Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

DYNAMICS OF THE CONCENTRATION OF NITROGEN-CONTAINING IONS IN THE BAKSAN RIVER FROM ITS SOURCES BEFORE REACHING THE PLAIN AND IN THE SEASONAL SNOW MASS OF THE GARABASHI GLACIER (ELBRUS)

Research article
Kerimov A.M.
Akshayakov Z.T.
Kurasheva O.A.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.115.1.039
Issue: № 1 (115), 2022
Published:
2022/01/24
PDF

ДИНАМИКА КОНЦЕНТРАЦИИ АЗОТОСОДЕРЖАЩИХ ИОНОВ В Р. БАКСАН ОТ ЕЁ ИСТОКОВ ДО ВЫХОДА НА РАВНИНУ И В СЕЗОННОЙ СНЕЖНОЙ ТОЛЩЕ ЛЕДНИКА ГАРАБАШИ (ЭЛЬБРУС)

Научная статья

Керимов А.М.1, Акшаяков З.Т.2, Курашева О.А.3, *

1, 2, 3 Высокогорный геофизический институт, Нальчик, Россия

* Корреспондирующий автор (oks.anchik[at]mail.ru)

Аннотация

В последние десятилетия подробно изучается макрохимический состав реки Баксан и её притоков от истока до города Баксана в периоды с разным гидрологическим режимом. В данной работе рассматривается динамика концентраций азотосодержащих ионов и источники загрязнения р. Баксан на 14 стационарных пунктах отбора проб, соответствующих различному уровню загрязнённости – от ультрапресных до загрязнённых с 2005 по 2007 гг., а также результаты анализов проб снега из шурфа за 2017-2018 гг. зимнего снегонакопления на эталонном леднике Гарабаши (южный склон Эльбруса) на высоте 3900 м н.у.м.. Во всех отобранных пробах измерялась величина Ph, и неорганические соединения азота (NO2- , NO3-, NH4+). Все стационарные пункты отбора проб воды расположены по основному руслу реки Баксан. Динамики концентраций азотосодержащих ионов в р. Баксан так же дополнен результатами анализа проб за 2018г.

Ключевые слова: р. Баксан, главные ионы, ледник Гарабаши, химический состав.

DYNAMICS OF THE CONCENTRATION OF NITROGEN-CONTAINING IONS IN THE BAKSAN RIVER FROM ITS SOURCES BEFORE REACHING THE PLAIN AND IN THE SEASONAL SNOW MASS OF THE GARABASHI GLACIER (ELBRUS)

Research article

Kerimov A.M.1, Akshayakov Z.T.2, Kurasheva O.A.3, *

1, 2, 3 High Mountain Geophysical Institute, Nalchik, Russia

* Corresponding author (oks.anchik[at]mail.ru)

Abstract

In recent decades, the macrochemical composition of the Baksan River and its tributaries from the source to the city of Baksan has been studied in detail during periods with different hydrological regimes. This paper examines the dynamics of concentrations of nitrogen-containing ions and sources of pollution of the Baksan River at 14 stationary sampling points corresponding to different levels of contamination — from fresh to polluted in the period from 2005 to 2007, as well as the results of analyses of snow samples from the pit for the period from 2017 to 2018 as well as the winter snow accumulation on the reference glacier Garabashi (southern slope of Elbrus) at an altitude of 3900 m above sea level. The Ph value and inorganic nitrogen compounds (NO 2-, NO 3-, NH 4+) were measured in all selected samples. All stationary water sampling points are located along the main channel of the Baksan River. The dynamics of concentrations of nitrogen-containing ions in the Baksan river is also supplemented by the results of the analysis of samples for 2018.

Keywords: R. Baksan, main ions, Garabashi glacier, chemical composition.

Введение

В условиях быстрого роста антропогенного воздействия и повсеместного изменения климата, которое происходит в последнее время, особенно важна проблема загрязнения природных вод. При изучении стокоформирующей роли ледников важны исследования их загрязнённости химическими веществами, оказывающими влияние на качество талых вод [1], [2]. Цель исследования: дать пространственно-временную характеристику концентрации азотосодержащих ионов в реке Баксан за последние десятилетия и оценить качество в данном речном бассейне.

