ОСОБЕННОСТИ  МИГРАЦИИ  ЭЛЕМЕНТОВ  В  ПРИРОДНЫХ  ВОДАХ  КОЛЬСКОГО  СЕВЕРА  В  ЗАВИСИМОСТИ  ОТ  ГЕОХИМИИ  ПОРОД  И  АЭРОТЕХНОГЕННЫХ  НАГРУЗОК

Базова  Мария  Михайловна

аспирант,  младший  научный  сотрудник  ГЕОХИ  РАН,  РФ,  г.  Москва

E-mail: 

THE  FEATURES  OF  MIGRATION  OF  ELEMENTS  IN  NATURAL  WATERS  OF  THE  KOLA  PENINSULA  DEPENDING  ON  THE  GEOCHEMISTRY  OF  THE  ROCKS  AND  AIRBORNE  INDUSTRIAL  LOADS

Maria  Bazova

postgraduate  student,  junior  research  assistant  et.  V.I.  Vernadsky  Institute  of  Geochemistry  and  Analytical  Chemistry  of  RAS,  Russia,  Moscow

Работа  выполнена  при  финансовой  поддержки  гранта  №  14-05-31228  мол_а

АННОТАЦИЯ

В  условиях  антропогенных  воздействий  на  водные  объекты  Кольского  Севера  возникла  необходимость  в  изучении  водной  миграции  элементов.  Выщелачивание  горных  пород  —  основной  источник  поступления  элементов  в  природные  воды.  Антропогенная  нагрузка  в  последние  годы  становится  значимой  наряду  с  геохимическими  и  ландшафтными  особенностями  формирования  химического  состава  вод.  Воздушное  загрязнение,  обусловленное  локальной  эмиссией  и  трансграничным  переносом  многих  видов  загрязняющих  веществ,  в  современный  период  оказывает  все  большее  влияние  на  состояние  водных  ресурсов. 

ABSTRACT

In  terms  of  human  impacts  on  water  bodies  of  the  Kola  Peninsula  there  was  a  need  to  study  the  migration  of  aquatic  elements.  Leaching  of  rocks  is  the  main  source  of  elements  in  natural  waters.  Anthropogenic  pressures  in  recent  years  become  a  significant  along  with  geochemical  and  landscape  features  of  formation  of  the  chemical  composition  of  water.  Air  pollution  caused  by  the  emission  of  local  and  cross-border  transfer  of  many  types  of  pollutants  in  the  modern  period  has  a  greater  influence  on  the  state  of  water  resources.

Ключевые  слова:  выщелачивание;  водная  миграция;  аэротехногенное  воздействие;  антропогенное  закисление;  природное  подкисление

Keywords:  leaching;  water  migration;  aerotechnogenic  impact;  anthropogenic  acidification;  natural  acidification

На  территории  Кольского  Севера  выделяют  три  центра  техногенного  (включая  аэротехногеннное)  загрязнения.  Северо-западный  центр,  в  котором  расположены  предприятия  цветной  металлургии.  Наиболее  мощный  загрязнитель  —  горно-металлургическое  производство  медно-никелевых  руд  комбинат  «Печенганикель»  (г.  Заполярный  и  г.  Никель).  Меридиональный  центр  охватывает  долины  р.  Колы,  оз.  Имандра  и  р.  Нивы,  где  функционируют  предприятия  горнодобывающей  и  химической  промышленности,  цветной  и  черной  металлургии.  Эта  территория  в  большей  степени  подвержена  техногенному  загрязнению,  так  как  внутри  нее  расположены  промышленные  предприятия  Оленегорска,  Мончегорска,  Кировска,  Апатитов  и  Кандалакши  (ГМК  «Североникель»,  ОАО  «Апатит»,  «Олкон»,  Кольская  АЭС,  Ловозерский  ГОК,  Кандалакшский  алюминиевый  завод,  а  также  образованные  ими  города  и  поселки).  Горно-обогатительные  комбинаты,  расположенные  в  этих  городах,  выбрасывают  в  атмосферу  большое  количество  пыли,  что  отрицательно  сказывается  на  окружающей  среде  и,  особенно  на  качестве  воздуха  [3,  с.  261]  Формирование  отвалов  и  карьеров,  из  которых  выщелачиваются  химические  элементы,  приводит  к  изменениям  в  водных  экосистемах  [2,  с.  88]  Юго-западный  центр  включает  в  себя  железорудные  и  другие  предприятия  Ено-Ковдорского  промышленного  узла,  которые  также  вносят  свой  вклад  в  аэротехногенное  загрязнение  территории  Кольского  полуострова.  Особенность  состава  выбросов  предприятий  на  территории  Кольского  полуострова  заключается  в  том,  что  эмиссия  кислотообразующих  веществ  сопровождается  выбросами  пылевых  частиц,  которые  в  пределах  локальных  зон  нейтрализуют  кислотность  выпадающих  осадков  [4,  с.  276;  5,  с.  268]

Цель  работы  заключалась  в  выявлении  особенностей  элементного  состава  вод  в  зоне  влияния  источника  загрязнения  и  в  зависимости  от  ландшафтно-геохимических  особенностей  региона. 

