Aplicación en estudios geológicos ambientales.
1. Aplicación en agricultura y gestión del suelo
1. Contaminación de las aguas subterráneas causada por actividades agrícolas
El problema actual de la contaminación de las aguas subterráneas causada por pesticidas ha provocado que las personas se cada vez más preocupado. Algunas personas creen que la contaminación por pesticidas se convertirá en uno de los principales problemas de contaminación en la actualidad. Los pesticidas que contaminan el medio ambiente incluyen herbicidas, insecticidas y fungicidas. Además, las aguas subterráneas también son vulnerables a fuentes de contaminación como pilas de estiércol, aguas residuales agrícolas, desechos, agua desinfectante y líquidos de ensilaje en la producción agrícola. El número de pesticidas prohibidos por los organismos internacionales de gestión del agua está aumentando. Por ejemplo, el DDV está prohibido, el aldrín, el dieldrín y el clordano están suspendidos y el yodobenzonitrilo y el bromoxinil están restringidos. Los pesticidas y nitratos plantean serias amenazas a la calidad del agua subterránea y son más difíciles de eliminar que la contaminación de las aguas residuales superficiales.
2. Contaminación de las aguas subterráneas y tratamiento por agua de mar
Cuando el nivel del agua dulce baja, el agua de mar se infiltrará, provocando un aumento del agua salada del agua subterránea y una disminución del agua dulce. Este fenómeno es común en las zonas costeras del sureste de mi país. La inmersión en agua salada puede reducir la cantidad y calidad de los productos agrícolas y también puede dañar la supervivencia de los animales y plantas de agua dulce existentes. Provocar efectos fisiológicos en los seres humanos. Producir síntomas de hipertensión.
Debido al desarrollo excesivo de aguas subterráneas a lo largo de la costa de mi país, la intrusión de agua de mar es un fenómeno común. Hay grandes extensiones de agua salada alrededor del mar de Bohai. La Academia de Ciencias de China llevó a cabo trabajos de sondeo eléctrico terrestre en Laizhou, provincia de Shandong, para controlar la intrusión de agua de mar en la ciudad de Laizhou. La Figura 5-2-1 es un diagrama de sección equivalente de resistividad aparente, que muestra canales de intrusión de agua de mar (baja resistencia) y canales de ríos antiguos de agua dulce (alta resistencia). Los resultados de la medición compilaron un mapa de resistividad y un mapa de distribución de tipo curva, y dividieron el área de intrusión grave de agua de mar (ρs=2~17Ω·m), el área de intrusión leve (ρs=17~30Ω·m) y el área de no intrusión ( ρs=30 ~100Ω·m). Los tipos de curva QQ y KQ son áreas severamente invadidas, el tipo H es un área ligeramente invadida y los tipos K y A son áreas no invadidas. El grado de intrusión clasificado según sondeo eléctrico se muestra en la Tabla 5-2-1. En la Tabla 5-2-1, el área III es un área fácil de tratar y el área I es un área difícil de tratar. En algunos lugares se han desarrollado recursos de salmuera. Debido a la grave sobreexplotación de las aguas subterráneas en la ciudad de Laizhou, se generaron dos grandes embudos de aguas subterráneas en las zonas costeras de los ríos Wanghe y Zhuqiao, con niveles de agua en el centro de los embudos de -15 my -10 m respectivamente. En los últimos años, la zona invadida se ha ampliado a 435 km2 y se han abandonado más de 6.000 pozos, lo que ha provocado que 500.000 acres de tierra cultivada pierdan agua subterránea para riego y 50.000 acres de tierra cultivada sufran salinización secundaria. Por lo tanto, se proponen medidas de ingeniería para controlar la intrusión de agua de mar bloqueando el agua y reponiendo la infiltración.
Figura 5-2-1 Diagrama de sección equivalente de resistividad aparente
Tabla 5-2-1 Relación entre el grado de intrusión de agua de mar y la resistividad
3. Salinización del suelo y control de la sequía
La recuperación y el riego de tierras agrícolas han elevado el nivel del agua subterránea, lo que ha provocado la salinización. La salinidad del suelo se puede clasificar según la conductividad eléctrica, que puede determinarse mediante métodos eléctricos aéreos o terrestres, mientras que la profundidad del nivel freático generalmente se determina mediante refracción sísmica. La Tabla 5-2-2 enumera la clasificación de salinidad del suelo de Australia y su relación con la tolerancia a la sal de los cultivos y la conductividad del suelo de las raíces.
