ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ УРОВНЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РЕКАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 502.51

Атабиева Ф.А.

кандидат химических наук Федеральное государственное бюджетное учреждение "Высокогорный геофизический институт,

КБР, г. Нальчик, Отарова А.С.

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Высокогорный геофизический институт,

КБР, г. Нальчик

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ УРОВНЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РЕКАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА

Аннотация

Введение. Распространенным химическим загрязнением поверхностных вод суши является загрязнение тяжелыми металлами. Тяжелые металлы, оставаясь токсичными даже в следовых количествах, оказывают негативное влияние на качество воды водных объектов. В воду изучаемых рек (Малка, Баксан, Черек, Чегем, Урух, Терек в среднем и нижнем течении) за счет выветривания горных пород поступают разнородные металлосодержащие соединения. В результате вода рек характеризуется весьма широким диапазоном изменения концентраций соединений тяжелых металлов. При этом концентрации некоторых соединений, обусловленные природными факторами, часто превышают единые общефедеральные нормативы качества воды (ПДК). Целью данного исследования является оценка содержания приоритетных соединений тяжелых металлов Mo, Mn и Cu в реках Центрального Кавказа с учетом влияния техногенных и природных источников загрязнения.

Материалы и методы исследований. Концентрации растворенных форм соединений тяжелых металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) с применением электротермической атомизации с использованием спектрометра «МГА-915М».

Результаты исследований и их обсуждение. Максимальные средние значения концентраций соединений молибдена 12,79 мкг/дм3 зафиксированы в среднем течении в воде р. Баксан. Максимальные средние значения концентраций соединений марганца обнаружены также в среднем течении в воде р. Малка 28,13 мкг/дм3. Максимальные средние значения концентраций соединений меди обнаружены в воде р. Баксан 3,43 мкг/дм3 в среднем течении. Полученные данные можно считать особенностями химического состава воды рек данной водосборной территории.

Выводы. Постоянное превышение ПДК по соединениям молибдена, марганца, меди в воде рек Центрального Кавказа имеет, явно, природный характер, так как на исследуемой территории отсутствуют предприятия горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов.

Ключевые слова:

реки, качество, загрязненность, концентрация, тяжелые металлы.

Atabieva F.A.

Candidate of Chemical Sciences Federal State Budgetary Institution High-Mountain Geophysical Institute, KBR, Nalchik,

Otarova A.S.

Federal State Budgetary Institution High-Mountain Geophysical Institute, KBR, Nalchik

SPATIO-TEMPORAL VARIABILITY OF THE LEVEL OF HEAVY METALS IN THE RIVERS

OF THE CENTRAL CAUCASUS

Abstract

One of the strongest in action and the most common chemical pollution is heavy metal pollution. Heavy metals, while remaining toxic even in trace amounts, have a negative impact on water bodies. In the water of the rivers studied by us (Malka, Baksan, Cherek, Chegem, Urukh, Terek in the middle and lower reaches), due to the drainage of water with rocks from mountain massifs, heterogeneous metal-containing compounds enter the river waters directly. As a result, river water is characterized by a very wide range of changes in concentrations of heavy metal compounds. At the same time, the concentrations of some compounds caused by natural factors often exceed the unified federal water quality standards (MPC). The purpose of this study is to assess the content of priority heavy metal compounds Mo, Mn and Cu in the rivers of the Central Caucasus, taking into account the influence of man-made and natural sources of pollution. The concentrations of dissolved forms of heavy metal compounds were determined by atomic absorption spectroscopy (AAS) using electrothermal atomization using the MGA-915M spectrometer. The constant excess of MPC for molybdenum, manganese, and copper compounds in the water of the rivers of the Central Caucasus is obviously natural, since there are no mining enterprises, ferrous and non-ferrous metallurgy, and machine-building plants in the study area.

Keywords:

rivers, quality, pollution, concentration, heavy metals.

Введение

Тяжелые металлы поступают в водную среду в результате природных и антропогенно-обусловленных процессов. Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах [7]. Соединения тяжелых металлов присутствуют в определенных количествах практически во всех средах, даже в незагрязненных (фоновых) природных экосистемах [1-4].

Территория характеризуется высотной поясностью, которая способствует процессам выветривания и выщелачивания. В результате выщелачивания поверхностными и подземными водами пород водосборных бассейнов происходит формирование определенного химического состава воды рек, часто с уровнем содержания соединений металлов, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК).

Основной целью данной работы является оценка особенностей химического состава воды рек Центрального Кавказа по содержанию таких соединений тяжелых металлов, как молибден, марганец и медь с учетом влияния техногенных и природных источников загрязнения.

