CC BY
17
DOI: 10.32743/UniChem.2022.96.6.13848
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СОЛЕЙ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ И ОСУШЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ АРАЛЬСКОГО МОРЯ
Туремуратова Альфия Шарибаевна
докторант лабораторий химии, Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук
Каракалпакского отделения АН РУз, Республика Узбекистан, г. Нукус E-mail: alfiya_0188@,mail. ru
Реймов Каржаубай Даулетбаевич
д-р техн. наук, (PhD) доц., Нукусский государственный педагогический институт им. Ажинияза,
Республика Узбекистан E-mail: alfiya [email protected]
Алланиязов Давран Оразымбетович
д-р техн. наук, (PhD) ст. научн. сотр. лаборатории химии, Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук
Каракалпакского отделения АН РУз, Республика Узбекистан, г. Нукус E-mail: dauran [email protected]
ALLOCATION OF SALT IN GROUNDWATER AND ON DRAINED SURFACE OF THE ARAL SEA
Alfiya Turemuratova
PhD candidate of chemistry laboratories in Karakalpak scientific research institute of Natural sciences Karakalpak department at Academy of Sciences of Uzbekistan Republic,
Republic of Uzbekistan, Nukus
Karjaubay Reymov
Doctor of Technical Sciences (PhD), associate professor at Nukus State Pedagogical Institute named after Ajiniyaz,
Republic of Uzbekistan
Davran Allaniyazov
Doctor of Technical Sciences, (PhD) Senior Researcher, Laboratory of Chemistry, Karakalpak Scientific Research Institute of Natural Sciences, Karakalpak Branch of the Academy of Sciences, Republic of Uzbekistan, Nukus
АННОТАЦИЯ
Процесс осушения дна Аральского моря разделен на три зоны по значениям солелетучести, которая зависит от областей поэтапных образований солей. По результатам исследований разработаны мероприятия по снижению солелетучести из высохшего дна Аральского моря. Проведенное нами бурение дна Арала показало, что толщина почвенных осадков от юга к северу колеблется от 2 до 6 м при влажности 40-80%. Солесодержание подпочвенных вод оказалось на 0,4-0,9% ниже по сравнению с морской водой. В отличие от восточного в западном бассейне Большого Арала все параметры изменяются по определенной функциональной зависимости друг от друга, что объясняется его глубоководностью и связанностью с восточным бассейном через Куландский перелив и подземные воды.
ABSTRACT
The process of draining the bottom of the Aral Sea is divided into three zones according to the values of salt volatility, which depends on the areas of gradual formation of salts. Based on the research results, measures have been developed to reduce salt volatility from the dried bottom of the Aral Sea. Geological examination of the bottom of the Aral Sea
Библиографическое описание: Туремуратова А.Ш., Реймов К.Д., Алланиязов Д.О. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СОЛЕЙ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ И ОСУШЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ АРАЛЬСКОГО МОРЯ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2022. 6(96). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/13848
revealed that the thickness of soil sediments from south to north ranges from 2 to 6 m at a humidity of40-80%. The salinity of underground waters turned out to be 0.4-0.9% lower compared to sea water. Unlike the eastern one in the western basin of the Great Aral, all parameters change according to a certain functional dependence on each other, which is explained by its deep water and its connection with the eastern basin through the Kuland overflow and Groundwater.
Ключевые слова: Аральское море, пыльные бури, солеобразование, солелетучесть, осушенная поверхность, солевой состав, сухой остаток.
Keywords: the Aral Sea, dust storm, salification, salt volatility, drained surface, salt composition, dry residue.
