авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Распределение, миграция и трансформация ртути в устьевой области р. северная двина

-- [ Страница 3 ] --

5.3 Распределение ртути по формам миграции. В большинстве отобранных проб воды содержание растворенной ртути превышало содержание ртути во взвеси. В целом от 50 до 93 % ртути мигрирует в растворенной форме. В пр. Маймакса и рукавах это значение изменяется от 70 % до 93 %, в районе города Архангельска оно составляет 55-70 %. В придонном горизонте вод относительное содержание растворенной ртути ниже, чем в поверхностном – здесь 40 - 50% ртути мигрирует во взвешенном веществе. Наиболее высокие относительные концентрации растворенной ртути приурочены к станциям «о. Лебедин», «Устьянские поворотные створы». Необходимо отметить влияние барьерной зоны. В работе (Скибинский, 2005) отмечается, что в процессе осаждения гуминовых и фульвокислот в донные отложения зоны смешения Северной Двины переходит 34; 83; 80 % растворенных форм Al, Fe, Zn соответственно (Малютин, Лапин, 1991). В ходе настоящего исследования получен уникальный материал, позволивший описать поведение ртути на этом участке. При прохождении барьерной зоны река Северная Двина – Двинская губа Белого моря из водной толщи выводится 95 % ртути во взвеси и 90 % растворенной формы ртути. Однако в процентном соотношении превалирование растворенной формы миграции возрастает в среднем с 75 до 85 %. Таким образом, трансформация форм миграции ртути в зоне смешения речных и морских вод происходит в сторону увеличения её относительного содержания в растворенной фазе. Итак, миграция ртути в устьевой области р. Северная Двина происходит преимущественно в растворенной форме, причем при выходе в Двинскую губу эта форма еще больше превалирует над взвешенной. С глубиной увеличивается роль миграции ртути во взвешенном веществе – в придонном горизонте порядка 40 % ртути мигрирует подобным образом. Интересно, что в южных районах ЕТР во многих случаях наблюдается обратная картина распределения и превалирующей формой миграции ртути является взвешенная (Федоров и др., 2002, 2004; Овсепян, 2004).

5.4 Распределение концентраций ртути по частоте встречаемости. В течение всего периода исследований превалировали концентрации общей растворенной ртути, превышающие ПДК для пресноводных водоемов рыбохозяйственного назначения (0,01 мкг/л). В 93 % определений концентрации общей растворенной ртути превысили ПДК в поверхностном горизонте воды, и в 84 % в придонном. Полученные результаты вполне сопоставимы с содержанием растворенной ртути в других регионах земного шара. Важно отметить, что средние концентрации ртути в водах изучаемого объекта несколько превышают характерные для вод Севера Европейской территории России содержания и находятся на уровне, сравнимом с водами р. Дон.

