CC BY
88
УДК 556.114(03)
ГИДРОЛОГО-ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СУЛЬФИДНОГО ОЗЕРА БОЛЬШОЙ ТАМБУКАН
© 2013 г. Ю.А. Федоров
Федоров Юрий Александрович — доктор географических наук, профессор, кафедра физической географии, экологии и охраны природы, геолого-географический факультет, Южный федеральный университет, ул. Зорге, 40, г. Ростов н/Д, 344090, е-mail: [email protected].
Fedorov Yuriy Aleksandrovich — Doctor of Geographical Science, Professor, Department of Physical Geography, Ecology and Conservation, Geology-Geography Faculty, Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, e-mail: [email protected].
Выполнены обобщение и анализ ретроспективных и современных исследований гидрологических условий, химического состава рапы, пены и сульфидных грязей, воды и донных отложений Тамбуканских озер и водотоков их бассейна. Выявлена динамика минерализации воды и грязевого раствора и ионных отношений в них, а также хронология некоторых событий. Разработаны гидрохимические критерии (отношение эквивалентного содержания сульфатных ионов к хлоридным и сульфатных ионов к минерализации), по которым определяется степень трансформации рапы и грязевого раствора в условиях опреснения Отметим, что наблюдается неярко выраженная тенденция синхронного снижения величины минерализации рапы и грязевого раствора. Это обусловлено некоторым запаздыванием отклика лечебных грязей на изменения, происходящие в рапе. В целом химический тип рапы и грязевого раствора, как и рапы озера, оставался неизменным. В настоящее время сульфидная грязь озера Большой Тамбукан находится ещё в хорошем состоянии. Обращает на себя внимание тот факт, что минерализация грязевого раствора вплотную приблизилась к своему нижнему пределу — 32 г/дм3, который определяет кондицию сульфидной грязи.
Ключевые слова: озеро, гидрология, лечебные грязи, уровень, химия воды, экологическое состояние, сульфиды, химический состав.
The generalization and analysis of historical and contemporary studies of hydrological conditions, the chemical composition of the brine, foam and sulphide mud, water and bottom sediments of lakes and streams Tambukansky basin. The dynamics of water salinity and mud solution and ionic relations in them, and some of the chronology of events. Hydrochemical developed criteria (the ratio of the equivalent content of sulfate ions to chloride and sulfate ions to the mineralization), which define the extent of transformation of brine and mud solution in desalination. Note that there is a strong trend dimly simultaneous decrease the value of brine salinity and mud mortar. This is due to some delay response mud treatments to changes in brine. Overall the chemical type of brine and mud solution as brine lakes, remained unchanged. Currently sulphide mud lake Big Tambukan is still in good condition. Attention is drawn to the fact that the mineralization of mud solution came close to its lower limit — 32 g/dm3 that determines body condition sulphide mud.
Keywords: lake, hydrology, mud, level, water chemistry, ecological condition, sulfides, chemical composition.
Сульфидные грязи оз. Большой Тамбукан прекрасно зарекомендовали себя при лечении опорно-двигательного аппарата, кожных заболеваний, заболеваний мужской и женской половой сферы, желудочно-кишечного тракта и других болезней. Их лечебные свойства обусловлены воздействием целого комплекса биологически активных компонентов, органических и минеральных веществ, теплофизиче-скими характеристиками. По сведениям [1], выполненная в 2004-2007 гг. детальная разведка месторождения лечебных грязей фирмой «Геоминвод» оценила
суммарные эксплуатационные запасы в 536 тыс. м3 лечебной грязи по категориям В и 250 тыс. м3 по категории Сь всего 786 тыс. м3. В последние три десятка лет наблюдается беспрецедентный рост уровня воды и снижение её минерализации (до 26-28 г/л), что в конечном итоге может привести к ухудшению качества лечебных грязей [2-5]. В соответствии с региональными постановлениями и Федеральным законом «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ (ред. от 19.07.2011) лечебно-оздоровительные местности и курорты, подобные озеру Большой Там-
букан, отнесены к особо охраняемым природным объектам. Поэтому проблема изучения ретроспективного и современного гидролого-гидрохимического режима, а также его экологического состояния является актуальной проблемой.
