География и
геология/6.Природопользование и экологический мониторинг
к.г.н. Дерягин
В.В., *д.г.-м.н. Удачин В.Н., *к.г.-м.н. Филиппова К.А.,
асп. Сотников В.В.
ФГБОУ ВПО
«Челябинский государственный педагогический университет»
*ФГБУН
«Институт минералогии УрО РАН», г.Миасс
Химический состав
поровых вод донных отложений оз. Серебры (Южный Урал)
Город Карабаш является центром
медеплавильной промышленности Южного Урала. За последние 100 лет выбросы
медеплавильного производства создали здесь зону экологического бедствия
радиусом более 15 км (Даванков, 1998). В эту зону входит одно из замечательных
карабашских озёр – Серебры. Вода этого проточного озера используется для
водоснабжения 27% жителей города. В то же время донные отложения накапливают
тяжёлые металлы (ТМ), поступающие в бассейн водоёма с аэральными выбросами ЗАО
«Карабаш-медь». Исследования донных осадков этого озера на содержание ТМ
показало, что в их верхнем слое концентрации, например, меди, цинка и свинца
превышают уровень забалансовых руд. В связи с этим возникло предположение об
экологической опасности донных отложений этого озера и необходимости
определения степени водной миграции ТМ в жидкую фазу осадков – поровые воды. Целью
данной работы было выявление реакции среды и концентрации некоторых ТМ в
поровых водах отложений озера, подвергающегося техногенному воздействию
медеплавильного производства. Для получения данных в апреле 2014 года на
оз.Серебры со льда было произведено бурение донных отложений в точке с
координатами N550 30.682; E0600
12.012 (WGS-84) на глубине 8,35 м. Для получения колонки с
ненарушенной стратификацией донных отложений применялись стратометр С-1 и
поршневая трубка Ливингстона. Были отобраны каждые 2 см осадка, из которых в
дальнейшем были отжаты поровые воды на стандартном прессе и проанализированы на
масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой. Реакция среды измерена
стандартным «рН-121». Полученные результаты приведены в таблице.
Содержание
микроэлементов и реакция среды в поровых водах
донных отложений
озера Серебры (Южный Урал)
|
№ пробы |
pH |
Тяжёлые металлы (мкг/л) |
|||||||
|
Mn |
Fe |
Ni |
Cu |
Zn |
Pb |
Cd |
U |
||
|
Ser 1-2 |
2,95 |
63223,00 |
8845,00 |
1883,00 |
67653,00 |
260660,00 |
3802,00 |
2159,00 |
2,56 |
|
Ser 3-4 |
3,15 |
66911,00 |
1531,00 |
2515,00 |
166380,00 |
195048,00 |
3800,00 |
2690,00 |
2,91 |
|
Ser 5-6 |
2,90 |
42573,00 |
17976,00 |
1387,00 |
70331,00 |
87568,00 |
3153,00 |
1665,00 |
8,89 |
|
Ser 7-8 |
3,10 |
28573,00 |
2612,00 |
685,00 |
18377,00 |
27010,00 |
1271,00 |
330,00 |
5,78 |
|
Ser 9-10 |
2,75 |
27146,00 |
12575,00 |
763,00 |
26443,00 |
28667,00 |
1751,00 |
325,00 |
10,23 |
|
Ser 11-12 |
2,95 |
26581,00 |
11057,00 |
727,00 |
21907,00 |
25784,00 |
1408,00 |
271,00 |
8,87 |
|
Ser 13-14 |
2,66 |
27157,00 |
13838,00 |
819,00 |
17113,00 |
22935,00 |
1531,00 |
297,00 |
10,69 |
|
Ser 15-16 |
2,65 |
27418,00 |
13406,00 |
673,00 |
9191,00 |
23613,00 |
901,00 |
260,00 |
7,81 |
|
Ser 17-18 |
2,75 |
28489,00 |
33828,00 |
666,00 |
5516,00 |
22440,00 |
464,00 |
127,00 |
10,55 |
|
Ser 19-20 |
3,10 |
19823,00 |
2258,00 |
488,00 |
1205,00 |
8107,00 |
104,00 |
59,25 |
2,96 |
|
Ser 21-22 |
2,52 |
23135,00 |
106251,00 |
670,00 |
5143,00 |
15036,00 |
172,00 |
105,00 |
14,35 |
|
Ser 23-24 |
2,56 |
22485,00 |
25631,00 |
582,00 |
3829,00 |
9789,00 |
177,00 |
73,96 |
9,46 |
|
Ser 25-26 |
2,35 |
22033,00 |
76473,00 |
640,00 |
2311,00 |
8794,00 |
76,35 |
32,79 |
12,72 |
|
Ser 27-28 |
2,85 |
17376,00 |
9985,00 |
491,00 |
1161,00 |
5950,00 |
39,51 |
26,72 |
4,98 |
|
Ser 29-30 |
3,04 |
11855,00 |
1216,00 |
332,00 |
292,00 |
3820,00 |
11,58 |
13,65 |
1,04 |
|