Аральское море в 1958 г. при среднем уровне имело площадь, равную 68 550 км2. При наивысшем она достигала 69 670 км2, а при наименьшем -67 300 км2. Средняя глубина моря - 16,4 м, наибольшая - 69,5 м. При среднем уровне объем моря составлял 1122 км3, при максимальном - 1153 км3, а при минимальном - 1087 км3. Длина - 428 км, наибольшая ширина - 284 км. Островов на Аральском море довольно много, общая их площадь равна 1276 км2 (В.Л. Щульц, 1958 г.). Стоки с полей в среднем и нижнем течении Сырдарьи и Амударьи стали причиной отложений из пестицидов и различных других сельскохозяйственных ядохимикатов, появляющихся местами на площади 59,31 тыс. км2 бывшего морского дна, покрытого солью. Пыльные бури ежегодно выносят 43 млн тонн солей из бассейна Аральского моря на расстояние до 500 км.
На втором этапе усыхания наблюдался массооб-мен между северной и южными частями моря через перелив, который на третьем этапе с построением дамбы на южном берегу Малого Арала прекратился. Однако массообмен продолжился от восточного бассейна к западному через перелив Куланд. По -видимому, в течение 2009-2010 годов перелив заполнялся солевыми отложениями. Несмотря на то что уровень западной части ниже на 26 м, в 2011-2013 гг. в восточной части собралось определенное количество рапы. По литературным данным [6; 7; 5; 1], солевой состав сухих осадков трех бассейнов совершенно разный. В северной части Малого Арала он практически не изменился, а в восточном бассейне Большого Арала его можно охарактеризовать как хлоридно-сульфатный (более 80% хлоридов натрия, остальное -сульфат натрия и 2-6% сульфата магния). Западный бассейн содержит хлоридно-сульфатно-магниевые
Первый этап
соли (40-60% хлоридов и солей натрия, 20-40% сульфатов натрия, остальное - соли магния). В таблицах 1-4 на основании наших экспериментальных и литературных данных [6; 7; 5; 1] с интервалом 1,5-2 года приведено поэтапное содержание солей в подземных водах и на осушенной поверхности, в том числе на единицу осушенной поверхности.
Массу солей в осушенной поверхности дна Аральского моря определяли по следующей формуле:
m = ^ h р ф f о /(1-( f о /1000))]10-5, (1)
где m - масса солей, тыс. т;
S - площадь осушенной поверхности, км2; h - глубина почвы, м; р - плотность влажной почвы, кг/м3; ф - влажность почвы, %;
f - солесодержание подпочвенных вод относительно морской воды, %;
о - солесодержание морских вод, г/кг. Проведенное нами бурение дна Арала показало, что толщина почвенных осадков от юга к северу колеблется от 2 м до 6 м при влажности 40-80%. Солесодержание подпочвенных вод оказалось на 0,4-0,9% ниже по сравнению с морской водой. Плотность влажных почв в зависимости от места отбора проб колебалась в пределах 1800-2400 кг/м3.
Для получения предварительных данных расчетным способом нами приняты следующие значения параметров: h = 3 м; р = 2200 кг/м3; ф = 60%; f = 0,8. Средние значения 8 и о получены из литературных данных [5; 1] и экспериментальных определений, полученных нами в экспедициях на Арал в 20122013 годах.
Таблица 1.
енного Арала
Годы Уровень моря, м Площадь водной поверхности моря, тыс. км2 Объем водной массы, км3 Солесодержание, г/л Осушенная поверхность, тыс. км2 Масса соли в воде, млн т Количество соли в подземных водах на осушенной поверхности, млн т Удельное количество соли на единицу осушенной поверхности, кг/м2
1990-1949 52.7 65,660 1055,02 9.8 10339
1950-1959 53.11 66,780 1062,03 10.16 10789.92
1960-1969 52,34 63,744 1026,01 10,74 3,046 11019,24 104,5387 35,00
1970-1979 49.21 57.017 837.52 13,31 6,727 11147,39 286,772 41,00
1980-1987 43.12 46.247 524.81 20,45 10,770 10732,16 709,2045 64,44
Сумма 20,54 1100,515
Сумма солей 11832,675
В 1960-1969 годах осушенная поверхность составляла 3,046 тыс. км2, количество соли в ее подземных водах составило 104,539 млн т, удельное содержание соли на единицу осушенной поверх -ности - 35,00 кг/м2 (табл. 1). Через 2 десятилетия (1980-1987) эти показатели достигли 10,770, 709,205 и 64,44, т.е. увеличились в 3,54, 6,78 и 1,84 раза соответственно. За этот период солесодер-жание воды увеличилось в 2 раза. На первом этапе 20,54 тыс. км2 бывшего морского дна покрылось 1100,515 млн т соли. Пыльные бури ежегодно уносят в среднем 11 млн т солей из бассейна Аральского моря (если принять пылеунос 30%).