Большое и Малое (или оз. Сухое) Тамбуканские озера расположены в 12 км к юго-востоку от г. Пятигорска. В административном отношении территория Тамбуканских озер находится в пределах Предгорного района Ставропольского края, и лишь южная ее часть относится к Зольскому району Кабардино-Балкарии (рис. 1). Прилегающая к озерам часть территории занята Бештаугорским лесным массивом, площадь которого составляет 540 га. Посадка лесов
была начата, по одним сведениям, в 1953 г., по другим - в начале 60-80-х гг., с целью улучшения гидрологического и солевого режима озера. Залесенность бассейна озер в настоящее время составляет около 40 %, в то время как раньше лесные насаждения занимали лишь небольшой участок на склоне горы Столовой. Созданием искусственных насаждений преследовалась цель усиления бокового притока вод, особенно грунтовой составляющей. Вдоль западного берега Большого Тамбуканского озера проходит автомагистраль стратегического значения «Кавказ». С целью снижения уровня антропогенного воздействия район, примыкающий к озеру, разделен на две зоны санитарной охраны.
- граница 1-й зоны санитарной охраны; - граница 2-1-i зоны санитарной охроны;
- граница лесной зоны;
- проселочные дороги;
- - административная граница; ^ - дорога федераланого значения Рис. 1. План Тамбуканских озер с зонами санитарной охраны
Гидрология озера
Впервые в обобщенном и сжатом виде представлены результаты анализа динамики уровня воды в озере Большой Тамбукан за более чем 230-летнюю историю его изучения (табл. 1, 2). Здесь же приведены сведения о колебаниях минерализации и наиболее значимых природных и антропогенных событиях. Отметим, что первое описание озера приводится в путевых записках И.А. Гильденштедта (Guldenstaedt). Затем озеро изучалось многими отечественными естествоиспытателями (табл. 1).
Анализ табл. 1 свидетельствует о том, что на течение природных процессов в ХХ-ХХ1 вв. существенное влияние оказало антропогенное воздействие. В отдельные отрезки времени оно было превалирующим и фактически полностью маскировало влияние природных факторов и процессов. Наибольшие изменения в уровенном режиме озера происходили тогда, когда воздействие природных и антропогенных факторов и процессов было однонаправленным. Например, когда производилась искусственная подпитка озера, совпавшая по времени с положительным водным балансом озера, обусловленным течением есте-
ственных процессов и факторов. В ином случае происходило некоторое нивелирование воздействия работающих в противофазе естественных и антропогенных факторов и процессов, которое иногда приводило к относительной стабилизации уровня. Историю озера можно разделить на два периода: естественного и естественно-антропогенного развития.
Наиболее значимые события в
Этап естественного развития озера (до 19301932 гг.) характеризовался в основном низким стоянием уровня и полностью зависел от соотношения природных составляющих водного баланса - атмосферных осадков и испарения. Сведения о колебаниях уровня были крайне скудны и носили описательных характер.
Таблица 1
истории оз. Большой Тамбукан
Годы Колебания уровня Колебания минерализации, г/л Техногенное воздействие
1773 И.А. Гильденштедт назвал озеро мелководным солеродным водоемом С 1773 по 1932 г. минерализация озера находилась в пределах 52,0-481,0 Отсутствовало
1887 3-4 аршина (2,1-2,8 м) То же
1892 0,3 м (К.Ф. Ругевич) »
1903-1906 Многоводный период (около 2,1 м) »
1907 Уровень упал на 0,70 м (около 1,4 м) »
1909-1910 Уровень находился примерно на 1,4 м Я.В. Лангваген кооптировал несколько пресноводных родников и по водоводу направил их в озеро. Эффект от этого был крайне мал
