Рис. 4.6. Динамика содержания сульфатов, нитратов и аммония в снеговых водах Байкальского заповедника, мг/л

Иная ситуация с концентрациями сульфатов и нитратов. Начиная с 1986 г. в снеговых водах отмечается постепенное увеличение концентраций нитратов и снижение - сульфатов. Уменьшение содержания сульфатов связано со снижением объемов производства на БЦБК, расположенном всего в 45 км от западной границы заповедника. Что касается Иркутской области в целом, то валовые выбросы S02 за последнее десятилетие снизились (с 220 тыс. т в 1990 г до 140 тыс. т в 2002 г.), a NO остались на том же уровне (70 тыс. т). Хотя реальные выбросы этих воздушных поллютантов могут быть другими, поскольку большая часть предприятий определяет количество выбросов расчетным путем, а не на основании прямых замеров (Ежегодный Доклад, 1993; Государственный Доклад, 2004).

Постепенное увеличение абсолютного и относительного содержания нитратов привело к изменению гидрохимического класса снеговых вод заповедника. Если в 1990-1992 гг. доля нитратов была ниже, чем сульфатов и составляла в среднем 14 %-экв., то в 1994 г. нитраты уже доминировали над сульфатами. Об увеличении роли нитратов в составе снеговых вод этого района свидетельствует и постепенное уменьшение отношения осредненных эквивалентных концентраций S0427N03" (табл. 4.12). Рост среднегодовых

концентраций нитратов, их доли в составе осадков и уменьшение отношения SO4 "/NO3" отмечается во многих странах мира, особенно в Японии (Takahashi, Fujita, 2000).

Таблица 4.12

Отношение эквивалентных концентраций нейтрализующих и кислотообразующих ионов снеговых вод Байкальского заповедника

Годы (Mg2++Ca++NHA+>> (S042-+N03-) S0427N03" 1986 1,03 2,31 1990 1,18 2,22 1992 0,99 1,89 1994 0,85 0,79 1997 0,92 0,88 1999 0,84 0,79 2001 0,76 0,85 2002 0,62 0,96 В Байкальском заповеднике наблюдается и уменьшение отношения катионов к анионам (табл. 4.12). Возможная причина снижения доли нейтрализующих катионов в составе снеговых вод на территории Иркутской области связана с уменьшением выбросов твердых загрязняющих веществ, в том числе зольных компонентов выбросов ТЭЦ и других промышленных предприятий в 2 раза за период 1990-2002 гг. (Ежегодный Доклад, 1993; Государственный Доклад, 2004). По нашим данным, по сравнению с 1986 г. произошло уменьшение суммарного содержания Mg2+n Са2+ в снеговых водах заповедника в 1,6 раз.

Снегосъемки, проведенные на побережье нижнего течения р. Селенги и в ее дельте (рис. 2.1), показали, что снеговые воды этой территории более минерализованы по сравнению с юго-восточным побережьем Байкала. Для этого района характерна также крайняя неоднородность химического состава снеговых вод. На большей части исследуемой территории величины суммы ионов изменялись в пределах 7,8-11,1 мг/л, однако в дельте есть участки со значительно более высокой минерализацией снеговых вод (рис. 4.7).

¦¦сумма ионов -^^рН

Рис. 4.7. Динамика суммы ионов (мг/л) и величины рН в снеговых водах побережья р. Селенги и ее дельты

Максимальная величина отмечена на побережье протоки Харауз (100 мг/л). Для дельты р. Селенги в основном характерна низкая кислотность снеговых вод, обусловленная высоким содержанием гидрокарбонатного иона и других щелочных компонентов (рис. 4.7, табл. 4.13). Наиболее низкие величины рН отмечены в 2003 г. в районе пп. Кабанск и Мурзино. Отношение основных ионов К/А здесь и п. Истомино варьировало в пределах 0,76-1,04. На большей же части исследуемой территории оно изменялось от 1,18 до 2,30, указывая на высокий вклад нейтрализующих катионов в составе снеговых вод.

