Введение к работе
Актуальность темы. Рост численности населения Земли и связанные с этим зсе ускоряющееся развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства и ее химизация, укрупнение городов усиливают влияние антропогенных факторов на окружающую среду. Наиболее сильно подвержены воздействию человека водные объекты, особенно поверхностные воды (Барабанов, 1994). Степень загрязнения прігродньк вод во многих промышленно развитых странах в настоящее время превышает экологически безопасный уровень. Качество поверхностных вод в силу их важности для жизнедеятельности человека представляет особый интерес при оценке состояния окружающей среды. При планировании водохозяйственных мероприятий учет качества воды имеет не меньшее значение, чем количественная оценка ее ресурсов (Методические основы..., 1987).
Кольский Север является одним из наиболее индустриально развитых регионов России. Функционирование предприятий энергетики, черной и цветной металлургии, горнодобывающего и горноперерабатывагощего комплекса, сосредоточенных на относительно небольшой территории, сопровождается поступлением большого количества загрязняющих веществ в водоемы региона, что негативно сказывается на их состоянии. Одними из основных загрязняющих веществ для природных, оод Кольского полуострова являются тяжелые металлы и алюминий, относящиеся к микрокомпонентам (или микроэлементам, по классификации О.А. Алекнна и А. П. Виноградова) химического состава поверхностных воя, т.е. элементам, среднее содержание которых в водах обычно составляет менее 10 мг/л (Florence, 1982; Прокофьев, 1983). Металлы не подвержены биодеградации, т.е. могут длительное время влиять на экосистемы, в силу их токсігшости и способности аккумулироваться в организмах.
'Наиболее важной особенностью, отличающей металлы от других загрязняющих веществ, является то, что после попадания в окружающую среду, их потенциальная токсичность в большой степени определяется физико-химической формой нахождения элемента (Florence, 1977; Sposito, 1981; Линник и Набнванец, 1986; Жулидов, 1988). Следовательно, определение общей концентрации атемектов еще не дает определенной информации о токсичности воды ввиду отсутствия прямой зависимости между этими параметрами, Информация о формах нахождения металлов в природных водах приобретает первостепенное значение, так как они обладают разной биодоступностью, существенно влияют на биогеохимичёские циклы и перенос металлов в водоемах, способы получения питьевой it технологической вод и др. Однако, несмотря на важность проблемы, работы но изучению форм нахождения ' элементов в
поверхностных водах очень редки (Варшал и др., 1979; Линник и Набиванец, 1986; Лапин и др., 1987; Андреева и др., 1988), а в водоемах Субарктики, обладающих низкой самоочищающей способностью, не проводились. Поэтому особую актуальность приобретают вопросы, связанные с получением информации о формах миграции металлов в водных источниках холодной гумидной зоны, подверженных различному по интенсивности и характеру антропогенному влиянию.
Ряд изучаемых элементов включает приоритетные для региона загрязняющие вещества - №, Си, Со, Zn; металлы, интенсивно вымываемые из пород при закнеленнн вод (А1) и влияющие на миграционные процессы и распределение по формам других элементов (Мп, Ь'е).
Цель работы. Выявление закономерностей распределения и динамики форм металлов в водных источниках Кольского полуострова, подверженных различным по характеру и интенсивности видам антропогенного загрязнения.
Задачи исследований:
-
Апробировать аналитическую схему, позволяющую определять наряду с общими концентрациями металлов их содержание в физико-химических формах (взвешенных, растворенных, лабильных, нелабильных), отличающихся по биодоступности и миграционной способности.
-
Определить условно фоновые концентрации тяжелых металлов (ТМ) и алюминия в водах озер Кольского Севера.
-
Установить преобладающие формы металлов в стоках промышленных предприятий, их мшрационную способность, сезонную динамику, территориальное и вертикальное распределение в подверженных загрязнению водоемах.
-
Исследовать влияние эпизодического закислення на поведение форм элементов в воде ручьев в период половодья и выявить связи различных фракций металлов с основными гидрохимическими параметрами.
5. Оценить комплексообразующую способность поверхностных во/і
региона и выявить основные факторы, влияющие на степень
закомплексованности металлов.
