Минерализация и уровень содержания концентраций соединений молибдена и марганца в воде рек Баксан и Малка в устьевых зонах
Минерализация и уровень содержания концентраций соединений молибдена и марганца в воде рек Баксан и Малка в устьевых зонах
Аннотация
Исследованиям минерализации и уровня содержания соединений тяжелых металлов в воде рек Центрального Кавказа (Терек, Урух, Малка, Баксан, Черек и Чегем) уделяется особое внимание, но данные по выявлению зависимости концентраций соединений тяжелых металлов от минерализации воды указанных рек отсутствуют. В данной статье проанализирована зависимость концентрации соединений молибдена и марганца в воде рек Баксан и Малка в устьевых зонах за 2022–2024гг. от минерализации.
Цель: выявить зависимости концентрации молибдена и марганца от величин минерализации в воде рек Баксан и Малка в устьевых зонах за 2022–2024гг. и оценить значения коэффициентов детерминации.
Измерение минерализации воды рек Баксан и Малка проводили с использованием портативного кондуктометра HANNA (HI 991300). В стационарных условиях во всех отобранных пробах атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М» определены концентрации растворенных форм молибдена и марганца. Данные получены в ходе полевых исследований, проведенных в 2022–2024гг.
Были рассчитаны средние значения минерализации и концентрации молибдена и марганца, полученных в феврале, марте, мае, июле, сентябре и октябре 2022–2024гг. в бассейнах рек Баксан и Малка.
На основе проведенных расчетов показана зависимость концентрации молибдена и марганца от величины минерализации воды рек Баксан и Малка за исследуемый период и получены коэффициенты детерминации.
1. Введение
Тяжелые металлы (ТМ) относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Соединения ТМ, в том числе молибдена и марганца, попадают в поверхностные воды в основном при процессах выветривания горных пород, с последующим их выщелачиванием и миграцией в подземные и поверхностные воды. ТМ в виде соединений являются особо опасными химическими веществами, так как они стабильны и сохраняются в природных водах на длительное время, даже если и устранен источник загрязнения (в отличие от загрязняющих веществ органической природы, разлагающихся в природных водах в той или иной степени) , , . В данной статье представлена предварительная оценка зависимости концентрации соединений молибдена и марганца от минерализации по данным, полученным в ходе полевых исследований, проведенных в 2022–2024гг. в устьевых зонах рек Баксан и Малка.
2. Методы и принципы исследования
Объектом исследования являлись реки Баксан и Малка. Формирование стока изучаемых рек происходит преимущественно в высокогорной зоне, характеризующейся развитием оледенения, большим количеством осадков и малым испарением , .
Река Баксан относится к бассейну р. Терек и является ее притоком второго порядка. Она берет начало на высоте 2480м на южных склонах Эльбруса от ледников Большой и Малый Азау, протекает по территории Кабардино-Балкарии, пересекая Боковой, Передовой, Скалистый, Пастбищный и Лесистый хребты и впадает в р. Малка в районе г.Прохладный. В верховьях — это горная река, ниже течёт по равнине. На протяжении всей длины (173 км) река принимает воды больших и малых притоков с площади водосбора 6800 км2. В самом бассейне Баксана (без Чегема и Черека) насчитывается 690 рек различной протяженности, из которых 18 имеют длину больше 10 км. Основными притоками являются реки Гарабаши, Терскол, Донгуз-Орун, Адылсу, Ирик, Кыртык, Адырсу, Тютюсу, Камыксу, Герхожансу, Гижгит, Кестанты, Гунделен . Помимо этого, в бассейне р. Баксан находится много выходов глубинных (как пресных, так и минеральных) и грунтовых подземных вод, сильно различающихся по химическому составу .
Питание ледниковое, снеговое и подземное. В период с июля по август уровень воды в реке повышается благодаря активному таянию снега.
К югу от города Прохладный, примерно на расстоянии 20 км до устья, будучи главным правым притоком, Баксан впадает в р. Малка. Истоки Малки находятся на северных склонах Эльбруса. С ледников Уллу-чиран, Кара-чаул, Уллу-кол, Микель-чиран, Кынгыр-сырт, Чунгур-чат-чиран стекают небольшие речки Кызыл-кол, Бирджалы-су, Сылтран-Тары-су, Каракая-су и другие безымянные ручьи, которые, сливаясь вместе в районе перевала Кая-эшик, образуют реку Малку. На этом участке выходят на поверхность скальные породы, поэтому ложе реки ступенчатое с четырьмя водопадами высотой от 20 до 40 м.
