За проєктом «Геохімія есенціальних елементів в природничих і техногенних ландшафтах лісостепової зони України як основа біогеохімічного районування» (2018–2022 роки) науковці відділу геохімії техногенних металів та аналітичної хімії Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України (науковий керівник проєкту – завідувачка відділу доктор геологічних наук, професор Ірина Кураєва) визначили основні особливості розподілу та форм знаходження есенціальних елементів (це життєво важливі для людини елементи, які визначалися, – кальцій (Са), хлор (СІ), калій (K), магній (Mg), натрій (Na), фосфор (P), сірка (S), хром (Cr), мідь (Cu), залізо (Fe), йод (I), манган (Mn), молібден (Mo), селен (Se), цинк (Zn)) у компонентах ландшафту лісостепової зони України, а також з урахуванням закордонного досвіду підготували рекомендації з розроблення принципів біогеохімічного районування території. Виконавці дослідження апробували наукові засади й методологію еколого-геохімічного оцінювання природних і техногенних ландшафтів лісостепової зони України, що ґрунтується на аналізі есенціальних елементів, які характеризують ландшафтно-геохімічні умови території та зумовлюють просторовий розподіл хімічних елементів, визначаючи тим самим зони підвищеного екологічного ризику.
Це дослідження має практичну значущість. Зокрема, вчені Академії визначили закономірності ландшафтно-геохімічної структури території лісостепової зони й особливості ландшафтно-геохімічних умов і закономірності розподілу есенціальних елементів у сучасному ґрунтовому покриві, в системі «ґрунт – рослина» й у водному середовищі досліджуваних територій. Отримані результати дослідження модельних об’єктів використано для обґрунтування і планування оптимізаційних природоохоронних заходів, серед іншого – для розроблення нових схем функціонально-режимного зонування природоохоронних установ і для обґрунтування системи геоекологічного моніторингу зон екологічного ризику лісостепової зони. За даними виконаних робіт науковці опрацювали методичні рекомендації щодо дослідження і картографування забруднення ландшафтних комплексів есенціальними елементами та запропонували громадам, інвесторам й іншим стейкхолдерам природоорієнтовані рішення (фітосанацію, компостування, землеробство тощо) для відновлення ґрунтового покриву.
Методами математичного моделювання вчені НАН України визначили основні форми знаходження есенціальних елементів у ландшафтах досліджуваних територій. Це дає змогу прогнозувати можливість утворення комплексних сполук з есенсіальними елементами в умовах техногенного забруднення під час трансформації фізико-хімічних умов природного середовища.
Визначені просторові закономірності розподілу есенціальних елементів у ландшафтах лісостепової зони України заклали підвалини подальших досліджень задля розроблення єдиного інтегрального підходу під час виявлення й картографування забруднень, який дає змогу формувати обґрунтовану практично-ефективну систему виокремлення зон екологічного ризику.
Виконуючи ці дослідження, співробітники Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України вперше:
1) уклали карти геохімічних ландшафтів лісостепової зони України, визначили закономірності ландшафтно-геохімічної структури територій дослідження на рівні урочищ;
2) запропонували критерії дослідження та методичні прийоми картографування вмісту есенціальних елементів у геохімічних ландшафтах Лісостепу;
3) розробили й побудували серію рекомендаційних карт (карти розширення меж природоохоронних територій і вдосконаленого функціонально-режимного зонування, карти прогнозу небезпечних природних явищ модельних території) та карти вмісту есенціальних елементів у ґрунтах лісостепової зони, карти динаміки природокористування й інші;
4) визначили закономірності розподілу есенціальних елементів у сучасному ґрунтовому й рослинному покривах і водах модельних обʼєктів;
5) запропонували нові схеми функціонально-режимного зонування територій з урахуванням ландшафтно-геохімічної структури, територіально-регламентаційних чинників, пов’язаних з особливостями господарської освоєності регіонів їхньої локалізації;
6) вдосконалили методику дослідження вмісту есенціальних елементів у річкових, річково-естуарних та естуарних аквальних комплексах.
Учені дійшли висновку, що вміст есенціальних елементів у ландшафтних комплексах досліджуваних територій залежить від джерел техногенного забруднення. Виконаний аналіз засвідчив також високий ступінь відповідності характеру розподілу елементів загальним закономірностям цих процесів у ґрунтах відповідних типів. У пробах ґрунту з територій дослідження найвищим виявився валовий вміст міді та хрому. Перевищення фону практично в всіх досліджуваних зразках ґрунтів зафіксовано для ванадію (вміст сягає 50–60 мг/кг). Близькими до фонової є кількість у ґрунті нікелю (6–8 мг/кг) і кобальту (3–5 мг/кг). Концентрації молібдену й цинку нижчі від фонових значень (у межах 1–2 мг/кг і 50 мг/кг відповідно). Однак для цинку характерні локальні перевищення в окремих точках моніторингу (80-100 мг/кг).
Як показав аналіз даних:
- цинк і мідь здебільшого локалізовані у верхньому перехідному профілі, а також у гумусовому горизонті. Міграційна здатність цих елементів у ґрунтах є невисокою і для цинку становить 7% (практично незалежно від профілю), для міді – менше 4–5 %, а для хрому – 4% з найвищим показником у гумусовому горизонті – 8 %. Доказом такого розподілу є надходження цих елементів із ґрунтотвірних порід;
- лужні умови сприяють зменшенню частки рухомих форм усіх досліджуваних елементів-забруднювачів. Однак впливу рН на поведінку хрому не виявлено. Концентрація рухомих форм міді й нікелю у відновному глейовому середовищі знижується, цинку – дещо зростає;
- частка рухомих форм міді, цинку, хрому, нікелю зростає відповідно до вмісту рухомого заліза і зазвичай призводить до зростання рухомих форм цих елементів;
- на поведінку досліджуваних елементів суттєво впливають рухомі форми марганцю, зі збільшенням концентрації яких зростає кількість рухомих форм цинку й нікелю, а міді та хрому – зменшується;
- рухомі форми марганцю, хрому, нікелю залежать від їхніх валових концентрацій. Для міді характерна зворотна залежність між цими показниками, а у цинку вона відсутня.
