CC BY
24
УДК 550.42
А.В. Савенко1, В.С. Савенко 2, О.С. Покровский3 МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ВОДАХ РОДНИКОВ МОСКВЫ
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские Горы, 1
Национальный исследовательский Томский государственный университет, 634050, Томск, просп. Ленина, 36
Lomonosov Moscow State University, 119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1 National Research Tomsk State University, 634050, Tomsk, prosp. Lenina, 36
Приведены данные о содержании главных ионов (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-) и растворенных микроэлементов (Rb, Cs, Be, Sr, Ba, B, Si, Pmin, V, Cr, Ge, As, Mo, W, Sb, Te, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ag, Sn, Pb, Al, Ga, Ti, Zr, U) в водах 30 родников Москвы в период зимней межени. Установлены среднегеометрические значения и диапазоны концентрации изученных компонентов, а также корреляционные связи между ними. Выявлено наличие гидрохимической аномалии растворенных железа и марганца на северо-востоке Москвы с превышением ПДК по этим элементам, тогда как на остальной территории города их концентрация практически повсеместно соответствует природному фону.
Ключевые слова: родниковые воды, главные ионы, растворенные микроэлементы, гидрохимические аномалии, Москва.
Data on the content of major ions (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-) and dissolved trace elements (Rb, Cs, Be, Sr, Ba, B, Si, Pmin, V, Cr, Ge, As, Mo, W, Sb, Te, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ag, Sn, Pb, Al, Ga, Ti, Zr, U) in the waters of 30 springs in Moscow during the winter low water period are presented. The geometric mean values and ranges of concentration of the studied components, as well as correlations between them, were established. The presence of hydrochemical anomalies of dissolved iron and manganese in the north-east of Moscow with an excess of maximum allowable concentration (MAC) for these elements was revealed, whereas in the rest of the city their concentration almost everywhere correspond to the natural background.
Key words: spring waters, major ions, dissolved trace elements, hydrochemical anomalies, Moscow.
Введение. Опробование родников — важный элемент эколого-геохимического мониторинга, поскольку состав постоянно обновляющихся родниковых вод отражает текущий уровень загрязнения геологической среды (почвенно-грунтовых толщ). Родники Москвы ранее неоднократно становились объектами гидрогеологических и эколого-геохи-мических исследований [Храменков и др., 1997; Швец и др., 2002; Лиманцева, 2004], однако их микроэлементный состав изучен крайне слабо. Вместе с тем многие микроэлементы даже в очень малом количестве обладают сильно выраженной токсичностью, а также служат чувствительными индикаторами различных природных и антропогенных процессов, участвующих в формировании экологического состояния окружающей среды. Цель нашей работы заключалась в определении уровня концентрации широкого круга растворенных микроэлементов в водах родников Москвы и выявлении проблемных территорий, нуждающихся в более детальном обследовании.
Материалы и методы исследований. Характеристика объектов исследований. Для получения репрезентативной выборки было опробовано 30 родников, равномерно распределенных по территории города (рис. 1, табл. 1). Пробы родниковых вод отбирали в период зимней межени, когда они в наименьшей степени подвержены кратковременным флуктуациям химического состава. Все родники представляют собой зоны разгрузки четвертичных и мезозойских (меловых и частично юрских) водоносных горизонтов. Перетекание из нижележащих горизонтов происходит только на локальных участках [Гидрогеология..., 1966; Швец и др., 2002].
На территории Северного и Северо-Восточного административных округов (АО) родники расположены в районах Коптево, Митино, Свиблово и Отрадное (точки 1—7). Территория этих округов находится в основном в пределах долины р. Яуза, и лишь восточная ее часть — на флювио-гляциальной равнине Мещерской возвышенности.
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геохимии, ст. науч. с.; e-mail: alla_savenko@rambler.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра гидрологии суши, профессор, вед. науч. с.; e-mail: alla_savenko@rambler.ru
3 Национальный исследовательский Томский государственный университет, лаборатория биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды, руководитель лаборатории; e-mail: Oleg.Pokrovski@get.omp.Eu
г.
Рис. 1. Расположение точек отбора проб воды из родников Москвы
Л
САО
27
^ >
' СВАО Т7
' I I
ВАО
ЦАО
'30]
12
11
ЮВАО
13
ЮАО
Верхнюю часть геологического разреза образуют отложения каменноугольной и четвертичной систем. Водоносные горизонты выделяются в отложениях четвертичного и каменноугольного возраста. Водоносные горизонты аллювиальных, окско-днепровских флювиогляциальных песков и верхнекаменноугольных доломитов образуют объединенный палеозойско-кайнозойский водоносный комплекс. Моренные днепровские суглинки и касимовские глины служат относительными водоупорами, которые разделяют между собой четвертичные и каменноугольные водоносные горизонты. Родники питаются водами мезозойско-кайнозойского водоносного комплекса с участием вод палеозойского водоносного комплекса за счет перетока из каменноугольных отложений.
На территории Восточного АО выходы родников обнаружены в Измайловском парке и Кусковском лесопарке (Вешняки) в пределах волнистого моренно-зандрового ландшафта (т. 8—10). Геологический разрез в рассматриваемом районе представлен до глубины 20 м четвертичными отложениями разных возраста и генезиса. Уровень грунтовых вод находится на глубине 9,5 м во флювиальных песках.
