авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Природные и техногенные потоки химических элементов в воде братского водохранилища

На правах рукописи

Алиева Вера Игоревна

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ПОТОКИ ХИМИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ В ВОДЕ БРАТСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Специальность 25.00.09 – «Геохимия, геохимические методы

поисков полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

геолого-минералогических наук

Иркутск – 2009

Работа выполнена в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук, Ломоносов Игорь Сергеевич;

доктор геолого-минералогических наук, Коваль Павел Владимирович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Писарский Борис Иосифович;

кандидат геолого-минералогических наук, с.н.с. Бычинский Валерий Алексеевич

Ведущая организация: Иркутский государственный университет, Кафедра водных ресурсов ЮНЕСКО

Защита диссертации состоится 17 марта 2009 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 003.059.01 при Институте геохимии им. А.П.

Виноградова СО РАН, по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского 1а.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института геохимии им.

А П. Виноградова СО РАН, по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского 1а.

Автореферат разослан « » февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Королева Г.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В бассейне реки Ангары и на прилегающей территории расположен основной промышленный потенциал Байкальского региона, сосредоточены крупные городские агломерации, где проживает более 40 % населения Иркутской области. Здесь действуют крупнейшие промышленно энергетические комплексы, оказывающие существенное влияние на экологическую обстановку в регионе. Водохранилища представляют собой геохимические барьеры и, поэтому, являются источниками экологической опасности для окружающей среды, в связи с накоплениями в них продуктов загрязнения. В настоящее время с недостаточно очищенными сточными водами крупнейших промышленных предприятий в воды Братского водохранилища поступают разнообразные химические элементы, в большинстве случаев входящие в перечень приоритетных токсикантов (ртуть, кадмий, свинец, таллий, цинк). Особую опасность и сложную экологическую проблему представляет ртутное загрязнение воды и донных отложений Братского водохранилища.

Актуальной задачей эколого-геохимических исследований является комплексная оценка микроэлементного состава вод Братского водохранилища, выявление факторов, приводящих к дифференциации химических элементов, степени их подвижности и, как следствие, выявление локальных геохимические барьеров на его акватории. Учитывая малые содержания микроэлементов и низкий предел обнаружения применяемых в предыдущие годы методов анализа, ключевое значение приобретает аналитический аспект проводимых исследований.

Проведение гидрогеохимического мониторинга водных объектов является одним из путей анализа изменения экосистемы в целом, он дает возможность составлять прогностические модели с учетом природных и техногенных факторов.

Особенно проблематичной является оценка роли вторичных процессов загрязнения окружающей среды, в связи с возрастанием масштабов техногенной нагрузки, маскирующих собственно природные источники поступления элементов в водные объекты.

Несмотря на значительное количество научных и прикладных работ по Братскому водохранилищу, данные по микроэлементному составу воды довольно ограничены и получены, для небольшого числа элементов.

Изучение закономерностей поведения в воде расширенного круга микроэлементов (около 30) и макроэлементов позволяет сформировать новый взгляд на целый ряд геохимических процессов и, прежде всего, на вклад природных факторов в поступлении ртути и других микроэлементов в воды Братского водохранилища.

Цель и задачи исследования. Целью работы является количественная и качественная оценка микроэлементного состава вод на основе изучения источников и степени загрязнения Братского водохранилища, исследования геохимических особенностей распределения ряда макро- и микроэлементов.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1. Сформировать базу данных по микро- и макроэлементному составу вод Братского водохранилища за период с 1999 по 2005 год для уточнения базовых параметров распределения, определения временного тренда наблюдений, сопоставления с региональными и глобальными данными). Определить круг наиболее вероятных элементов загрязнения воды с учетом состава сточных вод предприятия «Усольехимпром».

2. Выявить региональные геохимические характеристики и определить закономерности профильной дифференциации химических элементов по акватории водохранилища и по глубине.

3. Установить протяженность потоков химических элементов, поступающих со сточными водами предприятия «Усольехимпром», как наиболее значимого источника техногенного влияния на объекты окружающей среды в районе Братского водохранилища.

4. Выявить геохимические барьеры по акватории водохранилища, зоны накопления токсикантов и основные факторы самоочищения водоема.

5. Провести анализ распределения макро- и микроэлементов для разграничения природных и техногенных факторов воздействия на состав воды Братского водохранилища.



6. Обобщить данные мониторинга по содержанию ртути в воде водохранилища и проследить взаимосвязь приоритетного токсиканта с поведением других элементов (Сd, Ag, Zn, Pb), а также элементами, образующими летучие формы.

7. На основе экспериментальных данных дать предварительную оценку формам переноса микроэлементов, в том числе, ртути.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Применен обобщенный геохимический подход к решаемым задачам, основанный на определении большого круга микроэлементов и общности их поведения.

Выявлен техногенный спектр и протяженность водных потоков рассеяния элементов основного источника загрязнения – предприятия «Усольехимпром».

Проведена оценка вклада природной и техногенной составляющей потоков химических элементов.

Выделены геохимические барьеры, как факторы самоочищения воды водоема.