5.5 Исследование взаимосвязи концентраций растворенной ртути с различными параметрами воды. Были рассчитаны уравнения регрессии между содержанием ртути с одной стороны и такими параметрами, как расход воды, минерализация, рН, Eh, температура, цветность, содержание кислорода – с другой (Федоров, Овсепян, 2005, 2006). Не было отмечено какой-либо корреляции между расходом воды реки и содержанием всех миграционных форм ртути. Отсутствовала также статистически значимая связь между содержанием взвешенного вещества и концентрацией ртути. Между концентрацией валовой и растворенной форм ртути и содержанием кислорода наблюдалась слабая отрицательная корреляция. В придонном слое воды эта связь более тесная, в то время как в поверхностном зависимость между концентрацией кислорода и ртути проявлялась или весьма слабо, или отсутствовала вообще. Отрицательная связь между содержанием кислорода и ртути, вероятно, связана с существованием в придонном слое более восстановительной обстановки, которая в условиях отлива, благодаря, прежде всего, повышенному содержанию здесь пула бактерий - сульфатредукторов и метаногенов стимулирует образование и эмиссию метилртути из донных отложений в воду. Связь между всем массивом данных по содержанию различных форм ртути и значениями рН не проявляется. Отрицательная корреляция обнаруживается только для зависимости рН – Hgвал, Hgр в поверхностном слое (r=-0,63), в то время как в придонном слое воды она становится положительной (r=0,36). В поверхностном слое воды значения Eh и содержания валовой ртути и ее растворенной формы имеют положительную корреляцию (r=0,36), в то время как в придонном слое она отрицательна (r=-0,69). Обращает на себя внимание более тесная связь содержания ртути в придонном слое воды со значениями окислительно-восстановительного потенциала. Это еще раз подтверждает предположение (Федоров, 2002) об активизации процессов перехода ртути из донных отложений в воду при понижении значений Eh. В верхнем слое донных отложений, где обнаружены высокие содержания ртути и присутствовал запах сероводорода, как правило, значения Eh были отрицательными. Достаточно высокие коэффициенты корреляции выявлены между температурой воды и содержанием растворенной ртути (r=0,65). Температура могла способствовать биогенной и абиогенной трансформации органических веществ в донных отложениях и, как следствие, активизации процессов, способствующих переходу ртути из них в водную толщу. Это подтверждается более ранними (Федоров и др., 2002, 2003, 2004) и современными исследованиями, продемонстрировавшими прямо пропорциональную связь между концентрациями ртути и температурой воды для разных водных объектов (Федоров, Овсепян, 2005, 2006). Между содержанием фульвокислот в воде и растворенной ртутью наблюдалась тесная корреляция (r=0,71). Это, а также прямо пропорциональная зависимость между отношением перманганатной окисляемости к бихроматной и содержанием растворенной формы миграции ртути (r=0,61) свидетельствует о том, что последняя мигрирует в виде органических комплексов. Однако при смешении речных вод с водами Двинского залива и увеличении солености, фульватные комплексы разрушаются, формы нахождения ртути определяют другие процессы. Так, между содержанием общей растворенной формой ртути и соленостью выявлены значимые коэффициенты отрицательной корреляции. В придонном слое воды связь более тесная (r=-0,72). Применяя формулу (1), появилась возможность рассчитать содержание ионов хлора и рассмотреть распределение неорганических форм ртути в условиях устьевой области Северной Двины. Было получено, что в устьевой области Северной Двины при изменении солености от 1,0< до 1,24 ‰ растворенная в воде неорганическая ртуть присутствует, главным образом, в виде малотоксичной Hg(OH)2. В интервале солености 1,24-12,46 ‰ растворенная ртуть представлена преимущественно в виде HgCl2. Соленость, при которой доминантной формой становится тетрамеркурхлорид, находится в пределах 12,46 и более ‰. Таким образом, для исследуемого объекта соленость как фактор, влияющий на распределение форм нахождения неорганической растворенной ртути, играет большую роль, чем pH вод. На одной и той же станции одновременно возможно присутствие в воде как малотоксичных, так и токсичных форм ртути. В летний период для устьевой области Северной Двины характерно следующее распределение неорганических соединений ртути: преобладание формы HgCl2; в виде гидроксокомплекса ртуть мигрирует в основном в поверхностном горизонте в дельте реки и полностью трансформируется при продвижении к устьевому взморью. Содержание Hg(OH)2 уменьшается от ст. «д. Чижовка» до ст. «д. Лапоминка», ниже по течению от которой данная форма полностью заменяется димеркурхлоридом, в придонном горизонте появляется тетрамеркурхлорид. Итак, неорганическая растворенная ртуть в устьевой области р. Северная Двина мигрирует в основном в токсичной для живых организмов форме – в виде димеркурхлорида. При прохождении гидрофронта, формирующегося в районе ст. «д. Чижовка» - «д. Лапоминка», из процесса миграции полностью выводятся характерные для вод небольшой минерализации гидроксокомплексы ртути.

5.6 Влияние приливно-отливной деятельности на содержание, трансформацию и распределение ртути по формам миграции. Концентрации отличались незначительно, однако среднее содержание растворенной формы ртути несколько выше в фазу малой воды. В фазу малой воды концентрации ртути в большей степени варьировались по руслу реки, чем в фазу большой воды. Данное явление может быть объяснено воздействием большего количества факторов на содержание металла и его соединений в воде, в то время как в фазу большой воды превалирующим процессом является разбавление речных вод водами большей солености и отличного химического состава. В фазу большой воды концентрации растворенной ртути на участке ст. «Гидролизный завод» - ст. «д. Чижовка» выше, чем в фазу малой. Также следует отметить, что в фазу большой воды на отрезке ст. «д. Лапоминка» – «о. Мудьюгский», концентрации соединений металла ниже по сравнению с фазой малой воды. Это объясняется как эффектом разбавления относительно загрязненных по сравнению с водами Двинского залива речных вод, так и происходящими в данной барьерной зоне процессами. Мигрирующая преимущественно в составе органокомплексов ртуть под воздействием вод большей минерализации, разрушающих её соединения с фульво- и гуминовыми кислотами, трансформируется и образует простые неорганические комплексы с хлором, о чем свидетельствуют также расчеты, показывающие увеличение процента димеркур- и тетрамеркурхлорида в данной зоне, переходит в Hg0, адсорбируется на неорганических и органических коллоидах, которые в дальнейшем осаждаются на дно, часть ртути испаряется через слои воды. Прослеживается миграция в пространстве границ зоны резкого понижения концентраций ртути в фазу малой и большой воды – а именно – во время прилива она находится в районе ст. «д. Чижовка», в отлив смещается на 2,5 км ближе к краю дельты и находится в районе ст. «д. Лапоминка». Динамика изменения ртути как в фазу малой, так и большой воды демонстрирует достаточно высокий уровень содержания металла и его соединений на участке реки в судоходной протоке по сравнению с акваторией устьевого взморья. Это свидетельствует не только об имеющем месте эффекте разбавления, влиянии комплексной барьерной зоны, но и о наличии определенного стабильного уровня загрязнения данного участка.

5.7 Ртуть в атмосферных осадках устьевой области Северной Двины. Содержание ртути варьировалось от 0,005 до 0,2 мкг/л, в среднем составило 0,02 мкг/л. Минимальные концентрации определены в атмосферных осадках «с. Усть-Пинега» – 0,005 мкг/л; дождевые осадки г. Архангельска содержали наибольшие концентрации ртути: 0,01-0,2 мкг/л, в среднем 0,06 мкг/л.

Относительно низкое содержание было выявлено в осадках ст. «о. Мудьюгский»: 0,008-0,011 мкг/л. Вариации концентраций и средние содержания ртути в различных компонентах природной среды района исследований и в атмосферных осадках в частности, представлены на рис. 2. Концентрации ртути в дождевых осадках устьевой области Северной Двины находятся на уровне, сравнимом с мировыми значениями и в среднем не превышают содержания, характерные для районов с высокой антропогенной нагрузкой. В частности, для устьев рек Дунай и Дон, таких регионов, как Северная Америка, Азия, Европейская территория России и Зарубежная Европа, средние уровни содержания ртути в дождевых водах превышают 0,1 мкг/л, а максимальные в некоторых случаях выше 1 мкг/л (Козлова, 1990; Кот, 1993; Петрухин, 1986; Федоров и др., 2002; Downs et al., 1998; Leermakers et al., 1997). Рассчитано, что содержание ртути, выпадающей в составе жидких осадков в г. Архангельск в среднем составляет 30 г/км2, для промышленных районов увеличивается до 55 г/км2, для дельты и устьевого взморья уменьшается – 10 г/км2 в год. При пересчете с учетом площади города, выпадение ртути с дождевыми осадками в зависимости от уровня антропогенной нагрузки будет колебаться от 0,094 т до 0,17 т в год. В целом для дельты и устьевого взморья эта величина будет колебаться в пределах 0,06 - 0,12 т/год.

 ариации концентраций и средние содержания ртути в различных компонентах-2

Рис. 2 Вариации концентраций и средние содержания ртути в различных компонентах природной среды устьевой области р. Северная Двина

Следует уточнить, что отбор проб производился в летний сезон, когда влияние такого поставщика ртути, как сжигание различных видов топлива было минимальным. Таким образом, в зимний период содержание ртути в осадках должно увеличиваться. Так, для Ростовской области отмечалось более высокое содержание ртути в осадках после начала отопительного сезона и резкое снижение по его окончании (Федоров и др., 2002). Кроме того, ртуть из атмосферы может попадать в почву в процессе сухой седиментации путём поглощения её газообразных и аэрозольных форм нахождения (Rea, 2001). Повышенные концентрации ртути в атмосферных осадках устьевой области приурочены к районам г. Архангельск, более всего подверженным влиянию промышленных производств. В тех же районах города, где пробы отбирались в относительно удаленных от предприятий и автомобильных дорог местах, содержание ртути было несколько ниже, однако также повышено по сравнению с фоновым участком (с. Усть-Пинега) и дождевыми осадками устьевого взморья (о. Мудьюгский). Следует отметить, что содержание ртути в осадках о. Мудьюгский, несмотря на относительно низкие значения, всё же в 2 раза превышали её концентрации в осадках фонового участка, что косвенно указывает на ощутимое влияние Архангельской агломерации.

5.8 Оценка стока ртути. Сток ртути определялся для р. Северная Двина в меженный период времени. Применялся прямой метод расчета выноса, поскольку в распоряжении были результаты непосредственного определения этого элемента. Он производился по формуле: Rрт=w.c, где w – объем водного стока за расчетный период времени, км3; с – средняя концентрация химического элемента за расчетный период времени. Сток ртути Rрт выражался в тоннах за расчетный период. Итак, по проведенным расчетам, сток ртути распределился следующим образом. Валовая форма ртути: ст. «Усть-Пинега» – 0,386 т; ст. «Вершина дельты» – 0,484 т. Растворенная форма миграции ртути: ст. «Усть-Пинега» – 0,347 т; ст. «Вершина дельты» – 0,445 т. Взвешенная форма миграции ртути: ст. «Усть-Пинега» – 0,049 т; ст. «Вершина дельты» – 0,039 т. Соотношение растворенной и взвешенной форм с их суммарным содержанием по створам распределилось следующим образом: ст. «Усть-Пинега» – 87,5% растворенная форма, 12,5% взвешенная форма; ст. «Вершина дельты» – 92,0% растворенная форма, 8,0% взвешенная форма. Таким образом, структура стока ртути в р. Северная Двина сдвинута в сторону ее миграции в растворенной форме, тогда как в южных районах ЕТР во многих случаях наблюдается обратная картина распределения (Овсепян, 2004; Федоров и др., 2002, 2004).

ГЛАВА 6. РТУТЬ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

6.1 Обобщение и анализ распределения ртути в донных отложениях водных объектов земного шара. Донные отложения водоемов и водотоков являются одними из самых уязвимых компонентов окружающей среды по отношению к загрязнению токсичными металлами, в то же время это один из наименее изученных компонентов аквальных ландшафтов. Анализ обобщенных мною мировых данных показал, что в целом в морских и речных водах Арктического бассейна концентрации ртути в донных отложениях относительно невысоки и колеблются в пределах 0,01 - 0,09 мкг/г с.м. В других районах мира и России они несколько выше (0,036 – 0,7 мкг/г с.м.), а в донных осадках, подверженных техногенному воздействию предприятий, для которых ртуть является характерным загрязняющим веществом, существенно возрастают (2,44 – 54,2 и более мкг/г с.м.).