На территории Юго-Восточного АО родники расположены в районах Кузьминки и Марьино (т. 11—13). Район Кузьминки находится в пределах Мещерской зандровой низменности с волнистым морено-зандровым ландшафтом. Геологический разрез территории представлен до глубины 30 м четвертичными отложениями разных возраста
Таблица 1
Описание точек отбора проб воды из родников Москвы
Координаты, с.ш., в.д. Описание места отбора пробы
1 55°49'28", 37°32'17" Район Коптево, около Большой Академической улицы. Не каптирован
2 55°54'21", 37°35'47" Северная окраина Лианозовского лесопитомника. Нисходящий, каптирован
3 55°54'15", 37°36'20" В 700 м на восток от Алтуфьевского пруда, левый берег р. Самотека, в 50 м от МКАД, в основании невысокого склона левого берега реки. Не каптирован
4 55°51'9", 37°37'40" Около усадьбы Свиблово, на правом берегу р. Яуза, в тыловом шве поймы, в 5 м от уреза воды. Не каптирован
5 55°50'27", 37°38'35" Территория парка Сад Будущего, в 15 м от северо-восточного берега Леоновского пруда, не каптирован
6 55°49'39", 37°39'45" В 8 м от левого берега р. Яуза. Восходящий, маломощный, каптирован вертикальной трубой диаметром 20 см, вода дает яркий железистый осадок
7 55°49'59", 37°40'16" В 15 м от правого берега р. Будайка, в 400 м на север от ж/д платформы Яуза. Нисходящий, не каптирован, вода накапливается в земляной нише
8 55°46'57", 37°48'2" Измайловский парк. Не каптирован
9 55°46'50", 37°46'7" Там же, на грунтовой дороге от Главной аллеи к Совхозному пруду. Нисходящий, не каптирован
10 55°44'3", 37°48'20" Кусковский лесопарк, около Большого пруда. Не каптирован
11 55°41'30", 37°46'22" Кузьминский лесопарк, рядом с Шибаевским прудом, в 10 м от уреза воды р. Пономарка. Не каптирован
12 55°41'27", 37°45'51" То же, в 30 м от уреза воды р. Пономарка, в тыловом шве поймы. Нисходящий, каптирован подпорной стенкой, из которой выходят две оцинкованные трубы диаметром 3 см
13 55°38'32", 37°43'31" Марьинский парк. Не каптирован
14 55°36'49", 37°40'45" Парк Царицыно, правый берег Верхнего Царицынского пруда, в 10 м от уреза воды. Нисходящий, каптирован оцинкованной трубой
15 55°37'56", 37°33'24" В 900 м на восток от эстакады по Севастопольскому проспекту через р. Чертановка. Нисходящий, не каптирован
16 55°36'50", 37°32'44" Район Ясенево, Соловьиный проезд. Нисходящий, каптирован
17 55°37'12", 37°32'20" Битцевский лесопарк, усадьба Узкое. Нисходящий, каптирован
18 55°42'49", 37°32'19" Бровка оползневого уступа в 330 м на северо-запад от церкви Святой Живоначальной Троицы на Воробьевых горах. Восходящий, каптирован трубой диаметром 40 см, вертикально заглубленной в грунт
19 55°42'29", 37°32'54" Природный заказник Воробьевы горы, в 40 м вниз по склону от памятника Герцену и Огареву, в тыловом шве террасы оползневого уступа. Нисходящий, каптирован
20 55°43'7", 37°29'10" Волынский лес, в 100 м от уреза воды р. Сетунь. Нисходящий, не каптирован
21 55°42'49", 37°28'13" Природный заказник Долина реки Сетунь (Раменки), напротив ул. Веерная, в 25 м от уреза воды реки, на пойме. Не каптирован
22 То же Там же, выше т. 21. Не каптирован
23 55°42'57", 37°26'47" Там же, в 70—80 м на северо-восток от пойменного пруда Пятачок, в тыловом шве первой надпойменной террасы, в 50 м от уреза воды реки. Не каптирован
24 55°43'5", 37°29'3" Волынский лес, в 90 м от уреза воды р. Сетунь на ее правом берегу. Не каптирован
25 55°43'20", 37°30'16" Природный заказник Долина реки Сетунь, в 20 м вверх по течению реки от Старого Рублевского моста, на правом берегу, в 1,5 м от уреза воды. Не каптирован
26 55°44'45", 37°26'9" Природно-исторический парк Москворецкий, в 450 м вниз по течению р. Москва от Крылатского моста, в 100 м от уреза воды, у подножия оползневого склона. Нисходящий, каптирован
27 55°46'5", 37°28'44" Там же, в 200 м вниз по течению р. Москва от Карамышевского моста, на второй надпойменной террасе, в 50 м от уреза воды. Нисходящий, каптирован
28 55°51'18", 37°24'1" Район Хорошево-Мневники, пойма р. Братовка. Не каптирован
29 55°52'30", 37°26'13" То же, около ул. Свободы, у остановки «Бутаковский залив», в верховье оврага. Не каптирован
30 55°42'51", 37°34'59" Район Якиманка, Нескучный сад, в 5 м от уреза воды Андреевского пруда. Восходящий, не каптирован
и генезиса и верхнеюрскими породами. Уровень грунтовых вод находится на глубине 6,0 м в аллювиальных песках.
Южный АО представлен родником в районе Царицыно (т. 14). Территория района находится на третьей надпойменной террасе р. Москва и ее притоков, а также на флювиогляциальной равнине Теплостанской возвышенности, на западной окраине. Верхняя часть геологического разреза в Царицыне сформирована отложениями каменноугольного, юрского, мелового и четвертичного возраста. Водоносные горизонты в современных аллювиальных, окско-днепровских флювиогляциальных и нижнемеловых песках образуют объединенный мезозойско-кайнозойский водоносный комплекс, грунтовые воды которого служат главным источником родниковой разгрузки в этом районе. Глинистая толща келловейского яруса средней юры, а также оксфордского и волжского ярусов верхней юры мощностью 14 м создает региональный водоупор, который отделяет вышележащий мезозойско-кайнозойский водоносный комплекс от нижележащего среднекаменноугольного в по-дольско-мячковских известняках.
На территории Юго-Западного АО родники расположены в районе Ясенево и в Битцевском лесопарке (т. 15—17). Территория района Ясенево находится на моренной равнине Теплостанской возвышенности. Речная сеть представлена р. Чер-тановка. В гидрогеологическом строении района принимают участие водоносные горизонты в четвертичных, меловых, юрских и каменноугольных отложениях. Водоносные горизонты во флювиогляциальных песках и супесях окско-днепровского и днепровско-московского возраста образуют единый кайнозойский водоносный комплекс общей мощностью 26 м. Нижнемеловые альбские глины служат относительным водоупором, разделяющим кайнозойский и мезозойский водоносные комплексы. Все родники на территории этого округа питаются водами мезозойско-кайнозойского водоносного комплекса.
На территории Западного АО обследованы родники в районах Крылатское (т. 25), Фили-Кун-цево (т. 26), Можайский (т. 20, 24) и на Воробьевых горах (т. 18, 19, 21-23).
