Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природные условия устьевой области Волги 7
1.1 История развития и рельеф дельты 8
1.2 Гидрологические условия 14
1.3 Климат 19
1.4 Растительность 21
1.5 Почвы 25
Глава 2. Объекты и методы исследований 30
Глава 3. Геохимические особепности компонентов аквальпых ландшафтов устьевой Волги 35
3.1 Вода и взвешенное вещество 36
3.1.1 Гидродинамическая активность потока 36
3.1.2 Фпзико-химические процессы 39
3.1.2.1 Содержание взвешенных наносов 39
3.1.2.2 Минерализация воды 43
3.1.2.3 Температура воды 44
3.1.2.4 Щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия, содержание растворенного кислорода 45
3.1.3 Биологические процессы 48
3.1.4 Тяжелые металлы в воде и взвешенном веществе. Региональный геохимический фоп дельты 49
3.2 Донные отложения (подводные почвы) 53
3.2.1 Морфологическое и химические особенности подводных почв 54
3.2.2 Типы подводных почв дельты Волги 59
3.2.3 Содержание тяжелых металлов в донных отложенпях 67
3.3 Водная растительность 73
3.3.1 Зольность водных растений 76
3.3.2 Тяжелые металлы в макр о фитах дельты Волги 78
Глава 4. Типизация аквальных ландшафтов устьевой области Волги 83
4.1. Дельтовые ландшафты 86
4.1.1 Ландшафты проток 86
4.1.2 Ландшафты ериков 90
4.1.3 Ландшафты устьевых областей проток и ериков 94
4.2. Аквальные ландшафты авандельты 96
4.2.1 Култучные ландшафты 98
4.2.2 Ландшафты устьевого взморья 101
4.2.3 Ландшафты бороздин и каналов 104
4.3. Геохимические барьерные зоны в дельте Волги 106
Глава 5. Сезонная геохимическая изменчивость условия миграции в аквальиых ландшафтов устьевой области Волги 111
5.1 Сезонные изменения условий миграции элементов в дельте 111
5.1.1 Колебания стока воды и взвешенных наносов 112
5.1.2 Изменчивость физико-химических факторов миграции 116
5.2 Сезонные изменения содержания тяжелых металлов в воде и взвешенном веществе дельты 119
Глава 6. Баланс тяжелых металлов дельты Волги 130
6.1 Водный баланс дельты 130
6.1.1 Распределение стока воды по водотокам дельты 131
6.1.2 Распределение стока воды на морском крае дельты 133
6.2 Режим и баланс наносов в дельте 134
6.2.1 Распределение стока наносов по водотокам дельты 135
6.2.2 Аккумуляция взвешенных частиц в дельте 136
6.2.3 Осаждение взвешенных веществ на устьевом взморье 137
6.3 Баланс растворенных форм элементов 141
6.4 Баланс взвешенных форм элементов 144
6.5 Суммарный баланс тяжелых металлов в дельте 147
Выводы 149
Список литературы 152
- Гидрологические условия
- Содержание взвешенных наносов
- Геохимические барьерные зоны в дельте Волги
- Изменчивость физико-химических факторов миграции
Введение к работе
Актуальность исследования. Устьевые области рек - нижние звенья каскадных ландшафтно-геохимических систем, куда с речным стоком поступает большое количество взвешенных и растворенных веществ природного и антропогенного происхождения. Часть приносимого материала проходит транзитом в приемные водоемы, другая аккумулируется в дельтовых ландшафтах. Среди загрязняющих веществ наибольшее внимание исследователей привлекают тяжелые металлы (Си, Zn, Ni, Со, Pb, Cd, Сг и др.), которые под действием смены гидродинамических, физико-химических и биогеохимических условий могут накапливаться в ландшафтах на геохимических барьерах и геохимических барьерных зонах (ГБЗ). При высоких концентрациях они токсичны и входят в число основных измеряемых параметров при мониторинге окружающей среды.