Соотношение ионов, наиболее типичное для снеговых вод дельты можно представить в следующем виде: S042">HC03">N03">Cr, Са2+ > Mg2+ > NH4+ > Na+ > К+.

Основными анионами снеговых вод дельты р. Селенги являются в большинстве случаев S04 реже НСОз". Основной катион - Са .

В районе пп. Кабанск и Мурзино в 2003 г. был повышен вклад нитратов и аммония, что привело к следующему распределению ионов:

S042 =N03">C1'>HC03",

Са2+ > NH4+ > Mg2+ > Na+ > К+.

Изменчивость химического состава снеговых вод побережья и дельты р. Селенги обусловлена, прежде всего, большой площадью дельты (1120 км ), неоднородностью состава ее поверхностных и подземных вод. Одним из наиболее важных факторов, определяющих химический состав снеговых вод этого района, является малое количество выпадающего снега (около 21 мм), соответственно небольшая его высота (в основном от И до 20 см) и неравномерное залегание его вследствие повышенной ветровой деятельности на открытом пространстве дельты (Справочник по климату СССР, 1968). Значительная ветровая эрозия непокрытых снегом участков земли

способствует обогащению снежного покрова частицами почвы, что повышает концентрации ионов почвенного происхождения в снеговой воде (табл. 4.13). На динамику химического состава снеговых вод оказывают влияние также и различия ветрового режима на разных участках территории. По данным метеостанции Кабанск, в холодный период года в исследуемом районе преобладают ветры восточного, западного и юго-восточного направлений. В районе метеостанции Харауз, расположенной всего в 34 км от Кабанска, в начале зимы доминируют юго-восточные, северо-западные ветры, в конце зимы - северо-восточные и юго-западные (Справочник по климату СССР, 1967). При юго-восточных ветрах дополнительным источником загрязнения снежного покрова дельты являются выбросы Селенгинского целлюлозно-картонного комбината и Каменского цементного завода, что приводит к повышению концентраций сульфатов, гидрокарбонатов, щелочных и щелочноземельных металлов в снеговых водах.

В районе р. Сухой (Средний Байкал) содержание основных ионов в снеговой воде невысоко (табл. 4.13), сумма ионов в среднем составляет 4,7 мг/л. Это обусловлено отсутствием в данном районе крупных антропогенных источников загрязнения атмосферы и незначительным влиянием эрозионных процессов на формирование ионного состава снеговой воды. По сравнению с дельтой р. Селенги, высота снежного покрова здесь значительно больше - 32 см (Справочник по климату СССР, 1968). Доминирующими ионами снеговых вод, как и на большей части Прибайкалья, являются сульфат и кальций. В районе р. Сухой рН снеговой воды составляет 5,63, представляя собой естественный фон для удаленных от антропогенного влияния континентальных районов. Отношение основных ионов К/А =1,2.

4.3 Химический состав снеговых вод в фоновых районах Байкальского региона

Байкало-Ленский заповедник (659,9 тыс. га) находится на северозападном побережье Байкала и представляет собой самую обширную природоохранную зону, включающую 110 км береговой линии от р. Хейрем

до мыса Елохин, участок Байкальского хребта и верховья р. Лены с ее притоками. Территория заповедника значительно удалена от промышленных комплексов Иркутской области и, благодаря труднодоступное(tm), почти не затронута хозяйственной деятельностью. Дорог на территории заповедника нет. Основной транспорт - воздушный и водный (Байкальский лес, 1999).

Исследования показали, что снеговые воды этой территории преимущественно маломинерализованы (Нецветаева и др., 2004). Средняя за 3 года наблюдений величина суммы ионов составила 5,8 мг/л, при размахе 2,4-13,6 мг/л. Наиболее высокие значения этой величины и концентраций всех компонентов отмечены в 1998 г., наиболее низкие - в 1999 г. (рис. 4.8, табл.4.14).

