ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ =
УУДК 550.46
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БОЛОТНЫХ ВОД В ТАЕЖНОЙ ЗОНЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ1
© 2015 г. О.Г. Савичев
Томский политехнический университет, Россия; OSavichev@mail.ru Поступила в редакцию 21.11.2013 г.
Обобщены данные 1993-2013 гг. о химическом составе болотных вод в таежной зоне Западной Сибири. Объектами исследований послужили более тридцати болот (преимущественно вне зон активного антропогенного воздействия), расположенных в основном на территории Томской области, частично - в Ханты-Мансийском автономном округе и Новосибирской области. Также были изучены участки одного из самых больших в мире болот - Васюганского. Показано, что наблюдается общее уменьшение содержаний растворенных солей с юга - юго-запада на север -северо-восток по мере увеличения модулей водного стока и доли верховых болот в заболоченности водосборов. На этом фоне отмечается увеличение концентрации большинства изученных веществ: 1) от водоразделов к долинам; 2) на участках с преобладающей лесо-топяной торфяной залежью по сравнению с лесной и топяной. В вертикальном разрезе торфяной залежи зафиксировано пониженное содержание растворенных солей в деятельном горизонте, повышенные - в инертном. Основными факторами пространственных изменений химического состава болотных вод являются биогеохимические условия, интенсивность водообмена, соотношение атмосферного и грунтового водного и минерального питания. Эти факторы регулирует геоботанические условия, время взаимодействия воды с твердыми частицами, условия аккумуляции и выноса продуктов трансформации органического вещества.
Ключевые слова: болотные воды, химический состав, пространственное распределение, таежная зона, Западная Сибирь.
Введение. Западно-Сибирская равнина характеризуется высокой заболоченностью, достигающей на отдельных участках 50% и более. В настоящее время наблюдается дальнейшее заболачивание территории региона, особенно в подзонах южной и средней тайги, где отмечаются средние скорости вертикального прироста торфа 0.39-0.80 мм/год при максимумах до 2.62 мм/ год, а скорости прироста площади - около 100 км2/год [7, 10, 12]. Расширение площади болот сопровождается ухудшением качества поверхностных и подземных вод вследствие поступления в реки, озера и подземные водоносные горизонты болотных вод, содержащих большое количество органических и органоминеральных соединений.
В разных частях Западной Сибири, включая таежную зону, гидрологические и геоботанические условия достаточно сильно меняются. Соответственно, влияние болот на гидрохимический
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ
(проект № 13-05-98045 р_сибирь_а).
режим водосборов также будет различным, что необходимо учитывать при решении научных и прикладных задач, например, при долгосрочном планировании использования и охраны водных объектов, оценке и прогнозе воздействия строительства на состояние окружающей среды региона. Благодаря исследованиям [4, 9, 11, 13, 19, 20, 22, 23] и многих других уже накоплен значительный объем данных о геохимии болотных вод региона, но требуется их обобщение и анализ, что и определило цель рассматриваемой работы - выявление закономерностей изменения химического состава болотных вод по территории региона и глубине торфяной залежи.
Исходные данные и методика исследования. Исходные данные были получены авторами совместно с В.А. Базановым, В.А. Льготиным, С.Л. Шварцевым и другими в процессе исследований, инженерных изысканий и государственного мониторинга водных объектов и выполненных в 1993-2013 гг. в Томском политехническом университете (ТПУ), Томском филиале Института
Рисунок. Схема размещения участков (1) отбора проб болотных вод в таежной зоне Западной Сибири.
геологии нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук (ТФ ИГНГ СО РАН), ОАО "Томскгеомониторинг", ООО "ИНГЕОТЕХ". Исследования включали: 1) полевые работы по отбору и консервации проб болотных вод для определения их состава в аккредитованных лабораториях ТПУ и ОАО "Томскгеомониторинг", измерение в полевых условиях концентраций бы-строизменяющихся компонентов; 2) обобщение и статистический анализ материалов ТПУ, Томского государственного университета (ТГУ), ТФ ИГНГ СО РАН, ОАО "Томскгеомониторинг", ООО "ИН-ГЕОТЕХ" и ряда других организаций.
Объектами исследований послужили более тридцати болот (преимущественно вне зон активного антропогенного воздействия) в основном на территории Томской области, частично - в Ханты-Мансийском АО и Новосибирской области (рисунок). Были изучены участки одного из самых больших в мире болот - Васюганского. На одном из переходных долинных болот в окрестностях г. Томска дополнительно было проведено изучение изменений химического состава болотных вод в разрезе торфяной залежи с использованием скважинного оборудования и пробоотборника, разработанных А.В. Шмаковым [14].
После отбора проводилась их консервация и транспортировка в стационарные лаборатории. Одновременно выполнялось определение рН, температуры, удельной электропроводности, содержаний С02, NH4h, N02', железа общего Feобщ. Отбор проб болотных вод осуществлялся из деятельного горизонта торфяной залежи, под ко-
торым, согласно [2], понимается слой активного водообмена в болоте, являющийся переходным от торфяной залежи к поверхности живого растительного покрова.