Tabla 5-2-2 Clasificación de salinidad del suelo de Australia y su relación con la tolerancia a la sal de los cultivos y la conductividad del suelo de las raíces
Las graves sequías de los últimos años han traído graves consecuencias a la situación de seguridad de la India. Drabang plantea grandes dificultades. Para controlar la sequía se prevén medidas de conservación y recarga de agua y suelo, lo que requiere conocer el espesor del suelo, el espesor de la corteza erosionada y el relieve del lecho rocoso. Para ello, se llevó a cabo sistemáticamente batimetría de resistividad en zonas típicas del estado con escasez de lluvias. Se dibujaron mapas de contorno del espesor del suelo y la profundidad del lecho rocoso basándose en los resultados del sondeo eléctrico. Para comprender los cambios en el espesor de la capa erosionada y la presencia o ausencia de fisuras llenas de agua, se realizaron cortes geoeléctricos. Se adoptarán medidas de conservación del agua y del suelo en las áreas divididas con suelo delgado, mientras que las áreas con capas gruesas erosionadas y cimientos profundos se utilizarán como lugares de recarga artificial.
4. Aplicación en el manejo del suelo
Para la contaminación del suelo, primero debemos controlar y eliminar la fuente de contaminación. Debido a que el suelo tiene cierta capacidad de depuración, es necesario controlar la migración y transformación de los contaminantes para que no puedan entrar en la cadena alimentaria.
(1) Controlar y eliminar las fuentes de contaminación del suelo
1) Controlar y eliminar las emisiones industriales de los “tres desechos”. Promover procesos de circuito cerrado y no tóxicos para reducir o eliminar contaminantes. Reciclar y depurar los "tres residuos" industriales y reducir la cantidad y concentración de las emisiones para que cumplan con las normas.
2) Fortalecer el seguimiento y gestión de las zonas de riego de aguas residuales del suelo. Comprender la composición, el contenido y la dinámica de los contaminantes, controlar la cantidad de riego con aguas residuales y evitar la contaminación del suelo causada por el abuso del riego con aguas residuales.
3) Controlar el uso de pesticidas químicos. Prohibir o restringir el uso de pesticidas altamente tóxicos y con altos residuos, desarrollar pesticidas eficientes, poco tóxicos y con bajos residuos, y desarrollar pesticidas biológicos. Utilice los pesticidas de manera racional, establezca intervalos seguros y establezca los residuos permitidos de pesticidas.
4) Utilizar racionalmente fertilizantes químicos. Para aumentar la producción es necesaria la aplicación racional de fertilizantes químicos. Sin embargo, una aplicación excesiva provocará una reducción del rendimiento y la calidad de los cultivos, y también provocará un contenido excesivo de nitratos en los cultivos, lo que afectará a la salud de las personas y del ganado. También aumentará el contenido de elementos de metales pesados y provocará la contaminación del suelo.
(2) Aumentar la capacidad del suelo y mejorar la capacidad de purificación del suelo.
Aumentar el contenido de materia orgánica del suelo, mezclar arena y mejorar el suelo arenoso puede aumentar y mejorar el tipo y la cantidad de coloides del suelo. la capacidad de adsorción y la capacidad de adsorción de sustancias tóxicas en el suelo, reduciendo así la actividad de los contaminantes en el suelo.
Descubrir, aislar y cultivar nuevas especies microbianas para mejorar la biodegradación también es un paso extremadamente importante para mejorar las capacidades de purificación del suelo.
(3) Aplicación de métodos de prospección geofísica en la investigación de fuentes de contaminación del suelo
Los residuos y aguas residuales vertidos de la producción industrial y los gases residuales emitidos por la quema de combustibles fósiles contienen sustancias ferromagnéticas. Por lo tanto, medir la susceptibilidad magnética (к) y el magnetismo remanente M de materiales, sedimentos y suelos puede rastrear las fuentes de contaminación de lagos, océanos y suelos. La M del suelo tiene una correlación positiva con el hierro en los contaminantes y puede estimarse a partir de ellos. el valor M. El contenido de hierro en lagos, océanos y suelos determina el grado de contaminación del suelo, cuerpos de agua, lagos y sedimentos marinos poco profundos. La Figura 5-2-2 muestra los resultados de la medición magnética de la contaminación por sedimentos marinos poco profundos en la planta siderúrgica de Atenas en Grecia. A una distancia de 0,3 km de la planta siderúrgica, el valor de susceptibilidad magnética de la capa superficial es diez veces mayor que a esa distancia. de 1 a 3 kilómetros. Guo Youzhao obtuvo resultados similares mediante mediciones magnéticas de la capa superior del suelo cerca de una fábrica en Langfang, Hebei. A ambos lados del ferrocarril Beijing-Tianjin también se detectó un aumento del magnetismo del suelo causado por la contaminación por residuos domésticos.
