CC BY
98
УДК 556.535
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕДИЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА СЕВЕРНОЙ ДВИНЕ И ДВИНСКОЙ ГУБЕ БЕЛОГО МОРЯ
© 2005 г. Ю.А. Федоров, Д.Н. Гарькуша, А.Э. Овсепян, А.Н. Кузнецов
The results of complex hydrologo- hydrochemical researches on one of the largest rivers of European territory of Russia are adduced. The physico-chemical and hydrological factors and processes adjusting transformation of the forms of finding and migration of Hydrargyrum are determined. The run of Hydrargyrum with a outflow of Northern Dvina to the ocean is estimated.
Северная Двина является одной из наиболее крупных рек европейской территории России (ЕТР). Площадь бассейна составляет 357 тыс.кв.км. По сведениям [1-3], ситуация с экологическим состоянием водных объектов в бассейне Северной Двины, как и самой реки, остается неблагоприятной. Всего в бассейне Северной Двины, согласно данным статистической отчетности по форме 2ТП-водхоз, находятся 334 предприятия, общий объем сточных вод которых составляет ежесуточно 0,00271 млн м3. При расходе воды реки на ст.«с. Усть-Пинега», равном 0,16 млн м3 в сутки, доля сточных вод в общем объеме водного стока составит примерно 1,7 %. Эта величина на первый взгляд кажется несущественной, но с учетом высокой степени загрязненности сточных вод различными минеральными и органическими веществами их негативное влияние на экосистему реки существенно возрастает.
Крупные целлюлозно-бумажные комбинаты (ЦБК) и другие многочисленные предприятия способствуют дополнительному поступлению органического вещества на фоне его высокого естественного содержания в воде. Это обусловлено физико-географическими условиями региона: избыточным увлажнением территории при дефиците тепла и наличием болот с высоким содержанием фульво- и гуминовых кислот.
В летний период (июль-август) в основном в устьевой области Северной Двины и её притоках (рис.1) была проведена экспедиция на научно-исследовательском судне «Айсберг-2».
Уникальность экспедиции состоит в том, что впервые для данного региона был проведен масштабный отбор проб для определения в них валовой ртути и ее миграционных форм по всей длине реки и в зоне смешения пресных вод с морскими, сопровождавшийся комплексными гидролого-гидрохимическими исследованиями.
Необходимость проведения подобной работы связана с тем, что результаты определения ртути, как ни одного из других тяжелых металлов, характеризуются большой вариабельностью, обусловленной естественными, антропогенными факторами и процессами и техническими возможностями применяемой аппаратуры, а также методик отбора и подготовки проб к анализу [4-10]. Вышеизложенное подтверждено результатами интеркалибрации определений ртути в
Белое море
1 - о. Мудьюг; 2 - Сухое море; 3 - о. Лебедин; 4 - Устьян-ские поворотные створы; 5 - Муровые поворотные створы; 6 - д. Лапоминка; 7 - д. Чижовка; 8 - Старая Ижма; 9 - порт Экономия; 10 - Лесозавод №24; 11 - Нижние Повракуль-ские створы; 12 - Гидролизный завод; 13 - Архангельск, Соломбала; 14 - выше о. Молодежный; 15 - Вершина дельты (ж. д. мост); 16 - Порт Бакарица; 17 - Новодвинск; 18 -Усть-Пинега; 19 - устье р. Усть-Пинега; 20 - р. Соломбалка; 21 - р. Юрас; 22 - пр. Кузнечиха, лесозавод №29; 23 - пр. Кузнечиха, ниже ЦБК, ТЭЦ, СДК; 24 - пр. Кузнечиха, выше ЦБК, ТЭЦ, СДК; 25 - рукав Корабельный; 26 - рукав Мурманский; 27 - рукав Никольский 1 о
пункты отбора проб
^ • станции проведения суточных наблюдений ^ промышленные объекты
IT
направление течения вод
стандартных пробах воды, проводившейся лабораторией AMOS-Proficiency Test. Water Analysis. Разброс результатов был весьма существен. В международном эксперименте принимал участие А.М. Аниканов - аналитик, который занимался определением ртути в пробах, отобранных в районе экспедиции. По точности результатов определений, проводившихся 30 лабораториями из разных стран мира, полученные им данные не вышли из коридора допустимых погрешностей значений.