Река Баксан берёт начало при слиянии рек Азау и Терскол, формирующихся при таянии ледников южного склона Эльбруса, и реки Донгуз-Орун. Река Баксан впадает в Малку на расстоянии 26 км от её устья. Длина реки 169 км, площадь водосборного бассейна 6800 км2 – крупнейший по площади бассейна и длине приток Малки. Основные притоки: Адыл-Су, Адыр-Су, Герхожан-Су, Кишпек, Чегем, Черек (правые), Ирик, Гуделен (левые) [3]. Места отбора проб воды выбирались с таким расчетом, чтобы каждое из них характеризовало его влияние на вещественный состав речной воды. Все 14 стационарных пунктов отбора проб воды расположены по основному руслу реки Баксан и один – «хвостохранилище» Тырнаузского Вольфрамо-Молибденного Комбината (ТВМК):

  1. р. Большой Азау (поворот на Чегет),
  2. развилка выше р. Адыл-Су,
  3. выше моста ст. «Нейтрино»,
  4. ниже с. В. Баксан,
  5. выше г. Тырныауза,
  6. ниже очистных сооружений г. Тырнауза,
  7. «хвостохранилище» ТВМК,
  8. г. Тырныауз – ниже фильтр. станции,
  9. ниже моста п. Былым,
  10. ниже родника Жанхотеко,
  11. выше п.Заюково,
  12. ниже п. Заюково,
  13. ниже с. Кызбурун 1,
  14. ниже с. Кызбурун 2 [4].
Методы исследования

Пробы отбирались в период весенней и осенней межени и летнего половодья. Химический анализы проб воды за 2005-2007 гг. проводились объёмным, пламенно-фотометрическим, фотометрическим, потенциометрическим методами [5], [6]. Определение химического состава азотосодержащих ионов на леднике Гарабаши (южный склон Эльбруса) производился вышеуказанными методами. Во всех отобранных пробах измерялась величина Ph, и неорганические соединения азота (NO2- , NO3-, NH4+).

Обсуждение результатов

По результатам анализов были рассчитаны средние значения pH и минерализации для каждого пункта отбора проб в периоды с различным гидрологическим режимом. Во всех пробах, отобранных в пунктах по основному руслу р. Баксан значения pH были ниже ПДК и менялись от 6,7 до 8,6, а в пробах из «хвостохранилища» ТВМК отобранных в 2007 г. pH было повышенным (летом 10,4, осенью 9,8) (рис. 1).

 08-02-2022 13-24-22

Рис. 1 − Расчеты средних значений pH [4].

 

Из рис. 1 видно, что, РН увеличивается вниз по течению; в период весенней межени имеют большее значение, чем в летнее половодье и осеннюю межень, что характерно для рек с ледниковым питанием. Также видно, что в пробах из хвостохранилища pH и минерализация выше, чем в пробах из соседних пунктов.

Содержание нитрат ‒ ионов на изучаемом участке реки менялось от аналитического нуля до 0,28 мг/л, что значительно ниже ПДК и позволяет характеризовать её воды как «хорошие» в отношении ионов NO3-.

Содержание нитрит – ионов в отобранных пробах колебалось от 0 до 0,180 мг/л. Превышение ПДК в два раза наблюдалось в пробах, отобранных ниже очистных сооружений Баксанской Нейтринной Обсерватории, очистных сооружений г. Тырныауза и в «хвостохранилище», что вызвано недостаточной очисткой сточных вод БНО и г. Тырныауза. Присутствие ионов аммония в поверхностных водах, как правило, указывает на свежее загрязнение т.к. далее ионы аммония окисляются до нитритов, а затем до нитратов [7].

Содержание ионов аммония на наблюдаемом участке реки варьировало от концентраций ниже предела обнаружения до 3,34 мг/л. Превышение ПДК ионов аммония в 5-7 раз в водах р. Баксан ниже очистных сооружений г. Тырныауза, ниже фильтровальной станции г. Тырныауза, ниже моста с. Былым, и ниже с. Кызбурун-2, и в «хвостохранилище» отмечалось в весенний период 2005 г. Загрязнение реки ионами аммония носит антропогенный характер и вызвано их выносом в реку сточными водами промышленных предприятий, сельскохозяйственных угодий и населённых пунктов [4], [8].

Содержание в водах р.Баксан нитрат – ионов, нитрит – ионов, ионов аммония, которые генетически связаны между собой и могут переходить друг в друга [9]. Ледник Гарабаши – часть южного склона ледникового массива Эльбруса, пятого по высоте вулкана мира (5642 м). Гарабаши, являющемся эталонным ледником, включённом в Международную службу мониторинга ледников в Швейцарии на котором ведутся непрерывные масс-балансовые измерения с 1982 г.

Пробы снега отбирались от световой поверхности в шурфе из слоев с одинаковыми структурно-стратиграфическими характеристиками, причём до начала таяния, чтобы избежать влияния дальнейшей трансформации химического состава снега. Снежная толща охватила снегонакопление за период с сентября 2017 года по июнь 2018 г. Всего было отобрано 10 проб из сезонной снежной толщи, глубина шурфа составило 125 см [10]. Анализ проб снега из шурфа представлен в табл. 1.