На втором этапе в течение 1987-1990 годов на територии Большого Арала образовалось 10,079 тыс. км2 осушенной поверхности с содержанием 862,88 млн т соли при удельном солесодержании 86,28 кг/м2 (табл. 2). Из табл. 2 видно, что каждые пять лет до 2002 года осушенная поверхность
Второй этап
увеличивалась на 2,365-4,84 тыс. км2 с содержанием 537,51-930,97 млн т соли. За данный период наблюдалось постепенное увеличение удельного соле-содержания от 86,28 до 213,02 кг/м2.
На Малом Арале наблюдалась другая картина, которая характеризовалась скачкообразным изменением параметров, что связано с поступлением воды из Сырдарьи и построением дамбы между Большим и Малым Аралом. В период первых двух пятилеток (1987-1990, 1991-1995 годы) наблюдался отступ берегов с образованием 0,058 и 0,081 тыс. км2 осушенной поверхности с содержанием 4,47 и 6,65 млн т соли при удельном солесодержании 74,61 и 83,14 кг/м2 соответственно. В период 19962000 годов уровень и объем воды в море увеличивался и, соответственно, увеличивалась площадь водной поверхности с уменьшением площади ранее осушенного морского дна.
Таблица 2.
Арала (1987-2002)
Годы Большое море Малое море
Уровень моря, м Площадь водной поверхности моря, тыс. км2 Объем водной массы, км3 Солесодержание, г/л Осушенная поверхность, тыс. км2 Масса соли в воде, млн т Количество соли в подземных водах на осушенной поверхности, млн т Удельное количество соли на единицу осушенной поверхности, кг/м2 Уровень моря, м Площадь водной поверхности моря, тыс. км2 Объем водной массы, км3 Солесодержание, г/л Осушенная поверхность, тыс. км2 Масса соли в воде, млн т Количество соли в подземных водах на осушенной поверхности, млн т Удельное количество соли на единицу осушенной поверхности, кг/м2
19871990 39,644 36,16 8 324,7 6 26,73 10,07 9 8680,83 5 862,885 86,28 40,58 (2,83 ) 2,772 21,76 4 23,9 1 0,058 520,15 9 4,477 74,6 1
19911995 37,042 31,32 4 235,2 3 34,34 4,844 8077,79 8 537,514 111,98 40,11 2,691 20,29 6 25,9 2 0,081 525,66 6 6,651 83,1 4
19962000 34,394 25,65 164,9 3 49,80 5,674 8213,51 4 930,973 164,5 40,16 2,722 20,56 6 25,3 1 0,031 520,32 0 -2,535 -
20012002 32,95 21,96 5 135,3 5 64,30 3,685 8703,00 5 788,176 213,02 39,50 2,585 18,61 5 27,7 3 0,137 515,64 0 12,300 89,7 8
Сумма 24,28 2 3119,54 8 173,13 0,245 Сумма 20,893
Сумма солей по морю 11822,553 536,533
Сумма солей по Аральскому морю 12359.086
Удельное количество соли на единицу о сушенной поверхности, кт/лг íN w CN eo § 43 ll—1 Т. ЦП Г^ O o" 43 h—1 QQ <4 L^l 'W 'fl- Э Оь Ln en s Ch 1—1 í s Osn rn Ín
Удельное количество соли на единицу осушенной поверхности, кг/лг o o CN О ГЧ o O o o ■л O <N O O ■чП ^ 0 ÍN O
