Актуальность изучение природных вод Южного Приаралья

АКТУАЛЬНОСТЬ ИЗУЧЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД ЮЖНОГО ПРИАРАЛЬЯ

А. Жумамуратов, ,

Нукусский государственный пединститут им. Ажинияза

Природные воды являются самым мобильным источником информации, их химический состав содержит информацию как о процессах недавнего прошлого, так и о процессах, происшедших за геологические эпохи. 

Поэтому изучение элементного состава природных вод всегда находится под пристальным вниманием исследователей, является актуальной задачей и позволяет решать важнейшие геохимические, гидрохимические и, наконец, экологические задачи.

Усыхание Аральского моря привело к значительному гидрохимическому изменению состояния как поверхностных, так и подпочвенных вод Каракалпакии. Данное время исследование состояния природных вод зоны Приаралья является одной из важнейших задач современности, поскольку экстремальная катастрофическая экологическая ситуация региона непосредственно связана с изменением движения, химического состава, температуры и другие физико-химических и биологических свойств природных вод.

Вопросы водообеспечения отдельных регионов и питьевые качества воды в зоне Приаралья достаточно подробно изучены исследователями Каракалпакии [1-3]. В этих работах показано, что под воздействием негативных антропогенных факторов в регионе произошло снижение иммунитета у населения, в результате чего широкое распространение получили анемии, туберкулез, болезни желудочно-кишечного тракта, почек и т. д. Подчеркивается, что развитие этих болезней связано с употреблением малопригодной воды. Зафиксированы данные о высокой детской смертности по сравнению как со странами СНГ, так и в сравнении со средними данными по Республике Узбекистан.

Поэтому мы перед собой поставили задачу изучения элементного состава природных вод Каракалпакии и попытались на основе этих данных проследить пути возможного их рассеивания и накопления.

Вопросы подготовки водных проб к активационному анализу обсуждены в работах [4, 5], где дается ряд рекомендаций по предотвращению потери химических элементов при длительном хранении в различных сосудах (кварц, стекло, полиэтилен и т. д.), выпариванию до состояний сухого остатка. Поэтому, учитывая эти рекомендации, мы отбор проб воды производили только в стеклянной посуде (сорбция отдельных химических элементов не более 20%), перед отбором дважды споласкивали вымытые сосуды дистиллированной водой, а затем наполняли их водой, предназначенной для анализа. Выпаривание проводили на песчаной бане при температуре не выше 70-80 0С.

Методом инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА) было исследовано содержание и распределение химических элементов в  речных и коллекторных вод Каракалпакии. В качестве источника нейтронов использовался ядерный реактор ВВР-СМ ИЯФ АН РУз с потоком нейтронов 5•1013 нейт./см2 сек. Гамма-спектр облученных проб измеряли на установке с использованием полупроводникового Ge(Li)-детектора объемом 100 см3, с энергетическим разрешением 3,5 кэВ по γ-линии 1332 кэВ 60Co в сочетании с персональным компьютером типа IBM-PC-386. Содержание элементов было определено относительным методом.

Результаты активационного анализа речной воды Амударьи, отобранной летом 2003 г ниже Тахяташского моста и коллекторной воды, отобранной в мае месяце 2003 года в центральном коллекторе Канлыкульского района приводятся в табл. 1 и на рис. 1

Простое сравнение состава речных и коллекторных вод между собой показывает, что состав коллекторных вод от 0,5 до 50 раз обогащен различными химическими элементами.

Рис.1.Сравнительная характеристика речных и коллекторных вод

Южного Приаралья.

Известно, что элементный состав речных вод Амударьи формируется в различных физико-географических, геологических и гидрогеологических условиях, начиная с Памира до Аральского моря.  В последние годы в русло река Амударьи сбрасывают коллекторные воды различной минерализации, тем самым, обогащая состав речных вод не только солями химических элементов, но и пестицидами [6].

Видно, что химический состав речной воды, относительно постоянен, в отличие от подземных и коллекторных вод.

