CC BY
73
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 10 (14) 2008
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 10 (14) 2008
УДК 550.4+(477.75)
АНАЛИЗ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ НА ТЕРРИТОРИИ БЕССОНОВСКОГО РАЙОНА ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
© н. С. НАЗАРОВА
Пензенский государственный педагогический университет имени В. Г. Белинского
кафедра физической географии e-mail: [email protected]
Назарова Н. С. - Анализ геохимической обстановки на территории Бессоновского района Пензенской области. - Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2008. № 10 (14). - С. 122-126. - Основой для выполнения этой работы послужили данные по заболеваемости на территории Бессоновского района. Среди всего спектра заболеваний интерес вызвала одна группа - микроэлементозы. Этот вид заболеваний встречается на рассматриваемой территории достаточно редко. В работе дается характеристика геохимической провинции, в которую входит Пензенская область. Рассматриваются факторы, приводящие к появлению аномалии фтора. Даются рекомендации по предотвращению или снижению негативного влияния, вызванного повышенным содержанием фтора. Ключевые слова: геохимическая провинция, фтор, микроэлементозы.
Nazarova N. S. - Analysis of geochemical situation on the Bessonovsky district Penza region. - Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V. G. Belinskogo. 2008. № 10 (14). P. 122-126. - The characterization of Penza region geochemical province is given. Factors, affecting the appearance of fluorine anomaly is discussed. Keywords: geochemical province, fluorine, microelementosis.
Экологическая составляющая, определяющая здоровье человека, по данным ВОЗ составляет около 20 %. Но есть целая группа заболеваний, этимология которых определяется особенностями отдельных компонентов окружающей среды. Особое место среди этих заболеваний занимают микроэлементозы. Среди патологий этой группы есть и «тяжёлые» и «легкие» заболевания. К последним относят заболевания, связанные с изменением содержания фтора. Это - кариес, флюорозы зубов и костей.
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ФТОРА И ФТОРИДОВ Территория Пензенской области входит в геохимическую провинцию с недостаточным содержанием таких микроэлементов как йод, селен, фтор и другие. Хотя все они относятся к группе рассеянных химических элементов, но кларки их различаются достаточно существенно (табл. 1).
Реальное содержание химических элементов зависит от целого ряда факторов: состава материнских пород, геоморфологических особенностей территории, степени увлажнения, близости к побережью, характера растительности и типа почв, пористости пород, рн, температуры, комплексообразующего действия других элементов и т. д.
Таблица 1
Кларки некоторых химических элементов гранитного слоя коры континентов
Химический элемент Атомный номер Среднее содержание, 110-4 %
F 9 700
J 53 0.5
Se 34 0.14
Важнейшие соединения фтора - флюорит Са F2, криолит и топаз. Всего известно 86 фторсодержащих минералов. Соединения фтора находятся также в апатитах Са^2(РО )6 . Кроме присутствия в качестве акцессорного минерала в большинстве магматических пород фторапатит в небольших количествах встречается в метаморфических породах и песках. Осадочные фосфориты сложены преимущественно карбонат -фторапатитом (франколитом Са1^2(РО4СО3)6). Фтор присутствует в вулканических газах и термальных водах. другими природными источниками фторидов в воздухе являются почвенная пыль и капли морской воды, выносимые в атмосферу ветрами.
Сравниваемые микроэлементы все являются незаменимыми для живых организмов, хотя имеют раз-
ный коэффициент биологического поглощения (Кб). Этот показатель сопоставляет концентрацию элемента в минеральной массе земной коры с его концентрацией в минеральной части растений (табл. 2).
Таблица 2
Интенсивность биологического поглощения рассеянных элементов растительностью суши
Химический элемент Коэффициент биологического поглощения
Р 0.10
: 12.00
Se 7.14
При сравнении данных таблиц 1 и 2 можно заметить различия между сравниваемыми микроэлементами. Йод и селен имеют Кб> 1, то есть активно аккумулируются растениями. Фтор же, напротив, отличается низкой интенсивностью поглощения. Это объясняется различным участием элементов в физиологических процессах растений. Так, например, фтор является токсикантом и поэтому поглощается весьма ограниченно.