 

Таблица 1 − Анализ проб снега из шурфа на леднике Гарабаши (14.06.2018 г. МСК: 1100)

№ Толщина снега, см Глубина, см pH, ед Концентрация, мг/л
NO2- NO3- NH4-
1 18 18 6,39 0 0,44 0,34
2 7 28 6,95 0,007 0,57 0,76
3 8 35 6,88 0,013 0,75 0,73
4 10 57 6,60 0,014 0,57 0,57
5 12 70 6,92 0,005 1,12 0,65
6 14 90 6,70 0,005 0,44 0,40
7 10 101 6,56 0,006 0,44 0,30
8 8 110 6,54 0,003 0,65 0,42
9 13 120 6,48 0,009 1,12 0,65
10 14 ˃125 6,47 0,006 0,50 0,36
 

Анализ полученных данных показал, что минимальная концентрация водородных ионов, равная 6,39 ед. pH наблюдалась в верхнем слое, пробе №1, отобранная на глубине 18 см с толщиной слоя снега 18 см. На глубинах 28 и 70 см pH увеличивалась на 0,5 ед. и составляла 6,92-6,95 ед. pH. Концентрация NO2- варьировала от нуля до 0,014 мг/дм3, а аммония (NH4-) в пределах 0,30-0,76 мг/дм3. Накопления нитратов (NO3-) отмечалось на глубинах 70 и 120 см, составляя 1,12 мг/дм3 [9].

В зимнюю межень 13.02.2018 г. был произведен пробоотбор на некоторых из указанных выше стационарных пунктах р. Баксан. Результаты приводятся в табл. 2.

 

Таблица 2 ‒ Концетрация азотосодержащих ионов на стационарных пунктах р. Баксан за 13.012.2018 г.

№ Водные объекты pH Концентрация, мг/л
NO2- NO3- NH4+
1. р. Гарабаши, мост 7,80 0,001 4,0 0,07
2. р. Адылсу, п. Эльбрус 7,92 0,010 4,0 0,01
3. р. Баксан, выше Нейтрино 8,11 0,005 4,0 0,13
4. р. Кыртык до В. Баксана 8,22 0,001 4,0 0,14
5. р. Баксан, выше В. Баксана 8,23 0,002 4,0 0,21
6. р. Баксан, выше Тютюсу 7,86 0,008 5,0 0,12
7. р. Баксан, выше с. Бедык 8,17 0,033 10,0 0,14
 

Сравнение концентрации азотосодержащих ионов выявил следующее: содержание нитрат ионов в речной воде р. Баксан в 2005-2007 гг. в указанные выше гидрологические режимы реки почти на порядок ниже, чем в февральских пробах 2018 г. содержание нитрит ионов примерно одного порядка и содержание ионов аммония одного порядка. Сравнение концентрации речных вод и снежной толщи показывает, что pH в снежной толще близок к кислым средам, а в речных водах – щелочные значения.

Заключение

  1. По величине Ph воды реки Баксан меняются от слабокислых до слабощелочных, что является хорошим показателем для их использования в различных целях.
  2. Содержание ионов, вносящих основной вклад в минерализацию, увеличивается вниз по течению реки вследствие как природного обогащения, так и под воздействием антропогенных факторов.
  3. Ниже населённых пунктов, содержание токсичных ионов аммония и нитрит ‒ ионов в водах р. Баксан иногда превышает ПДК в 2-7 раз, вследствие выноса недостаточно очищенных сточных вод г. Тырныауза, БНО, населённых пунктов и сельскохозяйственных угодий в русло реки.
  4. С целью улучшения экологического состояния р. Баксан необходимо принятие комплекса природоохранных мер по предотвращению попадания неочищенных сточных вод и сброса бытового мусора в русло реки. Для этого необходимо наладить качественную работу очистных сооружений, регулярно проводить разъяснительную работу для повышения экологической грамотности и культуры населения с привлечением к этому СМИ.
Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Усубалиев Р.А. Изменение содержания химических элементов в системе «снег-фирн-талая ледниковая вода» / Р.А. Усубалиев // Институт географии РАН. МГИ. Вып. 101. М.: ‒2006. с. 173-175
  2. Усубалиев Р.А. Содержание химических элементов в сезонном снеге на поверхности ледников Тянь-Шаня в 2001-2003 гг. / Р.А. Усубалиев // Изв. Нац. АН Кыргызской Республики. - 2004. - № 4. с. 73-78
  3. Научно-популярная энциклопедия «Вода России» [Электронный ресурс] URL: http://www.water-rf.ru (дата обращения: 21.08.2021).
  4. Керимов А.М. Динамика концентрации главных и биогенных ионов в реке Баксан от его истоков до выхода на равнину / А.М. Керимов, Д.Л. Пшихачева, Б.Х. Биногеров // Современные фундаментальные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод России : Материалы научно-практической конференции (с международным участием) ‒ 2009. ‒ С. 108-112
  5. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье. Москва «Химия», − 1984. − 446 с.
  6. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши под ред А.Д. Семенова. Ленинград «Гидрометиздат», 1977. ‒ 542 с.
  7. Алекин О.А. «Основы гидрохимии» / О.А. Алекин. Ленинград «Гидрометиздат», 1970. − 444 с.
  8. Керимов А.М. Оценка влияния макрокомпонентов, содержащихся в ледниках Приэльбрусья, на химический состав речных вод бассейна р. Баксан / А.М. Керимов, П.Ф. Зильберман, О.В. Рототаева и др. М.: МГИ. Вып. 102. 2007. − С. 147-153
  9. Никаноров А.М. Гидрохимия / А.М. Никаноров. Санкт-Петербург. Гидрометиздат, 2001. − 443 с.
  10. Курашева О.А. Анализ содержания главных ионов в пробах снежного покрова на леднике Гарабаши за 2018 год (КБР) / О.А. Курашева // XX Международная научно-практическая конференция «Современные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации». Перьм, 15 августа 2021 г. Перьм, − С. 346-348

