Изменение содержания химических элементов в системе «снег-фирн-талая ледниковая вода»
Р.А. Усубалиев
Институт геологии Национальной Академии наук Кыргызской Республики
Статья поступила в редакцию 25 октября 2005 г. Представлена членом редколлегии А.Н. Диких
Анализируется содержание тяжелых металлов в снеге, фирне и талых ледниковых водах на двух ледниках Тянь-Шаня — Голубина и Григорьева.
При изучении стокоформирующей роли ледников важны исследования их загрязненности химическими веществами, оказывающими влияние на качество талых вод. Особый интерес вызывает оценка загрязненности снега и льда тяжелыми металлами и их перемещения в системе «снег—фирн—талые ледниковые воды», что позволяет определить масштаб происходящего загрязнения, его направленность и динамику. Для исследования были выбраны два репрезентативных ледника Тянь-Шаня — Голубина и Григорьева. На этих ледниках ранее [7—9] были выявлены пространственно-временные особенности распределения тяжелых металлов на поверхности, а на леднике Григорьева и до глубины 21,5 м.
Ледник Голубина относится к долинному типу и расположен на северном склоне хр. Киргизский Ала-Тоо, в бассейне р. Ала-Арча (левый приток р. Чу). При площади 6,2 км2 его длина превышает 5 км. Наивысшая отметка ледникового бассейна равна 4220 м, фирновая линия проходит на высоте 3860 м. Фирновый бассейн ледника представляет собой обширную мульду, в поперечнике составляющую около 3 км и окруженную заснеженными скалами. При выходе из фирнового бассейна ледник образует обширную ледо-падную зону, где перепад высот достигает 100—150 м. Язык ледника шириной 0,5 км оканчивается крутым уклоном на отметке 3400 м. Вдоль ледникового языка тянутся валы боковых морен, на самой поверхности ледника моренных отложений немного.
Ледник Григорьева расположен на южном склоне центральной части хр. Тескей Ала-Тоо и относится к бассейну р. Арабелсуу — верховья р. Чон-Нарына (Нарын-Сыр-Дарья). Это ледник плоских вершин площадью 8,3 км2. Он залегает в интервале высот 4160—4550 м, фирновая линия проходит по горизонтали 4300 м. Как правило, из-за отсутствия обрамляющих склонов на ледниках плоских вершин поверхностных морен нет. Кроме того, плосковершинные ледники имеют небольшие уклоны, что способствует медленному течению льда и длительному периоду обмена массы.
Перечисленные особенности плосковершинных ледников делают их удобным объектом для изучения изменений содержания химических элементов по толщине льда и процессов их трансформации в сис-
теме «снежники—ледники—талые ледниковые воды», так как существует возможность наиболее представительно оценить поступление загрязняющих веществ из атмосферы.
Пробы из снежного сезонного покрова были отобраны из всей толщи снега, накопленного в холодные периоды 2001/02 г. на леднике Григорьева и 2002/03 г. на леднике Голубина. Кроме этого, отбирались пробы талых ледниковых вод по высотным зонам ледника, а также из ручьев, вытекающих с ледников. Отбор проб, их подготовка и химический анализ выполнены в физико-химической аналитической лаборатории Института геологии НАН КР в соответствии с методическими указаниями и руководствами [4—6].
Обратимся к результатам исследований. Данные таблиц 1 и 2 свидетельствуют о присутствии во всех высотных зонах обоих ледников таких химических элементов как Си, № и М§, величины накопления которых существенно отличаются; № и М§ — макроэлементы преимущественно морского происхождения, Си относится к группе микроэлементов главным образом антропогенного происхождения.
На леднике Григорьева содержание микроэлементов и большинства макроэлементов, за исключением Fe, в сезонном снеге очень низкое. В сезонном снежном покрове на леднике Голубина такие макроэлементы как Fe, Мп, Са и К и микроэлементы РЬ, Сё, Сг и Со отсутствуют. Микроэлемент 8г ни в одном из проб не обнаружен. Одной из причин низкой концентрации химических элементов в области питания ледника, возможно, служат активные процессы деминерализации снега в связи с усилением таяния на фоне повсеместного потепления климата.
Высотно-пространственное распределение химических элементов на поверхности ледника неоднородно и обусловлено особенностями циркуляции атмосферного воздуха (в том числе местными) и почвенно-геологическим строением прилегающих к леднику территорий. Так, при мощных и длительных синоптических процессах концентрация химических элементов в выпавшем слое снега будет намного выше. Пылевая и моренная загрязненность оказывают существенное влияние на геохимию ледников, но в разных частях ледника и на отдельных ледниках оно неодинаково.
