1. ВВЕДЕНИЕ
Изучение экологического состояния окружающей среды (ОС), как одного из основных факторов, определяющих здоровье и уровень жизни человека, является важнейшим направлением современной науки. Проблема рационального использования и охрана ОС связана как с природными особенностями региона, так в значительной степени с инженерной и хозяйственной деятельностью человека. Последняя стала мощным фактором преобразования природы, соизмеримым по своим масштабам с естественными геологическими, климатическими и геохимическими процессами. Наиболее значимое его влияние распространяется на биосферу - внешнюю оболочку нашей планеты, расположенную у границ атмосферы, гидросферы и литосферы и заполненную «живым веществом». Проблема изучения химического состава подземных вод, с позиции потребления, именуемой их качеством, принадлежит к числу наиболее актуальных в комплексной науке, развивающейся на стыке экологии и таких наук как геология, биология, география, экономика и др., и получившей название «экологическая геология» (Осипов, 1997; Теория и методология..., 1997; Трофимов и Зилинг, 1999; 2002; Экологические функции..., 2000; Куриленко, 2000; Трофимов, 2001). Данное научное направление ориентировано на исследование экологических функций (свойств) литосферы (включая подземные воды и газы), закономерности их формирования и изменения и, прежде всего, в связи с жизнью и деятельностью человека.
Решение вопросов обеспечения рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды возможно на основе знаний природных процессов, протекающих в экосистеме, а также на знании и понимании эколого-геохимической сущности ее изменений, связанных с антропогенным воздействием на окружающую среду, в частности, такого ее важного компонента как подземная гидросфера.
Воды зоны гипергенеза являются продуктом длительных процессов взаимодействия воды, породы, газа, живого вещества, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере. В последние десятилетия их естественный ход почти повсеместно нарушается антропогенными факторами. Развитие экономики вызвало загрязнение источников водоснабжения (поверхностных и подземных). Однако наиболее детально изучены в основном локальные очаги загрязнения подземных вод (Гольдберг и Газда, 1984; Тютюнова, 1987; Мироненко и Румынии, 1988), поскольку ореол загрязнения на таких объектах сравнительно легко фиксируется, изучается и моделируется. Региональные изменения качества подземных вод обычно менее контрастны. Их
исследование требует накопления и обработки большого объема гидрогеохимической информации, а моделирование сложно. Между тем региональные изменения качества подземных вод нередко достигают такого уровня, что по некоторым показателям воды не соответствуют требованиям, предъявляемым к питьевым водам (Кирюхин, Петров, 2001; Кирюхин, Норова, 2003).
Изучение эколого-гидрогеологических особенностей формирования подземных вод Карелии имеет большое значение в связи с возросшей необходимостью привлечения подземных источников для решения проблемы водоснабжения, являющейся в настоящее время одной из самых острых экологических проблем в республике.
Поверхностные воды являются основным источником водоснабжения в республике, и, как правило, сточные воды сбрасываются в водоемы, являющимися источниками водоснабжения. Поэтому, помимо зачастую неудовлетворительного природного качества поверхностных вод (главным образом из-за высоких концентраций органических веществ и цветности), техногенное загрязнение водоемов вызывает острую проблему обеспечения населения Карелии питьевой водой нормативного качества. Так в 2000 г. 42% проб воды из водоемов 1 категории (используемых для питьевого водоснабжения) не соответствовали нормативам по санитарно-химическим показателям и 16% - по микробиологическим. В формировании здоровья населения Карелии, территория которой относится к дискомфортной зоне жизнедеятельности человека (по некоторым показателям — к экстремальной), несомненно, велика роль водного фактора. Качество поверхностной воды вызывает в организме изменения, приводящие к увеличению частоты инфекционных и соматических заболеваний (сердечно-сосудистых, желудочно-кишечного тракта, костно-мышечной системы) (Государственный.., 2001). Обязательное обеззараживание питьевых вод, поступающих в водораспределительную сеть населенных пунктов Карелии, базируется на применении хлорирования (гиперхлорирования в паводковый период), что приводит к образованию группы соединений, которые обладают выраженным канцерогенным действием (Захарченко и др., 1996). В международных нормативах последнего времени четко обозначено крайне негативное отношение к вторичным продуктам взаимодействия сильных окислителей, используемых для обеззараживания воды, с органическими соединениями природного и антропогенного происхождения. Тенденция максимально возможного использования подземных вод для питьевого водоснабжения населения должна стать в настоящее время определяющей в общей стратегии повышения надежности систем хозяйственно-питьевого водоснабжения (Зекцер, 2001).
