КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 550.4:551.3
НАКОПЛЕНИЕ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СУБКОЛЛОИДНОЙ ФРАКЦИИ ДОННЫХ ОСАДКОВ НА ГЕОХИМИЧЕСКОМ БАРЬЕРЕ РЕКА-МОРЕ
© 2014 г. Д. М. Поляков*, Н. В. Зарубина**
*Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДО РАН 690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43 E-mail: dmpol@poi.dvo.ru **Дальневосточный геологический институт ДО РАН 690022 Владивосток, просп. 100-летия Владивостока, 159 E-mail: zarubina@fedji.ru Поступила в редакцию 08.11.2012 г.
Представлены данные по содержанию щелочных (К, Ы, С8, ЯЪ, Т1), щелочноземельных (М^, Ве) и других элементов и гуминовых кислот в субколлоидной фракции донных осадков на геохимическом барьере река—море. Выявлено повышенное содержание А1 и М§ в речных ДО, соответствующих начальному этапу смешения вод. Показано, что увеличение содержания Ы, С8 и ЯЪ наиболее соответствует накоплению гуминовых кислот в морских отложениях.
Ключевые слова: щелочные и щелочноземельные элементы, гуминовые кислоты.
DOI: 10.7868/S0321059614060169
В процессе химического выветривания одна часть элементов разрушаемых соединений переходит в растворенное состояние, а другая — образует коллоидные кристаллические постройки [5]. Поэтому основная масса щелочных и щелочноземельных элементов переносится реками во взвешенном состоянии (глинистые минералы) и лишь незначительная часть — в растворенном. В зоне эстуария при смешении пресных и соленных морских вод происходят процессы флоккуляции и образования гидроокислов Бе и Мп, на поверхности которых протекает сорбция различных элементов из раствора. Последующая седиментация органоминеральных частиц способствует формированию донных осадков (ДО) на разрезе река-море, содержание щелочных и щелочноземельных элементов в которых будет результатом взаимодействия вышеперечисленных процессов. Субколлоидная фракция, как реакционноспособная, - наиболее подходящая для изучения этих процессов.
Изучению химического состава речных взвесей и наносов посвящены работы [5, 6]. Как правило, исследования касались содержания тяжелых металлов. Практически полностью отсутствуют работы, посвященные изучению накопления ще-
лочных и щелочноземельных элементов в ДО на разрезе река-море.
Цель данной статьи — изучение динамики содержания щелочных и щелочноземельных элементов (К, М§, Ы, Сб, ЯЪ, Ве, Т1) и гуминовых кислот (ГК) в субколлоидной фракции ДО на барьере река—море как результат влияния биогеохимических процессов.
ДО отбирали дночерпателем на различных участках разреза р. Раздольная — Амурский зал. (кроме ст. 20) (рис. 1) в июне 2007 (станции 20, 18, 15, 34) и августе 2010 гг. (станции 39, 38, 35, 36, 37). Пробы отбирали из верхнего (2—3 см) слоя ДО, упаковывали в полиэтиленовую тару и помещали на хранение в холодильник до момента обработки.
Методом водно-механического анализа с использованием дистиллированной воды была выделена субколлоидная (Р13, <0.001 мм) фракция ДО [7].
Минеральный состав выделенных фракций ДО исследовали на дифрактометре "Дрон-2.0" с СиКа излучением. Расчет содержания глинистых минералов в смеси проводился по соотношению интегральных площадей пиков смектит : хлорит : ил-
2
573
132°0'
43°30'
43°30'
132°0'
Рис. 1. Схема расположения станций отбора проб ДО на разрезе р. Раздольная — Амурский зал.
лит, равном 1 : 2 : 4, исходя из расчета 100%-ного присутствия в смеси, согласно полуколичественному методу [12].
Содержание химических элементов (А1, М§, К, Мп, Ы, сб, ЯЪ, Ве, Т1) определяли методом атом-но-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС). Обработку масс-спектров и расчеты содержания элементов в образцах проводили, используя программное обеспечение масс-спектрометра Скет81аИоп ^1834В). Правильность определения содержания элементов
подтверждена анализом стандартного образца Геологической службой США "MAG-1" (глинистый ил из зал. Мэн).