Установлено, что в междуречье р. Оса – р. Унга и ряда других участков существуют природные источники микроэлементов. На основании экспериментальных данных определены вероятные формы нахождения ртути и других микроэлементов в воде Братского водохранилища.

Практическая значимость работы.

Проведена оценка загрязнения вод Братского водохранилища по комплексу микроэлементов, в том числе и элементов высокой токсичности: Hg, Pb, Cd, Tl.

На основании полученных результатов исследования определена достаточная степень самоочищаемости водоема и установлены места скопления основных загрязнителей – южная оконечность о. Конный и «отстойники» - плотина Братской ГЭС, Заярское и Долоновское расширения Братского водохранилища.

Выполненные исследования представляют практический интерес для специалистов, занимающихся проблемами рационального использования водных ресурсов.

Объектом исследования является крупнейшее водохранилище Ангарского каскада ГЭС – Братское водохранилище.

Фактические данные и личный вклад автора. Эмпирическую основу работы составляют долговременные наблюдения за составом воды Братского водохранилища. В период с 1999 г. по 2005 г. было проведено опробование вод р.

Ангары (от г. Иркутска до г. Усолья-Сибирского), Братского водохранилища по всей его длине, порядка 570 км, т.е. от зоны выклинивания подпора в районе пос. Тельма до плотины ГЭС г. Братска. Наиболее полное по длине опробование проведено в 2001 г., на участке от истока р. Ангары до плотины ГЭС в г. Братске, опробовано 133 станции. Несколько меньше была протяженность маршрута в 2003 г. На наиболее загрязненном участке Братского водохранилища г. Свирск – пос.

Балаганск работы проводились ежегодно. В связи с тем, что основным источником загрязнении Братского водохранилища является ООО «Усольехимпром», со сточными водами которого в воды и донные отложения водохранилища поступают значительные количества ртути и др. загрязняющих веществ с 2000 г. по 2003 г.

проводились исследования состава сточных вод этого предприятия. Для сравнения степени загрязнения Братского водохранилища в 2001 г. проведено опробование Иркутского водохранилища (исток р. Ангары – плотина Иркутской ГЭС), которое можно рассматривать как фоновое. Отобраны пробы вод основных притоков р.

Ангары. Поставлены экспериментальные работы по выявлению форм ртути и др.

микроэлементов.

В общей сложности во время мониторинговых работ было отобрано 1086 проб для определения содержаний макро- и микроэлементов, 823 пробы – на ртуть;

проб – биогенных и газовых компонентов.

Анализ выполнен в Аналитических секторах ИГХ СО РАН (определение содержаний макроэлементов производилось стандартными методами, используемыми для изучения состава природных вод: микроэлементов – методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), ртути – атомно абсорбционным методом).

Автором проведен отбор проб, выполнен анализ на определение нестойких компонентов в полевых условиях, сформирована база данных, выполнена обработка и интерпретация результатов. Все данные были использованы в процессе работ по плану НИР, грантам РФФИ, хоз. договорам, выполнявшимися отделом прикладной геохимии Института геохимии СО РАН в 2000-2008 г.г.

Апробация работы. Материалы исследования представлены на Молодежной научной конференции (ИГХ СО РАН, 2000 г.);

Молодежной научной конференции, посвященной 50-летию Института геохимии им. А.П. Виноградова и 50-летию Сибирского отделения Российской Академии Наук (2007 г);

Международной научной конференции «Проблемы экологической геохимии в XXI веке», посвящённой 70-летию со дня рождения члена-корреспондента НАН Беларусии В.

К. Лукашёва (2008 г.);

на VIII научной конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (2008 г.);

Объединенной III Всероссийской конференции по водной токсикологии, посвященная памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» и конференции по гидроэкологии «Критерии оценки качества вод и методы нормирования антропогенных нагрузок». (п. Борок, 2008 г.).





По материалам диссертации автором лично и в соавторстве опубликовано работ.

Защищаемые положения:

1. Микроэлементный состав воды Братского водохранилища в основном отвечает требованиям нормативно-чистых вод. Повышенные содержания отдельных элементов отмечены в районе влияния основного источника загрязнения – предприятия «Усольехимпром». Выделены участки, устойчивого проявления аномально высоких содержаний элементов, не связанных с антропогенным воздействием.

2. Способность к самоочищению водохранилища достаточно высока и обусловлена существованием геохимических барьеров, где выводятся из водной среды природные и техногенные компоненты загрязнения.

3. Наряду с техногенными потоками загрязнения, выявлены природные источники токсикантов (зона Жигаловского тектонического нарушения), где происходит поступление ртути и других микроэлементов с подземными металлоносными солеными водами и рассолами по зонам трещиноватости в бортах долины ложа водохранилища.

4. Выявленные «захороненные» запасы ртути в районе о. Конный, несмотря на закрытие цеха ртутного электролиза на предприятии «Усольехимпром», представляют серьезную экологическую угрозу.

Содержание и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (138 ссылок) и 4 приложений. Материалы исследований изложены на 158 страницах машинописного текста и включают рисунок и 29 таблиц.