Фтор является важным биологическим элементом, выполняющим физиологическую роль в организме животных. Фтор входит в состав всех органов человека, но в основном он содержится в костях и зубах. Минеральную основу зубных тканей - дентина, составляют гидроксилапатит Са5(РО)(ОН), хлорапатит Са}(Р04)3С1 и фторапатит Са5(РО),^. Фторид - ион легко замещает гидроксил - ион в гидроксилапатите, образуя защитный эмалевый слой более твердого фто-рапатита:
СА5(Р04)30Н + В = СА(РО)В + он-
Главным путем геохимической миграции является водный. Разная интенсивность водной миграции некоторых микроэлементов показана в таблице 3.
Таблица 3 Содержание растворимых форм химических элементов в речных водах и интенсивность их вовлечения в водную миграцию
химический элемент и ион Средняя концентрация коэффициент водной миграции
в воде, мкг/л в сумме солей,%
Р 40 333-10-4 0.46
: 3 25.0-10-4 50
По данным этой таблицы видно, что средняя концентрация сравниваемых элементов соответствует их кларкам. Коэффициент водной миграции (К) показывает отношение концентрации элемента в сухом
остатке воды к его кларку, то есть интенсивность вовлечения в водную миграцию. По этому признаку микроэлементы различны. Фтор даёт менее растворимые соединения и, поэтому, менее подвижен.
Миграционная способность в водах в значительной степени зависит от содержания кальция, образующего с фтором малорастворимые соединения. Повышенные значения рН способствуют увеличению его подвижности. Обратная зависимость наблюдается и между общей минерализацией и содержанием фтора. количество фтора в подземных водах колеблется от сотых и десятых долей до 100 мг/л и более, известны воды, содержащие несколько г/л [4].
кроме естественных факторов, на содержание фтора и его соединений влияет хозяйственная деятельность человека. Так, среднее содержание фторидов в горных породах составляет от 0,1 до 1,0 г/кг, в минеральных почвах из-за рассеяния - 0,2-0,3 г/кг, а в органических почвах оно обычно ещё ниже. но содержание фторидов в верхних слоях почвы может возрастать за счёт внесения в неё фторсодержащих фосфатных удобрений, пестицидов, оросительных вод или за счёт поступления газообразных частиц. Рассчитано, что с фосфатными удобрениями в почву обычно вносится от 0,005 до 0,028 мг F/кг в год. Почвы обладают способностью фиксировать фториды, потому что снижение их содержания за счёт выщелачивания и удаления сельскохозяйственными культурами происходит очень медленно.
Алюминиевая промышленность ответственна приблизительно за 10% выбросов фторидов антропогенного происхождения. к другим промышленным источникам относятся сталеплавильные заводы, предприятия по производству суперфосфата, керамики, кирпича, стекла, электростанции, работающие на каменном угле, нефтеочистительные предприятия.
В процессе водной и воздушной миграции фториды оказываются в продуктах питания. Большие концентрации отмечаются для листовой зелени (салата, петрушки) до 1-7 мг/кг, тогда как для других овощей редко превышает 0,2- 0,3 мг/кг. Если в воде, использующейся для приготовления пищи, повышено содержание фторидов, то и в готовых продуктах оно повышается. Чайные листья обычно очень богаты фторидами, в них отмечены концентрации от 3,2 до 400 мг/кг сухой массы. Приблизительно 40- 90 % элюируются из листьев чая при заваривании [5].
ГЕОГРАФИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФТОРА
исходя из химических особенностей соединений фтора, понятна общая картина распределения этого элемента по поверхности. Богаты фтором воды районов современного и древнего вулканизма, а также районов, где широко распространены фосфаты.
На большей части территории России этот элемент содержится в недостаточном количестве. Особенно бедны им воды Севера страны, а также Сибири и дальнего Востока. Весь этот обширный район относят к гигантской биохимической зоне гипофтороза.
Иной состав пород, степень увлажнения вызывают повышение концентрации фтора в Московской синеклизе, на Урале, Апшеронском полуострове.
