КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ^^^^^^^^^^^^ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 550.42
ХАЛЬКОФИЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (Щ, Cd, Pb, As) В ОЗЕРЕ УМБОЗЕРО,
МУРМАНСКАЯ ОБЛАСТЬ © 2010 г. В. А. Даувальтер, Н. А. Кашулин
Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра Российской академии наук
184209 Апатиты, ул. Ферсмана, 14а Поступила в редакцию 28.08.2008 г.
Проведены исследования оз. Умбозеро (второе по площади и самое глубокое в Мурманской обл.) с целью установления биогеохимических особенностей распределения халькофильных элементов (Н^, Сё, РЬ, Аб) в воде, донных отложениях и органах и тканях сиговых рыб. Умбозеро подвержено влиянию выбросов и стоков предприятий горно-металлургического комплекса Мурманской обл., а также аэротехногенному загрязнению глобального характера. В распределении содержания РЬ и Сё в толще воды обнаружен поверхностный и придонный максимум. Эти два максимума могут быть связаны с развитием фитопланктона в поверхностных слоях и с осаждением отмерших организмов и механических взвесей в придонные слои. Средняя концентрация РЬ и Сё в водной толще оз. Умбозеро больше среднего значения для воды озер таежной зоны. Загрязнение водоема сказывается в повышении концентраций в поверхностных слоях донных отложений таких элементов как тяжелые металлы. Среди тяжелых металлов наибольшие коэффициенты загрязнения зафиксированы для Сё и РЬ. Загрязнение озера высокотоксичными халькофильными элементами сказалось также в их аккумуляции в органах и тканях сиговых рыб — коэффициент биологического накопления >1 по Сё для почек (5.8) и по Н для почек, печени и мышц (3.6, 3.3 и 2.2 соответственно).
Ключевые слова: озеро Умбозеро, Мурманская область, гидрохимия, донные отложения, сиговые рыбы, халькофильные элементы, загрязнение.
Север Европейской части России, в том числе и Мурманская обл., обладает уникальными минерально-сырьевыми ресурсами. На территории Мурманской обл. находятся крупнейшие в стране горнодобывающие, горно-перерабатывающие и горнометаллургические предприятия, ежегодно извлекающие на поверхность земли миллионы тонн горных пород и выбрасывающие в атмосферу и сбрасывающие в водоемы и водотоки тысячи тонн загрязняющих веществ (ЗВ), в том числе высокотоксичных соединений металлов и органических ЗВ.
Среди ЗВ чрезвычайно опасными для природы и для человека являются тяжелые металлы, в первую очередь — высокотоксичные халькофильные элементы (Щ, Сё, РЬ, Аб), способные мигрировать в воздушной и водной средах на значительные расстояния благодаря своим внутренним и внешним геохимическим особенностям (например, относительно низкой температуре плавления, большой способности образовывать металлоорганические комплексы и т. д.). Эти элементы в последние десятилетия приобрели статус глобальных загрязняющих. Несмотря на большое количество источников загрязнения халькофильными элементами в мире, в том числе и в Мурманской обл., очень мало информации по содержанию этих ЗВ в окружающей среде, в водных системах, в частности.
Как известно, все элементы по их биологической роли и экологической опасности делятся на эссен-циальные (или биофильные) и неэссенциальные. К первым относится большая группа металлов, в том числе и тяжелых (таких как Со, Сг, Си, Zn и т. д.), которые функционально присущи живым организмам в тех или иных концентрациях, однако при высоких содержаниях в окружающей среде они оказывают токсическое действие, их накопление в организмах приводит к нарушению ряда биохимических функций [16]. К неэссенциальным элементам относятся в, первую очередь, исследуемые халь-кофильные элементы (РЬ, Сё, Щ), которые чрезвычайно токсичны и представляют большую опасность для живых организмов.
Определение халькофильных элементов в природных средах, включая биоту, представляет значительные трудности вследствие низких концентраций и методических ограничений, что определяет специфические требования к аналитическому оборудованию. Поэтому до недавнего времени широкомасштабные исследования распределения халь-кофильных элементов в компонентах пресноводных экосистем Мурманской обл. не проводились. Имеются лишь отрывочные данные по содержанию халькофильных элементов (Щ, Сё, РЬ, Аб) в воде и донных отложениях (ДО), полученные при работе над совместными международными научными про-
ектами (например, [14]). Однако в настоящее время развитие аналитической приборной базы сделало возможным проведение подобных исследований.
