Содержание токсичных металлов в водах ледниковых рек Центрального Кавказа в различные сезоны года

Введение

Тяжелые металлы могут поступать в водоемы в результате природных процессов. Выветривание и вымывание горных пород и минералов, наличие эрозийных процессов, селевые смывы, поступление паводковых вод – все перечисленные факторы характерны для территории протекания рек Центрального Кавказа (Малка, Баксан, Черек, Терек). Антропогенное влияние могут оказывать и другие источники загрязнения окружающей среды. Это и выбросы автомобильного транспорта, сельское хозяйство, бытовые стоки. В водоёмы рек (Баксан) микроэлементы поступают со стоками с техногенной территории горнодобывающей промышленности. Продолжительное время происходит постоянное техногенное воздействие (отходы, хвостохранилища, карьеры) на водную экосистему. В опубликованных ранее статьях по загрязнению рек ледникового происхождения мы использовали только две фазы гидрологического режима рек, в дальнейшем проводили круглогодичный мониторинг, охватывая все сезоны года [1, с. 1; 2, с. 336; 3, с. 464; 4, с. 18; 5, с. 191; 6, с. 11].

Большое значение имеет уровень загрязнения природной среды, подверженность территории антропогенному загрязнению локального масштаба. Вынос токсичных металлов речными водами, стоками, выпадение из воздушной среды жидкими и твердыми осадками, а также жизнедеятельности людей может приводить к росту концентраций вредной микропримеси в речных водах, а также в донных отложениях. Тяжелые металлы характеризуются различными путями поступления в окружающую среду, в том числе в виде тонких аэрозолей с техногенной территории (хвостохранилища, отходы горнодобывающего производства). Воздушным путем токсичные частички переносятся на большие расстояния и могут вызывать глобальное загрязнение гидросферы и в целом природной среды.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования являлись горные реки ледникового происхождения Баксан, Малка, Черек, Терек, питающие равнинные реки. Наблюдения за содержанием токсичных элементов проводили во все сезоны гидрологического режима рек. Пробоотбор проводили по двум створам на каждой реке в среднем и нижнем течении (рис.).

Рис. Карта-схема пунктов отбора проб речной воды

Верхние створы располагались в среднегорной зоне, а нижние пункты отбора на равнинной территории вблизи устьев рек, координаты створов представлены в таблице 1, также указаны длины рек от истоков и соответствующие километры пунктам отбора. Концентрации растворенных форм металлов определяли методом атомной абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией [7, с. 2].

Целью исследования являлось выявление особенности распределения загрязняющих ингредиентов в горных реках ледникового происхождения за двухлетний период (2022-2023 годы) и сравнение полученных результатов по годам.

Таблица 1

Пункты отбора проб воды ледниковых рек в среднем и нижнем течении

Экспериментальная часть

Полученные результаты, отражающие уровни концентраций загрязняющих ингредиентов в среднем и нижнем течении рек за период наблюдений, представлены в таблице 2. Отмечается годовая изменчивость концентраций.

Таблица 2

Концентрации соединений тяжелых металлов и их средние значения в ледниковых реках Центрального Кавказа, 2022-2023 гг.

Примечание: В числителе указаны диапазоны концентраций, в знаменателе средние значения (ПДК [8, с. 1] Mo и Cu = 1 мкг/дм³, Pb 6 мкг/дм³).

При изучении поведения тяжелых металлов в ледниковых водах были отмечены сезонные колебания концентраций – некоторые зимой повышались, а в летний период убывали.

Баксан

Максимальные концентрации в среднем течении реки в исследуемый двухлетний период варьировали в пределах от 15 ПДК и почти до 19 ПДК, в нижнем течении эта величина убывала и составила 10,85 ПДК (2022 г.) и 7,3 ПДК (2023 г.) Средние значения превышали предельно допустимые концентрации и изменялись от 5 до 13 ПДК, при этом самая высокая концентрация фиксировалась в 2022 году, а к 2023 году стала ниже в 2,5 раза. Вторым по значимости элементом была медь, максимальное содержание зафиксировано в 2023 г. (11,7 ПДК). Средние концентрации превышали нормативные значения и находились в пределах 3–5 ПДК, что является особенностью для меди в отличие от молибдена. Максимальная концентрация свинца отмечалась только в 2023 году как в среднем 1,5 и 1,8 ПДК (май, сентябрь), так и в нижнем течении, составляя 1,1 и 1,4 ПДК соответственно в мае и сентябре. По средним значениям концентраций Pb не зафиксированы превышения (0,6–4,6 мкг/дм³, при норме 6 ПДК).

