CC BY
10
УДК 556.552
DOI: 10.24412/1728-323X-2023-2-53-57
ТРАНСФОРМАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОДОТОКОВ АРКТИЧЕСКОЙ И СУБАРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
М. И. Ксенофонтова, кандидат географических наук, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера им. проф. Д. Д. Саввинова Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова, ksemaria@mail.ru, г. Якутск, Россия,
И. И. Алексеев, младший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера им. проф. Д. Д. Саввинова Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова, ivan1989alex@mail.ru, г. Якутск, Россия
Аннотация. В данной работе приведены результаты гидрохимических исследований, проведенных за период 2015—2022 гг. в арктических и субарктических зонах бассейнов рр. Анабар, Яна и Индигирка. По гидрохимическому индексу CCME WQI в арктической зоне бассейна р. Анабар отмечается «хороший» класс качества воды, а в субарктической части бассейна наблюдаются воды с классом от «очень плохих» до «удовлетворительных». Для исследованных вод субарктической зоны бассейна р. Яна характерны воды класса от «очень плохих» до «плохих». В арктической зоне бассейна р. Индигирка в природных водотоках класс качества варьирует в пределах от «плохих» до «хороших», а для техногенных водотоков и водоемов характерны только «очень плохие» воды. Источником негативного воздействия на водные объекты являются объекты накопленного экологического ущерба — хвосты лежалых отвалов Батагайской обогатительной фабрики, хвостохранилище и шахты Депутатского горно-обогатительного комбината. В целом наименее подверженной к антропогенному воздействию является р. Анабар в арктической зоне (у п. Юрюнг Хая), а наиболее подверженным к антропогенному воздействию является арктическая зона бассейна р. Индигирка.
Abstract. The paper presents the results of hydrochemical studies conducted for the period of 2015—2022. In the Arctic and Subarctic zones of the river basins of the Anabar, Yana and Indigirka. According to the hydro-chemical index CCME WQI, in the Arctic zone, the Anabar River basin has a "good" water quality class, and in the Subarctic part of the basin, the waters with a class from "very bad" to "satisfactory" are observed. For the studied waters of the Subarctic zone of the Yana River basin, the water is characterized by the class from "very bad" to "bad". In the Arctic zone of the Indigirka River basin in natural watercourses, the quality class varies from "bad" to "good", and only "very bad" waters are typical for man-made watercourses and reservoirs. The source of the negative impact on water bodies is the objects of accumulated environmental damage, i.e., the tailings of the stale dumps of the Batagay Enrichment Plant, the tailings and mines of the Deputatsky Mining and Processing Plant. In general, the river least subject to anthropogenic impact is the Anabar River in the Arctic zone (near the village of Yuryung Khaya), and the Arctic zone of the Indigirka River basin is the most susceptible to anthropogenic impact.
Ключевые слова: Субарктика, Арктика, р. Яна, р. Анабар, река Индигирка, гидрохимия, CCME.
Keywords: the Subarctic zone, the Arctic zone, the Yana River, the Anabar River, the Indigirka River, hydrochemistry, CCME.
Введение. Природные особенности арктического региона предопределяют повышенную уязвимость водных экосистем. Среди них — суровость климата, широкое распространение неустойчивых многолетнемерзлых пород, низкий потенциал самоочищения почв и вод суши, низкие скорости биогеохимических процессов круговорота веществ и самовосстановления нарушенных экосистем, низкое биологическое разнообразие [1—4]. При снижении темпов и эффективности водоохранных мероприятий повышается вероятность возникновения чрезвычайных экологических ситуаций и формирования очагов экологической напряженности различных масштабов. В последние годы в арктическом регионе РФ выявлено более 100 горячих точек, которые довольно неравномерно распределены по его территории. Наиболее насыщенные — Мурманская область, Ненецкий и Ямало-Ненецкий и Чукотский автономные округа [5, 6]. Адаптационная способность речного бассейна не бесконечна, но достаточно велика, и до некоторой
стадии природный самоочищающий потенциал справляется с антропогенным воздействием, поддерживая экосистему на определенном уровне, если воздействие превышает экосистемы к самовосстановлению, то происходит ее изменение и переход в новое состояние [7]. В условиях продолжающегося антропогенного воздействия сформировалось новое антропогенно измененное состояние речных экосистем, при котором не только изменился трофический статус, но и заметно снизилась их экологическая емкость. Возможность регресса и деградации речных экосистем Российской Арктики становится реальным последствием современной внешней нагрузки [8]. Становится очевидной необходимость в экологических исследованиях современного состояния уязвимых рек арктической части России, в том числе Республики Саха (Якутия).
