Экология/ 1.Состояние биосферы и ее влияние на
здоровье человека
Д.г.-м.н. Злобина
В.Л., к.г.-м.н. Медовар Ю.А.
Институт
водных проблем РАН
Техногенез и качество питьевых вод
В Российской Федерации подземные воды
широко используются для водоснабжения городских агломераций. Многолетнее
воздействие техногенных факторов привело к возрастающему ухудшению питьевых
свойств подземных вод в зоне активного водообмена [1,2,3].
Неудовлетворительное качество питьевых
вод приводит к различным заболеваниям человека, сопровождается нарушением
водно-солевого и белкового баланса в его организме и многим другим
отрицательным последствиям. Многочисленные исследования причинно-следственных
связей при ухудшении свойств питьевых вод установили возникновение различных
мутагенных и канцерогенных воздействий на здоровье человека [1]. В большинстве
случаев токсичность питьевых вод обусловлена их химическим и биологическим
загрязнением. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) многие
заболевания связаны использованием некачественной питьевой воды (на 70-90%).
Химический состав питьевых вод и содержащихся в них различных примесей
определяет степень ее пригодности и воздействие на здоровье населения.
Известно, что многие эндемические
заболевания связаны с потреблением подземных вод, обогащенных отдельными
химическими элементами (F,Se,As, Li,B, Sr, Fe, Mn, и др.). Региональное их распространение в различных
геохимических провинциях обусловлено разнообразием природных факторов и
условий[4,5].
Нарастающее загрязнение атмосферы,
почвенного покрова и поверхностных вод привело к формированию некондиционных
вод проникающих в подземную гидросферу. В зоне активного водообмена наряду с
природными аномалиями широко распространение получили многочисленные
техногенные аномалии с нарушением горизонтальной и вертикальной гидрогеохимической
зональностью.
При оценке качества питьевых вод
разработаны различные стандарты на национальном и международном уровнях
(Директивы Европейского сообщества-80/778/EC). Агентство по охране окружающей среды в США
использует систему нормирования питьевых вод по ПДК и ПДУ. В РФ широко
используются санитарные нормы (СанПиН) и государственные стандарты с учетом ПДК
для поверхностных и подземных вод [1]. Существующие классификации лишь
констатируют степень неудовлетворительного качества потребляемой воды, не
объясняя причин пространственно-временных масштабов ухудшения их свойств.
Обобщение результатов отечественных и
зарубежных исследований показало, что ухудшение качества питьевых свойств подземных
вод обусловлено их интенсивным использованием водозаборными скважинами [1,3].
При водоотборе подземных вод в эксплуатируемых водоносных системах резко
снижаются пьезометрические уровни, усиливая нисходящий подток некондиционных
вод, обогащая водоносные системы широким спектром различных токсикантов
(тяжелые металлы, органические соединения и др.). С образованием
гидрогеохимических аномалий возрастают температура воды и трансформируются
щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия.
Методология исследований.
Многолетние исследования подземных вод
в Институте водных проблем (ИВП РАН) установили, что поступление некондиционных
вод в подземную гидросферу приводит к целому ряду нежелательных процессов.
Наряду с внешними факторами перестройка качества подземных вод также
обусловлена целым рядом внутренних факторов. Их воздействие проявляется в усилении
взаимодействия подземных вод с водовмещающей средой.
На примере Московского артезианского
бассейна (МАБ) были исследованы пространственно-временные особенности
увеличения концентраций стабильного стронция (Sr2+) в
подземных водах. Известно, что потребление питьевых вод с повышенными
концентрациями этого элемента приводят деформациям костной системы человека
[1,5].
Проведенные исследования основывались
на применении системы комплексного мониторинга (наблюдение, обработка и оценка
результатов и прогноз). Основные задачи исследований состояли в:
-
отборе проб воды из водозаборов
различного типа;
-
оценке степени
трансформации анализируемых вод;
-
установлении степени нарушения
геохимических равновесий;
-
выявлении пространственно – временных особенностей
в распределении концентраций Sr2+ .
В Московском артезианском бассейне
подземные воды используются более трехсот лет. Количество водозаборных скважин
достигает десятков тысяч и возрастает с каждым годом. Многолетняя эксплуатация водоносных
систем для получения необходимых объемов подземных вод привела к образованию
депрессионных воронок значительной площади и существенному снижению
пьезометрических уровней (на десятки метров).
Одной из важных особенностей
рассматриваемого региона является сложное взаимодействие природных и
техногенных факторов. Это привело к образованию весьма сложных
эколого-гидрогеологических условий. Поэтому отбор проб воды из артезианских
скважин выполнялся с учетом гидродинамических условий всей зоны активного
водообмена.