1913-1932 В 1925 г. В.В. Штильмарк писал, что озеро находится в стадии медленного умирания В 1930-1932 гг. искусственные обводнения из р. Этока по водоводу
1933-1965 В течение 33 лет уровень рапы в озере был в пределах 1,20-1,7 м (в среднем 1,6 м) 52,0-63,4 1965 г. - окончание действия водовода из р. Этока
1965 Начаты регулярные наблюдения за уровнем рапы В 50-60-х гг. прошлого столетия на площади около 6 км2 были высажены влагоудерживающие деревья. Превращение водосборной площади Тамбуканких озер из предгорной степи в густые садово-лесные насаждения. Изменение поверхностного и грунтового стока и микроклиматических условий
1968 Падение уровня до 1,2 м
1971 Падение уровня до отметки 0,401 м
1972 Падение уровня до отметки 0,187 м
1973 Падение уровня до отметки 0,135 м
1974-1976 Уровень воды - 0,42-0,46 м
1977 Уровень воды - 1,0 м 1977 г. - бурение 2 эксплуатационных скважин на апт-альбский водоносный комплекс
1978-1979 Рост уровня до 1,23-1,33 м Подпитка озера из скважин
1979-1983 Уровень стабилизировался на отметках 1,15-1,26 м До 1980 г. повышение минерализации до 57,3. В период с 1981 по 1983 г. -до 53,0 Прекращение опытных попусков и консервация скважин путем установления 20-метровых цементных мостов
1984 Весной произошло резкое повышение уровня до 2,0 м Падение минерализации до 36,9 Техногенное вмешательство выражалось в строительстве дренажных канав (с. Этока), искусственных водоемов и кювет и воздействии лесонасаждений
1985 Продолжение резкого повышения уровня до 3,0 м
1986-1987 Повышение уровня продолжалось, но его темп снизился
1988-1994 Затяжной подъем уровня рапы с 2,75 до 4,71 В 1988 г. был пройден порог минерализации 30,0
1995-1996 Относительная стабилизация уровня около 4,55 м То же
1996-1997 Рост уровня В период с 1988 по 1998 г. минерализация упала до 25,2 »
1998 Абсолютный максимум уровня - 4,915 м »
1998-2001 Падение уровня до 4,36 м Минерализация была в пределах 25,2-27,5 »
2002-2004 Повышение уровня с 4,275 до 4,59 м 28,2-27,1 »
Этап естественно-антропогенного развития озера стартовал, когда В.В. Штильмарк (не считая первой попытки Я.В. Лангвагена) в 1930-1932 гг. (см. табл. 1) обводнил озеро по водоводу из реки Этока. И здесь можно выделить несколько важных периодов повышения, понижения и относительной
стабилизации уровня. Для их краткого описания воспользуемся сведениями из табл. 1 и рис. 1. Графическим путем на рис. 1 были выделены характерные участки однонаправленного изменения или стабилизации уровня, а затем рассчитаны градиенты его колебания.
Таблица 2
Градиенты колебания уровня рапы и ее минерализации озера Большой Тамбукан
Период времени Градиент колебания уровня, м/год Градиент колебания минерализации, (г/л)/год Вид техногенного воздействия Начало Окончание Природное воздействие
19321965 +0,015 -0,035 Обводнение из р. Этока. Высадка влаголюбивых деревьев 1932 1965 По метеостанции «Тамбукан» сведения отсутствуют
19761978 +30,5 -6,3 Бурение скважин в 1976-1977 гг. С 1977 г. подпитка водой из напорных водоносных горизонтов 1977 1978 Водный (х-2) баланс озера отрицательный
19781983 -0,014 +0,64 Прекращение подпитки озера водой из скважин 1978 1978 В 1984-1985 гг. водный баланс положительный
1983, 19841986 +0,40 -5,28 Сооружение дренажных канав, искусственных водоемов и кювет 1984 Продолжается по настоящее время В 1984-1985 гг. водный баланс положительный. В среднем этот период характеризуется отрицательным водным балансом
19871994 +0,31 -0,97 То же То же То же
19961998 +0,13 -0,30 » » » В 1997 г. - необычайно частые ливни
19992001 -0,185 +0,76 » » » То же
20022004 +0,158 -0,55 » » » »
Примечание. «+» - повышение уровня, минерализации; «-» - снижение уровня, минерализации.