Модели и методы. В работе использованы результаты гидрохимических исследований, полученные в период 2015—2022 гг., в ходе гидрохимического мониторинга основных водотоков
арктической и субарктической зоны Якутии. Объектами исследования являются природные и техногенные воды бассейнов рр. Анабар, Яна и Индигирка. Отбор проб производился в период летне-осенней межени согласно ГОСТ 31861— 2012. Химико-аналитические работы проведены в аккредитованной лаборатории физико-химических методов анализа Научно-исследовательского института прикладной экологии Севера им. проф. Д. Д. Саввинова с помощью методов атом-но-абсорбционной спектрометрии, капиллярного электрофореза, потенциометрии, флуоримет-рии. Оценка степени загрязненности природных и техногенных вод района исследования по химическим параметрам производилась по индексу ССМЕ [9]. Данный индекс основан на соче-
тании трех факторов: объема, частоты и амплитуды, которые объединяются, в результате чего получается одно значение в интервале от 0 до 100, описывающее качество воды [10]. Для оценки интенсивности современного антропогенного воздействия на состояние исследуемых речных экосистем использованы доля антропогенного воздействия и степень антропогенного воздействия [1].
Результаты и обсуждение
Обобщая и сравнивая полученные результаты гидрохимических исследований водных объектов арктической и субарктической зоны бассейнов рр. Анабар, Яна и Индигирка, можно выделить следующую специфику химического состава вод, представленную таблице 1.
Таблица 1
Специфика химического состава исследованных вод арктической и субарктической зоны бассейна
рр. Анабар, Яна и Индигирка
Показатель Бассейн р. Анабар Бассейн р. Яна Бассейн р. Индигирка
Основные ис- Арктическая зона: Субарктическая зона: Арктическая зона:
точники воз- судоходство; нефтебаза; судоходство; объекты ЖКХ; объекты накопленного экологи-
действия на объекты ЖКХ; лом цветного нефтебазы; объекты накопленного ческого ущерба ( хвостохранилище
водные объекты и черного металлов экологического ущерба (хвосты ле- Депутатского ГОКа, шахты, руд-
Субарктическая зона: жалых отвалов) добыча месторож- ничные воды); объекты ЖКХ;
объекты ЖКХ; добыча рос- дения олова; добыча месторожде- дизельные электростанции; добы-
сыпного месторождения ал- ния золота; свалки; навал мине- ча олова; лом цветного и черного
мазов; добыча редкоземель- ральных удобрений; лом цветного металлов
ных металлов; лом цветного и черного металлов
и черного металлов
Химический Арктическая зона: Субарктическая зона: Арктическая зона:
состав воды малая м инерализация природные водотоки: природные водотоки:
Нейтральная и слабощелоч- малая и повышенная минерализа- малая м инерализация
ная среда ция, нейтральная и слабощелочная слабокислая среда
НС03—Са—Мв среда Б04- —НС03—Са—Мв S0|--Ca-Mg
Субарктическая зона: техногенные водотоки и водоемы:
Малая и средняя минерали- НС03—Са—Мв повышенная и высокая м инерали-
зация техногенные водотоки и водоемы: зация сильнокислая среда
Нейтральная и слабокислая высокая минерализация, кислая S0|--Ca-Mg-
среда среда (техногенный водоток)
ИС03—Са—Мв Б02-—Са—Мв S0|- -HC03-Ca-Mg-
ИС03—802- —Са—Мв (техногенный водоем)
(рр. Эбелях и Маят)
Основные за- Арктическая зона: Субарктическая зона: Арктическая зона:
грязняющие ве- Превышений нет природные водотоки: природные водотоки:
щества (превы- Субарктическая зона: Б-, А1, Бе, Мо, V, Си, Мп, N1, гп F-, Al, Fe, Mo, V, Cu, Mn, Cr, Zn
шающие значе- взвешенные вещества, МЩ, техногенные водотоки и водоемы: техногенные водотоки и водоемы:
