КОНЦЕНТРАЦИИ ТОКСИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ Cd, Cr, Ni и Pb В ВОДАХ ЛЕДНИКОВЫХ РЕК ЦЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА
КОНЦЕНТРАЦИИ ТОКСИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ Cd, Cr, Ni и Pb В ВОДАХ ЛЕДНИКОВЫХ РЕК ЦЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА
Аннотация
Приведены результаты исследования содержания токсичных растворенных металлов Ni, Cr, Cd, Pb в водах истоков ледниковых рек Чегемского и Черекского ущелий Кабардино-Балкарской Республики, протекающих по территории высокогорной зоны. Пробы воды отбирали в августе в период интенсивного таяния ледников. Определение содержания тяжелых металлов проводилось с использованием атомно-абсорбционной спектроскопии. Представлены пространственное распределение концентраций микроэлементов в верхнем течении рек и в устьевых зонах и результаты исследования содержания экологически токсичных микроэлементов в воде горных рек Центрального Кавказа ледникового происхождения, формирующих истоки бассейнов рек Чегем и Черек. Выявлены концентрации токсичных микроэлементов в воде рек и их притоках. Показаны особенности уровня концентраций загрязняющих элементов высокого класса опасности в воде верхнего течения.
1. Введение
Оценивая качество речных вод высокогорной зоны, необходимо уделять большое внимание токсичным тяжелым металлам (Ni, Cr, Cd, Pb). Их соединения в природных водах обладают опасной токсичностью. Кларки перечисленных элементов в земной коре залегают по-разному и варьируют: Ni в пределах 58-180 мг/кг, Cr – 83-330 мг/кг, Cd – 0,013-5 мг/кг, а для Pb – до 16 мкг/кг. Известно, что средние концентрации микроэлементов в речных водах составляют 2,5 мкг/дм3 по Ni, а для Cr и Pb – по 1 мкг/дм3 , . Предельно допустимые концентрации металлов в поверхностных водах составляют для Ni и Cr 10 и 20 мкг/дм3 соответственно, для Cd всего 1 мкг/дм3, а Pb – 6 мкг/дм3 . Повышенное содержание солей тяжелых металлов в водных экосистемах может быть обусловлено как загрязнением среды, так и геохимическими особенностями региона. На основе аналитических данных о содержании того или иного токсичного элемента в воде можно судить об опасности для живых организмов.
Цель работы – выявление уровня концентраций токсичных микроэлементов Ni, Cr, Cd, Pb в водах верхнего течения высокогорных рек Черека и Чегема с ледниковым питанием. Данные по содержанию токсичных металлов в водах представленных рек в литературных источниках очень малы или отсутствуют вовсе.
2. Методы и принципы исследования
Химический состав речных вод бассейнов Черека и Чегема в верхнем течении формируется в результате природных факторов. В ранее опубликованных работах выявлено, что природно-климатические условия, характер водовмещающих пород и почв благоприятствуют формированию состава речных вод .
Объектом нашего исследования являлись реки ледникового происхождения, протекающие по территории высокогорной зоны. Наблюдения проводили от истоков до устья (равнинная зона). Отбор проб проводился по рекомендации с 15 по 17 августа 2020 года в период интенсивного таяния ледников и сезонного снега – в одну из основных фаз водного режима. В этот период происходит значительное изменение химического состава вод за счет притока большого количества талых вод в русло рек и их разбавления.
Анализ содержания растворенных форм токсичных металлов Ni, Cr, Cd, Pb проводили в аккредитованном испытательном лабораторном центре ВГИ методом атомной абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией МГА-915 .
3. Основные результаты
Река Черек является наиболее значительным притоком р. Баксан. Длина реки – 115 км, площадь водосбора – 3070 км2. Бассейн реки охватывает северный склон Главного хребта, Боковой и Скалистый хребты. В верховьях он разделен отрогами Бокового и Скалистого хребта на две части. Западную часть занимает Черек Безенгийский. Истоками реки Черек Безенгийский являются р. Безенги, берущая начало с самого большого долинного ледника Кавказа – Безенги, и р. Мижирги, берущая начало с одноименного ледника. Сток р. Чегем образуется от слияния ледниковых речек Башиль-Аузусу (13 км) и Гара-Аузусу (15 км) . По р.Черек Безенгийский начальный пункт отбора располагался у подножия ледника Уллу-Чиран, конечная точка отбора проб воды – на 115 км от истока, а для р. Чегем – от двух истоков вниз по течению реки до 74 км (см. рис. 1).