Периоды стабилизации уровня воды (1932-1965, 1978-1983 гг.) характеризуются низкими градиентами колебаний уровня рапы с результирующим знаком «+» или «-», соответственно +0,015 и -0,014 м/год. В 1932-1965 гг. стабилизирующий эффект был достигнут благодаря действию водовода, в ином случае уровень озера был бы чрезвычайно низок, и оно могло прекратить свое существование как месторождение лечебной грязи. Этап стабилизации уровня в 19781983 гг. совпал с двумя однонаправленными факторами и процессами прекращения подпитки воды из двух артезианских скважин и превалированием испаряемости над суммой атмосферных осадков. Периоды снижения уровня воды. Фактически за последние 30 лет истории озера был зарегистрирован только один этап существенного снижения уровня (1999-2001 гг.). Он характеризовался градиентом снижения уровня, равным -0,185 м/год. Этот период совпал с весьма существенной отрицательной разницей между суммой атмосферных осадков и испарением с поверхности озера. Период повышения уровня воды (1976-1978, 1984-1987, 1988-1994, 1996-1998, 2002-2004 гг.). Градиенты повышения уровня варьировали от + 0,130 до + 0,400 мг/год. Анализ табл. 2 показывает, что в 1976-1978 гг. при естественном отрицательном соотношении расходной и приходной статей баланса прирост уровня происходил за счет подпитки озера водой из артезианских скважин, т.е. доминировал антропогенный фактор. И, наконец, самое драматическое и резкое повышение уровня рапы произошло в период с 1984 по 1986 г. (рис. 2).
Следует отметить, что в этот период в среднем разница между суммой осадков и величиной испарения была положительной. Таким образом, вышел на первое место природный фактор. По-видимому, именно на этом этапе начал формироваться новый водный и солевой режим озера, отличный от того, который был ранее. Эта мысль подтверждается дальнейшим перманентным повышением уровня воды, начиная с 1987 по 1994 г. Градиент повышения уровня составил +0,31 м/год. В среднем этот период времени характеризуется отрицательной разницей между суммой осадков и испарения. В периоды повышения уровня воды в озере (1996-1998 и 2002-2004 гг.) разница между приходной и расходной статьями годового баланса была также отрицательной. И это кажется самым удивительным. Отметим два следующих важных обстоятельства: постоянно действующий фактически с начала 70-х гг. ХХ в. антропогенный фактор (подросшие со времени посадки лесонасаждения) и увеличение частоты осадков в виде ливней. Особенно это отразилось в максимальном за всю историю повышении уровня воды в озере с 1997 по 1998 г. Во время проведения экспедиций на оз. Большой Там-букан в 2001-2003 гг. уровень воды изменялся по-разному (рис. 1). С 2001 по 2003 г. он снизился на 0,07 м, затем с 2002 по 2003-2004 гг. вновь началось прогнозируемое нами повышение уровня с 4,28 до 4,59 м. Особое внимание обращает на себя период максимального стояния уровня воды с 1994 по 2004 г. В это время годы затяжного подъема чередуются с годами продолжительного спада уровня.
Рис. 2. График колебания уровня воды в оз. Большой Тамбукан
Для динамики уровня характерна также меж- и внутри-годовая цикличность. Так, выделяются 5-6-летние циклы, когда несколько лет подряд идет плавное повышение уровня, а затем его резкое снижение за один-два года. На этот же цикл приходится примерно один год со спадом уровня. Внутригодовая динамика уровня рапы представлена на рис. 3. На основании результатов трехлетних наблюдений видно, что своего максимума уровень рапы достигает с июня по июль, после чего к декабрю соответствующего года он систематически снижается. Обращает на себя внимание также одна важная деталь - относительно высокое стояние уровня в январе-феврале 2000-2001 гг., что может быть связано с изморосями и аккумулирующей влагу функцией лесонасаждений. Это особенно ярко проявляется в зимний период и ранней весной, когда на деревьях отсутствует крона и транспирация подавлена.
См
Обычно в качестве основной естественной причины повышения уровня воды в оз. Большой Тамбукан называется увеличение количества атмосферных осадков. Анализ показывает, что этот фактор нельзя рассматривать в отрыве от изучения динамики испаряемости (испарения). Нередко наблюдаемый отрицательный годовой тренд между суммой атмосферных осадков и величиной испарения однозначно подтверждает это. Современные природные и техногенные факторы и процессы, а также сила, продолжительность, синхронность или асинхронность их воздействия вкупе ответственны за наблюдаемые флуктуации уровня. Без рассмотрения всех расходных и приходных статей водного баланса объяснить повышение уровня воды в озере не представляется возможным.