Теоретическое значение и научная новизна. Впервые виявлень основные закономерности распределения и динамики форм элементов г различных водных объектах Кольского полуострова. Определены условие фоновые концентрации ряда металлов в поверхностных водах региона Изучено поведение форм ряда элементов в водах крупных озер полуострова 5 зависимости от вида и удаленности источника загрязнения, водного горизонт; и сезона года. Показано, что в подледный период повышаются концентрації! ТМ в лабильных формах (особенно в придонных слоях), что усугубляеі негативное воздействие на водные экосистемы. В период половодья в вод<
озер возрастает содержание растворенных форм А1 и Мп, а в летний -взвешенных форм Fe, А1 и Мп.
Впервые проведено детальное исследование динамики форм элементов в воде ручьев в период паводка дня различных типов водосборов и уровней аэротехногенного загрязнения. Выявлена тесная зависимость концентраций наиболее токсичных форм никеля, меди и алюминия от кислотности вод в весенний период. Апробирована схема оценки влияния талых вод на водоемы.
Доказано, что степень закомплексованности № и Си в поверхностных водах, подверженных техногенному загрязнению, зависит от кислотности воды и содержания органического углерода, а также концентрации растворенных форм железа и алюминия. Установлены факторы, влияющие на процессы комплексообразования металлов и выведены эмпирические уравнения связи концентрации элементов в различных формах с основными гидрохимическими параметрами.
Практическая значимость. Комплексный анализ выявленных
закономерностей поведения металлов позволяет более точно прогнозировать изменение качества воды при изменении антропогенной нагрузки и обосновывать уровень снижения выбросов. Результаты, полученные при комплексном мониторинговом исследовании закономерностей поведения элементов в озерах Кольского Севера, могут быть положены в основу природоохранных мероприятий, направленных на снижение объемов выбросов, и использоваться при проведении экологической экспертизы новых проектоз индустриального развития региона.
Полученные эмпирические зависимости позволяют расчитывать содержания различных форм металлов используя данные об основных гидрохимических параметрах. Разработанная методика может быть предложена для включения в программы экологического мониторинга качеетва окружающей среды в других регионах, подверженных загрязнению ТМ и А1.
Ца_затцту вшйс&иа;
1. Методика определения форм нахождения металлов в поверхностных водах.
-
Особенности изменения содержания микроэлементов в воде ручьев в условиях эпизодического закислення и аэротехногенного загрязнения водосборных площадей.
-
Закономерности распределения ыеталлов по формам миграции в озерах Субархтики, подверженных влиянию стоков предприятий и атмосферных выбросов.
-
Адаптированная применительно к условиям водоемов Кольского Севера методика оценки комнлексообразующей способности поверхностных вод.
Апробация работы. Методическая часть работы доложеиа на ряде региональных и международных семинарах и конференциях: "Quality assufance in environment analytical chemistry" (Rovaniemi, Finland, 1994), "Аналитические проблемы оценки локального аэротехногенного загрязнения" (Апатиты, 1994), "Inaugural symposium on development of environmental technology in the Barents region" (Kemi, Finland, 1995). Материалы диссертации доложены также на международных симпозиумах и конференциях: "Environmental and health aspects related to the production of aluminium"(Bergen, Norway, 1993), "International symposium on the ecological effects of Arctic airborne contaminants" (Reykjavik, Ireland, 1993), "2th International symposium on speciation of elements in toxicology and in environmental and biological sciences" (Loen, Norway, 1994), "5th Nordic symposium on trace elements in human health and disease" (Loen, Norway, 1994), "Mechanisms of metals transport in fresh vaters" (Luleo, Sweden, 1995), "Acid Rain'95" (Goteborg, Sweden, 1995).
Личный вклад автора Автору принадлежат методическая разработка схемы фракционирования элементов в природных водах, проведение анализов, обработка и обобщение полученных результатов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, включая 4 статьи в международных изданиях.
Объем работы: Диссертация состоит т введения, пяти глав и выводов, содержит 23 таблицы и 39 рисунков. Список литературы включает 194 названия (96 иностранных). Текст работы изложен на 97 страницах, общий объем работы - 161 страница.