При проведении экспедиции большое внимание было уделено отработке и усовершенствованию мето-
дики отбора и подготовки проб и ее адаптации к поверхностным водам севера ЕТР, поскольку мировой опыт и личные наблюдения свидетельствуют о большой вероятности их неумышленного загрязнения или, наоборот, потере части ртути во время транспортировки и хранения.
Ранее на различных водных объектах ЕТР была применена модифицированная методика отбора, подготовки проб и определения в них содержания ртути. Она была детально описана в работах [8-11]. Отметим, что использовались два способа разложения проб: сухое и «мокрое» сжигание [12,13]. В фильтрованной воде определялась общая растворенная ртуть (Н£рф или Ияробщ). Во взвешенном веществе прямым путем определялось абсолютное содержание ртути (^взв в мкг/г сух.в.). Затем абсолютное содержание ртути пересчитывалось с учетом концентрации взвешенного вещества в пробе воды на ее содержание в одном литре (^взв в мкг/л). Эта же величина рассчитывалась по разности между содержанием ртути в нефильтрованной (валовая форма) и фильтрованной (растворенная форма) пробах воды (^взв в мкг/л)= Иявалн - ^рф). Величины ^взв, полученные расчетным путем и прямым определением, сравнивались между собой. После этого рассчитывалась ошибка определения в %. Таким способом определяли: 1) достоверность полученных данных; 2) степень извлечения ртути из взвешенного вещества; 3) достигалось понимание причин, вызвавших аномальные отклонения содержания растворенной и взвешенной форм ртути.
Вода р. Северная Двина (в створе с.Усть-Пинега) характеризовалась гидрокарбонатно-кальциевым составом, что свойственно водам местного стока на большей части их водосбора. Минерализация воды на ст. «с.Усть-Пинега» варьировала в пределах от 228,2 до 230,3 мг/л, а на участке ст. «г.Новодвинск» - ст. «В черте г. Архангельска» - от 242,5 до 252,5 мг/л. Придонный слой воды на этих же станциях имел обычно несколько большую минерализацию. Расход воды изменялся от 1650 ст. «В черте г.Архангельска» до 1850 м3/с (ст. «с.Усть-Пинега»). Для сравнения, минерализация воды такого притока, как р.Юрас, была 268,6 мг/л, а расход воды составлял 70 м3/с. Содержание кислорода на участке реки ст. «с.Усть-Пинега» - ст. «В черте г.Архангельска» изменялось в среднем от 6,10 до 7,25 мг/л соответственно. Придонный слой воды в большинстве своем содержал меньше молекулярного кислорода, чем поверхностный. Значения БИ в поверхностном слое воды изменялись в пределах +80,2 + +127,4 мВ, в то время как в придонном они были обычно несколько ниже, что корреспондирует с данными по содержанию кислорода. Величины рН находились в пределах 8,1-8,3. Значимых изменений в поверхностном и придонном слоях воды не обнаружено.
Температура поверхностного слоя воды во время экспедиции на участке реки ст. «с. Усть-Пинега» -ст.«Вершина Дельты» (« В черте г.Архангельска») была в основном в интервале 21,0-22,2 оС (до 10.08.04 г.), затем она снизилась до 18,0 оС (17.08.04 г.). Содержа-
ние метана в поверхностном и придонном слоях воды находилось в пределах 10,5-21,4 мкл/л. Значения БИ поверхностного слоя донных осадков (0-5 см) изменялись от -21,4 до +75,4 мВ, в то время как значения рН находились в интервале 6,9-7,8.