Figura 5-2-2 Resultados de la medición del magnetismo residual de sedimentos marinos alrededor de la planta siderúrgica de Atenas en Grecia
2 Aplicación en la evaluación y seguimiento de la contaminación ambiental
1. Evaluación y seguimiento de la contaminación de las aguas subterráneas
El agua contaminada por sales inorgánicas a menudo reduce la resistividad debido a un aumento en la concentración de iones. Debido a la obvia diferencia de resistividad entre el agua contaminada y el agua no contaminada, si no está enterrada profundamente y tiene un cierto volumen, se puede detectar mediante métodos eléctricos. Por ejemplo, en el sitio de acumulación de cenizas de carbón de Saukville en Wisconsin, Estados Unidos, para comprender la contaminación de las cenizas de carbón en las aguas subterráneas, el gobierno perforó 33 pozos de observación y realizó detección eléctrica cerca de los pozos. Las líneas de medición eran perpendiculares a los pozos. dirección del flujo de agua subterránea. El sondeo eléctrico se lleva a cabo simultáneamente con el muestreo de agua, una vez al mes. El mapa transversal del rango de contaminación del agua producido en base al sondeo eléctrico es mucho más detallado que los resultados obtenidos con solo unos pocos pozos de monitoreo.
La Universidad de Waterloo en Canadá estudió la contaminación del etileno (C2Cl4) utilizado en la tintorería de ropa y en la limpieza de metales. Cada litro de etileno vertido puede contaminar 1000×104 litros de agua. Se introdujeron placas de acero en el suelo alrededor del sitio experimental para cortar las conexiones hidráulicas dentro y fuera del sitio. Se inyectó etileno en el sitio a través de orificios poco profundos y se realizaron registros de densidad y de inducción en los orificios de monitoreo circundantes. También se midieron periódicamente el suelo y los pozos y se realizaron mediciones del perfil del radar de penetración terrestre. Los resultados mostraron que debido al cloro en los neutrones de flotación de etileno, apareció un pico negativo en la curva logarítmica de neutrones y la alta concentración de etileno mostró un reflejo obvio en el perfil del radar. Según la anomalía de resistividad, también se puede ver que la cambio de etileno a lo largo del tiempo de movimiento.
La contaminación por petróleo es la contaminación orgánica más común. En un sitio de fuga de petróleo subterráneo en el sur de Australia, el medidor electromagnético EM31 y el radar geológico se utilizaron inicialmente para detectar la ubicación de la fuga de petróleo, pero fueron ineficaces. Posteriormente, se utilizó el método de perfilado de ondas electromagnéticas para rodear el área de contaminación, lo cual se confirmó. mediante perforaciones y zanjas. Durante el funcionamiento, la bobina transmisora vertical y la bobina receptora horizontal mantienen un estado de acoplamiento cero y se mueven a lo largo de la línea de estudio con espaciamientos iguales entre bobinas. Aparecen anomalías obvias de bajo valor del componente vertical del campo magnético dentro del rango de contaminación.
2. Evaluación y seguimiento de la contaminación del aire
Los científicos rusos han demostrado que el gradiente potencial es una señal del grado de contaminación del aire. Los cambios en los componentes atmosféricos cercanos a la superficie provocados por el tráfico industrial, como cambios en los componentes químicos, aumentos de polvo, smog sólido y líquido, etc., tienen un gran impacto en la descomposición y migración de cargas, reduciendo la conductividad atmosférica y provocando potenciales gradientes. El aumento en el valor promedio resulta en un aumento en el componente vertical de la intensidad del campo eléctrico E.
Los altos niveles de dióxido de azufre en la atmósfera provocan la formación de lluvia ácida, y el dióxido de azufre proviene principalmente de la quema de carbón. El contenido de azufre en el carbón se puede analizar in situ mediante mediciones de fluorescencia de rayos X. La medición utiliza 55Fe como fuente de rayos X y el tubo de centelleo proporcional de gas como detector. La resolución de energía de la línea del espectro de azufre es del 11,8% y el límite de detección puede alcanzar el 0,15%.
