ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2014, № 3, с. 207-219
УДК 631.412:631.74:551
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ВО ФРАКЦИЯХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Р. АМУР
© 2014 г. Г. В. Харитонова, С. Е. Сиротский, Н. П. Чижикова*, Н. С. Коновалова**, А. С. Манучаров***, З. Н. Тюгай***, Е. В. Уткина
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН 680000Хабаровск, ул. Ким-Ю-Чена, 65; E-mail: gkharitonova@mail.ru *Почвенный институт им. В.В. Докучаева 119017Москва, Пыжевский пер., 7 **Институт тектоники и геофизики ДВО РАН 680000Хабаровск, ул. Ким-Ю-Чена, 65 ***Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова 119991 Москва, Ленинские горы Поступила в редакцию 19.12.2011 г.
Исследован гранулометрический и фракционный состав донных отложений р. Амур. Проанализирован валовой состав отложений, их илистых подфракций — воднопептизируемый (ВПИ) и агрегированный (АИ) илы — и остаток от отмучивания илов. Установлено, что в подфракциях ила содержание Fe, Mn, Zn и Cu в 2—4 раза выше, чем в донных отложениях в целом и их остатке после выделения илистых подфракций, что подтверждает значительную роль глинистых минералов в аккумуляции указанных элементов. Показано участие диатомовых водорослей в накоплении и переносе Fe, Mn, Zn и Cu в системе речная вода—взвеси—донные отложения (глинистые минералы). Установлено, что повышенные концентрации Zr в донных отложениях связаны с присутствием в них циркона.
DOI: 10.7868/S0024497X14030045
Бассейн Амура — крупная трансграничная геосистема, почти треть которой составляет бассейн р. Сунгари (территория КНР). В отдельные годы сток Сунгари может превышать сток Амура. В связи с бурным экономическим развитием Китая в настоящее время проблема загрязнения окружающей среды для бассейна Амура становится все более актуальной [Бакланов, Воронов, 2010].
При рассмотрении проблем экологического состояния биосферных экосистем большое значение имеют исследования их тонкодисперсных компонентов. Последние вследствие большой удельной поверхности и особенностей минерального состава определяют процессы обмена экосистем с внешней средой. Наиболее динамичны эти взаимодействия в зоне современного седименто-генеза, в донных отложениях и взвесях рек и озер. Донные отложения различных водных систем традиционно используются в качестве индикатора интенсивности и масштаба техногенного загрязнения [Forstner, Wittman, 1983; Moor, Ra-mamoorthy, 1984].
Цель работы — исследование особенностей распределения микроэлементов во фракциях донных отложений р. Амур. Работа является продолжением исследований авторов экосистемы р. Амур [Чижикова и др., 2004, 2011]. Ранее было установлено, что содержание микроэлементов в
донных отложениях р. Амур за исключением Zr не превышает их средних содержаний в осадочный породах. Однако в тонкодисперсных фракциях отмечается более чем двукратное (по сравнению с осадочными породами) повышение концентрации Бе, Мп, Си и Zn. В данной работе основное внимание бышо уделено генерализации данный микроэлементного состава отдельный фракций донный отложений с использованием электронно-микроскопического и рентгеноспек-трального анализов. Также бышо рассмотрено содержание микроэлементов в отдельных компонентах экосистемы р. Амур (сестон, эпилитон).
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Работы проводились на равнинной части бассейна среднего и нижнего Амура (рис. 1). Основное питание река получает в пределах среднего Амура (участок от г. Благовещенска до г. Хабаровска), где впадают его главные притоки — реки Зея, Бурея, Сунгари и Уссури. Средний Амур приобретает черты равнинной реки с выгходом на Средне-амурскую низменность. Это низкая (от 45 до 100 м абс. высоты) заболоченная равнина с обширной, до 10—30 км поймой. На западе и северо-западе она окружена горами Хингано-Буреинского массива, на востоке и юго-востоке горами Сихотэ-
Рис. 1. Карта-схема района исследования. I — Зейско-Буреинская равнина, И—ГУ низменности: II — Среднеамурская, III — Удыль-Кизинская, IV — Амуро-Амгуньская. Места отбора донных отложений: 1 — протока Луговая, 2 — о. Ромашкин, 3 — протока Амурская, 4 — протока Кафа, 5 — г. Амурск, 6 — р. Горин, 7 — пос. Тахта, 8 — протока Пальвинская, 9 — о. Оремиф.
Алиньской складчато-вулканической горной системы, на юге — Восточно-Маньчжурскими горами.
Для климата характерно сочетание умеренной континентальности с муссонными чертами [Вит-вицкий, 1969]. Среднегодовая температура — 0.6— 1.1 °С, среднегодовое количество осадков в районах исследования — от 400—500 мм (на западе) до 600—700 мм (на юго-востоке), распределение их по сезонам крайне неравномерно — 40—50% годовой суммы осадков выпадает в июле—августе.
На равнине широко развиты четвертичные отложения, представленные комплексом осадков аллювиальных и озерно-аллювиальных фаций — глины и суглинки, а также пески, гравийники, галечники [Геология..., 1966]. Они перекрывают более древние слои аргиллитов, алевролитов, песчаников и вулканогенных осадочных пород. По данным В.В. Никольской [1972], в тяжелой фракции четвертичных отложений преобладают минералы группы эпидота (роговая обманка, цо-изит), в значительных количествах встречаются железосодержащие минералы (гетит, ильменит,
магнетит). В легкой фракции, помимо кварца, диагностируются полевые шпаты (в основном кислые плагиоклазы) и темноцветные минералы (биотит, амфиболы).
