Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ОТ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ В МАЛЫХ ОЗЕРАХ БАССЕЙНА РЕКИ НАДЫМ

Агбалян Е.В. 1 Шинкарук Е.В. 1
1 ГКУ ЯНАО «Научный центр изучения Арктики»
Дана оценка уровню загрязнения поверхностных вод малых озер бассейна реки Надым тяжелыми металлами и связь их концентраций с реакцией водной среды. Концентрации металлов-загрязнителей в поверхностных водах малых озер не превышают естественного фонового уровня. Повышенное содержание железа, марганца, меди и цинка в поверхностных водах обследованных озер обусловлено природными факторами. В кислой среде повышается подвижность ионов свинца, хрома и алюминия, что приводит к усилению потенциальных негативных эффектов тяжелых металлов для гидробионтов.
тяжелые металлы
малые озера
рН среды
подвижность ионов
Надым
1. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. – М.: Недра, 1990. – 480 с.
2. Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века. – М.: Академия, 2003. – 400 с.
3. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. – М, 2003. – 400 с.
4. Ермилов О.М. Воздействие объектов газовой промышленности на северные экосистемы и экологическая стабильность геотехнических комплексов в криолитозоне/ О.М. Ермилов, Г.И. Грива, В.И. Москвин. – Новосибирск: Изд-во РАН, 2002. – 148 с.
5. Московченко Д.В. Гидрохимические особенности рек Мессояха и Монгаюрибей (Ямало-Ненецкий автономный округ)// Вестн. экологии, лесоведения и ландшафтоведения. – 2003. – Вып. 4. – С. 137-144.
6. Пыстина Н.Б., Баранов А.В., Ильякова Е.Е., Унанян К.Л. Исследования гидрохимических характеристик водных объектов в районе Бованенковского НГКМ// Вести газовой науки. – 2013. – № 2 (13). – С. 107-112.
7. Свириденко С.П. Качество воды в реке Полуй Ямало-Ненецкого автономного округа // Сборник докладов международной научно-практической конференции ТюмГАСУ. – Тюмень, 2013. – С. 231-233.
8. Сорокина Н.В. Антропогенные изменения северо-таёжных экосистем Западной Сибири (на примере Надымского района): автореф. дис… канд. биол. наук. – Тюмень, 2003. – 25с.
9. Хорошавин В.Ю., Ефименко М.Г. Исследование естественных процессов формирования химического состава поверхностных вод с целью оценки критических антропогенных нагрузок и устойчивости водных экосистем таёжной зоны Западной Сибири// Вестник Тюменского государственного университета. – 2014. – №12. – С. 33-34.

К приоритетным загрязнителям окружающей среды относятся тяжелые металлы (ТМ). Тяжелые металлы поступают в водную среду в результате природных и антропогенно-обусловленных процессов. Многие тяжелые металлы являются жизненно необходимыми для живых организмов, их повышенное содержание приводит к нарушению функции органов и систем, тератогенным и мутагенным эффектам [2,3].

Основным источником загрязнения водных объектов бассейна реки Надым тяжелыми металлами являются предприятия нефтегазового комплекса, деятельность которых связана с освоением крупнейших газовых и нефтяных месторождений Медвежье, Ямбургское, Уренгойское, Северо-Уренгойское, Песцовское, Северо-Комсомольское, Сугмутское, Юрхаровское. Тяжелые металлы могут поступать в озера со стоками нефтегазопромышленного комплекса, в результате выпадения тяжелых металлов на территории водосборов из загрязненной атмосферы продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факелах и газофакельных установках, в результате глобального переноса воздушных масс из западных, северо-западных промышленно развитых территорий севера Европы и Европейской территории России.

Малые озера представляют собой уникальные модели для изучения состояния окружающей среды в локальном, региональном и глобальном масштабах, изучения миграции и трансформации химических элементов. Известно, что миграционная активность многих металлов повышается в кислой среде. Представляет интерес выявление связей между уровнем кислотности водной среды и концентрациями тяжелых металлов для выявления особенностей формирования качества вод.

Цель исследования заключалась в оценке уровня загрязнения поверхностных вод малых озер бассейна реки Надым тяжелыми металлами и связь их концентраций с реакцией водной среды.