Содержание может различаться даже в пределах одного административного образования. Данные подтверждают связь между содержанием фтора и составом, структурой пород. Осадочные породы отличаются пониженным содержанием этого элемента. Например, на территории Ленинградской области, занятой девонской системой и ледниковыми четвертичными отложениями, содержание фтора до 0,5 мг/л обнаружено в 94,4 % открытых водоёмов и 93,4 % подземных источников. Средняя концентрация фтора в воде открытых водоёмов равна 0,25, подземных источников - 0,24 мг/л. Соответственно низкому содержанию фтора была установлена распространённость кариеса. В среднем по области - 91,9 %.
наряду с этим, в отдельных районах содержание фтора повышенное - от 1,2 до 3,5 мг/л. Они приурочены к протерозойской группе на северо - западе области. Содержание фтора здесь до 1,2 - 3,5 мг/л.
Картина становится ещё мозаичнее, если учесть антропогенную нагрузку на поверхность. В ареалах производства алюминия и двойного суперфосфата концентрация фтора менялась от 1,5 до 7 мг/л. В этой зоне на фоне появления флюороза зубов у 12 % обследованных наблюдаются сдвиги процессов формирования костей кисти, лучезапястного и локтевого суставов [2].
Итак, учитывая внутри континентальное положение территории Пензенской области, асейсмич-ность, нормальное увлажнение на большей её части, осадочные породы, слагающие её поверхность и отсутствие промышленных предприятий, являющихся антропогенным источником выбросов фтора в атмосферу понятно, что территория Пензенской области находится в геохимической зоне гипофтороза. Минимальная концентрация фтора в питьевой воде составляет 0,2 мг/л. Пдк фтора для питьевой воды от 0,6 до 1,5 мг/л. На основании клинических наблюдений установлено, что оптимальным содержанием фтора в питьевой воде является 1 мг/л, при такой концентрации редко наблюдается флюороз (или проявляется в виде легкой формы) и имеет место выраженный про-тивокариозный эффект [5].
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ГИПЕРФТОРОЗЕ
При избыточном поступлении фтора в организм человека возникает, как уже отмечалось выше, флюороз. Точный механизм возникновения заболевания еще до конца не изучен. Наиболее обоснованными считают представления о токсическом действии фтора на энамелобласты (клетки - строители эмали) в период развития зубов, приводящем к неправильному формированию эмали. По данным большинства авторов, распространенность флюороза зубов среди населения эндемических очагов нарастает в соответствии с увеличением концентрации фтора в воде (табл. 4).
Флюорозом поражаются в основном постоянные зубы детей (молочные редко), живущих с рождения в очаге эндемического флюороза или поселившихся там
Таблица 4 Распространенность флюороза на фоне различного геохимического фона по фтору
Содержание фтора в воде, мг/л Поражение флюорозом, %
0.8-1.0 10-12
1.0-1.5 20-30
1.5-2.5 30-40
свыше 2.5 более 50
в возрасте до 3-4 лет. Употребление же в течение длительного времени воды с повышенным содержанием фтора взрослыми не вызывает изменения цвета эмали сформированных зубов. Флюороз, в первую очередь, проявляется на резцах верхней челюсти и малых коренных зубах, реже на резцах нижней челюсти и больших коренных зубах. Эмаль зубов в пораженных участках теряет блеск и прозрачность, становится тусклой и приобретает как бы неживой белесоватый тон, что объясняется особенностями светопреломления эмали, структура которой нарушена вследствие хронической фтористой интоксикации.
При развитии заболевания флюорозные пятна увеличиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают необратимые ее изменения. В тяжелых случаях отмечаются генерализованный остеосклероз или диффузный ос-теопороз костного аппарата, костные отложения на ребрах, трубчатых костях, костях таза, оссификация связок и окостенение суставов. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушают углеводный, фосфорно-кальциевый, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр. Фтор является нейротропным ядом. Функциональные изменения в ЦНС проявляются в развитии тормозных процессов, снижении подвижности нервных процессов и др.