Объектом изучения явились донные отложения. Отбор их проб проводили в зонах аккумуляции на участке от устья р. Сунгари до Амурского лимана (рис. 1). Объектами биогеохимического опробования послужили сестон и эпилитон р. Амур. Сестон — взвешенные в воде планктонные микроорганизмы с примесью неорганических веществ — отбирали с помощью планктонной сети Апштейна из мельничного газа № 76 (диаметр ячейки 0.1 мм). Планктонные микроорганизмы в р. Амур представлены главным образом диатомовыми водорослями. Эпилитон — водоросли обрастания (преимущественно диатомовые) гравийно-галечного субстрата — отбирали методом смыва. Дополнительно были отобраны образцы осадков сточных вод (ОСВ) очистных сооружений г. Хабаровска. ОСВ — технический аналог сестона: в систему водоснабжения вода поступает непосредственно из р. Амур.
Таблица 1. Гранулометрический и фракционный состав донных отложений р. Амур
Образец, местоположение Гранулометрический состав, % Содержание
размер частиц, мкм подфракций ила, % Собщ, %
<2 2-10 10-100 100-275 ВПИ АИ
т. 1 пр. Луговая 37.85 32.34 29.81 0 2.4 11.6 0.67
т. 2 о. Ромашкин 24.25 28.95 41.33 5.47 7.2 12.1 1.06
т. 3 пр. Амурская 34.24 35.28 30.48 0 8.7 22.5 1.74
т. 4 пр. Кафа 18.36 26.16 52.82 0 4.5 11.2 0.55
т. 5 г. Амурск 24.09 32.60 43.31 0 6.6 13.2 0.85
т. 6 р. Горин 37.64 33.95 28.41 0 9.0 14.2 2.18
т. 7 пос. Тахта 26.08 30.81 43.11 0 9.8 15.7 1.21
т. 8 пр. Пальвинская 29.99 32.74 35.83 1.44 8.2 16.8 1.42
т. 9 о. Оремиф 42.82 30.90 26.03 0.25 - - -
М 30.6 31.5 36.8 0.8 7.1 14.7 1.2
% 8 26.3 8.7 24.2 228.2 35.5 25.4 45.8
Примечание. М — средние значения; % 8 — стандартное отклонение в процентах от среднего; Собщ— содержание углерода (расчет на воздушно-сухое вещество); прочерк — нет данных.
В основу исследования положены гранулометрический и валовой химический анализы осадков, рештеноспекгральный микроанализ и электронно-микроскопические исследования отдельных фракций. Гранулометрический состав был определен лазерно-дифракционным методом на приборе FRITSCH Analysette 22 с предварительной обработкой образцов ультразвуком в дистиллированной воде с помощью ультразвукового диспергатора BRANSON 250 W 20кГц [Shein et al., 2006]. Илистые подфракции (<2 мкм) дробной пептизации донных отложений — воднопептизируемый (ВПИ) и агрегированный (АИ) илы — выделены по методу Горбунова [Горбунов и др., 1952]. При выделении ВПИ и АИ во избежание потерь микроэлементов коагулятор не использовался.
Электронно-микроскопические исследования проводили на растровом электронном микроскопе "EVO 40 HV" (Карл Цейсс, Германия). Для съемки образцы были подготовлены методом суспензии в этиловом спирте с последующим высушиванием и напылением Au, увеличение до 50000. При съемке образцов для анализа фаз с высоким атомным числом дополнительно к детектору вторичных электронов (SE-детектор) использовали детектор обратно рассеянных электронов (QBS-детектор). При получении изображений с помощью QBS-детектора фазы с высоким средним атомным числом отражаются более контрастно по сравнению с фазами с меньшим атомным числом. В общей сложности было получено более 1000 фотографий. Для анализа элементного
состава наиболее репрезентативных участков препаратов ДО использовали энергодисперсионный спектрометр "INCA Energy 350" (Oxford, Великобритания).
Валовой макро- и микроэлементный состав фракций образцов донных отложений реперных участков определяли рентген-флюоресцентным энергодисперсионным методом (РФА) на приборе WRA-30. Анализ микроэлементного состава остальных образцов донных отложений, сестона, эпилитона и ОСВ был проведен эмиссионно-спектральным методом (ЭСА). Анализ проводили на приборах СТЭ-1 и ДФС-8. Все образцы были предварительно высушены при 105°C и озоле-ны при 450°C. Некоторые различия в результатах указанных методов анализа связаны с тем, что в отличие от РФА метод ЭСА является полуколичественным, соответственно метод РФА предпочтительнее. Однако метод ЭСА до сих пор широко используется при решении отдельных геохимических задач [Хокс, Уэбб, 1964].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно данным гранулометрического анализа (табл. 1), донные отложения Амура в зонах аккумуляции — это транзитные наносы; преимущественный размер частиц <100 мкм [Страхов, 1962]. На рис. 2 приведены дифференциальные и интегральные кривые гранулометрического состава основных реперных точек — т. 2 (о. Ромашкин), т. 4 (прот. Кафа), т. 9 (о. Оремиф). Согласно дифференциальным кривым,
а
й, мкм
Рис. 2. Гранулометрический состав донных отложений р. Амур. а — т. 2 о. Ромашкин; б — т. 4 протока Кафа; в — т. 9 о. Оремиф. 1 — дифференциальные кривые, 2 — интегральные кривые гранулометрического состава.
в составе донных отложений зон аккумуляции присутствуют пелитовая (0—2 мкм, средний
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.