В верховьях Малка — горная река, принимающая множество притоков, среди которых наиболее крупными являются Мушта и Кичмалка (левые притоки) и Шаукол (правый). Выходя на равнину в 65 километрах от устья, Малка, сохраняя общее направление течения на восток, протекает по северной части республики и, являясь главным левым притоком, впадает в р. Терек недалеко от станицы Екатериноградской. Длина р. Малка — 210 км, площадь водосборного бассейна — 10 тысяч км² .
В зависимости от различных природных и техногенных факторов формируются гидрохимические особенности поверхностных вод исследуемой территории. Являясь одним из наиболее мощных очагов оледенения Кавказа, истоки рек расположены на северном склоне Центрального Кавказа и в пределах Главного и Бокового хребтов. Главный хребет и его отроги на большей части площади покрыты и фирновыми полями и ледниками. Только на крутых склонах обнажаются слагающие их породы (гнейсы, граниты и др.), дающее начало огромным осыпям, подвергающимся разрушению и сносу. Особенности рельефа, резкие колебания температур по высотным зонам, неравномерное распределение осадков, высотная поясность горных ландшафтов — все это способствует процессам выветривания. Благоприятные условия для дренирования коренных пород, а также процессы выщелачивания поверхностными и подземными водами пород бассейновых территорий приводит к повышению в воде рек концентраций соединений ТМ.
Формирование стока изучаемых рек происходит преимущественно в высокогорной зоне, характеризующейся развитием оледенения, большим количеством осадков и малым испарением. Водный режим определяется в основном таянием ледников и высокогорных снегов. В среднем и нижнем течении рек немаловажную роль играет грунтовое питание. Роль дождевых осадков в питании рек невелика. Наибольшая водность наблюдается в июле–августе, наименьшая — в феврале-марте. По классификации Б.Д. Зайкова водный режим рек характеризуется половодьем в теплую часть года, Тянь-Шаньского типа .
На исследуемой территории имеются промышленные скопления руд цветных металлов, заключенных в скарновых месторождениях. Одно из наиболее известных скарновых месторождений вольфрама и молибдена находится в Баксанском ущелье, по которому протекает р. Баксан .
Отборы проводились в периоды зимней межени во время половодья (на подъеме, пике, в начале и конце спада половодья), при прохождении дождевого паводка и осенью. Постоянные пункты отбора проб воды расположены в равнинной части рек (табл. 1).
Таблица 1 - Пункты отбора
Наименование объекта | Координаты, с.ш. в.д. | Расстояние от истока, км |
р. Баксан – г. Прохладный | 43.720557, 44.052013 | 169 |
р. Малка – г. Прохладный | 43.735791, 44.073953 | 190 |
При отборе проб воды сразу на месте отбора фиксировались температура воды, воздуха, прозрачность, водородный показатель и минерализация.
Измерение минерализации и водородного показателя воды (рН) исследуемых рек проводили в нижнем течении рек Баксан и Малка с использованием портативного кондуктометра HANNA (HI 991300).
Затем во всех отобранных пробах в стационарных условиях атомно-абсорбционным методом с использованием спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915М» были определены концентрации соединений молибдена и марганца.
3. Основные результаты
В статье приводятся средние значения концентрации (табл. 2) молибдена и марганца, полученных в феврале, марте, мае, июле, сентябре и октябре в устьевых зонах рек за период 2022–2024гг. В качестве нормативов использовались ПДК элементов для водоемов рыбохозяйственного назначения .