Большая часть района Крылатское находится в пойме р. Москвы. Основную роль в формировании родникового стока в Крылатском играют мезозойско-кайнозойские отложения. В гидрогеологическом разрезе выделяются водоносные горизонты в аллювиальных песках поймы и третьей надпойменной террасы, а также в нижнемеловых песках, которые составляют объединенный ме-зозойско-кайнозойский водоносный комплекс. Глины оксфордского и волжского ярусов верхней юры образуют региональный водоупорный комплекс, разделяющий этот водоносный комплекс и водоносный комплекс в известняках среднего
карбона, подземные воды которого имеют напорный характер.
Гидрогеологический разрез района Фили-Кунцево представлен водоносными горизонтами в юрских, меловых и четвертичных песках, которые не имеют четко выдержанных разделяющих их слабопроницаемых пластов и питаются за счет инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных водотоков. Это позволяет выделить единый мезозойско-кайнозойский комплекс, который формирует родниковый сток в лесопарке. Средне- и верхнеюрские глинистые отложения келловейского и оксфордского возраста служат региональным водоупором и отделяют мезо-зойско-кайнозойский водоносный комплекс от объединенного водоносного комплекса в келло-вей-батских песках средней юры и в известняках верхнего и среднего карбона.
Территория района Можайский находится на Москворецко-Окской моренно-эрозионной части равнине в пределах южной увалистой эрозионной Теплостанской возвышенности с древней долиной р. Сетунь.
На Воробьевых горах известняки верхнего и среднего карбона перекрыты толщами юрской, меловой и четвертичной систем. Водоносные горизонты в песчаных отложениях волжского яруса верхней юры, аптского яруса нижнего мела и в четвертичных оползневых песчано-глинистых отложениях образуют совмещенный мезозойско-кайнозойский водоносный комплекс. Келловей-ские, оксфордские и волжские глины создают региональный водоупор мощностью до 40 м. Водоносный комплекс в известняках верхнего и среднего карбона не влияет на формирование родникового стока.
В Северо-Западном АО родники находятся в районе Хорошево-Мневники (т. 27—29). Здесь волжские пески верхней юры, флювиогляциаль-ные окско-днепровские пески, аллювиальные и местами меловые пески слагают объединенный мезозойско-кайнозойский водоносный комплекс, который играет основную роль в формировании родникового стока. Глинистые отложения волжского и оксфордского ярусов верхней юры представляют региональный водоупор, разделяющий этот водоносный комплекс и объединенный водоносный комплекс в известняках среднего карбона и батских песчаных отложениях средней юры.
На территории Центрального АО родники (т. 30) расположены в районе Якиманка (Нескучный сад). Верхнекаменноугольные отложения представлены мергелями с прослоями глин касимовского яруса. Выше залегают юрские отложения (келловейские и оксфордские глины, волжские пески). В верхней части разреза на волжских песках залегают четвертичные флювиогляциальные и аллювиальные отложения.
Определение общей щелочности (Alk « HCO3-), содержания других главных ионов (Cl-, SO42-, Na+,
Рис. 2. Взаимосвязь значений концентрации натрия и хлоридов, кальция и магния, а также сульфатов с содержанием кальция и магния в водах родников Москвы. Подписи у значков — номера точек отбора проб
K+, Mg2+, Ca2+) и фтора выполняли в отфильтрованных через плотный бумажный фильтр пробах объемным ацидиметрическим методом [Лурье, 1971], методом капиллярного электрофореза [Комарова, Каменцев, 2006] и методом прямой ионометрии [Савенко, 1986] соответственно. Концентрацию растворенных микроэлементов измеряли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе «Agilent 7500ce» в пробах, отфильтрованных сразу после отбора через мембранный фильтр 0,45 мкм в полипропиленовые флаконы с внесенными туда аликвотами 5 N азотной кислоты (0,2 мл на 8 мл пробы). Погрешность отдельных измерений не превышала ±3%. Расхождение сумм эквивалентных концентраций катионов и анионов основного солевого состава не превышало 5%.
Результаты исследований и их обсуждение. Минерализация и компоненты основного солевого состава (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3- ). Результаты определений содержания главных ионов в водах родников Москвы и их минерализация приведены в табл. 2. Минерализация родниковых
вод изменяется в широких пределах: от 188 до 1080 мг/л, однако превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) для суммы солей (1000 мг/л [СанПиН..., 2002]) обнаружено только в двух точках (2 и 4), расположенных на северной окраине города, и обусловлено аномально высоким содержанием хлоридов и натрия. В ряде проб (т. 8, 9, 16 и 17) повышенная минерализация (700—750 мг/л) также связана с присутствием хлоридов и натрия, генезис которых не вполне ясен. Некоторая их часть, вероятно, имеет антропогенное происхождение. В трех родниках (т. 5, 7 и 22) повышенная минерализация (750—875 мг/л) сопряжена с высоким содержанием кальция и сульфатов. Между величинами концентрации натрия и хлоридов, а также кальция, магния и сульфатов наблюдаются четко выраженные зависимости (рис. 2), что отражается в значениях коэффициента корреляции (табл. 3). Это указывает на связь повышенной концентрации этих компонентов в родниковых водах с присутствием в составе пород гипсо-галитовой примеси, так или иначе взаимодействующей с подземными водами. Наиболее
Таблица 2
Минерализация и содержание главных ионов в водах родников Москвы*
№ точки (параметр) М С1— 8042— НС03— К+ Мв2+ Са2+
мг/л мг/л %-экв. мг/л %-экв. мг/л %-экв. мг/л %-экв. мг/л %-экв. мг/л %-экв. мг/л %-экв.
