Chemical water composition of Lake Baskunchak
Chemical water composition of Lake Baskunchak
Abstract
In a large, endorheic, self-sedimenting, hypersaline lake Baskunchak, located in the Caspian lowland, in different periods, studies of the chemical composition of water (brine) were carried out, in which salinity, pH values, concentrations of dissolved O2 and major ions were determined. In wet periods of the year (spring and autumn) Lake Baskunchak is a "rapa" lake with the maximum level of rapa up to 0.7 metres. The lake waters are characterized by high mineralization (313.5-334.7 g/l), slightly acidic – neutral pH (5.75-6.80) and oxygen saturation (>100% saturation). In terms of chemical composition, the lake water in all periods belonged to the chloride water class, sodium water group. In general, the waters of Lake Baskunchak are characterized by relative stability of the main components of chemical composition, with slightly higher salinity in summer and minimum salinity in spring.
1. Введение
Озеро Баскунчак – это бессточное самосадочное соленое озеро, расположенное в пределах Боткульско-Баскунчакской депрессии, входящей в состав Прикаспийской низменности, примерно в 270 км к северу от Каспийского моря, в 53 км и 50 км к востоку от р. Волги и от г. Ахтубинска, соответственно. Вблизи озера находятся поселки Верхний Баскунчак, Средний Баскунчак и Нижний Баскунчак. Административно озеро относится к Ахтубинскому району Астраханской области.
Озеро Баскунчак одно из самых больших из всех известных соляных озер мира. Его площадь – около 96 км², длина береговой линии – 42 км. Озеро вытянуто с северо-запада на юго-восток на 16.5 км, максимальная ширина – до 9 км. Урез воды (рапы) в озере находится на 21 м ниже уровня моря. Во влажные периоды года (весна и осень) оз. Баскунчак представляет собой «рапное» озеро с максимальным уровнем рапы до 1 метра .
Солёное озеро Баскунчак – одно из крупнейших месторождений соли в России, на котором соледобытчики компании «Руссоль» работают открытым способом, разрабатывая самый верхний слой. Помимо солей, в прибрежной зоне озера накапливаются черные маслянистые иловые отложения (называемые грязями или пелоидами). Эти отложения, исходя из их физико-химических показателей и в соответствии с Классификацией лечебных грязей Минздрава России, относятся к лечебным соленасыщенным сильносульфидным грязям континентального происхождения. Их лечебная значимость обусловлена содержанием больших количеств сульфидов железа и водорастворимых солей, в том числе терапевтически активных брома и бора, а также относительно хорошими тепловыми и вязкопластичными свойствами. Линзы грязи, расположенные на западе озера, используются санаторием ООО «Руссоль-курорт», который имеет лицензию на их разработку и использование. Также на берегах озера в летнее время всегда много отдыхающих, занимающихся самолечением грязями и принимающих рапные ванны.
Практически весь периметр озера окаймляет территория «Богдинско-Баскунчакского» государственного природного заповедника, обладающего разнообразными ландшафтами, уникальным растительным и животным миром. В пределах заповедника находится самая высокая возвышенность Прикаспийской низменности – гора Большое Богдо, высота которой составляет около 150 метров.
Озеро Баскунчак возникло в западной части Прикаспийской низменности в результате солянокупольной тектоники, как компенсационная впадина (мульда), расположенная между соляными куполами и имеющая мощность озерных отложений четвертичного возраста свыше 270 м . Эти отложения представляют собой чередование терригенных пород морского генезиса и хемогенных соляных пород, образовавшихся в периоды континентальных перерывов . Соляные купола данного района имеют сходное строение и представлены толщей галита (по геофизическим данным их мощность превышает 800 м), перекрытой в кровле гипсовыми отложениями мощностью от первых десятков до 80 метров. Глубина залегания «гипсовой шляпы» меняется от 0 до 50 метров .
Соленость оз. Баскунчак составляет около 300 г/л, что связано как с поступлением в озеро высокоминерализованных вод водотоков, так и аридным климатом, обусловливающим высокую испаряемость воды , .
Целью работы является изучение сезонных изменений минерализации и концентраций основных ионов в воде (рапе) озера Баскунчак.
2. Методы и материалы исследования
Озеро Баскунчак было исследовано в июне и октябре 2023 г., и в июне 2024 г. В периоды наблюдений в озере были отобраны пробы воды (рапы) в 1.1 км от его береговой линии (т. 1) (рис. 1). Также для анализа привлечены данные авторов, полученные в ходе исследования озера Баскунчак в мае 2019 г. . В воде определены соленость, значения рН, температуры, концентрации растворенного О2 и основных ионов. Дно в точке отбора проб устлано 8–12 см слоем плотного крупнозернистого галита светло-серого цвета; мощность рапы в зависимости от периода исследований варьировалась от 10 до 25 см.
