1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геохимия
  4. T. 68, № 7, 2023

Геохимия, 2023, T. 68, № 7, стр. 737-749

Моделирование и прогноз состояния природных сред в зоне воздействия медно-никелевого комбината: сбалансированная модель трансформации атмосферных выпадений на водосборе и в озере

А. В. Соколов a, b, *, Т. И. Моисеенко a, Н. А. Гашкина a, Ю. Г. Таций a

a Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия

b Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН
127051 Москва, Б. Каретный пер., д. 19, стр. 1, Россия

* E-mail: alexander.v.sokolov@gmail.com

Поступила в редакцию 25.09.2022
После доработки 06.01.2023
Принята к публикации 28.01.2023

Аннотация

В статье рассматривается моделирование динамики концентрации никеля в почвах, воде и донных отложениях озер, вызванное выбросами в атмосферу комбината Печенганикель (Кольский полуостров) в течение всего периода его функционирования. Используется технология сбалансированной идентификации, которая позволяет на основе математического описания разнородных геохимических процессов, протекающих в экосистемах, объединить разнородные экспериментальные данные и построить компьютерную модель с оптимальным балансом сложности и близости к данным. Модель используется для анализа пространственно-временной изменчивости природных объектов в зоне распространения атмосферных загрязнений (никелем) от комбината Печенганикель. Приводятся и обсуждаются результаты, в том числе оценки ретроспективного состояния моделируемых объектов (до начала интенсивных исследований) и прогноз их динамики до 2030 г. По модельным расчетам интенсивность накопления Ni в почве и донных отложениях составляла 2.35 и 4.48 мг/м2 год в периоды максимальных выпадений (1980–2005 гг.), тогда как по прогнозу после остановки комбината начнется снижение интенсивности накопления Ni в донных отложениях (0.23 мг/м2 год) и медленное выщелачивание Ni из почвы (0.19 мг/м2 год).

Ключевые слова: трансформация загрязнений, никель, субарктические водные и наземные экосистемы, математическое моделирование, сбалансированная идентификация, прогнозирование

Список литературы

  1. Гашкина Н.А., Моисеенко Т.И. (2016) Пространственно-временные закономерности изменения химического состава вод озер под влиянием выбросов медно-никелевых производств: прогноз закисления. Геохимия. (12), 1122-1137.

  2. Gashkina N.A., Moiseenko T.I. (2016) Character of spatiotemporal variations in the chemical composition of lake water under the influence of emission from copper–nickel plants: Prediction of acidification Geochem. Int. 54(12), 1079-1093.

  3. Даувальтер В.А., Кашулин Н.А., Денисов Д.Б. (2015) Тенденции изменения содержания тяжелых металлов в донных отложениях озер Севера Фенноскандии в последние столетия. Труды КарНЦ РАН. (9), 62-75.

  4. Даувальтер В.А., Кашулин Н.А., Сандимиров С.С. (2012) Тенденции изменений химического состава донных отложений пресноводных Субарктических и Арктических водоемов под влиянием природных и антропогенных факторов. Труды КолНЦ РАН. (3), 55-87.

  5. Евдокимова Г.А., Мозгова Н.П., Корнейкова М.В. (2014) Содержание и токсичность тяжелых металлов в почвах зоны воздействия газовоздушных выбросов комбината “Печенганикель”. Почвоведение. (5), 625-631.

  6. Кашулина Г.М. (2002) Аэротехногенная трансформация почв европейского субарктичского региона. Апатиты: КНЦ РАН. Ч. 1. 158 с.

  7. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А. (2010) Формирование химического состава вод озер в условиях изменения окружающей среды. М.: Наука, 268 с.

  8. Моисеенко Т.И., Мегорский В.В., Гашкина Н.А., Кудрявцева Л.П. (2010) Влияние загрязнения вод на здоровье населения индустриального региона севера. Водные ресурсы. 37(2), 194-203.

  9. Мотовилов Ю.Г. (2015) Оценки антропогенных загрязнений речных бассейнов тяжелыми металлами на основе модели ECOMAG. Научное обеспечение реализации “Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 г.”, Том 1. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 335-343.

  10. Рассеянные элементы в бореальных лесах. (2004) (Под ред. Исаева А.С.). М.: Наука, 616 с.

  11. Раткин Н.Е., Асминг В.Э., Кошкин В.В. (1999) Моделирование аэротехногенного загрязнения покрова (на примере Печенгского района). Эколого-географические проблемы Кольского Севера. Апатиты: Кольский научный центр РАН, Институт проблем промышленной экологии Севера, 28-42.

  12. Раткин Н.Е. (2001) Методологические и методические аспекты изучения закономерностей аэротехногенного загрязнения импактных территорий (на примере Мурманской области). Мурманск: Изд-во МГТУ, 2001. 118 с.

  13. Соколов А.В., Волошинов В.В. (2018) Выбор математической модели: баланс между сложностью и близостью к измерениям. International J. Open Information Technologies. 6(9), 33-41.

  14. Current State of Terrestrial Ecosystems in the Joint Norwegian, Russian and Finnish Border Area in Northern Fennoscandia. (2008) Working Papers of the Finnish Forest Research Institute 85 (Eds. Derome J., Myking T., Aarrestad P.A.). Helsinki, Finland: Finnish Forest Research Institute, 98 p.

