ГЕОХИМИЯ, 2007, № 10, с. 1114-1128
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СОЛЯНЫХ ОЗЕР АЛТАЙСКОГО КРАЯ
© 2007 г. Г. А. Леонова*, В. А. Бобров*, А. А. Богуш*, В. А. Бычинский**, Г. Н. Аношин*
*Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН 630090 Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 3 e-mail :leonova@uiggm.nsc.ru **Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1а Поступила в редакцию после доработки 14.11.2006 г.
В работе использован комплекс аналитических методов: ААС (атомно-абсорбционная спектрометрия), РФА-СИ (рентгеновская флуоресценция с синхротронным излучением) и ИНАА (нейтронно-активационный метод), позволивший вести анализ на 40 микроэлементов. В соответствие с принятым в биогеохимии приемом подсчитаны коэффициенты обогащения элементов (EF - Enrichment Factor) в планктоне относительно средних концентраций элементов в континентальной глине (shale) с предварительным нормированием по Sc. Чтобы понять специфику концентрирования микроэлементов живым веществом в различных по солевому составу и геохимической обстановке водных экосистемах, были рассчитаны химические формы микроэлементов в рапе соляных озер с помощью программ WATEQ4F и Селектор-С. Обогащение планктона оз. Большое Яровое ртутью обусловлено не только геохимической спецификой минерализованного рассола (рапа), о чем свидетельствуют формы нахождения ртути, но и техногенным фактором - ртутьсодержащими отходами комбината "Алтайхимпром" (г. Яровое).
С давних пор соляные озера Алтайского края представляют интерес как сырьевые источники нерудных минералов (мирабилит, гипс, сода, га-лит). Комплексные исследования, проводившиеся в первой четверти XX века, показали, что многие из этих озер представляют интерес для промышленного освоения. В начале 50 гг. стали осваиваться содовые и соляные озера Кулундинской степи. Так, вблизи оз. Кучукское действует Ку-чукский сульфатный завод - монополист в России по производству сульфата натрия из природного мирабилита. Предприятие - Бурлинский соляной промысел - специализируется на добыче в оз. Бур-линском поваренной соли. На базе содовых ресурсов системы Танатарских озер функционирует Михайловский содовый комбинат [1, 2].
Соляные озера Кулундинской степи, кроме того, являются объектами санаторно-курортного лечения населения. В минерализованных озерах образуются донные отложения особого вида - лечебные илы, или грязи, запасы которых в Алтайском крае весьма значительны. Для заготовки ценнейшего лечебного материала перспективны минерализованные озера Большое и Малое Яровые, Кучукское и др. Бальнеологический интерес представляют щелочные и сероводородные илы в озерах Щелочное, Бакланье, а также сапропелевые илы в озерах Мельничное, Хорьковское, Малый Уткуль. Развитие местного и региональ-
ного санаторно-курортного дела в Алтайском крае привело к интенсивному изъятию природных лечебных материалов лимнического происхождения - твердых отложений солей, рапы, минерализованных илов, грязевых отложений [1, 3].
С 80-х годов XX века соляные озера Кулундинской степи становятся базой заготовки биологического сырья водного происхождения, и в частности, кормовых беспозвоночных, наиболее ценным видом которых является жаброногий рачок Artemia salina L. [4].
Освоение сырьевых ресурсов соляных озер Алтайского края обусловило изучение в первую очередь солевого состава высокоминерализованных рассолов (рапа) [5-8], физико-химических свойств лечебных грязей [3] и гидробиологических характеристик водной биоты, таких как биомасса, сезонная динамика и пр. [9, 10]. В. противоположность этому биогеохимических исследований, и в частности, определения элементного состава взаимосвязанных компонентов озерных экосистем - рапы, донных отложений и гало-фильных биообъектов - практически не проводилось. Первое упоминание об элементном составе галофильного рачка артемии встречается в фундаментальном труде А.П. Виноградова "Химический элементарный состав организмов моря" [11, стр. 356]: "... очень своеобразен рачок Artemia salina, обитающий массами во многих соленых
озерах, морских заливах и водоемах с большим содержанием солей - особенно сульфатов (насыщенных растворах Na2SO4) - например, в Тамбу-канских озерах, Карабугазе, озерах Кулундин-ских степей и т.д. В озерах Барабинской степи Ar-temia salina образует сапропелевые отложения. Рачки почти не были изучены с химической стороны, поэтому особенно интересен единственный, кажется, анализ Artemia salina из соленого озера в Кордобе (Аргентина, оз. Маар-Чикита, сделанный Stuckert (1933). Их яйца содержали много фосфора, оболочки яиц - много кальция. В золе было найдено 74.92% NaCl". В цитируемой работе ученый указывает на специфичные особенности химического анализа морского зоопланктона и зоопланктона соляных озер - ".. .такой зоопланктон невозможно полно и совершенно отделить от той морской воды, которая удерживается на покровах, под створками, в антеннах у планктонных рачков. Все анализы планктона, поэтому, имеют один общий недостаток - они включают некоторое количество морских солей" [11, стр. 352]. С вышеупомянутой проблемой о невозможности полного отделения солей при определении элементного состава Artemia salina столкнулись и авторы данной статьи, о чем подробно упоминается в публикации [12].