1 412 46,3 11,1 87,3 15,5 173 24,1 21,3 7,9 0,98 0,2 20,4 14,3 63,3 26,9
2 1080 500 38,5 102 5,8 101 4,5 196 23,3 2,49 0,2 38,3 8,6 141 19,2
3 344 89,9 24,1 53,2 10,5 108 16,8 5,51 2,3 2,96 0,7 17,8 13,9 66,9 31,7
4 1026 467 37,9 94,3 5,6 110 5,2 170 21,3 2,53 0,2 38,8 9,2 144 20,6
5 859 80,0 8,8 375 30,3 172 10,9 27,4 4,6 1,84 0,2 47,4 15,1 155 30,1
6 332 65,0 18,6 75,7 16,0 107 17,8 5,52 2,4 2,89 0,7 17,8 14,9 58,4 29,6
7 875 67,2 7,2 414 32,9 159 9,9 28,0 4,6 1,53 0,1 47,9 15,0 159 30,2
8 717 272 33,2 129 11,6 93,9 6,7 115 21,6 3,60 0,4 30,6 10,9 72,9 15,7
9 698 285 35,2 92,5 8,4 101 7,2 110 21,0 3,74 0,4 31,6 11,4 74,9 16,4
10 325 42,0 12,6 68,9 15,3 123 21,5 29,8 13,8 0,90 0,2 13,2 11,6 46,7 24,9
11 354 41,3 11,2 80,6 16,1 130 20,5 26,7 11,2 0,82 0,2 16,7 13,2 57,6 27,6
12 428 43,0 10,3 85,1 15,0 193 26,8 26,8 9,9 1,37 0,3 16,1 11,2 62,6 26,5
13 419 40,1 9,7 75,3 13,5 196 27,7 25,0 9,3 0,81 0,2 17,5 12,4 63,6 27,3
14 415 43,8 10,8 86,1 15,6 182 25,9 25,6 9,7 0,74 0,2 15,8 11,3 61,0 26,5
15 235 5,48 2,4 34,6 11,2 135 34,6 6,22 4,2 0,89 0,4 12,7 16,2 39,9 31,0
16 714 306 36,6 99,9 8,8 81,1 5,6 118 21,8 3,33 0,4 31,8 11,1 73,9 15,7
17 752 317 36,5 101 8,6 100 6,7 127 22,6 3,49 0,4 30,8 10,4 72,9 14,9
18 419 28,5 6,8 44,1 7,8 237 33,0 9,38 3,5 1,64 0,4 25,2 17,6 72,9 30,9
19 513 61,8 11,5 104 14,3 208 22,5 12,3 3,5 1,25 0,2 30,6 16,6 94,9 31,3
20 503 86,8 16,0 114 15,5 156 16,7 32,6 9,2 1,91 0,3 28,7 15,4 82,6 26,9
21 636 127 18,0 186 19,5 142 11,7 18,4 4,0 1,25 0,2 37,7 15,6 124 31,1
22 746 141 16,9 219 19,4 162 11,3 32,5 6,0 1,62 0,2 44,6 15,6 145 30,7
23 350 37,2 10,4 78,4 16,1 143 23,1 8,49 3,6 0,96 0,2 19,5 15,9 62,5 30,7
24 585 113 17,7 105 12,1 195 17,7 23,2 5,6 1,82 0,3 35,3 16,1 111 30,6
25 582 77,4 13,2 127 15,9 232 22,9 32,8 8,6 2,00 0,3 28,8 14,3 82,3 24,8
26 407 54,0 12,9 96,6 17,0 149 20,7 22,1 8,1 0,94 0,2 19,2 13,4 65,5 27,7
27 265 23,1 9,0 49,0 14,1 121 27,3 36,2 21,7 1,03 0,4 7,83 8,9 27,1 18,6
28 345 43,9 12,1 77,4 15,8 125 20,0 25,2 10,7 1,11 0,3 18,0 14,5 54,5 26,6
29 188 5,20 3,1 19,3 8,6 113 39,6 43,8 40,7 1,20 0,7 2,23 3,9 3,13 3,3
30 538 144 24,7 109 13,7 123 12,3 60,3 15,9 8,44 1,3 19,1 9,6 74,6 22,6
РВсг 489 72,6 — 93,0 — 140 — 30,0 — 1,66 — 22,1 — 68,6 —
РВ 188 5,20 — 19,3 — 81,1 — 5,51 — 0,74 — 2,23 — 3,13 —
РВ А ^тах 1080 500 — 414 — 237 — 196 — 8,44 — 47,9 — 159 —
ПВЗВ, по [Шварцев, 1998] 354 15,9 — 18,2 — 222 — 23,8 — 2,74 — 16,5 — 38,3 —
РМ, по [МеуЬеск, 2004] 85,1 5,92 — 8,40 — 48,6 — 5,52 — 1,72 — 2,98 — 11,9 —
* Здесь и в табл. 4-7: РВСГ, РВтЬ и РВтах — среднее геометрическое, минимальное и максимальное содержание в родниковых водах Москвы; ПВЗВ и РМ — среднее (взвешенное) содержание в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата и в реках мира соответственно.
тесные корреляционные связи минерализации отмечены с магнием, кальцием и натрием, а также с хлоридами и в меньшей степени с сульфатами.
Редкие щелочные и щелочноземельные элементы (Rb, Cs, Be, Sr, Ba). За исключением бериллия, концентрация редких щелочных и щелочноземельных элементов в водах родников Москвы не сильно отличается от их среднего содержания в подземных водах зоны выщелачивания и реках мира (табл. 4). Наблюдается тесная корреля-
ция концентрации рубидия и калия (г = 0,86), обладающих очень близкими химическими и геохимическими свойствами. Для цезия значимые корреляционные связи4 отмечены с хлоридами (г = 0,76), натрием (г = 0,71) и барием (г = 0,75). В гипергенной геохимии цезия и бария большую роль играют процессы сорбции—десорбции с участием глинистых минералов, что, вероятно, служит причиной возникновения корреляции между этими элементами. Концентрация бария плотно
4 Здесь и далее рассматриваются корреляционные связи с г >0,7.
Таблица 3
Значения коэффициента корреляции между минерализацией и содержанием главных ионов в водах родников Москвы*
Компонент М С1- 8042- НС03- Ш+ к+ Мв2+ Са2+
М 1
С1- 0,81 1
8042- 0,59 0,05 1
НС03- -0,15 -0,51 0,15 1
№+ 0,72 0,95 -0,02 -0,55 1
К+ 0,32 0,45 0,02 -0,38 0,42 1
Мв2+ 0,89 0,53 0,76 0,09 0,36 0,16 1
Са2+ 0,86 0,47 0,77 0,15 0,30 0,11 0,95 1
* Уровень статистической значимости р < 0,01.