Устьевая область Волги является конечным звеном каскадной системы Волжско-Камского бассейна и играет важнейшую барьерную роль на пути потока элементов в Каспийское море. Для понимания особенностей аккумуляции веществ в дельте необходимо оценить геохимическую структуру дельтовых ландшафтов, определить условия поведения химических элементов в компонентах аквальных ландшафтов: воде, взвешенном веществе, донных отложениях и макрофитах.
Цели и задачи исследования. Цель исследования - изучить геохимию аквальных ландшафтов устьевой области Волги и оценить баланс поступления, накопления и выноса тяжелых металлов в дельте.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Определить ландшафтную структуру устьевой области Волги, выделить основные типы аквальных ландшафтов (АЛ) и подводных почв дельты.
Определить формы, пути и сезонную динамику тяжелых металлов (ТМ) в аквальных ландшафтах устьевой области Волги.
Определить региональный геохимический фон (РГФ) дельты для каждого из компонентов АЛ. Выделить основные геохимические барьерные зоны
на пути потока химических элементов.
Оценить среднемноголетний баланс взвешенных и растворенных форм
ТМ.
Объект исследования - компоненты аквальных ландшафтов устьевой области Волги (вода, взвешенное вещество, донные отложения и макрофиты).
Предмет исследования - пространственная и сезонная дифференциация содержания тяжелых металлов, условий миграции и аккумуляции элементов в устьевой области Волги.
Теоретико-методической основой работы послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области геохимии ландшафтов и гидрологии устьевых областей рек (А.И. Перельман, Н.С. Касимов, М.Ю. Лычагин, Н.И. Алексеевский, В.Ф. Полонский, В.Н. Михайлов, B.C. Савенко, Е.П. Янин, Дж. В. Мур, С. Рамамурти, S.B. Kroonenberg, H.J. Winkels и другие).
В работе применялись сравнительно-географический, морфологический, химико-аналитический и математико-статистический методы исследований.
Научная новизна:
В работе решена актуальная в научном отношении задача, имеющая важное значение для геохимии ландшафтов и физической географии - изучена геохимия аквальных ландшафтов устьевой области Волги и барьерная роль дельтовых ландшафтов на пути потока элементов.
Впервые выделены типы аквальных ландшафтов и определены геохимические барьерные зоны устьевой области Волги; оценена сезонная динамика условий миграции и уровней накопления металлов в дельте; определен региональный геохимический фон содержания ТМ в компонентах аквальных ландшафтов; рассчитан баланс тяжелых металлов в дельте Волги; предложена классификация подводных почв устьевой области Волги основанная на их морфогенетических и физико-химических свойствах.
Защищаемые положения:
В устьевой области Волги выделены типы аквальных ландшафтов и
ландшафтные зоны. Предложена классификация подводных почв дельты.
Поведение взвешенных и растворенных форм ТМ в аквальных ландшафтах зависит от сезонной динамики гидрологических и физико-химических условий. Взвешенное вещество дельты загрязнено тяжелыми металлами (Mn, Zn, Си, Pb, Cd). Доля растворенных форм ТМ значительно превышает среднемировые оценки и составляет 30-80% от общего баланса форм нахождения.
В устьевой области Волги установлены три комплексные геохимические барьерные зоны (устья проток и ериков на морском крае дельты; култуч-ные ландшафты; ландшафты отмелого устьевого взморья), на которых идет осаждение основной массы ТМ, приносимых речным стоком.
Дельта Волги имеет положительный среднемноголетний баланс тяжелых металлов. Около 15% от ежегодно приносимых в дельту ТМ осаждается в дельтовых ландшафтах.
Практическая значимость. Исследования проводились в рамках проектов РФФИ 04-05-65073, 07-05-00752, 08-05-12060, 05-05-89001, 10-05-00791; NWO (Нидерландского научного фонда) 047.011.000.01, 47.009.003; ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 гг., Гранта Правительства РФ для поддержки исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в вузах России по проекту: "Оценка рисков природных катастроф в береговой зоне".