Материалы гляциологических исследований, вып.101
Таблица 1
Изменение содержания тяжелых металлов в пробах снега и талых ледниковых водах по высотным зонам на леднике Голубина, мг/л
Место Вид Высота отбора Макроэлементы Микроэлементы
отбора пробы пробы пробы, м Fe Mn Ca Na K Mg Pb & Cd ^ Sr
Фирновая зона сезонный 4000 0,3 0,25 0,006
снег
В 1000 м талая 3650 4,1 0,114 1,8 0,3 0,6 2,8 0,024
от конца языка ледниковая вода
Конец талая 3400 27,0 0,41 3,8 0,7 5,7 10,7 0,054 0,04 0,09 0,01
языка ледника ледниковая вода
ПДК 0,5 0,1 1,0 0,03 0,5 0,001 0,1
Содержание некоторых элементов ^п, №, Sn и др.) оказалось ниже чувствительности применяемых методов, что не позволило количественно определить их концентрацию в пробах. Содержание химических элементов в пробах снега и талых водах с ледника Голубина (см. табл. 1) увеличивается от верхней, фирновой зоны к концу языка. При этом такие элементы как Pb, Cd, & и ^ в пробах снега и талых вод, отобранных из средней части языка ледника, не обнаружены. Во всех случаях в пробах талых ледниковых вод, отобранных на конце языка ледника, содержание химических элементов максимально.
Неодинаковое содержание обнаруженных тяжелых металлов в разных зонах ледника объясняется разной степенью заморененности его поверхности. Как правило, площадь и мощность моренных покровов увеличиваются к концу области абляции, что приводит к вторичному обогащению льда, в том числе в результате ионообмена с включенной в ледник мореной.
Тем не менее, изменение содержания химических элементов в ледниках по высоте неодинаково: на одних ледниках с ее увеличением оно уменьшается,
на других возрастает, но во всех случаях при значительной заморененности их концевой части общая минерализация велика. В этом отношении показательны ледники Памира [3], заморененность которых в большинстве случаев исключительно высока.
Об изменении содержания химических элементов в системе «снежники-талая ледниковая вода-речные воды» можно достаточно полно судить на примере ледника Григорьева (см. табл. 2). Как известно, минерализация ледников зависит от типа льдообразования в области питания, роли инфильтрации и отношения химических элементов к деминерализо-ванности. Ледник Григорьева относится к холодному типу, и для него характерны инфильтрационные процессы, при которых талые воды переносятся вглубь и увеличивают концентрацию химических элементов в более холодной толще льда [1]. Кроме того, в ледниках плоских вершин концентрация примесей зависит главным образом от интенсивности выпадения атмосферных осадков и скорости аккумуляции снега.
В области аккумуляции ледника Григорьева содержание большинства химических элементов в снежном сезонном покрове мало. Однако концентрация
Таблица 2
Изменение содержания тяжелых металлов в пробах снега и талых ледниковых водах по высотным зонам на леднике Григорьева, мг/л
Место отбора пробы Вид пробы Высота отбора пробы, м Fe Mn Макроэлементы Ca Na K Mg Микроэлементы & Pb & Cd ^
Фирновая зона, купол сезонный снег 4550 0,7 <0,005 0,78 ~0,1 < 0,27 0,006 0,020 <0,05 <0,002<0,010
Фирновая зона, средняя часть сезонный снег 4400 19,5 2,80 6,42 0,4 5,1 24,56 0,09 0,16 0,45 0,07
Кромка ледника талая ледниковая вода 4250 3,9 0,30 2,12 < 0,6 2,42 0,02 0,03 0,06
Из-под ледника талая ледниковая вода 4160 1,8 0,088 15,61 1,7 1,0 2,46 0,016
Устье р. Чонтор талая речная вода 3800 1,6 0,038 18,24 1,9 1,0 0,84 0,012
ПДК 0,5 0,1 1,0 0,03 0,5 0,001 0,1
Р.А. Усубалиев
мг/л 0,5-1
0,3-
/ \
3800
4160
4220
4350
4550 Н,м
Рис. 1. Изменение содержания микроэлементов по высоте
на леднике Григорьева: 1 — Cu, 2 — Pb, 3 — Cr Fig. 1. Height variations of content of microelements on the Grigoriev Glacier: 1 — Cu, 2 — Pb, 3 — Cr
тяжелых металлов у нижней границы этой области (4350 м) практически во всех случаях резко увеличивается (рис. 1). Такое увеличение загрязненности вблизи фирновой линии, вероятно, связано с особенностями характера распределения эолового мелкозема по поверхности ледника [2]. Так, интенсивное оседание пыли на ледниковую поверхность гор с 1940-50-х годов прошлого столетия «...в силу особенностей ноздревато-пористой структуры снежно-фирновой толщи, способствовало сильному загрязнению областей аккумуляции. В результате общего сокращения ледников годовые слои фирна не ушли вглубь и при движении ледников были вынесены на поверхность. В дальнейшем при таянии происходило суммирование пыли прошлых лет: так возникла повышенная загрязненность вблизи фирновой линии» [2, с. 87].
В пробах талых ледниковых и речных вод, отобранных ниже фирновой линии, содержание большинства тяжелых металлов постепенно снижается, причем микроэлементы, за исключением Си, не обнаружены, что свидетельствует об активной деминерализации снега и льда ледника. Несмотря на это в области абляции и в талой речной воде содержание некоторых химических элементов (К и №), практически не изменяется или вновь возрастает (Са), что, возможно, связано с увеличением возраста льда в результате вторичного обогащения ионами [1].
В заключение отметим, что высотно-простран-ственное распределение тяжелых металлов снега, льда и талых ледниковых вод неоднородно. Минимальная концентрация характерна для верхней части области аккумуляции ледника, максимальная отмечается вблизи фирновой линии. В области абляции с увеличением таяния содержание большинства тяжелых металлов в талой ледниковой воде постепенно понижается, что свиде
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.