коррелирует с минерализацией (г = 0,76) и, аналогично цезию, с хлоридами (г = 0,94) и натрием (г = 0,89). Для стронция обнаруживается лишь одна значимая корреляционная связь с германием (г = 0,90), происхождение которой не ясно.
Концентрация бериллия в родниковых водах изменяется от 0,7 до 10,7 нг/л при среднем содержании 2,5 нг/л. Последняя величина близка к средней концентрации бериллия в водах рек мира (8,9 нг/л), но намного ниже среднего содержания этого элемента в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата (240 нг/л). Значимых корреляционных связей ни с одним из изученных элементов бериллий не образует. До недавнего времени определение низкой концентрации бериллия в природных водах представляло весьма сложную задачу, поэтому не исключено, что оценка С.Л. Шварцевым [1998] его среднего содержания в подземных водах завышена. В то же время концентрация растворенных микроэлементов в подземных водах в большинстве случаев превышает их содержание в речных водах и, возможно, низкое содержание бериллия в родниках Москвы представляет собой региональную особенность. Бериллий относится к чрезвычайно токсичным элементам, величина ПДК в питьевой воде для него составляет 0,2 мкг/л, однако это приблизительно в 80 раз больше среднего и в 20 раз больше максимального содержания в родниковых водах.
Микроэлементы, образующие оксианионы (В, Si, Рга;п, V, Сг, Ge, Ая, Мо, W, Sb, Те). Многие химические элементы присутствуют в природных водах в форме оксикислот и продуктов их диссоциации — оксианионов. К наиболее распространенным элементам этой группы относятся кремний и фосфор, содержание которых в поверхностных и подземных водах находится на уровне п и 0,п мг/л соответственно, тогда как концентрация других элементов на 3—4 порядка ниже и составляет п—0,0п мкг/л.
Содержание кремния в водах родников близко к таковому в подземных водах зоны выщелачива-
Таблица 4
Содержание растворенных форм редких щелочных и щелочноземельных элементов в водах родников Москвы
№ точки (параметр) Rb СБ Ве 8г Ва
мкг/л нг/л мкг/л
1 0,46 6,1 2,8 246 39,8
2 0,99 43,0 0,8 327 161
3 1,68 1,0 3,4 848 40,6
4 1,00 46,3 0,7 329 161
5 0,53 8,7 1,1 328 40,7
6 1,64 1,6 3,4 858 41,7
7 0,41 6,4 1,5 331 38,8
8 1,61 45,2 6,9 336 159
9 1,69 49,4 6,3 343 159
10 0,37 6,8 10,7 137 23,0
11 0,32 8,3 1,8 154 28,9
12 0,79 8,1 1,9 148 28,3
13 0,31 7,4 3,3 175 31,0
14 0,26 7,4 3,1 147 27,1
15 2,08 2,9 1,0 125 4,0
16 1,60 40,7 6,3 339 160
17 1,51 45,5 10,7 335 158
18 1,28 33,0 2,7 311 17,6
19 0,69 29,6 2,2 387 59,1
20 0,37 16,5 2,5 291 52,9
21 0,38 25,9 1,9 335 76,8
22 0,89 30,9 2,4 367 72,6
23 1,38 3,9 - 234 29,4
24 0,97 54,2 - 387 29,7
25 0,46 15,2 1,6 289 53,2
26 0,43 8,5 2,6 207 35,5
27 0,42 10,8 3,1 117 15,9
28 0,54 9,4 1,5 229 37,0
29 0,51 15,2 2,8 90 7,9
30 4,24 34,7 1,9 320 47,8
РВсг 0,77 13,4 2,5 265 43,3
РВ 0,26 1,0 0,7 90 4,0
РВ А ^шах 4,24 54,2 10,7 858 161
ПДК, по [СанПиН, 2002] 100 - 200 7000 100
ПВЗВ, по [Шварцев, 1998] 2,55 - 240 185 25,3
РМ, по ^аШаг-аы ег а1., 2004] 1,63 11 8,9 60 23
ния и в реках мира (табл. 5), что обусловлено его поступлением из горных пород, в составе которых преобладают силикаты. Концентрации других ок-сианионов также сравнимы с их содержанием в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата и в реках мира. Исключение составляет сурьма, поскольку ее среднее содержание в подземных водах зоны выщелачивания почти в 10 раз превышает среднюю концентрацию в родниковых водах, которая всего лишь на 20% ниже содержания в глобальном речном стоке. Воды всех
родников Москвы содержат анионогенные микроэлементы в существенно меньшем количестве по сравнению с ПДК для питьевой воды.
Для родниковых вод прослеживается достаточно плотная корреляционная связь между концентрацией кремния и титана (r = 0,89), появление которой связано с тем, что титан, так же, как кремний, относится к основным петрогенным элементам и вместе с ним выщелачивается из силикатных горных пород. Молибден, вольфрам и сурьма значимо коррелируют с железом: rMo-Fe = 0,75, rW-Fe = 0,81, rSb-Fe = 0,76. Эти оксианионы активно адсорбируются гидроксидами железа (III) и в
условиях гипоксии, когда железо (III) восстанавливается до двухвалентного состояния и образует более растворимые соединения, вместе с железом переходят в раствор.