Результаты исследования могут быть использованы для прогнозирования геохимических изменений аквальных ландшафтов и оценки интенсивности антропогенной нагрузки на ландшафты устьевой области Волги.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 2 включенные в перечень ведущих рецензируемых научных журналов решением президиума ВАК. Основное ее содержание докладывалось на XII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2005); VI Международной научно-практической конференции "Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде" (Казахстан, Семипалатинск, 2009); «The Caspian Region: Environmental Conse-
quences of the Climate Change» (Москва, 2010); «The European Geosciences Union General Assembly 2011» (Вена, 2011).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и
выводов, страниц машинописного текста, содержит таблиц и
рисунков. Список литературы насчитывает наименований.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в работе своему научному руководителю академику РАН Н.С. Касимову. Автор глубоко признателен доценту М.Ю. Лычагину за помощь и внимание к работе, а также сотрудникам лабораторий географического факультета МГУ В.В. Кучеряевой, В.А, Кондратьевой, М.Э. Рашевской, Т.Г. Суховой, Е.А. Шахпендерян, А.В. Бахтину, Е.В. Терской, Л.В. Добрыдневой за помощь в проведении анализов, проф. М.И. Герасимовой - за консультации и ценные советы по диагностике подводных почв, заместителю директора по научной работе, к.б.н А.К. Горбунову и всем сотрудникам Астраханского биосферного заповедника - за помощь в проведении полевых исследований.
Гидрологические условия
Необходимо отметить, что с 1956 по 1960 гг. наибольшее влияние на сток Волги в вершине дельты оказало заполнение водохранилищ, в последующие годы значительную роль стало играть интенсивное изъятие стока на развитие орошаемого земледелия в Среднем и Нижнем Поволжье.
Сток воды, поступающий в дельту, измеряют на гидростворе Верхнее Лебяжье в 4 км выше вершины дельты и в 54 км выше Астрахани. За период условно естественного режима (1881-1955) суммарный сток Волги в вершине дельты (русло, пойма и Ахтуба) в среднем составлял 7730 м /с, или 243 км /год. В период наполнения крупных водохранилищ (1956-1965 гг.) он снизился до 7500 м /с (236 км3/год). В 1966-1991 гг. он был равен 7740 м3/с (244 км3/год). Таким образом, в последние 25 лет сток Волги был практически таким же, как и до зарегулирования реки, что свидетельствует о том, что многоводье последних двух десятилетий перекрыло влияние изъятия стока. Средний сток Волги в результате хозяйственной деятельности изменился мало, но внутригодовое распределение стока претерпело существенные изменения. Главное следствие зарегулирования стока - это уменьшение объемов половодья и изменение его сроков Ранее на долю самых многоводных месяцев года (апрель -июнь) приходилось около 50% годового стока, после зарегулирования эта доля сократилась в среднем на 10%. После зарегулирования стока половодье стало начинаться позже и заканчиваться раньше [4]. Возросла, интенсивность повышения (подъема) и уменьшения (спада) расходов и уровней воды, что вызвало более резкую смену условий формирования аквальных ландшафтов.
Зарегулирование Волги, аккумуляция речных наносов в каскаде волжских водохранилищ и восстановление стока наносов ниже Волгоградского водохранилища вследствие направленного массообмена повлияло на изменение содержание взвешенных веществ. При неизменном стоке воды, твердый сток уменьшился в связи с зарегулированием почти вдвое (с 14 до 8,6 млн. т/год) (рис. 1.3), в основном вследствие уменьшения мутности во время половодья (с 58 г/мЗ до 32 г/мЗ). Уменьшение стока, изменение его распределения по сезонам года, значительное сокращение мутности реки, и привели к изменению баланса растворенных и взвешенных элементов в дельте. Вместе с взвешенным веществом в водохранилищах Волжско-Камского каскада оседает значительная часть сорбированных тяжелых металлов, о чем свидетельствуют высокие содержания ТМ в илах волжских водохранилищ. Аккумуляция ТМ в донных отложениях водохранилищ характерна и для других районов мира, например, для рекиТринити, где в водохранилищах осаждается около 96% металлов, поступающих в реку [101].