Рис. 3. Внутригодовые изменения уровня рапы оз. Большой Тамбукан
450
440
430
420
410
400
Часто в дискуссиях высказывается мысль о синхронном повышении уровня воды в оз. Большой Тамбукан и Каспийском море. Автор провел сопоставление динамики уровней в этих водоемах (табл. 3). Данные о динамике уровня воды в Каспийском море взяты из работы [6]. Некоторое сходство в поведении уровня в оз. Большой Тамбукан и Каспийском море действительно существует. Однако отсутствие достоверных данных и наложение на природные процессы техногенных делают выводы, полученные при проведении простой процедуры сравнения, пока не совсем корректными. Более аргументированными являются выполненные расчеты составляющих водного баланса оз. Большой Тамбукан за период наблюдений 2003 - 2004 гг. Они подтверждают, что в течение сезона результирующая величина испарения с зеркала воды озера была существенно выше суммы атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на поверхность водоема. Однако уровень воды в озере в этом сезоне все же превысил аналогичный показатель в предыдущем.
Некоторые характерные черты поведения уровня
Это свидетельствовало о важной роли поверхностного склонового стока в водном балансе озера и возможном окончании периода снижения уровня, имевшего место с 1999 по 2002 г. Для проверки данного предположения были рассчитаны элементы годового водного баланса оз. Большой Тамбукан за более чем 30-летний период наблюдений. По расчетным данным был построен график, из которого следует, что наблюдается слабый тренд увеличения годовой суммы атмосферных осадков, выпадающих на поверхность озера во времени [5]. Но синхронно с ростом осадков росло и испарение, величина которого в большинстве случаев превышала величину годовой суммы атмосферных осадков. Поэтому в итоге мы наблюдаем тренд, указывающий на снижение объема остающихся в озере атмосферных осадков. Становится очевидным, что рост уровня воды в озере происходит за счет трансформированного техногенным воздействием поверхностного и грунтового стока. Именно эти составляющие водного баланса требуют регулирования.
Таблица 3
воды в оз. Большой Тамбукан и Каспийском море
Год оз. Большой Тамбукан Каспийское море
1913-1932 Уровень воды стоял очень низко. Озеро находилось в стадии медленной стагнации С 1930 г. катастрофическое снижение уровня воды в море на 1,7 м
До 1973 Снижение уровня было установлено в 1972-1973 гг. после прекращения в 1965 г. подачи воды из р. Этока Снижение уровня воды в море продолжалось, но уже замедленными темпами
С 1984-1994 Резкий и продолжительный подъем уровня воды. Подпитка воды из скважин прекращена в 1978 г. Подъем уровня воды в море с 1979 по 1995 г.
До 2004 Подъем уровня воды чередуется с его снижением Относительная стабилизация уровня воды в море
Гидрохимия озера
Рассмотрим динамику минерализации и ионных отношений рапы и грязевого раствора за длительный период наблюдений. Расчеты ионных отношений выполнены автором по материалам работ ГосНИИ курортологии и ОАО «Кавминводкурортресурс» и личных экспериментальных исследований и приведены в табл. 4. Рапа. Обращает на себя внимание тот факт, что изменения минерализации в целом синхронны с колебаниями уровня, при этом чем выше уровень, тем ниже минерализация. Но здесь есть свои закономерности. При значениях условного уровня ниже 20 см и минерализации выше 70 г/дм3 наблюдается спонтанная садка солей. Изменение минерализации при этом происходит быстрее изменения уровня. Согласно расчетам, при минерализации воды в пределах 60 г/дм3 в перенасыщенном состоянии находятся только сульфаты и карбонаты кальция, которые могут осаждаться на поверхности лечебной грязи в виде гипса и кальцита. Экспериментальные работы сотрудников ГосНИИ курортологии показывают, что при упаривании воды Тамбуканского озера до минерализации 112-123 г/дм3 в осадок выпадают микрокристаллы гипса (СаSO4•2H2O) и карбонатов ще-лочно-земельных металлов (СаСО3 и др.). При упаривании воды до 390 г/дм3 происходит полное выпадение гипса в виде крупных кристаллов [3]. Минерализация рапы изменялась чрезвычайно сильно. Ее максимальное значение было установлено летом 1930 г., а минимальное - в июне 1997 г. (табл. 4). При максимальной минерализации - 481,1 г/дм3 - на дне озера в этот период лежал слой солей мощностью до 0,5 м. При резком увеличении минерализации - до 200250 г/дм3 - и понижении температуры ниже 0 °С было
установлено выпадение сульфата натрия с последующим его растворением. В интервале величин минерализации от 24 до 70 г/дм3 и соответствующих им значений уровня от 20 до 360 см зависимость между минерализацией и уровнем имеет ярко выраженный обратно пропорциональный характер. При увеличении уровня воды от 360 до 500 см над условным нулем рейки минерализация изменяется очень медленно и находится в пределах 26,5-29,4 г/дм3. Причиной является диффузия солей из грязевого раствора в воду вследствие возникающей значительной разницы в концентрациях. За известное нам время динамика минерализации воды в оз. Большой Тамбукан и хронология некоторых событий были таковыми: Этап естественного развития озера
Периоды высокой минерализации рапы озера: 18721932 гг.- 52,0-481,1 г/ дм3.