В пробах воды определялись концентрации
широкого спектра химических элементов с помощью атомно-эмиссионного
спектрометра (ICAP-61 Thermo Jarrell
Ash, США). По стандартным аналитическим методикам в
составе проб воды определялись концентрации основных солеобразующих ионов (Ca2+, Mg2+, SO4 2-
,Cl-, HCO3- и др.).
Степень трансформации химического
состава подземных вод устанавливалась по степени изменения щелочно-кислотных
(рН) и окислительно-восстановительных значений (eh), а также по гидрогеохимическим типам (НСО3-Са,
SO4 -
Са- Na, Cl-Ca-Na и др.).
Выполненные определения концентраций Sr2+
установили весьма широкий диапазон и значительные вариации его содержания по
площади и глубине. Даже в пробах воды, отобранных на одном водозаборе и с одной
глубины концентрации стронция изменялись в 2-9 раз. По глубине отмечалось
значительное увеличение концентраций (от 0.3 до 38.9мг/ л).
Применение ГИС-технологий для
Московского региона с учетом многофакторности формирования подземных вод
установило тесную взаимосвязь защищенности подземной гидросферы от
геолого-структурных условий и степени загрязнения мощности и строения зоны
аэрации [2]. На рассматриваемой территории пространственное распределение концентраций
Sr2+ в
подземных водах хорошо увязывается с мощностью покровных отложений, расположением
переуглубленных долин и зон повышенной трещиноватости.
Обобщение полученной гидрогеохимической
информации выполнялось с применением термодинамического моделирования,
учитывающего многокомпонентность системы и минералогический состав
водовмещающей среды. Выполненные расчеты позволили установить формы нахождения Sr2+ [SrSO4aq, SrCO3aq, Sr(NO3)aq, SrNO3+ , SrOH-, SrCI-, SrF2 и др.] и степень неравновесности системы подземные
воды - водовмещающая среда. При медико-биологических оценках риска, нормировании
питьевых вод содержащих нежелательный компонент, включая оценку ежедневных доз,
используется концентрация определенного элемента, тогда как токсичность
стабильного стронция зависит от многих его соединений [1].
По данным моделирования были
установлены значительные дефициты на насыщения по многим минералам [известняки,
доломиты, гипс, стронцианит (SrCO3), целестин (SrSO4) и др.] При этом отрицательные значения дефицитов
насыщения по целестину являлись самыми низкими, чем по другим породообразующим
минералам. Полученные результаты установили нарушение физико-химических
равновесий в эксплуатируемых водоносных системах.
Прогнозные расчеты, выполненные с
учетом дальнейшей трансформации химического состава подземных вод установили
тенденции в увеличении концентраций Sr2+ и его соединений в подземных водах .
Выполненные исследования установили
многофакторность увеличения концентраций Sr2+ в
подземных водах. Одним из факторов является природное обогащение осадочных
пород (известняки и доломиты) различными минералами (целестин, стронцианит и
др.). Нарушение физико-химических равновесий способствует увеличению концентраций
этого элемента в подземной гидросфере за счет взаимодействия эксплуатируемых
водоносных горизонтов с поверхностными и грунтовыми водами. Поэтому наиболее
высокие концентрации Sr2+ и его соединений возможны в водозаборных сооружениях
инфильтрационного типа.
Другими участками повышенных
концентраций Sr2+ являются сильно трещиноватые и закарстованные зоны, в
пределах которых наблюдаются высокие скорости фильтрации и водообмена.
В дальнейших исследованиях важно
изучить роль осушенных участков карбонатной водовмещающей толщи в поступлении Sr2+ и его
соединений в подземные воды.
Литература
1.
Злобина В.Л., Медовар
Ю.А. Количественная оценка рисков подземных вод. Материалы международной
научно-практической конференции «ГЕОРИСК». 2009. т.2 с. 131-134.
2.
Злобина В.Л., Медовар
Ю.А. Применение ГИС при оценке качества подземных вод. «Моделирование при
решении геоэкологических задач». Сергеевские чтения. 2009. вып.11. М. ГЕОС. с.30
–32
3.
Злобина В.Л. Pollution and transformation of system: precipitation – ground
water. Труды Международной научно-практической конференции
«Окружающая среда и человек». Пущино. 2011. с. 233-234, р.67-69.
4. Злобина В.Л. Региональный гидрогеологический
мониторинг качества подземных вод Московского региона. Труды Международной
научно-практической конференции «Питьевые подземные воды. Изучение,
использование и информационные технологии». ВСЕГИНГЕО, Пос. Зеленый. 2011. т. 3. с. 200-208
5.
KlimasA., Malisanskas A. Boron,
fluoride, strontium and lithium anomalies in fresh groundwater of
Lithuania // Geologija.2008.N.50.p. 114-124.