Экология почв военных полигонов - Дмитрий Александрович Пантелеев

что объясняется в первую очередь закрытостью информации. Есть сведения, что использование некоторых боевых отравляющих веществ в начале и середине прошлого века все еще ощутимо, продукты их деградации до сих пор находят в почвах на обширных территориях [240] (таблица 9). Концентрации продуктов распада боевых отравляющих веществ на пострадавших от войн территориях и особенности их распределения в объектах окружающей среды зависят от исходного химического соединения и условий среды [97].

Люизит представляет собой смесь изомеров β-хлорвинилди-хлорарсина (α-люизита), бис-(β-хлорвинил)хлорарсина (β-люизита) и трихлорида мышьяка. Это темно-коричневая жидкость с резким раздражающим запахом, напоминающим запах герани, оказывает кожно-нарывное действие. Люизит гидролизуется в воде с образованием соляной кислоты. При контакте со щелочными растворами почв люизит может образовывать ядовитый арсенат тринатрия [201]. Люизит сохраняется в почве в течение длительного периода времени из-за низкой растворимости в воде и малой подвижности.

Таблица 9. Продукты распада боевых отравляющих веществ [97]

Арсин (мышьяковистый водород, арсенид водорода) – вещество с формулой H3As – при нормальных условиях крайне токсичный бесцветный газ. Химически чистый арсин запаха не имеет, но продукты его окисления придают арсину раздражающий слизистые чесночный запах. Арсин растворим в воде (200 мл/л), а также во многих органических растворителях. Он может сохраняться во влажном воздухе 3–4 недели, чрезвычайно устойчив в воде и почвах различных типов [179].

Зарин – фосфорорганическое отравляющее вещество нервнопаралитического действия. Представляет собой изопропиловый эфир фторангидрида метилфосфоновой кислоты, жидкость без цвета и запаха; смешивается во всех отношениях с водой и органическими растворителями. Зарин испаряется с той же скоростью, что и вода, и в 36 раз быстрее, чем табун. Зарин разлагается в почве в течение пяти дней. Стойкость зарина увеличивается при низких температурах. На снегу, осажденный в виде капель, он может оставаться в течение 2−4 недель. В жарких сухих условиях он мигрирует через почву в газообразной форме, его плотность примерно в 5 раз больше плотности воздуха. Скорость гидролиза зарина до нетоксичных продуктов зависит от температуры и рН.

Табун – фосфорорганическое соединение, этиловый эфир диметиламида цианофосфорной кислоты. Представляет собой бесцветную жидкость с приятным фруктовым запахом, кипящую при 220 °C. Табун плохо растворим в воде (около 12 %), хорошо в органических растворителях. В теплых погодных условиях жидкий табун стабилен в течение 1−2 дней. На снегу он не трансформируется более двух недель. В нейтральной среде может разлагаться до HCN и O-этил N,N-диметиламидофосфорной кислоты. Последняя далее подвергается гидролизу до фосфорной кислоты через гораздо более медленную реакцию. В почвенной среде помимо гидролиза табун может подвергаться биодеградации, N-деалкилированию и нитрильному гидролизу. Из загрязненной табуном почвы выделено 16 соединений в основном с содержанием менее 1 % масс.

Один из наиболее широко используемых нервно-паралитических агентов – VX (ви-газ, ви-икс). Он относится к мало летучим отравляющим веществам, может сохраняться в почве в высоких концентрациях до 24 ч, характеризуется более высокой адсорбционной способностью, чем другие нервнопаралитические агенты [123]. Адсорбционное сродство VX повышается в ряду: гетит < монтмориллонит << гидрофобная органика [192]. Его токсичность резко снижается, как только он адсорбируется на минеральных коллоидах [151]. VX полностью трансформируется в любых типах почв через 3–4 недели после заражения, при этом 90 % агента разлагается в течение первых 15 дней [174].

Большинство нервно-паралитических агентов при стандартных давлении и температуре – жидкости, которые описываются различными моделями испарения из почв. Продукты трансформации нервно-паралитических веществ менее токсичны, чем их исходные материалы. Исключения составляют азотистый иприт (HN-2), VX, люизит, которые разлагаются в объектах окружающей среды с образованием более токсичных и устойчивых соединений, чем первоначальные вещества [205].

2.3 Загрязнение металлами почв военных полигонов и территорий боевых действий

В отличие от органических загрязнений почвы, которые могут быть уничтожены (или минерализованы) путем биоремедиации, химического окисления или сжигания, металлические загрязнения гораздо устойчивее к существующим методам очистки. Они остаются потенциальной угрозой для окружающей среды до тех пор, пока не будут механически удалены или обездвижены. Небиодеградируемые элементы и их соединения, используемые в военных боеприпасах и взрывчатых веществах, десятилетиями загрязняют почву, поверхностные и подземные воды, что оказывает пагубное воздействие на здоровье человека и крупные экосистемы. Загрязнение почв военных полигонов и затронутых войной территорий металлами являются и серьезной экономической проблемой, так как влияет на рост сельскохозяйственных культур, качество продовольствия [39].

Период полуудаления тяжелых металлов из почв различен: для свинца он составляет от 740 до 5900, кадмия – от 13 до 1100, меди – от 310 до 1500, цинка – от 70 до 510 лет [21]. Тяжелые металлы накапливаются на геохимических барьерах в количествах, значительно превышающих их предельно допустимые нормы.

Со временем металлы преобразуются преимущественно в оксиды, которые продолжают фильтроваться в более глубокие слои горизонта. Время их трансформации зависит главным образом от окислительно-восстановительных и кислотных свойств почв. Почвы на территориях военных учений, конфликтов и войн по всему миру представляют собой поглотители и потенциальные источники вторичного загрязнения металлами поверхностных и подземных вод [161].

Свинец считается основным тяжелым металлом, загрязняющим почвы на территориях военных действий и полигонах. Изначально при попадании в почву он практически инертен, его химическая активность проявляется при очень высоких концентрациях, превышающих способность почв удерживать этот металл, а также при изменении почвенных условий (рЕ, pH, влажность) [135]. Из пуль после длительных и сложных минералогических и химических процессов в почве высвобождается Pb, некоторая часть которого трансформируется в нерастворимые минералы, а оставшаяся поглощается растениями [190].

К другим металлам, часто выделяемым в почву остатками оружия и боеприпасов, относятся сурьма, хром, мышьяк, ртуть, никель, цинк и кадмий [36, 161]. Многие виды растений способны накапливать эти металлы, что используют для очистки почв военных полигонов [122].

Металлы характеризуются различными реакционной способностью и подвижностью в почвах. В зависимости от качественного и количественного соотношения химических компонентов в почвах природного и антропогенного происхождения, свойств почв, климатических условий они способны образовывать продукты взаимодействия с еще большей опасностью, чем первичные загрязнители [233].

2.3.1 Интегральная оценка пространственного загрязнения металлами почв объектов военной деятельности

Негативное воздействие отдельных тяжелых металлов на экологическую ситуацию на объектах военной деятельности и прилегающих к ним территориях изучено [27, 33, 44]. Однако до сих пор не выработаны подходы к интегральной оценке качества почв: не установлены приоритетные загрязнители объектов военной деятельности, для многих металлов отсутствуют научно обоснованные предельно допустимые концентрации в почвах, нет единого мнения о порядке расчета суммарного показателя загрязнения. Проблемы объективной оценки суммарного загрязнения вызваны разнообразием