CC BY
11
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ», №4, 2020
ГЕОЭКОЛОГИЯ
ФГБУ «Высокогорный геофизический институт», atabieva0812@mail.ru, г. Нальчик, Россия sgekkieva@list.ru
ОЦЕНКА УРОВНЯ СОДЕРЖАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА И МОЛИБДЕНА В ВОДЕ РЕК БАССЕЙНА Р. ТЕРЕК
проведение многолетнего мониторинга качества поверхностных вод на конкретной территории выявляет региональные особенности формирования химического состава природных вод и диапазоны количественных характеристик изучаемых соединений загрязняющих веществ.
Материалы и методы
исследований: в работе изучается многолетняя изменчивость (2005-2019 гг.) уровня содержания растворенных форм соединений марганца и молибдена в воде четырех рек: Терек, Малка, Баксан, Черек. Выбор указанных соединений металлов обусловлен предположением о их значительном содержании в горных породах, слагающих водосборный бассейн р. Терек и активным их участием в геохимических процессах. Определение уровня содержания растворенных форм указанных соединений проводилось атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра с электротермической ато-мизацией «МГА-915М». Для математико-статистической обработки данных применялась программа Excel.
Результаты исследований
и их обсуждение: результаты анализа, представленные, в таблице 1 показывают, что диапазон колебаний концентраций соединений указанных металлов в исследуемых объектах и в среднем и нижнем течении различаются. этот показатель является важной характеристикой ряда и дает первое общее представление о различии показателей внутри совокупности. Выявленные уровни содержания соединений тяжелых металлов (ТМ) в воде рек за исследуемый многолетний период иллюстрированы гистограммами.
Выводы: в воде рек Баксан, Терек, Малка, Черек за период 2013-2019 гг.
характерна тенденция к возрастанию уровня для содержания соединений марганца, как в среднем, так и в нижнем течении. Превышение предельно допустимых концентраций растворенных форм соединений марганца и молибдена, связано в основном с особенностями литологического строения водосборных бассейнов. Повышенные значения содержания молибдена наблюдаются в воде р. Баксан в среднем течении, что объясняется расположением на территории водосбора реки хвостохранилища горно-обогатительного комбината.
Ключевые слова. Бассейн реки Терек, соединения марганца и молибдена, загрязнение, среднее и нижнее течение.
25.00.36 УДК 504.4.054
Атабиева Ф.А., Геккиева С.О.
Введение:
Atabieva F.A., Federal State Budgetary Institution
atabieva0812@mail.ru, Gekkieva S.O. "High Mountain Geophysical Institute", Nalchik, Russia sgekkieva@list.ru
Assessment оf the Content Level оf Manganese and Molybdenum Compounds in the Water оf the Rivers оf the River Basin Terek
Introduction: Long-term monitoring of the quality of surface waters in a specific area
reveals regional features of the formation of the chemical composition of natural waters and the ranges of quantitative characteristics of the studied compounds of pollutants.
Materials and methods
of the research: The work studies the long-term variability (2005 - 2019) of the content of dissolved forms of manganese and molybdenum compounds in the water of four rivers: Terek, Malka, Baksan, Cherek. The choice of these metal compounds is due to the assumption of their significant content in the rocks that make up the drainage basin of the Terek River and their active participation in geochemical processes. Determination of the content level of the dissolved forms of these compounds was carried out by the atomic absorption method using a spectrometer with electrothermal atomization "MGA-915M". Excel was used for mathematical and statistical data processing.
The results of the study
and their discussion: The results of the analysis presented in Table 1 show that the range of fluctuations in the concentrations of the compounds of these metals in the studied objects and in the middle and lower reaches are different. This indicator is an important characteristic of the series and provides the first general idea of the difference in indicators within the population. The revealed levels of the content of heavy metal compounds (HM) in the water of rivers for the studied long-term period are illustrated by histograms.
Conclusions: In the water of the Baksan, Terek, Malka, Cherek rivers for the period 2013-
2019, there is a tendency towards an increase in the level for the content of manganese compounds, both in the middle and in the lower reaches. Exceeding the maximum permissible concentrations of dissolved forms of manganese and molybdenum compounds is mainly associated with the peculiarities of the lithological structure of the catchment basins. Increased values of the content of molybdenum are observed in the water of the Baksan river in the middle course, which is explained by the location of the tailing dump of the mining and processing plant in the catchment area of the river.