Ser 31-32 |
2,34 |
16874,00 |
52580,00 |
542,00 |
1431,00 |
4356,00 |
28,38 |
14,47 |
10,94 |
|
Ser 33-34 |
2,70 |
20428,00 |
21266,00 |
604,00 |
1512,00 |
4285,00 |
23,79 |
14,95 |
9,61 |
|
Ser 35-36 |
2,45 |
19917,00 |
48624,00 |
613,00 |
1897,00 |
5679,00 |
24,06 |
15,99 |
13,75 |
|
Ser 37-38 |
2,82 |
17301,00 |
4027,00 |
521,00 |
848,00 |
6151,00 |
15,34 |
12,19 |
4,30 |
|
Ser 39-40 |
3,35 |
15566,00 |
1746,00 |
432,00 |
686,00 |
4461,00 |
10,51 |
10,16 |
3,33 |
|
Ser 41-42 |
3,16 |
15579,00 |
3835,00 |
455,00 |
840,00 |
3944,00 |
10,76 |
10,66 |
4,86 |
|
Ser 43-44 |
2,65 |
22309,00 |
29423,00 |
734,00 |
2063,00 |
4108,00 |
23,08 |
14,82 |
13,26 |
|
Ser 45-46 |
2,53 |
22834,00 |
177641,00 |
836,00 |
3497,00 |
7852,00 |
44,63 |
15,74 |
28,61 |
|
Ser 47-48 |
2,56 |
20680,00 |
48508,00 |
707,00 |
2239,00 |
8513,00 |
36,26 |
14,27 |
18,54 |
|
Ser 49-50 |
2,60 |
24799,00 |
168149,00 |
891,00 |
3274,00 |
7127,00 |
49,76 |
19,33 |
26,48 |
Типоморфными металлами для Карабашской
геотехнической системы являются медь, цинк и свинец. Их концентрации резко
возрастают дважды: на уровне пробы «Ser 17-18» (глубина около 36 см) в
3-5 раз и на уровне пробы «Ser 5-6» (глубина около 12 см) в 6-10 раз по сравнению
с «природным» содержанием. Почти те же закономерности присутствуют у кадмия. В
динамике изменений концентрации марганца и никеля техногенный фактор выражен
слабо, но второй уровень возрастания концентраций может быть зафиксирован и у
них. Из приведённых в таблице металлов только железо и уран не отражают
техногенного воздействия на поровые воды, колебания значений их содержания
имеют естественную природу. Отмеченные особенности распределения концентраций ТМ
в поровых водах по разрезу донных отложений оз.Серебры в определённой степени
согласуются с результатами исследований содержания ТМ в твёрдой фазе осадков
этого озера (Аминов и др., 2013) и датировками иловых отложений по 210Pb (Спиро
и др., 2003). Первый уровень возрастания концентраций ТМ – это время начала
работы медеплавильного производства в 1910 г. Второй – время максимальной
производительности медеплавильного комбината около 1960-1970 гг. Аномальными
являются низкие значения рН поровых вод, отмеченные по всей глубине отобранной
колонки. Однако замеры рН, сделанные в момент отбора керна, фиксировали
нейтральную среду отложений в диапазоне 6,8 - 7,3. Это позволяет предположить
наличие фактора, меняющего химизм донных отложений под воздействием кислорода
воздуха, с которым контактируют отобранные пробы. В пользу наличия такого
фактора говорит нейтральный рН отложений «in situ» и
полное отсутствие миграции ТМ вниз по толще донных осадков. При низком рН (как,
например, в толще тростникового торфа Карабашского пруда) наблюдается активная
миграция. Из этого следует, что сапропели оз.Серебры в связи с их особым
химическим составом нельзя извлекать из водоёма и применять в качестве
удобрения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства
Образования и Науки РФ (Гос. задание №2014/396, проект № 2616)
Литература:
1. Аминов П.Г., Удачин В.Н., Исакова Н.А., Кайгородова
С.Ю., Масленникова А.В., Дерягин В.В., Гребенщикова В.И. Распределение тяжёлых
металлов в донных отложениях озёр Южного Урала. // Научное обозрение, №9. 2013.
С.64-70.
2. Даванков А.Ю. Социально-экономическая оценка
природно-техногенных комплексов. –Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 232 с.
3. Спиро Б., Удачин В.Н., Пирогов Д.В., Вильямсон Б.,
Вейс. Д., Сементин А.Г. Идентификация источников свинца в донных отложениях
озер в районе медеплавильного завода. // Геология, полезные ископаемые и
проблемы экологии Башкортостана. – Уфа. 2003. С.195-200