Черек

Содержание Mo в водах Черека значительно отличается. Высокие концентрации изменялись от 1 до 5 ПДК, а средние до 3,8 ПДК. Концентрация Cu по максимальным значениям выше в 2023 году 7,4 и 9,3 ПДК, в то время как в предыдущем году 4,2 и 5,6 ПДК, что в 1,5 и более раза ниже. Наблюдается увеличение содержания меди, что отличает его от других металлов. Также отметим, что рост концентрации Pb фиксировался в 2023 году и в среднем течении составлял 2,3 ПДК в осенней пробе воды, в нижнем течении максимальная концентрация убывала почти в 2 раза и соответствовала 1,2 ПДК. Средние концентрации при норме 6 ПДК не превышали допустимых нормативов.

Малка

Воды Малки также обогащены соединениями молибдена, меди и свинца. По максимальной величине содержание Mo достигало 9,4 ПДК (2022 г.) в речной воде зимней межени в нижнем створе, в верхнем пункте концентрация молибдена составляла 5,95 ПДК также в водах зимнего отбора 2023 года. Содержание Cu по превышению принятого норматива была выше в среднем и нижнем течении в 2023 году и составила 7,95 ПДК. Средние значения концентрации меди варьировали от 3 до 5 ПДК. Максимальная концентрация Pb в водах реки Малка в среднем течении составляла 2,4 ПДК, в нижнем створе она уменьшалась до 1,2 ПДК.

Терек

Максимальное содержание молибдена зафиксировано в нижнем течении 5,7 ПДК и 5,4 ПДК в водах зимней межени (февраль-март, 2022 г.), 3,75 и 4 ПДК в октябре и сентябре соответственно (2023 г.). Концентрация меди была высокой в среднем течении в 2023 году и соответствовала 8,95 ПДК (сентябрь) и 5,73 ПДК в октябре. Средние значения изменялись в пределах 2,4–5,7 ПДК и превышали допустимые концентрации как в верхнем, так и в нижнем течении (2022-2023 гг.). Максимальная концентрация Pb зарегистрирована трижды и только в 2023 году, при этом в среднем течении 1,5 и 1,3 ПДК (май, сентябрь) и единожды в октябре в нижнем течении – 11,9 мкг/дм³ (~2 ПДК). Средние значения варьировали от 0,77 до 3,95 мкг/дм³, не превышая допустимые концентрации.

Заключение

Приводятся результаты исследования содержания микроэлементов (молибдена, свинца и меди) в водах четырех ледниковых рек Центрального Кавказа, уровни накопления в течение исследуемого периода 2022-2023 гг., охватывая все сезоны. Выявлены максимальные, минимальные и средние концентрации загрязняющих соединений. Сохраняется тенденция уменьшения содержания в водотоках среднего и нижнего течения ближе к устьевым зонам рек. Полученные данные указывают, что содержание экотоксикантов в водах ледниковых рек различаются. Распределение и содержание загрязнителей существенно отличаются. В водах верхнего и нижнего створах наблюдались скачки повышенных концентраций Pb, связанные с геохимическими условиями его миграции. 2023 год отличался от предыдущего, и зафиксированы высокие концентрации меди как в среднем, так и в нижнем течении вод бассейнов рек Баксан, Черек, Малка и Терек. Максимально высокие концентрации Mo отмечались в 2022 и 2023 гг. в среднем и нижнем течении р. Баксан. В соответствии с полученными данными можно сказать, что в периоды исследования максимальные содержания загрязнителей превышают значения ПДК.