В современных условиях продолжается формирование русловой сети, происходит отмирание многих мелких проток и активизация крупных магистральных рукавов по которым сосредотачивается сток. В отмелой зоне взморья идут процессы зарастания водной растительностью и сосредоточения стока по основным борозди-нам и каналам. Это определяет значительные различия гидрологических условия дельты. Вместе с тем, именно гидрологическая характеристика потока является основным условием дифференциации содержания тяжелых металлов в системе вода.-взвешенные наносы — донные отложения, поэтому именно этот фактор положен в основу разделения! аквальных ландшафтов на (неклассификационные) типы, характеризующиеся схожими процессами миграции и накопления элементов.
Для устьевой области Волги характерны условия континентального и засушливого климата. Температура воздуха отличается большой сезонной изменчивостью. Самый тёплый месяц в устьевой области - июль. Его средняя температура более +25С. Максимальная температура воздуха в июле может достигать +38С. Самый холодный месяц — январь. Его средняя температура -6-7 С. Минимальная температура воздуха в январе может снижаться до -28 С.
Количество осадков в устье Волги невелико. Наибольшие годовые суммы осадков (180-200 мм)1 характерны для окраины приморской части дельты, наименьшие (140-150 мм) для центральной части дельты. Большая часть осадков выпадает в летний период (с мая по сентябрь). Снег выпадает обычно в декабре-феврале; толщина снежного покрова не более 20 см [4].
Для устьевой области Волги характерна повышенная ветровая активность. Наибольшей повторяемостью обладают ветры восточных румбов (58,4%); повторяемость западных румбов существенно меньше - 29,3%. Максимальная повторяемость характерна для восточного ветра (31,4%), причём его частота особенно воз растает зимой, весной и осенью. Наиболее сильны ветры западного, северозападного и восточного направлений [57].
Ветровой режим оказывает значительное влияние на содержание элементов в воде и на процессы перехода в системе взвешенные — растворенные формы. Особенно сильно его влияние сказывается на мелководном устьевом взморье дельты. При усилении ветровой активности усиливаются процессы перемешивания, в связи с переходом части донного материала во взвесь, увеличивается мутность реки и, соответственно, меняются концентрации и условия миграции элементов. Большое влияние на уровень воды в дельте и распределение стока оказывают и сгонно-нагонные колебания Каспийского моря. При нагонах создается подпор дельтовых вод, снижаются скорости течения, увеличиваются площади заливания дельты, меняются условия осаждение взвешенных наносов.
Испарение в устье Волги зависит от характера подстилающей поверхности. Годовой слой испарения с водной поверхности в среднем составляет 634 мм (водотоки) и 876 мм (ильмени). Испарение с зарослей болотной растительности достигает 1400 мм, испарение с заливаемых и незаливаемых лугов составляет соответственно 645 и 280 мм С лесных насаждений и зарослей кустарника испаряется столько же, сколько с болотной растительности, с сельскохозяйственных угодий — около 500 мм; Испарение с поверхности снега зимой не более 55-75 мм. Велико испарение с поверхности Северного Каспия, включая устьевое взморье Волги Годовая величина испарения более 900 мм, наибольшее испарение характерно для периода июнь-сентябрь (от 130 до 150 мм в месяц).
Вследствие превышения испарения над осадками, в устье Волги происходят потери стока воды По расчетам А.И. Шикломанова, они составляют в среднем 1,5 и 7,6 км /год соответственно в западных подстепных ильменях и в дельте Волги [67].
Содержание взвешенных наносов
Равнинное положение бассейна реки Волги обуславливает низкое содержание взвешенных веществ в дельте. Продольный профиль реки близок к так называемому профилю равновесия,- средний уклон составляет всего, 0,06/оо, особенно, мало падение ві нижнем течении, где оно1 не превышает 0,02о/оо. На низкое содержание взвешенных веществ в дельте оказывает влияние и наличие Волжско-Камского каскада, водохранилищ, задерживающих значительную часть твердого стока реки. Большой объем водного стока (на долю Волги приходится.около 80% всего речного стока,в-море, и, соответственно, 64% приходной части водного баланса Каспия) вместе с малым твердым стоком (9% от суммарного стока) обуславливает низкую мутность дельтовых вод. Среднегодовая»мутность дельты составляет 70 г/м3, что в 6 раз меньше, чем, например, мутность Терека (400-500 г/м ) также впадающего в Каспийское море [41].
Участвующее в формировании поля мутности воды взвешенное вещество по своему происхождению может быть отнесено к трем группам: 1) взвешенные наносы, выносимые на устьевое взморье волжскими водами; 2) взвеси, поднимаемые со дна волнением и течениями; 3) взвеси органического происхождения, образуемые планктоном [48]
В дельтовых водотоках величина мутности воды не превышает 40-50 мг/л и сильно варьирует в зависимости от типа водотока и временной изменчивости твердого стока в вершине дельты. Содержание взвешенных частиц уменьшается в водотоках с низкими скоростями течения и обилием водной растительности.
На устьевом взморье на мутность воды влияет удаленность от устьев водотоков дельты Волги, распределение глубин, гранулометрический состав грунтов. Временная изменчивость связана с фазами водного стока Волги, сезонным режимом ветра, ветрового волнения и течений, деформирующим влиянием ледяного покрова в зимний период, развитием и распределением водной растительности, летом.
В процессе движения речных вод по устьевому взморью происходит трансформация. состава и концентрации речных взвесей в соответствии с падением транспортирующей способности стоковых течений. Часть взвешенных наносов оседает в пределах обширной мелководной зоны устьевого взморья, формируя ареалы песчаных грунтов и грунтов, сложенных пылеватым песком, илистым песком или песчанистым илом. При выносе речных взвесей на устьевое взморье прежде всего выпадают в осадок песчаные фракции в приглубую часть в штилевых условиях проникают взвеси только легких фракций.
Фоновое поле мутности, в формировании которого доминирует сток волжских вод, сохраняется лишь при благоприятных условиях. Большую часть времени-, господствующим фактором в формировании поля мутности воды на, устьевом взморье является ветровое волнение. Значения мутности водьг зависят от сезонной1 изменчивости ветровой активности. Волны-взмучивают донные отложения, а течения создают дополнительное перемешивание толщи волнового потока и разносят массу взвешенных наносов по акваторию устьевого взморьяї Заросли водной1 растительности усложняют картину перераспределения взвесей. Подводная и-надводная растительность гасит ветровые волны и препятствует взмучиванию донных отложений и транспорту взвешенных наносов.
На основании полевых данных, была составлена- карта-схема мутности водьь устьевого взморья в пределах Дамчикского участка астраханского заповедника (рис. 3.2). Видно, что на устьевом взморье, южнее морского края;дельты, происходит значительное падение мутности воды (с 40-50 мг/л до 5-10 мг/л), а основные потоки взвеси поступающее в авандельту сосредотачиваются в бороздине Грязнуха и Гондуринском рыбоходном канале. В южной части протоки, в»связи с размывом донных отложений, мутность воды несколько повышается (до 25 мг/л), южнее, в устьевой зоне бороздины при выходе на открытую акваторию взморья, отличающуюся меньшими глубинами и развитием водной растительности, скорости течения падают, происходит отложение взвешенных наносов и формирование илистых донных осадков.
Пространственная зональность прослеживается и в гранулометрическом составе взвешенных наносов (рис. 3.3). В протоках и ериках дельтовой части преобладающей фракцией во взвеси является фракция крупной пыли (39%), велика доли средней пыли и песка (22%). В устьевых областях проток и ериков, в результате осаждения знвчительного количества взвешенных веществ при смени гидродинамического режима, содержание средней (53%) и мелкой (20%) пыли растет. В авандельте, как в култуках так и на открытых участках взморья, гранулометрический состав взвеси зависит от скорости потока и ветро-волновой активности, вследствие этого гранулометрический состав наносов меняется в широких пределах, содержание песчаных фракций колеблется от 0 до 60%, крупной и средней пыли от 30 до 55%. В воде бороздин и каналов, благодаря активному перемешиванию, вода обогащается крупными фракциями, доля песка может достигать 70%.
Геохимические барьерные зоны в дельте Волги
При выходе на устьевое взморье меняются гидродинамический режим, скорость течения, мутность, физико-химическими показатели вод, формируются геохимические барьеры [31]: механические (гидравлические) определяющие интенсивную аккумуляцию тонкодисперсного материала; сорбционные, способствующие осаждению растворенных форм элементов с илистой фракцией; кислородные, формирующиеся в зонах смешения придонных вод слабопроточных ериков с низкими значениями Eh и окислительных проточных вод устьевого взморья, что определяет аккумуляцию ТМ вследствие соосаждения с железом. Степень выраженности барьера зависит от контрастности условий втекающего и принимающего водоемов. Наиболее высокие концентрации металлов фиксируются в устьях ериков. Содержания подвижных форм Fe, Zn, Си, Pb; Cr, Ni, Co, Cd в донных осадках в среднем в 2 раза выше, чем в протоках [31]. В устьях ериков, выходящих на морской край дельты и не имеющих на устьевом взморье продолжения в виде естественных или искусственных каналов, происходит основная потеря взвешенного вещества дельты вместе с сорбированными на ней тяжелыми металлами [82].
Уровни концентрации металлов в компонентах аквальных ландшафтов устьевых областей изменяются в широких пределах в зависимости от контрастности условий и уровней содержания элементов в водотоке (средние концентрации представлены в таблице 4.5). Значения коэффициента концентрации составляют 1-1,5, наибольшим значением KR характеризуются донные отложения, что говорит о незначительном накоплении ТМ в воде и повышенных содержание элементов осадках. Вследствие совокупного воздействия геохимических барьеров (окислительных, сорбционных, седиментационных) устья служат своеобразными ловушками для взвешенного вещества вместе с сорбированными на нем тяжелыми металлами, которое, осаждаясь, формирует аномальные концентрации элементов в донных отложениях. Максимальное накопление характерно для биофильных Zn и Mn (KR составляет 3,5 и 1,5 соответственно), что свидетельствует о значительной роли биогеохимических процессов в накопление металлов. В современной придельтовой отмелой зоне взморья, выделяются две характерные подзоны: островная (култучная) и морская.
В отмелой зоне взморья расположено много придельтовых островов и кос; которые в силу небольшой высоты в период половодья и сильных нагонов затапливаются водой: Между остравами и косами расположены заливы, называемые кул-туками; Дно култуков почти ровное, глубины 0,5-0,9 м. Продольные размеры их иногда достигают нескольких десятковг километров. Култучная зона представляет собой переходную зону между дельтой и взморьем. Придельтовые косы со временем отгораживают култук со стороны моря, превращая его в дельтовый ильмень.
Основной особенностью гидрографии» отмелой зоны взморья является- ее большая зависимость от положения уровня Каспийского моря. Даже при незначительном, изменении уровня моря современная отмелая зона может превратиться или в акваторию моря или в проточную пойму [84].
Естественная гидрографическая сеть отмелой зоны устьевого взморья состоит из подводных русел-бороздин. Бороздины обычно служат продолжением на взморье крупных дельтовых водотоков и представляют собой слабовыраженные понижения в рельефе дна. Длина бороздин достигает иногда нескольких десятков километров, а ширина составляет от 200 м до нескольких километров. В култучной подзоне глубина бороздин обычно на 0,3-0,4 м больше, чем на окружающей акватории взморья. По мере приближения к морскому бару различия в глубинах постепенно исчезают. К отрицательным формам рельефа отмелой зоны относятся также искусственно созданные рыбоходные и судоходные каналы.