Этап естественно-антропогенного развития озера Периоды относительно стабильной минерализации рапы озера: 1932-1965 гг. - 52,5-63,4 г/дм3 (искусственное обводнение озера из реки Этоки); 1966-1967 гг. - 60,9-62,8 г/дм3 (в 1965 г. прекращение действия водовода. Начало 60-х гг. - посадка влаголюбивых деревьев); 1972-1973 гг. - 77,8-80,9 г/дм3; 1974 г. - снижение минерализации до 64,4 г/дм3; 1975-1976 гг. - стабилизация минерализации в пределах 67,5-67,1 г/дм3; 1977-1978 гг. - снижение минерализации до 49,8-61,2 г/дм3 (результат обводнения озера из скважины).
Периоды относительного повышения минерализации рапы озера: 1979 г. - повышение минерализации до 54,0 г/дм3 (очень теплый год, среднегодовая температура 9,5 °С, что на 0,9 °С выше среднемноголетней); 1980 г. -повышение минерализации до 57,3 г/дм3 (испарение превысило количество осадков на величину более 100 мм).
Этапы понижения минерализации воды озера: 1981— 1983 гг. - постепенное снижение минерализации с 55,7 до 53,0 г/дм3 (медленный рост уровня с 115 до 170 см над условным нулем рейки); 1984 г. (весна) - резкое снижение
минерализации рапы озера до 36,9 г/дм ; 1986 г. - снижение минерализации рапы до 32,0 г/л; до 2004 г. - перманентное снижение минерализации рапы при ее варьировании в пределах 23,3 (1995 г.) - 34,7 (1987 г.).
Таблица 4
Сопоставление минерализации и отношений содержания сульфатных и хлоридных ионов в рапе и грязевом растворе
Время отбора пробы Рапа Водная вытяжка, грязевой раствор
Минерализация, г/л ЭБ04/ЭС1* ЭБ04/ЭМ* Минерализация, г/100 г сухой грязи ЭБ04/ЭС1 ЭБ04/ЭМ
1872 (лето) 50,45 1,61 0,30 - - -
1908 (сентябрь) 211,6 - - - - -
1912 (август) 189,28 2,08 0,39 18,29 1,54 0,29
1913 (июль) 387,4 2,32 0,35
1914 (август) 274,71 2,07 0,34 23,9 1,52 0,30
1915 (май) 77,89 1,95 0,33
1919 (август) 111,26 2,03 0,32 - - -
1926 42,5 - - - - -
1927 111,2 2,06 0,39
1928 (июль) 123,56 1,87 0,29 10,53 1,66 0,30
1930 (лето) 481,1 - - - - -
1935 52,23 1,93 0,33
1936 (август) 63,4 1,88 0,31
1949 (август) 61,68 1,81 0,32
1956 61,12 1,88 0,32
1965-1968 56,4-90,0 1,75 - 52,0-84,0**
1972 90,0 - -
1985 43,6 1,82 -
1994 (май) 24,0 - -
1994 (июнь) 24,6 2,23 0,34 56,8** 1,88 0,32
1995 23,3 1,88 -
1996 - - - 47 4** 2,30 0,34
1997 (июнь) 21,4 1,94 0,33 40,0** 1,77
1998 - - - 41,6** 2,4 0,33
1999 (лето) 23,0
2001 (декабрь) 29,8-31,2 1,95 0,32-0,33 38,1** 1,89 0,32
2002 28,2 - - 38,3** - -
2003 27,1 - - 38,1 - -
2004 27,1 - - - - -
2012 (декабрь) 27,9 1,94 0,32 38,0 1,88 0,31
* Э - отношение содержания, моль/дм3; ** - грязевой раствор, г/дм3.