5
Доля подземных вод в общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения республики никогда не превышала 4%, что является наименьшим показателем для регионов России. Степень освоения разведанных запасов составляет 11%. За последние десять лет в Карелии не введено в эксплуатацию ни одного нового месторождения подземных вод (Государственный доклад..., 2001).
Следует отметить весьма неравномерное распределение запасов подземных вод по площади. Наибольшее эксплуатационное значение принадлежит гдовскому и котлинскому горизонтам, распространенным на незначительной территории южной Карелии. Современная и перспективная водопотребности полностью обеспечены утвержденными запасами подземных вод из котлинского горизонта только в г.Олонце.
Трещинные подземные воды в целом по Карелии эксплуатируются одиночными водозаборами, работающими на неутвержденных запасах. На подавляющем большинстве предприятий водоснабжение за счет использования подземных вод организовано одиночными эксплуатационными скважинами без разводящей сети, с водоотбором от 10 до 200 м3/сут. Общий годовой отбор подземных вод за 1999 г. снизился на 19% , за 2000 г. - на 6%. Эксплуатация подземных вод осуществляется главным образом скважинами, пробуренными в непосредственной близости от потребителя. Скважины располагаются в пределах населенных пунктов, что затрудняет, а иногда и исключает возможность создания вокруг них каких-либо охранных зон и не гарантирует надлежащее санитарное состояние водозабора.
В монографии «Гидрогеология СССР» и сводном одноименном томе при оценке ресурсов подземных вод Карелии речь идет о ресурсах только трещинных вод кристаллических пород, и совершенно не учитываются воды четвертичных отложения, запасы которых на отдельных площадях, где развиты флювиогляциальные и озерно-ледниковые отложения, значительно превосходят запасы трещинных вод. На основании проведенной оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод (Ресурсы и геохимия..., 1986) сделан вывод о том, что в Карелии имеются все предпосылки для более широкого и рационального использования подземных вод. Водоснабжение большинства небольших поселков и деревень, а при благоприятных гидрогеологических условиях и крупных населенных пунктов, может полностью и частично решаться за счет подземных вод четвертичных отложений. Население Финляндии удовлетворяет свои потребности в качественной питьевой воде из подобных месторождений на 70-90%. Эксплуатация водозаборов из четвертичных отложений более эффективна, так как воды, как правило, не требуют специальной водоподготовки. Но с другой стороны, подземные воды на большей части территории республики практически не имеют естественной защищенности и
испытывают влияние всей хозяйственной деятельности человека. Особенно уязвимыми для загрязнения являются грунтовые воды. По данным Госэпиднадзора Карелии нецентрализованным водоснабжением из подземных источников (колодцы, родники) пользуется 35% населения республики. По санитарно-химическим и бактериологическим показателям вода большей части источников не отвечает нормативным требованиям.
Следует отметить, что многообразие природных и антропогенных факторов, влияющие на экологическое состояние гидросферы региона, проявляются неоднозначно. Поэтому оценка влияния этих факторов на загрязнение подземных вод на территории Карелии, учитывая ее геолого-гидрогеологические условия, представляется весьма актуальной задачей.
В связи с этим в Институте водных проблем Севера КарНЦ РАН при непосредственном участии автора в течение 1990-2003 гг. выполнен комплекс эколого-гидрогеологических исследований, в задачи которых входило:
¦ изучение региональных закономерностей формирования химического (в том числе микрокомпонентного) состава подземных вод четвертичных отложений и докембрийских геологических структур как основы для показателей, определяющих техногенную нагрузку на подземную гидросферу;
¦ выявление гидрогеохимической зональности как отражение природных условий региона и установление факторов, определяющих особенности формирования экогеохимических параметров подземных вод;
¦ определение степени влияния основных видов хозяйственной деятельности на метаморфизацию химического состава подземных вод региона;
¦ оценка экологического состояния подземных вод Карелии.
В основу данной работы положены материалы эколого-гидрогеологических исследований на территории Карелии, работ по поиску и оценке запасов подземных вод, а также результаты режимных наблюдений.
Выполненные исследования позволили:
- создать базу эколого-гидрогеохимических данных, послужившей основой ГИС;
- выявить значение природных и антропогенных факторов в формировании химического состава подземных вод Карелии;
- впервые выяснить основные черты формирования и распространения всего спектра микроэлементов в подземных водах региона, установить их фоновые содержания и природу аномальных;
- установить комплекс эколого-гидрогеохимических показателей для отдельных месторождений полезных ископаемых и урбанизированных территорий с различными видами техногенного загрязнения.