Тяжелые металлы (Мп, Fe, Со, №, Си, Zn, РЬ, Cd, А§, Sn). Химические элементы, относимые к тяжелым металлам, обладают сильной биологической активностью, а при превышении ПДК становятся высокотоксичными веществами. В водах родников Москвы все тяжелые металлы, кроме железа и марганца, содержатся в количестве, значительно меньшем ПДК (табл. 6). Концентрация железа и марганца в некоторых пробах (т. 2-7 и
Таблица 5
Содержание растворенных форм анионогенных микроэлементов в водах родников Москвы
№ точки (параметр) Si В р min V Cr Ge As Mo W Sb Te
мг/л мкг/л нг/л
1 5,58 26,5 108 0,83 1,69 0,014 0,45 0,43 86,9 46,9 17,9
2 6,27 15,1 78,8 0,30 0,86 0,020 0,32 0,31 14,7 35,9 13,8
3 6,09 23,9 380 0,10 0,08 0,144 1,91 0,35 57,3 13,3 7,0
4 6,30 15,8 82,0 0,30 0,86 0,018 0,32 0,40 12,3 55,2 9,6
5 5,19 10,6 152 0,16 0,15 0,014 0,52 0,89 118 208 13,2
6 6,02 27,0 413 0,10 0,08 0,145 1,99 0,34 72,2 19,1 9,1
7 4,89 9,9 62,7 0,13 0,12 0,018 0,64 1,18 152 259 12,1
8 6,56 22,7 21,3 0,19 0,67 0,016 0,21 0,03 10,9 36,3 6,3
9 6,64 26,2 24,1 0,22 0,75 0,016 0,22 0,04 18,0 41,4 11,7
10 3,68 35,3 156 0,74 1,03 0,009 0,39 0,43 45,4 49,6 8,2
11 4,04 23,5 208 0,99 2,07 0,006 0,49 0,40 6,7 39,4 10,6
12 4,00 23,5 250 1,00 11,3 0,006 0,45 0,37 6,2 61,1 9,5
13 4,41 24,6 172 0,91 1,40 0,008 0,45 0,41 27,6 39,4 3,9
14 4,00 24,1 194 0,92 1,34 0,005 0,46 0,37 18,8 36,8 8,5
15 8,76 11,2 7,4 0,25 0,23 0,012 0,23 0,39 19,9 118 2,9
16 6,50 23,3 26,0 0,18 1,22 0,018 0,23 0,04 35,1 42,0 15,8
17 6,60 21,5 19,5 0,20 0,74 0,017 0,21 0,03 23,5 34,5 11,6
18 8,93 19,5 117 0,21 4,10 0,017 5,00 0,81 32,6 51,5 7,1
19 7,85 20,6 93,8 0,97 2,78 0,022 0,56 0,44 7,2 48,1 9,9
20 7,40 21,6 470 0,25 1,10 0,016 0,81 0,35 45,1 54,4 9,9
21 7,35 13,6 109 0,95 1,74 0,012 0,31 0,17 2,9 44,8 8,9
22 8,09 11,0 162 0,77 2,13 0,016 0,46 0,19 8,5 30,4 6,6
23 8,22 13,6 39,9 0,49 1,17 0,013 0,34 0,35 9,9 20,6 4,6
24 8,83 22,1 73,1 0,54 0,72 0,014 0,24 0,42 35,9 95,3 7,9
25 7,34 22,4 479 0,26 1,14 0,015 0,83 0,34 82,7 104 19,0
26 4,93 22,0 162 0,94 1,68 0,008 0,45 0,39 1,9 34,8 4,7
27 3,13 55,0 79,9 0,39 0,59 0,012 0,24 0,48 1,0 61,5 2,3
28 5,30 34,9 93,2 0,71 1,52 0,013 0,39 0,46 0,7 42,0 11,5
29 2,49 76,0 11,0 0,02 0,28 0,018 0,09 0,55 2,9 73,0 3,7
30 7,34 62,1 233 5,82 1,17 0,029 2,86 0,23 17,2 122 9,6
РВсг 5,82 22,3 94,9 0,38 0,87 0,016 0,47 0,29 16,1 51,0 8,3
РВ А -^min 2,49 9,9 7,4 0,02 0,08 0,005 0,09 0,03 0,7 13,3 2,3
РВ А -^max 8,93 76,0 479 5,82 11,3 0,145 5,00 1,18 152 259 19,0
ПДК, по [СанПиН, 2002] 10 500 — 100 50 — 50 250 50000 50000 —
ПВЗВ, по [Шварцев, 1998] 6,2 55,9 98,2 1,28 2,83 — 1,64 0,89 — 550 —
РМ* 4,07 10,2 38 0,71 0,70 0,0068 0,62 0,42 100 70 -
Примечания: * Si — по [Meybeck, 2004], Pmin — по [Савенко, Савенко, 2007], остальные элементы — по [Gaillardet et al., 2004].
Рис. 3. Пространственное распределение растворенных форм железа (а) и марганца (б) в водах родников Москвы
18) превышает ПДК для питьевой воды до 36 и 3,6 раза соответственно. Предшествующее обследование 7 родников [Швец и др., 2002] показало более низкое содержание железа и марганца в пределах 10—330 и -0—30 мкг/л соответственно, что может быть связано с малочисленностью и неравномерностью отобранных проб. По нашим данным, область максимальной концентрации железа и марганца образует четко выраженную гидрохимическую аномалию на северо-востоке города, тогда как на остальной его территории содержание этих элементов практически везде соответствует природному фону (рис. 3). В том, что отмеченные аномалии не следствие антропогенного загрязнения, убеждает отсутствие в этом районе аномалий других тяжелых металлов.
Величины концентрации растворенных форм железа и марганца тесно коррелируют между собой (г = 0,77). Железо, помимо описанных выше связей с молибденом, вольфрамом и сурьмой, также коррелирует с сульфатами (г = 0,80) и ураном (г = 0,84), а марганец — только с ураном, причем в меньшей степени (г = 0,72). Корреляция железа с сульфатами, скорее всего, связана с тем, что оба компонента поступают в подземные воды в результате окисления пирита вмещающих пород, при котором образуются сульфаты и повышается
кислотность водной среды, способствующая переходу железа в растворенное состояние. Для других тяжелых металлов значимые корреляционные связи не установлены.
