ХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ
СИСТЕМ ЮЖНОЙ СИБИРИ И ОЗЕРА БАЙКАЛ

Координатор: член-корр. РАН Кузьмин М. И.

Исполнители: ИГХ, ОИГГМ, ИДСТУ, ИЗК, ИНХ СО РАН

Расчеты баланса ртути в экосистеме Братского водохранилища (до и после закрытия цеха ртутного электролиза на комбинате “Усольехимпром”) показали, что, в отличие от природных, геохимические циклы природно-техногенных систем обладают гораздо меньшей устойчивостью и весьма чувствительны к изменению индустриальной обстановки (рис. 1). Ориентировочная оценка годового поступления метилированной формы ртути в пищевые цепи населения из официально вылавливаемой в Братском водохранилище рыбы (объем вылова, вероятнее всего, занижен) дает цифру порядка 3 млн предельно допустимых недельных доз (согласно рекомендациям ВОЗ).

Рис. 1. Баланс ртути в Братском водохранилище. а - за период 1973-1998 гг., б - за 2001 г. после закрытия цеха ртутного электролиза на комбинате "Усольехимпром". I - приход: 1 - поверхностный сток Иркутского водохранилища, 2 - боковой поверхностный сток, 3 - промышленные и бытовые сбросы (без комбинатов), 4 - сбросы "Усольехимпром", 5 - сбросы "Саянскхимпром", 6 - влажные атмосферные осадки, 7 - сухие атмосферные осадки. II - расход: 1 - поверхностный сток, 2 - эмиссия с поверхности, 3 - выведение в осадок.

Fig. 1. Mercury balance in the Bratsk man-made sea. а - for the period of 1973-1998 years, б - for the 2001 year after the workshop of mercury electrolysis was stopped at "Usoliekhimprom" plant. I - inflow: 1 - surface run-off of Irkutsk man-made sea, 2 - lateral surface run-off, 3 - industrial and urban sewage (without plants), 4 - discharge of "Usoliekhimprom" plant, 5 - discharge of "Sayanskkhimprom" plant, 6 - wet atmospheric precipitations, 7 - dry atmospheric deposits. II - discharge: 1 - surface run-off, 2 - emission from surface, 3 - deposited sediments.

На основании результатов мониторинговых работ в истоке р. Ангара дана оценка фонового содержания главных компонентов в байкальском стоке за пятилетний период 1997—2001 гг., мг/л: K+ — 0,95; Na+ — 3,3; Ca2+ — 15,0; Mg2+ — 3,2;  — 64,66; Cl– — 0,60;  — 6,0; минерализация — 97,0. Рассчитан баланс ионного стока оз. Байкал по годам и за период 1997—2002 гг. Среднегодовой и средний за пятилетний период наблюдений ионный состав байкальской воды истока в пределах ошибки анализа можно считать стабильным.

Изучение форм нахождения токсичных элементов в снеговом покрове Прибайкалья показало, что более 50 % Zn, Pb, Cu, Cd и Be связано с нерастворимой частью твердой фазы снега и, следовательно, относительно устойчиво в процессе его таяния. На южном побережье оз. Байкал (станция Бол. Коты), в связи с воздушным переносом загрязнения из индустриальных центров Приангарья преобладающими северо-западными ветрами, количество техногенных частиц достигает 40 %, будучи сопоставимо с их содержанием в снеге городов Иркутск и Саянск (рис. 2).

Рис. 2. Соотношение природной и антропогенной компонент в твердой фазе снега.

Fig. 2. Ratio between natural and anthropogenic components in the solid snow cover.

Изучение распределения макроэлементов в растениях позволило выделить группу элементов, накопление которых обусловлено техногенными факторами (Si, Al, Fe, Cl и S), и группу, контролируемую преимущественно генетическими факторами (P, K, Mn, Na, Ca, Mg). Установлен антагонизм между основными технофильными и биофильными элементами.

Нарушение отношений Ca : Mn, Ca : P, Ca : Sr, P : Al, K : Na свидетельствует об угнетении процессов фотосинтеза и нарушении биогеохимических циклов миграции основных биофильных элементов в зоне техногенного загрязнения. Эти закономерности можно использовать в качестве биогеохимических критериев оценки состояния фитоценозов.

Исследованы техногенные геологические тела (складированные отходы обогащения сульфидсодержащих руд месторождений Кемеровской обл.) и связанные с ними техногенные озера. Развитие техногенных озер заключается в возрастании концентрации металлов в растворах (поверхностных и иловых водах) одновременно со снижением рН среды.

Моделирование длительного загрязнения местности стационарными аэрозольными источниками, основанное на решении обратной задачи переноса примеси в приземном слое атмосферы, дало результаты, соответствующие фактическим данным (рис. 3). Это позволяет минимизировать количество отбираемых проб и давать прогнозную оценку загрязнения почв на удаленные расстояния. Найденная функциональная зависимость объема выноса от времени существования хвостохранилища позволяет оценить отдаленные последствия загрязнения прилегающих территорий и гидросети района. Показано постепенное возрастание роли эолового выноса по сравнению с водным.

Рис. 3. Интерполяционные поверхности загрязнения свинцом прилегающих к хвостохранилищу почв, построенные по данным опробования (А) и регрессионного расчета (В). 1 - точки опробования почв, 2 - строения, 3 - водоемы (гидроотвалы), 4 - хвостохранилища, 5 - реки, ручьи. Содержания Pb, г/т: а - <32; b - 32-65; c - 65-160; d - 160-320; e- 320-640; f - >640.

Fig. 3. Comparison of interpolation surface maps of Pb soil pollution constructed according to approbation (А) and simulation data (B). 1 - Soil samples, 2 - Buildings, 3 - Ponds, 4 - Tailings, 5 - Rivers; Pb contents, ppm: а - <32; b - 32-65; c - 65-160;d - 160-320; e - 320-640; f - >640.

Список основных публикаций

  1. Коваль П. В., Удодов Ю. Н., Андрулайтис Л. Д., Саньков В. А., Гапон А.Е. Ртуть в воде истока р. Ангары: пятилетний тренд концентрации и возможные причины его вариаций// Докл. РАН. 2003. т. 389, № 2. С. 293—298.

  2. Заксас Н. П., Шелпакова И. Р., Бортникова С. Б., Герасимов В. А., Сапрыкин А. И. Экспрессное атомно-эмиссионное спектральное определение элементов в почвах возбуждением спектров в 2-струйном дуговом плазмотроне// Химия в интересах устойчивого развития. 2001. № 5. с. 637—642.

  3. Bortnikova S. B., Smolyakov B. S., Sidenko N. V., Kolonin G. R., Bessonova E. P., Androsova N. V. Geochemical consequences of acid mine drainage into a natural reservouir: inorganic precipitation and effects on plankton activity// Journal of Geochemical Exploration. 2001. V. 74. р. 127—139.

  4. Рапута В. Ф., Айриянц А. А., Бортникова С. Б., Суторихин И. А. Закономерности пылевого загрязнения окрестностей хвостохранилищ// Оптика атмосферы и океана. 2002. Т. 15, № 8. с. 740—743.

  Оглавление Далее