- составить эколого-геохимические карты различного масштаба, как для всей территории Карелии, так и для отдельных районов;
Основные положения диссертации доложены: на Всероссийском совещании «Экологические проблемы Севера Европейской территории России» (Апатиты, 1996), на Международной конференции «Финно-угорский мир: состояние природы и региональная стратегия защиты окружающей среды» (Сыктывкар, 1997), на Всероссийском совещании «Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия» (Апатиты, 1998), на Международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (С.-Петербург, 2000), на Второй межвузовской молодежной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального ив* недропользования» (С.-Петербург, 2001), на II Международной конференции «Металлы в окружающей среде» (Вильнюс, 2001), The Second AMAP International Symposium on Environmental Pollution of the Arctic (Rovaniemi, Finland, 2002), на Второй международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва, 2003), на Ученом совете Института водных проблем Севера Карельского научного центра в 2003 г.
Результаты исследований опубликованы в 27 статьях.
Автор выражает глубокую благодарность профессору В.В.Куриленко, под руководством которого выполнена данная работа. Автор посвящает свою работу светлой памяти доктора геолого-минералогических наук В.С.Самариной и искренно благодарит кандидата геолого-минералогических наук А.В.Иешину, под руководством которых организовано и развивается эколого-гидрогеохимическое направление исследований в Карелии, за постоянную поддержку, ценные советы и критические замечания. Большую помощь в сборе данных, выполнении аналитических исследований, обработке материалов и оформлении работы оказали М.А.Богачев, Е.П.Перская, И.С.Селышева, Al^ ГЛ.Чесалина, В.В.Тренин, Н.В.Виноградова, В.В.Кекконен и другие сотрудники ИВПС КарНЦ РАН. В ходе исследований автор пользовался поддержкой, помощью, ценными советами коллег Центра по охране окружающей среды (Северная Саво, Финляндия) Рейо Паартикиви и Арно Саркиойя.
I I I
I m I
Y
I
2. ОБЗОР ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Основные понятия, связанные с изучением рассеяния вещества в подземных водах возникли при становлении поисковой гидрогеохимии, и к настоящему времени накоплен обширный материал по рудным водам месторождений разных типов, расположенных в различных природных условиях, с рудами самого разного минералогического состава (Бродский 1964; Албул, 1969; Голева, 1977; Крайнов, 1973; Методическое руководство..., 1973; Колотое и др., 1983; Соловов и др. 1990; и др.).
С начала 1960-х гг. активизируются исследования по изучению загрязнения подземных вод. На этой основе возникло новое направление гидрогеологии - санитарная гидрогеология. В связи с многочисленными случаями серьезного загрязнения подземных вод появилась необходимость разработки методов расчета и выделения зон загрязнения подземных вод в районах водозаборов и хранилищ отходов. Работы в этой области выполнены многими исследователями (Веригин и Саркисян, 1968; Бочивер и др., 1979; Гольдберг и Газда, 1984; Огняник и др., 1985; Шестаков, 1995; Румынии, 1985; Мироненко и Румынии, 1986; 1998; Румынии и Коносавский, 1999; Фрид, 1981; Long et al., 1982; и др.).
Широко распространенным и одним из наиболее опасных видов загрязнения окружающей среды в целом и подземных вод в частности является нефтяное загрязнение, которое проявляется не только в районах нефтедобычи и нефтепереработки, но и в районах нефтехранилищ и нефтепроводов, бензоколонок. Опыт работ, проведенных в различных странах СНГ, показывает, что почти все объекты нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности являются источниками загрязнения окружающей среды (Карцев и Гаттенбергер, 1984; Солнцева и др. , 1985; Глазовская, 1988; Боревский и др., 1998; Лукьянчиков, 1996; Якуцени, 2000; Гольдберг и др., 2001).
В связи с проблемой захоронения отходов нефтяной и газовой добычи, жидких промышленных и радиоактивных отходов возникает ряд проблем: теоретическое обоснование закачки стоков, изучение характера взаимодействия жидкости и породы, регулирование сброса и другие, которые изучались учеными нашей и зарубежных стран. (Гольберг и др., 1969; Белецкий, 1976; Гольдберг и Маринов, 1982; Валуконис, 1970; Гаев и др., 1986; Moreno et al, 1988; Odling and Roden, 1996; Дублянский и др., 1999; и др.).