ГК выделены из исследуемых ДО путем экстрагирования 0.5 N раствором едкого натра при непрерывном перемешивании на водяной бане при г = 55°С [9].
Субколлоидная фракция ДО на исследованном разрезе состоит из гидрослюды, хлорита, смектита и незначительного количества кварца и плагиоклаза (рис. 2). Поэтому содержание иссле-
НАКОПЛЕНИЕ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
575
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
20 18 15 39 38 34 35 36 37 Станции
О
О
1-4
О
и н
а
*
л
о ч о
С
220
200
180 -
160
К,
0
и н
а
1 140
ч
О 120
100
20 18 15 39 38 34 35 36 37 Станции
Рис. 2. Распределение содержания К (+), гидрослюды (А), хлорита (Ж) и смектита (—) в субколлоидной фракции осадков на разрезе река—море.
дованных элементов будем сравнивать с осадочными породами континентов (ОПК) — глинами и сланцами [4].
Магний. В большинстве ДО на исследованном разрезе содержание этого элемента выше (кроме станций 20, 39 и 38), чем в ОПК (таблица). Среднее содержание Мб в речных водах (5 х 10-4%) значительно меньше, чем в морских (1272 х 10-4%) [3]. При активном смешении пресных и соленых
морских вод, богатых катионами мб2+, происходит образование гидроокислов магния и алюминия (мб(он)2 и А1(ОН)3), которые после флокку-ляции (коагуляции) [14] способны к седиментации. Наиболее интенсивно этот процесс протекает в районе активного смешения вод (ст. 18), где в соответствующих отложениях выявлено повышенное содержание мб и А1 (рис. 3). Содержание этих элементов в ДО увеличилось по сравнению со средними значениями для морских отложений
Содержание элементов и ГК в субколлоидной фракции ДО на разрезе река—море (строка под символами элементов — содержание в ОПК; в скобках — превышения содержания элементов над средней концентрацией в ОПК, %)
Содержание элементов [4]
Станции А1, % Мп, % МБ, % К, % Е1, мкг/г С8, мкг/г ЯЪ, мкг/г Ве, мкг/г Т1, мкг/г ГК, %
10.45 0.067 1.4 2.28 60 12 200 3 1
20 10.3 0.17 1.31 1.59 51.87 10.7 123.65 1.91 0.63 1.212
(нет) (61) (нет) (нет) (нет) (нет) (нет) (нет) (нет)
18 12.3 0.05 1.49 1.65 60.6 12.16 141.6 1.71 0.68 0.721
(15) (нет) (6) (нет) (1) (1) (нет) (нет) (нет)
15 10.94 0.07 0.95 1.9 67.8 13 153.65 1.83 0.72 0.523
(5) (4) (нет) (нет) (12) (7) (нет) (нет) (нет)
39 11.2 0.023 1.00 1.88 69.84 12.21 161.15 1.76 0.7 0.89
(5) (нет) (нет) (нет) (14) (2) (нет) (нет) (нет)
38 11 0.016 0.95 1.81 86.6 14.28 188.01 2.05 0.76 1.102
(5) (нет) (нет) (нет) (31) (16) (нет) (нет) (нет)
34 11.7 0.017 1.5 1.95 77.25 13.87 161.5 1.68 0.7 0.769
(11) (нет) (7) (нет) (22) (14) (нет) (нет) (нет)
35 10.4 0.016 1.51 1.84 71.54 12.76 163.08 1.81 0.7 0.917
(нет) (нет) (7) (нет) (16) (6) (нет) (нет) (нет)
36 10.1 0.016 1.45 1.82 72.26 12.14 158.54 1.72 0.67 0.821
(нет) (нет) (3) (нет) (17) (1) (нет) (нет) (нет)
37 10.5 0.023 1.53 1.89 74.73 12.81 169.34 1.8 0.7 1.06
(0.5) (нет) (9) (нет) (20) (6) (нет) (нет) (нет)
Станции
Рис. 3. Распределение содержания А1 (+) и М^ (—) в субколлоидной фракции отложений на разрезе река-море.