Элементы-гидролизаты (А1, Ga, Т1, Zr, и). Содержание элементов-гидролизатов, за исключением урана, в водах родников существенно ниже по сравнению с их концентрацией в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата и в мировом речном стоке (табл. 7). Так, средние значения концентрации алюминия и галлия в водах родников в 8,7 и 5,6 раза меньше, чем в реках мира, и почти на 2 порядка (в 45 и 96 раз соответственно) меньше таковых в подземных водах зоны выщелачивания. Вместе с тем отношения А^а различаются не так сильно, составляя 680, 320 и 1070 для родниковых вод, подземных вод зоны выщелачивания и речного стока соответственно. Учитывая сходство химических и геохимических характеристик алюминия и галлия, последнее обстоятельство можно рассматривать, с одной стороны, как косвенное подтверждение достоверности представленных в статье аналитических данных об этих элементах, а с другой — как свидетельство действия естественных факторов, обусловливающих их низкую концентрацию в родниковых водах. Одним из таких факторов мо-
Таблица 6
Содержание растворенных форм тяжелых металлов в водах родников Москвы
№ точки (параметр) Мп Fe Со N1 Си Zn РЬ са А8 8п
мкг/л нг/л
1 0,38 30,9 0,16 0,51 0,66 5,4 0,41 17,7 2,40 57,1
2 272 361 0,09 0,55 1,28 50,6 0,15 14,3 1,40 10,9
3 90,2 3090 0,03 0,11 1,42 32,8 0,35 7,4 1,76 27,2
4 260 338 0,08 0,68 1,52 36,1 0,20 19,8 4,61 21,4
5 357 8640 0,66 1,89 1,05 89,6 0,29 14,3 1,20 15,7
6 91,0 3290 0,03 0,05 0,25 56,7 0,31 4,6 1,28 22,4
7 326 10900 0,63 3,01 0,95 76,1 0,32 12,9 1,06 24,8
8 4,19 44,0 0,09 7,14 2,28 60,5 0,20 47,3 3,36 12,9
9 4,29 44,6 0,09 7,34 2,82 55,6 0,21 35,5 5,37 31,5
10 0,59 24,1 0,24 0,63 0,84 9,9 0,44 — 1,75 33,1
11 1,52 32,9 0,28 1,04 2,45 15,1 0,53 274 0,33 13,6
12 2,68 35,4 0,36 2,40 8,60 27,7 0,60 — 1,74 61,2
13 0,54 29,4 0,24 0,71 0,71 6,8 0,40 168 1,04 28,7
14 0,68 28,1 0,26 0,76 0,74 8,4 0,40 87,1 0,57 24,5
15 0,66 28,2 0,06 0,26 0,94 130 0,23 10,2 0,40 9,0
16 3,21 45,0 1,04 7,56 3,09 63,1 0,37 42,8 11,1 63,3
17 4,14 39,7 0,07 7,19 1,45 126 0,15 30,7 3,45 19,5
18 230 2140 0,29 0,77 1,83 8,8 0,37 20,9 1,47 25,2
19 4,04 60,1 0,05 0,66 1,15 8,2 0,30 10,9 0,71 15,3
20 0,15 38,4 0,08 0,51 0,70 29,7 0,28 9,9 2,01 32,8
21 13,6 61,1 0,05 0,88 2,35 11,3 0,56 37,0 5,92 18,5
22 4,96 120 0,06 1,08 3,44 14,4 0,38 28,6 7,93 18,2
23 0,23 32,5 0,05 0,26 0,51 42,0 0,35 10,0 2,26 2,3
24 3,86 94,7 0,06 1,13 5,08 18,4 0,72 93,6 7,43 59,9
25 0,25 41,5 0,10 1,87 4,69 57,8 0,51 23,1 4,31 106
26 0,78 31,1 0,20 0,90 1,52 8,7 0,41 123 0,34 14,1
27 0,50 13,8 0,18 0,38 0,62 5,7 0,36 26,5 0,12 0,9
28 0,41 25,6 0,13 0,52 1,14 15,5 0,44 32,4 1,06 23,3
29 0,54 3,3 0,10 0,17 0,51 4,5 0,22 21,6 0,42 2,3
30 2,52 44,0 0,76 6,98 1,35 10,7 0,33 74,4 2,92 41,6
РВсг 4,05 91,1 0,14 0,93 1,37 22,9 0,34 27,7 1,64 19,5
РВ 0,15 3,3 0,03 0,05 0,25 4,5 0,15 4,6 0,12 0,9
РВ тах 357 10900 1,04 7,56 8,60 130 0,72 274 11,1 106
ПДК, по [СанПиН, 2002] 100 300 100 100 1000 5000 30 1000 50000 —
ПВЗВ, по [Шварцев, 1998] 59,2 689 0,34 3,45 4,85 42,8 3,10 150 240 440
РМ, по ^аШаМег ег а1., 2004] 34 66 0,15 0,80 1,48 0,60 0,079 80 4 —
жет быть контакт вод родников с карбонатными породами и содержащими карбонаты песками и глинами. Растворенные формы алюминия и галлия обладают способностью эффективно сорбироваться на карбонатах кальция и магния, тогда как содержание алюминия и галлия в этих породах, как известно, резко меньше, чем в других главных типах осадочных пород.
Концентрация титана и циркония в водах родников ниже их содержания в подземных водах зоны выщелачивания в 7,5 и 70 раз соответственно, но приближается к средним оценкам для рек мира, отличаясь от них в 2,4 раза в большую сторону для
титана и в 1,8 раза в меньшую сторону для циркония. Среднее содержание урана в водах родников (0,74 мкг/л при диапазоне изменений от 0,01 до 17,6 мкг/л) значимо не отличается от средних значений для подземных вод зоны выщелачивания (0,51 мкг/л) и рек мира (0,37 мкг/л).
Уран, аналогично железу, плотно коррелирует с сульфатами (г = 0,94) и сурьмой (г = 0,81), что, вероятно, связано с высвобождением этих элементов из оксигидроксидов железа при растворении серной кислотой, образующейся при окислении пирита. Значимые корреляционные связи с участием других элементов-гидролизатов отсутствуют.
Таблица 7
Содержание растворенных форм микроэлементов-гидролизатов в водах родников Москвы
Величина ПДК для алюминия составляет 500 мкг/л [СанПиН..., 2002]. Максимальная концентрация алюминия в родниках Москвы достигает 24 мкг/л, что в 20 раз ниже действующего значения ПДК.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гидрогеология СССР. Т. 1. Московская и смежные области / Под ред. Д.С. Соколова. М.: Недра, 1966.
Комарова Н.В., Каменцев Я.С. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза «КАПЕЛЬ». СПб.: Веда, 2006.