Исходя из основной цели настоящей работы, заключающейся в изучении одной из экологических функций литосферы - экологической геохимии, в рамках которой исследуются особенности формирования подземных вод на территории Карелии в
9
региональном аспекте, основное внимание следует уделить обзору тех факторов и работ по загрязнению подземных вод, которые в региональном плане являются характерными и для рассматриваемой территории.
Формирование некондиционных и в ряде случаев экологически опасных подземных вод часто происходит под влиянием естественных геохимических процессов. [ЛШ Эти процессы ведут к формированию обширных гидрогеохимических провинций, подземные воды которых обогащены одним или несколькими нормируемыми компонентами (Ковальский, 1974; Крайнов и Швец, 1987; Вартанян и др., 1995; Кирюхин и Петров, 2001). Оптимальные условия формирования региональных гидрогеохимических провинций с повышенными концентрациями некоторых нормируемых элементов, фоновые концентрации которых близки к их ПДК (F, Fe, Mn, Ba, Se, As, Be), определяются сочетанием двух основных факторов: наличием пород с повышенными содержаниями элементов и благоприятных условий перехода элементов из пород в (Ш водную фазу. Формирование таких некондиционных вод одни исследователи рассматривают как «естественное загрязнение» (Кирюхин и др., 1988; Методические рекомендации..., 1988; 1980), другие (Всеволожский, 1991) считают, что подобные случаи не следует рассматривать как загрязнение, на таких территориях просто отсутствуют месторождения подземных вод, пригодных для организации питьевого водоснабжения. Сравнительно недавно заговорили об экологическом риске, связанном с естественными источниками радиации. Самый значительный вклад в естественное облучение человека вносит радон (Смыслов и др., 1994; Радиация..., 1988; Гудзенко и Дубинчук, 1988; Воронов, 1999; Lahermo & Juntonen, 1991).
Наряду с естественными факторами в настоящее время все большее значение приобретают искусственные (техногенные) факторы (Методические рекомендации..., 1982; Язвин и Зекцер, 1996). По данным Государственного водного кадастра 2000 г. среди основных источников загрязнения подземных вод России около 36% приходится на промышленные отходы, 15% связано с влиянием сельскохозяйственного и животноводческого производства. Остальные источники загрязнения связаны с влиянием отходов объектов коммунального хозяйства, с подтягиванием некондиционных вод и другими причинами (Зекцер, 2001). В последние годы все более важным становится радиоактивное загрязнение подземных вод и в настоящее время оно выделяется в особый вид загрязнения (Гольдберг и Газда, 1984; Еремеев и др., 1986; Яковлев и др., 1988; Белоусова и Галактионова, 1996; Дублянский и др., 1999).
Промышленное загрязнение несет весьма большое число неорганических и органических веществ, которые попадают при фильтрации сточных вод из накопителей,
10
хвосто- и шламохранилищ. Часто уже атмосферные осадки, питающие речные и неглубоко залегающие подземные воды, загрязнены газодымовыми выбросами и продуктами испарения с поверхностей накопителей сточных вод и отходов. В настоящее время в атмосферных осадках промышленных районов концентрации As, Se, Sb, Cr, V, Си, Zn, Pb, Cd, Ag, Hg, Ni и ряда других элементов уже в десятки и сотни раз превышают их фоновые концентрации (Фрид, 1981: Крайнов, 1987; Климас, 1988; Голодковская и Елисеев, 1989; Soveri, 1985;). Более того, в некоторых регионах становятся постоянными «кислые дожди» с рН<4 и очень высокими концентрациями многих элементов (Крайнов и др., 1995, Jaks et al., 1984, Lahermo, 1984; Falk, 1988, Kenttamies, 1994; Raisanen, 1989). Такие осадки существенно изменяют химический состав подземных вод и нередко делают их непригодными для хозяйственно-питьевого использования.
Процессы урбанизации и промышленной интеграции приводят к повсеместному сокращению эксплуатационных запасов пресных подземных вод. Для урбанизированных территорий характерны все виды загрязнения подземных вод (Режимные..., 1983; Тютюнова, 1987; Kondratas, 1981; Экогеохимия..., 1995; Кирюхин и Норова, 2003). В загрязненных подземных водах обнаруживаются такие концентрации различных химических элементов, которые «с позиций природной геохимии подземных вод являются резко аномальными, а с позиций экологии - устрашающими» (Крайнов и др., 1991, с. 169). Так в загрязненных водах верхних водоносных горизонтов концентрации нитратов достигают 10000 мг/л, аммония - 15000 мг/л, фтора - несколько г/л, десятки мг/л Р, Sr, Mn, несколько мг/л Сг, As, десятые доли мг/л Be, Nb, Hg, Cd и др. Нередко имеют место утечки сточных вод и технологических растворов из коммуникаций и цехов, из мест складирования химического сырья и отходов производств. Например, утечки из гальванических цехов содержат цианиды, Ni, Sn, Си, Cr, Cd. Достаточно крупным источником загрязнений является работа автомобильного транспорта. Изучение временных изменений химического состава грунтовых вод вдоль шоссейных дорог показало прогрессирующее увеличение в них концентраций NaCl, ряда токсичных компонентов, особенно Pb, соединений азота (Крайнов и Швец, 1992; Бельтюков, 1994). Закономерности техногенной метаморфизации состава вод отражены в работах (Тютюнова, 1987; Валуконис, 1987; Крайнов и Закутан, 1991; 1994; Самарина и др., 1999). С учетом степени технофильности элементов рассмотрено поведение большого количества элементов в биотехносфере.