Рисунок 1 - Карта-схема расположения пунктов отбора проб воды
В бассейне представленных рек расположены альплагеря, поселения местного населения. Промышленных предприятий нет, отсюда отсутствие антропогенного влияния.
В опубликованных ранее работах , , проводился мониторинг рек Центрального Кавказа на наличие в водах загрязняющих компонентов. В данной статье представлены результаты анализа, полученные по исследованию содержания токсичных металлов в верхнем течении ледниковых рек, протекающих по высокогорной зоне Чегемского и Черекского ущелий. Измеренные концентрации тяжелых металлов представлены на рис. 2 и 3.
Рисунок 2 - Концентрации токсичных металлов в воде реки Чегем в верхнем течении и ее притоках в период летнего половодья
Рисунок 3 - Концентрации токсичных металлов в воде реки Черек и ее притоках в верхнем течении в период летнего половодья
4. Обсуждение
Никель содержался в водах исследуемых районов в широких пределах концентраций от 0,10 до 3,05 мкг/дм3 в водотоках бассейна Чегем и от 0,10 до 1,68 мкг/дм3 в водах бассейна Черека. Концентрации Ni более чем в два раза ниже кларковых значений. Каких-либо закономерностей в их динамике не выявлено. В зоне формирования р. Чегем ледниковые истоки, образующие его начальный сток, содержат 0,75 мкг/дм3 и 1,10 мкг/дм3 Ni в водах рек Башиль-Аузсу и Гара-Аузсу соответственно. Концентрации Ni были зафиксированы во всех водных объектах верхнего течения рек Чегем и Черек, а также в их притоках. В устьевых зонах на равнине содержание Ni убывало более чем в 10 раз.
В отличие от содержания Ni в истоках и водотоках исследуемых рек определены концентрации Cr, которые изменялись от 1,47 мкг/дм3 до 3,51 мкг/дм3 (воды Чегема) и несколько выше в водах р. Черек 3,02-4,56 мкг/дм3. Концентрации Cr также не превышали кларковые значения и каких-либо закономерностей в их динамике при смене высотно-климатических зон выявлено не было.
Более низкие концентрации характерны для Cd и не превышают сотых долей мкг/дм3, что совпадает с имеющимися литературными данными. Ряд наблюдений за содержанием самого токсичного микроэлемента Cd в водах Чегема и Черека также представлен на рис. 2 и 3. Его концентрации фиксировались в «следовых» количествах и не превышали 0,021 и 0,026 мкг/дм3 соответственно. В русле р. Чегем с 6 км по 47 км содержание Cd снижалось от 0,014 мкг/дм3 до 0,009 мкг/дм3, причем в речках Башиль-Аузсу (12 км от истока) и Гара-Аузсу (14 км от истока) до объединения и формирования стока р. Чегем, концентрации кадмия соответствовали 0,012 и 0,021 мкг/дм3 соответственно. Наибольший вклад по содержанию Cd вносят воды р. Гара-Аузсу ледникового происхождения – одного из истоков Чегема. Для вод бассейна Черека также характерны низкие концентрации Cd. От истока к замыкающему створу его концентрации убывали и по всей длине реки не превышали ПДК. Полученные результаты по содержанию Cd в речных водах обеих рек говорят о значительном уменьшении концентрации от истоков к устьевым зонам: 0,003 мкг/дм3 в водах р. Чегем и 0,005 мкг/дм3 в р. Черек.
5. Заключение
Для речных вод высокогорья характерен специфический гидрохимический фон. Уровни концентраций представленных микроэлементов содержатся в незначительных количествах. Установлено, что загрязнение вод токсичными металлами носит природный характер и связано это с вымыванием микропримесей из залегающих горных пород. Выявлено, что концентрации убывают от зоны истоков к замыкающим створам вниз по течению рек, и наблюдается уменьшение содержания микроэлементов в несколько раз, а для некоторых элементов до следовых количеств. Повышенное или аномально высокое содержание металлов Ni, Cr, Cd не зарегистрировано. Присутствие Pb в водах исследуемых рек высокогорной зоны не обнаружено. Данных по содержанию токсичных металлов в речных водах верхнего течения немного. Необходимо проводить постоянные наблюдения за изменением уровня загрязненности и в целом за качеством вод для сохранения благоприятной экологической обстановки.