CC BY
45
ВЕСТНИК Югорского ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
2009 г. Выпуск 3 (14). С. 74-79
УДК 556.3, 556.314
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД БАССЕЙНА РЕКИ СЕВЕРНАЯ СОСЬВА
Интенсивное освоение Обского Севера нарушает естественное состояние экосистем Обь-Иртышского бассейна. В результате различных тепловых, органических, минеральных загрязнений и других антропогенных нагрузок на окружающую среду происходит существенное изменение эколого-геохимической ситуации не только вокруг крупных технологических комплексов, но и отдаленных территорий. Для более полных экологических исследований необходимо проведение комплексного геохимического опробования компонентов всех природных сред (воды, почв, донных отложений, растений и др.). При этом на первый план выходят не только определение уровня накопления и распределения химических элементов в различных объектах окружающей среды, но и их динамика в течение определенного времени.
В 2005 г. коллективом научно-исследовательского института геологии, экологии нефтегазового региона (НИИ ГЭНГР) Югорского государственного университета на территории бассейна р. Сев. Сосьва, в ее нижнем течении, были проведены комплексные экологогеохимические исследования с целью определения экологического состояния природных сред и уровня техногенного воздействия на них со стороны пром.объекта Кратон-1. Геохимическому опробованию подвергались поверхностные воды (р. Сев. Сосьва и ее притоки), донные отложения, почвы, лишайники и ихтиофауна (рыба), но основное внимание уделялось поверхностным водам и донным отложениям. Схема опробования представлена на рисунке 1.
Т. И. Романова, А. Н. Спиридонов, С. Ф. Спиридонова
Схема отбора проб
г
Хурумпаупь о
и ф Точі
А СП?
О Насаленный пунят
Рис.1. Схема геохимического опробования поверхностных вод
Площадь исследований, согласно схеме структурно-формационного районирования [1], относится к Приполярнозауральской структурно-формационной зоне. Особенностью геологического строения является наличие двух структурных этажей. Нижняя часть разреза сложена метаморфизованными осадочными и магматическими породами верхнего палеозоя, которые собраны в сжатые складки и разбиты многочисленными разломами. Отложения чехла представлены преимущественно песчано-глинистыми осадками мезо-кайнозойского возраста.
Исследуемая территория характеризуется минимальным антропогенным воздействием: мало населена, отсутствуют крупные промышленные предприятия. Основным объектом гидрогеохимических исследований являются воды р. Сев. Сосьва и ее притоков, область питания которых находится в предгорье Уральского хребта.
Разнообразие природных условий (расчлененный рельеф, интенсивный водообмен, относительно низкие среднегодовые температуры воздуха, наличие болот, заболоченных участков и др.) является основным параметром, который оказывает определяющее влияние на гидрогеологические особенности исследуемого региона. Водный режим рек неразрывно связан с водным режимом болотных массивов. Питание водотоков происходит не только за счет атмосферных осадков, но и за счет накопления зимних и летних осадков в болотных системах, что, естественно, сказывается на химическом составе вод р. Сев. Сосьва.
Для более объективной оценки качества природных вод гидрогеохимическое опробование проводилось в летнюю межень. В этот период, как принято считать, состав речных вод наиболее соответствует химическому составу подземных вод. Непосредственно на точке опробования в полевых условиях проводились замеры температуры воды, определялись параметры рН, удельной электропроводимости в водной среде и содержания растворенного кислорода.
Химический анализ макро- и микрокомпонентов выполнялся сотрудниками НИИ ГЭНГР методами ионной хроматографии, инфракрасной спектрометрии и атомно-эмиссионной спектроскопии. При определении радионуклидов в объектах окружающей среды использовались гамма-спектрометрический метод и пошаговая гамма-съемка.
Поверхностные воды бассейна р. Сев. Сосьва по химическому составу преимущественно гидрокарбонатные кальциевые, кальциево-натриевые, слабощелочные, с общей минерализацией вод до 200 мг/дм3 (табл. 1), что характерно для северо-болотных и северо-таежных типов ландшафтов провинции многолетней мерзлоты [6]. Концентрации НС03-, С1-, $042-, Са2+, Mg2+, №+, К+ в водах р. Сев. Сосьва невысокие и подвержены несущественным колебаниям (табл. 1).