Содержание взвешенного вещества на ст. «с.Усть-Пинега» варьировало в поверхностном слое воды в пределах 3,6-5,2 мг/л (среднее 4,3 мг/л), в придонном - 5,3-5,5 мг/л (среднее 5,4 мг/л). Затем оно существенно возрастало по стволу реки, достигнув в поверхностном 12,7-15,6 мг/л (среднее 14,0 мг/л) и придонном - 11,6-17,3 мг/л (среднее 14,3 мг/л) слоях воды на ст. «г. Новодвинск» и затем несколько снизившись на ст. «В черте г.Архангельска» соответственно до 6,29,4 мг/л (7,8 мг/л) и 6,3-11,1 мг/л (8,7 мг/л). Таким образом, в вершине дельты р.Северная Двина содержание взвешенного вещества в среднем для поверхностного и придонного слоев воды уменьшилось на 5,9 мг/л.
Экспедиционные исследования на устьевом участке в Северной Двине проводились в протоках Май-макса Кузнечиха, р.Соломбалка, р. Юрас, Старая Иж-ма и Двинской губе. В рукавах Корабельный, Мурманский и Никольский пробы отбирались в их верховьях. Важным отметить, что удалось провести исследования в фазы прилива и отлива. При «малой воде» (отлив) глубина на станциях варьировала в пределах 3,2-15,4 м, а при «большой воде» (прилив) на тех же самых станциях она изменялась от 4,0 до 17,0 м. Существенные различия наблюдались и для таких параметров, как температура воды, значения БИ, рН, соленость, содержание кислорода и метана. Так, при отливе температура воды была существенно выше, чем при приливе, соответственно 14,419,4 оС и 12,4-17,6 оС. Значительные изменения происходили и с соленостью (минерализацией). При отливе на одних и тех же станциях она колебалась в пределах 0,05-17,9 %о, тогда как при приливе - от 0,40 до 19,1 %о. Изменение температуры и солености в условиях «малой» и «большой» воды по длине и глубине на участке пр. Маймакса - Двинская губа (ст. № 115) показаны на рис.2, 3. Содержание кислорода при приливе и отливе изменялось менее заметно и составляло соответственно - 5,62-8,11 и 6,49-7,97 мг/л. В условиях «малой воды» значения БИ в основном положительные - от +60,0 до +126,1 мВ, тогда как в условиях «большой воды» регистрировались как положительные, так и отрицательные значения - от -34,0 до + 92,0 мВ. Значения рН были более высокими при приливе (от 7,77 до 8,10) в сравнении с таковыми при отливе (от 7,42 до 8,12). Концентрация метана в воде в подавляющем большинстве случаев была значимо выше при отливе (8,0-32,4, в среднем 19,4 мкл/л), чем при приливе (4,3-34,3, в среднем 21,3мкл/л). Наиболее резко эти различия проявлялись в придонном слое воды.
В р. Юрас, протоках (Маймакса, Кузнечиха) и рукавах (Корабельный, Мурманский, Никольский) концентрация взвешенного вещества находилась в пределах 2,4-8,4 мг/л (среднее 5,7 мг/л) в поверхностном и
Номера станций
О 2 4 G 8 10 12 14 16 18 20 22
Расстояние от морского края дельты, км
0 2 4 8 8 10 12 14 16 18 20 22
Расстояние от морского края дельты, км Рис. 2 Распределение солености: а - «малая вода»;
б - «большая вода»
-3-
изогалины
Номера станций I_8_ 9 10
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 2t
Расстояние от морского края дельты, км
Номера станций
7 9 10
10 12 14 16 18 га 22 24
Расстояние от морского края дельты, км Рис. 3 Распределение температуры а - малая вода, м б - «большая вода» ™ 17— изотермы
4,5-5,7 мг/л (среднее 5,0 мг/л) - в придонном слоях. Отмечены две важные особенности распределения взвешенного вещества. Одна из них - изменение его распределения в толще воды. Так, если на участке р. Северная Двина от «ст. с. Усть-Пинега» ст. «Вершина дельты» содержание взвешенного вещества было выше в придонном слое воды по отношению к поверхностному, то в протоках (за исключением протоки Маймакса) и рукавах наблюдалась обратная картина. Другая особенность заключалась в более низкой концентрации взвешенного вещестНомЕрводашпрЬток по сравнению с его содержанием в рукавах. Эти явления можно объяснить работой механического барьера (условно назовем его первым), который приводит к дифференциации взвешенного вещества в поверхностном и придонном слоях воды в вершине дельты. В связи с замедлением скорости водного потока здесь осаждаются наиболее крупные и тяжелые (главным образом минеральные) частицы взвешенного вещества, которых больше в придонном слое воды по сравнению с поверхностным. Это способствовало относительному обогащению взвешенного вещества органическими компонентами. В условиях отлива по руслам проток и рукавов наблюдается «плавное» снижение концентрации взвешенного вещества в поверхностном и придонном слоях воды в направлении устьевого взморья. Прилив вызывает нарушение этого распределения, способствуя образованию на участках внедрения морских вод линз с пониженным содержанием взвешенных веществ. Поэтому второй механический барьер, возникающий на пути северодвинских вод в зоне смешения «река - море», выражен менее резко при приливе, чем при отливе.
