиканта может достигать 15 ПДК.
Загрязнение природной среды фтором и сопутствующими его элементами характерно не только для юга Минусинской котловины, но и всех других территорий Сибири, прилегающим к алюминиевым заводам. Они диагностируются по наличию повышенных концентраций поллютантов в твердой фазе почв и почвенных растворах, растениях, снежном покрове, дождевой воде, воде временных водотоков, грунтовой воде, а также по признакам угнетения и поражения растительного покрова [1, 4, 6, 8].
Результаты исследований показывают, что проблема загрязнения природной среды в Сибири, связанная с производством алюминия существует, не смотря на заверения директоров по экологии и качеству ОАО РУСАЛ в обратном, и она требует безотлагательного решения.