Материалы и методы исследования.

Объектом данного исследования являются поверхностные воды рек центральной части Большого Кавказа: Малка, Баксан, Черек, Чегем, Урух, Терек в среднем и нижнем течении. Истоки рек Баксан, Малка, Терек, Чегем, Черек, Урух расположены в ледниках Главного Кавказского и Бокового хребтов. Для этих рек характерно длительное летнее половодье, сток которого составляет 50-80% годового. Кратковременные дождевые паводки придают волне половодья гребенчатый вид [6]. Концентрации растворенных форм соединений тяжелых металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) с применением электротермической атомизации с использованием спектрометра «МГА-915М» [5].

Результаты исследований и их обсуждение

Отбор проб воды проводился в постоянных створах. Створ I для каждой реки располагался в

предгорной зоне (среднее течение), а створ II - в равнинной части (нижнее течение). Пункты наблюдений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Перечень пунктов отбора проб воды рек Центрального Кавказа, 2022 год

Водный объект, (длина) Расстояние от истока, км с.ш., в.д. Пункт отбора Местоположение створа

1 2 3 4 5

р. Малка (210 км) 88 43.799302 43.315829 с. Малка 5 км выше села

190 43.735917 44.073036 г. Прохладный 4 км ниже города

р. Баксан (169 км) 100 43.671653 43.536576 с. Исламей мыс Кызбурун

169 43.728386 44.061449 г. Прохладный ж/д мост

р. Чегем (102 км) 68 43.559249 43.445579 с. Лечинкай Напротив села

87 43.576162 43.586777 г.Чегем-2 Ниже города

р. Черек (113 км) 54 43327855 43.632353 г. Кашхатау до села

112 43.671298 44.046419 п. Октябрьский напротив села

р. Урух (106 км) 76 43.321230 44.023943 с. Урух 0,5 км от трассы

105 43.472409 44.079697 ст. Александровская в лесу

р. Терек (578 км) 151 43.315448 44.212947 с. Эльхотово 1 км выше

230 43.681515 44.368029 с. Хамидие напротив села

В воде почти всех рек по соединениям марганца, молибдена и меди наблюдаются превышения ПДК. В таблице 2 даны результаты измерений концентраций загрязняющих веществ в виде средних значений и диапазонов колебаний.

Таблица 2

Средние значения концентраций загрязняющих веществ и их диапазоны

в воде рек в среднем и нижнем течении в 2022 году

Показатель, единица измерения Среднее течение Нижнее течение ПДК, единица измерения