Распределение грунтов в отмелой зоне взморья тесным образом связано с гидродинамической активностью ее вод. Состав грунтов во многом зависит от механического состава взвесей волжских вод, в котором преобладают фракции 0,25-0,05 мм — 25%) от общего поступления; 0,05-0,01 мм - 38% и частицы менее 0,01 мм - 36 % [84]. Песчаный материал выноситься на устьевое взморье в половодье, причем в меньшем количестве, чем илистый. В межень на устьевое взморье выносятся в основном только илистые частицы. Основная часть наиболее крупных наносов (песок, илистый песок) выпадает из потока в устьях дельтовых водотоков, не имеющих продолжения в отмелой зоне в виде каналов. По мере удаления от устьев с уменьшение скоростей течения выпадают все более мелкие частицы, что создает некоторую зональность в отложении наносов. Однако четкая зональность на взморье из-за обширной мелководной зоны и наличия морского устьевого бара не прослеживается и сохраняется лишь в култучной зоне.
Огромную роль в гидролого-морфологических процессах в отмелой зоне взморья играет водная растительность. Благодаря большим площадям зарастания (70-75%о) макрофитами [83], отмелая зона играет роль полупроницаемого фильтра и способствует осаждению большинства волжских наносов, поступающих на взморье.
Именно в этой зоне дельты наиболее интенсивно идут процессы осаждения дельтового материала и образование нового взвешенного вещества, идет перераспределение между взвешенными и растворенными формами загрязняющих веществ. Причем, по мнению некоторых авторов [5] массы вновь образовавшихся взвешенных загрязняющих веществ на порядок выше, чем поступающие со стоком Волги. Для понимания геохимических процессов происходящих в отмелой зоне устьевого взморья, остановимся подробнее на описании аквальных ландшафтов кул-тучной зоны, собственно отмелого устьевого взморья, а также бороздин и каналов.
Основной особенностью водоемов являются большие площади, малые глубины, малые скорости течения и большое количество водной растительности. Большое значение для перемешивания воды и перераспределения элементов в системе вода-дно играет ветровая активность. В ясную безветренную погоду мутность кул-тучных вод падает настолько, что легко просматривается дно водоемов. Однако даже при небольших ветрах волнение легко взмучивает донные отложения, насыщая водную массу взвешенным веществом. Большую роль играет и водная растительность, которая наряду с резким юслаблением течения потока препятствует проникновению вещества в приглубую зон, и способствует осаждению взвешенного и растворенного в воде материала благодаря процессам сорбции-десорбции.
В качестве примера рассмотрим ландшафты Сазаньего култука, расположенного в южной части Дамчикского участка Астраханского заповедника (рис. 4.4). Его ширина составляет 150-200 метров, глубина примерно 0,9 метров. В связи с малыми глубинами широко распространена водная растительность. Наиболее мелководные участки и окраины заняты тростником и лотосом, плавающие виды представлены роголистником, из гидатофитов преобладают сальвиния- и хара. Малая» глубина и сильные ветры способствуют хорошему перемешиванию, благодаря чему окислительно-восстановительный потенциал вод достаточно высок (Eh=90-160 мВ), а насыщенность кислородом составляет около 76%. Содержание кислорода измерялось во время ненастной погоды при сильном северо-западном ветре, с активным волнением, поэтому для спокойных условий оно вероятно завышено.
Изменчивость физико-химических факторов миграции
Малая изученность характеристики стока наносов в основной массе рукавов затрудняет оценку трансформации потока взвеси в дельте. Характерной чертой распределения стока в дельте является его сосредоточение по магистральным направлениям [67; 43]. Боковые протоки интенсивно отмирают. Поскольку в дельте Волги число отмирающих водотоков и их суммарная длина намного превышают количество и длину активизирующихся, считается, что русловая сеть дельты в современных условиях накапливает речные наносы [66]. Ветвление дельтовых рукавов сопровождается не только перераспределением стока между ними, но и уменьшением суммарного расхода взвеси. В средней зоне дельты располагается область интенсивной аккумуляции взвешенных частиц. Активные процессы накопления минеральных частиц характерны и для нижней зоны дельты, они обусловлены значительными масштабами заливания дельтовой равнины, что подтверждается и нашими исследованиями. При сравнении содержания взвешенных веществ в средней и нижний частях дельты, наблюдается уменьшение мутности воды для сезонов половодья и летней межени при движении к МКД. Летом отмечается значительное возрастание мутности воды в отмелой зоне, что можно объяснить значительной биологической активностью и преобладанием биогенной составляющей во взвешенном веществе. Накоплению взвешенного материала І способствует и рельеф дельты, большинство отмирающих водотоков приурочены к пониженным ложбинным участкам. Таким образом, баланс наносов в дельте отрицательный: несмотря на эрозию в крупных магистральных рукавах, значительная часть волжских наносов задерживается в дельте и в море не поступает.