3. Evaluación y tratamiento de la radiación nuclear natural
Según estadísticas estadounidenses, el 82% de la dosis de radiación nuclear que recibe el ser humano proviene de fuentes naturales, y el 55% proviene del radón. El gas radiactivo radón se adhiere fácilmente a las partículas de polvo y puede causar cáncer de pulmón si el cuerpo humano lo inhala. Los peligros del gas radón están ampliamente distribuidos y su implementación en todo el país llevaría mucho tiempo, sería laboriosa y difícil. Sabemos que el radón es el producto de la desintegración del radio, y el radio se forma por la desintegración del uranio. Por lo tanto, es importante clasificar las áreas con alto contenido de uranio (contenido promedio de 2,5 a 10 veces), como el granito, el gneis, la riolita. Dacita, esquisto carbonoso y otras áreas de distribución. Por tanto, la evaluación y tratamiento de la contaminación ambiental por radiación nuclear natural se puede dividir en tres etapas: área amplia, comunitaria e interior.
(1) Monitoreo del entorno radiológico de área amplia
Lo lleva a cabo una organización nacional unificada con el propósito de comprender el estado general y el nivel de peligro del entorno radiológico en todo el país. . Utiliza principalmente mediciones del espectro de energía gamma radiactiva de la aviación, mediciones geoquímicas radiactivas, geología regional y datos de teledetección. Los mapas de contornos planos y los perfiles del contenido de uranio, torio y potasio medidos por la radiactividad en el aire son en realidad la base principal para reflejar los cambios en el contenido de radio del suelo. En áreas que carecen de datos aéreos, se pueden utilizar mediciones de radiactividad terrestre y mediciones geoquímicas de uranio, radio, radón y otros datos geoquímicos. Los datos de geología regional y teledetección pueden proporcionar antecedentes estructurales geológicos regionales, como la distribución de rocas y las zonas de fallas.
Por ejemplo, la evaluación ambiental regional del radón puede realizar encuestas de muestreo de radón en interiores a nivel nacional, utilizar métodos de medición unificados para calibrar detectores y realizar análisis de laboratorio unificados y procesamiento de datos para estudiar y comprender el grado de daño al radón. el entorno humano.
(2) Monitoreo y gestión del entorno de radiación interior y comunitario.
En el área de alta radiación determinada por el método anterior, utilice un medidor de radiación gamma, un detector de carbón activado y una detección de pista alfa. Monitoree los espacios habitables humanos (especialmente el radón interior) y las fuentes de agua con detectores y detectores de radón de alta sensibilidad para determinar las fuentes de contaminación por radiación. Según las estadísticas, alrededor del 8% al 25% de las muertes por cáncer de pulmón están relacionadas con la inhalación de radiación de radón en el aire. Se cree que el mejor indicador para evaluar la concentración potencial de radón en un lugar residencial es la combinación de radón del suelo y. permeabilidad del suelo.
El control de la contaminación ambiental por radiación debe adoptar métodos correspondientes para las diferentes fuentes de contaminación. Debido a la contaminación ambiental por radiación causada por los residuos de la fábrica y las rocas de desecho, se limpió el sitio y se cavaron y enterraron pozos profundos en áreas con estructura geológica y ambiente estables. Para la contaminación por radón en interiores, si proviene del suelo y las rocas (que representan el 90% del radón total que ingresa a la habitación; por ejemplo, el 12% de las casas en los Estados Unidos exceden el límite de 4 pci/L), el rendimiento de sellado de Es necesario mejorar los paneles de la casa, generalmente sin espacios. Los pisos de cemento pueden proteger la mayor parte del radón proveniente del subsuelo. En áreas con concentraciones extremadamente altas de radón en el suelo, se pueden tomar algunas medidas especiales, como mezclar un 25% de carbón activado. la superficie del suelo debajo de los cimientos de la casa para formar una capa de adsorción que puede reducir la tasa de escape del gas radón es superior al 50%.
El radón procedente del gas, el carbón y el agua contamina principalmente cocinas, aseos y cuartos de baño, por lo que conviene reforzar la ventilación interior. En caso de contaminación por materiales de construcción, se debe colocar una capa protectora en la pared o se deben reemplazar los materiales de construcción muy contaminados. Las fuentes de agua potable contaminadas deben suspenderse y depositarse en vertederos.
(3) Investigación sobre la radiación electromagnética natural
Las investigaciones muestran que las tormentas magnéticas, las tormentas eléctricas y las tormentas de radón que son perjudiciales para la salud humana pueden ser una trinidad. La concentración de radón en la atmósfera cerca de la superficie a veces aumenta repentinamente, lo que se denomina tormenta de radón. También va acompañada de una tormenta eléctrica, es decir, un aumento repentino de la concentración de iones en la atmósfera, que puede provocar síntomas como este. como opresión en el pecho, palpitaciones del corazón, migrañas, insomnio y ansiedad. Algunas personas creen que las manchas solares provocan cambios repentinos en el campo geomagnético, lo que provoca la magnetoestricción de las rocas y el suelo, lo que provoca que el radón de sus poros se expulse a la atmósfera. Los experimentos han demostrado que las tormentas de radón y las tormentas eléctricas afectan la glándula pituitaria humana, el sistema suprarrenal y los síntomas cardiovasculares y neurológicos.