Хср Xmin-Xmax Хср Xmin-Xmax

р. Чегем

Мо,мкг/дм3 1,19 0,10-3,71 1,19 0,10-3,71 1, мкг/дм3

Мп,мкг/дм3 8,02 3,29-18,63 8,02 3,29-18,63 10, мкг/дм3

Cu, мкг/дм3 2,08 0,10-3,96 3,27 0,75-5,72 1, мкг/дм3

р. Урух

Мо,мкг/дм3 1,27 0,10-2,61 1,83 0,18-4,30 1, мкг/дм3

Мп,мкг/дм3 12,81 6,68-23,65 14,21 1,77-27,55 10, мкг/дм3

Cu, мкг/дм3 2,75 0,95-5,23 3,29 0,69-6,36 1, мкг/дм3

р. Баксан

Мо,мкг/дм3 12,79 6,37-18,60 6,10 1,69-10,85 1, мкг/дм3

Мп,мкг/дм3 13,98 3,86-43,00 9,74 3,73-22,75 10, мкг/дм3

Cu, мкг/дм3 3,43 1,27-6,14 3,27 0,84-7,25 1, мкг/дм3

р. Черек

Мо,мкг/дм3 2,95 0,47-5,10 3,76 0,90-8,27 1, мкг/дм3

Мп,мкг/дм3 20,96 8,27-36,55 20,94 1,35-40,45 10, мкг/дм3

Cu, мкг/дм3 2,46 0,47-4,22 3,34 1,15-5,55 1, мкг/дм3

р. Малка

Мо,мкг/дм3 1,45 0,10-2,11 5,53 2,10-9,43 1, мкг/дм3

Мп,мкг/дм3 28,13 2,11-59,60 12,64 3,23-25,60 10, мкг/дм3

Продолжение таблицы 2

Cu, мкг/дм3 2,87 1,08-4,36 3,15 0,66-5,38 1, мкг/дм3

р. Терек

Мо,мкг/дм3 2,32 0,60-4,30 2,73 0,10-5,70 1, мкг/дм3

Мп,мкг/дм3 21,60 2,01-40,65 15,55 1,28-21,95 10, мкг/дм3

Cu, мкг/дм3 2,70 1,0-4,47 2,37 0,63-4,24 1, мкг/дм3

Примечание - Жирным шрифтом выделено превышение ПДК

Как следует из таблицы 2, максимальные средние значения концентраций соединений молибдена 12,79 мкг/дм3 (12,8ПДК) зафиксированы в среднем течении в воде р. Баксан. Максимальные средние значения концентраций соединений марганца обнаружены также в среднем течении в воде р. Малка 28,13 мкг/дм3 (2,8ПДК). Максимальные средние значения концентраций соединений меди обнаружены в воде р. Баксан 3,43 мкг/дм3 (3,4 ПДК) в среднем течении. Возможно, уменьшение концентрации веществ вниз по течению связано с изменением температуры воды, воздуха и частичным переходом их в донные отложения.

Вертикальная зональность территории, многообразие подстилающих горных пород и почв водосборных площадей, явно, предопределяют повышенное содержание тяжелых металлов в воде рек Центрального Кавказа. При антропогенном загрязнении соединения тяжелых металлов выносятся в водоемы со сточными водами обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и с шахтными водами. Таковые на исследуемой территории отсутствуют за исключением Тырныаузского горно-обогатительного комбината, но он давно законсервирован. Тырныаузский горно-обогатительный комбинат и «хвостохранилище» расположены в Баксанском ущелье, по которому протекает р. Баксан.

Постоянное превышение предельно допустимых концентраций молибдена, марганца и меди (рис.1-3) в воде рек бассейна Терека, явно,

"5 30

.4.

L. т 25

?

вТ 20

и си 15

1- 10

0) 5

X

0

ШоШ l::Bvt= Fl 5= I

февраль

март

май

июнь

июль

сентябрь октябрь

□ Черек □ Баксан □ Малка □ Терек

Рисунок 1 - Концентрация молибдена в воде рек

100

| 80 § 60 S. 40

I-

| 20 X О

0

VltfA

февраль

март

май

июнь

июль

И—-'--=—г

сентябрь октябрь

□ Черек □ Баксан □ Малка □ Терек

Рисунок 2 - Концентрация марганца в воде рек

Рисунок 3 - Концентрация меди в воде рек

объясняется природным гидрогеохимическим фоном, в связи с чем, ПДК этих загрязняющих веществ не могут быть соблюдены.

Выводы

1. Концентрации растворенных форм тяжелых металлов в воде рек подвержены значительной сезонной изменчивости:

- для соединений Mo максимальные концентрации фиксируются в воде рек в зимнюю межень;

- для соединений Mn минимальные значения отмечены в летний период;

- для соединений Cu концентрации достигают максимума в марте и мае, значения концентраций, отмеченные в феврале и июле, значительно ниже осенне-весенних.

2. Постоянное превышение ПДК по соединениям молибдена, марганца, меди в воде рек Центрального Кавказа имеет, явно, природный характер, так как на исследуемой территории отсутствуют предприятия горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов.

Список использованной литературы:

1. Атабиева Ф.А., Чередник Е.А. Оценка сезонной изменчивости содержания соединений тяжелых металлов в речных водах предгорной зоны Центрального Кавказа // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2020. № 3. С. 68-81.

2. Дьяченко В.В. Геохимия и оценка состояния ландшафтов Северного Кавказа: дис док. географ. наук: 25.00.23. - Новороссийск, 2004. 326 с.

3. Duruibe JO, Ogweregbu MOC, Egwuruguru J.N. Heavy metal pollution and human bio-toxic effects. Int J Phys Sci. 2007. 2(5). Р. 112-118.

4. Larned, SAINT, Snelder T., Anvin M., McBride Gee. Qualité de l'eau dans les rivières de Nouvelle-Zélande: état actuel et tendances. Journal néo-zélandais de la recherche marine et en eau douce. 2016. 50 (3). Р. 389-417.

5. 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 атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915». -М., 2009.

6. Панов В.Д., Базелюк А.А, Лурье П.М. Река Терек: Гидрография и режим стока. Ростов н/Д.: Донской издательский дом, 2015. 606 с.

7. Петин А.Н., Лебедева М.Г., Крымская О.В. Анализ и оценка качества поверхностных вод. Учебное пособие. - Волгогрда: Изд-во БелГу, 2006. 252 с.

© Атабиева Ф.А., Отарова А.С., 2023