Объекты  и  методы  исследования 

Информационная  основа  настоящего  исследования  включает  в  себя  данные  по  элементному  составу  71  малого  озера  Кольского  Севера  за  2005  год.  Исследуемые  малые  озера  приурочены  к  районам  распространения  магматических  горных  пород  Балтийского  щита,  которые  охватывают  тундровый  и  таежный  регионы  Кольского  Севера  (Мурманская  область).  Озера  были  сгруппированы  по  4  субрегионам  по  мере  удаленности  от  источника  загрязнения  и  в  зависимости  от  типа  горных  пород,  слагающих  их  водосборы  (основные  и  кислые):  I  —  импактная  зона  (основные  породы),  II  —  субимпактная  зона  (основные  породы),  III  —  антропогенно-закисленные  озера  северо-восточной  тундры  (кислые  породы),  IV  —  природно-подкисленные  озера  заболоченных  массивов  (кислые  и  осадочные). 

Концентрация  микроэлементов  определялась  параллельно  двумя  методами:  1)  13  элементов  (Sr,  Al,  Fe,  Mn,  Cr,  Cu,  Ni,  Zn,  Cd,  Ci,  Pb,  As)  определялись  атомно-адсорбционным  (DAS,  Corp.  Norwalk,  США)  методом  с  непламенной  атомизацией  (HGA-400)  в  лаборатории  ИППЭС  КНЦ  РАН;  2)  более  60  элементов  —  методом  индуктивно  связанной  плазмы  на  масс-спектрометре  Plasma  Quad-3  фирмы  Fisions  Instruments  Elemental  Analisis  (Великобритания).  Концентрации  этих  элементов  были  выше  аналитического  порога  обнаружения  [5,  с.  268].  Всего  в  водах  малых  озер  был  рассмотрен  51  элемент. 

Результаты 

В  таблице  1  представлены  значения  элементного  состава  горных  пород  и  воды  озер  в  выделенных  субрегионах. 

Как  известно,  слагающие  водосборы  озер  основные  породы  более  подвержены  выщелачиванию,  чем  кислые.  Они  характеризуются  повышенными  содержаниями  щелочных  металлов  Na,  Mg,  Al,  Si,  K,  Ca,  Li,  Be,  Rb,  Sr,  Cs,  Ba,  которые  активно  выщелачиваются  из  горных  пород  и  поступают  в  водные  объекты  [6,  с.  154].

Озера  импактной  зоны  (I)  расположены  в  пределах  лесотундры  в  зоне  функционирования  горно-металлургического  комбината  «Печенганикель».  Очевидно,  что  при  выпадении  кислых  осадков  (поступающих,  в  частности,  и  в  результате  трансграничного  переноса)  на  водосборе,  сложенном  основными  породами,  выщелачивающиеся  катионы  могут  способствовать  частичной  нейтрализации  кислых  вод.  В  условиях  слабокислой  среды  (рН  ~  6.50)  активно  выщелачиваются  катионогенные  Na,  Cs  и  анионогенные  –  Br,  I.  Повышенное  содержание  Zn,  Ni,  Cu,  Cd  обусловлено  не  только  аэротехногенным  рассеиванием  от  комбинатов,  но  и  выщелачиванием  в  кислой  среде.  Обогащение  вод  Se,  V,  Bi,  Mo,  Re  также  вызвано  локальной  эмиссией  кислотообразующих  веществ,  но  в  значительно  меньших  концентрациях,  так  как  содержание  этих  элементов  в  породах  в  десятки-сотни  раз  меньше  вышеупомянутых  элементов. 

В  озерах  субимпактной  зоны  (II),  охватывающей  лесотундру  и  северную  тайгу,  в  идентичных  условиях  окислительной  обстановки  (рН  ~  6.61)  за  исключением  Ni,  Cu,  Zn  происходит  обогащение  вод  теми  же  элементами,  что  и  в  озерах  импактной  зоны.  Однако  более  активно  происходит  выщелачивание  элементов  I,  Cs,  Bi,  Re. 

Водосборы  озер  северо-восточной  тундры  (III)  сложены  микроклиновыми  гранитами,  которые  к  югу  сменяются  олигоклазовыми  гранитами.  На  северо-востоке  Кольского  Севера  отмечены  самые  низкие  концентрации  основных  катионов  и  пониженные  величины  минерализации  воды  (9  мкСм/см),  рН  меньше  6.  В  озерах  рассматриваемой  зоны  происходит  обогащение  вод  Cl,  I,  Br  засчет  поступления  с  морскими  аэрозолями  и  усиления  биогенного  круговорота  этих  элементов.           