В условиях прилива в протоках и рукавах !в тт дельты возрастают соленость, значения рН, а
снижаются температура воды, содержание кислорода и значения БИ. Появляются даже участки, где величина БИ понижается до отрицательных значений. Интересно, что в подобных местах во время прилива содержание метана становится более высоким, чем это было при отливе.
Были рассчитаны уравнения регрессии между содержанием ртути, с одной стороны, и такими параметрами, как расход воды, минерализация, рН, БЬ, температура, цветность, содержание взвешенного вещества, кислорода, хло-ридных и сульфатных ионов, лигносульфо-натов, фенолов, соединений азота, общего фосфора, бихроматной (ХПК) и пермангенетной (ПО) окисляемости - с другой. Дано теоретическое обоснование наличия или отсутствия между ними связи.
Расход воды реки. Не было отмечено какой-либо корреляции между этим параметром и содержанием всех миграционных форм ртути. Отсутствовала также
значимая связь между содержанием взвешенного вещества и концентрацией ртути. В то же время прямо пропорциональная зависимость наблюдалась между расходом воды р. Северная Двина и концентрацией взвешенного вещества. По-видимому, это говорит о том, что на распределение и уровни концентрации ртути, а также трансформацию ее форм, доминирующее влияние в сравнении с природными оказывают антропогенные факторы и процессы.
Соединения азота, общий фосфор, кремний. Между этими веществами и содержанием валовой ртути или ее форм миграции корреляции не обнаружено. В то же время для ряда рек южных районов ЕТР была зафиксирована прямо пропорциональная зависимость между содержанием различных соединений азота, фосфора и ртути [7]. Слабая положительная корреляция наблюдалась только с аммонийным азотом. Наиболее вероятным объяснением этого феномена является то, что ртуть попадает в воды дельты р. Северная Двина в основном в составе сточных вод различных производств, а не бытовых стоков.
Соленость, содержание хлора. При приливе соленость может оказывать двоякое воздействие. Повышение солености вызывает стратификацию вод в рукавах и протоках. В связи с этим толща воды в зависимости от содержаний ионов хлора и значений рН (последние в связи с относительно узким диапазоном играют меньшую роль) может сильно отличаться по содержанию и формам нахождения ртути на одних и тех же станциях. Так, в результате смешения пресных и соленых вод и роста содержания иона хлора до концентрации 0,527-0,726 мг/л токсичность вод будет повышаться. Одновременно под воздействием хло-ридных ионов будет наблюдаться усиление выщелачивания ртути из донных отложений, но в то же время ее токсичность в связи со склонностью к связыванию в комплексы ^С142- при дальнейшем возрастании хлорности должна снижаться. Процесс метилирования ртути при увеличении солености, в свою очередь, будет подавляться. Те же явления происходят и в зоне смешения речных вод с водами Белого моря в Двинской губе. Прекрасной иллюстрацией к сказанному служат наши наблюдения в условиях «малой» и «большой» воды - в протоке Маймакса. Например, на станции Нижние Повракульские створы (см. рис.3) в протоке Маймакса соленость при отливе была в поверхностном и придонном слоях воды 0,20-0,09 %о, при приливе - 0,40 и 1,43 %.