ния ПДКр/х) N02", Бг, РЬ, N1, Мп, Со, Бг, Ы, Ва, А1, Бе, Мо, V, Си, Мп, S0|-, F-, Sr, Al, Fe, Vo, V, Cu,
Сг, гп, Си, Бе N1, Сё, Со, гп, фенолы Cu, Mn, Ni, Cd, Co, Cr, Zn, фенолы
Категория ка- Арктическая зона: Субарктическая зона: Арктическая зона:
чества воды по 80—89,4 — «хорошее» природные водотоки: природные водотоки:
ССМЕ WQI Субарктическая зона: 30,8—47,9 — от «очень плохое» 44,9-81,1 - от « плохое» до «хоро-
34,5—76,1 — от «очень пло- до «плохое» шее»
хое» до «удовлетворительное» техногенные водотоки и водоемы: 21,6—23,1 — «очень плохое» техногенные водотоки и водоемы: 29,5-32,7 - «очень плохое»
Донные отло- Арктическая зона: Субарктическая зона: Арктическая зона:
жения (Кк > 1) Превышений нет природные водотоки: природные водотоки:
Субарктическая зона: Сё, Бе, РЬ, Мп Cr, Cd, Fe, Zn, Co
РЬ, гп, Сё, Мп, Со техногенные водотоки и водоемы: гп, Сё, Си, N1, Со техногенные водотоки и водоемы: Cr, Cd, Fe, Zn, Co, Cu, Pb, Mn
В бассейне р. Анабар исследованные воды преимущественно малой и средней минерализации, в отличие от рек бассейна р. Яна, где в природных водотоках встречаются воды повышенной минерализации. Для природных вод бассейна р. Индигирка характерны маломинерализован -ные воды. Для рек бассейна р. Анабар характерны нейтральные и слабощелочные воды, в природных водах р. Яна встречаются нейтральные и слабощелочные воды, а в бассейне р. Индигирка — нейтральные и слабокислые воды. Однако для техногенных водотоков и водоемов бассейна рр. Яна и Индигирка характерны только кислые и сильнокислые воды, что, вероятно, связано с рудничными и ш ахтными водами, которые имеют сильнокислую среду. В ионном составе воды рек бассейна р. Анабар характерно доминирование гидрокарбонатов, кальция и магния. Доля сульфатов значительно ниже, чем для химического состава вод бассейна рр. Яна и Индигирка. В этих бассейнах доминирующую роль в анионном составе играют сульфаты. Это связано с существенной особенностью водосборов — наличием в слагающих их горных породах минералов сульфидной группы. В арктической зоне бассейна р. Анабар в исследованных водах превышений нормативов ПДКр/х не отмечается, в отличие от субарктической зоны, где выявлено превышение ряда показателей, в основном по взвешенным веществам, биогенным элементам и ряду микроэлементов (Бг, РЬ, N1, Мп, Со, Сг, 2п, Си, Бе). Поступление взвеси, а также биогенных элементов и вышеприведенных элементов связано с особенностями добычи россыпных месторождений алмаза, где основные горные работы проводятся в русле рек.
В субарктической зоне бассейна р. Яна в природных водотоках отмечается в основном превышения по фторидам, А1, Бе, Мо, V, Си, Мп, N1, 2п, а в техногенных водотоках и водоемах к приведенным показателям добавляются фенолы, Ы, Ва, Сё, Со. В техногенных водоемах и водотоках доля превышения ПДКр/х зафиксирована в десятки, сотни и даже в несколько тысяч раз. Следует отметить, что литий и барий характерны только для техногенных водоемов бассейна р. Яна.
В арктической зоне бассейна р. Индигирка в природных водотоках наблюдается превышения по Б-, А1, Бе, Мо, V, Си, Мп, Сг, 2п, что имеет схожесть с природными водотоками бассейна р. Яна. Однако в техногенных водотоках и водоемах выявлено превышение ПДКр/х по сульфатам, что не встречается ни в бассейне р. Анабар, ни в бассейне р. Яна. Также в несколько сот и тысяч раз отмечаются превышения по ряду показа-
телей: Б-, Бг, А1, Бе, V, Си, Си, Мп, N1, Сё, Со, Сг, 2п, фенолы.
