ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2014, № 4, с. 95-101
= региональные географические проблемы
УДК 546.16:550.42(571.55)
особенности формирования химического состава вод озер читино-ингодинской впадины (восточное Забайкалье)*
© 2014 г. с.В. Борзенко
Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН Поступила в редакцию 26.06.2013 г.
На территории Забайкалья распространены многочисленные озера континентального типа. В химическом составе озерных вод преобладают хлоридные и карбонатные соли натрия, сульфаты содержатся в малых количествах. Испарительное концентрирование вод, участвующих в солевом питании озер, обеспечивает накопление исходных компонентов, но их содержания в озерах растут неравномерно, так как на формирование химического состава вод влияют биогеохимические процессы, в частности, сульфатредукция, протекающая не только в донных отложениях, но и в водной толще озер.
Введение. В настоящее время минеральные озера становятся объектами всесторонних исследований. Эти озера отличает уникальный химический состав вод и многообразие бактериальной жизни [2, 14 и др.]. Все чаще они рассматриваются как сырьевые источники редких и редкоземельных элементов, промышленная эксплуатация которых не требует дорогостоящих и экологически опасных разработок [10]. Интерес к озерам связан с добычей солей, которая практиковалась в Забайкалье ранее. Привлекают внимание исследователей озера, в том числе и минеральные, при реконструкции климатических изменений прошлого по донным осадкам. При этом используются различные в том числе, и биогеохимические показатели [9]. Тем не менее, многие фундаментальные задачи остаются не решенными, в их числе генезис содовых озерных вод. Согласно основной гипотезе, содовый состав вод рассматривается как определенный этап эволюции озер [4, 14 и др.]. Хотя в озерах аккумулируется огромное количество органического вещества, роль внутриводоемных биологических процессов при этом традиционно не рассматривается, несмотря на показанное их значение для формирования химического состава озерных вод [7]. В этой связи изучение различных
* Работа выполнена при поддержке интеграционного проекта СО РАН № 56 "Прогнозное моделирование и междисциплинарные комплексные исследования многолетней динамики состояния экосистем меромиктических озер Сибири".
сторон функционирования таких озер прояснит все многообразие сложных взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов.
Объекты исследований. Все рассматриваемые озера расположены в днище Читино-Ингодинской межгорной впадины (рис. 1), одной из наиболее крупных впадин Забайкалья протяженностью до 260 км при средней ширине 17 км и общей площади около 4400 км2 [15]. Северо-западный край впадины переходит в холмистые предгорья Яблонового хребта, а юго-восточный - в террасовый рельеф предгорий хребта Черского. Хребты и впадина протягиваются параллельно друг другу и ориентированы в северо-восточном и юго-западном направлении. Осадочное выполнение впадины представлено нижнемеловыми конгломератами, дресвяниками, алевролитами, аргиллитами и песчаниками, перекрытыми четвертичными рыхлыми отложениями. Мощность осадочного чехла в центральной части котловины достигает 1700 м, в 20 км к юго-западу кристаллический фундамент залегает уже на глубине 200 м [5]. По днищу котловины в виде гирлянды расположились бессточные озера. Самое крупное из них оз. Доро-нинское. Площадь его около 5 км2, максимальная глубина около 6.5 м. Площадь остальных редко превышает 1 км2, глубина их не более 3 м.
В пространственном размещении озер нет определенной закономерности, часто озера с водами разного состава и минерализацией распола-
Рис.1. Схема расположения Читино-Ингодинской впадины.
гаются на небольшом удалении друг от друга. Формирование их обусловлено, главным образом, процессами испарительного концентрирования, в ходе которого по мере роста солености должна происходить смена химического состава от карбонатного к сульфатному и на последней стадии - к хлоридному. Такая смена объясняется последовательным выпадением в осадок солей по мере насыщения вод сначала по наименее растворимым карбонатам щелочноземельных катионов, затем по их сульфатам и т.д. [14]. Фактическое распределение химических компонентов в водах изученных озер (табл. 1) отличается от указанной схемы метаморфизации. Только в пресных озерах анионный состав воды был собственно карбонат-но-гидрокарбонатным (СО|- и НСО-), в минеральных озерах вторым по значимости был ион хлора
(С1), в отдельных случаях он занимал лидирующее положение. Сульфаты ^042-) главенствовали лишь в единственном случае, в остальных концентрация их была ниже 20%-эквивалентов.
Опережающий рост содержания хлор-иона в сравнении с сульфат-ионом в озерных водах не соответствует соотношению этих анионов в подземных водах, обеспечивающих основную долю солевого питания озер. Эквивалентные концентрации его в среднем ниже, чем сульфата (рис. 2). Поэтому до насыщения воды по сульфатным минералам и их выпадения в осадок в общем случае хлорид и сульфат-ионы должны накапливаться в равных пропорциях. В действительности в водах изученных озер не только не происходит пропорционального с хлоридами накопления сульфатов, но по темпам накопления они отстают, а содержания гидрокарбоната и карбоната по сравнению с ними в большинстве случаев растут более интенсивно. Такая ситуация не согласуется с общими представлениями и требует особого рассмотрения.
Методы исследований. В данной статье представлены результаты гидрохимических исследований, выполненных в августе 2012 г. (табл. 1). Химико-аналитические измерения водных проб выполнены по общепринятым методикам. Концентрации кальция (Са) и магния (Mg) определялись методом атомной абсорбции в закисно-ацетиленовом пламени на спектрофотометре SOLAAR 6М. Для определения натрия (№) и калия (К) использован пламенно-эмиссионный метод. Потенциометрически с применением
250 200
1 ШН I юо -|
50 0
.И^-. .И_. п.и
9 10 11 12 13 14 15
и ^
О и
ш.