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследования, приведены положения, выносимые на защиту и показана практическая значимость.

В первой главе дана общая характеристика района работ и приведен обзор сведений по гидрохимическому составу вод и геохимической изученности Братского водохранилища.

Во второй главе описаны участки и методика отбора проб.

В третьей главе приведены результаты, полученные в процессе семилетнего (1999-2005 г.г.) периода наблюдений и изучения микроэлементного состава вод на опорных участках и акватории Братского водохранилища. Рассмотрены вероятные формы переноса микроэлементов.

В четвертой главе рассмотрены основные закономерности миграции химических элементов, определены геохимические барьеры по акватории Братского водохранилища, проведен анализ техногенных потоков в зоне влияния предприятия ООО «Усольехимпром».

Пятая глава посвящена ртути, которая является приоритетным токсикантом и представляет большую экологическую опасность для воды и донных отложений Братского водохранилища.

В заключении приведены основные выводы проведенных исследований.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность за поддержку в организации и выполнении диссертационного исследования научным руководителям - д.г.-м.н. Ломоносову И.С. и д.г.-м.н. Ковалю П.В.;

за ознакомление с работой, высказанные пожелания, конструктивную критику д.т.н. Е.А. Руш, к.г. м.н. Белоголовой Г.А., к.г.-м.н. Скляровой О.А.;

за участие в полевых работах Пастухова М.В., к.б.н. Азовского М.Г., Бутакова Е.В.;

за проведение аналитических исследований Андрулайтис Л.Д., Черниговой С.Е., Пахомовой Н.Н., к.х.н.

Смирновой Е.В.

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ 1. Микроэлементный состав воды Братского водохранилища в основном отвечает требованиям нормативно-чистых вод. Повышенные содержания отдельных элементов отмечены в районе влияния основного источника загрязнения – предприятия «Усольехимпром». Выделены участки, устойчивого проявления аномально высоких содержаний элементов, не связанных с антропогенным воздействием.

В результате проведенных в 1999-2005 г.г. исследований получена наиболее полная информация, отражающая природную и техногенную изменчивость концентраций химических элементов, варьирующих в пределах от одного и более порядков, в водной толще Братского водохранилища.

Несмотря на то, что содержания большинства химических элементов в воде Братского водохранилища не превышают ПДК рыбохозяйственного назначения (ПДКрбх) и соизмеримы с содержаниями в речных водах региона, выявленные закономерности позволили сделать выводы по их распределению как по глубине, так и по длине водохранилища.

С целью определения техногенной составляющей поступления элементов акватория Братского водохранилища была условно разделена на 3 зоны (рис. 2).

Верхняя часть (техногенная зона I). Это наиболее неблагоприятная часть Братского водохранилища. Здесь сосредоточена крупная городская агломерация Иркутской области с населением 1.2 млн. человек и территорией промышленной зоны.

Средняя часть (зона II). Протяженная зона, вне явного влияния промышленных объектов. Выделение этой зоны связано с тем, что на этом участке отмечены узкие, локальные аномалии («всплески») концентраций многих элементов, соизмеримые, а порой и многократно превышающие их содержания в областях размещения техногенных источников в верхней части водохранилища. Эти аномалии обусловлены подтоком высокоминерализованных вод, поступающими по зонам тектонических нарушений из нижележащих соленосных отложений усольской свиты нижнего кембрия. В 2003 г. отмечены высокие содержания ртути (до 1.25 мкг/дм3) в районе д. Усть-Уда, в междуречье рек Унга и Оса (до 0. мкг/дм3) и в районе д. Быково (до 0.05 мкг/дм3).

Нижняя часть (зона III) испытывает влияние техногенной нагрузки за счет недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий г. Братска, а также коммунальных сточных вод города и прилегающих территорий. К ней относится Окинское расширение Братского водохранилища, вода которого может быть загрязнена стоками притока р. Ангары – р. Ока. Поступление повышенных содержаний Hg, Pb, Cd, Zn, Cu в р. Ока может быть связано со сточными водами химкомбината ОАО «Саянскхимпласт» (г. Саянск). Эти же элементы присутствуют в придонном слое воды в районе г. Братска.

Рассматривая средние содержания микроэлементов по выделенным зонам, и сравнивая зоны в целом, следует отметить, что полученные результаты хорошо сопоставимы между собой. Отличия в пределах верхней и средней части водохранилища для содержаний Cr, V, Ti, Cu составляют 1.5-2 раза. Наибольшие отклонения в содержаниях элементов характерны для Zn, Mn и Hg (на порядок).

При сопоставлении загрязненной верхней части Братского водохранилища (зона I) со средней частью можно видеть, что за исключением Mn, для нее не характерны повышенные содержания микроэлементов. Более того, в средней части (зона II) Братского водохранилища содержание ртути на порядок выше. Высокая временная вариабельность Mn, V, Cd отмечена для нижней части водохранилища (г.