Цель исследований — установление биогеохимических особенностей распределения халькофиль-ных элементов (Щ, Сё, РЬ, Аз) в воде, ДО, органах и тканях сиговых рыб Умбозера, подверженного влиянию выбросов и стоков предприятий горнометаллургического комплекса Мурманской обл.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Оз. Умбозеро — второй по величине водоем Мурманской обл.: его общая площадь 319.4 км2, площадь водного зеркала 313.4 км2, наибольшая длина 43.3 км, наибольшая ширина 12.0 км. Высота положения озера над уровнем моря — 151.6 м. По максимальной глубине (115 м) озеро — одно из наиболее глубоких на европейской части России. В этом отношении его превосходят лишь Онежское и Ладожское. Общая площадь водосбора Умбозера 2130.8 км2. Из озера вытекает р. Умба, впадающая в Белое море. Озеро расположено к востоку от Хибинского массива. Северная, сравнительно узкая, часть лежит между Хибинским и Ловозерским щелочными массивами. Здесь ширина озера 5— 6 км. С запада в озеро впадают (в губу Постельную) две большие реки Тулийок и Мойквальтайок, с севера — озерно-болотные реки Большая и Малая Чуда, Умбозерская и Сура, с запада — стекают реки Ло-возерского горного массива Тавайок, Паргайок, Кувтуай и другие. С востока впадают реки Пунче и Кица — против о. Сорванова в губу Тульилухт-Сей-да. В юго-восточной части оз. Умбозеро находится самый большой остров — Сорванов, его площадь ~2 км2. Следующий по величине остров — Большой Еловый — расположен почти на середине озера. Общая площадь всех островов не превышает 6 км2. С севера в направлении продольной оси тянется широкий подводный хребет. Посередине этого хребта расположены три небольших островка: Высокий, Малый, Голодный [1, 12, 19].
Оз. Умбозеро расположено к востоку от про-мышленно развитого центра Мурманской обл. Антропогенное воздействие на него значительно меньше, чем на крупнейшее на Кольском п-ове (оз. Имандра). Схема оз. Умбозера и расположение станций отбора проб воды и ДО показаны на рис. 1. На схеме сплошной утолщенной линией обозначено также ожидаемое направление подводного течения, которое было отмечено во время отбора проб воды и ДО. Отборники воды (батометр) и ДО (колонка) сносило в сторону во время отбора, особенно сильно — в северной узкой части озера, в которую впадает три десятка горных рек с восточного склона Хибинского и западного склона Ловозер-ского массивов. В этой части подводное течение распространяется по обе стороны подводного хребта, затем в средней части оно воссоединяется и проходит по наиболее глубокой акватории озера. В юж-
ной мелководной части озера течение вновь разъединяется и обтекает второй по величине остров — Большой Еловый, за которым течение вновь воссоединяется до истока р. Умбы. Наличие подводного течения создает трудности отбора колонки ДО (мягких, представленных, в основном, илистой и глинистой фракциями) в северной части озера, в которой после многочисленных попыток была отобрана только одна представительная колонка ДО на ст. 3.
Освоение Коашвинского апатит-нефелинового месторождения с 1978 г. повлекло за собой загрязнение юго-западной части оз. Умбозера взвешенными веществами и соединениями N. Сточные воды рудника "Восточный" поступают в р. Вуоннемйок, далее через систему озер Китчеявр, Китчепах и р. Ум-болка вносятся в Умбозеро. В первые годы освоения рудника из-за отставания строительства очистных сооружений в водную систему поступило огромное количество взвешенных веществ, что привело к заилению дна южной части Умбозера. В настоящее время внедрение системы очистки на руднике "Восточный" и снижение объемов производств позволило резко сократить сброс ЗВ.
Повышенное содержание в водной системе азотной группы является, очевидно, следствием ведения взрывных работ на руднике "Восточный". Кроме сточных вод рудника "Восточный" в эту же систему поступают хозяйственно-бытовые воды пос. Ко-ашва [18]. Несмотря на внедрение системы очистки, по данным Комитета по природным ресурсам и охране окружающей среды Мурманской обл. [3], Восточный рудник в 2004 г. сбросил в водные объекты бассейна р. Умба Белого моря 65 млн. м3 производственных сточных и шахтных вод, 115 т взвешенных веществ, представленных, главным образом, мельчайшими обломками вскрышных и рудных горных пород, ~3000 т сульфатов, >1700 т нитратов и других ЗВ, которые через р. Вуоннемйок попадают в юго-восточную часть Умбозера. За последние 2 года, предшествовавшие проведению описываемых исследований, объем сточных вод и количество ЗВ в составе стоков увеличилось в 1.5—2 раза.
Северо-восточная часть Умбозера испытывает воздействие сточных вод рудника "Умбозерекий" Ловозерского ГОКа. Состав сточных вод — фторид-но-гидрокарбонатно-натриевый. Основным коллектором сточных вод является ручей Азимут, вбирающий в себя шахтные воды, откачиваемые на рельеф местности, а также стоки промышленной площадки. По этому ручью ЗВ (фтор, взвеси, минеральные соли) поступают в Умбозеро [18].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В апреле и июле 2005 г. была проведена гидрохимическая съемка Умбозера, во время которой были отобраны пробы воды с 9 станций и колонки ДО с 5 станций. В пробах, помимо основных ионов и главных компонентов, были определены концен-
Рис. 1. Батиметрическая схема оз. Умбозера. 1—9 — станции отбора проб воды и ДО. Изолинии глубин проведены через 10 м. Сплошная утолщенная линия — ожидаемое направление подводного течения.
трации микроэлементов, в том числе и халькофиль-ных элементов.
Пробы воды отбирались стеклянным батометром объемом 2 л, переливались в пластиковые бутылки объемом 1 л и доставлялись в химическую лабораторию Института проблем промышленной экологии Севера (ИППЭС) Кольск. НЦ РАН.
Пробы
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.