Природно-подкисленные  озера  заболоченных  ландшафтов,  расположенные  в  юго-восточной  части  Кольского  Севера,  характеризуются  следующими  особенностями.  Преобладающее  направление  ветров  на  территории  Кольского  Севера  таково,  что  выпадение  антропогенной  серы,  обусловленное  трансграничным  переносом  и  поступлением  со  стороны  комбинатов  «Печенганикель»  и  «Североникель»  на  территории  данного  субрегиона  минимально  (от  0,  3  до  1,0  г/Sм²год).  Для  этого  субрегиона  характерно  большое  разнообразие  пород  и  наличие  значительных  болотных  массивов.  Водосборы  озер  сложены  преимущественно  кислыми  и  основными  породами.  Кроме  того,  здесь  прослеживаются  сланцевые  амфиболиты  и  слюдистые  гнейсы.  Наличие  торфянистых  и  болотных  почв  обуславливает  обогащение  вод  гумусовыми  веществами.  Они  в  свою  очередь  сорбируют  и  аккумулируют  Cl,  Na,  Ca,  Br,  I,  Zn,  B,  которые  принимают  активное  участие  в  биогенной  миграции.  Повышенные  концентрации  As,  Mo,  Se,  Re,  V,  Bi,  Ag,  Cd  в  воде  озер  обусловлено  аэротехногенным  рассеиванием  элементов  от  промышленных  предприятий.  Также  происходит  обогащение  вод  Pr,  Nd,  Nb,  Ce,  но  в  меньших  концентрациях.  Повышенные  концентрации  Re  в  воде  озер,  возможно,  обусловлены  воздействием  антропогенных  нагрузок  на  водные  экосистемы.     

Таблица  1. 

Элементный  состав  пород  и  вод  озер  [6,  с.  565—571]  (в  %)  в  выделенных  субрегионах  (жирным  шрифтом  выделены  значения,  превышающие  таковые  в  соответствующих  типах  пород)

Выводы:

Малые  озера  Кольского  Севера  являются  индикаторами  процессов,  происходящих  на  водосборе  и  в  водоеме.  В  озерах,  водосборы  которых  сложены  основными  породами  в  силу  буферных  свойств  вод,  происходит  активное  выщелачивание  элементов,  входящих  в  состав  горных  пород.  Наличие  аэротехногенного  источника  загрязнения  обуславливает  высокое  содержание  в  воде  озер  Zn,  Ni,  Cu,  Cd,  Se,  V,  Bi,  Mo,  Re.  Озера,  не  подверженные  прямым  источникам  загрязнения  в  большей  степени  обогащаются  антропогенно-обусловленными  элементами  I,  Bi,  Cs,  Re.  В  озерах,  приуроченных  к  уязвимым  кислым  породам,  происходит  обогащение  вод  анионогенными  элементами  Cl,  I,  Br.  Озера  заболоченных  массивов  в  силу  ландшафтно-геохимических  условий  в  целом  характеризуются  повышенным  содержанием  элементов.  В  условиях  окислительной  обстановки  происходит  усиление  миграционных  свойств  Cl,  Na,  Ca,  Br,  I,  Zn,  B  и  редкоземельных  элементов.  Повышенные  концентрации  опасных  элементов  (As,  Mo,  Se,  Re,  V,  Bi,  Ag,  Cd)  в  окружающей  среде  и  в  воде  озер  может  негативным  образом  сказываться  на  состоянии  водных  экосистем. 

Список  литературы:

1. Виноградов  А.П.  Среднее  содержание  химических  элементов  в  главных  типах  изверженных  гонных  пород  земной  коры.  —  1962.  —  №  7.  —  С.  565—571. 
2. Красовская  Т.М.,  Евсеев  А.В.  Рациональное  природопользование  на  Кольском  полуострове.  М.,  МГУ,  1990.  —  88  с. 
3. Макарова  Т.Д.,  Попов  Я.П.,  Артоболевский  В.И.  Атмосферный  воздух  в  условиях  промышленного  освоения  Кольского  Севера.  Апатиты:  Изд.  КНЦ  РАН,  1996.  —  261  с. 
4. Моисеенко  Т.И.  Закисление  вод:  факторы,  механизмы  и  экологические  последствия.  М:  Наука,  2003.  —  276  c.
5. Моисеенко  Т.И.,  Гашкина  Н.А.  Формирование  химического  состава  вод  озёр  в  условиях  изменения  окружающей  среды.  М.:  Наука,  2010.  —  268  с. 
6. Перельман  А.И.  Геохимия  природных  вод.  М.:  Наука,  1982.  —  154  с.