(М§ — на 0.11 и А1 — на 0.5%). Большее увеличение содержания М§ в морских (1.55%) ДО, чем в речных (1.43%), связано с дополнительным накоплением за счет органики [3]. Повышенное содержание А1 (11.7%) в ДО на ст. 34 соответствует увеличению количества смектита (42%).
Калий и рубидий. В состав глинистых минералов, наряду с А1, 81, Бе, М§, входит и К [1]. Характер распределения содержания К соответствует кривым накопления глинистых минералов, формирующих субколлоидную фракцию ДО (рис. 2; таблица). Наибольшее содержание К (1.9 и 1.84, 1.95 и 1.89%) соответствует ДО тех станций, где определено повышенное количество гидрослюды (станции 15 и 35 — соответственно 81 и 75%), смектита (ст. 34 — 42%) и хлорита (ст. 37 — 73%). Во всех исследованных ДО содержание К ниже, чем в ОПК, причем наибольшее отличие — в ДО на ст. 20 (30%), что, возможно, связано с увеличением количества органики. Можно предположить, что в процессе выветривания у К, имеющего
большой радиус иона (Я = 1.33 А), мала вероятность вхождения в межслоевое пространство глинистых минералов (в данном случае — гидрослюды).
Среднее содержание К в речных ДО (1.78%) ниже, чем в морских (1.87%). Различие между этими величинами составило до 900 мкг/г. Увеличение содержания К может быть связано как с накоплением его живыми организмами (что частично подтверждается более высоким содержанием ГК в морских ДО по сравнению с речными) (таблица), так и сорбцией катионов К+ (как и М§2+) из морской воды [3].
ЯЪ может замещать К в межслоевом пространстве глинистых минералов [10]. Поэтому содержание этого элемента в субколлоидной фракции
ДО на разрезе река—море, как и К, меньше, чем в ОПК. В береговых ДО концентрация ЯЪ на 38% ниже, чем в ОПК (аналогично К).
ЯЪ накапливается в растениях, мышцах и мягких тканях актиний, червей, моллюсков и иглокожих. В мягких тканях двустворчатых моллюсков в Амурском зал. содержится от 10.49 до 29.69 мг/(г сухого веса) этого элемента [2]. Поэтому при биохимической переработке организмов и растений в заливе ЯЪ может дополнительно входить в состав ГК морских ДО. Наименьшее среднее содержание ЯЪ и ГК характерно для речных (ЯЪ —147.6, ГК — 0.62), а наибольшее — для морских (ЯЪ — 166.9 мкг/г, ГК — 0.93%) ДО (рис. 2). На увеличение ЯЪ в составе ГК указывает их повышенное содержание в ДО ст. 38 (ЯЪ — 188 мкг/г, ГК — 1.1%). Содержание ЯЪ в ДО этой станции увеличилось на 21 мкг/г по сравнению со средним значением для морских ДО.
Литий и цезий. Ы (Я = 0.70 А) может замещать
М§2+ (Я = 0.78 А) и Бе2+ (Я = 0.89 А) путем изоморфного замещения благодаря близости ионных радиусов и, таким образом, легко входить в трехслойные пакеты минералов группы гидрослюд [5, 8, 10]. Поэтому в большинстве случаев эти элементы мигрируют "пассивно", находясь в составе глинистых взвесей речных вод.
В береговых ДО содержание Ы и Сб ниже, чем в ОПК (таблица). Во всех остальных ДО разреза содержание этих элементов выше (Ы — 60.6—86.6, Сб — 12.2—14.3 мкг/г), чем в ОПК. Характер распределения содержания Ы и Сб в субколлоидной фракции ДО на разрезе река—море — неоднородный. В частности, выявлено повышенное содержание этих эле
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.