Концентрации химических элементов в поверхностных водах Ханты-Мансийского автономного округа, по сравнению с водами р. Сев. Сосьва, превышают содержания аналогичных элементов в два раза и больше ^042-, С1-, Mg2+, ^, Zn).
Таблица 1. Средние содержания химических элементов в природных водах
компонент Бассейн р. сев. сосьва Р. обь, ХМАо (2001 г.) типы ландшафтов (по Шварцеву с. Л.)
шш шах среднее НИИ шах среднее северо- болотные северо- таежные
рН 7,55 8,34 8,05 6,08 7,97 7,32 6,23 6,82
Общая минерализация, мг/дм3 62,8 138,6 84,97 104,5 227,0 123,4 79,5 209
Общая жесткость, мг-экв/дм3 0,62 1,46 0,85 0,25 3,6 1,4
НС03-, мг/дм3 43,56 93,22 57,85 10,8 161,1 61,4 48,5 137
$042-, мг/дм3 0,24 6,34 3,18 1,0 25,6 6,27 1,91 5,26
С1-, мг/дм3 0,91 5,06 3,19 0,9 220,2 8,19 4,13 5,91
N0,“ мг/дм3 0 0,036 0,02 0,001 0,15 0,01 - 0,03
N0^, мг/дм3 0,006 0,095 0,040 0,006 0,129 0,027 0,18 0,38
Р042-, мг/дм3 0 0,14 0,05 0,005 1,03 0,161
Са2+, мг/дм3 7,65 21,24 11,04 1,6 40,1 17,80 9,15 26,0
Mg2+, мг/дм3 2,80 4,77 3,60 0,02 53,52 6,88 4,21 7,35
№+, мг/дм3 3,55 7,71 5,48 1,46 122,4 6,7 2,98 12,8
К+, мг/дм3 0,38 0,82 0,64 0,27 2,23 0,73 0,46 1,22
КН4+, мг/дм3 0,05 3,16 0,42 0,05 3,83 0,98 1,51 1,36
^, мкг/дм3 0,01 0,081 0,04 0 3,87 0,158
Cd*, мкг/дм3 9,37 10,50 9,92 < 0,10 0,17 0,12
Zn, мкг/дм3 1,75 18,66 7,59 0 187 31 12,4 31,8
Sr*, мкг/дм3 13,84 118,29 37,53 100 400 267 16,5 26,3
Ва*, мкг/дм3 3,24 36,4 11,02 39 59 49,7 7,12 10,2
Со*, мкг/дм3 22,92 35,60 25,71 0,43 0,5 0,46 0,34 0,24
Нефтепродукты, мг/дм3 < 0,05 0,406 0,182 < 0,05 1,55 0,61
*бассейн средней Оби (по данным Савичева О. Г., 1999
[7]
Помимо макрокомпонентов в поверхностных водах бассейна р. Сев. Сосьва определялось содержание суммарных нефтепродуктов, которые относятся к числу наиболее опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Идентифицировать в воде, обогащенной природным органическим веществом, нефтяные углеводороды крайне сложно. Нефтяные углеводороды подразумеваются как композит алкенов, аренов, алканов, нафтенов и т. д., но мы рассматривали и определяли суммарные нефтепродукты, т. к. на участке исследований нет явных нефтезагрязняющих объектов. Основными источниками поступления нефтепродуктов в воды р. Сев. Сосьва могут быть только суда в летнюю навигацию.
В поверхностных водах исследуемого региона, питание которых происходит преимущественно за счет болотных вод, значения нефтепродуктов колеблются в пределах от 0,05 мг/дм3 до 0,406 мг/дм3 (рис. 2). Это может быть связано как с природными источниками поступления нефтепродуктов в воды (некоторые количества углеводородов поступают в воду в результате прижизненных выделений растительными и животными организмами, а также в результате их пожизненного разложения), так и с воздействием на водные экосистемы антропогенных факторов.