Las tormentas magnéticas interrumpirán las comunicaciones por radio de alta frecuencia, provocarán que la atmósfera se expanda, aumentarán la resistencia de los satélites de baja altitud, distorsionarán sus órbitas y provocarán anomalías en los satélites. Las corrientes inducidas por cambios en el campo geomagnético pueden saturar o incluso quemar los transformadores en el sistema de transmisión de energía. Esta corriente también puede causar corrosión en las tuberías metálicas e interferir con los ferrocarriles eléctricos.
(4) El impacto de la vibración artificial en el medio ambiente
Los experimentos han demostrado que las personas son más sensibles a vibraciones de 2 a 10 Hz, y son más sensibles a vibraciones de 0,5 a 2 Hz y de 10 a 100 Hz. En definitiva, no es sensible a vibraciones de otras frecuencias. Las diferentes partes del cuerpo humano tienen diferentes frecuencias de respuesta. Cuando la energía de la onda de vibración excede un cierto valor, las personas sentirán incomodidad, fatiga y reducción de la eficiencia en el trabajo.
Los daños causados en los edificios por la vibración artificial también han llamado la atención de la gente. En respuesta a las quejas de los residentes, se ha iniciado un monitoreo a gran escala en tiempo real de las vibraciones del suelo para medir la intensidad, frecuencia y características de atenuación de las vibraciones del suelo. Estados Unidos utiliza la velocidad de las partículas terrestres como estándar para medir el grado de daño a los edificios.
La vibración prolongada también puede causar fatiga en el suelo y las estructuras de los edificios. Una investigación rusa muestra que el principal factor que influye en los cambios en las propiedades del suelo y los materiales de construcción no es la amplitud, sino el efecto acumulativo de las vibraciones prolongadas de diferentes cargas. Por ejemplo, las mediciones sísmicas a lo largo del Metro de Moscú muestran que la velocidad de las ondas longitudinales del suelo ha disminuido de 350 a 500 m/s a 180 a 200 m/s, y el módulo de elasticidad también está disminuyendo.
(5) Monitoreo de la contaminación radiactiva provocada por el hombre
La extracción y beneficio del mineral de uranio y otros minerales asociados con el uranio causarán una contaminación grave. Por ejemplo, la planta de mantenimiento estadounidense en los Estados Unidos procesó 1,7 millones de toneladas de mineral de uranio en la década de 1950 y luego realizó mediciones aéreas de radiactividad en el sitio. La altura del vuelo fue de 46 my la distancia de la línea fue de 76 m. expresado en términos de tasa de exposición y contenido de radio equivalente. Se delimitaron 14 áreas anormales causadas por relaves, minerales, escorias, etc.
La prospección geofísica radiactiva también es un medio importante para monitorear los accidentes de fugas nucleares. Después del accidente nuclear de Chernobyl, la ex Unión Soviética y los países vecinos llevaron a cabo una vigilancia a gran escala. Por ejemplo, Suecia realizó mediciones aéreas del espectro de energía a una altitud de 150 m y encontró valores significativamente altos cerca de Covle. Luego, la investigación se dirigió al sur de Suecia para comprender si allí se podía permitir que las vacas comieran la nueva hierba primaveral. Finalmente, toda Suecia fue cubierta por un reconocimiento aéreo con una distancia de línea de reconocimiento de 50 km (el área anormal se cifró a 20 km), y se encontró que el área contaminada continuó expandiéndose hacia la frontera entre Suecia y Noruega.
Las cenizas volantes son una fuente de contaminación generalizada y a gran escala. Según las estadísticas de la Comisión de Radiación Atómica de las Naciones Unidas, una central térmica que quema 10 toneladas de carbón al día libera a la atmósfera 1.850 KBq de radiactividad 238U. Las mediciones muestran que el uranio se enriquece aún más después de quemar carbón y las cenizas volantes se enriquecen más que la escoria. Debido a que las cenizas volantes ingresan fácilmente al cuerpo humano, la tasa de mortalidad por cáncer entre los residentes alrededor de las centrales térmicas es 30 veces mayor que la de los residentes alrededor de las centrales nucleares.