Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица

48 Химические элементы во

взвешенной

(В)

растворенной

(Р)

фор-

мах в нижнем участке зоны смешения (замыкающий створ зоны) водного потока

рассеяния

И Ч

(.КИИ

3*1ем1_нт

Хром

Никель

Медь

Цинк

Кадмий

Ртуть

Свинец

Форма

на

ко

],<.

НИН

(

редпее

мкг/

10,60

8,47

6,48

11,0

15,9

1.1,8

26,3

33,8

0,753

0,800

0,045

0,696

13,50

6,66

Коэффициент

вариации %

113

129

153

101

136

1,1

2,92

1,6

4,4

3,4

1,91

1.9

1,2

3,33

1,1

2,6

3,03

Общее

си

держание

4-Р

МКГ/

19,07

17,58

29,70

60,10

1 553

0,741

20,

1,5

2.5

2,4

1,4

2,4

1,12

2,6

Доля

взвешен

ной формы

от

общего с одер

жания,

55,58

36,9

53,55

43,76

48,49

6,07

Примечание

Приведены средние

данные

за

32-дневный период наблюдения

межень.

К,

—

коэффициент

концентрации

опюоительно

фоновою

юдержания

Это проявляется наиболее четко для Си, 2п,

Сг.

Заметно воз-

растает в динамическом ряду наблюдения согласованность в

распределении ассоциации элементов в растворе.

Еще

более она

увеличивается для взвешенных форм.

Процессы разбавления и гидравлического осаждения грубой

взвеси привели к определенному изменению в соотношении раз-

личных форм миграции химических элементов. Это выражается

прежде всего в увеличении относительной доли растворенных

форм почти для всех элементов (см. табл.

48).

Для большинства

элементов характерно и более стабильное соотношение двух ос-

новных форм в течение всего периода исследования, что также

указывает

на установление определенного динамического равно-

весия в водной массе. Характерно, что существенных изменений

в соотношении растворенных неорганических и органических

форм не отмечено (см. табл. 44). Это подтверждает вывод о

преобладающем влиянии на поведение растворенных форм в

зоне смешения процессов физического разбавления. Даль-

нейшее распределение химических элементов в русле реки опре-

деляется, главным образом, естественными факторами их миг-

рации.

Поведение химических элементов в пределах зоны

распре-

171

Рис. 48. Распределение взвешенных (сплошная линия) и растворенных (пунктир)

форм химических элементов в техногенном потоке рассеяния.

Кс

— коэффициент

концентрации

относительно фона, стрелкой показано начало

зоны распределения

деления загрязняющих веществ природными факторами мигра-

ции, определяется взаимодействием двух групп разнонаправлен-

ных процессов: 1) способствующих их выведению из водной

массы в донные отложения и

биоту;

2) обусловливающие их

поступление из донных отложений и

биоты

в водную массу. При

наличии постоянно действующих источников загрязнения пре-

обладают процессы первой группы, что и приводит к формиро-

ванию в донных отложениях контрастных и протяженных тех-

ногенных аномалий. Естественно, что в процессе миграции может

происходить преобразование первоначальных форм нахождения

химических элементов в результате взаимодействия различных

физико-химических процессов в системе «вода — взвесь —

донные отложения —

биота».

Распределение химических элементов в данной зоне потока

рассеяния характеризуется несколько неоднородным, но в це-

лом постепенным убыванием содержаний по мере удаления от

источника загрязнения (рис. 48). Наиболее стабильно и конт-

растно'

техногенные аномалии проявляются для взвешенных

форм. Аномалии растворенных форм менее контрастны, а для

ряда элементов отмечено лишь эпизодическое появление значи-

мых содержаний на отдельных участках потока.

Существующие различия в интенсивности миграции

химиче-

172

Рис. 49. Зональность распределения химических элементов в техногенном потоке

рассеяния:

а растворенные формы, б

концентрации элементов во взвеси,

— абсолют-

ные массы, переносимые со взвесью,

(

— коэффициент

накопления

относительно

фоновых концентраций

ских

элементов обусловливают неплохо выраженную зональ-

ность их распределения в потоке рассеяния (рис.

49).

Это позво-

ляет предположить существенное значение процессов вторич-

ного переотложения речного материала для формирования зон

загрязнения в донных отложениях, особенно в краевых частях

потоков рассеяния. В

целом,

протяженность гидрохимических

аномалий велика и для наиболее контрастно концентрирую-

щихся элементов достигает

20—25

км и более.