Взрослый человек получает в среднем с пищевыми продуктами 0,5-1,1 мг фтора в сутки и 2,2-2,5 мг с водой. Почти во всех пищевых продуктах содержится большее или меньшее количество фтора. Особенно много его в таких продуктах, как морская рыба (осетрина, сардины, дальневосточная навага, сельдь, килька), в мясных продуктах (баранина, печень, говяжий и свиной жир, костный мозг), а также в желтке куриных яиц и некоторых растениях (рожь, пшеница, капуста, свекла, чай и др.). Концентрация фтора во фруктах сравнительно мала. Характерно, что фтор пищевых продуктов усваивается хуже, чем фториды, растворимые в воде [5].
АНАЛИЗ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ НА ТЕРРИТОРИИ БЕССОНОВСКОГО РАЙОНА ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ В ходе всеобщей диспансеризации учащихся, проходившей в 2004 г., в четырёх населённых пунктах района отмечено заболевание флюорозом: Грабово - более 80 %
Полеологово - 50 % Блохино - 44 % Чертково - 36 %
ЦГСЭН в Бессоновском районе отобрано и исследовано 56 проб питьевой воды на содержание фторидов. Исследовались только источники централизованного водоснабжения [3].
Из 100 водозаборных сооружений артезианских скважин - 96. Процент охвата населения централизованными источниками водоснабжения составляет 47 %. Остальная часть населения пользуется водой колодцев, родников и частных скважин. Содержание фторидов превышало ПДК на момент исследования лишь в Грабово и Чертково. Показатели варьировали от 1,97 до 2,14 мг/л. Причем, анализ показателей с 2001 года показывает колебание показателей вокруг Пдк. Стабильное увеличение содержания фтора отмечается лишь в воде артскважины ОАО «ГрАЗ» на ул. Кирпичной в с. Грабово с 1,55 до 2,05 мг/л. Но данные стоматологов позволяют отнести к ареалу ги-перфтороза и Бессоновку, и Вазерки, и Полеологово, и Сосновку (рис. 1).
СОД£РХАНИВ <>ГГ01>НА.О& : / 2ЛВГСК» АЖМНЫ - Т> 5>7Мг/А 3 ЛЛТеКЛАХНЯА - Л £>£~№-/Л 4Аегекьь-ХННА - мг/л
I Л-гтвймл I----- 1 Аплпвл ель
Рис. 1. Содержание фторидов в питьевой воде артскважин Бессоновского района
какие же факторы привели к такому изменению геохимической картины? Бессоновский район расположен в центральной части Пензенской области. Протяженность с севера на юг 49 км, с запада на восток -50 км, площадь - 1240,4 км2.
Рассмотрим геолого-гидрологическую характеристику территории района. Подземные воды, использующиеся в водоснабжении, приурочены к разным стратиграфическим системам- четвертичной и меловой.
Четвертичные отложения имеются практически повсеместно на поверхности. Мощность их максимальна в поймах рек и достигает почти 15 м. Подземные воды являются безнапорными и образуют единый во-
доносный горизонт. Водовмещающими породами являются зеленовато-голубоватые и темно-серые глины и суглинки с прослоями песка, с примесью растительных остатков, участками заторфованные. По химическому составу воды гидрокарбонатно-сульфатные.
В пределах I и II надпойменных террас водовме-щающие горизонты имеют мощность 9-17 м. Они сложены зеленовато- серыми опесчаненными глинами, кварцевыми мелкозернистыми песками с прослоями гравия. Химический состав вод прежний, минерализация изменяется от 0,5 до 1,9 г/л.
При автономном водоснабжении население пользуется питьевой водой именно этих горизонтов, а при централизованном - из более глубоких пластов.
Водоносный пласт верхнего мела вскрывается на глубине 32-92 м. Воды напорные, сульфатно-гидрокарбонатные-кальциевые, имеют повышенную минерализацию - до 1,8 г/л. Нижним водоупором служат глины верхнего альба, а верхним - песчаники нижнего сантона.
Лучшие по качеству пресные подземные воды находятся в песчано-глинистых отложениях альбского горизонта нижнего мела. Воды гидрокарбонатно-каль-циевые с минерализацией от 0,3 до 0,8 г/л [1].