Гидрохимический, как и гидрологический, режим не отличается постоянством. Наблюдаются внутригодо-вые колебания минерализации, которые заключаются в ее снижении в весенне-летний период и повышении в осенне-зимний. В 2002 г. минерализация рапы в озере колебалась в пределах 27,34-29,00 г/дм3, в среднем за год она составила 28,22 г/дм3. Диапазон внутригодовых изменений минерализации составил 1,66 г/дм3. Для летней съемки 2003 г. минерализация рапы была равна 27,9 г/дм3. Сравнение среднего значения минерализации рапы, отобранной в декабре 2002 г., с результатом [6] определения во время декабрьской съемки 2001 г. свидетельствует о незначительном снижении величины минерализации с 2001 по 2002 г. - в среднем с 30,63 до 28,25 г/дм3. В 20032004 гг. отмечено слабое снижение минерализации до 27,1 г/л.
Отношения концентраций сульфатного иона к иону хлора и минерализации, выраженные в ммоль/дм3, варьировали в довольно узком коридоре значений -соответственно от 1,61 до 2,32 и от 0,29 до 0,35. В пробах рапы, отобранных в период проведения экспе-
диционных работ 2002-2003 гг., ионные отношения укладывались в диапазон вышеприведенных величин. По классификации О.А. Алекина, рапа озера, как и 130 лет назад, имела формулу 30 8 (сульфатный класс, второй тип, группа натрия). По химическому составу рапа по-прежнему является хлоридно-сульфатной магниево-натриевой. Таким образом, несмотря на значительные колебания уровня и минерализации, состав воды оз. Большой Тамбукан остается практически стабильным. Современные физико-химические процессы (выпадение солей в осадок, катион-ный обмен и др.) только поддерживают установившееся физико-химическое равновесие. Грязевой раствор. Оценить колебания минерализации грязевого раствора оказалось еще более сложным делом, поскольку применялись различные методы выделения грязевого раствора (отжим, центрифугирование и т.д.) и аликвоты грязи и воды. В связи с этим мы взяли для анализа только период наблюдений с 1994 по 2001 г., когда методология и методы были идентичны. Анализ динамики минерализации грязевого раствора с 1994 по 2001 г. свидетельствует о ее
неуклонном снижении. Это явилось следствием резкого снижения минерализации рапы в 1984-1995 гг., продолжившегося в последние годы. Максимальные величины ионных отношений приходятся на 1996 и 1998 гг., а начиная с 2001 г. наметилось их некоторое снижение [3, 6-8]. В 2002 г. (зимняя съемка) минерализация грязевого раствора на станции 2 составила 28,3 г/дм3. Мольные отношения ЭSO4/Эa и ЭSO4/ЭМ равнялись соответственно 1,87 и 0,31. В летнюю съемку 2003 г. минерализация грязевого раствора (черная грязь, станция 104) была 27,8 г/л. Ионные отношения ЭSO4/ЭCl и ЭSO4/ЭМ уменьшились до значений 1,85 и 0,39 соответственно. Отметим, что наблюдается неярко выраженная тенденция синхронного снижения величины минерализации рапы и грязевого раствора. Это обусловлено некоторым запаздыванием отклика лечебных грязей на изменения, происходящие в рапе. В целом же, несмотря на это, химический тип рапы и грязевого раствора, как и рапы озера, оставался неизменным (в 1949 г. - 8№ц 596 и в 2003 г. - 8ШП 38,1). В декабре 2012 г. была проведена экспедиция. В настоящее время большая часть проб анализируется. По данным анализа химического состава рапы его существенного изменения с 2004 по 2012 г. не произошло.
