ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2014, № 3, с. 220-234
УДК 551
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМЫ ОЗЕРА КОЛЫВАНСКОЕ (АЛТАЙСКИЙ КРАЙ) И ВЛИЯНИЕ НА НЕЕ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
© 2014 г. В. Д. Страховенко, В. Г. Кабанник, И. Н. Маликова
Институт геологии и минералогии СО РАН 630090 Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3; E-mail: strahova@igm.nsc.ru, VasilinaGK@gmail.com Поступила в редакцию 06.07.2012 г.
В работе рассмотрены закономерности формирования донных осадков до глубины 1.2 метра, факторы, влияющие на состав осадков, воды, почвы водосборной площади озера. Установлено, что химический состав озерных осадков теснейшим образом связан с составом почв окружающих водоразделов, а те с составом почвообразующих пород. Выявлено крайне неравномерное загрязнение техногенными радионуклидами озерной системы в пределах акватории. Максимальная величина загрязнения радиоцезием донных отложений озера составляет — 350 мКи/км2 (в пересчете на 2000 год). Концентрации элементов (Cu, Zn, Cr, Ni, Co, Mg, Be, Sb, Mn и др.) в донных осадках, воде, почвах водосборных площадей озера Колыванского не выходят за пределы фоновых значений (за исключением содержаний ртути в донных осадках), что позволяет считать данную территорию не загрязненной неорганическими техногенными компонентами.
DOI: 10.7868/S0024497X14030069
Геохимические процессы и ландшафтные условия, определяющие миграционные потоки элементов и формы их нахождения в окружающей среде, формируют их региональные фоновые уровни. Поведение элементов в процессах современного осадкообразования, закономерности их распределения и концентрирования в разных ландшафтных обстановках представляют важную фундаментальную проблему геохимии. Необходим поиск дополнительных критериев, способных повысить информативность донных отложений для оценки регионального геохимического фона.
Полигоном для исследований послужило Ко-лыванское озеро, которое расположено на юго-западе Алтайского края, на стыке Горного и Рудного Алтая, в пределах Саввушкинского массива (рис. 1). Массив сформирован на рубеже перми и триаса и относится к синюшинскому комплексу известково-щелочных гранитов. Преобладающей разновидностью являются амфибол-биотитовые гранодиориты, в меньшей степени развиты био-титовые адемеллиты и граниты, совсем редки лейкократовые граниты и ортитоносные пегматиты. Гранитоиды Саввушкинского массива отличаются от пород прочих массивов Синюшин-ского комплекса более высоким содержанием СаО и меньшим — А1203, К20 [Владимиров и др., 1997]. Выбор этого озера обусловлен рядом факторов: географическим положением, размерами, однородным составом окружающих пород, наличием впадающих и вытекающих рек, создающих
застойный и слабопроточный режим в пределах одного объекта. С юга береговая зона акватории озера обрамляется отрогами Алтайских гор с вершиной г. Большая (645 м), с севера и северо-запада располагается предгорная равнина со слабым уклоном в сторону озера (336 м) [Барышников, 1998]. Озеро имеет неправильную форму и вытянуто с севера на юг. Общая его протяженность — 4 км, при ширине от 0.5 до 2.5 км. Площадь зеркала озера составляет 4.5 км2, средняя глубина — 1.8 м, максимальная — 4.1 м. Общая площадь водосбора равна 55.7 км2. Исследователи склоняются к тектоническому происхождению котловины Колыванского озера [История ..., 1995]. В связи с близостью к территории Алтайского края Семипалатинского полигона, где в период с 1949 по 1989 год проводили испытания ядерного оружия, на территории Колыванского озера происходило неоднократное выпадение радиоизотопов (рис. 2) [Шойхет и др., 1996].
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Отбор проб донных отложений проводился цилиндрическим пробоотборником с вакуумным затвором конструкции НПО "Тайфун" (диаметр 82 мм, длина 100 см), позволяющим извлекать илистые сильнообводненные осадки. Керн донных отложений опробован поинтервально с шагом 3 см на глубину до 150 см. Осадок анализировался из навески стандартного объема (300 см3).
Рис. 1. Фрагмент схемы расположения позднепалеозойских—раннемезозойских магматических образований в структурах Алтая. 1—4 — допермские геологические образования: 1 — нерасчлененные додевонские, 2 — осадочные, 3 — вулканические, 4 — плутонические девонского возраста; 5 — гранитоиды Алтая с установленным радиологическим возрастом Р2—Т1, 6, 7 — дайковые пояса и массивы позднего палеозоя—раннего мезозоя: 6 — карбонатит-сиенит-пирок-сенит-габбровый комплекс "эдельвейс", 7 — дайковые пояса щелочных базальтов; 8 — границы кайнозойских впадин; 9 — рифтогенно-сдвиговые структуры, контролирующие размещение позднепалеозойских-раннемезозойских магматических образований; 10 — Колыванское озеро [Владимиров и др., 1997].
48
iКолыванское озеро
- ftW
дСаввушкински^^уСи
•\V З меино горск Л-г^х ePeJt УТ^ ■ Ai \ • I S /+1 м N 1. /
Л'/.Сумульти
1 * * * < • • • • • • 1 2 3 4 0 5 ® 6 7 ТТГГ^ 8 • — 9
10
Пробы почв на водосборах озерных экосистем отбирались в информативных точках ландшафтов металлическим кольцом (высота 5 см, диаметр 8.2 см), что обеспечивает определение плотности проб для оценки масштабов загрязнения радиоцезием (мКи/км2).
Естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ) — U, Th, К и 137Cs определялись гамма-спектрометрическим методом, причем уран определялся по активности радия, исходя из допущения о радиоактивном равновесии между 238U и дочерними продуктами его распада. Обоснованность этого подтверждена методом прямой гамма-спектрометрии радиоизотопа 234Th [Мельгунов, 2003]. Для датирования донных отложений использовались данные по активности радиоизотопов 137Cs и 210Pb. Этот метод, позволяющий оценить скорости современного осадконакопления, предложен С. Кришнасвами [Krishnaswamy et al., 1971] и в дальнейшем широко использовался нами и другими исследователями [Davis et al., 1984; Hermanson, 1990; Pempkowiak, 1991; Гавшин и др, 1999; Маркелов и др, 2005]. Анализ на 210Pb проведен гамма-спектро-
метрическим методом на планарном полупроводниковом детекторе с защитой от естественного излучения. В типовых разрезах донных отложений озер с различным минеральным составом вод определены редкоземельные элементы (РЗЭ). Анализ проводился нейтронно-активационным методом (НАА). Погрешность определения содержания элементов обычно составляет 5—15%. Все аналитические работы выполнены в аккредитованной лаборатории геохимии редких элементов и экогеохимии ИГМ СО РАН по сертифицированным методикам.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Мониторинговые исследования проводились с 1993 по 2012 г. За этот период отобрано 29 скважин (696 проб) донных осадков и 44 почвенных разреза (257 проб), пробы воды озера (поверхностной и придонной (по 6 проб), дождевой (2), снеговой (1)) и биоты (7) (рис. 3).
Минеральный состав донных осадков определен методом рентгеноструктурного анализа: (кварц — 10—15%, плагиоклаз — 15—20%, калие-
Рис. 2 . Схема направления движения радиоактивных облаков атмосферных ядерных взрывов, осуществлявшихся на Семипалатинском полигоне в период с 1949 по 1962 гг. [Шойхет. 1996]. 1 — города, 2 — озеро, 3 — оси распространения радиоактивных облаков от ядерных взрывов на Семипалатинском полигоне, 4 — граница Алтайского края.
54
И 53
св Н О
р и
52
51
50
77 78 1
79
80
81
. 2 ^ 3
82 83 84 Долгота, град.
85
86
87
вый полевой шпат — 15—20% и рентгеноаморфная фаза — до 25—40%. В малых количествах в осадке встречаются: иллит (2—5%), слюды (5—7%) и акцессорные минералы (пирит, рутил, апатит, ильменит). До глубины 40—60 см осадок представлен сапропелем. Ниже 60 см количество органического вещества становится меньше 10% и осадок в основном представлен кварцем и полевыми шпатами от пелитовой размерности до крупнозернистых песков.
В юго-восточной части водосборной площади почвы представлены слаборазвитыми щебнистыми черноземами, в северо-западной черноземами обыкновенными среднегумусовыми среднемощ-ными.
Колыванское озеро пресноводное, гидрокарбонатное (солевой состав воды (мг/л): Са — 12, М§ - 3.6, На + К - 9.2, НС03 - 61, 804 - 8.2, С1 -3.5), слабопроточное, в районе озера среднегодовая температура воздуха составляет 2°С, среднегодовое количество осадков достигает 450-550 мм [Почвы..., 1959]. Согласно полученным аналитическим данным, концентрации микроэлементов в воде находятся на уровне значений, полученных для северных озер Евразии и для поверхностных вод Алтая ^е1шапп, 1998].
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ
Рассмотрим распределение естественных радионуклидов и 137Сб в водах и осадках озера в за-
висимости от ландшафта водосборной площади. В пределах акватории озера можно выделить участки с застойным режимом воды (северный и южный заливы) и слабопроточным (остальная часть озера). Статистическая обработка всего массива аналитических данных показала, что в основном изученные элементы имеют нормальное или логнормальное распределение их содержаний (рис. 4).
Естественные радионуклиды в водах озера и по вертикали разреза донного осадка распределены равномерно (табл. 1, рис. 5).
Средний уровень запасов радиоцезия в донных осадках Колыванского озера равен 175 мКи/км2 ± ± 23, в почвах водосбора - 130 мКи/км2 ± 8 (стандартная ошибка) при региональных фоновых значениях для почв 43 мКи/км2. В отличие от естественных радионуклидов, распределение радиоцезия как по акватории озера, так и по глубине донных илов, крайне неравномерно (рис. 6, 7). Зоны с высокими значениями 137С8 мКи/км2 приурочены к местам поступления терригенного материала с повышенных участков рельефа водосборной площади (с горных склонов) и к районам акватории с застойным режимом вод. В устьях ручьев осадки имеют песчанистый состав с примесью органического вещества - активность 137С8 на таких участках колеблется в пределах 9.8-73 мКи/км2, составляя в среднем 33.2 мКи/км2 (4 разреза). В застойных местах, где осадки представлены обогащенными органикой илами, эти значения суще-
Рис. 3. Схема отбора проб донных отложений и почв водосборной площади озера Колыванского.
ственно выше - среднее по 15 разрезам 201 мКи/км2 (от 96 до 245 мКи/км2), у истоков речки они также достаточно высокие - 132 мКи
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.