По гидрохимическому индексу ССМЕ в арктической зоне бассейна р. Анабар отмечается «хороший» класс качества воды, в отличие от субарктической зоны, где наблюдаются воды с классом от «очень плохих» до «удовлетворительных». Для исследованных вод субарктической зоны бассейна р. Яна характерны воды класса от «очень плохих» до «плохих». Воды с классом «очень плохие» характерны не только для техно -генных водотоков и водоемов, но и для природных вод. В арктической зоне бассейна р. Индигирка в природных водотоках класс качества варьирует в пределах от «плохих» до «хороших», а для техногенных водотоков и водоемов характер -ны только «очень плохие» воды.
В донных отложениях арктической зоны бассейна р. Анабар превышений значений л окально-го геохимического фона не наблюдается, в отличие от субарктической зоны, где превышения локального фона характерно по РЬ, 2п, Сё, Мп, Со. В донных отложениях природных водотоков субарктической зоны бассейна р. Яна отмечается накопление Сё, Бе, РЬ, Мп, а в техногенных водотоках и водоемах — 2п, Сё, Си, N1, Со. Таким образом, цинк, медь, никель и кобальт могут выступать как индикаторными загрязнители объектов накопленного экологического ущерба на природные водотоки для субарктической зоны бассейна р. Яна.
В арктической зоне бассейна р. Индигирка донные отложения природных водотоков обогащены рядом элементов — Сг, Сё, Бе, 2п, Со, а для техногенных водотоков и водоемов характерны следующие элементы: Сг, Сё, Бе, 2п, Со, Си, РЬ, Мп. Таким образом, медь, свинец и марганец могут выступать как индикаторные загрязнители объектов накопленного экологического ущерба района исследования.
Для оценки интенсивности современного антропогенного воздействия на состояние исследуемых речных экосистем бассейнов рр. Анабара, Яна и Индигирка использована система оценки изменчивости состояния водных экосистем арктического региона — доля антропогенного воздействия и степень антропогенного воздействия (табл. 2).
В арктической зоне Якутии доля антропогенного воздействия варьирует в пределах 9,4— 52,6 %. Естественное состояние характерно для р. Анабар у п. Юрюнг-Хая, в п. Саскылах, в бассейне р. Индигирка отмечается в реках Селеннях и Таас Юрях. Река Иргичээн имеет равновесное состояние, в отличие от техногенных водотоков — руч. Депутатский, Поисковый и в техногенных
Таблица 2
Состояние субарктических и арктических рек по антропогенной нагрузке
Бассейн Водный объект Доля антропогенного воздействия, % Степень антропогенного воздействия, %
р. Анабар р. Анабар п. Юрюнг-Хая 9,4 естественное 0,0 естественное
р. Анабар п. Саскылах 18,8 естественное 14,3 кризисное
р. Биллях 25,0 естественное 22,2 кризисное
р. Эбелях 28,1 естественное 70,0 катастрофическое
р. Моргогор 34,4 равновесное 58,3 катастрофическое
р. Хара Мас 40,6 кризисное 50,0 критическое
р. Анабар 28,1 естественное 50,0 критическое
р. Большая Куонамка 21,9 естественное 12,5 кризисное
р. Маят 25,0 естественное 22,2 кризисное
р. Уджа 21,9 естественное 25,0 кризисное
р. Индигирка р. Иргичээн 31,6 равновесное 33,3 критическое
р. Селеннях 15,8 естественное 16,7 кризисное
р. Таас Юрях 23,7 естественное 33,3 критическое
руч. Депутатский 44,7 кризисное 76,5 катастрофическое
руч. Поисковый 47,4 кризисное 44,4 критическое
Техногенные водоемы 52,6 кризисное 60,0 катастрофическое
р. Яна р. Яна 37,8 равновесное 21,4 кризисное
р. Батагай 54,1 кризисное 45,0 критическое
р. Адыча 18,9 естественное 14,3 кризисное
р. Восточный Биллях 27,0 естественное 20,0 кризисное