Братск и примыкающие территории). Содержания остальных элементов устойчивы во времени. Следует отметить, что в отдельные годы концентрация «тяжелых»

металлов в зоне III достигала значительных величин. Так, летом 2004 г. в районе верхнего бьефа Братской ГЭС отмечены аномально высокие концентрации Cu – 3. мкг/дм3, Pb – 1.34 мкг/дм3, Sn – 0.93 мкг/дм3, Cd – 1.34 мкг/дм3. С экологической точки зрения важно выявление потоков Cd, как высокотоксичного элемента, даже если доля его в общем балансе незначительна. По санитарно-токсикологическим показателям в питьевой воде концентрация Cd не должна превышать 1 мкг/дм3.

Высокие концентрации Cd зафиксированы летом 2004 г. в устье р. Оса (1. мкг/дм3), а выше в междуречье притоков р. Оса и р. Унга установлено «ураганное»

содержание этого элемента (9.64 мкг/дм3).

За исключением Cd (0.62 мкг/дм3), в воде Окинской части Братского водохранилища не установлены повышенные концентрации исследованных элементов.

Временной тренд на опорных точках (рис. 2) нерегулярный и характеризуется неоднородностью распределения и разобщенностью поведения элементов.

Кратность превышения содержаний отдельных элементов по годам составляют 1.5 2 раза по отношению к наиболее часто встречаемым величинам в целом. В отдельные годы отмечены «всплески» ураганных содержаний элементов, но в последующий период содержания элементов падают до предела обнаружения. С уменьшением техногенной нагрузки (закрытие цеха ртутного электролиза в г.

Усолье-Сибирское в конце 1998 г.) поступление загрязняющих элементов должно уменьшаться. Однако, такая «классическая» картина характерна только для содержаний Cd, Cu и Hg (1999 г.). В распределении других элементов большее значение имеет временная составляющая, так как и в техногенной зоне (г. Свирск) и вне ее (залив Унга) увеличение концентраций микроэлементов в воде по годам происходит одновременно (табл. 1).

Поступление элементов от техногенных источников должно идти одновременно, т.е. в комплексе с составом сточных вод, однако в их распределении видна временная разобщенность.

В 2001 г. зафиксированы высокие (максимальные для всех лет наблюдений) содержания Zn, V, As, Cu. Так в районе д. Быково содержание Zn достигало 24. мкг/дм3. В этот же период в устье р. Унга (приток р. Ангары) концентрации As и V также были высокими и составляли соответственно 4.84 мкг/дм3 и 26.3 мкг/дм3.

Таблица Динамика поступления элементов в повышенных концентрациях в воды Братского водохранилища Год опробования Участок 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Mn Co Cu Hg Mn Co V г. Свирск - - Zn Cd Cd Cr Zn Cu V Cr Mn Co V Mn Co д. Быково - - Cr Zn Cu Cu Cd Pb V Cr Hg Pb Cd устье залива Mn Co V - - - Mn Hg Унга Cr Cu As Zn Pb Примечание: 1. Прочерк – поступление повышенных содержаний элементов не выявлено;

2. Жирным шрифтом выделены элементы, концентрации которых на порядок выше наиболее часто встречаемых значений;

В последующие годы (2004 и 2005 г.г.) произошло их пространственное «разобщение». В 2003 г. отмечены в основном более высокие содержания элементов группы железа, в то время как в 2004 г. при их «спокойном» фоне на трех станциях опробования содержания полиметаллов Zn, Cd, Pb повышались многократно.

Содержание свинца в этот год в устье р. Унга было «ураганным» (1.7 мкг/дм3).

Как видно из табл. 1, «спокойными» в отношении всех элементов были 2000, 2002, 2005 г.г. По-видимому, вариации во времени отражают естественные вариации окружающей среды вне зоны влияния техногенных факторов и деятельности человека. Техногенное поступление элементов накладывается на естественные вариации, происходящие в природной среде, масштаб которых иногда может превышать поступление веществ из источников загрязнения.

Природа отмеченных вариаций временной зависимости и разобщенности в поведении элементов не совсем ясна. Есть основания полагать, что это вызвано не только техногенной, но и природной составляющей, когда значительные флуктуации могут быть связаны с поступлениями высокоминерализованных вод из нижележащих соленосных отложений ложа водохранилища.

По характеру поведения в воде Братского водохранилища микро-, некоторые макроэлементы, биогенные и газовые компоненты были объединены в группы. К первой группе отнесены элементы, концентрации которых в придонном слое воды выше, чем в поверхностном (Fe, Al, Ti, Ga, Cr, Ni и т.д., лантаноиды и актиноиды).

Площади аномальных содержаний этих элементов четко приурочены к промышленным комплексам г.г. Усолья-Сибирского и Свирска. Накопление их в придонном слое происходит в районе южной оконечности о. Конный. (рис. 1). Во вторую объединены элементы, содержания которых в поверхностных водах зачастую выше, чем в придонных (Pb, Zn, Ag, W). В районе о. Конный их накопление не происходит. В эту группу включен также кадмий. В целом их распределение по профилю сходно с распределением ртути (рис. 1). В третью группу выделены макроэлементы, газовые и биогенные компоненты.

lg Fe, мкг/дм о. Конный 1000 г. Усолье Сибирское г.