Динамические параметры потоков рассеяния в данной зоне

отличаются более спокойным характером (рис.

50,табл.

49).

Таблица 49 Химические элементы в растворенной

(Р)

и взвешенной (В) фор-

мах в зоне распределения техногенного водного потока рассеяния

Элемент

Хром

Никель

Медь

Цинк

Кадмий

Ртуть

Свинец

Форма

нахож

дения

Среднее,

мкг/л

10,3

5,50

5,27

13,4

23,4

23,6

0,626

0,543

0,062

0,596

9,24

5,94

Коэффициент

вариации, %

102

103

1,1

1.93

1,3

5,2

2,6

1,5

0,93

1,6

2,26

43,3

0,9

1,75

2,7

Общее

содер

жани(_

МК1

/Л

15,8

18,67

58,0

1,169

0,658

15,18

1.2.3

2,8

2,2

1,34

1,92

2,03

До

1я

в внешен

нон

формы

от

общею содер

<|НИЯ, %

65.19

29,23

44,4

40,3

53,55

9.42

60,9

Примечание Приведены средние данные за 32-дневный период

наблюдения.

К, - коэф-

фициент концентрации относительно фонового содержания

173

Рис. 50. Динамика распределения взвешенных (пунктир) и растворенных (сплош-

ная линия) форм химических

элементов

в зоне распределения техногенного

потока рассеяния

Однако для растворенных форм элементов неоднородность до-

статочно велика. Они отличаются и более частым появлением

высоких

концентраций

(см.

габл

46). Корреляционный анализ

не показал

четких

временных взаимосвязей между двумя основ-

ными миграционными потоками химических элементов, т.

е.

миг-

рация загрязняющих веществ осуществляется в виде двух неза-

висимых потоков. Вместе с тем, если растворенные формы хи-

мических элементов, входящих в выявленную ассоциацию, миг-

рируют асинхронно, то распределение взвешенных форм отли-

чается высокой согласованностью.

174

Рис. 51. Формы нахождения химических элементов во взвешенных частицах

техногенного потока рассеяния:

—

сорбционно-карбонатные,

2 - органические, 3 —

гидроксидные,

4 — кристал-

лические

При общем убывании уровней содержания элементов за

счет их выведения из миграционного потока или поступления

в него происходит процесс химической дифференциации пере-

носимого материала. Это проявляется в

некотором

изменении

соотношения различных миграционных форм химических эле-

ментов. Так, установлено относительное увеличение доли

взве-

175

Таблица

50 Растворенные формы химических элементов в зоне распре-

деления техногенного потока рассеяния,

мкг/л

Форма

нахождения

Органическая

Неорганическая

Общая

растворенная

Доля органической формы

4,90

11,60

16,50

29,7

Си

2,09

10,11

12,20

17,1

/п

10,55

26,15

36,70

28,8

СЛ

0,12

0,61

0,73

16,4

Примечание Приведены

среание

данные

за

30 дневный период наблюдения в межень

шенных

форм для

Н§,

Сс1

Сг

(см. табл. 49), доли растворен-

ных неорганических форм

Сё

(табл. 50). Для взвешенных форм

Н§,

и Си вниз по потоку отмечено увеличение относитель-

ной доли органических соединений Кроме того, для

характер-

но относительное возрастание

сорбционно-карбонатных

форм

(рис. 51).

Изменение соотношения различных форм нахождения хими-

ческих элементов указывает, что их поведение и миграция

в зоне распределения обусловливаются не только процессами

гидравлического осаждения взвеси или взмучивания донных от-

ложений, но и различными физико-химическими процессами,

происходящими в толще воды и донном осадке

(сорбционные

процессы, поглощение

биотой,

выщелачивание из твердого ма-

териала и

др.).

Таким образом, поступление химических элементов в водото-

ки от техногенных источников загрязнения превышает природ-

ное, резко отличается от него динамическими параметрами,

формами нахождения и характером ассоциаций, создаваемых

прежде всего накоплением элементов с малым

кларком

и по-

вышенной токсичностью. Это проявляется в развитии комплекс-

ных аномалий микроэлементов, фиксирующихся в растворен-

ных формах. Для многих элементов ведущее значение имеет

концентрирование во взвешенной форме, что связано как с по-

вышенными их содержаниями во взвеси, так и с увеличением

в антропогенных потоках общего ее количества. Закономерно-

сти миграции и распределения химических элементов в водном

потоке определяются наличием двух зон — зоны смешения сточ-

ных вод и зоны распределения антропогенных веществ природ-

ными факторами миграции. Для первой зоны характерны высо-

кая изменчивость содержаний элементов на коротких интерва-

лах времени, нестабильность соотношения форм миграции.

