ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 3, с. 288-297
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 551.465
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАНА В ПРИБРЕЖНЫХ УЧАСТКАХ ПЕТРОЗАВОДСКОЙ ГУБЫ
ОНЕЖСКОГО ОЗЕРА1 © 2015 г. Д. Н. Гарькуша*, **, Ю. А. Федоров*
*Южный федеральный университет, Институт наук о Земле 344090 Ростов-на-Дону, ул. Р. Зорге, 40 **Гидрохимический институт 344090 Ростов-на-Дону, просп. Стачки, 198 E-mail: gardim1@yandex.ru; fed29@mail.ru Поступила в редакцию 04.05.2012 г.
Представлены результаты многолетних наблюдений за содержанием метана в воде и донных отложениях прибрежных участков Петрозаводской губы Онежского оз. Рассмотрено влияние различных природных и антропогенных факторов на особенности формирования и распределения концентраций метана.
Ключевые слова: метан, содержание, распределение, вода, донные отложения, прибрежные участки, загрязнение.
DOI: 10.7868/S0321059615030050
В настоящее время одна из серьезнейших проблем — глобальное изменение климата, на которое влияет, наряду с другими "парниковыми" газами, метан [8]. Один из источников эмиссии метана в атмосферу — водные экосистемы [4, 7, 10, 11, 20], в которых он в основном образуется в процессе анаэробного биохимического распада органических веществ (ОВ). Метан может поступать в водные объекты как в процессе его образования in situ, так и в составе хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод и водами притоков [3, 6, 17—20], а также при вымывании метана из почв дождевыми водами [3, 22], что в основном сказывается на содержании метана в воде прибрежных акваторий [3, 20].
Результаты экспериментального и математического моделирования [16] свидетельствуют об увеличении концентраций и потоков метана в системе донные отложения (ДО)-вода-атмосфера с ростом температуры окружающей среды, что наряду с органическим загрязнением может стимулировать генерацию и эмиссию газа в масштабах планеты.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке программы "Ведущие научные школы" НШ-5548.2014.5 Президента
РФ, Г/К 1334 и Г/К 5.1848.2014.5/К.
Актуальность проведенных на Онежском оз. исследований заключается в получении новых данных об особенностях формирования и распределения концентраций метана в воде и ДО как возможного показателя мощности антропогенного воздействия на прибрежные акватории озера. Информация также может быть полезной для лучшего понимания цикла метана в пресноводных экосистемах.
ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Петрозаводская губа — один из наиболее крупных заливов Онежского оз. (1.3% его площади). Длина ее — 19 км, средняя ширина — 7 км, площадь водной поверхности ~125 км2, средняя глубина 18.2 м [12]. Контуры берегов сравнительно плавные, рельеф дна характеризуется слабой расчлененностью. Отделяющие губу от открытой части озера Ивановские о-ва и мелководная зона у побережья г. Петрозаводска образуют естественный порог, ограничивающий водообмен с центральным плесом [13]. Практически вся территория прибрежных участков губы сложена песками различной крупности и песчаными илами [14]. Этим отложениям свойственен низкий окислительно-восстановительный потенциал (ЕЙ = —284...+47,
Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб воды и ДО в Петрозаводской губе Онежского оз. и в его притоках в июне—июле 2007—2010 гг.
рН = 6.7—7.1) и высокое содержание ОВ [15]. На отдельных участках встречаются валунно-галеч-ные отложения, еще реже — глинистые илы.
В летний период (конец июня — начало июля) 2007—2010 гг. в ходе наземных исследований для определения концентраций метана были отобраны пробы воды и ДО прибрежных участков как прилегающих к территории города Петрозаводск, так и находящихся на удалении от него (рис. 1), а также в притоках, впадающих в Петрозаводскую губу. Проведены наблюдения за суточной динамикой его концентраций в воде озера с интервалом 4 ч. Для оценки влияния почв на концентрации метана в воде прибрежной зоны озера и его притоков были отобраны пробы почв, ливневых и дренажных стоков города и стоков на прилегающих к городу территориях.