При взаимодействии речных вод с почвами, в зависимости от количества и скорости движения воды, интенсивность растворения и выщелачивания ионов химических элементов увеличиваются. Здесь первостепенное значение имеет химическое состоянии почв и содержание самих химических элементов. Интенсивность испарения, естественно, увеличивает степень минерализации не только почвы, но и природной воды.

  В нашем случае видим, что каждый химический элемент, в соответствии со своими физико-химическими свойствами, выносится из почвы подпочвенными растворами по разному и по-видимому, его содержание в воде определяется современным экологическим состоянием региона. Сильное засоление почв и вследствие этого создание щелочной среды, приводит к определенным условиям растворения одних химических элементов, а для других создает переход к образованию нерастворимых соединений. Данные процессы в условиях аридной зоны, по нашим наблюдениям, являются повсеместными.

Отношение Ск/Ср характеризует степень выноса или обогащение коллекторных вод отдельными химическими элементами. (Ср - содержание элементов в речной воде, Ск - содержание элемента в коллекторной воде - вынос элементов грунтовыми водами). Одновременно был подсчитан коэффициент обогащения, который определяется отношением [7].

где (Сх и Соп)обр. - содержание сравнительного и опорного элемента в исследуемой объекте, (Сх и Сsc)з. к - содержание исследуемого и опорного (Sc) элемента в земной коре (кларки элементов). В качестве опорного элемента можно использовать Al, Fe, Sc и т. д. Эти элементы, их почвенное происхождения и их кларки  достаточно надежно установлены. В нашем случае отношение Ск/Ср и КО могут быть использовано для объяснения процессов, происходящих в природных водах. При КО1 имеем дело с элементами, которые по происхождению относятся к почвенной или литогенной пыли, а при КО1 присутствие элемента в водах вызвано антропогенными или геохимическими аномальными источниками (либо месторождения, либо загрязнения).

Таблица 1.

Содержание химических элементов в водных пробах из р. Амударьи и

коллекторных вод, мкг/л, *мг/л.

Элемент	р. Амударья	КО. Вода р. Амударьи	Коллекторная вода	КО. Коллекторная вода	Ск./Ср.
Na*	80	0,016	600	0,005	7,5
K*	90	0,018	400	0,005	4,4
Sc	2,0	0,0004	5,0	0,00032	2,5
Cr	9,0	0,054	20	-	2,2
Fe*	400,0	0,05	1000,0	0,48	2,5
Co	0,8	0,22	40	4,44	50
Zn	40,0	2,4	700	16,66	17,5
As	2,0	5,9	40,0	47,6	20
Se	0,9	90,0	30,0	1200	33,3
Rb	6	0,2	40	0,53	6,7
Mo	4	18,2	50	90,9	12,5
Cd	0,8	30,8	30,0	461,5	3,8
La	4,0	0,69	50,0	3,4	12,5
Ag	0,2	14,3	3,0	8,6	15
Sb	2,0	20,0	60,0	240	15
Cs	0,03	4,05	0,4	0,22	13,3
Ba	50	0,38	600	1,85	12
Hf	0,06	0,30	0,10	0,20	1,7
W	0,8	2,22	6,0	5,23	7,5
Au	0,06	6,98	0,3	139,5	50
Hg	0,8	47,0	2,0	48,2	2,5
Ce	4,0	0,29	6	0,17	1,5
Eu	0,02	0,08	0,7	1,08	35
Sm	0,3	0,19	0,4	0,10	1,3
Yb	0,2	2,0	0,4	2,42	2
Br	8,0	19,0	4,0	3,80	0,5
Th	0,07	0,279	0,3	0,46	4,2
U	0,7	0,6	2,0	1,6	2,9

Общеизвестно, что минерализация (в нашим случае в речной воде - 3 г/л, а в коллекторной воде – 19 г/л) природных вод взаимосвязана с растворимостью солей. В пресных водах 30-60% состава минеральных солей определяет окись кремния, карбонаты и бикарбонаты Са, Mg, Na. В умеренно-соленых водах увеличивается концентрация сульфатов и ионов хлора и натрия, в рассолах - хлоридов натрия, кальция и магния.