Лиманцева О.А. Условия формирования химического состава родниковых вод на территории Москвы
Заключение. Определено содержание макро- и микроэлементов в 30 родниках Москвы в период зимней межени. Среднегеометрические значения концентрации и диапазоны значений для компонентов основного солевого состава и кремния составляют (мг/л): №+ 30,0 (5,5-196), К+ 1,66 (0,748,44), Mg2+ 22,1 (2,2-47,9), Са2+ 68,6 (3,1-159), С1- 72,6 (5,2-500), 8042- 93,0 (19,3-414), НС03-140 (81,1-237), 81 5,82 (2,49-8,93). Соответствующие величины для микроэлементов составляют (мкг/л): Rb 0,77 (0,26-4,24), Сз 0,013 (0,001-0,054), Ве 0,0025 (0,0007-0,0107), 8г 265 (90-858), Ва 43,3 (4,0-161), В 22,3 (9,9-76,0), Ртщ 94,9 (7,4-479), V 0,38 (0,02-5,82), Сг 0,87 (0,08-11,3), Ge 0,016 (0,005-0,145), Аз 0,47 (0,09-5,00), Мо 0,29 (0,031,18), W 0,016 (0,001-0,152), 8Ь 0,051 (0,013-0,259), Те 0,0083 (0,0023-0,019), Мп 4,05 (0,15-357), Fe 91,1 (3,3-10900), Со 0,14 (0,03-1,04), N1 0,93 (0,05-7,56), Си 1,37 (0,25-8,60), 2п 22,9 (4,5-130), РЬ 0,34 (0,15-0,72), Сё 0,028 (0,005-0,274), Ag 0,0016 (0,0001-0,011), 8п 0,020 (0,0009-0,106), А1 3,66 (1,76-24,1), Ga 0,0054 (0,0008-0,016), Т1 1,17 (0,41-2,03), 2г 0,022 (0,006-0,070), и 0,74 (0,01-17,6). Измеренные значения концентрации в пределах порядка величины согласуются со средним содержанием изученных элементов в реках мира и в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата (для последних оценки для Ве, Ag, 8п и 8Ь, полученные ранее с использованием менее точных и чувствительных методов анализа, вероятно, завышены).
Минерализация грунтовых вод Москвы изменяется в широких пределах — от 188 до 1080 мг/л, однако превышение ПДК для суммы солей (1000 мг/л) обнаружено только в двух точках на северной окраине города. Наиболее тесные корреляционные связи минерализации выявлены с магнием, кальцием и натрием, а также с хлоридами и в меньшей степени с сульфатами. Кроме того, существует взаимосвязь между концентрацией отдельных макрокомпонентов: натрия с хлором, магния с кальцием, сульфатов с магнием и кальцием.
Установлено существование гидрохимической аномалии растворенных железа и марганца на северо-востоке Москвы, в пределах которой превышение ПДК по указанным элементам достигает 36 и 3,6 раза соответственно, тогда как на остальной территории города измеренные концентрации практически повсеместно находятся на уровне природного фона.
и прогноз его изменения под влиянием техногенной нагрузки: Автореф. канд. дисс. М., 2004.
Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М.: Химия, 1971.
Савенко В.С. Введение в ионометрию природных вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
№ точки (параметр) Al Ga Ti Zr U
мкг/л нг/л мкг/л нг/л мкг/л
1 2,35 5,5 1,05 70,4 1,91
2 1,79 11,4 1,26 17,0 4,16
3 2,19 6,2 1,47 16,5 0,01
4 3,63 11,4 1,28 14,7 4,20
5 3,64 9,8 1,15 54,1 17,3
6 1,80 6,7 1,52 25,8 0,01
7 3,63 10,4 0,96 66,8 17,6
8 3,90 13,4 1,13 6,3 0,04
9 5,04 13,9 1,20 13,1 0,07
10 2,72 5,3 0,76 26,2 1,04
11 3,04 5,8 0,92 22,2 1,34
12 5,76 5,4 0,99 33,3 1,29
13 3,02 4,8 0,91 28,7 1,47
14 2,80 4,8 0,83 17,3 1,29
15 4,00 1,6 1,48 6,8 0,45
16 6,12 15,7 1,17 41,3 0,04
17 4,31 13,9 1,11 7,1 0,04
18 4,91 7,3 1,64 42,8 0,34
19 3,02 2,9 1,38 54,3 3,01
20 2,74 2,1 1,71 23,9 2,94
21 5,44 3,5 1,41 13,2 2,86
22 12,3 7,0 1,95 12,3 6,39
23 3,58 2,0 1,37 8,1 1,65
24 24,1 8,7 2,03 28,1 1,25
25 3,62 4,5 1,75 46,4 2,93
26 2,32 3,7 0,98 23,9 1,69
27 2,24 2,5 0,62 10,1 0,54
28 3,00 4,1 0,97 41,4 1,64
29 1,76 0,8 0,41 11,9 0,02
30 5,04 4,1 1,54 19,9 1,76
РВсг 3,66 5,4 1,17 21,5 0,74
РВ 1,76 0,8 0,41 6,3 0,01
РВ max 24,1 15,7 2,03 70,4 17,6
ПВЗВ, по [Шварцев, 1998] 165 520 8,82 1510 0,51
РМ, по [Gaillar-det et al., 2004] 32 30 0,49 39 0,37
Савенко В.С., Савенко А.В. Геохимия фосфора в глобальном гидрологическом цикле. М.: ГЕОС, 2007.
СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.: Минздрав РФ, 2002.
Храменков С.В., Матвеев Ю.П., Кузьмина Н.П., Романова Г.И. Оценка качества воды родников // Водоснабжение и санитарная техника. 1997. № 3. С. 5—7.
Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М.: Недра, 1998.
Швец В.М., Лисенков А.Б., Попов Е.В. Родники Москвы. М.: Научный мир, 2002.
Gaillardet J., Viers J., Dupre B. Trace elements in river waters // Treatise on Geochemistry. Vol. 5. Amsterdam: Elsevier-Pergamon, 2004. P. 225-272.
Meybeck M. Global occurrence of major elements in rivers // Treatise on Geochemistry. Vol. 5. Amsterdam: Elsevier-Pergamon, 2004. P. 207-223.
Поступила в редакцию 25.08.2019
Поступила с доработки 16.10.2019
Принята к публикации 16.10.2019