  15. Gunn J., Keller W., Negusanti J., Potvin R., Beskett P., Winterhalder K. (1995) Ecosystem recovery after emission reductions: Sudbury, Canada. Water Air Soil Pollut. 85, 1783-1788.

  16. Kellaway E.J., Eimers M.C., Watmough S.A. (2022) Liming legacy effects associated with the world’s largest soil liming and regreening program in Sudbury, Ontario, Canada. Sci. Total Environ. 805, 150321.

  17. Kvaeven B., Ulstein M.J., Skjelkvåle B.L. (2001) ICP Waters – An international program for surface water monitoring. Water Air Soil Pollut. 130, 775-780.

  18. Moiseenko T., Sharov A. (2019) Large Russian lakes Ladoga, Onega, and Imandra under strong pollution and in the period of revitalization: a review. Geosciences. 9, 492.

  19. Moiseenko T.I. (1999) The fate of metals in Arctic surface waters. Method for defining critical levels. Sci. Total Environ. 236, 19-39.

  20. Moiseenko T.I., Gashkina N.A., Dinu M.I., Kremleva T.A., Khoroshavin V.Y. (2020) Water Chemistry of Arctic Lakes under Airborne Contamination of Watersheds. Water. 12, 1659.

  21. Motovilov Yu.G. (2013) ECOMAG: a distributed model of runoff formation and pollution transformation in river basins solution. IAHS Publ. 361, 227-234

  22. Narendrula R., Nkongolo K.K., Beckett P., Spiers G. (2013) Total and bioavailable metals in two contrasting mining regions (Sudbury in Canada and Lubumbashi in DR-Congo): relation to genetic variation in plant populations. Chem. Ecol. 29(2), 111-127.

  23. Norton S.A., Appleby P.G., Dauvalter V., Traaen T.S. (1996) Trace metal pollution in eastern Finnmark, Norway and Kola Peninsula, Northeastern Russia as evidences by studies of lake sediment. NIVA-Report 41/1996. Oslo, Norway: NIVA, 18 p.

  24. Nriagu J.O., Wong H.K.T., Lawson G., Daniel P. (1998) Saturation of ecosystems with toxic metals in Sudbury basin, Ontario, Canada. Sci. Total Environ. 223, 99-117.

  25. Palmer M.A., Zedler J. B., Falk D.A. (2016) Foundations of Restoration Ecology (The Science and Practice of Ecological Restoration Series). 2nd ed. Washington, Covelo, London: Island Press. 584 p.

  26. Rognerud S., Norton S.A., Dauvalter V. (1993) Heavy metal pollution in lake sediments in the border areas between Russia and Norway. NIVA-Report 522/93. Oslo, Norway: NIVA, 18 p.

  27. Rydgren K., Halvorsen R., Töpper J.P., Auestad I., Hamre L.N., Jongejans E., Sulavik J. (2019) Advancing restoration ecology: a new approach to predict time to recovery. J. Appl. Ecol. 56, 225-234.

  28. Schindler M., Kamber B.S. (2013) High-resolution lake sediment reconstruction of industrial impact in a world-class mining and smelting center, Sudbury, Ontario, Canada. Appl. Geochem. 37, 102-116.

  29. Skjelkvale B.L., Andersen T., Fjeld E., Mannio J., Wilander A., Johansson K., Jensen J.P., Moiseenko T. (2001) Heavy Metals in Nordic Lakes; Concentrations, Geografical Patterns and Relation to Critical Limits. AMBI-O. 30(1), 2-10.

  30. Sokolov A.V., Voloshinov V.V. (2020) Model Selection by Balanced Identification: the Interplay of Optimization and Distributed Computing. Open Comput. Sci. 10, 283-295.

  31. Stavi I., Siad S.M., Kyriazopoulos A.P., Halbac-Cotoara-Zamfir R. (2020) Water runoff harvesting systems for restoration of degraded rangelands: A review of challenges and opportunities. J. Environ. Manage. 255, 109823.

  32. Strobl K., Kollmann J., Teixeira L. H. (2019) Integrated assessment of ecosystem recovery using a multifunctionality approach. Ecosphere. 10(11), e02930.

  33. Tømmervik H., Johansen M.E., Pedersen J.P., Guneriussen T. (1998) Integration of remote sensed and in-situ data in an analysis of the air pollution effects on terrestrial ecosystems in the border areas between Norway and Russia. Environ. Monit. Assess. 49, 51-85.

  34. Tropea A.E., Paterson A.M., Keller W., Smol J.P. (2010) Sudbury sediments revisited: evaluating liminological recovery in a multiple-stressor environment. Water Air Soil Pollut. 210, 317-333.

  35. Waltham N.J., Elliott M., Lee S.Y., Lovelock C., Duarte C.M., Buelow C., Simenstad C., Nagelkerken I., Claassens L., Wen C.K.-C., Barletta M., Connolly R.M., Gillies C., Mitsch W.J., Ogburn M.B., Purandare J., Possingham H., Sheaves M. (2020) UN Decade on Ecosystem Restoration 2021–2030 – What Chance for Success in Restoring Coastal Ecosystems? Front. Mar. Sci. 7(71), 1-5.

  36. Zipkin E.F., Zylstra E.R., Wright A.D., Saunders S.P., Finley A.O., Dietze M.C., Itter M.S., Tingley M.W. (2021) Addressing data integration challenges to link ecological processes across scales. Front. Ecol. Environ. 19, 30-38.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал