Оценка устойчивости Селенгинского резервуара оз. Байкал к загрязнению химическими элементами и органическим веществом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка устойчивости Селенгинского резервуара оз. Байкал к загрязнению химическими элементами и органическим веществом

Оценка устойчивости резервуаров оз. Байкал к загрязнению химическими элементами и органическим веществом состоит в определении подвижности компонентов, поступающих в резервуары и уходящих из них, оценке степени участия компонентов в химических круговоротах внутри резервуаров и установления места накопления компонентов - в водах или донных отложениях.

Расчет химического баланса Селенгинского резервуара показал, что резервуар испытывает большую внешнюю нагрузку и ничтожную внутреннюю - вещество, поставляемое потоком из донных отложений, составляет всего 1,4 % от общего прихода. Основное количество вещества в резервуар поступает с реками, речной взвесью, притоком озерных вод из Среднего резервуара, минеральными водами (основной источник брома). При этом поток из донных отложений несет основное количество растворенных химически активных компонентов - комплексообразователей - железо, марганец, калий, минеральный фосфор, кадмий, кобальт, уран, ванадий, рубидий, молибден, мышьяк, фосфор органический, титан.

Определен круг компонентов, участвующих в химических круговоротах: K⁺, As, Cd, U, Mo, P_орг, Mn²⁺, Fe_общ , РO₄^3-, Co, V, Rb, Ti.

Аккумуляция вещества в резервуаре рассчитана как разность между внешним приходом (растворенное вещество и взвесь, приходящие с потоками: реки, речная взвесь, атмосферный аэрозоль, дождь + снег, подземные воды, минеральные воды, приток озерных вод из Среднего резервуара) и внешним расходом (растворенное вещество и взвесь, уходящие со стоком озерных вод в Южный резервуар). В Селенгинском резервуаре остается 2655,2 тыс. т/год растворенного вещества и взвеси. Аккумулированное от внешнего прихода вещество составляют компоненты: K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, Si, Fe _общ , NO₃^-, РO₄^3-, Al, Mn²⁺, As, Cr, Cu, Hg, Pb, Co, Br, V, Br, Rb, Mo, Ti, P_орг, C_орu, N_орг, S_орг. Другая группа компонентов - B, Cd, Sr, U - имеет нулевой внешний баланс, следовательно, эти компоненты в резервуаре не накапливаются.

Из аккумулированного вещества только анионы основных компонентов аккумулируются в водах резервуара, остальные - в водах и в донных отложениях. Следовательно, в донные отложения попадает большая часть поступивших в резервуар компонентов. Эти особенности химического баланса Селенгинского резервуара накладывают отпечаток на формирование донных отложений в резервуаре.

Расчет химического баланса резервуара показал, что часть компонентов в резервуаре (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, Zn, B, Cu, Hg, Sr) мигрируют только одним способом - в растворенных формах и являются легко выносимыми из резервуара. Остальные компоненты перемещаются и в растворенной в и в виде твердой фазы, но с различным для каждого элемента соотношением разных твердых фаз и растворенных. Соотношение крупнокластических и тонкодисперсных частиц и растворов в перемещении элемента в природных условиях было предложено Н.М. Страховым называть формой его миграции [2]. Скорость водной миграции компонентов в Селенгинском резервуаре позволяет определить место каждого элемента в миграционном ряду и разделить их на три группы (рис.1, табл.1):

- малоподвижные или связанные компоненты NO₃^-, Al, Si, Cr, Mn²⁺, Fe_{общ ,} РO₄^3-, Co, V, Rb, Ti, перемещаются в виде растворенной и твердой фаз внутри резервуара. Основные пункты прихода - внешняя и внутренняя нагрузки и пункт расхода - поток в донные отложения. Эти компоненты не уходят за пределы резервуара и с точки зрения миграции из резервуара являются практически неподвижными. Эти компоненты делятся на две подгруппы:

1) компоненты NO₃^-, Al, Si, Cr в виде твердой фазы поступают с потоком в донные отложения и захораниваются (миграция в донные отложения резервуара и захоронение);

