ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 5, с. 504-509
УДК 556.55.7+574.5+550430
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ОБ ИЗМЕНЕНИИ ВО ВРЕМЕНИ СОДЕРЖАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ Fe, Mn, P В ИЛАХ МОЖАЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
© 2015 г. М. В. Мартынова
Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: onauka@gmail.com Поступила в редакцию 26.09.2012 г.
Исследовано послойное содержание соединений Бе, Мп, Р в русловых илах Красновидовского плеса Можайского водохранилища в течение 1970—1971 и 1974—1975 гг. Установлено увеличение среднегодового содержания этих элементов в колонке отложений: Бе — в 1.1, Мп — в 2, Р — в 1.4 раза. Обсуждены факторы, обусловившие такие изменения.
Ключевые слова: донные отложения, геохимическое фокусирование, железо, марганец, фосфор.
DOI: 10.7868/S0321059615050119
При исследовании процессов накопления и перераспределения вещества в донных отложениях (ДО) водоемов важна не только оценка массы поступившего на дно материала, но и изучение его химического состава. В ходе седиментации путем сорбции и соосаждения из воды извлекается масса эвтрофирующих и загрязняющих водоем элементов. Важную роль в этом процессе играют соединения Бе и Мп, оксигидраты которых обладают большой сорбирующей поверхностью. По мере накопления и трансформации в анаэробных условиях отложений увеличивается материальный поток растворенных форм этих и сопряженных с ними элементов со дна. Поэтому представление о скоростях накопления Бе, Мп и Р на дне водоемов и об изменении этих скоростей во времени самоценно при изучении процессов формирования качества воды, особенно в водоемах питьевого назначения.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Круглогодично в течение 1970—1971 и 1974— 1975 гг. на русловой станции Красновидовского плеса грунтовой трубкой ударного типа ТГ-1 отбирались донные отложения (ДО), представленные серыми илами. Колонки ила делилась на слои 0—2, 2—5, 5—10 см и т.д. Для снижения влияния микропестроты (пространственной неоднородности в точке отбора проб) ДО на полученные результаты — одинаковые слои четырех колонок объединялись. Каждый раз на станции отбора
проб измерялись температура дна (электротермометром), содержание О2 в придонной воде методом Винклера (слой 20—30 см от дна в 1970—1971 гг. и слой 0—20 см в 1974—1975 гг.), ЕЙ, рН придонной воды и ила и др. [4].
Содержание "подвижных" минеральных форм Беп, Мпп и Рп определялось после трехкратной часовой экстракции 2 г воздушно-сухого ила (перемолотого, просеянного и квартованного) 50 мл 0.1 п раствора Н2804 с рН 0.5. Трехкратная вытяжка Мпп раствором 0.1 п Н2804 извлекала из навески ила 95% количества Мпп, извлеченного семикратной вытяжкой и принятого за 100%. Трехкратными вытяжками извлекали 80% содержания Беп и Рп в семикратной вытяжке.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Можайское водохранилище — водоем долинного типа, созданный в верхнем течении р. Москвы для водоснабжения г. Москвы и заполненный до НПГ весной 1961 г. Площадь бассейна водохранилища — 1360, акватории — 30.7 км2, максимальная глубина — 22.6, средняя — 7.7 м, средний водообмен — 1.8 год-1. Внутригодовые колебания уровня воды достигают 7 м. Продолжительность ледостава — в среднем 5 мес. (с ноября по апрель) [9]. Доля размыва берегов в приходной части баланса взвешенного вещества за 1968 г. составила ~65% [1].
Химический состав отложений водохранилища характеризуется высокими концентрациями Мпп [5] при содержании Беп и Рп, близком к содержанию в других водохранилищах [8]. В 1974— 1975 гг. среднегодовое содержание Мпп во всех слоях ила превышало таковое Беп.
Сравнение результатов ежемесячного определения послойного содержания Беп, Мпп и Рп в русловых илах в 1970—1971 и 1974—1975 гг. показывает различные (для каждого из элементов) изменения в течение двух упомянутых периодов (табл. 1).