Сельскохозяйственное загрязнение подземных вод - один из наиболее мощных техногенных факторов, отрицательно влияющий на экологическое состояние не только локальных участков гидрогеологических структур, но и обширных регионов.
11
Сельскохозяйственное загрязнение можно рассматривать как глобальное антропогенное явление. Загрязнение подземных вод нитратами и пестицидами установлено во многих сельскохозяйственных регионах (Брилинг, 1985; Пашкевич и др. 1990; Крайнов и Закутан, 1993; 1994; Закутан, 1991, 1992; Ахметьева и др., 1991, Велыпанская, 1993; Foster et al., 1989; Ritter, 1988, Haupert, 1996; и др.). В работах дана характеристика источников загрязняющих веществ в районах сельскохозяйственного производства, выделены геохимические типы загрязненных подземных вод, рассмотрены закономерности распределений загрязняющих веществ в подземных водах. Выяснено, что основой для разработки методов по управлению качеством подземных вод в этих районах является их геохимическая защищенность (Методические рекомендации..., 1980; Зекцер, 2001).
Мощным источником загрязнения окружающей среды является горнорудное производство, которое активно изменяет веками сложившиеся геохимические циклы в природе, извлекая из недр ряд элементов, которые создают серьезную экологическую опасность (Мироненко и Румынии, 1998; Плотников и Краевский, 1983; Гавриленко, 1985; Защита окружающей..., 1985; Мироненко и др., 1988; Охрана окружающей..., 1985; Методические..., 1986; Воин, 1992; Янин, 1993; Колотое и др., 2001; Environmental Geochemistry.., 1984).
Гидрогеохимические аспекты охраны геологической среды рассмотрены в работах (Питьева, 1984, Пачес, 1984; Гольдберг и Газда, 1984; Огняник и др., 1985; Лукашев, 1987; Крайнов и Швец, 1992; Методические..., 1991; Закутан, 1992; Елпатьевский, 1993; Ковалевский, 1994; Куриленко, 2000; Алексеенко, 2000; Зекцер, 2001; и др.)
Комплексные геологические и гидрогеологические съемки территории Карелии начаты в 30-х гг., планомерная среднемасштабная съемка продолжилась 5-ым Геологическим управлением в послевоенный период. Следует отметить, что при съемках, выполненных к концу 50-х гг. (северная половина Центральной Карелии), отмечались только родники и колодцы, в которых определялись дебиты, температура и химический состав воды. В процессе работ были выявлены условия и характер обводненности в основном верхней части геологического разреза. К концу 60-х г.г. около четверти территории республики было покрыто среднемасштабной, а остальная ее часть -мелкомасштабной гидрогеологической съемкой. В дальнейшем гидрогеологические съемки стали проводиться с использованием геофизических, буровых и опытно-фильтрационных работ, что позволило получить более представительный материал по подземным водам отдельных районов и, что особенно важно, охарактеризовать глубокие части гидрогеологического разреза. Исследованиями были охвачены западная часть
12
Онежско-Беломорского водораздела, бассейны рек Суны и Шуи, центральная часть Онежско-Ладожского перешейка, Северо-Восточное Приладожье и Восточное Прионежье. Гидрогеологические данные получены в период разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, при инженерно-геологических съемках и изысканиях.
(Л С 1954 г. Северо-Западным геологическим управлением начато бурение на воду
для водоснабжения населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных объектов. С 1965 г. строительство водозаборных скважин ведут Петрозаводский участок треста «Промбурвод» и другие организации. На территории республики пробурено более тысячи скважин на воду, результаты опробования которых позволяют судить о фильтрационных параметрах различных комплексов водовмещающих пород. Полученные исходные материалы различны по качеству. Основным недостатком многих из них является схематическое описание геологического разреза скважин, в особенности (Шк четвертичных отложений. По многим скважинам отсутствуют абсолютные отметки устья, результаты химического анализа. Опытные откачки часто проводились недостаточно длительное время.
Ряд исследований (Куделин, 1960; Малявкин, 1966; Лось, 1977) посвящен количественной оценке естественных ресурсов подземных вод Карелии. Более обоснованная методика выделения подземной составляющей из общего речного стока для озерно-речных систем Карелии разработана Г.Н.Устиновым и И.К.Поленовым /шЁ (1980). По этой методике Институтом водных проблем Севера проведена региональная оценка ресурсов подземных вод Карелии.
* В 1966-1980 г.г. ВСЕГЕИ, ЛГУ и ЛТИ проводились детальные исследования на сравнительно небольших площадях в связи с изучением возможности использования гидрогеохимических методов поисков рудных полезных ископаемых на территории Карело-Кольского региона. В результате получен обширный материал, в основном, по микрокомпонентному составу природных вод. Основные положения и выводы изложены в работах (Белякова, 1978; Нежданова и др., 1978; Судариков, 1979; Синицин и Гуменный, 1978).
В работе (Микроэлементы..., 1976) приведены фактические данные по содержанию некоторых элементов (Mn, Cu, Zn) в отдельных скважинах и родниках Петрозаводска и прилегающих районов.
Сводной работой по гидрогеологии Карелии является монография «Гидрогеология СССР», обобщающая материалы гидрогеологических исследований, выполненных до 1970 г. В ней на основе мелкомасштабного районирования 1:1500000
I
¦ освещаются общие гидрогеологические условия региона, рассматриваются основные
I факторы и закономерности распространения подземных вод, дается характеристика
различных водовмещающих комплексов пород, рассматривается химический состав
¦ подземных вод в зависимости от литолого-петрографических особенностей пород. * Степень минерализации и химический состав подземных вод региона оценивается по
¦ иЛ данным 459 анализов. В зоне свободного водообмена отмечается распространение
пресных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого использования. I Лабораторией гидрогеологии ИВПС КНЦ гидрогеологические исследования
начаты с 1975 г. на водосборах рек Шуи и Суны. Затем региональные работы I продолжены в 1977 г. совместно с ЛГУ под руководством профессора В.С.Самариной.
• Работы осуществлялись по двум основным направлениям: 1) изучение общих
I гидрогеологических условий и оценка ресурсов подземных вод; 2) изучение химического
1 состава подземных вод и гидрогеохимическое картирование. В основу
I tiA гидрогеохимических исследований был положен детальный анализ природной системы
порода-вода-растворенный газ-живые организмы.
Щ Результаты региональных гидрогеохимических исследований, выполненных в
^ период 1975-90 гг., освещены в диссертации (Иешина, 1983), монографиях (Ресурсы...,
| 1986; Поверхностные воды..., 1991), ряде работ (Старцев, 1976; 1985; Самарина и др.
V
_ 1985; Богачев, 1993; Егоров, 1993; Бородулина, 1993). В монографии (Ресурсы..., 1986)
I приведена краткая характеристика природных условий как факторов, определяющих
1/^± закономерности формирования и распространения подземных вод. Относительно небольшой объем материалов по микроэлементам (около 200 анализов, выполненных
¦ спектральным полуколичественным методом) позволил дать характеристику только Щ локального распространения микроэлементов в пределах рудных месторождений и
¦ проявлений. Намечены перспективы использования подземных вод для водоснабжения и i в качестве минеральных, лечебных и столовых. Проведенные исследования
охарактеризовали в основном региональные параметры геохимической обстановки различных геологических структур и определили их фоновые гидрогеохимические поля. Процессы антропогенного воздействия на подземную гидросферу детально не изучались. Отмечались лишь некоторые факты загрязнения подземных вод (повышенные концентрации нитратов и калия).
Результаты региональных работ послужили научной основой для развития дальнейших гидрогеохимических исследований в Карелии, направленных на решение ряда вопросов как теоретического, так и практического значения. Одним из направлений явилось совершенствование методики гидрогеохимических поисков в условиях Карелии.
I
I
I
]
I
I
¦ В 1980-84 и 1986-89 г.г. опытно-методические работы выполнены на 9 наиболее
I изученных в геологическом отношении участках, расположенных в различных
структурно-металлогенических зонах и характеризующихся различной рудной
¦ минерализацией (Иешина, 1986; Богачев, 1986; Теруков, 1986). Отработана методика опробования различных водных объектов, интерпретация результатов исследований с
¦ /|М учетом их информативности, установлены надежные критерии, позволяющие
прогнозировать по водным ореолам и потокам рассеяния типы и масштабы рудной I минерализации, отбраковывать ложные гидрогеохимические аномалии и выделять
перспективные участки на поиски полезных ископаемых.
