<<
>>

Моделирование процессов миграции тяжелых металлов в биосфере

При изучении процесса накопления токсиканта в ячейках ландшафта в ряде случаев может быть применен основанный на балансе качественный и количественный подход, который, после работы В.А.Ковды (1946), стал общепринятым для оценки процессов соленакопления (Козловский, Корнблюм, 1972) 1972).

Систематизация и анализ процессов миграции загрязнителей окружающей среды и научное прогнозирование состояния биосферы невозможны без математической модели явлений миграции, как в масштабах региона, так и в глобальном масштабе. Такое моделирование, основанное на достовер^- ных результатах инструментального измерения концентраций токсиканта, должно также предусматривать возможность воспроизводства критических и аварийных ситуаций. Современное состояние вычислительной техники позволяет значительно раздвинуть границы достоверности такой модели, с минимизацией необходимых упрощений, связанных с уменьшением числа учитываемых факторов. Одним из подходящих методов для оценки миграции загрязнения в биосфере является метод синтетического моделирования, в основе которого лежит представление о том, что любой сложный природный процесс состоит из множества взаимодействующих элементарных механизмов. Для главных механизмов формулируются определенные функциональные зависимости от некоторого конечного числа переменных (Анохин, 1974).

Прежде всего необходимо составить определенное представление о структуре оригинала и перечень всех элементарных механизмов, которые осуществляют процесс загрязнения в рассматриваемом регионе. При этом синтез модели состоит в такой записи данных, которая позволяет наиболее целесообразно программировать решение различных задач. Стадии моделирования включают также логический анализ структур и механизмов исследуемого оригинала, формулировку количественных соотношений между переменными параметрами этих структур и механизмов, и синтез схем взаимной связи структур *и механизмов с помощью надлежащего кода и формальных алгоритмов.

Далее необходимо сформулировать конкретную задачу исследования, осуществить анализ информации, полученной в результате решения задачи с помощью надлежащей вычислительной техники и разработать соответствующие рекомендации.

Плотность распределения общей массы токсиканта M(t) в пространстве окружающей среды может быть выражена в виде производной:


Полную производную плотности распределения во времени называют миграционной функцией Ф:

(5)

Здесь U - вектор скорости, с которой переносится мигрирующий элемент.? Тогда поток мигранта Q равен:

(6)

В основе данных математических определений лежат критерии миграции элементов, которые, по А. Е. Ферсману определяются как отклонения его содержания в данном участке от среднего кларка (либо, в нашем случае, от уровня, имевшего место до загрязнения).

Если I - вектор направления миграционного потока, причем              то

(7)

и выражение (5) можно записать в виде:

(В)

Здесь А “ количество токсиканта, прошедшее за единицу времени через единичную площадку около данной точки пространства.

При описании поля миграции следует, в то же время, иметь в виду, что оно не является непрерывной функцией координат, а состоит из множества обособленных единиц в широкой шкале масштабов (различные ландшафтные территории, биогеоценологические ареалы, почва с многообразием ее горизонтов, минеральный, органический состав и др.). Поэтому миграционная функция Ф может иметь разрывы в изучаемой области и может быть неопределенной в некоторых точках.

В то же время, возможна разбивка поля миграции на ряд ограниченных областей, в пределах каждой из которых с

практически достижимой точностью можно выразить распределение токсиканта в виде непрерывной и дифференцируемой функции координат и времени. Функция ф может быть задана в виде таблиц и графиков (неаналиги- чески). Эта функция, помимо координат и времени может зависеть еще и от целого ряда явлений, трудно поддающихся математической формулировке, в том числе биологических факторов и химических превращений в ходе миграции с учетом свойств среды. Все это должно быть учтено при дальнейших исследованиях в направлении достоверного моделирования загрязнения компонентов биосферы.

*

*              к

Загрязнение окружающей среды - главный среди отрицательных результатов воздействия человека на природу. Дальнейшее повышение концентрации поллютантов в том числе ртути, свинца и кадмия, во всех компонентах биосферы - почве, биоте, водных экосистемах и пищевых цепях-предсгавляется недопустимым.

