ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 5, с. 544-552
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 550.42
ФТОР В ПОВЕРХНОСТНЫХ И ГРУНТОВЫХ ВОДАХ БАССЕЙНА СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ р. КЛЯЗЬМЫ1
© 2014 г. В. С. Савенко, Д. Ю. Зезин, А. В. Савенко
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119991 Москва, Ленинские горы E-mail: Alla_Savenko@rambler.ru Поступила в редакцию 17.04.2013 г.
Получены данные о содержании фтора в водах бассейна среднего течения р. Клязьмы в период летней межени. Определено фоновое содержание фтора в водотоках (р. Клязьме, малых реках, ручьях), водоемах (дренажных канавах, озерах) и грунтовых водах. Выявлены антропогенные фторидные гидрохимические аномалии и их приуроченность к урбанизированным промышленным территориям. Сделано и экспериментально обосновано предположение, согласно которому содержание фтора в грунтовых водах контролируется процессами его распределения между водой и вмещающими породами. Установлено, что при взаимодействии почв со снеговой водой и аллювиальных отложений с речной водой в условиях нейтральной и слабокислой реакции среды происходит удаление фтора из раствора, а в слабощелочной среде — переход фтора из твердой фазы в растворенное состояние. Влияние растворенного органического вещества на процесс выщелачивания фтора из породообразующих минералов также зависит, в первую очередь, от равновесной величины pH: в слабощелочных условиях присутствие органических кислот способствует мобилизации фтора, тогда как в слабокислых — наоборот, снижает ее интенсивность.
Ключевые слова: фтор, поверхностные воды, грунтовые воды, фоновое содержание, антропогенные гидрохимические аномалии, р. Клязьма.
Б01: 10.7868/80321059614050125
Фтор относится к биологически активным элементам с ярко выраженными физиологическими функциями. Основное количество фтора (~70%) поступает в организм человека с питьевой водой, в силу этого недостаток или избыток в ней фтора предопределяет развитие специфических патологий: при низкой концентрации фтора (<0.1—0.2 мг/л) возникает кариес зубов, при высокой (>5 мг/л) — флюороз зубов и скелета [3, 4, 6]. Имеются также указания, что фтор влияет на накопление металлов в костной ткани животных [5, 9]. Кроме того, предполагается, что большие количества фтора в организме могут вызывать онкологические заболевания [1, 13]. Оптимальным содержанием фтора в питьевой воде считается диапазон 0.5—1.5 или 0.7—1.2 мг/л [1, 4].
Изучению распространения фтора в природных водах, в частности на территории России, посвящено большое число работ. Однако до сих пор
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 11-0593105) в рамках Европейской ассоциированной лаборатории "Геохимия окружающей среды" (ЬБЛОБ).
немало районов, не охваченных детальными исследованиями, к ним относится бассейн среднего течения р. Клязьмы, в пределах которого урбанизированные зоны с централизованным водоснабжением соседствуют с относительно малозаселенными территориями, где используются местные источники водоснабжения. Цель настоящей работы состояла в изучении распределения фтора в различных водных объектах данного района, являющихся действующими или потенциальными источниками водоснабжения. Дополнительно к этой задаче для выяснения возможности формирования удаленных фторидных гидрохимических аномалий в результате атмосферного переноса загрязняющих веществ, производимых крупным промышленным мегаполисом, было определено содержание фтора в поверхностных водах национального парка "Лосиный остров".
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Район исследований охватывает северо-восточную часть Смоленско-Московской возвы-
шенности (Юрьевское ополье), а также северную и центральную части Мещерской низменности.
Юрьевское ополье — холмистая моренная равнина, занимающая возвышенные, расчлененные и хорошо дренируемые территории с абсолютными высотами 180—240 м. Изучавшаяся часть Юрьевского ополья расположена в зоне лесов и подзолистых почв. Наиболее распространены дерново-подзолистые почвы; в понижениях рельефа присутствуют торфяно-глеевые и иловато-глеевые почвы; на водоразделах встречаются серые лесные почвы.
Мещерская низменность, северной границей которой считается р. Клязьма, представлена, главным образом, сильно заболоченными, на 50—60% залесенными территориями с абсолютными отметками 100—140 м, а также зарастающими озерами, протоками и старицами. Почти 35% площади Мещерской низменности занято непроходимыми или труднопроходимыми болотами, которые приурочены к понижениям рельефа. Почвы кислые: дерново-подзолистые, подзолисто-глеевые и подзолистые.
Клязьма относится к типичным рекам Восточно-Европейской равнины со смешанным питанием и высоким половодьем. В весенний период основной источник ее питания — талые воды, в летне-осенний период — дождевые и грунтовые воды, зимой питание осуществляется преимущественно за счет разгрузки грунтовых вод. На обследованном участке от г. Ногинска до пос. Костерево глубина реки составляет в среднем 1.5—2.5 м, увеличиваясь на отдельных участках до 7 м. Скорость течения изменяется в интервале 0.3—0.7 м/с. С 1937 г. сток реки зарегулирован Клязьминским водохранилищем.
Национальный парк "Лосиный остров" приурочен к стыку Мещерской низменности и Клин-ско-Дмитровской гряды, которая служит водоразделом рек Москвы и Клязьмы. Треть площади парка находится в административных границах г. Москвы (Сокольнический, Бабушкинский и Куйбышевский районы), а остальная часть входит в пригородную зону (Балашихинский, Мытищинский и Щелковский районы Московской области). Леса, болота и водные объекты занимают соответственно 85, 5 и 1% территории. Наиболее распространены дерново-подзолистые почвы (в основном суглинистые, реже супесчаные и песчаные).