« 1 я £ О Количество соли в подземных водах на осушенной поверхности, млн.т eo tí- L/-1 o' 1 4—1 0 ■fl- ч—1 1 CN en Г1-0. СО 0 И ч—1 1 ее en £ й- en & г-Н ЦП ею osn о" r<\ ¡ 4—1 ■r-1 ч—1 en en ч—1 iri & en ÍN o H, & ijn en ■fl- ч—1 1 o' CN OO iri ЦП '-i^I o" ijn H—1 ¡ c-j ? Г- en 0" 4—1 S 0" % S en en S ■fl"
го Пасса соли в в оде, млн.т en Гг* f^i Г-" Os ч—i Ю 'чП íN eo" eo O L/-1 45 ■fl- ЧЭ СО en en ÍN a" 3 es o M ЧЭ ■fleo i—i тГ t» П ijn 'чП CN Я en ^ M 4? o' ч—1 3 П LT1 eo ^ & CN eo ■fl- íN r^ ÍN íN OS
i Осушенная поверхность, тыслсм2 b^i o o-, ■o" 4? со" o M O "ч-l ÍN '-O СО en Г. 1—1 CN en П o ■fl- Г. O n & к i—i -fl-
1 Солесодержанпе, г/л. ШП Ю r. СО ■o 4S en ÍN 'чп" '-Ti cT СО On ÍN (N & M ÍN '-Ti ■o '-Ti en S ■m ■чП en ■m гП . Г. 9 en íN oú" ■fl"
о РЧ Объем водной массы, км3 О оо 4? CN ■fleo ■fl- wS К CN m ÍN O M í-4 o 4—1 i1 S (N CN en o o" o o4 00 DO O o" ijn C-. O O en Ю O o" 1—1 ^ СО OS
Площадь водной 'чП O ¡¿1 O ijn O L/--I o '-П eo O O o o 0 O O ч—1
поверхности моря, тысьзг о" íN со' 1—1 oo íl cn ■¡—i i—1 1—1 ТГ CN en" On г-o" & 0"
Уровень моря* л■ 'W 1Л CN en i—i íN o" ? g en O o" O o" eo 0" Ljn r^ O O O 0"
Удельное количество соли на единицу осушенной поверхности, кг/лг M o" 'чП o" O en O ■fl" en o" en o" щ en cT o ■flo" o ■flo" СО ^ 'чП ■fl- 0"
5, 1 % 0 ьй Количество соли в подземных водах на осушенной поверхности, млн.т 1 1 O CN o" щ о m о" O. '-TI en 4—i o" O o" 4—1 o" O o" es en 45 O o" oo o ЧЭ o o" 4—1 1 en O eo 0 0" £ '-■-"i o" eo & n Ln & ^
'-Л СО о а П íN СП en (4 ifl ею ín CN *—1 Ch юп & CN i—I ■f en 3f со CN 1—1 & r^ Г- ■чП eo П ■чП eo & а 'чП '-Ti П en ■fl- CN i—l 00 ■ en ■чП" CL. OS i—i
Масса солн в в оде, млн.т en ■fleo & o m П ■чП o eo i—i ÍN
3 1—1 i—i O h—1 1—1 i—« ч—1
£ Осушенная поверхность , тыс.км3 ЦП o' q, 4—i ЦП ч—1 1-П ■flo" O CN o" o" o CN o" ЧЭ ч—1 o" 4—1 o" ТГ 1—1 f OS 1—1 O" ÍN
1 ю I en Солесодержанпе, т/л. Ю !¥ n en 'чП en Un SÍ 'чП П & en 'чП & ЧЭ c-i & (N O i r^ 4—1 1 r-] 1 O гП 1 OS
Объем водной массы, км3 Ch Ln en Щ en CN ijn Й CN" CN Й 'чП со" 45 ^ч o o 31 oo en r-j ■fl- CN en" ч—i 1 Ch en Ln" O Tilín r^ en eo" OS s OS s t Ln OS 'чП OS i
Площадь водной поверхности моря, тыс.км2 О Ln ос ■o O Lin en О ЦП en ЦП i 1 ? en g en ЦО en 00 en en <
Уровень моря, м L/--I o ^ en O in en m •л. en -flo" m O CN o" fN Os" Г-] r^i Cfl" CN eo m Г-" CN 4? 45" Г-] r^ m r^ CN 45 m 45 ÍN и ^ S s
1 Й ec 8 O-, a-, i 0 1 Os Os i cn Ч i—1 о W Ti" * en O i O 1 ce 1 CTi 1 O ч—1 1—1 ч—1 8 íN 4—1 8 en 4—1 ñ И и и ÍÍ"
S