Таблица 2 - Среднемноголетние концентрации молибдена и марганца в воде рек Баксан и Малка в устьевых эонах
Металл | Концентрация, мг/дм3 | ПДК, мг/дм3 | |||||
февраль | март | май | июль | сентябрь | октябрь | ||
р. Баксан | |||||||
Мо | 0,0071 | 0,0045 | 0,0032 | 0,0020 | 0,0060 | 0,0050 | 0,001 |
Mn | 0,0094 | 0,0095 | 0,0136 | 0,0174 | 0,0178 | 0,0066 | 0,1 |
р. Малка | |||||||
Мо | 0,0050 | 0,0044 | 0,0019 | 0,0031 | 0,0039 | 0,0059 | 0,001 |
Mn | 0,0166 | 0,0116 | 0,0187 | 0,0119 | 0,0142 | 0,0115 | 0,1 |
При рассмотрении зависимости средних значений концентрации Мо и Мn от средних значений минерализации в воде р. Баксан (рис. 1) и р. Малка (рис. 2) за исследуемый период (февраль, март, май, июль, сентябрь, октябрь) выявлено, что корреляция между минерализацией и концентрацией Мо и Мn в воде р. Баксан невысокая (R²=0,4979 для зависимости концентрации Мо от минерализации; R²=0,4702 для зависимости концентрации Мn от минерализации).
Рисунок 1 - Среднемноголетняя зависимость концентрации молибдена от минерализации в воде р. Баксан за 2022-2024 гг
Рисунок 2 - Среднемноголетняя зависимость концентрации марганца от минерализации в воде р. Баксан за 2022-2024 гг
Рисунок 3 - Среднемноголетняя зависимость концентрации молибдена от минерализации в воде р. Малка за 2022-2024 гг
Рисунок 4 - Среднемноголетняя зависимость концентрации марганца от минерализации в воде р. Малка за 2022-2024 гг
Рисунок 5 - Среднемноголетняя зависимость концентрации молибдена от минерализации в воде р. Баксан за 2022-2024 гг:
1 - февраль, март, май; 2 - июль, сентябрь, октябрь
Рисунок 6 - Среднемноголетняя зависимость концентрации марганца от минерализации в воде р. Баксан за 2022-2024 гг:
1 - февраль, март, май; 2 - июль, сентябрь, октябрь
Рисунок 7 - Среднемноголетняя зависимость концентрации молибдена от минерализации в воде р. Малка за 2022-2024 гг:
1 - февраль, март, май; 2 - июль, сентябрь, октябрь
Рисунок 8 - Среднемноголетняя зависимость концентрации марганца от минерализации в воде р. Малка за 2022-2024 гг:
1 - февраль, март, май; 2 - июль, сентябрь, октябрь
Таблица 3 - Качество воды в р. Куркужин за период 2022 – 2024 гг
Река | Год | Среднее течение реки | Нижнее течение реки | ||||
УКИЗВ | Класс | Характеристика состояния загрязненности воды | УКИЗВ | Класс | Характеристика состояния загрязненности воды | ||
Куркужин | 2022 | 4,86 | 4а | грязная | 2,57 | 3а | загрязненная |
Куркужин | 2023 | 4,82 | 4а | грязная | 4,83 | 4а | грязная |
Куркужин | 2024 | 4,59 | 4б | грязная | 3,51 | 3б | очень загрязненная |
Примечание: обозначение класса качества воды и степень загрязненности воды: 2-й ККВ — слабо загрязненная; 3-й ККВ — (разряд «а») — загрязненная; 3-й ККВ — (разряд «б») — очень загрязненная; 4-й ККВ — (разряд «а») — грязная; 4-й ККВ — (разряд «б») — грязная
Возможно, одной из причин низкой корреляция, является привнос рекой Куркужин загрязняющих веществ, которые влияют на значения минерализации и зависимость концентрации марганца от минерализации воды в р. Малка в указанном периоде
4. Заключение
При рассмотрении зависимости средних значений концентрации Мо и Мn от средних значений минерализации в воде рек Баксан и Малка за исследуемый период (февраль, март, май, июль, сентябрь, октябрь) выявлено, что корреляция между минерализацией и концентрацией Мо и Мn в воде рек Баксан и Малка невысокая.
При делении сезонов на два периода коэффициент детерминации (R²) указанной зависимости для Мо в воде рек Баксан и Малка варьирует от 0,5767 до 0,9984. Коэффициент детерминации (R²) указанной зависимости для Мn в воде рек Баксан и Малка варьирует от 0,1185 до 0,9718. Низкая корреляция, возможно, объясняется антропогенным фактором.
Работы в этом направлении в дальнейшем будут продолжены.