Пробы воды из различных водных объектов отбирались в чистые пластиковые емкости в период летней межени. Несколько проб снега было взято в зимний период вблизи Мещерской учебно-научной станции Геологического факультета
Таблица 1. Сравнение результатов определения фтора в природных водах методом прямой ионометрии и методом добавок
[Б], мг/л
Объект прямая ионометрия метод добавок разность
р. Малая Дубна 0.25 0.24 0.01
р. Верхулька 0.35 0.36 -0.01
р. Шерна 0.32 0.32 0
р. Ласка 0.34 0.33 0.01
р. Вохонка 0.67 0.65 0.02
Колодец, дер. Молодино 0.04 0.03 0.01
Колодец, дер. Богдарня 0.25 0.27 -0.02
Снег, Мещерская учеб- 0.08 0.09 -0.01
но-научная станция
МГУ. Содержание фтора в растворах определялось с использованием фторидного ионоселектив-ного электрода методом прямой ионометрии, описанным в [11]. Воспроизводимость потенциомет-рических измерений находилась в пределах ±1 мВ, что соответствовало точности измерения концентрации фтора ±4%. Сравнение результатов определения фтора методом прямой ионометрии и прецизионным методом добавок показало отсутствие систематической ошибки и согласованность результатов в пределах ±0.01 мг Б/л (табл. 1). Всего на содержание фтора было проанализировано около 200 проб воды. Для выявления возможных корреляционных связей между концентрациями фтора и других растворенных компонентов в 62 пробах разных типов вод (снеговых, речных, озерных, грунтовых, подземных артезианских) определялось содержание компонентов основного солевого состава с применением стандартных аналитических методик, рекомендованных в [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Данные о содержании фтора в водных объектах бассейна среднего течения р. Клязьмы приведены в табл. 2. На участках, удаленных от источников антропогенного загрязнения, средние концентрации фтора в р. Клязьме и в 28 малых реках в период летней межени почти совпадают (0.29 и 0.28 мг/л соответственно). В водах дренажных канав и озер средние концентрации фтора также близки между собой, но по абсолютным величинам существенно ниже по сравнению с водотоками (0.19 и 0.18 мг/л). Частота встречаемости концентраций в поверхностных водах фоновых районов
Таблица 2. Содержание фтора в различных водных объектах бассейна среднего течения р. Клязьмы
Объект
Число проб
|Г], мг/л
среднее
диапазон
Территории с относительно небольшой антропогенной нагрузкой
4
0.08
Снег, Мещерская учебно-научная станция| Реки:
Клязьма 35 0.29
Большая Дубна 2 0.35
Большая Липня 2 0.30
Большая Ушма 1 0.25
Верхулька 3 0.34
Вольга 4 0.32
Ворша 2 0.29
Воря 2 0.35
Вырка 1 0.24
Дрезна 1 0.25
Дубенка 1 0.25
Ильмовка 1 0.28
Киржач 6 0.32
Колокша 7 0.31
Ласка 2 0.33
Малая Дубна 2 0.28
Мележа 1 0.25
Молодынь 1 0.24
Ободь 1 0.17
Пекша 4 0.28
Плотня 1 0.26
Поля 2 0.35
Сеньга 5 0.28
Танка 2 0.34
Черная 2 0.35
Шаловка 2 0.24
Шередарь 1 0.32
Шерна 4 0.27
Щитка 2 0.17
Ручьи 7 0.32
Дренажные канавы 6 0.19 Озера:
Богдарненское 1 0.17
Ершевик 1 0.08
Игнатовка 1 0.21
Чаща 1 0.07
Войново 1 0.38
Грунтовые воды (колодцы) 50 0.10
Артезианская вода, скважина 1 1.95 в известняки мячковского горизонта
Территории, испытывающие сильное антропогенное воздействие
0.07-0.10
0.19-0.49 0.23-0.47 0.22-0.38
0.34-0.35 0.22-0.39 0.25-0.32 0.33-0.37
0.21-0.58 0.27-0.41 0.31-0.34 0.25-0.30
0.18-0.43
0.21-0.35 0.26-0.41 0.31-0.39 0.22-0.26
0.23-0.32 0.14-0.20 0.20-0.37 0.06-0.28
0.02-0.26
р. Клязьма, г. Орехово-Зуево 2 0.46 0.42-0.49
р. Березка, г. Петушки 4 0.57 0.43-0.84
р. Вохонка, г. Электросталь 1 0.67 -
р. Щитка, г. Покров 1 0.54 -
Заиленные карты р. Клязьмы 4 0.88 0.54-1.20
Пруд-отстойник, г. Электросталь 1 0.71 -
Пруды-отстойники, г. Ставрово, Завод 5 1.65 0.97-2.08
автотракторного оборудования
соответствует нормальному закону распределения (рис. 1а). Значимые корреляционные связи между содержаниями фтора и компонентов основного солевого состава не установлены (коэффициенты
корреляции фтора с №+, К+, М§2+, Са2+, С1SO2-,
НСО- и минерализацией равны 0.13, 0.38, -0.05, 0.16, 0.17, 0.19, 0.02 и 0.13).
Содержание фтора в поверхностных водах бассейна среднего течения р. Клязьмы несколько выше среднего содержания в реках мира (0.1 мг/л [14]), но соответствует диапазону более ранних измерений в речных водах бассейна Верхней Волги (0.14-0.75 мг/л [7]). Содержание фтора в грунтовых водах в районе иссл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.