Монастырская пос.

д. д. Прибойный д.

Буреть Ключи Подволочная г. Свирск зал. Братская Наратай ГЭС пос.

Балаганск зал. Ярма зал. Оса км 0 100 200 300 400 500 lg Hg, мкг/дм д. Ключи д.

зал.

Сидорово Унга д.

зал.

0,1 Шумилово Молька г. Свирск пос.

г.

Прибой Братск 0,01 ный о.

0,001 Конный г. Иркутск пос. зал.

Балаганск Ярма 0, км 0 100 200 300 400 500 поверхностная придонная Рис. 1. Распределение содержаний железа и ртути по длине водохранилища (2003 г.) Распределение микроэлементов по профилю водохранилища неоднородно по длине и глубине. Катионы имеют большую вариабельность (до 3 порядков), микроэлементы, перенос которых вероятнее всего происходит в анионной форме, подвержены изменениям в меньшей степени. Еще более стабильно содержание главных ионов.

На графиках не отражен протяженный «снос» веществ от техногенного (основного) источника загрязнения, так как точки максимума чередуются с точками минимума. При невысоких содержаниях элементов в целом, есть локальные участки, где содержания их многократно превышают таковые вблизи источника загрязнения.

Для выяснения состава и протяженности техногенных потоков основного загрязнителя Братского водохранилища ООО «Усольехимпром» отобраны пробы сточных вод г. Усолья-Сибирского, а также определен макро- и микроэлементный состав воды на участках водохранилища до и после санкционированных выпусков Усольской промзоны.

Со стоками Усольской промзоны в Братское водохранилище поступают Cl-, Hg, SO4-2, P, NO2-, NO3-, NH4+, Na+, Ca2+ и, в меньшей степени, K+ и Mg2+. Идет незначительное поступление лантаноидов (Sm, Gd, Dy, Tb, Eu, Yb, Hf).

Увеличивается общая величина минерализации. Повышение содержаний Pb, Cu, Ga, Zn, Ni, Cr, V, Ti, As, Pr, Ce, La в 1.5 км ниже сброса. можно объяснить тем, что кроме техногенных источников загрязнения в г. Усолье-Сибирском существует мощный очаг разгрузки соленых вод. Вероятно, дополнительное поступление этих элементов связано с рассолами. Анализ соленых вод в г. Усолье-Сибирское на содержание макро- и микроэлементов показывает, что рассолы значительно обогащены большим кругом микроэлементов. Уже в 5 км от сбросов уменьшается величина минерализации, сульфат-иона, фосфора, нитратов, нитритов, ионов аммония. Более протяженные потоки характерны для ртути, хлора и натрия.

Как следует из данных полученных в 2001 и 2002 годах, соотношения отдельных форм ртути меняется в широких пределах. Так в районе основного источника загрязнения (ООО «Усольехимпром») с тонкой взвесью и коллоидами связано около 77 % ртути, грубодисперсная фаза переноса составляет 9 %.

Содержание газообразных форм не превышает 3 %. Ниже по течению это соотношение меняется, доля грубодисперсной формы возрастает.

2. Способность к самоочищению водохранилища достаточно высока и обусловлена существованием геохимических барьеров, где выводятся из водной среды природные и техногенные компоненты загрязнения.

Сопоставляя распределение элементов в поверхностном и придонном слоях воды, а также в донных отложениях по акватории водохранилища можно выделить участки «сброса» элементов техногенного и природного происхождения.

В местах, где потоки вещества уменьшаются, возникают условия для формирования техногенных и природных геохимических барьеров. Геохимические барьеры – это участки, где на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация (Перельман А.И., 1989 г).

По прямым и косвенным признакам по акватории Братского водохранилища можно выделить несколько типов геохимических барьеров (рис. 2).

Рис. 2. Зоны техногенной нагрузки акватории Братского водохранилища.

a – границы зон;

b – опорные точки отбора проб воды.

I – зона с высокой техногенной нагрузкой;

II – зона с относительно низкой техногенной нагрузкой;

III – зона с повышенной техногенной нагрузкой.

Типы геохимических барьеров по акватории Братского водохранилища 1 – геохимический барьер, выделенный ранее (Шпейзер Г.М. и др., 1998);

2 – физико-химический (граница «вода-дно»);

3 – комплексный природно-техногенный;

4 – окислительно-восстановительный.

Основным по значимости на акватории Братского водохранилища является комплексный природно-техногенный барьер (район южной оконечности о. Конный) (рис. 2). Он представляет собой наложение физико-химического, механического и биологического классов барьеров полностью не совпадающих по площади. В придонном и поверхностном слоях воды происходит концентрация Fe, Al, Mn, Ti, Cr, Ni, Co, Tl, Ga, Be, Li, Cs, Cu, лантаноидов и актиноидов. Здесь осаждается основная масса терригенного материала, поступающего в водохранилище в процессе размыва пород и почв береговой зоны. Вероятно, этот барьер, является участком «сброса» значительной части материала из техногенных источников г.г.

Усолье-Сибирское и Свирск.