0,45 ---------------------------------------------------------------------
0,4
| 0,35------------------------------------------------------- -------------
з 0,3-------------------------------------------------------- -------------
£ 0,25------------------------------------------------------- -------------
£ 0,2-------------------------------------------------------- -------------
ш 0,15------------------------------------------------------- ------ —
? 0,1--------------------------—--------- ------------------- --------- —
1 005 --------------- ------ ------ --------------- ------ —
0 I I ■ ■ ■ ■ ■ ■
3-1-3 4-1-3 5-0-2 9-0-3 10-0-3 13-0-3 12-1-3
номер точки опробования Рис. 2. Содержание нефтепродуктов в водах р. Северная Сосьва
Сотрудниками НИИ ГЭНГР определялся широкий спектр химических элементов в природных водах, измеряемых в мкг/л и относящихся к микрокомпонентам. Однако, содержания многих из них (РЬ, Мо, As, Си, Сг, №) находятся ниже предела обнаружения и поэтому в дальнейшем мы анализировали только те, концентрации которых являются значимыми -Н& С^ V, Со, Zn, Sr, Ва.
Содержания микрокомпонентов менялись в широких пределах: цинк - от 0 до 18,66 мкг/дм3, кадмий - от 9,37 до 10,5 мкг/дм3, кобальт - от 22,9 до 35,6 мкг/дм3, ртути -от 0,01 до 0,081 мкг/дм3 (при среднем значении 0,04 мкг/дм3). Максимальные значения встречаются в точке наблюдения 9, которая находится на ручье, вытекающем с объекта Кратон-1 (рис. 1). Факт повышенных значений ртути в водах р. Сев. Сосьва отмечался и по данным исследований других лет [2].
Цинк попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов разрушения и растворения горных пород, а также со сточными водами населенных пунктов. Многие соединения цинка токсичны, в речных водах концентрация цинка колеблется в очень широких пределах от 0 до 19 мкг/дм3 (табл. 1). По всей площади исследований нет четкой закономерности распределение цинка: повышенные концентрации, превышающие фоновые, встречаются в водах р. Ляпин, в р. Сев. Сосьва ниже устья ручья Кратон-1 (т. н. 10).
Аналогично поведение в речных водах кадмия и кобальта. Их максимальные содержания наблюдаются в точке 9 (рис. 1), т. е. источником поступления микроэлементов в некоторой мере является объект Кратон-1. Однако, благодаря высокому водообмену в речной системе и ряду биохимических процессов, протекающих в водной среде происходит значительное уменьшение концентраций данных веществ вниз по течению.
При проведении геохимических исследований водных бассейнов одним из наиболее информативных объектов исследований являются донные отложения. Аккумулируя химические элементы, поступающие с водосборов в течение длительного промежутка времени, донные осадки являются индикаторами экологического состояния территории. С этой целью в каждом водопункте были отобраны пробы донных отложений. Учитывая то, что наиболее высокой абсорбционной способностью обладают ил и глины, донные отложения, представленные песчаником отбраковывались в силу крайне низкой информативности. Отобранные пробы донных отложений в лабораторных условиях исследовались на содержание тяжелых металлов и радионуклидов, результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2. Содержания химических элементов в донных отложениях, мг/кг
Элемент Бассейн р. сев. сосьва хмао Глины мира
шш шах среднее шш шах среднее
Cd 1,11 7,86 4,41 0,3
РЬ 2,07 7,18 4,49 20** 50** 27** 20
Мо 0,02 0,33 0,18 2,6
V 11,64 60,96 36,81 0* 80* 19,4* 130
Zn 9,54 69,74 37,88 50** 425** 126,7** 95
Си 1,82 31,46 11,88 9 3** 361,7** 16,8** 45
Sr 13,97 63,75 35,08
Ва 13,69 93,17 55,02 580
Сг 13,00 73,01 38,9 0 84,5 49,2 90
Со 3,3 103,2 17,99 0* 15* 3,22* 19
№ 4,29 44,12 19,23 0* 50* 23,6* 68
*Содержания микроэлементов в донных отложениях рек и озер Тюменской области
(Московченко, 1998) [4]
** Содержания химических элементов в донных отложениях бассейна р. Обь (Московченко,
Валеева, 2001) [5]
По сравнению с существующими кларками для глин (табл. 2) донные осадки бассейна р. Сев. Сосьва существенно обеднены микроэлементами (РЬ, Си, Zn, Сг, V, №, Мо), исключение составляют Cd и Со.
