 |
Определение фоновых и аномальных содержаний
|
|
|
|
(по В.А. Алексеенко – «Геохимия ландшафта и окружающая среда», 1997)
Для количественной характеристики состояния окружающей среды результаты анализов проб подвергаются статистической обработке. При этом в первую очередь необходимо установить величину местного геохимического фона (Сф) изучаемых элементов в почвах, водах, основных растениях (их частях) для каждого ландшафта.
Определение местного геохимического фона возможно после установления закона, которым аппроксимируется распределение фоновых содержаний и его основные параметры, среднее значение и стандартное отклонение от среднего.
В геохимической практике наиболее часто приходится иметь дело с выборками, в которых распределение содержаний элементов подчиняется нормальному и логнормальному законам. Условиями нормальности распределения величин являются соблюдения неравенств:
; 
где А – асимметрия, представляющая собой численную характеристику, выражающую меру скошенности кривой распределения, т.е. отклонения ее от нормального вида; Е – эксцесс, определяющий подъем или понижение графика эмпирической кривой распределения по сравнению с нормальной кривой.
Величину асимметрии можно вычислить по формуле
,
где m3 – выборочный момент третьего порядка; S – среднеквадратичное отклонение, представляющее собой квадратный корень из выборочной дисперсии.
Выборочная дисперсия и среднеквадратичное отклонение являются мерой рассеяния содержания элемента в выборке вокруг средней величины содержаний. Определить выборочную дисперсию и среднеквадратичное отклонение можно по формулам
S2 = 
; S = 
,
где N – общее количество проб; x – среднеарифметическое содержание.
|
|
|
Выборочный момент третьего порядка определяется из выражения
Величину эксцесса определяют по формуле
,
где 
- выборочный момент четвертого порядка.
При несоблюдении ранее указанных неравенств исследуемая выборка не согласуется с нормальным законом. В этом случае использовать для дальнейшей обработки геохимической информации среднеарифметическое содержание и среднеквадратичное отклонение в качестве параметров распределения нельзя. Появляется необходимость проверить нормальность распределения не содержаний, а логарифмов содержаний элементов, т.е. проверить соответствие рассматриваемой выборки логнормальному закону:
; 
; 
; 
где N – общее число проб; lg x – среднеарифметическое логарифмов содержаний, определяемое по формуле
(антилогарифм 
не равен среднеарифметическому, а всегда меньше); 
– среднеквадратичное отклонение логарифмов содержаний, определяемое из выражения:
Определив закон распределения можно переходить к вычислению величин содержаний, считающихся для данной выборки фоновыми. Иногда за фоновое содержание принимается конкретное число, однако правильнее говорить не о фоновом содержании какого-нибудь элемента, а о его фоновых колебаниях.
Для выявления зон загрязнения (геохимических аномалий) необходимо установить величины аномальных содержаний элементов, что выполняется по следующим формулам:
для нормального закона 
;
для логнормального 
,
где 
.
Полученные значения можно считать за нижний предел аномальных содержаний для единичных изолированных точек. Критерий «трех стандартных отклонений» (+3s) для выделения величин, не входящих в рассматриваемые выборки, широко применяется не только в геохимии, но и во многих разделах техники.
ПДК – максимальное количество «среднего вещества» в окружающей среде, практически не влияющее отрицательно на живые организмы, в том числе и человека. ПДК являются основными пороговыми концентрациями, использующимися для контроля качества состояния воздушной, водной и отчасти почвенной среды. Они определяются врачами-гигиенистами и утверждаются как нормативы. Различаются максимальные разовые (20 мин.) и среднесуточные ПДК.
|
|
|
Для оценки опасности загрязнения, в частности атмосферы, используется максимально разовая ПДК загрязняющих веществ
Ji= Ci/ПДКi,
где Ci – физическая концентрация загрязняющего вещества i в приземном слое атмосферы (пространство, включающее до 2 м от поверхности земли, мг/м3);
ПДКi – максимально разово предельно допустимая концентрация того же вещества, мг/м3.
При ji <1, по принятым условиям, опасностью загрязнения компонентом i можно пренебречь, при ji>1 она считается реальной.
По степени воздействия на организм человека принято выделять 4 класса загрязняющих веществ:
1 класс – чрезвычайно опасные, когда ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны менее 0,1 мг/м3;
2 класс – высокоопасные, при ПДКрз в пределах 0,1-1,0 мг/м3;
3 класс – умеренно опасные (ПДКрз 1х10 мг/м3);
4 класс – малоопасные (ПДКрз>10 мг/м3).
Если одновременно присутствует несколько вредных веществ, которые взаимно усиливают негативное воздействие на организм человека (эффект суммации) – загрязнение среды определяется исходя из выражения
J=C1/ПДК1+С2/ПДК2+…+Сn/ПДКn,
где С1, С2,…, Сn – фактические концентрации соответствующих веществ, мг/м3; ПДК1, ПДК2, …, ПДКn – максимальные разовые предельно допустимые концентрации этих же веществ, мг/м3.
Для веществ, обладающих эффектом суммации вредного действия, возможно условное приведение к значениям концентрации одного из них:
Сi´=C1+C2хПДК1/ПДК2+С3хПДК1/ПДК3+ … +СnхПДК1/ПДКn,
где Сi´ - приведенная концентрация вещества с эффектом суммации, мг/м3; С1 – концентрация вещества, к которому осуществляется приведение, мг/м3; ПДК1 – его ПДК, мг/м3; С2, С3, …, Сn и ПДК2, ПДК3, …, ПДКn – концентрации и ПДК других веществ, входящих в группу суммации.
Особенности характеристик почвенных техногенных аномалий отражаются в коэффициентах концентрации отдельных химических элементов – Кк (по сравнению с содержаниями компонентов в незагрязненных «фоновых» почвах) и суммарных показателях загрязнения – Zc, равных сумме коэффициентов концентрации элементов, накапливающихся в пределах аномалии. Локальные техногенные аномалии аэрозольного загрязнения хорошо оконтуриваются по составу твердых и растворенных веществ в снежном покрове, по валовому содержанию и соотношениям валовых и растворимых форм микроэлементов в почвах.
|
|
|
Изучение техногенных аномалий в почвах вокруг крупных промышленных городов выявили характерные ассоциации элементов в составе твердых атмосферных выпадений.
Терминологический словарь
|
|
|