6.2 Содержание ртути в различных горизонтах донных отложений. Содержание ртути в донных отложениях изменялось в основном в пределах 0,02-0,8 мкг/г с.м. Среднее содержание составило 0,135 мкг/г с.м. В единичных пробах концентрации ртути достигали экстремально высоких значений – до 4 мкг/г с.м. В пространственном отношении содержание металла и его соединений в донных отложениях значительно изменялось. В верховьях устьевой области р. Северная Двина оно варьировало в узком интервале и приближалось к минимальным значениям - 0,04 – 0,05 мкг/г с.м. Данный участок реки можно отнести к разряду относительно незагрязненных вод и считать его фоновым для устьевой области. На ст. «Порт Бакарица» содержание ртути достигает экстремально высокого значения – 0,37 мкг/г с.м. На следующей вниз по течению станции «Вершина дельты» оно снижается в 10 раз и составляет 0,03 мкг/г с.м. Ниже по течению оно несколько возрастает и у станции «о. Соломбала» составляет 0,2 мкг/г с.м. Следуя по разрезу в протоке Маймакса к Двинской губе наблюдается повышение концентраций от ст. «Порт Экономия» до ст. «о. Мудьюгский» с 0,5 до 0,18 мкг/г с.м. Относительно высокое содержание ртути у о. Мудьюгский может свидетельствовать об активном осаждении ртути со взвешенным веществом при прохождении геохимического барьера в зоне смешения речных и морских вод (здесь происходит сорбция растворенной ртути на взвешенном веществе и его дальнейшее осаждение в донные отложения). Протока Кузнечиха, на левом берегу которой стоит СЦБК, а напротив – на правом берегу ТЭЦ, исследовалась особо детально. Содержание металла и его соединений в донных отложениях пр. Кузнечиха варьировалось от 0,04 до 0,21 мкг/г с.м. На протяжении всего периода исследований отмечалось следующее. Наименьшие концентрации были выявлены для станций «Усть-Пинега» (0,04 – 0,05 мкг/г с.м.), «Вершина дельты» (0,02 – 0,07 мкг/г с.м.). Относительно высокие уровни определены на ст. «Порт Бакарица» (0,29 - 0,37 мкг/г с.м.), «Порт Экономия» (0,09 – 0,48), пр. Кузнечиха, «Лесозавод № 29» (0,19-0,21 мкг/г с.м.), «о. Мудьюгский» (0,02 - 0,24 мкг/г с.м.). Экстремально высокие значения выявлены для протоки Соломбалка (они составили 4 мкг/г с.м. в слое 0-5 см и 1,48 мкг/г с.м. в слое 5-10 см). Соломбалка является мелководной протокой, пересекающей один из районов г. Архангельска, используется местным населением для стоянки маломерных судов, имеет невысокую скорость течения. Изменение концентраций ртути по горизонтам представляло следующую картину. В горизонте 0-5 см содержание ртути варьировалось от 0,02 до 0,48 мкг/г с.м., в среднем составило 0,11 мкг/г с.м.; в горизонте 5-10 см минимальное содержание 0,02 мкг/г с.м., максимальное – 0,8, среднее 0,16 мкг/г с.м. Градиент концентрации ртути в среднем составил 0,005 мкг/см. В горизонте 5-10 см максимальные и средние значения выше, чем в верхнем горизонте. Это свидетельствует о благоприятных условиях к накоплению в них ртути.

6.3 Взаимосвязь содержания ртути в донных осадках и придонном горизонте воды. Анализ изменения валового содержания ртути в донных отложениях и всех миграционных форм ртути в придонном горизонте воды выявил общие тенденции варьирования концентраций в разрезе ст. «Усть-Пинега» - «Порт Экономия»), что говорит об отмечавшейся ранее (Федоров и др., 2004, 2005, 2006) возможности поступления ртути в воду из донных отложений. В разрезе по протоке Кузнечиха, однако, подобной закономерности не выявлено, что косвенно свидетельствует о превалировании на данном участке поступления ртути со стоком. Необходимо отметить, что данный участок является зоной влияния Соломбальского ЦБК. На расположенной в зоне смешения речных и морских вод ст. «о. Мудьюгский» зависимости между содержанием ртути в донных отложениях и придонном горизонте воды не обнаружено, что говорит о неоднозначном поведении ртути в данных условиях.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.