Вторым по значимости в техногенной зоне Ангарской части водохранилища является геохимический барьер, протянувшийся от устья притока р. Ангары – р.

Белая до д. Буреть. Геохимический барьер возникает при переходе речного режима р. Ангары к водохранилищу и связан с изменением скорости течения. На графиках профильного опробования фиксируется четкий «сброс» многих элементов, в том числе и ртути. Зона этого геохимического барьера была выделена ранее (Шпейзер Г.М. и др., 1998).

Группу геохимических (преимущественно хемогенно-терригенных) барьеров Братского водохранилища представляют участки замедленного водообмена, связанные с концентрированием элементов на границе «вода-дно». На этих участках в придонном слое воды содержание элементов всегда выше, чем в поверхностном. В связи с переходом на озерный режим (Заярское расширение, залив Наратай, Долоновское расширение района г. Братска, вход в Окинское расширение, приплотинная часть г. Братска), с заиливанием и другими процессами происходит осаждение микроэлементов на дисперсном и тонкодисперсном терригенном материале, а также соосаждение их с карбонатами и сульфатами водной толщи.

К этому типу барьеров можно было бы отнести и повышенные содержания элементов в придонном слое воды в Балаганском расширении (район залива Молька – пос. Балаганск), где широко распространены загипсованные и карбонатные породы. Несмотря на то, что эта часть водохранилища находится вне зоны техногенного влияния и не содержит промышленных комплексов, при низких значениях концентраций многих элементов в поверхностном слое воды, отмечены значительные их превышения в придонном слое (Fe, Al, Ga, Ag, Th и т.д.). Если считать, что прямые наблюдения поверхностного опробования отражают сиюминутные процессы, то придонные воды несут информацию о длительно протекающих процессах. По геофизическим, гидрохимическим и гидрогеологическим данным (Дзюба А.А., 1999) эта часть водохранилища совпадает с зоной Жигаловского тектонического нарушения, которая рассматривается, как зона новейших тектонических подвижек. В зоне «раскрытости» возможен массоперенос вещества по трещинам разрыва, «унаследованность» процессов, существование палеобарьеров.

С существованием зон «раскрытости» связано и появление в Братском водохранилище физико-химических барьеров, на которых происходит изменение окислительно-восстановительных свойств элементов водной системы. Несмотря на то, что вода Братского водохранилища насыщена кислородом, достаточным для поддержания окислительной обстановки в поверхностных и придонных горизонтах, анализ профильного опробования свидетельствует о том, что существуют узкие участки, на которых возможно существование восстановительных условий. Это сероводородный или глеевый подкласс барьеров, на которых происходит осаждение металлов в виде труднорастворимых сульфидов, в том числе гидроксидов железа и марганца. Показателем восстановительной среды в данных точках является присутствие в водах H2S и Fe. Такой участок установлен на границе Верхнеангарского гидрогеологического района и Балаганского расширения (д.

Середкино и д. Быково). Это южная граница района Жигаловского тектонического нарушения.

Узкий окислительно-восстановительный (сероводородный) барьер, фиксирующий «сброс» Fe, Ti, Ga, Al, V, Ni, Co, La, Ge, установлен также в техногенной зоне перед г. Свирском (ручей Грязный). Здесь в водах эпизодически появляется сероводород, а в донных отложениях ручья встречаются примазки черных пелитоморфных минералов.

По длине Братского водохранилища можно выделить и другие зоны вероятного существования барьеров, связанных с изменением окислительно восстановительных условий водных систем. Это вся протяженная зона междуречья р. Оса – р. Унга, совпадающая с центральной частью зоны Жигаловского тектонического нарушения, которая слабо проявляется в рельефе. По гидрохимическим данным здесь установлено падение О2, наличие в водах Н2S. В устье р. Унга, р. Оса и их междуречья эпизодически отмечены ураганные содержания Cd, Hg, Ge и др. микроэлементов. Анализ приведенных исследований свидетельствует, что в этой части Братского водохранилища существует независимый от загрязнителей и самостоятельный источник поступления и «сброса»

многих элементов, который определяется естественными вариациями природной среды.

Учитывая, что современные неотектонические подвижки отражаются гидрохимическими и гидротермальными аномалиями, а кроме того, то что зоны раскрытости могут «залечиваться» рассолами в течение нескольких месяцев (Пиннекер Е.В. и др., 1995), то можно найти объяснение перемещающимся на площади и во времени участкам «сброса» и поступления металлов и ртути в Ангарском сужении Братского водохранилища. Это д. Ключи, д. Аносово, участок залив Егирма – д. Подволочная – залив Ярма и пос. Прибойный – д. Шумилово. Это природные участки как самоочищения водоема, так и источники поступления микроэлементов (в том числе и ртути) в воды водохранилища. Низкая упругость паров ртути предполагает поступление в воды ее атомарных форм. В районе рек Унга и Оса летучие формы в воде Братского водохранилища достигают 25 % и если «летучесть» ртути не вызывает сомнений, то корреляция ртути с элементами, способными образовывать летучие водородные соединения является дополнительным доказательством существования эндогенных (природных) источников поступления ртути и других микроэлементов в воды Братского водохранилища.