р. Асар Юнкюре 37,8 равновесное 21,4 кризисное
р. Батымах Юрюйя 35,1 равновесное 20,0 кризисное
р. Сартанг 21,6 естественное 12,5 кризисное
р. Дулгалах 21,6 естественное 12,5 кризисное
р. Сентачан 24,3 естественное 11,1 кризисное
р. Нельгесе 21,6 естественное 12,5 кризисное
р. Чаркы 16,2 естественное 0,0 естественное
техногенные водоемы 67,6 критическое 64,0 катастрофическое
техногенные водотоки 67,6 критическое 60,0 катастрофическое
водоемах. Степень антропогенной нагрузки в арктической зоне Якутии изменялась от 0,0 до 76,5 %. Естественное состояние по степени антропогенной нагрузки наблюдается в р. Анабар у п. Юрюнг-Хая. Кризисное состояние характерно для р. Анабар у с. Саскылах, в бассейне р. Индигирка — в р. Селеннях. В реках Иргичээн, Таас Юрях, руч. Поисковый состояние водной экосистемы кризисное. Катастрофическое состояние характерно для руч. Депутатский и в техногенном водоеме (хвостохранилище Депутатского ГОКа). Таким образом, наименее подверженный к антропогенному воздействию рекой является р. Анабар в арктической зоне (у п. Юрюнг-Хая). Бассейн р. Индигирка в арктической зоне по сравнению с р. Анабар является наиболее подверженный к антропогенному воздействию. Здесь степень антропогенного воздействия варьирует от «кризисных» до «катастрофических». В субарктической зоне Якутии для рр. Эбелях. Биллях, Анабар, Большая Куонамка, Маят, Уджа, Адыча, Восточный Биллях, Сартанг, Дулгалах, Сенто-чан, Нельгесе, Чаркы характерно естественное состояние по доле антропогенного воздействия.
Равновесное состояние экосистемы отмечается у рек Моргогор, Яна, Асар Юнкюре, Батымах Юрюйя. В реках Хара Мас и Батагай наблюдается кризисное состояние, а для техногенных водотоков и водоемов бассейна р. Яна характерно критическое состояние.
Заключение
В целом, трансформация компонентного состояния водной среды с общей тенденцией накопления ряда показателей способствуют возникновению на субарктических и арктических реках или их участках чрезвычайных экологических ситуаций, при которых концентрации ряда микроэлементов в сотни и тысячи раз превышают предельно допустимые концентрации для рыбохозяйственный целей. Данное явление характерно для арктической зоны р. Индигирка и субарктической зоны р. Яна, где одним из источников негативного воздействия на водные объекты являются объекты накопленного экологического ущерба — хвосты лежалых отвалов Ба-тагайской ОФ, хвостохранилище и шахты Депутатского ГОКа.
Библиографический список
1. Брызгало В. А., Иванова И. М. Антропогенная трансформация гидролого-экологического состояния рек Российской Арктики // Водные ресурсы. — 2009. — Т. 36. — № 3. — С. 277—288.
2. Израэль Ю. А. Арктика и экологическое устойчивое развитие // Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия. — Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН, 1995. — Вып. 1. — С. 7—16.
3. Успенский С. И. Живая Арктика. — М.: Мысль, 1987. — 268 с.
4. Шоу Г. Э. Загрязнение Арктики // Известие РГО. — 1995. — Т. 127. — Вып. 1. — С. 3—14.
5. Евсеев А. В., Красовская Т. М. Закономерности формирования импактных зон в Арктике и Субарктики России // География и природные ресурсы. — 1997. — № 4. — С. 19—24.
6. Евсеев А. В., Красовская Т. М., Мироненко Н. С. Оценка рекреационного потенциала Севера России. — Смоленск: Универсум, 1996. — 94 с.
7. Решетняк О. С. Антропогенная нагрузка на водные экосистемы реки Колымы // География и природные ресурсы. — 2015. — № 2. — С. 47—52.