Для расчета концентрации хлоридных ионов и последующего определения форм нахождения ртути нами была выведена формула: у=518,11х - 99,566 (1=0,999), где у - содержание иона хлора, мг/л; х - соленость, %. Эта формула работает в интервале солености 0,2-15,0 % . Рассчитано, что в условиях солености от менее 1,0 до 1,24 % растворенная в воде ртуть присутствует главным образом в виде малотоксичной ^(ОН)2. В интервале солености 1,24-1,62 % растворенная ртуть представлена преимущественно в виде ^С12. Соленость, при которой доминантной формой становится тетрамеркурхлорид, находится в пределах 12,46-14,05 %о. Таким образом, одновременно на одной и той же станции возможно присутствие в воде как малотоксичных, так и токсичных форм ртути. Следует
отметить, что модельные расчеты проводились при значениях рН=7,4-8,1. Изменения этого параметра будут приводить к смещению границ перехода растворенной ртути из одной формы нахождения в другую.
Содержание кислорода. Анализ распределения содержания кислорода и ртути показал, что эти два вещества ведут себя по-разному. Если рассматривать весь массив данных, то между концентрацией валовой и растворенной форм ртути и содержанием кислорода наблюдается слабая отрицательная корреляция. В придонном слое воды эта связь становится более тесной, в то время как в поверхностном зависимость между концентрацией кислорода и ртути проявляется или весьма слабо, или отсутствует вообще. Отрицательная связь между содержанием кислорода и ртути, вероятно определяется существованием в придонном слое более восстановительной обстановки, которая (в условиях отлива, благодаря, прежде всего, повышенному содержанию здесь пула бактерий - сульфатре-дукторов и метаногенов) стимулирует образование и эмиссию метилртути из донных отложений в воду.
Образование анаэробных зон с низким содержанием кислорода часто наблюдается в норвежских фиордах, куда в результате прилива поступают обедненные этим элементом глубинные воды [14]. По мнению авторов [15], в эстуариях биологическая активность и мобильность элементов находятся под влиянием циклических изменений, связанных с деятельностью приливов и отливов. Под действием анаэробных процессов ртуть может высвобождаться из донных отложений и связываться в комплексы с ионами хлора. При этом широко распространенные в соленых маршах бактерии БезиЦЪуШгю играют двоякую роль. Когда соленые марши затапливаются, эти организмы редуцируют сульфат в сульфид, который в результате осаждает ртуть в виде её сульфида. Но, с другой стороны, когда начинается отлив и содержание сульфатного иона снижается, бактерии сульфат-редукторы катализируют образование метилртути под действием анаэробных условий. В обстановке дефицита сульфатов этот процесс активизируют также и бактерии - метаногены [4, 7].
Значения рН. Связь между массивом данных по содержанию всех форм ртути и значениями рН не проявляется. С другой стороны, отрицательная корреляция обнаруживается для зависимости рН - ^вал, Н§р в поверхностном слое (г = 0,63), в то время как в придонном слое воды она становится положительной (г = 0,36). Эти результаты требуют еще своего осмысления, что и будет происходить при дальнейших исследованиях.
Значения ЕЙ. В поверхностном слое воды значения БИ и содержания валовой ртути и ее растворенной формы имеют положительную корреляцию (г = 0,36), в то время как в придонном слое она отрицательна (г = -0,69). Обращает на себя внимание более тесная связь содержания ртути в придонном слое воды со значениями окислительно-восстановительного потенциала. Это еще раз подтверждает предположение [4] об активизации процессов перехода ртути из донных отложений в воду при понижении значений БИ. В верхнем слое донных отложений, где были обнаружены высокие содержания метана, ртути и присутство-
вал запах сероводорода, как правило, значения Eh были отрицательными.