Из вышесказанного можно сделать вывод, который обосновывает третье защищаемое положение:

3. Наряду с техногенными потоками загрязнения, выявлены природные источники токсикантов (зона Жигаловского тектонического нарушения), где происходит поступление ртути и других микроэлементов с подземными металлоносными солеными водами и рассолами по зонам трещиноватости в бортах долины ложа водохранилища.

4. Выявленные «захороненные» запасы ртути в районе о. Конный, несмотря на закрытие цеха ртутного электролиза на предприятии «Усольехимпром», представляют серьезную экологическую угрозу.

Ртутное загрязнение особенно опасно тем, что в биологическом цикле происходит накопление наиболее опасных металлорганических ее форм, обладающих водной и липидной растворимостью, которые аккумулируются в пищевых цепях рыб и человека.

Более детально динамика изменения содержаний ртути в рассматриваемый период прослежена на примере верхней части Братского водохранилища (г. Свирск – пос. Балаганск) (рис. 3, данные 1998 г. приведены из работы (Коваль П.В., 2004)).

мкг/дм 0, 0, 0, 0, ПДКрбх год 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 г. Свирск о. Конный Рис. 3. Динамика изменений средних содержаний ртути в воде верхней части Братского водохранилища (1998-2005 г.г.) Прекращение работ цеха ртутного электролиза на комбинате ООО «Усольехимпром» в 1998 г. привело к изменению параметров распределения ртути в Братском водохранилище. В начальный период наблюдений (1999-2000 г.г.) наиболее часто встречаемые содержания ртути в воде в целом превышали ПДКрбх в 3-5 раз. С 2001 г. наметилась тенденция к уменьшению содержаний ртути.

Прекращение работы цеха привело к заметному снижению концентраций ртути как в воде Братского водохранилища в целом, так и в районе основного источника загрязнения. Резко (в 4-7 раз) до уровня меньшего, чем ПДКрбх понизилось среднее содержание ртути в воде. В 2004-2005 г.г. содержание ртути находится ниже ПДКрбх и близко к рассчитанному региональному геохимическому фону – 0.004 мкг/дм3.

Увеличение концентраций ртути (2002 г. – 1.5 ПДК;

2003 г. – 3 ПДК) отмечено в районе о. Конный. На этом участке установлен природно-техногенный геохимический барьер, где происходит «сброс» техногенного материала. Ртуть накапливается в этой части Братского водохранилища. Обогащение воды ртутью за счет уже накопленных запасов объясняется «инерцией» в снижении содержаний ртути в воде с уменьшением техногенной нагрузки. Послойное опробование донных отложений на этом участке показали, что высокие содержания ртути приурочены к средней части разреза (рис. 4). Сверху они уже перекрыты терригенно-хемогенными отложениями, где концентрации ее значительно ниже. Здесь формируется зона опасного загрязнения, а накопленные в донных отложениях запасы Hg – это «бомба замедленного действия», т.к. изменение физических параметров среды может привести к переходу вещества в растворенную фазу.

залив поселок остров поселок залив Конный Быково Оса Молька Балаганск Hg, мг/кг Hg, мг/кг Hg, мг/кг Hg, мг/кг Hg, мг/кг 0 4 8 12 0 4 8 12 0 4 8 12 0 4 8 12 0 4 8 Глубина, см Рис. 4. Вертикальное распределение ртути в кернах донных осадков Братского водохранилища (2003 г.) ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате режимных семилетних исследований по всей акватории водохранилища и мониторинга на опорных станциях установлены основные закономерности распределения химических элементов (в том числе ртути) в воде водохранилища. Изменение состава вод обусловлено, как сбросами крупных предприятий химической промышленности г.г. Усолья-Сибирского, Свирска, Саянска, так и существенным влиянием подтока высокоминерализованных подземных вод из соленосных отложений усольской свиты нижнего кембрия.

В процессе исследований определено, что в целом по микроэлементному составу вода Братского водохранилища является нормальной, т.к. почти все содержания микроэлементов ниже ПДКрбх. Анализ распределения микроэлементов по профилю водохранилища свидетельствует об отсутствии протяженного сноса при транспорте микроэлементов из зон техногенного влияния.

Полученные результаты свидетельствует о наличии высокой самоочищающей способности водоема, которая обусловлена наличием выделенных геохимических барьеров.

По акватории водохранилища выделены терригенно-хемогенные барьеры в районе южной оконечности о. Конный и в районе зоны выклинивания подпора р.

Белая – д. Буреть, где происходит сброс техногенного и природного материала.

Геохимический барьер в районе о. Конный можно определить, как значимый источник вторичного загрязнения или «бомбу замедленного действия». Послойным анализом донных отложений этого района установлено, что запасы ртути уже перекрыты осадками с более низкими ее содержаниями, т.е. являются «захороненными». Выявлены и другие «отстойники» - источники возможного вторичного загрязнения. Это участки замедленного водообмена водохранилища – район плотины Братской ГЭС, протяженная зона Заярского и Долоновского расширений. Окислительно-восстановительные барьеры – это участки у д. Быково, д. Середкино, д. Подволочная, пос. Прибойный, протяженная зона повышенной трещиноватости (Жигаловское тектоническое нарушение) междуречья р. Оса и р.