¦ На территории Карелии проблема охраны подземных вод стала актуальной в 1 последние годы в связи с развитием промышленности, ростом городов. Специальных
I работ по изучению загрязнения подземных вод в регионе практически не проводилось.
1 Небольшой объем исследований осуществлен Карельской геологоразведочной
¦ Лк экспедицией в 1992-94 г.г. в районе Петрозаводска и Сегежи (Брайко, 1994). В
Петрозаводске объектом послужили территория городской свалки и участок Щ локомотивного депо. В районе свалки и депо отмечено загрязнение водоносных
горизонтов четвертичных отложений нефтепродуктами (0.64-1.25 мг/л), интенсивность | загрязнения по сравнению с 1990 г. значительно снизилась. Загрязнение тяжелыми
металлами не зафиксировано. В Сегеже исследовалось качество подземных вод на
¦ участке золошламоотстойника Сегежского ЦБК, где выявлено загрязнение
I/i| нефтепродуктами (до 20 ПДК), фенолом (до 35 ПДК), формальдегидом (до 5 ПДК). , Небольшое количество проб, полученных из 3-5 наблюдательных скважин, не позволили
¦ определить размеры техногенной аномалии.
I Геолого-экологические исследования на территории листа Р-36 (Голубовский,
¦ 1998) охватывали Ленинградскую область и южную и центральную части Карелии, и 1 обобщали результаты опробования почв, донных отложений, поверхностных и
подземных вод. Оценка состояния подземных вод основана на результатах полуколичественного спектрального анализа 21 пробы. Установлено локальное распространение техногенных аномалий, прослежена связь их состава со спецификой производства, составлена геоэкологическая кар$а М 1:1000000. Техногенно нарушенные территории с неблагоприятной и весьма неблагоприятной оценкой занимают 13% площади листа, наиболее сильное комплексное загрязнение геологической1 среды на территории Карелии отмечено в районе Сегежско-Надреицкого промузла и г.Питкяранта. Техногенное загрязнение грунтовых вод отмечено ндлре&»лыпих участках (район Сегежи,
I
I I I
I I I
I
I I I
I
I I I
I
I
I
I I I
IS
Вяртселя, Суоярви), природные гидрогеохимические аномалии Fe и Мп приурочены к заболоченным понижениям денудационных и аккумулятивных равнин.
В ходе геохимического картирования того же масштаба на территории листа Q-35,36 в 1999-2001 (ВСЕГЕИ, ИМГРЭ) по содержанию отдельных элементов (полуколичественный спектральный анализ) в почвах, донных отложениях и коренных породах определено, что на территории Северной Карелии выявленные аномалии слабоконтрастны, и не для всех аномалий удалось установить источник поступления вещества.
Исследованиями (Дверницкий и др., 2002) по теме «Оценка радоноопасности Балтийского щита» на основе съмочных работ различного масштаба подтвержден прогноз о высокой радоноопасности Карелии. Выделено 58 радоноопасных площадей и участков, занимающих 44% площади региона, причем 7% территории отнесено к катастрофическому уровню радонового риска. Критериями радоноопасности послужили картограммы радиометрической изученности, данные аэрогамма-съемки, результаты геохимических работ и специализированных поисков на уран, проводившиеся ПГО «Невскгеология», 1111 «Севзапгеология», Петербургской геофизической экспедицией. Эти критерии являются косвенными, прямыми служат содержания Rn в воздухе помещений и почвенном воздухе (308 измерений в 39 населенных пунктах) и концентрация Rn в выходах подземных вод (125 точек в Центральной Карелии).
Изучение фондовых и опубликованных данных позволяет сделать следующие выводы:
• гидрогеохимическая изученность Карелии в региональном плане остается весьма неравномерной, а с экологических позиций — слабой;
• региональные гидрогеохимические исследования позволили выявить гидрогеохимическую зональность и установить закономерности формирования и распространения подземных вод только на макрокомпонентном уровне и без учета техногенного фактора;
• поисковые гидрогеохимические исследования, для которых характерна комплексность проведения изыскательских работ, охватывает отдельные небольшие участки (перспективные на рудные месторождения). Химико-аналитические методы определения микроэлементов, используемые при этих исследованиях (в основном полуколичественный спектральный), также не отвечают современному уровню требований и не охватывают необходимый для экологических исследований спектр элементов.