Key words:
Basin of the Terek river, manganese and molybdenum compounds, pollution, middle and lower reaches.
науки о земле
_Оценка уровня содержания соединений марганца и молибдена в воде рек..
Атабиева ф.А., геккиева С.о.
Введение
Во всем мире резко возросло воздействие человека на окружающую среду, и стало очевидным, что бесконтрольная эксплуатация природы приводит к весьма серьезным негативным последствиям. Состояние биосферы изменяется под влиянием естественных и антропогенных воздействий. Однако есть существенное различие в результатах таких воздействий: состояние биосферы, непрерывно меняющееся под влиянием естественных причин, как правило, возвращается в первоначальное состояние, а если говорить о воздействии человека на экосистему, то оно может привести к серьезным необратимым проблемам для определенных подсистем природной среды.
Показателем по масштабу возможного воздействия на природную среду, где возможна значительная антропогенная перестройка экосистемы, являются открытые водные объекты. Водные элементы среды во многом определяют состояние среды в целом. Среди множества токсикантов, попадающих в природные воды, особое значение имеют соединения тяжелых металлов (ТМ). Активно включаясь в миграционные циклы, они аккумулируются в различных компонентах водных экосистем. Особая опасность соединений ТМ заключается в том, что, в отличие от токсикантов органической природы, в большей или меньшей степени разлагающихся в природных водах, ТМ в них стабильны и изменяют только свои формы нахождения, сохраняются в ней длительное время даже после устранения источника загрязнения [1].
материалы и методы исследований
В данной статье представлены результаты исследований содержания соединений марганца и молибдена в воде рек бассейна р. Терек (р. Черек, р. Малка, р. Баксан). Река Терек представляет собой большой интерес для экологического мониторинга, т.к. бассейн реки охватывает весь Северный Кавказ (площадь водосборного бассейна - 43 200 км2, длина реки - 623 км). Река Терек протекает по территориям Грузии, Северной Осетии, Кабардино-Балкарии, Ставропольского края, Чечни и Дагестана.
Река Терек берёт свое начало на склоне Главного Кавказского хребта в Трусовском ущелье, из ледника горы Зилга-Хох на высоте 2713 м над уровнем моря. Впадает в Аграханский залив и Каспийское море, образуя дельту площадью около 4000-6000 км2. Река Терек протекает по трем геоморфологическим зонам: горной, предгорной и равнинной.
В работе изучается многолетняя изменчивость, уровня содержания соединений тяжелых металлов, таких как марганец и молибден, в воде рек бассейна р. Терек. Выбор указанных соединений металлов обусловлен предположением об их значительном содержании в гор-
Рис. 1. Бассейн реки терек.
Fig. 1. Terek river basin.
ных породах, слагающих водосборный бассейн р. Терек и активным их участием в геохимических процессах. Необходимость такого рода исследований связана с оценкой уровней их содержания в процессе их распределения по течению рек.
Река Малка - самый большой левобережный приток Терека: длина реки 200 км, площадь водосбора 10 500 км2.
Малка берет начало из ледников северного склона Эльбруса и имеет горный характер течения. Площадь оледенения в бассейне реки достигает 593 км2, что составляет около 6 % от общей площади водосбора.
Длина р. Баксан составляет 169 км, площадь водосборного бассейна - 6800 км2. Баксан берет свое начало из ледников в районе Эльбруса, имеет множество притоков, наиболее крупными из которых являются реки Черек и Чегем.
Река Черек образуется от слияния рек Черек Безенгийский и Че-рек Балкарский, берущих начало на ледниках северного склона Главного Кавказского хребта. Длина реки 79 км, водосборная площадь 3070 км2 [2]. Как было указано выше, истоки исследуемых рек сосредоточены в высокогорной зоне, на ледниках Большого Кавказа, в связи, с чем микроэлементный состав воды этих рек в значительной мере определяется степенью взаимодействия воды с горной породой [3].
В работе проанализированы многолетние данные об уровне содержания соединений молибдена и марганца в воде четырех рек (2005-
науки о земле
_Оценка уровня содержания соединений марганца и молибдена в воде рек..