При определении гидрохимических показателей в аккредитованных лабораториях ТПУ и ОАО "Томскгеомониторинг" использовались следующие методы: рН - потенциометрический; S04, -турбидиметрический; Са2+, Mg2+, НС0-, С1- би-хроматная окисляемость (БО), перманганатная окисляемость (ПО), гуминовые кислоты (ГК), фульвокислоты (ФК), СО2 - титриметрический; соединения азота, фосфаты, Si - фотометрический; вещества, идентифицируемые как "нефтепродукты", фенолы, А1 - флуорометрический;
К+, Fe, ^ - атомно-абсорбционный; Zn, РЬ, Си - атомно-абсорбционный и инверсионно-вольтамперометрический.
Анализ данных включал в себя исключение экстремально высоких значений, оценку средних арифметических значений, погрешностей их определения и средних квадратических отклонений, проверку различных выборок на однородность с использованием критериев Фишера и Стьюдента, а также сопоставление гидрохимических, геоботанических и водохозяйственных данных.
Результаты исследования и их обсуждение.
Болото - особый природный объект - проявляется как совокупность трех взаимосвязанных компонентов: болотной растительности, отложений торфа и содержащихся в них водах [2]. С учетом этого определения анализ пространственных изменений химического состава болотных вод должен базироваться на применении классификации болот или их значимых составляющих. В рассматриваемом случае была использована принятая в нашей стране генетическая классификация торфяных залежей [18], под которыми, согласно [17], понимается естественное напластование отдельных видов торфа от поверхности до минерального дна торфяного месторождения или подстилающих озерных или органо-минеральных отложений. В соответствии с этой классификацией по степени преобладания верхового, переходного и низинного торфов, рассматриваются четыре типа торфяной залежи (верховой, переходный, смешанный, низинный), отражающих определенные условия водно-минерального питания (олиго-, мезо- и евтрофные) и состав растений-торфообразователей. Внутри каждого типа, в свою очередь, выделяются лесной, лесо-топяной и топяной подтипы, что позволяет более точно дифференцировать геоботанические условия болотообразования. Соответственно этому были
Таблица 1. Химический состав болотных вод разных типов торфяной залежи
Показатель Типы торфяной залежи
верховой переходный низинный
А N А N А N
рН 4.13 38 4.97 50 6.07 47
мкг/дм3
СО2 54.9 17 84.3 29 42.9 21
Сумма главных ионов 2ги 32.0 38 74.0 56 241.9 48
Са2+ 6.8 38 12.6 56 35.6 48
Mg2+ 3.6 38 4.2 56 11.9 48
2.3 30 3.3 39 14.3 44
К+ 1.1 30 1.5 39 1.8 44
нсо- 9.9 38 37.7 56 164.3 48
С1- 4.6 35 6.3 55 12.1 35
sо4- 2.8 35 8.9 55 4.8 35
ко- 2.007 31 1.299 47 1.684 42
ко- 0.052 32 0.052 49 0.071 42
4.020 38 3.294 53 4.406 47
ро3- 0.096 25 0.191 33 0.821 27
Si 3.34 24 4.83 30 5.48 24
общ 1.701 33 2.828 34 5.783 45
Фенолы 0.006 13 0.010 16 0.005 11
Нефтепродукты 0.395 23 0.160 27 0.200 27
Перманганатная окисляемость ПО, мгО/дм3 103.6 15 85.4 25 74.4 28
Бихроматная окисляемость БО, мгО/дм3 218.7 27 301.2 34 291.4 28
мкг/дм3
А1 236.2 15 311.0 21 105.9 12
Си 1.4 14 4.5 13 2.7 19
гп 10.5 14 28.5 25 39.3 18
Hg 0.02 12 0.03 10 0.06 6
РЬ 0.5 12 6.0 24 2.0 18
Примечание: А - среднее арифметическое, N - количество проб.
сгруппированы данные о химическом составе болотных вод в три выборки по преобладающей в районе пункта наблюдений торфяной залежи -верховой, низинной и переходной. В последнюю выборку вошли и выборочные материалы по смешанной торфяной залежи.
Анализ результатов обобщения позволил охарактеризовать болотные воды верховой и переходной торфяной залежи в среднем как пресные с очень малой минерализацией, гидрокарбонатные кальциевые третьего типа (по классификации О.А. Алёкина [1]), по рН - кислые. Воды низинной залежи отличаются более высоким содержанием растворенных солей, вследствие чего относятся также к пресным, но уже со средней (в ряде случаев - с повышенной) минерализации. По химическому составу эти воды в целом гидрокарбонатные кальциевые второго типа, по рН - слабокислые (табл. 1). При этом следует отметить,
что указанные различия между водами торфяных залежей верхового, переходного и низинного типов подтверждаются результатами проверки на однородность по среднему и дисперсии (табл. 2).
Болотные воды для всех типов торфяной залежи содержат большое количество органических веществ (80-120 мгС/дм3), поступающих в болотные воды в процессе образования и трансформации торфов. В составе органических веществ обнаружены фульвокислоты (ФК), гуминовые кислоты (ГК), фенолы, ароматические и парафиновые углеводороды, карбоновые кислоты и ряд других соединений [20]. В свою очередь, продуктом трансформации органических веществ в водной среде являют
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.