Рассмотрим изменение КО и отношение Ск/Ср для отдельных элементов (см. табл.1).

Натрий и калий. Содержание элементов соответственно составило 80 и 600мг/л. Отношение Ск/Ср составило 12 и 4.4, т. е. коллекторные воды обогащены этими элементами. Натрий и калий являются доминирующими элементами в природных водах и путем выщелачивания легко выносятся из почвы. Коэффициент обогащения соответственно составил для Na и K в речных и коллекторных водах 0.02 и 0.05, что значительно меньше единицы и, по-видимому, по происхождению относится к литогенной. Высокие концентрации Na и К в речной воде Амударьи связаны с загрязнением вод этими элементами за счет сброса коллекторно-дренажных вод в русло реки.

Скадий и РЗЭ (La, Ce, Eu, Sm, Yb и т. д.). Отношение Ск/Ср для всех элементов этой группы (Sc-25, La-12,5, Ce-1,5, Eu-35,0, Sm-1,3, Yb-2,0) очень высокое (1,3-35), что свидетельствуют о том, что эта группа элементов легко выщелачивается из почвы и обогащает состав коллекторно-дренажных вод региона. Величины коэффициентов обогащения составили в речных водах La-0,69, Ce-0,29, Eu-0,08, Sm-0,19, Yb-2. Данные элементы за исключением Yb имеют литогенное происхождения. Что касается дренажно-коллекторных вод, то для них мы имеем следующие величины КО: La-3,4; Ce-0,17; Eu-1,08; Sm-0,10; Yb-2,42. Поскольку в качестве опорного элемента мы остановились на Sc, его КО можно брать равным единице. Отсюда видно, что коллекторные воды значительно обогащены вышеуказанными элементами. Эти элементы входят и в состав минеральных удобрений и в процессе их внесения почвы загрязняются не только РЗЭ, но и торием и ураном.

Железо, хром, кобальт, цинк, мышьяк, сурьма, селен, молибден, серебро, кадмий. Данная группа элементов имеет следующие величины Ск/Ср; Fe - 2,5; Cr – 2,2; Co - 50; Zn - 17,5; As - 20; Sb – 30,0; Se - 33,3; Mo - 12,5; Ag – 15; Cd – 38,0. Состав коллекторно-дренажных вод обогащен этими элементами, они хорошо выщелачиваются из почвы и тем самым обедняют состав почв используемых в сельском хозяйстве республики. Некоторые из этих элементов, например мышьяк и сурьма, являются постоянными компонентами всех вод, которые омывают рудные тела, особенно в зоне их окисления. Многие из них входят в состав ядохимикатов. Мышьяк и сурьма в природных условиях могут образовывать растворимые органические соединения.

Коэффициент обогащения вышеуказанных элементов в речных водах: Zn-2,4; As-5,9; Se-90,0; Mo-18,2; Cd-30,8; Ag-14,3; Sb-20 (табл. 1) достаточно высоко, за исключением Fe-0,05 и Cr-0,054. В природных водах Fe и Cr могут находиться в форме взвесей самого различного состава в адсорбированном состоянии. Оба элемента по происхождению являются литогенными. Высокие значения КО, полученные для остальных элементов, мы приписываем антропогенному загрязнению, и природному обогащению за счет привноса химических элементов водами.

Высокие коэффициенты обогащения вышеуказанных элементов в коллекторно-дренажных водах (см. табл.1) показывают, что данные элементы в условиях засоления, по-видимому, имеются в растворимом виде и поэтому степень их выноса находится на достаточно высоком уровне. Как будет показано в последующем изложении материала, закономерности распределения этих элементов имеют некоторую зональную направленность.

Золото, вольфрам, ртуть. Эти элементы в речных водах соответственно равны: Au – 0,06; W –0,8; Hg – 0,8 мкг/л. В коллекторно-дренажных водах их содержание соответственно в 5,0; 7,5 и 2,5 раза больше, чем в речной воде. Уровень растворения и выноса их из почвы достаточно высок. По видимому, их миграция связана с органоминеральными и коллоидными частицами. Величины коэффициентов обогащения, как в речных, так и в коллекторно-дренажных водах также очень высоки, и мы склонны данную ситуацию связывать с антропогенными загрязнениями и аномалиями, связанными с месторождениями, либо же с их накоплением в течение тысячелетий водами р. Амударьи. Конечно, такое утверждение требует уточнения, для чего необходимо привлечение геохимических методов поиска.