Пробы воды и ДО отбирались, как правило, с берега (глубина — до 1.0 м): вода — из поверхностного горизонта (0.1 м); ДО, представленные
песками и илами, — в слоях 0—2, 2—5 см, на некоторых станциях в 5-10-сантиметровом слое. Для определения содержания метана по почвенному профилю закладывались шурфы, в стенках которых с различных горизонтов отбирали пробы почв. Отбор, транспортировка, хранение проб и последующее определение в них концентрации метана парофазным газохроматографическим методом осуществлялись по методикам, подробно описанным в [6, 20, 21]. Нижний предел обнаружения метана в воде — 0.1 мкл/л, в ДО и почвах — 0.01 мкг/г влажного осадка (отложений, почвы), суммарная погрешность определения — 5—10%.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Метан в воде
Содержание метана в воде прибрежных участков Петрозаводской губы варьировало в пределах 2.6—122.2 (в среднем 31.5) мкл/л (п = 48) (табл. 1).
Таблица 1. Содержание метана в поверхностном слое воды Онежского оз. и его притоков (в числителе — содержание метана в воде дождевых стоков)
№ станции Месторасположение Координаты, 3-7 июля 2007 г. 15-20 июня 2008 г. 2-5 июля 2009 г. 3-7 июля 2010 г.
станции с.ш./в.д. Т, °С СН4, мкл/л Т, °С СН4, мкл/л Т, °С СН4, мкл/л Т, °С СН4, мкл/л
1-1 р. Лососинка, устье 61°47'13"/34° 2345" 18.1 25.8 14.0 8.4 16.0 9.0 18.5 26.9
1-2 р. Лососинка, запруда 61°47'07"/34° 23'12" 21.0 36.4 15.0 11.6 - - - -
1-3 р. Лососинка, ниже тракторного завода 61°47'07"/34° 22'51" 16.0 20.2 13.0 4.0 15.0 2.6 - -
1-4 р. Лососинка, выше тракторного завода 61°46'53"/34° 22' 11" 15.9 38.1 14.0 7.8 15.0 1.9 15.2 24.3
1-5 р. Лососинка, верхняя граница Петрозаводска 61°45'27"/34° 2044" 16.1 14.6 13.5 7.4 14.0 3.8 0.1 15.0 10.1
2-1 р. Неглинка, устье 61°47'54"/34° 22'09" 14.5 115.9 11.5 109.1 1.5 16.0 45.1 16.5 73.7
2-2 р. Неглинка, возле моста, просп. Первомайский 61°47'28"/34° 20'59" 14.4 24.6 11.0 11.8 16.0 11.3 - -
2-3 р. Неглинка, 1 км ниже ремонтно-механиче-ского завода 61°47'23"/34° 19'53" - - 11.0 69.2 15.0 47.0 - -
2-4 р. Неглинка, ниже ре-монтно-механическо- 61°47'23"/34° 18'58" 14.2 29.1 12.0 8.3 15.9 34.8
го завода
2-5 р. Неглинка, выше ре-монтно-механическо- 61°47'П"/340 18'53" 14.2 31.9 11.0 5.6 14.0 1.5 _
го завода
2-6 р. Неглинка, верхняя граница Петрозаводска 61°46'16"/34° 1741" 14.0 12.9 13.0 2.2 0.2 14.0 4.2 <0.1 14.3 17.2
Вблизи ст. 2-6 Дренажная канава, г. Петрозаводск, микрорайон Древлянка 61°45'30"/34° 18'25" - - - 1.5 - - - -
3-1 Логмозеро 61°50'58"/34° 22'10" 18.2 16.8 14.5 7.6 17.0 13.9 18.4 27.5
3-2 Логмозеро 61°51'25"/34° 19'45" - - - - - - 18.6 52.6
3-3 Логмозеро 61°5Г35"/34° 1841" - - - - - - 18.4 14.4
ы
чо о
И
О Й м Е и ч и о •с
о Е
£
£ та б4
е
д
о ►и о а
Таблица 1. Окончание
№ станции Месторасположение Координаты, 3-7 июля 2007 г. 15-20 июня 2008 г. 2-5 июля 2009 г. 3-7 июля 2010 г.