2) компоненты Mn²⁺, Fe_общ , РO₄^3-, As, Co, V, Rb, Ti в виде взвеси поступают с потоком в донные отложения, часть вещества захоранивается (миграция в донные отложения резервуара и захоронение), остальное количество вещества переходит из взвешенных форм в растворенные, возвращается обратно, опять вступает в реакции комплексообразования, т.е. участвует в химических круговоротах в резервуаре (вертикальная миграция внутри резервуара);

- частично выносимые, частично связанные компоненты K⁺, Cd, Pb, Br, U, Mo, P_орг, C_орu, N_орг, S_орг, перемещаются и в растворенной и в виде твердой фазы, относятся к умеренно подвижным - часть их уходит из резервуара со стоком озерных вод, оставшееся вещество связывается и остается в резервуаре. Эти компоненты делятся на две подгруппы:

1) компоненты Na⁺, Mg²⁺, Br, Pb, C_орu, N_орг, S_орг, часть вещества которых в виде взвеси перемещается на дно и захоранивается (миграция на дно и захоронение), остальное вещество находится в растворенных формах и проточно (горизонтальная миграция);

2) компоненты K⁺, Cd, U, Mo, P_орг, часть которых транзитна (горизонтальная миграция) - перемещается в растворенном виде, а оставшаяся часть участвует в химических круговоротах в резервуаре, т.е. переходит из твердых фаз в растворенные и обратно (вертикальная миграции);

- легкоподвижные - «транзитные» компоненты Ca²⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, Zn, B, Cu, Hg, Sr, приходят с внешней нагрузкой и уходят со стоком озерных вод в Южный резервуар. Эти компоненты перемещаются в резервуаре только одним способом - в растворенных формах и являются легко выносимыми из резервуара. Миграция этих элементов горизонтальная - в резервуар и из резервуара. Все компоненты по скорости водной миграции в резервуаре и из резервуара (от минимальной к максимальной) образуют следующий ряд:

( NO₃^-, Al, Si, Cr) (Mn²⁺, Fe_общ , РO₄^3-, As, Co, V, Rb, Ti) (Na⁺, Mg²⁺, Br, Pb, C_орu, N_орг, S_орг) (K⁺, Cd, U, Mo, P_орг) (Ca²⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, Zn, B, Cu, Hg, Sr).

Таблица 1. Группировка компонентов по скорости водной миграции в резервуаре оз. Байкал

Рис. 1. Пространственная миграция компонентов в водах Селенгинского резервуара: I - слабоподвижные компоненты, миграция на дно и захоронение и вертикальная миграция, накапливаются: 1- в донных отложениях; 2 - в донных отложениях и в водах, участвуют в химических круговоротах; II - умеренно подвижные, частично выносятся со стоком озерных вод из резервуара, частично накапливаются: 3 - в донных отложениях, миграция на дно и захоронение, 4 - в водах и донных отложениях, участвуют в химических круговоротах, вертикальная и горизонтальная миграции; III - легкоподвижные выносятся со стоком озерных вод из резервуара, горизонтальная миграция.

В слабоминерализованных водах резервуара в комплексы не связываются только Ca²⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, Zn, Cu, B, Hg, Sr (являются инертными, в водах резервуара находятся в растворенных формах), тогда как все другие компоненты с разной степенью участия вступают в реакции комплексообразования. Поступившие с потоками в воды резервуара Fe_общ, Mn²⁺, NO₃^-, PO₄^3-, As, Cr, Co, V, Rb, Ti связываются полностью, K⁺, Al, Si, Cd, U, Mo, P_орг - наполовину, Pb, N_орг - связывается пятая часть, Na⁺ - шестая, Mg²⁺, Br - седьмая, C_орг, S_орг - восьмая часть (табл.2). Основные источники активных компонентов - комплексообразователей - поток из донных отложений и реки, где компоненты находятся в растворенном состоянии а так же речная взвесь, где компоненты находятся в твердой фазе. Можно сказать, что эти компоненты задают тон «жизни» для компонентов в водах резервуара, вступая в химические взаимодействия с другими элементами, переходя в твердую фазу, образуя тем самым автохтонную взвесь, увлекая их в донные отложения, где большая их часть захоранивается, а оставшееся в результате химических преобразований в растворенном состоянии возвращаются в водную толщу, чтобы в очередной раз совершить «круг жизни», т.е. происходит марганцевожелезоалюмосиликатный (Mn - Fe - Al - Si) круговорот.