Содержание Беп в илах в 1970—1971 гг. почти совпадает с таковым в 1974—1975 гг., а среднегодовое соотношение его содержания в эти годы для всех слоев ила и колонки в целом близкь к 1 (табл. 1, 2). Среднегодовое содержание Мпп в разных слоях ила в 1974—1975 гг. в 1.6—2.4 раза больше, чем в 1970—1971 гг. Для колонки ДО в целом это составляет ~2.0. Наконец, среднегодовое соотношение содержаний Рп в рассматриваемые периоды для разных слоев ила колеблется в диапазоне 1.1—1.8 (табл. 2), составляя в целом для колонки ила 1.4. Таким образом, самый консервативный элемент в группе — Беп, наиболее подвижный — Мпп.
Следует отметить уменьшение относительного размаха колебаний содержания каждого из трех элементов в колонке ила в целом в 1974—1975 гг. по сравнению с 1970—1971 гг. (табл. 2). Это — следствие перераспределения содержания подвижных (в том числе растворенных) форм элементов в илах с уменьшением градиентов их концентрации между отдельными слоями ДО. Послойное изменение размаха внутригодовых колебаний содержания меняется не столь однонаправлено. Уменьшение относительного размаха внутригодовых колебаний содержания Беп в илах в 1974— 1975 гг. отмечено в 3 слоях из 6, Р — в 4 слоях из 6, Мп — в в 5 слоях из 6, что, по-видимому, соответствует их подвижности, а также особенностям перестройки гидрогеохимических структур [3]. Следует подчеркнуть, что для сравнения использованы одни и те же месяцы наблюдений в 1970—1971 и 1974-1975 гг.
Во всех плесах водохранилища, включая Крас-новидовский, русловой участок — область максимальных глубин, где аккумулируются наиболее дисперсные частицы и связанные с ними элементы. К руслу приурочены и места разгрузки подземных и грунтовых вод, обогащенные Бе [5]. Помимо аккумуляции дисперсных частиц, содержащих Беп, Мпп, некоторую роль в процессах накопления Беп и Мпп на дне должно играть так
называемое геохимическое фокусирование — последовательность транспортных механизмов и ре-докс-реакций, увеличивающих концентрацию Бе или Мп в ДО по мере роста глубины водоема [10]. Здесь ведущий процесс — вынос растворенных соединений Бе и Мп из анаэробных отложений, их окисление в воде, перенос окислов в более глубокие участки водоема и их седиментация. В результате должна увеличиваться концентрация Беп и Мпп в русловых илах водохранилища.
Тот факт, что содержание Беп в русловых илах в течение 1970—1975 гг. практически не изменилось, указывает на отсутствие значимых изменений в соотношении его поступлений от основных источников и в процессах накопления Беп на дне. Поскольку главная роль в формировании подвижных форм элементов в илах принадлежит деятельности микроорганизмов [7], следует заключить, что формы поступления основной массы соединений Бе в отложения ДО Можайского водохранилища трудно поддаются переработке их микрофлорой; это не относится к соединениям двух других элементов. Это позволяет считать гипотезу о том, что основной источник Беп в ДО Можайского водохранилища — силикатное железо, поступающее на дно при разрушении берегов, верной [5] .
Внутригодовые колебания содержания Беп в илах в слое 0—2 см слабо связаны с изменением редокс-условий среды, о чем свидетельствует отсутствие значимой корреляции содержания Беп с величиной БИ в течение наблюдений в 1970—1971 и 1974—1975 гг. При этом экстремальные величины, характеризующие содержание Беп в илах, в период 1974—1975 гг. почти всюду выше, чем в 1970—1971 гг. (табл. 1). Средний относительный размах колебаний содержания Беп в колонке в целом в 1970—1971 гг. чуть больше, чем в 1974—1975 гг. (49 и 46%; табл. 2), а среднегодовое содержание Беп для колонки в целом — чуть меньше (табл. 1). Таким образом, хотя увеличение концентрации Беп в илах в течение 4 лет невелико, оно несомненно и обусловлено накоплением в илах окислов Бе, более подвижных в анаэробных условиях, чем силикатное Бе. Максимальное различие между послойными среднегодовыми концентрациями Беп в ДО (1.5 мг/г) отмечено для слоя 0—2 см. Этот факт можно расценить как следствие геохимического фокусирования Бе (точнее, его окислов) в русловых илах.