Итак, как видно из этого обзора, водовмещающие породы Бессоновского района типичны для западной части Пензенской области, не отличаются присутствием фосфатов и не могут определять аномалию фтора на рассматриваемой территории.
Климат района - умеренно-континентальный. Среднегодовое количество осадков - 496 мм. Среднегодовая температура - 3,9°С. Увлажнение достаточное. В таких условиях возможна и горизонтальная, и вертикальная водная миграция.
По рельефу территория района относится к Сурско-Мокшинской возвышенности. Амплитуда высот около 130 м. Овражно-балочная сеть развита очень широко на склонах рек Сура, Отвель, Шелдоис, Инра, Колоярка, Пензятка, Керенда, Ольшанка. Высокая из-резанность поверхности ускоряет горизонтальное перемещение веществ. Правобережье Суры отличается более значительной площадью поймы (рис. 1).
Река Сура разделяет район на две части. На востоке района располагаются крупные массивы лесов на песчаных дюнных всхолмлениях и серых лесных почвах. На левобережье - богатые сельскохозяйственные угодья на месте степей. В районе богатый потенциал земельных ресурсов - 80,9 тыс. га. Из общей площади земель - 58 % занимают чернозёмы. В поймах рек сформировались аллювиальные почвы. Как говорилось в общем обзоре, органические почвы отличаются пониженным содержанием фтора.
Итак, при характеристике природных компонентов территории Бессоновского района не были найдены возможные причины гиперфтороза. В этом случае необходимо обратиться к экономической характеристике региона.
На территории района расположены: 1 птицефабрика, спиртзавод, комбикормовый завод, 12 сельскохозяйственных предприятий, 67 крестьянско-фер-
мерских хозяйств. Из этого перечня видно, что промышленных источников фтора в районе нет. Судя по достаточно широкой географии флюороза, источник фтора должен располагаться диффузно. Видимо главной причиной изменения геохимического фона является избыточное количество внесенных минеральных фосфорных удобрений. Уже более 150 лет население Бессоновского района занимается овощеводством. Естественно, интенсивность ведения производства возрастает. Невозможно учесть количество вносимых минеральных удобрений на частных подворьях, но медицинская статистика указывает на стабильно повышенное содержание фтора в питьевой воде, не смотря на сезонные флуктуации. Как говорилось выше, дополнительным источником поступления фтора в организм является пища. учитывая направление и скорость миграционных потоков, понятно стабильно высокое содержание фтора в водах скважин, приуроченных к более низким пойменным участкам, а именно такое расположение населенных пунктов исторически сложилось в степной западной части района.
Жителям района следует знать основные правила поведения во избежании негативных последствии гиперфтороза.
индивидуальные меры профилактики должны проводиться с момента рождения ребенка. В первую очередь следует избегать искусственного вскармливания и раннего прикорма ребенка. С началом прикорма
не следует вводить в пище большое количество воды, а нужно заменять молоком и соками. клинические наблюдения показали, что дополнительное введение в пищу витамина С, Б, глюконата кальция в значительной степени уменьшает проявление флюороза. Важное значение имеет состав пищевого рациона. В частности, следует исключать или ограничивать продукты, содержащие фтор (морская рыба, животное масло, шпинат и др.). Особо важное значение в профилактике флюороза имеет вывоз детей на летний период из эндемического района. клинические наблюдения показали, что замена водоисточников в течение 3-4 месяцев ежегодно в первые 8-10 лет жизни ребенка способствует нормализации образования эмали и в значительной степени снижает процент поражения зубов флюорозом [5].
список ЛИТЕРАТУРЫ
1. Водоснабжение из подземных источников / Под ред. А. С. Ивушкина. Пенза, 1995. 238 с.
2. Воронов А. Г. Медицинская география. М.: Изд-во МГУ, 1981.161 с.
3. Государственный доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке в Бессоновском районе, 2004.
4. Добровольский В. В. Основы биогеохимии. М.: АСАБЕМ1Л, 2003. 397 с.
5. Медицинская экология / Под ред. А. А. Королева. М.: АСАБЕМ1Л, 2003. 189 с.