Содержания химических элементов в донных отложениях р. Сев. Сосьва сопоставимы с данными по Тюменской области. Распределение микрокомпонентов в донных осадках по всему течению реки неравномерно. Однако, можно заметить общую тенденцию к уменьшению их концентраций: чем дальше от истоков, тем меньше содержание микрокомпонентов в донных отложениях. Это может быть связано и со спецификой миграции определяемых элементов, и с процессами вторичного минералоообразования на определенных этапах взаимодействия системы «вода - порода».
При проведении эколого-геохимических исследований на территории бассейна р. Сев. Сосьва одной из обязательных задач стояла оценка радиоэкологического состояния вод и донных отложений. Анализ проб донных отложений и воды не выявил превышений ПДК по содержанию естественных и техногенных радионуклидов за исключением одной точки [3]. На реке Куртие (правый приток реки Северная Сосьва) обнаружено повышенное содержание Cs-137 (6 Бк/кг), Ra-226 (130 Бк/кг). Это можно объяснить тем, что в данном месте геологический разлом и, по проникающим зонам земной коры, произошел выход на поверхность радионуклидов, в том числе и захваченного водным пластом в месте подземного ядерного взрыва техногенного Cs-137. При проведении дальнейшего анализа можно будет уточнить происхождение данного выброса (возможно, это был разовый выход на поверхность радионуклидов, связанный с движением земных пластов).
Основная роль в формировании экологических особенностей площади исследований принадлежит природным водам как весьма динамичной среде, в которой активно мигрирует большое число различных соединений и элементов. В зависимости от ряда ведущих показателей (рН, Е^ общей минерализации и ее составляющих и др.) находится жизнедеятельность микрофлоры и накапливаются (или рассеиваются) биологически активные соединения, определяющие специфику экологического состояния природных вод. Немаловажным
фактором здесь является и интенсивность водообмена, которая оказывает контролирующее воздействие на ход вторичного минералоообразования и поведение микрокомпонентов. Анализируя содержания компонентов в поверхностных водах бассейна р. Сев. Сосьва, можно предположить, что химический состав вод складывается из солей, приносимых атмосферными осадками, солей (преимущественно анионов) гидрогенно-биогенной природы и солей (преимущественно катионов), выщелачиваемых из вмещающих пород примерно в равных пропорциях.
В формировании химического состава вод не последнюю роль играют особенности района исследований: область питания (истоки) р. Сев. Сосьва находится в предгорьях Уральского хребта, а место впадения р. Сев. Сосьва относится к другому типу ландшафта, где большое распространение имеют болотные воды.
Исследования показали, что в пределах бассейна р. Сев. Сосьва отсутствует региональное техногенное загрязнение природных вод. Повышенные содержания отдельных химических элементов (2п, Cd, Со) определяются природными факторами. Несмотря на благополучную в целом картину, проведение более детальных локальных исследований позволили бы уточнить причину аномально высоких значений радиоактивности на отдельных территориях.
литература
1. Государственная геологическая карта Российской Федерации / отв. ред. О. А. Конди-айн. - 1: 1000000 (новая серия). - СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1995. - 240 с. Лист Р-40, 41
- Североуральск. Объяснительная записка.
2. Гидрогеохимические исследования основных водотоков ХМАО. - Ханты-Мансийск, 2001. - 90 с.
3. Давыдова Н. Н. Комплексное радиоэкологическое исследование бассейна реки Северная Сосьва / Н. Н. Давыдова, С. Ф. Спиридонова // VI Конференция молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры : сб. материалов конференции. - Уфа : ООО «Монография», 2006. - С. 605-608.
4. Московченко Д. В. Нефтегазодобыча и окружающая среда: эколого-геохимический анализ Тюменской области. - Новосибирск: Наука, 1998. - 112 с.
5. Московченко Д. В. Исследование состава донных отложений рек бассейна нижней Оби (в пределах Ханты-Мансийского автономного округа) / Д. В. Московченко, Э. И. Валеева // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. - Тюмень : Изд-во ИПОС СО РАН, 2001. - Вып. 2. - С. 138-142.
6. Шварцев С. Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. - М.: Недра, 1998. - 366 с.
7. Шварцев С. Л. Базовые пункты гидрогеохимических наблюдений - новая методологическая основа для решения вводно-экологических проблем (на примере бассейна верхней и средней Оби) / С. Л. Шварцев, О. Г. Савичев // Обской вестник. - 1999. - № 3-4.
- С. 27-32.