Материалы и методы исследования

Проведено гидрохимическое обследование четырех озер, расположенных в подзоне северной тайги бассейна реки Надым с островным распространением многолетнемерзлых пород, торфяников, бугров и гряд пучения. Почвообразующие породы представлены озерно-аллювиальными отложениями с прослойками и линзами суспензий. Характерным типом растительности является березово-лиственничные и березово-сосновые кутарничко-лишайниковые редколесья [8].

По морфометрическим показателям обследованные озера относятся к малым озерам. Время отбора проб: сентябрь. Отбор проб проводился с учетом требований «ГОСТ Р 51592-2000 Вода. Общие требования к отбору проб». Отбор проб осуществлялся с глубины 0,3-0,5 м в количестве 1 л в полиэтиленовые бутыли. Химико-аналитические работы проводились в стационарной лаборатории качества вод, устойчивости водных экосистем и экотоксикологии и в сертифицированной Федеральной службой по аккредитации лаборатории экологических исследований Тюменского государственного университета.

В отобранных пробах определялись: pH – потенциометрическим методом, кремний – спектрофотометрическим методом, концентрации алюминия, свинца, железа, меди, никеля, кобальта, цинка, марганеца, хрома, кадмия, ртути определялись атомно-абсорбционным методом (ContrAA, Analytik Jena, Германия).

Результаты исследования и их обсуждение

Показатель pH обследованных озер варьировал от 4,9 до 6,82. Поверхностные воды двух малых озер имели низкие значения водородного показателя: 4,9 и 5,7 соответственно. Региональные фоновые значения водородного показателя составляют от 6,3 до 7,7 [4], ПДКрх находится в диапазоне от 6,0 до 9,0.

К веществам высокой степени опасности относятся Hg, Pb, Cd. В обследованных озерных экосистемах содержание свинца и кадмия не превышало ПДК для водных объектов рыбохозяйственного назначения (табл. 1). Концентрации свинца в озерах б/н № 1 и № 2 выше кларковых значений в 1,4 и в 1,9 раза и составляли 0,0014 и 0,0019 мг/л соответственно. Концентрации ртути в озерных водах не превышали кларка для природных вод и были не более 0,05 мг/л.

В группу менее опасных тяжелых металлов входят Сu, Co, Ni, Cr, Zn. В водных объектах бассейна реки Надым содержание никеля, кобальта и хрома не превышало ПДК. Во всех пробах озерных вод концентрации меди и цинка были выше ПДК в 1,3 – 4 раза. Максимальные концентрации меди и цинка выявлены в озере б/н №1, не подверженном воздействию антропогенного фактора. Повышенное содержание данных тяжелых металлов в поверхностных водах обследованных озер обусловлено природными условиями и является типичным для водных объектов севера Западной Сибири [5, 6, 7, 9].

Наибольшую опасность представляют подвижные формы тяжелых металлов. Миграционная активность ионов металлов значительно повышается в кислой среде. В нашем исследовании показана высокая зависимость концентраций многих тяжелых металлов от водородного показателя (табл. 2). Положительная связь выявлена для марганца (r = 0,903), кремния (r = 0,729) и железа (r = 0,613). Концентрация металлов в воде увеличивается при повышении водородного показателя. Максимальные концентрации марганца, кремния и железа выявлены в озерах б/н № 3 и «Янтарное» с нейтральными величинами pH.

В кислой среде повышается подвижность ионов свинца (r = – 0,994), хрома (r = – 0,828) и алюминия (r = – 0,921). Суммарная концентрация тяжелых металлов 2 и 3 класса опасности (свинца и хрома) максимальная в озерах б/н № 1 и 2 со слабокислой водной средой. Величина pH оказывает непосредственное влияние на токсичность загрязняющих веществ, усиливая негативные эффекты тяжелых металлов для гидробионтов.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в поверхностных водах малых озер бассейна реки Надым ЯНАО

№ п/п

Показатель

ПДКрх

Кларк речной воды**

Озеро б/н №1

Озеро б/н №2

Озеро б/н №3

Озеро «Янтарное»