Динамические характеристики потока хорошо

коррелируют

режимом поступления элементов от источников загрязнения,

уровни содержаний определяются степенью разбавления и ме-

ханическим осаждением взвеси. Вторая зона отличается умень-

шением пространственно-временных флюктуации содержаний

элементов, более стабильным соотношением их миграционных

176

форм и иногда пространственной зональностью. Распределе-

ние химических элементов в водной массе определяется ско-

ростями осаждения взвеси, сорбции из раствора и процессами

вторичного поступления их донных отложений.

Потоки рассеяния в донных отложениях

Многочисленные исследования указывают на то, что ведущую

роль в загрязнении водных систем играют донные отложения

(техногенные

илы),

формирующиеся в результате седимента-

ции взвешенного в воде материала и его взаимодействия с вод-

ной фазой Донные отложения, являясь конечным звеном

ланд-

шафтно-геохимических

сопряжений, интегрируют геохимиче-

ские особенности водосборной площади. Это позволяет по их

химическому составу выделить техногенные потоки и оценить

степень

техногенной

нагрузки на водоток. Их изучение важно

само по себе, так как, являясь по выражению В. И. Вернад-

ского «подводной почвой», донные отложения определяют мно-

гие особенности экологии водных систем Имеющийся литератур-

ный материал свидетельствует в ряде случаев о сублетальной

токсичности загрязненных металлами донных отложений для

водных организмов. Результаты натурных и эксперименталь-

ных наблюдений указывают на возможность перехода загрязняю-

щих веществ из донных отложений в водную фазу. При

этом,

в случае интенсивного загрязнения, время

их

отрицательного

воздействия может быть очень велико даже при прекращении

сброса сточных вод Вывод химического элемента из водной фазы

свидетельствует лишь о временном «самоочищении» водной мас-

сы, но не водного объекта (как экологической системы).

При изучении потоков рассеяния в донных отложениях прин-

ципиальное значение

имеет

выяснение их морфологических осо-

бенностей и форм нахождения химических элементов.

Задача изучения пространственного строения потоков рас-

сеяния состоит прежде всего в том, чтобы: 1) установить харак-

тер их территориальной связи с источниками загрязнения вод,

2) определить размеры воздействия различных источников,

3) оценить пространственное соотношение распределения кон-

центраций различных химических элементов, обусловленное

различием в интенсивности их миграции; 4) исследовать харак-

тер связи распределения химических элементов с геоморфоло-

гическими особенностями водотоков; 5) выявить типы геохими-

ческих барьеров, обусловливающих высокие уровни накопле-

ния загрязнений в водотоках и водоемах, и, следовательно,

наиболее вероятные

участки

опасного влияния на живые ор-

ганизмы.

Рассмотрим морфологические особенности потоков рассеяния

в пределах типичного равнинного

урболандшафта,

представлен-

177

Рис. 52. Распределение серебра и никеля в донных отложениях реки в зоне

влияния города.

Тонкая линия

фактическое

распределение,

жирная линия -

осредненное

рас-

пределение,

стрелкой показано место сброса основного

объема

промышленных

и бытовых сточных вод города, римскими цифрами обозначены выделяемые

\частки

(см.

табл

53)

ного

средним городом с многопрофильным характером производ-

ства и связанной с ним свалкой отходов (рис. 52, табл. 51).

Характер распределения химических элементов в донных отло-

жениях всецело определяется либо типом воздействия, либо

особенностями геоморфологического строения русла малой реки.

Это позволяет выделить в водотоке ряд участков с характерным

лишь для них распределением элементов.

В пределах участка I (жилой зоне города) формирование

потоков рассеяния связано с влиянием поверхностного стока и

сточных вод отдельных предприятий (металлообработки и сред-

него

машиностроения),

поступающих в реку по ручью. В пре-

делах участка II, расположенного в промышленной зоне города

(тяжелое машиностроение, металлообработка, аккумуляторное,

кабельное,

химикометаллургическое

и другие виды производств)

осуществляется сброс основных объектов промышленных и быто-

вых вод города, также поступающих в реку по ручью. Участок

III представляет собой геохимический барьер, обусловленный

178

Таблица

51 Химические элементы в донных отложениях малой реки в зоне

влияния города

Примечание

К,

коэффициент концентрации

относшельно

фоново!0

содержания,

—

коэффициент

вариации,

выделенные участки

соответствуют

анажл

ичным

на рис 83

геоморфологическим строением русла

резкое

выполаживание

его продольного профиля, наличие островов и затонов, с интен-

сивным развитием в последних водной

растительности,

заметное

сужение русла реки, что создает определенный подпор речных

вод, т.