Концентрация Мпп в илах водохранилища, в несколько раз превышающая ПДК почв (0.1%), отражает особенности региона. Основной источ-
Таблица 1. Диапазон колебаний и среднегодовые значения Fen, Мпп и Рп , мг/г, для разных слоев ила
Lfi
о
СЛ
1970-1971 гг. 1974-1975 гг.
Слой ила, см Число членов ряда Fen Мпп Рп Fen Мпп Рп
среднее диапазон среднее диапазон среднее диапазон среднее диапазон среднее диапазон среднее диапазон
0-2 9 6.8 2.5-9.7 4.2 0.8-8.7 0.58 0.38-1.01 8.3 5.6-10.5 9.6 6.5-14.1 0.89 0.56-1.18
2-5 10 7.5 6.1-8.5 5.6 4.4-8.7 0.55 0.38-0.71 8.2 6.8-12.9 10.4 5.4-15.1 0.99 0.70-1.50
5-10 11 7.7 6.9-8.3 5.5 3.1-11.6 0.62 0.42-0.99 8.2 6.4-9.8 9.0 5.9-12.4 0.94 0.53-1.11
10-15 9 7.8 5.9-9.3 5.3 2.1-10.1 0.70 0.48-1.15 8.1 6.7-9.3 10.6 6.7-14.3 0.77 0.62-1.19
15-20 10 7.5 6.8-8.2 5.5 3.0-10.6 0.60 0.44-0.89 8.3 6.7-10.1 9.4 6.7-15.7 0.90 0.66-1.26
20-25 6 8.5 5.7-11.7 4.0 1.6-7.4 0.74 0.45-1.16 8.6 7.1-9.3 9.8 6.4-14.4 0.94 0.66-1.12
0-25 9 7.7 2.5-11.7 5.2 0.8-11.6 0.64 0.38-1.16 8.1 5.6-12.9 9.8 5.4-15.7 0.91 0.53-1.50
И
О Й м Е и ч и о •с
TJ
о Е
►и н
Е я
о $
Таблица 2. Среднегодовое соотношение и размах колебаний содержания в илах Беп, Мпп и Рп в 1974—1975 и 1970-1971 гг.
Слой ила, см Реп Мпп Рп Размах колебаний, %
1974— 1975 1970—1971 гг. 1974—1975 гг.
1970— 1971 Беп Мпп Рп Беп Мпп Рп
0—2 1.2 2.3 1.5 104 145 100 60 72 69
2—5 1.1 1.8 1.8 32 78 62 74 93 82
5—10 1.0 1.6 1.5 18 155 92 41 72 62
10—15 1.0 2.0 1.1 51 151 97 32 75 120
15—20 1.1 1.7 1.5 19 138 75 41 71 66
20—25 0.92 2.4 1.2 73 145 96 30 81 50
0—25 1.1 2.0 1.4 49 135 87 46 94 69
ник Мпп в русловых илах Красновидовского плеса — по-видимому, береговая морена [5]. Прямая связь между содержаниями Беп и Мпп в русловых илах отмечена лишь в течение небольшой части года как в 1970—1971, так и в 1974—1975 гг. (рисунок, б), при этом коэффициент корреляции с учетом всех точек этой связи в 1974—1975 гг. значим (0.72 ± 0.03). В оба периода наиболее тесная связь отмечена в сезоны дестратификации вод (IX, X и IV, V месяцы). В подледные месяцы (XI— III) связь отсутствует.
Связь в периоды дестратификации, когда усиливаются ветровое волнен
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.