1

Si, мг/л

0,1

6,0

0,084

0,074

0,823

2,51

2

Al, мг/л

0,04

0,16

0,0112

0,0269

0,0075

0,0078

3

Fe, мг/л

0,1

0,04

0,223

0,203

0,514

2,50

4

Cu, мг/л

0,001

0,007

0,0053

0,0037

0,0046

0,0025

5

Ni, мг/л

0,01

0,0025

0,0041

0,0031

0,0025

0,0034

6

Co, мг/л

0,01

0,003

<0,001

<0,001

<0,001

<0,001

7

Zn, мг/л

0,01

0,02

0,0286

0,0126

0,00649

0,00568

8

Mn, мг/л

0,01

0,01

0,00575

0,00684

0,019

0,0172

9

Pb, мг/л

0,006

0,001

0,0014

0,0019

0,00079

0,00094

10

Cr, мг/л

0,02

0,001

0,00253

0,00222

0,00142

0,00136

11

Cd, мг/л

0,005

0,0002

<0,0001

<0,0001

<0,0001

<0,0001

12

Hg, мкг/л

0,01

0,07

<0,05

<0,05

<0,05

<0,05

Примечание. * – кларк речной воды (по [1]).

Таблица 2

Корреляционные связи между концентрациями тяжелых металлов в водах малых озер бассейна реки Надым и водородным показателем

№ п/п

Показатель

М±Ϭ

R

(корреляция)

1

Si, мг/л

0,873±0,888

0,729

2

Al, мг/л

0,013±0,0071

-0,921

3

Fe, мг/л

0,860±0,854

0,613

4

Cu, мг/л

0,004±0,00093

-0,207

5

Ni, мг/л

0,003275±0,0005

-0,318

7

Zn, мг/л

001334±0,0082

-0,51

8

Mn, мг/л

0,01219±0,0053

0,903

9

Pb, мг/л

0,00126±0,00039

-0,994

10

Cr, мг/л

0,00188±0,00045

-0,828

С другой стороны озерные воды северной тайги богаты органическими веществами, гуминовыми кислотами способными к комплексообразованию с тяжелыми металлами. Комплексы природных высокомолекулярных соединений с тяжелыми металлами достаточно прочные и тем самым способны снижать токсические эффекты гидратированных ионов металлов или простых соединений тяжелых металлов с неорганическими анионами.

Железо и марганец относятся к петрогенным элементам и определяют фазовый химический состав системы. Процессы химического выветривания горных пород сидерита, глауконита, пирита приводят к обогащению поверхностных вод железом. Железо в воде находится в ионной форме и в виде комплексов с водой, неорганическими и органическими соединениями. Fe (II) подвергается химическому окислению и окислению с участием железобактерий до Fe (III), и в виде гидроксидов выпадает в осадок. В зоне северной тайги поверхностные воды содержат железо в значительных концентрациях в виде гуматов [9].

Марганец принадлежит к распространенным элементам в окружающей среде. Основными минералами марганца являются пиролюзит, манганит, браунит. Преобладающая форма миграции марганца в озерных водах катионная (Mn2+). Микробиота и Fe (III) выступают в роли катализатора процесса окисления марганца. Марганец в озерных водах окисляется до оксида марганца кислородом, растворенным в воде и в виде озерных железо-марганцевых конкреций и железо-марганцевых корок марганец накапливается на дне озер.

Заключение. Концентрации металлов-загрязнителей в поверхностных водах малых озер бассейна реки Надым не превышают естественного фонового уровня. Однако концентрации свинца в озерах незначительно выше кларковых значений, концентрации железа, марганца, меди и цинка превышают ПДК. Повышенное содержание данных тяжелых металлов в поверхностных водах обследованных озер обусловлено почвенными, органоминеральными и геологическими природными факторами и является типичным для водных объектов севера Западной Сибири. В кислой среде повышается подвижность ионов свинца, хрома и алюминия и усиливаются потенциальные негативные эффекты тяжелых металлов для гидробионтов.


Библиографическая ссылка

Агбалян Е.В., Шинкарук Е.В. ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ОТ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ В МАЛЫХ ОЗЕРАХ БАССЕЙНА РЕКИ НАДЫМ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 6-3. – С. 457-459;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=6924 (дата обращения: 28.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074