В период 2001-2002 годов уровень воды снизился до 39,5 м и образовалось 0,137 тыс. км2 осушенной поверхности с содержанием 12,30 млн т соли при удельном солесодержании 89,78 кг/м2. Таким образом, на втором этапе образовалось 24,527 тыс. км2 осушенной поверхности с содержанием 3119,548 млн т соли. На втором этапе пыльные бури ежегодно уносят в среднем 62,39 млн т солей из бассейна Аральского моря (пылеунос - 30%). Необходимо подчеркнуть, что с 2003 года состояние Малого Арала постепенно улучшалось. К 2006 году он пришел в прежнее состояние, и имеется возможность увеличения водной поверхности.
Третий этап высыхания современного Арала касается Большого Арала. Судьба его очень печальна. На самом деле третий этап начался в 1997-1998 годах с соединения островов Лазарева и Возрождения. При разделении на западный и восточный бассейны процесс усыхания еще более усилился, особенно в восточном бассейне.
После 1989 года измерение глубины восточной части моря не было возможным, и для выполнения расчета третьей стадии высыхания моря глубина определялась по следуюшей формуле:
Ив =(24-(53-Из), (2)
где Ив - глубина восточного бассейна, м;
Из - глубина западного бассейна, м, которая определяется измерительными приборами водных глубин.
По расчетному значению Ив, определенной по формуле (2) и величине поверхности водного зеркала восточного бассейна в период 1997-2002 годов, определяли объем воды, который практически соответствует прогнозным данным по Николаеву (1969). При продолжении высыхания до 2009 года разница реального значения Ив(Уз) по сравнению с расчетной по Николаеву и по зависимости (2) увеличивается в 2-3 раза, т.е. после 2009 года эта зависимость теряет свой смысл относительно восточной части Аральского моря. При уровне воды западного бассейна 28,31 и 27,39 м (2008 и 2009 годы ) объем воды восточной части должен быть не менее 30 и 25 км3 с водным зеркалом 12 и 8,8 км2 соответственно. Фактически водное зеркало составило 3,200 и 1,000 км2 при объеме воды 1,282 и 0,032 км3 соответственно, т.е. практически полное высыхание восточной части моря произошло в 2009 году. Однако в дальнейшем, с 2010 года, несмотря на снижение уровня воды западного бассейна до 26,66 и 26,36 м, в 2010 и 2012 годах объем и поверхность водного зеркала увеличились до 0,063, 0,088 км3 и 1,0-1,10 км2 соответственно. Это несоответствие объясняется неравномерной глубиной дна восточного Арала от 2 до 6 м за счет продвижения иловых отложений Амударьи и тяжелых соляных вод от юга к северо-востоку, которое усилилось воздействием солянопесчаных бурь, особенно в последнее десятилетие (2000-2012 годы). Поэтому при расчетах глубину водной массы восточного бассейна в 2003-2011 годах принимали по результатам измерений 2012 года нашей третьей экспедиции и данным космических фотосьемок, имеюшихся в литературе и Интернете.
Таблица 4.