Выводы
1. Уровень оз. Большой Тамбукан склонен к резким и быстрым колебаниям. В 2002 г., например, диапазон внутригодовых флуктуаций уровня достигал 0,27 м. Стабилизация уровня рапы закончилась в 2002 г. Ранее автором был сделан прогноз, что в 2003 -2004 гг. возможно некоторое увеличение уровня (в пределах 0,05-0,15 м в год) и амплитуды его внутригодовых колебаний. Судя по последним инструментальным наблюдениям, этот прогноз подтвердился. В интервале величин минерализации от 24 до 70 г/дм3 и соответствующих им значений уровня от 20 до 360 см зависимость между минерализацией и уровнем имеет ярко выраженный обратно пропорциональный характер. При увеличении уровня воды от 360 до 500 см над условным нулем рейки минерализация изменяется очень медленно и находится в пределах 26,529,4 г/дм3, что указывает на существование эффекта запаздывания её роста. Причиной является диффузия солей из грязевого раствора в воду вследствие возникающей значительной разницы в концентрациях.
2. Основными факторами и процессами, вызывающими изменение уровня воды в оз. Большой Тамбу-кан, являются следующие: природные - количество атмосферных осадков, их периодичность и продолжительность выпадения; температура воздуха; испарение; особенности трансформации атмосферных осадков на поверхности земли и грунтовых вод, геологическое и тектоническое строение; коллекторские и фильтрационные характеристики пород, и антро-
Поступила в редакцию_
погенные - принудительная подпитка озера водой из различных источников; высадка влаголюбивых деревьев; сооружение дамб, водосборных кювет и канав, существенно изменивших структуру и соотношение приходных и расходных статей водного баланса.
3. Наблюдается значимая внутригодовая изменчивость уровня, минерализации и содержания главных ионов. Обнаружена склонность к синхронному снижению минерализации как в рапе, так и грязевом растворе. Отмечено также ее незначительное, но все же хорошо регистрируемое снижение в грязевом растворе во времени. В целом, несмотря на это, химический тип рапы и грязевого раствора оставался неизменным (в 1949 г. - 8% 59,6 и в 2003 г. - 8% 38,1).
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 12-05-00420, НШ-5658.2012.5, Г/К № 14.А18.21.0641.
Литература
1. Потапов Е.Г., Данилов С.Р. Проблемы сохранения гидроминеральных ресурсов особо охраняемого эколого-курортного региона Российской Федерации Кавказские Минеральные Воды // Природные лечебные факторы и основные экологические проблемы курортов Северного Кавказа : сб. науч работ. Пятигорск, 2012. С. 8 - 11.
2. Данилов С.Р., Ляшенко С.И., Ганенков В.Д. и др. Актуальные проблемы водно-солевого режима озера Большой Тамбукан // Состояние и охрана воздушного бассейна и водно-минеральных ресурсов курортно-рекреационных регионов : сб. докл. памяти академика А.М. Обухова. Кисловодск, 2000. С. 80 - 81.
3. Федоров Ю.А., Потапов Е.Г., Данилов С.Р., Салов Г.В. Особенности динамики гидрологических параметров, гидрохимических, биогеохимических показателей и компонентов рапы и сульфидной грязи оз. Большой Тамбукан // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Юб. вып. 2002. С. 72 - 76.
4. Кавказские Минеральные Воды. К двухсотлетию 19032003 гг. Пятигорск, 2003. Т. 2. 400 с.
5. Федоров Ю.А., Салов Г.В. Основные выводы по результатам экспериментальных и теоретических исследований образования и функционирования оз. Большой Тамбукан // Экологические проблемы. Взгляд в будущее : сб. тр. II на-уч.-практ. конф. 4-7 сентября 2005 г. Ростов н/Д, 2005. С. 133 - 135.
6. Болгов В.М. Вероятный прогноз затопления прибрежных территорий Каспийского моря // Промышленное и гражданское строительство. 2002. № 1. С. 23 - 25.
7. Федоров Ю.А., Гриненко В.А., Устинов В.И. Особенности фракционирования изотопов серы и кислорода сульфатов озера Большой Тамбукан // Геохимия. 2004. № 1. С. 111 - 115.
8. Федоров ЮА., Гарькуша Д.Н., Тамбиева Н.С., Салов Г.В. Газы (метан и сероводород): распределение и поведение в рапе и сульфидной грязи озера Большой Тамбукан // Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды : тез. докл. междунар. школы. Новороссийск; Ростов н/Д, 2003. С. 135 - 136.
14 февраля 2013 г.