атабиева ф.А., геккиева С.о.
2019 гг). Пункты наблюдений расположены в предгорной и равниной зоне (с. Эльхотово, с. Хамидие, с. Кашхатау, ст. Октябрьская, с. Малка, г Прохладный, с. Исламей). При отборе проб фиксировали температуру воздуха, воды и прозрачность. Консервацию проб осуществляли азотной кислотой. Определение концентраций соединений молибдена и марганца проводилось атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М» [4]. При оценке уровня загрязненности поверхностных вод использованы нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения [5]. Для математи-ко-статистической обработки данных применялась программа Excel [6].
результаты исследований и их обсуждение
Многолетняя изменчивость уровня содержания соединений молибдена и марганца в среднем и нижнем течении рек рассмотрена по диапазонам колебаний концентраций, медианным значениям концентрации и размаху ряда наблюдений в летний дождевой паводок (табл. 1). Как видно из таблицы 1, диапазон колебаний концентраций соединений указанных металлов в среднем течении и нижнем различаются. Этот показатель является важной характеристикой ряда и дает первое общее представление о различии показателей внутри совокупности [5].
Соединения молибдена (Mo) попадают в поверхностные воды в результате выщелачивания их из экзогенных минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы также со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии. Понижение концентраций соединений молибдена происходит в результате выпадения в осадок труднорастворимых соединений, процессов адсорбции минеральными взвесями и потребления растительными водными организмами.
В поверхностные воды марганец (Mn) поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, псиломелан, браунит, манганит, черная охра). Значительные количества марганца поступают в процессе разложения водных животных и растительных организмов, особенно сине-зеленых, диатомовых водорослей и высших водных растений. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и с шахтными водами. Факторами, определяющими изменения концентраций марганца, являются соотношение между поверхностным и подземным стоком, интенсивность потребления его при фотосинтезе, разложение фитопланктона, микроорганизмов и высшей водной растительности, а также процессы осаждения его на дно водных объектов.
ТАБЛИЦА 1. ВЕРОЯТНОСТНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КОНЦЕНТРАЦИЙ СОЕДИНЕНИЙ МОЛИБДЕНА И МАРГАНЦА (МКГ/Л) В ВОДЕ РЕК В СРЕДНЕМ И НИЖНЕМ ТЕЧЕНИИ, В ЛЕТНИЙ ДОЖДЕВОЙ ПАВОДОК Table 1. Probabilistic variability of the concentrations of molybdenum and manganese compounds (|jg / l) in river water in the middle and lower reaches, during summer rainfall
ингредиент Среднее течение нижнее течение
хср х50 хмин-хмакс N хср х50 хмин-хмакс n
Река Терек, с. Эльхотово Река Терек, с. Хамидие
Mo 0,41 0,35 0,1-1,1 15 0,44 0,47 0,1-1,1 4
Mn 12,42 11,83 0,87-30,66 15 8,00 4,06 1,12-27,21 14
Р. Черек С. Кашхатау Р. Черек Ст. Октябрьское
Mo 0,79 0,44 0,1-6,04 15 0,68 0,41 0,1-0,68 15
Mn 7,22 5,26 1,48-22,83 15 7,29 4,74 0,1-27,64 15
Река Малка, с. Малка Река Малка, город Прохладный
Mo 0,30 0,27 0,1-0,64 15 1,00 0,66 0,1-4,58 15
Mn 7,61 3,69 0,1-47,83 15 10,80 4,49 0,1-69,35 15
Река Баксан, с. Исламей Река Баксан, город Прохладный
Mo 2,59 2,14 0,32-8,30 15 1,35 0,61 0,1-4,94 15
Mn 9,15 3,47 0,1-55,90 15 10,92 3,67 0,1-58,30 15
Примечание. Жирным шрифтом выделены средние концентрации, превышающие ПДКр
В воде рек Терек и Черек значения средних концентраций соединений Мо в среднем и нижнем течении изменяются незначительно. В воде р. Баксан вниз по течению средняя концентрация молибдена значительно уменьшается, что очевидно связано с коэффициентом водной миграции элемента, характеризующий миграционную способность элементов в ландшафте. Уменьшение средней концентрации молибдена вниз по течению реки, возможно, связано с характерной особенностью водного объекта - способностью «мобилизовать силы», которые противодействуют нарушению природных условий и стремятся вернуть всю систему в первоначальное состояние [7, 8]. Также вниз по течению с изменением гидрологических характеристик и соотношения типов питания рек происходит переход растворенных
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
_Оценка уровня содержания соединений марганца и молибдена в воде рек..
