РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

КОЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ СЕВЕРА

«В ПЕЧАТЬ»

Директор ИППЭС КНЦ РАН

____________________________

д.т.н. В.А. Маслобоев

«_____» __________ 2008 г.

АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВОДНЫХ СИСТЕМ ХИБИНСКОГО ГОРНОГО МАССИВА (Мурманская область)

Том 2.

Кашулин Н.А., Денисов Д.Б., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кашулина Т.Г.,

Малиновский Д.Н., Вандыш О.И., Ильяшук Б.П., Кудрявцева Л.П.

2008

Апатиты

УДК 551.312.012:502.51(471. 21)

Кашулин Н.А., Денисов Д.Б., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кашулина Т.Г., Малиновский Д.Н., Вандыш О.И., Ильяшук Б.П., Кудрявцева Л.П. АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВОДНЫХ СИСТЕМ ХИБИН (Мурманская область) – Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2008. – с.

Во второй части монографии рассматриваются современные условия формирования донных отложений водных систем Хибинского горного массива в условиях интенсивного многофакторного антропогенного воздействия, среднесрочная реконструкция процессов их трансформации и ответные реакции гидробионтов. Приведены результаты исследований современного химического состава донных отложений и закономерностей пространственного распределения в них элементов. Показаны особенности миграции ряда элементов-загрязнителей, в том числе редких, редкоземельных и щелочноземельных, в системах руда - рудничные воды – природные воды – донные отложения. На основе методов химического и диатомового послойного анализа донных отложенный реконструирована хронология трансформации качества поверхностных вод за период индустриального освоения региона. Описано современное состояние фито- и зоопланктона и зообентоса.

Монография представляет интерес для экологов, геоэкологов, гидрохимиков, геохимиков, гидробиологов.

Kashulin N.A., Denisov D.B, Sandimirov S.S., Dauvalter V.A., Kashulina T.G., Malinovskiy D.N., Vandysh O.I. Ilyashuk B.P., Kudryavtzeva L.P. Anthropogenic changes of lothic ecosystems in the murmansk region. Volume 2: Kirovsk - Apatity area. – Apatity: Kola Science Centre RAS, 2008. - p.

Reviewers:

 Kashulin N.A., Denisov D.B, Sandimirov S.S., Dauvalter V.A., Kashulina T.G., Malinovskiy D.N., Vandysh O.I. Ilyashuk B.P., Kudryavtzeva L.P.

 Institute of the North Industrial Ecology Problems RAS, 2008

 Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, 2008

Введение

Анализ результатов исследований распределения и миграции загрязняющих веществ в водной среде, изложенные в предыдущей части монографии, показал, что гидрохимические показатели чрезвычайно динамичны и вариабельны. Прежде всего, это характерно для лотических систем. Чтобы иметь реальное представление о процессах происходящих в водоеме, необходимо большое количество точек и высокая частота отбора проб, широкий спектр контролируемых параметров. Это неизбежно ведет к усложнению и удорожанию программ мониторинга, к трудностям интерпретации полученных результатов. Отсутствие достоверной информации о природном состоянии водных объектов, о динамике гидрохимических показателей за период индустриального развития региона делает необходимым использовать комплексные методы анализа природных сред, позволяющие как реконструировать процессы трансформации качества вод, так получить интегрированные в пространстве и во времени показатели их современного состояния. К таким методам относятся методы изучения химического состава донных отложений озер, палеолимнологические методы, методы биоиндикации. Обсуждению результатов исследований водоемов Хибинского горного массива этими методами и посвящена вторая часть монографии.

Глава 5. Химический состав донных отложений водоемов Хибинского горного массива

В большинстве водных систем, концентрации элементов в верхних нескольких сантиметрах донных отложений намного выше, чем концентрации элементов, растворенных в водной толще. Следовательно, распределение, транспорт и доступность этих веществ в водных экосистемах не могут быть правильно оценены, и не может быть определено или предсказано их влияние на окружающую среду исключительно посредством только отбора проб воды.

Основной целью большинства исследований, ориентированных на химическую оценку качества вод, является описание или оценка существующих условий окружающей среды и попытка идентифицировать источник (или источники) загрязняющих веществ. Равно важной целью является попытка предсказать или определить потенциальное действие загрязняющих веществ на живые организмы. Эта цель может сопровождаться такими задачами, как определение биодоступности и мест осаждения химических веществ и потенциального токсичного действия этих веществ.

Исторически оценку содержания элементов в водных системах проводили, анализируя только образцы воды. Эта оценка влекла за собой определение валовых концентраций элементов и соединений и их содержание в растворенной форме посредством отбора и анализа соответственно нефильтрованной и фильтрованной воды. Концентрации, связанные с взвешенными веществами (взвеси, сестон), определялись косвенно с помощью разницы между общими и растворенными концентрациями. Известно, что этот подход бросает сомнение на достоверность результатов химических анализов взвешенных веществ. Как результат, качество воды определяется на основе концентраций различных веществ, обнаруженных в растворе (Feltz, 1980). Тесная связь множества токсичных элементов (например, As, Cd, Hg, Pb, Zn) с сестоном и донных отложений означает, что распределение, транспорт и доступность этих элементов не могут быть правильно оценены исключительно посредством отбора проб воды и анализа растворимой фазы.