Метанол. Это органическое вещество в основном имеет техногенное происхождение. Оно поступает в речную сеть или непосредственно со сточными водами, или образуется in situ при трансформации различных органических отходов целлюлюзно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, например, лигносульфонатов. Природные источники имеют здесь подчиненное значение. Содержание метанола в водах было чрезвычайно высоко и изменялось от 0,11 (ст. «с. Усть-Пинега») до 0,31 мг/л (ст. «В черте г. Архангельска»,ст. «р. Юрас»). Нам не удалось зафиксировать значимую связь между содержаниями метанола и ртути. Возможно, это обусловлено небольшим количеством определений, а также относительно узким диапазоном концентраций метанола. Слабая положительная корреляция обнаружена между содержанием метанола и метана, что подтверждает предположение о большой вероятности его потребления микробным метаногенным сообществом с целью производства метана и метилирования ртути [4].
Лигносульфонаты - продукт целлюлозно-бумажной промышленности, постоянно присутствующий в водах р. Северная Двина и реках ее бассейна. Содержание лигносульфонатов изменялось от 1,0 до 1,8 мг/л. Максимальные содержания этого вещества наблюдались в р. Юрас, пр. Кузнечиха, ст. Усть-Пинега. Не было отмечено связи между концентрацией лигно-сульфонатов и различными формами ртути, за исключением трех проб воды, где она была зарегистрирована. В то же время мы полагаем, что теоретически она должна существовать. Положительная корреляция (как это было в трех случаях) возможна при синхронном поступлении лигносульфонатов и ртути в факеле неочищенных или слабо очищенных сточных вод целлюлозно-бумажного производства. Ртуть может сорбироваться молекулами лигносульфонатов в процессе их коагуляции, а также выводиться из растворенного состояния при сорбции этих веществ на взвешенных частицах природного и антропогенного происхождения, бентосных водорослях и клеточных стенках микроорганизмов в донных отложениях.
Разбавление является главным процессом в самоочищении поверхностных вод от лигносульфонатов. Другим важным процессом служит бактериально-окислительная деструкция лигносульфонатов. Бактерии их разрушают и потребляют для извлечения углерода. Однако процесс деструкции лигносульфонатов достаточно длителен и активизируется при повышении температуры воды. Продуктами распада лигносульфонатов являются такие токсичные вещества, как фенолы, метанол, летучие монокарбоновые кислоты. Вероятна также трансформация лигносульфонатов до гуми-новых кислот. Если это имеет место, то ртуть должна сорбироваться на них и выводиться из воды. Не исключено, что подобный механизм наряду с другими способствует накоплению ртути в донных отложениях.
Фенолы попадают в реку непосредственно в составе сбросов вод целлюлозно-бумажного производства, а также образуются in situ при трансформации природных и антропогенных органических веществ. Они могут косвенно воздействовать на биогеохимический
цикл ртути, возможно, поэтому не было обнаружено корреляции между содержанием фенолов в воде и ртути. Их содержание в воде варьировало в пределах 0,001-0,006 мг/л. На окисление фенолов, как и метана, расходуется кислород, что приводит к увеличению количества углеродпотребляющих бактерий. Снижение содержания кислорода, в свою очередь, способствует формированию более восстановительных условий, прежде всего на границе раздела «вода - донные отложения».
Гумусовые кислоты поступают в р. Северная Двина и ее притоки из природных (болота) и антропогенных источников, а также образуются непосредственно в самих водотоках. В период проведения экспедиции органические вещества были представлены преимущественно темно-окрашенными гумусовыми веществами. Бихроматная и перманганатная окисляемость, а также цветность воды были повышены. По показателю цветности пересчитывалось содержание фульфо-кислот. Между содержанием фульвокислот в воде и растворенной ртутью наблюдалась тесная корреляция (г = 0,71). Это, а также прямо пропорциональная зависимость между отношением перманганатной окис-ляемости к бихроматной и содержанием растворенной формы миграции ртути (г = 0,61), свидетельствует о том, что последняя мигрирует в виде органических комплексов.