Атабиева ф.А., геккиева С.о.
ТМ
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
Черек, нижнее течение Терек, нижнее течение
Малка, нижнее течение Баксан, нижнее течение
4
8,3
CD
4
2
0
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
I Черек, среднее течение Ш Малка, среднее течение
Терек, среднее течение Ш Баксан, среднее течение
Рис. 2. многолетняя изменчивость концентрации соединений мо-
либдена (мкг/л) в воде рек Баксан, терек, малка, Черек.
Fig. 2. Long-term variability of the concentration of molybdenum compounds (|jg / l) in the water of the Baksan, Terek, Malka, Cherek rivers.
форм соединений тяжелых металлов в донные отложения. Уровень содержания соединений молибдена в воде р. Малка значительно выше в нижнем течении реки, что возможно объясняется приносом их водой р. Баксан, так как р. Баксан в нижнем течении впадает в р. Малка.
За последние 6 лет было отмечено возрастание концентраций соединений Mn во всех реках, как в среднем, так и в нижнем течении (рис. 3).
Выводы
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что концентрация растворенных форм соединений молибдена и марганца в пробах воды характеризуется неоднородностью. В во-
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
40
Черек, среднее течение Терек, среднее течение
Малка, среднее течение Баксан, среднее течение
-559-
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
Рис. 3.
Черек, нижнее течение Терек, нижнее течение
Малка, нижнее течение Баксан, нижнее течение
многолетняя изменчивость концентрации соединений марганца (мкг/л) в воде рек Баксан, терек, малка, Черек.
Fig. 3. Long-term variability of the concentration of manganese compounds (jg / L) in the water of the Baksan, Terek, Malka, Cherek rivers.
де рек Баксан, Терек, Малка, Черек за период 2013-2019 гг. характерна тенденция к возрастанию уровня для содержания соединений марганца, как в среднем, так и в нижнем течении.
Загрязнение воды рек (Терек, Малка, Черек) соединениями тяжелых металлов имеет в основном природный характер. Это объясняется вертикальной зональностью территории, многообразием подсти-
НАУкИ о зЕмлЕ
_Оценка уровня содержания соединений марганца и молибдена в воде рек..
атабиева ф.А., геккиева С.о.
лающих горных пород и почв водосборных площадей, которые предопределяют повышенное содержание тяжелых металлов в воде рек Центрального Кавказа ледникового происхождения.
Превышающие значения предельно допустимых концентраций молибдена наблюдаются в воде р. Баксан в среднем течении, что объясняется расположением на территории водосбора р. Баксан хвос-тохранилища ликвидированного ОАО «Тырныаузский горно-обогатительный комбинат».
Одним из природных факторов, который может существенно изменить концентрацию химических элементов в водных системах, является режим атмосферных осадков. В засушливые годы за счет снижения уровня воды происходит увеличение концентраций химических элементов, а в дождливые годы, наоборот, их разбавление.
Библиографический список
1. Безуглова О.С., Орлов Д.С. Биогеохимия. Ростов на Дону: «Феникс», 2000.
2. Ресурсы поверхностных вод суши. Том 8. Северный Кавказ / Под ред. канд.геогр.наук В.В. Куприянова. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 448 с.
3. Газаев Х.-М.М., Атабиева Ф.А., Кучменова И.И., Жинжакова Л.З. Особенности формировании химического состава воды ледниковой реки Черек-Безенгийский. // Вода: химия и экология. 2016. №3 (93). С. 73-77.
4. ПНД Ф 14.1:2.253-09. Методика выполнения измерений массовых концентраций Al, Ba, Be, V, Fe, Cd, Co, Li, Mn, Cu, Mo, As, Ni, Sn, Pb, Se, Sr, Ti, Cr, Zn в природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектроскопии с использованием атом-но-абсорбционного спектрометра с электротермической атоми-зацией «МГА-915». М., 2009.