Т 10
8 .. «
6 о Э _ и 8
| «а - 2
0
Рис. 2. Распределение основных анионов в озерных (а) (по номерам проб табл. 1) и подземных (б) водах Читино-Ингодинской впадины.
Таблица 1. Основные химические параметры озер Читино-Ингодинской впадины
8 со Ш И О н
£
К
о и тз
а
0
1 ©
I
о
о
№ Озера рН ПО 02 13вос. НСО3+ СО 2 С1" К+ мё2+ Са2+ М
мг/л г/л
1 Доронинское 9.8 34.2 5.52 0.033 12.9 0.13 4.71 10.2 0.13 0.03 0.01 28.2
2 Чепчек-2 9.6 83.4 9.22 <0.002 9.34 1.69 6.33 8.65 0.04 0.03 0.01 26.1
3 Торм 9.0 18.8 9.14 <0.002 2.78 0.59 2.09 3.22 0.01 0.03 0.01 8.73
4 Чепчек-3 9.3 24.1 9.23 <0.002 3.77 0.61 0.96 2.61 0.02 0.02 0.01 8.01
5 Бальзой 9.0 73.1 7.52 0.013 2.59 0.09 0.08 1.53 0.02 0.02 0.01 4.34
6 Хундуйское 9.5 97.4 7.88 0.101 2.10 0.07 0.54 0.97 0.04 0.09 0.01 3.82
7 Чепчек-1 9.1 36.7 9.25 <0.002 1.03 0.2 0.18 0.49 0.01 0.03 0.01 1.95
8 Лебединское 9.9 23.9 8.17 0.044 0.86 0.01 0.03 0.32 0.005 0.03 0.01 1.27
9 Болданка 9.9 16.8 7.85 0.007 0.25 0.44 0.09 0.31 0.002 0.02 0.02 1.13
10 Хундуй-1 8.5 28.1 9.95 <0.002 0.67 0.02 0.01 0.13 0.003 0.05 0.03 0.91
11 Танга 9.1 14.5 9.59 <0.002 0.46 0.02 0.04 0.12 0.002 0.01 0.02 0.67
12 Горекацанское 9.1 19.8 9.81 <0.002 0.38 0.01 0.01 0.11 0.003 0.01 0.01 0.53
13 Хундуй-2 9.0 19.5 9.69 <0.002 0.32 0.04 0.01 0.09 0.004 0.02 0.03 0.51
14 Большое 9.1 2.6 9.37 <0.002 0.29 0.03 0.01 0.07 0.002 0.02 0.01 0.43
15 Николаевское 9.1 34.2 9.83 <0.002 0.25 0.004 0.01 0.05 0.002 0.02 0.02 0.36
Формула химического состава озерной воды (более 20% экв.)
([НСО3]- [С02~])67[С1~]33
[№+] 99
[СГ]48([НС0з] + [С02-])41
[№+] 99
[ СГ] 49 ([ НСО 3] + [ СО 2~] )40
[№+] 98
([НСО3]- 1-[СОз"])61[С1"]26
([НСО3]- [№+199 1-[СОз ])56[СГ]23
([НСО3]- [№+189 1-[СОП)69[СГ]28
([НСО3] - [Ма+]86 )- [СОз])74[С1~]23
[Ыа+]79
([НСОЛ + [СОз"])94
[№+] 83 [80Г]52([НС0з] + [С0Г])29
[№+] 84 [(НСОз] + [СОГ])97
[№+] 50 [Mg2+] 38
([НСОз] + [СОз~])84
[Na+]62[Mg2+]25 ([НСОз] + [СО|-])93
[№+]71 ([НСОз] + [СО|-])83
[№+] 56[Mg2+] 22
([НС0з] + [С02~])84
[Na+]55[Mg2+]33 ([НСОз] + [С021)90 [Ыа+] 50 [М§2+] 28 [Са2+] 21
О
О
о
и и к к о о н
к ©
о
о
со >
к
к ^
к £ к
Й
о §
о о
о £
со >
со о
й
о
со
и
чо
Примечание: М - минерализация воды.
ионселективных электродов находились рН, С1-. Титрование применялось для определения содержания карбонатного комплекса СО- и НСО-, величины перманганатной окисляемости (ПО). Сульфат-ион определялся турбидиметрическим методом в виде сернокислого бария. Изотопный состав углерода карбонатов выполнен в лаборатории стабильных изотопов Дальневосточного геологического института ДВО РАН на установке Finnigan-MAT 252 (Германия). Сероводород (в нашем случае гидросульфид Ж-), элементную S0 и тиосульфатную серу S0; 4+ после перевода их в сульфидную форму находили по [2] фотометрическим (микроколичество) или йодометрическим (макроколичество) окончаниями. В статье представлена сумма ^восст этих компонентов. Показатели погрешности измерений концентраций компонентов соответствовали требованиям ГОСТ 27384-87 "Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств". Изучение минеральных равновесий в системе "вода-порода" проведено с использованием физико-химического моделирования по программе HG32 [3]. В основе этих расчетов лежат принципы химической термодинамики, позволяющие оценивать степень равновесности вод с различными карбонатами, сульфидами, силикатами, алюмосиликатами и др. и определить способность вод растворять и формировать различные минералы.
результаты и их обсуждение. По программе термодинамического моделирования HG32 был выполнен расчет изменения состава вод при ее испарении. В качестве модели выбрано содовое оз. Доронинское. В расчетах использовали химический состав вод, участвующих в солевом питании озера (табл. 2). В качестве показателя степени испарения использовался хлор как наиболее консервативный компонент, не вступающий в реакции взаимодействия с образованием гидрогенных минералов в исследованном диапазоне солености.
Расчетный остаточный состав раствора при концентрировании во
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.