Концентрация валовой ртути проявляет положительную корреляцию (г = 0,41) с содержанием ХПК (бихроматная окисляемость), что подтверждает теоретико-экспериментальные исследования Варшал и др. [5] о потенциальной способности гуминовых кислот, составляющих основу показателя ХПК, к сорбции ртути. Таким образом, в водных растворах между фульво- и гумусовыми кислотами наблюдается конкурентная борьба за перехват ртути и, следовательно, за ее токсичность. Гуминовые кислоты будут способствовать выведению ртути из воды и понижать токсичность воды, в то время как фульвокислоты будут вызывать обратный эффект. Однако сорбция ртути гуминовыми кислотами с последующим соосаждени-ем их в составе взвеси и аккумуляцией в донных отложениях не приведет к ее полному захоронению. На границе раздела «вода - донные отложения» начинают работать биохимические процессы, которые будут способствовать разрушению гуминовых кислот с высвобождением ртути и ее диффузией в воду [4,7]. При этом нельзя исключить возможность переноса паров элементной ртути и метилртути в составе пузырьков восстановленных газов.
Сток ртути определялся для р. Северная Двина в меженный период времени (август 2004 г.). Известно, что концентрация некоторых микроэлементов может проявлять значимую связь с расходами воды. Что же касается ртути, то подобная зависимость для рек южных районов ЕТР отмечена не была [8-11]. В опубликованной литературе описания подобной закономерности нами также не встречено.
Применялся прямой метод расчета выноса, поскольку в нашем распоряжении были результаты непосредственного определения этого элемента. Он производился по формуле: Крт=''с, где w - объем водного стока за расчетный период времени, км ; с -
средняя концентрация химического элемента за расчетный период времени. Сток ртути Ярт выражался в тоннах за расчетный период. объем водного стока (км3) рассчитывался по формуле: w=8,64T0 5рТ, где Р - средний расход воды за расчетный период, м3/с; Т - время, сутки.
Некоторые затруднение вызвал выбор створа, по которому должен оцениваться вынос ртути в Белое море. Это было вызвано тем, что во всех расчетах Росгидромета фигурирует замыкающий створ ст. Усть-Пинега. Но наши исследования показали, что при попадании в вершину дельты происходит трансформация водного и солевого стока, а также стока минерального и органического веществ, что не может не повлиять на уровни концентрации ртути в дельте. Более того, после проведения экспедиции в нашем распоряжении появились данные о содержании ртути в протоках и рукавах, а также сведения о расходах воды в них. Была произведена оценка выноса валовой ртути, ее растворенной и взвешенной форм миграции как для условно замыкающего створа, так и раздельно для каждого рукава и протоки, непосредственно впадающих в Двинский залив.
По нашим расчетам, сток ртути в августе 2004 г. по створам распределился следующим образом. Валовая форма ртути: ст. «с. Усть-Пинега» - 0,386 т; ст. «Вершина дельты» - 0,484 т; на участке Северная Двина - Двинская губа - 0,396 т. Растворенная форма миграции ртути: ст. «с. Усть-Пинега» - 0,347 т; ст. «Вершина дельты» - 0,445 т; на участке Северная Двина - Двинская губа - 0,3867 т. Взвешенная форма миграции ртути: ст. «с. Усть-Пинега» - 0,0496 т; ст. «Вершина дельты» - 0,0390 т; на участке Северная Двина - Двинская губа - 0,0299 т. Приведенные результаты имеют ориентировочный характер и будут корректироваться по мере поступления новых данных за более длительный период наблюдений, полученных как непосредственно авторами, так и в результате анализа базы данных.