е.

наличием условий, способствующих аккумуляции пере-

носимых взвешенных и донных насосов. В пределах зоны влия-

ния крупной свалки бытовых и промышленных отходов (учас-

ток IV) химические элементы поступают с поверхностным

стоком по системе ручьев, а также при разгрузке загрязненных

грунтовых вод. Распределение химических элементов в перифе-

рийной части потока (участок V) связано с

разубоживанием

техногенного материала природным и с естественным затуха-

нием аномалий.

Потоки рассеяния в пределах жилого района города харак-

теризуются сравнительно невысокими содержаниями элементов и

довольно отчетливо выраженной вариацией их распределения

(см. табл. 51, рис.

52).

В отдельных точках фиксируются конт-

растные локальные аномалии

Н§

(Кс

до 2200),

А^

(до 150),

5п (до

20),

в меньшей степени

7.п

РЬ.

Протяженность анома-

лий невелика (до

4—5

км). Для пространственного распределе-

ния наиболее контрастно накапливающихся элементов отмечена

достаточно высокая степень корреляции. Это указывает на един-

ство источника их поступления — с поверхностными и сточными

водами по ручью.

Промышленный район города отличается резким увеличением

содержаний многих элементов (см. рис. 52). Здесь фиксируются

контрастные аномалии

Си

Лп,

являющихся

типоморфными

179

элементами для данной зоны (см. табл. 51). Наиболее значи-

тельные по интенсивности аномалии образуют

А§

(К

до

400—

500),

Не

Си

(Кс до 100—150),

РЬ,

N1,

5п,

Си,

Лп

(Кс до

20—40).

Если в пределах жилой зоны содержания даже в

соседних точках опробования варьировали от высокоаномальных

до фоновых, то здесь аномалии элементов очень стабильны и

вариации проявляются в высоких областях аномальности. Напри-

мер, коэффициенты концентрации

Си

меняются в соседних точ-

ках от

15—20

до

30—50,

редко до 100;

А&

от 70 до

300—500,

5п от 5 до

15—20;

Н§

от 10 до

40—50,

редко до

70—100;

РЬ от

8—10

до

15—20,

что находит отражение в уменьшении их коэф-

фициентов вариации. Поскольку основным источником поступ-

ления загрязняющих веществ являются сточные воды, то для

большинства химических элементов отмечается очень высокая

степень пространственной корреляции (коэффициенты парной

корреляции превышают значение доверительного уровня при

0.1%

уровня значимости).

Отличительной особенностью следующего участка реки

(см. табл. 51, рис. 52, участок III) является максимальное на-

копление практически всех элементов, прежде всего

Сс1,

А§,

Н§,

а также нарушение корреляционных связей между ними, фикси-

руемых на других участках. Это связано с тем, что данный

участок является геохимическим барьером, на котором создают-

ся благоприятные условия для осаждения (но с разной интен-

сивностью) химических элементов, прежде всего их взвешенных

форм, а также влекомых наносов.

В пределах участка IV на поток рассеяния города как бы

накладывается воздействие свалки отходов. Это находит отра-

жение в очень высоких, но резко варьирующих концентрациях

многих элементов и особенно

СА,

5п,

А^,

№,

Сг

(см. табл. 51).

Контрастные аномалии 5п, возможно, обусловлены захоронением

в прошлые годы отходов с завода по его переработке (около

40 лет

назад).

Непосредственно ниже свалки графики распределения эле-

ментов остаются относительно варьирующими, а для всех эле-

ментов четко проявлена тенденция к снижению уровней содер-

жания. Общая протяженность изученного потока рассеяния

широкой группы химических элементов, связанного с воздейст-

вием города и свалки отходов, составляет более 40 км. По

степени контрастности накопления, особенностям изменения

концентраций элементов и их соотношения в пространстве в строе-

нии изученного потока выделяется ряд характерных участков,

закономерно связанных со структурой

урболандшафта

и геомор-

фологическим строением русла. В то же время, несмотря на

наличие этих участков, химические элементы прослеженной ас-

социации в целом мигрируют с неплохой степенью согласован-

ности, которая локально нарушается на геохимических барьерах

180