Унга.

Прекращение работы цеха ртутного электролиза на комбинате ООО «Усольехимпром» в 1998 г. привело к изменению параметров распределения ртути в Братском водохранилище. В настоящее время содержание ртути стабилизировалось и находится на одном уровне. Однако, «захороненные» запасы ртути и органического вещества могут привести к появлению сверхтоксичных соединений ртути.

Анализ данных многолетних наблюдений за составом вод в Братском водохранилище позволил определить, что в целом распределение микроэлементов в водной толще характеризуется значительной неоднородностью. В течение всего периода выявлены участки, где содержания элементов соизмеримы, а в некоторых случаях многократно выше, чем вблизи источников основного техногенного загрязнения. Отмечен временной, «пульсирующий» характер «всплесков»

содержаний отдельных или групп элементов. Сравнение содержаний микроэлементов в поверхностном и придонном слоях воды в некоторых точках свидетельствует об «унаследованности», т.е. длительности процессов накопления элементов.

Сопоставление литогенной и структурной основы ландшафта и размещения ртутной минерализации в бассейне р. Ангары, а также аномальных точек вне зон техногенного загрязнения, позволяет предположить существование природных источников «загрязнения». Эндогенным источником ртути и других элементов в водную среду может быть их поступление по зонам глубинных разломов (Ангарский, Жигаловский и т.д.) при активизации новейших тектонических движений на юге Сибирской платформы. Это, в свою очередь, является подтверждением большой информативности гидрогеохимического метода, позволяющего фиксировать зоны повышенной трещиноватости, слабо проявленные в рельефе.

Список основных публикаций по теме диссертации 1. Шпейзер Г.М., Алиева В.И., Алиев А.А. Современное состояние качества р.

Ангары с учетом антропогенного воздействия // Материалы науч.-практ. конф.

«Водные ресурсы Байкальского региона: проблемы формирования и использования на рубеже тысячелетий». – Иркутск, 1998. – Т.1. – С. 137-139.

2. Алиева В.И. Гидрохимическая характеристика левых притоков р. Ангары // Современные проблемы геохимии: Материалы науч. конф. молодых ученых (27-28 апр.). – Иркутск: ИГХ СО РАН, 2000, – С.50-52.

3. Алиева В.И., Коваль П.В., Удодов Ю.Н., Андрулайтис Л.Д. Ртуть в воде Братского водохранилища // Геология, геохимия и геофизика на рубеже XX и XXI веков: Материалы Всерос. конф., посвящ. 10-летию Рос. фонда фунд.

исслед. (1-4 окт.). – Иркутск, 2002. – С.156-157.

4. Коваль П.В., Удодов Ю.Н., Андрулайтис Л.Д., Калмычков Г.В., Бутаков Е.В., Алиева В.И. Соотношение природной и антропогенной составляющих круговорота ртути в водохранилищах Ангарского каскада // Геология, геохимия и геофизика на рубеже XX и XXI веков: Материалы Всерос. конф., посвящ. 10-летию Рос. фонда фунд. исслед. (1-4 окт.). – Иркутск, 2002. – С.281-282.

5. Коваль П.В., Калмычков Г.В., Лавров С.М., Удодов Ю.Н., Бутаков Е.В., Файфилд Ф.В., Алиева В.И. Антропогенная компонента и баланс ртути в экосистеме Братского водохранилищ // Докл. РАН. – 2003. – Т. 388, № 2, – С.

225-227.

6. Алиева В.И. Техногенные потоки рассеяния в воде Братского водохранилища // Современные проблемы геохимии: Материалы науч. конф., посвящ. 50 летию Института геохимии им. А.П. Виноградова и 50-летию Сибирского отд.

Рос. Акад. Наук. – Иркутск: Изд-во ин-та географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2007. – С.81-83.

7. Гребенщикова В.И., Судакова Н.Д., Алиева В.И. Эколого-геохимическая оценка степени загрязнения основных водотоков г. Иркутска и окружающей его территории // Материалы VIII науч. конф. «Аналитика Сибири и Дальнего Востока». – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – С. 211.

8. Пастухов М.В., Гребенщикова В.И., Шевелева Н.Г., Алиева В.И.

Биогеохимические аспекты ртутного загрязнения планктона Братского водохранилища (Иркутская область) // Материалы объединенной III Всерос.

конф. по водной токсикологии, посвящ. памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влиние на водные организмы и экосистемы» и конф. по гидроэкологии «Критерии оценки качества вод и методы нормирования антропогенных нагрузок». – Борок: Изд-во ООО «Ярославский печатный двор», 2008. – С. 70 74.

Алиева В.И., Ломоносов И.С., Гребенщикова В.И. Динамика поступления 9.

техногенных микроэлементов в воды Братского водохранилища (в печати журнала «Геоэкология», 2009 г. – № 3).



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.