станции с.ш. / в.д. Т, °С СН4, мкл/л Т, °С СН4, мкл/л Т, °С СН4, мкл/л Т, °С СН4, мкл/л
4-1 Сельгская речка, устье 61°43'52"/34° ЗО'ЗЗ" - - - - - - 17.0 21.7
5-1 Петрозаводская губа, Деревянская бух. 61°40'46"/34° 33'37" 18.5 7.1 14.0 3.5 - - - -
5-2 Петрозаводская губа, в 2 км от нефтебазы 61°43'09"/34° 31'37" 18.3 5.4 14.0 4.2 - - 15.1 7.5
5-3 Петрозаводская губа, в районе нефтебазы 61°44'26"/34° 29'55" 16.9 44.7 12.5 28.8 - - 15.2 24.3
5-4 Петрозаводская губа, промышленный район 61°46'54"/34° 2448" 17.0 84.0 10.0 109.5 12.0 122.2 0.6 15.8 120.2
5-5 Петрозаводская губа, район впадения р. Ло- 61°47'15"/34° 23'55" 17.5 23.7 13.5 29.8 16.0 39.5 16.4 17.9
сосинка
5-6 Петрозаводская губа, причал 61°47'35"/34° 2342" 16.3 24,1 13.0 24.0 14.0 20.2 - -
5-7 Петрозаводская губа, район впадения р. Неглинка 61°47'57"/34° 22' 11" 16.0 20.2 12.0 10.5 16.0 35.7 15.8 20.1
5-8 Петрозаводская губа, набережная Варкауса 61°48'16"/34° 2Г02" - - 10.0 7.4 17.0 3.8 15.5 8.9
5-9 Петрозаводская губа, деревообрабатывающий комбинат 61°48'49"/34° 19'44" - - - - 17.0 86.5 15.5 74.3
5-10 Петрозаводская губа, пляж 61°49'45"/34° 18' 19" - - 13.0 25.5 15.0 13.9 15.4 26.9
5-11 Петрозаводская губа, с. Соломенное 61°50'36"/34° 2Г09" 18.0 64.4 15.0 33.1 16.0 16.8 17.5 63.6
5-12 Пролив между Петрозаводской губой и Лог- 61°50'47"/34° 2Г28" 18.0 42.0 14.5 37.2 15.0 34.9 17.6 49.1
мозером
5-13 Петрозаводская губа, ботанический сад 61°50'20"/34° 22'55" 14.5 14.0 13.0 10.9 0.4 17.0 7.1 15.3 18.3
5-14 Петрозаводская губа, в 2.5 км от с. Соломен- 61°50'12"/34° 26'03" 14.0 10.0 11.5 8.2 15.2 10.6
ного
5-15 Петрозаводская губа, в 7 км от с. Соломенного 61049'16"/34° 3046" 14.0 5.3 11.0 2.6 - - - -
45
40
35
ч 30
м м 25
20
Я 15
О 10
5
0
-о ' \
/ Ч / \
/
\
_I_I_I_I_I_I_I_I
23:00 3:00 7:00 11:00 15:00 19:0023:00 3:00 Время, ч
Рис. 2. Суточная динамика содержания метана в воде Петрозаводской губы в районе впадения р. Лососин-ки (ст. 5-5) в июле 2009 г.
Минимальные концентрации (2.6—10.0 (5.8) мкл/л) во все периоды наблюдений фиксировались на станциях, удаленных от г. Петрозаводска и находящихся вне зон сильного антропогенного воздействия (станции 5-1, 5-2, 5-14, 5-15). Максимальные концентрации были характерны для станции 5-4 (84.0—122.2 (109.0) мкл/л), прилегающей к одному из самых крупных промышленных районов города, где расположены Петрозаводский хлебокомбинат, ликероводочный завод, Карельский рыбокомбинат, судостроительный завод "Авангард" и судоверфь. Высокие концентрации (16.8—64.4 (42.6) мкл/л) наблюдались в прол. Соломенном (станции 5-11 и 5-12), соединяющем Петрозаводскую губу и Логмозеро, на одном из его берегов расположен Петрозаводский лесопильно-мебельный комбинат. Высокими содержаниями метана (24.3—86.5 (51.7) мкл/л) характеризовались также пробы воды со станций 5-3 и 5-9, находящихся соответственно вблизи нефтебазы и деревообрабатывающего комбината.
Формирование зон повышенного содержания метана в воде и ДО водных экосистем под влиянием хозяйственно--бытовых и промышленных сточных вод, содержащих в высоких
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.