Мониторинг загрязнения в региональном и глобальном масштабах требует, на наш взгляд, реализации следующих мероприятий. Стандартизация терминологии, методик и техники измерений на базе современной контрольно-измерительной аппаратуры, включая разработку стандартной методики отбора и подготовки проб для анализа. Выявление наиболее характерных регионов биогеоценозов для отбора представительных проб во всех компонентах ландшафта, в водных экосистемах и в звеньях пищевых цепей, а также исследование соотношений между ёстественным и антропогенным циклами в отдельных экосистемах биосферы. Выявление и количественная оценка емкости источников загрязнения с целью разработки рекомендаций для борьбы с выбросами токсикантов в

биосферу. Количественная оценка путей миграции токсикантов в регионах и между регионами. Воспроизведение механизмов транспорта и расчет коэффициентов переноса загрязнителей от антропогенных и природных источников к компонентам экосистем.

Постановка экспериментов по изучению биологического отклика экосистем на существующий уровень загрязнения, включая определение и уточнение ПДК загрязнителей в окружающей среде. Совершенствование теории и методов математического моделирования миграции загрязнителей для достоверной оценки и прогнозирования состояния биосферы с учетом нужд технологического развития и неизбежности роста технического прогресса и валового национального продукта.

Литера ту ра

Ананичев К. В. Проблемы окружающей среды, энергии и природных ресурсов. М., Изд-во "Прогресс*, 1974.

Анохин В.А. Моделирование процессов миграции радиоизотопов в ландшафтах. Атомиздаг, 1974.

Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. М., "Наука", 1971.

Вредные вещества в промышленности, т. 2., "Химия", 1971. Жигаловская Т.Н. и др. Микроэлементы в природных водах и атмосфере. М., Гидрометеоиздаг, 1974.

Ковда В.А. Процессы почвообразования в дельтах и поймах рек континентальных областей СССР. Проблемы сов. почвоведения. Сб* 14, Изд-во^

АН СССР, 1946.

КозловскийФ.И.,Корнблюм Э, А. Мелиоративные проблемы освоения пойм степной зоны. М., 'Наука*, 1972 Саноцкий И.В. и др. В сб.: Токсикология новых химических производств.

Л., *медицина', 1967.

Сауков А.А. и др. Очерки геохимии ртути. М., 'Наука', 1972. Трахтенберг И.М., Коршун М.И. Гигиена и санитария, 1974, №8,

Bowen H.J.M. Trase Elements in Biochemistry. 179. Academie Press, London, 1966. Chemical fallout. Springfield, USA, 1969.

Environment res.4, 4, 1971.

Global environmental moniroring. I.C.S.U., Stockholm, 1971.

Hasler A.D. Man in the living environment MIT press, 1971.

Ke he Adolf Staub.—Roinhalt. Luft, 1974*34,1, 18—21.

Khan M.A. et al. Arch. Envir. Cantamination and toxicol., 1973, 1, 3, 209-223. Kobayashi I. In: Trase Substances in environmental Health. Ed. Un. Missouri.

, Columbia, 1971.

Langley P.G.J. Water Poll. Contr. Ped., 45, 1973.

Mercury contamination in man and his environment. I.A.E.A. technical report series,

N 137, Vienna, 1972.

Munn R.E. Global environmental monitoring system. SCOPE, 3, Toronto, 1973.

Report of Japanese Ministry of Health, 1967.

Roberts T.M. J. Envir. planning and pollution control, 1972, 1, 1, 43—54.

Sapeti C., Arduino E. Agrochimica, 1973, 17, 6 , 540—545.

Torazzo Piero et al. Boll.Lab. chem. provinc. 197^, 23, 2, 129-136.

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Моделирование процессов миграции тяжелых металлов в биосфере:

  1. Моделирование процессов миграции тяжелых металлов в биосфере
  2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ НА ГЕОГРАФИЧЕСКОМ ФАКУЛЬТЕТЕ В МГУ М.А. Глазовская
  3. 1.3 Определение экологического мониторинга и его задачи