Валові концентрації металів у ґрунтовому профілі алювіальних дернових супіщаних ґрунтів знижуються в 1,5–2 рази порівняно з суглинковими аналогами. Найвиразнішою ця закономірність є для хрому, нікелю, цинку; слабше на зміну гранулометричного складу горизонтів реагує мідь. Гумусові горизонти алювіальних супіщаних ґрунтів характеризуються менш контрастним зниженням валових концентрацій металів порівняно з суглинковими ґрунтами. Це свідчить про конвергенцію вмісту елементів у гумусових горизонтах ґрунтів на різних ґрунтотвірних породах. Вміст рухомих форм марганцю, міді та цинку в супіщаних ґрунтах удвічі-втричі, а хрому й нікелю – в 10–15 разів нижчий порівняно з суглинковими.
 Розподіл нікелю (Ni) та хрому (Cr) в сучасному ґрунтовому покриві лісостепової зони (на прикладі Національного природного парку «Нижньосульський», Полтавська область) |
Техногенне навантаження внаслідок надходження есенціальних елементів у ландшафти негативно впливає не лише на ґрунти, а й на рослинність. Аналіз коефіцієнтів біологічного переходу дав змогу вченим Академії виявити закономірності біологічного поглинання есенціальних елементів рослинністю з твердої фази ґрунту. Найінтенсивніше трав’яниста й деревна рослинність поглинає молібден, мідь і нікель (коефіцієнти біологічного поглинання – 1–5,6), найменше – ванадій і хром (коефіцієнти біологічного поглинання – 0,1–0,2).
Дослідження проб води на вміст есенціальних елементів засвідчило позитивну кореляцію між концентраціями іонів магнію, сульфатів і хлоридів та їхніми нормованими показниками за величиною водовідбору. Одержані результати показали, що під час збільшення водовідбору підземних вод зростає вміст мінеральних речовин. А отже, істотну роль у формуванні хімічного складу досліджуваних підземних вод відіграє антропогенний чинник.
Використовуючи статистичні дані фельдшерсько-акушерських пунктів і власні результати вивчення забруднення ґрунтів території есенціальними елементами й важкими металами (свинцем, хромом, оловом, ванадієм, нікелем), біологічна роль і значущість яких в організмі людей докладно не досліджена, співробітники Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України також проаналізували основні класи хвороб, поширених серед населення лісостепової зони (на прикладі території Національного природного парку «Нижньосульський») та порівняли дані про захворюваність мешканців деяких населених пунктів із показниками забруднення ґрунтів.
Зокрема, науковці виявили специфічні зміни у стані здоров’я населення через підвищені концентрації хімічних елементів у ґрунтово-рослинному покриві: за концентрації свинцю – уповільнення неврологічного розвитку новонароджених (села Велика Бурімка і Михайлівка); за концентрації миш’яку – онкозахворювання шкіри, ураження периферичних судин (села Погребняки і Мирони); за збільшення кількості фтору – ендемічний флюороз (села Липове і Дем’янівка).
Унаслідок впливу досліджуваних елементів у населення найчастіше виявляють неспецифічні біологічні реакції – зростання загальної захворюваності та смертності, зниження середньої тривалості життя, змінення морфологічного складу крові, уповільнення фізичного розвитку дітей. Токсичний вплив деяких елементів може мати специфічні прояви: наприклад, свинець впливає на систему кровотворення – за його надмірної кількості у дітей змінюється синтез гемоглобіну (с. Липове).
Підвищена смертність від онкозахворювань органів дихання спостерігається у дорослих, які живуть на територіях із високим вмістом міді (село Заріг, селище міського типу Оржиця). У селах Лящівка, Велика Бурімка й Чутівка виявили шкірні захворювання в дітей і дорослих, які мешкають енподалік локальних суперфосфатних підприємств, у викидах яких були домішки фтору.
Підходи до геоекологічного моніторингу ґрунтуються на врахуванні особливостей ландшафтної та ландшафтно-геохімічної структури, а також структури природокористування у межах лісостепової зони.
Результати дослідження доцільно враховувати, оптимізуючи діяльність природоохоронних установ, планувальну структури урбанізованих територій та функціонування промислових підприємств. Вони також мають практичне значення для установ природничого профілю (геологічного, географічного, екологічного), закладів вищої освіти й установ, які опікуються реабілітацією забруднених територій. А ще – знадобляться для ухвалення природоохоронних рішень і розв’язання соціальних проблем.
Науковці Інституту планують продовжувати дослідження за цим напрямом і вже визначили пріоритетним для себе вдосконалення системи ландшафтно-геохімічного моніторингу досліджуваних територій задля виявлення додаткових осередків забруднення та вдосконалення способів зниження їхньої концентрації до допустимих норм. Для оптимізації діяльності на досліджуваних територіях лісостепової зони потрібні наукові, моніторингові, законодавчо-нормативні й організаційні заходи. Їх перелік і засоби реалізації вчені вже обґрунтували на основі результатів досліджень на модельних територіях.
За інформацією Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України