8. Брызгало В. А. Иванов В. В. Роль антропогенного фактора в формировании современного гидролого-экологического состояния рек Севера и Арктики России // Экологическая химия. — 2004. — Т. 13. — Вып. 2. — С. 79—92.
9. Lumb A., Halliwell D., Sharma T. Application of CCME water quality index to monitor water quality: a case of the Mackenzie river basin, Canada // Environmental Monitoring and Assessment, 2006. № 113. P. 411—429.
10. Белякова А. М., Зуева Н. В. Оценка качества воды городской реки по гидрохимическим индексам (река Охта, Санкт-Петербург) // Труды Карельского научного центра РАН. — 2021. — № 9. — С. 72—84.
TRANSFORMATION OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF THE WATERCOURSES
IN THE ARCTIC AND SUBARCTIC ZONES UNDER THE CONDITIONS OF TECHNOGENIC IMPACT
AND CLIMATE CHANGE
M. I. Ksenofontova, Ph. D. (Geography), Senior Researcher, Professor, Savvinov Institute of Applied Ecology of the North-Eastern Federal University, ksemaria@mail.ru, Yakutsk, Russia,
I. I. Alekseev, Junior Researcher, Professor, Savvinov Institute of Applied Ecology of the North-Eastern Federal University, ivan1989alex@mail.ru, Yakutsk, Russia
References
1. Bryzgalo V. A., Ivanova I. M. Antropogennaya transformaciya gidrologo-ekologicheskogo sostoyaniya rek Rossijskoj Arktiki [Anthropogenic transformation of the hydrological and ecological state of the rivers of the Russian Arctic]. Water resources. 2009. Vol. 36. No. 3. P. 277-288 [In Russian].
2. Izrael Yu. A. Arktika i ekologicheskoe ustojchivoe razvitie. [The Arctic and environmental sustainability]. Anthropogenic impact on the nature of the North and its environmental consequences. Apatity, Izd-vo Kolskogo NC RAN. 1995. Vol. 1. P. 7—16 [In Russian].
3. Uspenskiy S. I. Zhivaya Arktika [The Living Arctic]. Moscow, Mysl. 1987. P. 268. [In Russian].
4. Shou G. E. Zagryaznenie Arktiki [The Arctic pollution]. Newsletters of the Russian Geographical Society. 1995. Vol. 127. Issue 1. P. 3—14 [In Russian].
5. Evseev A. V., Krasovskaya T. M. Zakonomernosti formirovaniya impaktnyh zon v Arktike i Subarktiki Rossii [Patterns of Formation of the Impact Zones in the Arctic and Subarctic zones of Russia]. Geography and natural resources. 1997. No. 4. P. 19—24 [In Russian].
6. Evseev A. V., Krasovskaya T. M., Mironenko N. S. Ocenka rekreacionnogo potenciala Severa Rossii [Assessment of the recreational potential of the North of Russia]. Smolensk, Universum. 1996. P. 94 [In Russian].
7. Reshetnyak O. S. Antropogennaya nagruzka na vodnye ekosistemy reki Kolymy [Anthropogenic load on aquatic ecosystems of the Kolyma River]. Geography and natural resources. 2015. No. 2. P. 47—52 [In Russian].
8. Bryzgalo V. A., Ivanov V. V. Rol antropogennogo faktora v formirovanii sovremennogo gidrologo-ekologicheskogo sostoy-aniya rek Severa i Arktiki Rossii [The role of the anthropogenic factor in the formation of the current hydrological and ecological state of the rivers of the North and the Arctic of Russia]. Environmental chemistry. 2004. Vol. 13. Issue 2. P. 79—92 [In Russian].
9. Lumb A., Halliwell D., Sharma T. Application of CCME water quality index to monitor water quality: a case of the Mackenzie River basin, Canada. Environmental Monitoring and Assessment. 2006. No. 113. P. 411—429.
10. Belyakova A. M., Zueva N. V. Ocenka kachestva vody gorodskoj reki po gidrohimicheskim indeksam (reka Ohta, Sankt-Pe-terburg) [Assessment of the water quality of a city river by hydrochemical indices (the Okhta River, St. Petersburg)]. Proceedings of the Karelian Scientific Center of the RAS. 2021. No. 9. P. 72—84 [In Russian].