Вследствие того, что донные отложения могут вести себя как хранилище для многих токсичных элементов и соединений, они могут, по нескольким причинам, серьезно рассматриваться при планировании и разработке любых исследований по определению качества воды. Во-первых, участки накопления ненарушенных донных отложений содержат исторические записи прошлых химических условий. Если может быть найден достаточно большой и стабильный участок накопления донных отложений, то это позволит исследователю изучать изменения во времени и установить фоновые уровни, с которыми могут сравниваться и сопоставляться существующие условия. Во-вторых, под влиянием изменения физико-химических условий окружающей среды (например, pH, Eh, растворенный кислород, бактериальная активность), связанные с донными отложениями элементы могут перейти в водную толщу и, возможно, поступать в пищевую цепь и иметь значительное влияние на окружающую среду. В третьих, некоторые относительно инертные или безвредные для окружающей среды неорганические вещества могут разрушаться или реагировать с другими, образуя растворимые и потенциально токсичные формы (например, переход элементарной ртути в метил ртути). В дополнение, донные отложения могут рассматриваться как один из главных источников загрязнения. Следовательно, они должны исследоваться для определения потенциального переноса загрязняющих веществ. Под влиянием изменения гидрологических условий (например, сильный шторм или весенний паводок), проблема загрязнения местности может внезапно стать острой и в результате привести к значительному воздействию на окружающую среду.

Вышеприведенные доводы свидетельствует о том, что данные о донных отложениях, так же как и о растворенной и взвешенных фазах, необходимы для развития всестороннего понимания воздействия элементов на качество воды. В результате использования этих данных возможна идентификация источников поступления загрязняющих веществ (в том числе тяжелых металлов), установление путей миграции и потенциального токсичного действия на окружающей среду в повышенных содержаниях. Таким образом, данные о химическом составе донных отложений необходимы для моделирования переноса загрязняющих веществ в водных системах и окружающей среде в целом, для оценки геохимических циклов и для заключения о доступности различных элементов в экологической системе.

Для изучения истории развития и загрязнения территории Хибинского горного массива и оценки современного состояния поверхностных вод были исследованы донные отложения водных объектов двух озерно-речных систем водосборов рек Большая Белая и Куна. Были отобраны колонки донных отложений длиной от 8 до 25 см отборником колонок донных отложений открытого гравитационного типа (внутренний диаметр 44 мм) с автоматически закрывающейся диафрагмой. Отборник изготовлен из плексигласа по образцу, разработанному Скогхеймом (Skogheim, 1979). Методика отбора проб донных отложений, первичной обработки и химического анализа подробно описана в первой части монографической серии (Кашулин и др., 2005). Для оценки степени загрязнения пресноводных экосистем использовалась методика определения коэффициента загрязнения Хокансона (Håkanson, 1980), адаптированная для условий Европейской субарктики. Коэффициент загрязнения (C_f) подсчитывался как частное от деления концентрации элемента в поверхностном слое донных отложений (0-1 см) к фоновому значению в самой глубокой части колонки.

Характеристика отобранных колонок донных отложений исследуемых озер дана в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Характеристика колонок донных отложений озер Хибинского горного массива, отобранных для химического анализа. H – глубина озера в месте отбора колонки, м; L – длина колонки, см

Водный объект	H, м	L, см	Дата отбора
Озерно-речная система р. Б. Белая
губа Белая оз. Имандра	11.0	25	27.08.02
оз. Большой Вудъявр	33.0	25	28.09.00
оз. Малый Вудъявр	10.5	8	27.08.02
оз. Купальное	4.8	9	28.09.00
Озерно-речная система р. Куна
устье р. Куна	8.0	11	09.08.02
оз. Куна	14.0	15	09.08.02
оз. Травяное	1.5	23	08.04.02
оз. Гольцовое	20.0	15	15.06.01
оз. Сердцевидное	5.6	14	01.10.93

При оценке экологического состояния водных объектов по результатам исследования донных отложений очень важно иметь достоверные значения фоновых концентраций элементов и соединений в донных отложениях. Фоновые значения характерны для донных отложений, отложившихся более 200 лет тому назад, которые характеризуют период до любого заметного загрязнения. В табл. 4.1 первой части монографической серии (Кашулин и др., 2005) приводятся значения фоновых концентраций элементов в донных отложениях озер Кольского полуострова (Даувальтер, 1999). Ниже приводится характеристика распределения концентраций элементов в колонках донных отложений озер водосборов рек Большая Белая и Куна, которые являются самыми крупными озерно-речными системами западной части Хибинского горного массива. Эти реки несут свои воды в северный плес оз. Имандра – Большую Имандру. Для оценки экологического состояния озер используются как данные по фоновым концентрациям элементов в озерах Кольского полуострова, так и концентрации элементов в самых глубоких частях колонок донных отложений. Концентрации металлов и значения ППП в колонках донных отложениях исследуемых озер представлены в табл. 5.2-5.10.