5. Перечень нормативов качества воды водных объектов рыбо-хозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения [Текст] / Приказ Росры-боловства от 13 декабря 2016 г. № 552 (с изменениями на 12 октября 2018 года).
6. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики. М.: Финансы и статистика, 2001. 480
7. Atabieva F., Gekkieva. Seasonal variability of the content of heavy metal compounds in the water of rivers in the foothills of the Central Caucasus. S.//IOP:// IOP Science.iop.org/artile/10.1088/1757-899x/913/5/052055.2020.
8. Геккиева С.О., Будаев А.Х. Моделирование сезонной изменчивости ПДС тяжелых металлов в открытых водоемах в системе экологического мониторинга. Журнал «Символ науки», ISSN 2410-700 X, №6 / 2020,с.148-152. https://os-russia.com/SB-0RNIKI/SN-2020-06.pdf.
References
1. Bezuglova O.S., Orlov D.S. Biogeochemistry. Rostov on Don: "Phoenix", 2000.
2. Land surface water resources. Volume 8. North Caucasus / Ed. Candidate of Geographical Sciences V.V. Kupriyanov. L.: Gidrome-teoizdat, 1973. 448 p.
3. Gazaev H.- M.M., Atabieva F.A., Kuchmenova I.I., Zhinzhakova L.Z. Features of the formation of the chemical composition of the water of the glacial river Cherek-Bezengiyskiy. // Water: chemistry and ecology. 2016. No.3 (93). p. 73-77.
4. PND F 14.1: 2.253-09. Technique for measuring mass concentrations of Al, Ba, Be, V, Fe, Cd, Co, Li, Mn, Cu, Mo, As, Ni, Sn, Pb, Se, Sr, Ti, Cr, Zn in natural and waste waters by the method atomic absorption spectroscopy using an atomic absorption spectrometer with electrothermal atomization "MGA-915". M.,2009.
5. The list of water quality standards for fishery water bodies, including standards for maximum permissible concentrations of harmful substances in the waters of fishery water bodies [Text] / Order of the Federal Agency for Fishery of December 13, 2016 No. 552 (as amended on October 12, 2018).
6. Eliseeva I.I., Yuzbashev M.M. General theory of statistics. Moscow: Finance and Statistics, 2001. 480 р.
7. Atabieva F., Gekkieva. Seasonal variability of the content of heavy metal compounds in the water of rivers in the foothills of the Central Caucasus. S.//IOP:// IOP Science.iop.org/artile/10.1088/1757-899x/913/5/052055.2020.
8. Gekkieva S.O., Budaev A.Kh. Modeling the seasonal variability of the MPD of heavy metals in open water bodies in the environmental monitoring system. Journal "Symbol of Science", ISSN 2410-700 X, No. 6/2020, p.148-152. https://os-russia.com/SB0RNIKI/SN-2020-06.pdf.
поступило в редакцию 23.11.2020, принята к публикации 01.12.2020
сведения об авторах
Атабиева фатима Адраевна, канд. хим. н., завед. лабор. Аналитической химии ФГБУ «Высокогорный геофизический институт», Россия, г. Нальчик, пр. Ленина, 2. E-mail: atabieva0812@mail.ru геккиева Сафият Омаровна, канд.ф.-м.н., снс ЛМФО ФГБУ «Высокогорный геофизический институт», Россия, г. Нальчик, пр. Ленина, 2, Researcher ID 57214244669. Тел.: 8(928) 69-36-444, E-mail: sgekkieva@list.ru
About the authors
Fatima Atabieva, cand. chem., head. lab. analytical chemistry of the Federal State Budgetary Institution "High Mountain Geophysical Institute", Russia, KBR, 360000, Nalchik, Lenin Ave., 2 E-mail: atabieva0812@mail.ru
safiyat Gekkieva, candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher of the Laboratory of Microphysics of Clouds of the Federal State Budgetary Institution "High-Mountain Geophysical Institute", Russia, KBR, 360000, Nalchik, Lenin Ave., 2, Researcher ID 57214244669. Tel: 8(928) 69-36-444. E-mail: sgekkieva@list.ru