Общее уменьшение стока взвешенных наносов по направлению к морскому краю дельты в период половодья достигает 24%, т.е в море выносится около 76% стока наносов, поступающих к вершине устьевой области. В среднем за год за пределы морского края дельты удаляется около 77% (примерно 5,7 млн. т) стока взвеси р. Волги [66]. Однако наибольшие потери взвешенного вещества идут на устьевом взморье.
Устьевое взморье Волги характеризуется сложными процессами осаждения и формирования взвешенных веществ. Речной сток, сгонно-нагонные явления, ветровая активность, мелководность и значительное зарастание определяют многофакторность процессов перераспределения вещества между водой, взвешенным веществом и донными отложениями. Отмелая зона служит биогеохимическим барьером на пути волжского стока. По мнению ряда авторов, здесь идут разнонаправленные процессы осаждения взвешенных [82; 29] и растворенных веществ [5], а также образование нового взвешенного вещества, отличающегося по своим свойствам от волжских взвесей. Точных расчетных данных объемов взвешенных веществ, оседающих в отмелой зоне взморья, не имеется, поэтому можно говорить лишь об ориентировочных оценках.
Распределение наносов в отмелой зоне взморья тесным образом связано с гидродинамической активностью ее вод, а состав донных отложений во многом зависит от механического состава волжских взвесей, в котором преобладают частицы 0,05 мм. Механический состав взвешенных наносов поступающих в отмелую зону показан на рис. 6.5. В половодье волжские воды выносят на взморье много частиц коллоидного размера, до 90% час тиц влекомых наносов имеют размер 0.05-0.25 мм. Песчаный материал выноситься на устьевое взморье стоковыми потоками в половодье, в меньшем количестве, чем илистый. В межень на устьевое взморье выносятся в основном только илистые частицы [84]. Основная часть наиболее крупных наносов (песок, илистый песок) выпадает из стокового потока в устьях дельтовых водотоков, не имеющих продолжения в отмелой зоне в виде каналов. По мере удаления от края дельты и уменьшения скорости течения на дно осаждаются все более мелкие частицы, это создает некоторую зональность в отложении наносов [38].
В отмелой зоне устьевого взморья Волги в динамике взвешенных веществ важную роль играет высшая водная растительность, которой занято около 70 % территории нижней дельты и отмелой зоны устьевого взморья [29]. Она оказывает существенное сопротивление движению воды, в 10-100 раз уменьшает водообмен, способствуя осаждению взвешенных частиц [28].
Так как основной сток волжских вод сосредоточен по каналам, именно в них при удалении от МКД и уменьшении скоростей течения откладывается значительная часть наносов [83]. Причем в период половодья, при резком падении скоростей течения при выходе на устьевое взморье наибольшее отложение взвеси происходит в начале каналов, а во время межени эта зона смещается к их устью. Минимальное осаждение наблюдается в секторе I, основным каналом которого является ВКК, а питающим водотоком Бахтемир (табл. 6.5). Максимальное осаждение взвеси происходит в секторе 2, питающим водотоком которого является отмирающий рукав Старая Волга
В целом около 44% взвешенного вещества, поступающего на устьевое взморье, оседает в отмелой его части, остальная часть выносится в приглубую зону. Дальнейшие процессы перемещения и осаждения взвешенных веществ подчиняются более сложным законам, при значительном увеличении солености и влиянии гидродинамических факторов Каспийского моря. Таким образом, устьевая область Волги имеет очень ..сложный режим твердого стока.. Существуют как активные водотоки, по которым происходит основной транзит воды и наносов, так и места осаждения и аккумуляции взвешенных частиц.