Таблица 2. Группировка компонентов по химической активности - способности к комплексообразованию в водах Селенгинского резервуара оз. Байкал

Селенгинский резервуар проточен для Ca²⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, Zn, Cu, B, Hg, Sr и является биогеохимическим барьером для остальных компонентов.

Можно говорить о геохимической устойчивости экосистемы «Селенгинский резервуар» к загрязнению химическими элементами и органическим веществом, т.е. о способности экосистемы к выносу загрязнителей за ее пределы или к их утилизации внутри экосистемы. Установлено, какие из элементов, попадающих в озеро с техногенным потоком, будут вынесены с течением времени за его пределы, а какие закрепятся в резервуаре: будут «связаны» - утилизированы в донные осадки или накапливаться в водах, вызывая негативную реакцию биоты на изменение химического состава вод.

Проточные компоненты - Ca²⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-, Zn, B, Cu, Hg, Sr в случае техногенных аварий, содержащих эти компоненты, со стоком озерных вод попадут в соседние резервуары. Установлено, что среднее значение постоянной времени обмена вод для Селенгинского резервуара составляет около 25 лет [1]. По-сравнению с другими резервуарами озера смена вод в Селенгинском резервуаре достаточно интенсивная, восстановление исходного качества вод будет достаточно быстрым, с течением времени система способна к восстановлению. Следовательно, экосистема «Селенгинский резервуар» способна восстановить исходное качество вод (обладает упругой устойчивостью) при техногенном попадании легкоподвижных (проточных) компонентов в воды резервуара, эти компоненты можно отнести к четвертому классу экологической опасности (табл. 3, 4).

Таблица 3 Группировка компонентов, поступающих в Селенгинский резервуар оз. Байкал с антропогенной нагрузкой, по классам экологической опасности

К третьему классу экологической опасности относятся слабоподвижные компоненты, захоранивающиеся в донных отложениях - NO₃^-, Al, Si, Cr, и умеренно подвижные компоненты, частично выносимые и частично уходящие с потоком в донные отложения и захоранивающиеся в них - Na⁺, Mg²⁺, Br, Pb, C_орг, N_орг, S_орг. Экосистема “Селенгиский резервуар” способна сопротивляться изменению химического состава вод, возникающему вследствие попадания этих компонентов с техногенным стоком, путем утилизации (захоронения) этих компонентов в донные осадки. Можно сказать, что экосистема обладает резистентной устойчивостью к этим компонентам. Компоненты, часть которых, после частичного выноса или захоронения, участвует в химических круговоротах - Fe_общ , PO₄^3-, Mn²⁺, As, Co, V, Rb, Ti - мы отнесем ко второму классу экологической опасности (табл. 3, 4). В отношении этих элементов экосистема неустойчива (не способна восстановить исходный химический состав вод), т.к. способна бороться только с частью этих элементов - вынести за пределы системы или утилизировать в донные осадки, остальная часть будет постоянно возвращаться с потоком из донных отложений, вызывая вторичное заражение, нарушать существующие химическое и биологическое равновесия и тем самым вызывать катастрофические изменения качества вод в резервуаре.

Таблица 4 Классы экологической опасности компонентов и прогноз их поведения в Селенгинском резервуаре в случае воздействия антропогенной нагрузки на оз. Байкал

Примечание. С - слабоподвижные накапливаются; У - умеренноподвижные, частично выносятся, частично накапливаются; Л - легкоподвижные выносятся; В - накапливаются в водах; Д - накапливаются в донных отложениях; ВД - накапливаются в донных отложениях и водах. II, III, IV - классы экологической опасности

Литература

байкал резервуар селенгинский загрязнение

1. Астраханцева О.Ю., Глазунов О.М. Водный баланс мегасистемы “Озеро Байкал”. Вестник ИрГТУ, 2008, № 3 (35), C. 148 - 154.

2. Страхов Н.М. Избранные труды. Общие проблемы геологии, литологии и геохимии. - М.: Наука, 1983. - 636 с.

Размещено на Allbest.ru