Высокие концентрации ионов в 1998 г. обусловлены небольшой высотой снежного покрова. При среднемноголетней норме 18 см эта величина в 1998 г. составила 5,4 см. В 1998 г. отобранный снег, в большинстве случаев, был переметенный и содержал в своем составе продукты выветривания обнаженных участков земли. Это проявилось в значительном увеличении концентраций ионов Са2+, Mg2+, Na+, НСОз". Статистический анализ показал хорошую взаимосвязь (г>0,68) ионов почвенно-эрозионного происхождения: НС03"-Са2+, HC03"-K+, Na+-S042",

2~t~

Mg -СГ, N03"-NH4 . В 1999 г. отмечалась прямая корреляционная связь (г>0,65) между ионами: Ca2+-S042", Са 2+-СГ, Mg2+-S042", iT-NOj", NH^-SO/", указывая, как на почвенно-эрозионные, так и газофазные источники формирования химического состава снеговых вод Байкало-Ленского заповедника.

Особенностью химического состава снеговых вод на территории заповедника является довольно высокое для фонового района содержание ионов N03" (табл. 4.14). Основная часть территории Байкало-Ленского заповедника - таежные леса различных типов, и присутствие нитратов в составе снеговых вод обусловлено не только адсорбцией осадками HN03 газофазных реакций атмосферы, но и миграцией нитратного азота из почвы, лиственного опада и лесных насаждений (Смоляков, 2002; Пузаченко, 1999). Это заключение подтверждают наши эксперименты по динамике накопления соединений азота в снежном покрове, проведенные зимой 2001/2002 гг. в г. Иркутске. В снежных колонках, отобранных в лесу, концентрации нитратов оказались в среднем на 30% выше, чем в снеге, собранном с поверхности полиэтиленовой пленки, расстеленной вдали от деревьев.

Об этом же свидетельствует сравнение материалов последних лет с данными, полученными ранее в том же районе (Ходжер, 1987). В 1980-е гг. отбор снежного покрова осуществлялся со льда озера Байкал и рек Лены и Киренги, и, следовательно, влияние почвы и растительности на химический состав снеговой воды было исключено. В те годы содержание ионов N03"

было крайне низко, ионов NH/ - в 2 раза меньше, чем в современный период (табл. 4.15).

Таблица 4.15

Долевое распределение ионов в снеговых водах Байкало-Ленского заповедника в 1999 г. (%-экв.)

В 1999 г. в снеговых водах Байкало-Ленского заповедника отмечено высокое относительное содержание ионов NO3" и ^(табл. 4.14), что привело в ряде случаев к их доминированию в ионном составе (табл. 4.16). Ионы водорода преобладали над ионами кальция в снеговых водах с минимальными суммами ионов (2,2-2,4 мг/л). Рост концентраций ионов водорода при уменьшении общей минерализации снеговых вод наблюдается и в некоторых районах Западной Сибири (Смоляков, 2002).

Особенностью 1999 г. является и более высокая кислотность снеговых вод (рис. 4.8). Расчет отношения эквивалентных концентраций ионов К/А показал, что в 1998 г. и 2003 г. оно было равно 1,38 и 1,30, соответственно, т.е. в снеговых водах осуществлялась полная нейтрализации продуктов газофазных реакций катионами как эрозионного, так и атмосферного происхождения. В 1999 г. в преобладающей части проб снеговых вод отношение К/А было меньше 1 и в среднем составило 0,85, т. е. избыточная кислотность осталась не до конца нейтрализованной. Именно с этим связана высокая доля ионов РГ" в составе снеговых вод в 1999 г. (табл. 4.14).

Исследования в районе фоновой ст. Монды показали низкие величины суммы ионов в снеговых водах. Они варьировали в пределах 2,9-7,4 мг/л, в среднем составляя 4,3 мг/л. От 1999 г. к 2003 г. наблюдается повышение минерализации снеговых вод (рис. 4.9), связанное со строительными работами на станции.

Величины рН в снеговых водах станции Монды в отличие от Байкало-Ленского заповедника стабильно высоки (рис. 4.9). За время наблюдений они изменялись от 6,08 до 6,55, составляя в среднем 6,38. Высоко здесь и отношение эквивалентных концентраций ионов К/А (1,5-5,7), причем от 1999 г. к 2003 г. отмечается его повышение в среднем от 1,7 до 4,2, связанное с увеличением содержания щелочных и щелочно-земельных металлов и уменьшения - сульфатов и нитратов в составе снеговых вод.

Таким образом, исследование снежного покрова Прибайкалья показало, что снеговые воды промышленных районов, Тункинской долины, дельты р. Селенги и ст. Монды характеризуются низкой кислотностью. В промышленных районах она обусловлена достаточно эффективной нейтрализацией кислотных компонентов выбросов промышленных предприятий региона их щелочными составляющими. Высокие величины рН снеговых вод в фоновых районах обусловлены особенностями состава коренных пород территории, обеспечивающих постоянное присутствие в составе снега гидрокарбонатного иона. Наибольшей кислотностью характеризуются снеговые воды района автотрассы Иркутск-Листвянка, долин рек Хара-Мурин-Мишиха и территории Байкало-Ленского заповедника. Низкие значения рН связаны с дефицитом в составе снеговых вод нейтрализующих катионов.

Глава 5. Особенности формирования химического состава и гидрохимического режима речных вод в районе Южного Байкала в современный период

5.1. Поступление веществ в составе атмосферных осадков на станциях мониторинга Байкальского региона

На основе данных по химическому составу и количеству атмосферных осадков, выпавших за период исследований на станциях мониторинга Байкальского региона, рассчитаны потоки отдельных ионов на подстилающую поверхность исследуемой территории (Ходжер и др., 2002; Нецветаева и др., 2003) (табл. 5.1-5.2).

Таблица 5.1

Средние потоки основных ионов с атмосферными осадками в 20002002 гг., мг/м2

Станция Осадки НСОз" so42" N03" СГ Na+ К+ Са2+ Mg1+ NH4+ Иркутск Дождь 233 845 367 71 26 32 281 32 177 Снег 809 685 193 102 65 31 455 37 91 Листвянка Дождь 102 456 266 52 22 30 101 15 112 Снег 24 218 201 26 17 25 85 14 26 Монды Дождь 83 220 175 31 11 15 59 8 93 Снег 43 36 14 5 2 3 20 2 9

Получено, что на станциях Листвянка и Монды большая часть годовой суммы ионов выпадает с дождями, что связано с максимумом количества осадков в теплый период года. В г. Иркутске потоки суммарной концентрации ионов (?) выше в холодный период за счет больших потоков катионов металлов, гидрокарбонатов и хлоридов.

Наиболее высокие величины годовых потоков всех изучаемых компонентов, в том числе сульфатной серы S (SO4 ") и минерального азота N (NNO3" + NNH4+)5 отмечены на ст. Иркутск (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Средние величины влажных выпадений серы, азота, ионов водорода и суммарной концентрации ионов на станциях мониторинга Байкальского региона в 2000-2002 гг., мг/м2

Станция Атмосферные осадки S NNo3" NNH4+ NCyM Н+ Пионов дождь 279 84 138 223 3,06 2071 Иркутск снег 226 44 71 115 i),i3 2472 снег+дождь 505 128 209 338 3,19 4543 снежный покров 206 28 54 82 0,04 1517 дождь 150 61 87 148 3,64 1163 Листвянка снег 70 46 20 66 0,85 630 снег+дождь 220 107 107 215 4,49 1792 снежный покров 65 36 14 50 0,75 482 дождь 77 42 75 116 1,13 754 Монды снег 12 3 7 10 0,02 134 снег+дождь 89 45 82 126 1,15 888 снежный покров 8 3 3 6 0,01 133

 Содержание     Получить работу