Рисунок 1 - Местоположение точек наблюдения в озере Баскунчак
3. Основные результаты и их обсуждение
Для вод озера Баскунчак характерны (табл. 1) высокая минерализация – от 318.1 (в октябре 2023 г.) до 334.7 г/л (в июне 2024 г.), слабокислый рН – 5.75–5.89, концентрации растворенного кислорода – 3.16–3.24 мг/л, что при имеющейся солености и температуре говорит о пересыщении вод кислородом .
В соответствии с классификацией О.А. Алекина по химическому составу воды озера во все периоды относились к классу хлоридных вод, группе натриевых вод, третьему типу (табл. 2). При этом наблюдаются некоторые изменения в ионном составе – увеличение или уменьшение ионов SO42-, Са2+, Mg2+.
Таблица 1 - Результаты исследований рапы озера Баскунчак
№ точки | Координаты, сш./в.д.
| Дата отбора проб | Темп-ра воды, ºС / Минерализация, г/л | pH / О2, мг/л | Минерализация, мг/л |
1
| 48°12'47.00"/ 46°51'10.55" | июнь 2023 г. | 21,0 320,2 | 5,75 - | 320188,0 |
октябрь 2023 г. | 8,4 318,1 | 5,75 3,16 | 318110,4 | ||
июнь 2024 г. | 22,5 334,7 | 5,89 3,24 | 334702,3 | ||
2 **
| 48°11'51.90"/ 46°49'48.66" | май 2019 г. | 11,0 313,5 | 6,80 - | 313483,2 |
Примечание: * – данные по точке 2 взяты из работы [3]
Таблица 2 - Результаты исследований рапы озера Баскунчак
Точка наблюдения | Дата отбора пробы | HCO3-, мг/л | Cl-, мг/л | SO42-, мг/л | Ca2+, мг/л | Mg2+, мг/л | Na+ + К+, мг/л |
1 | июнь 2023 г. | 60,6 | 201400,0 | 1513,4 | 14966,0 | 13428,0 | 88820,0 |
октябрь 2023 г. | 63,4 | 199508,0 | 5666,0 | 8489,0 | 20214,0 | 84170,0 | |
июнь 2024 г. | 70,2 | 209399,9 | 2881,8 | 7014,0 | 15808,0 | 99528,4 | |
2 | май 2019 г. | 48,8 | 195757,0 | 1200,0 | 6442,0 | 14667,9 | 95367,5 |
Значения изученных гидрохимических показателей воды хорошо согласуются с результатами исследований, проведенных авторами в мае 2019 г. (см. табл. 1) в озере Баскунчак на удалении 0,3 км от береговой линии озера (т. 2). В этой точке мощность рапы не превышала 15 см, а дно было устлано 1-2 см коркой твердого крупнозернистого галита от чисто белого до светло-серого цвета. Минерализация вод озера в этот период была немного ниже, чем в летне-осенний период 2023 и 2024 гг. и составляла 313,5 г/л, рН – 6,67.
В целом воды озера Баскунчак характеризуются относительной стабильностью основных компонентов химического состава (табл. 2) с несколько более высокой минерализацией летом и минимальной минерализацией весной, что согласуется с исследованиями , , , .
Экстремальная соленость озера связана как с поступлением в озеро высокоминерализованных вод ручьев , , так и аридным климатом, обусловливающим высокую испаряемость. Высокая минерализация ручьев обусловлена их преимущественным питанием водами подземных источников, которые насыщаются солью при циркуляции в зоне соляных штоков, а также обогащаются сульфатами при восхождении к дневной поверхности по перекрывающим соляные купола сильнозакарстованным гипсоносным отложениям пермского возраста , .
4. Заключение
Воды озера Баскунчак характеризуются относительной стабильностью основных компонентов химического состава. По химическому составу воды озера во все периоды относились к классу хлоридных вод, группе натриевых вод, третьему типу. При этом их минерализация варьировалась в небольшом диапазоне – от 313,5 до 334,7 г/л, с несколько более высокими значениями летом и минимальными весной. рН рапы в летне-осенний период был слабокислым (5,75–5,89), в весенний период нейтральным (6,80). Концентрации растворенного кислорода составляли 3,16–3,24 мг/л (>100% насыщения), что, наряду с хорошей аэрацией маломощной толщи рапы озера, может свидетельствовать о низкой интенсивности процессов окисления органического вещества.