I I I I I I I I I I I I I
I
I I
I Ф
I I I
16
В то же время назрела потребность проведения региональных эколого-гидрогеохимических работ в связи с перспективами использования подземных вод для водоснабжения и необходимостью оценки современного состоянии подземной гидросферы. Особенную важность при этом приобретает изучение микрокомпонентного состава подземных вод как в связи со слабой их изученностью, так и в связи с ужесточением требований, предъявляемых к качеству питьевых вод.
Такие работы при непосредственном участии (в последние годы и под руководством) автора с 90-х г.г. начаты в ходе гидрогеохимических исследований, касающихся влияния хозяйственной деятельности на режим и качество подземных вод (Бородулина и Перский, 1998; Иешина и Перекал, 1992; Бородулина, 1996; 1999;). Другое направление исследований - поиски и оценка месторождений подземных вод из четвертичных отложений в Суоярвском, Калевальском, Лоухском, Пряжинском, Прионежском, Олонецком районах позволили получить большой объем mL r экогидрогеологических данных (Богачев и др, 2000; Бородулина и Тренин, 2003).
Анализ опубликованной литературы показывает, что во многих регионах охране подземных вод уделяется огромное влияние. Особенно важное значение приобретает оценка их соответствия современному уровню потребления и рационального использования, вопросы миграции соединений химических элементов, их аномальных концентраций и характер воздействия на биоту. Значительное нарастание антропогенного загрязнения природных вод определило интенсивное развитие исследований, направленных на медико-экологическую оценку качества подземной воды, используемой в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Обобщение данных в нашей стране и за рубежом дает представление о характере влияния веществ, наиболее часто обнаруживаемых в питьевой воде (в том числе и подземного происхождения), на состояние здоровья населения и свидетельствует о важности учета современных медико-экологических интерпретаций гидрогеохимической информации при оценке условий питьевого водопользования и при выборе новых подземных водоисточников (Рахманин и др., 1996; Руководство по контролю.., 1994; Guidelines..., 1993; Эльпинер, 1995; Захарченко и др., 1996;Плитман, 1989; Ломоносов, 1990; Иванов, 1994).
17
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ 3.1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 3.1.1. Климат
Климат рассматриваемой территории переходный от континентального к морскому. Он значительно мягче климата, характерного для данных широт других районов России. Средняя годовая температура воздуха около 0° на севере республики и 2,5-3° на юге. Зима, хотя и несуровая, но довольно длительная. Период со средними суточными температурами ниже -5° составляет 4,5 месяца на севере и 4 месяца на юге. Самые холодные месяцы, январь и февраль, имеют среднемесячные температуры -10-12°. В течение зимы часто происходят оттепели. Лето прохладное и относительно короткое -3 месяца. Самый теплый месяц года - июль со среднесуточной температурой 13-16°.
Территория Карелии относится к зоне избыточного увлажнения. Годовая сумма осадков составляет 550-700 мм. Наблюдается увеличение нормы осадков по направлению с севера на юг. Наименьшее количество осадков выпадает в Прибеломорской низменности и Куйтозерской впадине (550 мм), максимальное - в южной части Карелии (700 мм). Внутри года осадки распределяются неравномерно. Примерно 60-65% годовой суммы осадков выпадает в летний период. Величина испарения с суши составляет 350-400 мм в год, то есть более 50% атмосферных осадков, поступающих на поверхность водосборов. Минимальное испарение наблюдается в зимние месяцы (менее 10 мм за месяц). Запасы воды в снежном покрове к моменту снеготаяния колеблются в среднем в пределах 100-140 мм. На инфильтрацию и питание подземных вод расходуется 10-15% годовой суммы осадков.
3.1.2. Рельеф с элементами геоморфологии
Основные особенности рельефа территории Карелии определяются формой поверхности кристаллического фундамента и характером аккумуляции четвертичных накоплений. Большая часть территории Карелии представляет собой холмистую равнину с преобладающими высотами местности 100- 200 м в.у.м. Частая смена гряд (сельг), холмов и различного рода понижений придает поверхности чрезвычайно расчлененный характер, несмотря на сравнительно малые относительные высоты.
В строении рельефа отмечается «вертикальная и горизонтальная зональность» (Лукашев, 1976). Вертикальная зональность обусловлена наличием трех ступеней в рельефе на определенных гипсометрических уровнях, каждая из которых характеризуется своими морфометрическими и геоморфологическими характеристиками. Горизонтальная

Получить работу