В связи с пробелом в биогеохимических исследованиях экосистем соляных озер вообще, и озер Кулундинской степи в частности, нами была поставлена цель изучить элементный состав взаимосвязанных компонентов озерных экосистем, как в природных, так и техногенно нарушенных условиях, а также оценить экологическое состояние озер методом биогеохимической индикации. В основу данной работы положены результаты мониторинговых наблюдений (1998-2004 гг.) за состоянием трех соляных озер - Кулундинское, Малое Яровое и Большое Яровое [13-17].
Были поставлены следующие задачи:
- выявить специфику обогащения живого вещества изученных соляных озер микроэлементами относительно среды обитания (рапа, донные отложения);
- изучить распределение элементов по основным химическим формам в неорганической подсистеме рапы озер и показать их биодоступность и потенциальную экологическую опасность для биообъектов;
- определить степень техногенной нагрузки на экосистему оз. Большое Яровое в зоне влияния химического комбината "Алтайхимпром" с использованием общепринятых геохимических критериев.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследованные соляные озера находятся на северо-западе Алтайского края в степной, наибо-
лее засушливой части Алтайского края - Кулундинской равнине (рис. 1 по [18]). Для нее характерен плосковогнутый рельеф, слабо изрезанный водотоками, с минимальными абсолютными отметками в центральной части депрессии. Формирование поверхности равнины происходило под влиянием крупного, последовательно сокращающегося, четвертичного водного бассейна. По мере уменьшения его акватории, освобождавшиеся участки суши подвергались водной эрозии, и внешние террасы с наибольшими абсолютными высотами размывались сильнее и приобретали гривистый рельеф. К пониженной части равнины приурочены крупные соляные озера: Кулундинское, Кучукское, Большое Яровое - и ряд малых -остаточная акватория ранее существовавшего крупного водоема. Основу дренирующей системы равнины образуют реки Кулунда, Кучук, Су-етка и их притоки [2].
Озеро Кулундинское - самое крупное по размерам соляное озеро в пределах Кулундинской степи. Оно относится к периодически-проточным озерам, то есть при высоком стоянии уровня сливает воды в оз. Кучук. Питание речное (стоки рек Кулунда и Суетка) и снеговое (зимой озеро не замерзает). Донные отложения содержат запасы мирабилита [7].
Озеро Большое Яровое занимает глубокую котловину (около 25 м), речного питания не имеет. Озеро бессточное. Донные отложения мощностью около 0.6-1.5 м представлены илами. Основные составляющие приходного водного баланса озера - весенний сток с водосбора, выходы грунтовых вод у крутых берегов, зимние и летние осадки, расходная часть - испарение [1].
Озеро Малое Яровое имеет глубокую, округлую котловину правильной формы. Озеро бессточное. Дно озера песчаное, мощность иловых отложений составляет 0.1-0.2 м [1].
Отбор проб основных компонентов экосистем исследуемых озер проводили по общепринятым методикам. Пробы воды отбирали в поверхностном горизонте в полиэтиленовые бутылки, отфильтровывали через мембранные ядерные фильтры с диаметром пор 0.45 мкм на приборе Куприна с целью разделения взвешенных и растворенных форм металлов. Фильтраты консервировали добавлением концентрированной азотной кислоты марки о. с. ч. из расчета 4 мл кислоты на 1 л раствора. Фильтры со взвешенным веществом запаковывали в полиэтиленовые пакеты и хранили в холодильнике. Донные отложения отбирали в прибрежной части на глубину 30-50 см цилиндрическим пробоотборником с лепестковым затвором. Керн осадка делили на фрагменты по 3 см. В каждой пробе определялась естественная влажность. Сбор мезопланктона (A. salina) проводили малой планктонной сетью. В сетных уловах из поверхностного горизонта рапы
м о
к
к
Я
1
о
1
В 2
Рис. 1. Расположение соляных озер на северо-западе Алтайского края по Н.Я. Шойхет и др. [18]. 1 - изолинии загрязнения атмосферного воздуха Алтайского края, т/км3/год; 2 - границы зон: I - Рудно-Алтайской полиметаллической, II - Чарышско-Коргонской подзоны, III - Талицкой редкометаллической подзоны, IV - Белокурихинского рудного узла.
Й И
О Д
О
и
>
м
о о о
(0-5 м) оз. Большое Яровое преобладали взрослые особи рачка A. salina (до 100% биомассы). Зольность таких проб составляла в среднем 28%. Пробы поверхностного планктона из озер Кулундин-ское и Малое Яровое состояли из смеси взрослого рачка артемии, их диапаузирующих цист (яиц) и, вероятно, небольшой части минеральной взвеси, в связи с чем, зольность планктонных проб из этих озер значительно выше - 42 и 51% соответственно.
Основной химический состав рапы (катионы, анионы) определен в аккредитованной Лаборатории контроля качества природных и сточных вод Федерального государственного учреждения "ВЕРХНЕ
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.