Рубидий, цезий, барий. Содержание этих элементов соответственно равно 6,0; 0,03 и 50 мг/л. Геохимическое поведение рубидия близко к калию, а цезий больше похож на рубидий. Соли этих элементов хорошо растворимы в воде, хотя имеются определенные различия. В природе мигрируют совместно. Rb, Cs, Ba совместно с K и Nа быстро извлекаются из почвы, вследствие хорошей растворимости, о чем свидетельствует данные по отношению Ск/Ср и КО (табл.1).

В сухом климате эти элементы менее подвижны. Практически эти элементы участвуют в испарительной концентрации наряду с натрием, а накопление в соленных водах озер невелико, поскольку они сорбируются илами. Цезий и барий - геохимический родственные элементы, но барий относительно легко поглощается живыми организмами. Все элементы легко осаждаются на сульфатном и карбонатном барьерах.

Гафний, тантал, торий и уран. Основным источником поступления этих элементов в природные воды являются горные породы, руды, в которых эти элементы находятся в виде изоморфных примесей или в сорбированном состоянии. Для речных вод отношении Ск/Ср ниже единицы, в дренажно-коллекторных водах данная величина выше единицы. Содержание Hf (1,7) и U (2,9) в составе коллекторных вод имеет антропогенное происхождение, поскольку этими элементами почва загрязняется в процессе внесения минеральных удобрений, особенно фосфорных.

Поступление и перераспределение огромной массы солей и микроэлементов с фильтрационными водами из каналов, с оттоками грунтовых вод с орошаемых массивов, со сбросами дренажно-коллекторных вод в открытые оазисы привело к глубокой трансформации природной среды зоны Южной Приаралья, особенно в бывшей дельте Амударьи.

Результаты нейтронно-активационного анализа вод Амударьи показывают, что элементный состав вод в летнее время (июль) более менее стабилен, а в зимние и весенние периоды (декабрь, январь, февраль, март, апрель) происходит загрязнение практически всеми элементами. Обнаружено повышенное содержание химических элементов в дренажно-коллекторной воде по сравнению с речными водами.

Сравнение полученных результатов с ПДК отдельных элементов показывает, что содержание химических элементов как в речных, так и в дренажно-коллекторных водах превосходит ПДК от 2 до 700000 раз (в случае Zn). Только в речной воде содержание Na составило 0,27 ПДК.

Таким образом, результаты анализа проб воды Амударьи и дренажно-коллекторных вод, отобранных в зоне экологического бедствия, показывают, что данные воды загрязнены практически всеми элементами. Содержание химических элементов в дренажно-коллекторной воде от 0,5 до 50 раз больше, чем в речных водах. Привнос солей и микроэлементов с речными водами составляет более 72 кг/га в год.

Литература

, , Экология и здоровье человека. Нукус, 1993, с.153. , , Химический состав питьевых вод Республики Каракалпакии. Вестник ККО АН Руз. Нукус, 1998, с.4-12. , Экологическая обстановка ухудшается. Вестник ККО АН Руз.2001, №1-2, с.12-15. , Методы оптической спектроскопии и люменисценции в анализе природных и сточных вод. М. Наука, 1988, 215с. зучение  потерь золота мышьяка, сурьмы, ртути и кадмия при подготовке водных проб к анализу методом нейтронной активации. В кн. Радиоактивационные методы анализа объектов природного происхождения. Ташкент, Фан, 1980,с.59-62. , , и др. Гигеническая оценка пестицидов применяемых в Республике Каракалпакии. Нукус, «Билим»2002, с.75. Феноменология биогеохимии и бионеорганической химии. Ташкент, ФАН, 236с. , , Аральский кризис и медико-социальные проблемы Каракалпакстана, Нукус, «Билим» 2001. 116с.