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Usubaliyev R.A. Izmeneniye soderzhaniya khimicheskikh elementov v sisteme «sneg-firn-talaya lednikovaya voda» [Change in the content of chemical elements in the system "snow-firn-melt glacial water"] / R.A. Usubaliyev // Institut geografii RAN MGI. [Institute of Geography RAS MGI]. Issue M.: ‒2006. p. 173-175 [in Russian]
  2. Usubaliyev R.A. Soderzhaniye khimicheskikh elementov v sezonnom snege na poverkhnosti lednikov Tyan'-Shanya v 2001-2003 gg. [The content of chemical elements in seasonal snow on the surface of the Tien Shan glaciers in 2001-2003] / A. Usubaliyev // Izv. Nats. AN Kyrgyzskoy Respubliki [Izv. Nat. Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic] - 2004. - № 4. p. 73-78. [in Russian]
  3. Nauchno-populyarnaya entsiklopediya «Voda Rossii» [Popular science encyclopedia "Water of Russia"] [Electronic resource] URL: http://www.water-rf.ru (accessed: 21.08.2021) [in Russian]
  4. Kerimov A.M. Dinamika kontsentratsii glavnykh i biogennykh ionov v reke Baksan ot yego istokov do vykhoda na ravninu [The dynamics of the concentration of the main and biogenic ions in the Baksan river from its source to the exit to the plain] / A.M. Kerimov, D.L. Pshikhacheva, B.KH. Binogerov // Sovremennyye fundamental'nyye problemy gidrokhimii i monitoringa kachestva poverkhnostnykh vod Rossii [Modern fundamental problems of hydrochemistry and monitoring of the quality of surface waters in Russia] : Materials of the scientific-practical conference (with international participation) ‒ 2009. ‒ P. 108-112. [in Russian]
  5. Lur'ye YU.YU. Analiticheskaya khimiya promyshlennykh stochnykh vod [Analytical chemistry of industrial wastewater] / YU.YU. Lur'ye. Moskva «Khimiya», 1984. − 446 [in Russian]
  6. Rukovodstvo po khimicheskomu analizu poverkhnostnykh vod sushi [Guidelines for the chemical analysis of land surface waters], edited by A.D. Leningrad "Gidrometizdat", 1977. - 542 p. [in Russian]
  7. Alekin O.A. «Osnovy gidrokhimii» ["Fundamentals of Hydrochemistry"] / O.A. Alekin. Leningrad «Gidrometizdat», 1970. − 444 [in Russian]
  8. Kerimov A.M. Otsenka vliyaniya makrokomponentov, soderzhashchikhsya v lednikakh Priel'brus'ya, na khimicheskiy sostav rechnykh vod basseyna r. Baksan. [Assessment of the effect of macrocomponents contained in the glaciers of the Elbrus region on the chemical composition of river waters in the Baksan] / A.M. Kerimov, P.F. Zil'berman, O.V. Rototayeva et al. M.: Issue. 102. 2007. − P. 147-153 [in Russian]
  9. Nikanorov A.M. Gidrokhimiya ["Hydrochemistry"] / A.M. Nikanorov. Sankt-Peterburg. Gidrometizdat 2001, − 443 [in Russian]
  10. Kurasheva O.A. Analiz soderzhaniya glavnykh ionov v probakh snezhnogo pokrova na lednike Garabashi za 2018 god (KBR) [Analysis of the content of the main ions in the samples of snow cover on the Garabashi glacier for 2018 (KBR)] / A. Kurasheva // XX Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya «Sovremennyye nauchnyye issledovaniya: aktual'nyye voprosy, dostizheniya i innovatsii» [XX International Scientific and Practical Conference "Modern Scientific Research: Topical Issues, Achievements and Innovations"]. Per'm, 15 avgusta 2021 g. Per'm, 2021. − P. 346-348 [in Russian]