Изменения толщины кристаллизованных солей восточного бассейна Большого Арала
Порядковые номера соответствуют номерам табл. 3 Удельное количество кристаллизованных солей на единицу осушенной поверхности Толщина кристаллов соляных масс по годам, см Рост толщины кристаллов соляных, масса в течение года, см
1 21,827 0,99
2 109,078 4,96 5,95
4 175,316 7,97 13,92
5 70,460 3,20 17,12
6 283,216 12,87 29,99
7 45,551 2,07 32,06
8 359,237 16,33 48,39
9 7,974 0,36 48,75
10 -22,195 -1,01 47,74
11 3,970 0,18 47,92
12 4,046 0,18 48,00
На третьем этапе в течение 2002-2013 годов на территории восточной части Болшого Арала образовалось 11,95 тыс. км2 осушенной поверхности с содержанием 4,943 млн т соли в подземных водах и 4364,569 млн т соли в виде кристаллических масс. Удельное солесодержание колебалось от 0,05 и 3,64 до 1,63 и 1937,24 кг/м2 соответственно для подземных вод и кристаллизованной соли (табл. 3). Из таблицы видно, что с 2004 до начала 2009 года площадь водной
поверхности снизилась с 11,05 до 1,00 тыс. км2, осушенная поверхность увеличилась на 11,85 тыс. км2 с содержанием 4,88 и 43795,79 млн т соли. На этом этапе также наблюдались колебания увеличения удельного солесодержания в пределах от 0,36 и 45,51 до 0,62 и 359,237 кг/м2 соответственно для подземных вод и кристаллизованной соли (табл. 3). Из космо-фотосъемки видно, что в конце 2009 и начале 2010 годов восточный бассейн Большого Арала
практически полностью высох с образованием кристалличиских соляных толщ до 48 см (табл. 4). В 2010 и 2013 годах в зависимости от погодных условий и в связи с перетоком воды от дамбы Малого Арала и водосборных сооружений водная поверхность восточного бассейна Большого Арала колеблетса от 0,7 до 1,1 тыс. км2.
В отличие от восточного в западном бассейне Большого Арала все параметры изменяются по определенной функциональной зависимости друг от друга, что объясняется его глубоководностью и связанностью с восточным бассейном через Куландский
перелив и подземные воды. Из табл. 3, 4 видно, что скорость образования осушенной поверхности снижается от 1 до 0,15-0,20 тыс. км2 при сохраниении глубины 26,36 м, площади водной поверхности 3,64 тыс. км2, объема водной массы 95,95 км3 с содержанием в среднем 12595,38 млн т солей. При данной скорости усыхания бассейн просуществует не более 90 лет. В период с 2002 по 2012 год наблюдался отступ берегов с формированием 1,72 тыс. км2 водной поверхности (табл. 4).
Список литературы:
1. Андреева М.А. Озера Среднего и Южного Урала. - Челябинск : Южно-Уральское книжное изд-во, 1973. -273 с.
2. Андрианов Б.В. История воздействия сельского хозяйства на природу Аральского региона // Изв. АН. - 1991. -Сер. № 4. - С. 47-61.
3. Бабаев А.Г., Кирста Б.Т. Некоторые аспекты омоложения экологической ситуации в Приаралье // Изв. АН. -1991. - Сер. № 4. - С. 89-95.
4. База данных по Аральскому морю / Г.Н. Трофимов // Палеоклиматическая ситуация, сток древних рек и водный баланс Арала в позднем плейстоцене и голоцене / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.Cawater.info/index.htm.
5. Большое Аральское море в начале XXI века: физика, биология, химия / П.О. Завьялов, Е.Г. Арашкевич, И. Бастида [и др.]; Инититут океанологии им. П.П. Ширшова РАН. - М. : Наука, 2012. - 229 с.
6. Геология Аральского моря / И.В. Рубанов, Д.П. Ишниязов, М.А. Баскакова, П.А. Чистяков. - Ташкент : Фан, 1987. - 246 с.
7. Курбанбаев Е., Артыков О., Курбанбаев С. Аральское море и водохозяйственная политика в республиках Центральной Азии. - Издательство «Каракалпакстан», 2011. - 128 с.
8. URL: http://www.oceanology.ru/aral-sea-shallow/.