Отметим следующие особенности распределения ртути по формам миграции и трансформации их стока по руслу реки:
- количество валовой ртути, которое было определено непосредственно и путем суммирования ее растворенной и взвешенной форм, дало хорошую сходимость;
- в 90 % случаев количество непосредственно определяемой валовой ртути было несколько выше той, что рассчитывалось путем суммирования двух ее форм миграции;
- соотношение растворенной и взвешенной форм с их суммарным содержанием по створам распределилось следующим образом: ст. «с.Усть-Пинега» - 87,5 % растворенная форма, 12,5 % взвешенная форма; ст. «Вершина дельты» - 92,0 % растворенная форма, 8,0 % взвешенная форма; ст. участок Северная Двина -Двинская губа - 92,8 % растворенная форма, 7,2 % взвешенная форма. Это свидетельствует о том, что, во-первых, миграция ртути происходит преимущественно в растворенной форме, а во-вторых, последняя начинает еще больше превалировать над взвешенной вниз по течению реки;
- максимальный сток ртути наблюдается на ст. «Вершина дельты», а затем он несколько снижается на участке р. Северная Двина - Двинская губа.
Таким образом, структура стока ртути в р. Северная Двина сдвинута в сторону ее миграции в растворенной форме, тогда как в южных районах ЕТР мы имеем во многих случаях обратную картину распределения [4, 9, 10].
Работа выполнена при финансовой поддержке проектов РФФИ № 03-05-65187 и НШ-1967.2003.5.
Литература
7
1. Васильев Л.Ю. // Проблема загрязнения р. Северной Двины и пути её решения: Тезисы докладов VI Всерос. гидрологического съезда. СПб., 2004. С.130-131.
2. Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Ломова Д.В. // Метеорология и гидрология. 2003. № 2. С.77-90.
3. Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2002 г. Доклад. Архангельск, 2003.
4. Федоров Ю.А. // Проблемы гидрометеорологии и геоэкологии: Сб. науч. статей. Ростов н/Д, 2004. С.200-213.
5. Варшал Г.М., Кощеева И.Я., Хушвахтова С.Д. и др.// Геохимия. 1999. № 3, С.269-275.
6. Fedorov Y. A. // Mercury in suspended material of water ecosystem: 4th European Meeting on Environmental Chemistry. Plymouth, England, 10-13 December, 2003. P.60.
7. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н. и др. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2000. № 4. С.68-73.
8. Федоров Ю.А. и др. // О соотношении растворенной и взвешенной форм ртути на примере р. Дон: Тез. докл. XV Междунар. школы морской геологии. Геология морей и океанов. Т.1. М., 2003. С.344-346.
9. Овсепян А.Э. и др. // «Комплексные исследования биологических ресурсов южных морей и рек» (7-9 июля 2004 г.): Материалы Первой международной научно-практической конференции молодых ученых. Астрахань, 2004. С.142-144.
10. Федоров Ю.А. и др. // Ртуть в зоне смешения «река - эстуарий - море» ЕТР. VI Всеросс. гидрологический съезд: Тез. докл. Секц. 4: Экологическое состояние водных объектов. Качество вод и научные основы их охраны. СПб.: 2004. С.119-121.
11. Федоров Ю.А. и др. // Экосистемные исследования Азовского моря и побережья. Апатиты, 2002. Т.4. С.150-166.
12. Зелюкова Ю.В., Дидоренко .Т.О., Козлова С.И. // Применение непламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии ртути для определения микроколичеств ртутьорганических соединений: Тез. докл. V Всесоюз. конф. по аналитической химии органических соединений. М., 1984. С.28-29.
13. Козлова С.И., Зелюкова Ю.В. // Подготовка проб объектов окружающей среды для определения ртути методом непламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии: Тез. докл. V науч. конф. по аналитической химии Прибалтийских республик, Белорусской ССР и Калининградской обл. Вильнюс, 2-3 октября 1986. М., 1986. 4.II. С.317.
14. Stumm M., Morgan J.J. Aquatic chemistry, 2nd Edition. John Willey and Sons. New York, 1981.
15. Folsom B.R., Wood J.M. // Elsevier Oceanography Series. 1986. P.43.
Ростовский государственный университет_
_2 февраля 2005 г.
