Марков В. Е.

Российский государств. педагогический ун-т им. А.И. Герцена, фак-т географии, студ. V курса

Научный руководитель: проф., зав. каф. геологии и геоэкологии, д.п.н. Е. М. Нестеров

ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ВНУТРЕННИХ ВОДОЁМОВ ВАЛААМСКОГО АРХИПЕЛАГА

Тяжёлые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях в определение «тяжелые металлы» попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк). В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологическому мониторингу, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов.

Формально определению «тяжелые металлы» соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, к тяжелым металлам были отнесены Pb, Cd, Hg, Ni, Co, Cr, Cu, Zn, As, Se и Sb.

В данной работе была принята классификация Целевой группы по выбросам тяжелых металлов Европейской Экономической Комиссии ООН, что связано с рядом причин. Во-первых, под эту классификацию попадают элементы 1, 2 и 3 класса опасности; во-вторых, она полнее других отражает ряд наиболее токсичных элементов (Hg>Cu>Zn>Ni>Pb>Cd>Sn>Fe>Mn>Al); и в-третьих, к ней отнесён металлоид As, также представляющий серьёзную опасность для живых организмов.

Объект исследования был выбран не случайно: располагаясь в северной части Ладожского озера на расстоянии 30-40 км от берега, Валаамский архипелаг является уникальной природной лабораторией, тем более удобной для исследовательской работы, что все её богатства собраны на небольшой и легкодоступной территории. Кроме этого, на архипелаге практически отсутствуют локальные источники химического загрязнения, а загрязнение от удалённых промышленных районов (Сортавала, Питкяранта) носит эпизодический характер и связано с аэральным переносом химических элементов.

Валаамский архипелаг появился в своем нынешнем виде после образования Невы чуть меньше 3,5 тыс. лет назад, когда уровень воды в Ладожском озере опустился на 10 – 12 м. С этим событием связано образование многочисленных мелких озер, расположенных на разных высотах по всей территории острова. Валаам – самый крупный остров Валаамского архипелага, расположенный в северной, наиболее глубоководной, части Ладожского озера. Его площадь занимает около 2/3 от площади архипелага: длина – 10, а ширина – 8 км.

Береговая линия острова изрезана многочисленными заливами. Богат остров и внутренними озерами. Все это придает Валааму особую привлекательность, выделяя его из 600 других ладожских островов. Валаамские скалы поднимаются над водой на высоту до 50 м, а подводная часть острова опускается на глубину до 200 м. Рельеф острова разнообразен: крутые подъемы сменяются плавными спусками, которые приводят к внутренним озерам [3].

Значительное влияние на климат Валаама оказывает Ладожское озеро. Его вода, медленно нагреваясь и медленно отдавая тепло, задерживает смену времени года на Валааме на две недели по сравнению с побережьем. Валаам имеет свой микроклимат, растительный мир острова очень разнообразен. Леса на острове занимают площадь около 3,6 тыс. га. На сравнительно небольшой площади острова, расположена довольно развитая озёрная система, состоящая из 11 озёр, соединённых несколькими каналами. Именно озёрные системы представляют для нас наибольший исследовательский интерес.

При формировании геохимического фона водного объекта важная роль принадлежит донным осадкам. Химический состав современных донных отложений часто более полно, в сравнении с водой, отражает реальное загрязнение водного объекта. Кроме того, донные осадки являются достаточно консервативной системой, способной накапливать и хранить информацию о состоянии и изменениях химических и динамических параметров водной среды в пространственно-временном измерении. Изучение состояния и состава донных осадков способствует решению ряда эколого-геологических задач, выходящих за рамки обычной констатации наличия или отсутствия загрязнения водной системы.

Начиная с 2005 г. нами было произведено опробование большинства гидрологических объектов острова Валаам (рис.1).

Элементный состав осадков был определён с помощью методов рентгенофлюоресцентного анализа на базе Лаборатории геохимии окружающей среды им. А.Е. Ферсмана. Данные о содержании некоторых тяжёлых металлов в донных отложениях внутренних водоёмах Валаамского архипелага за 2005-2006 гг., представлены в сводной таблице (табл. 1).

Поступление химических элементов в водные системы связано с аэральным переносом, выпадением осадков, источниками локального загрязнения, а также с поступлением материала из верхних почвенных горизонтов. В данной работе учитывались только два последних пути поступления элементов, так как они носят неравномерный характер и позволяют выявить ряд закономерностей.

Говоря о поступлении элементов из верхних почвенных горизонтов, стоит отметить, что почвы Валаамского архипелага принадлежат к особой биогеохимической провинции, и по своему составу значительно отличаются как от почв мира, так и от почв, распространённых на территории Северо-запада. Средние содержания большинства элементов в верхних почвенных горизонтах не превышают средних мировых значений. Однако при этом почвы Валаама значительно отличаются от мировых почв высоким содержанием Pb, Zn, Co и Ti [2]. Именно с поступлением материала из верхних почвенных горизонтов и связаны высокие содержания этих элементов в донных отложениях. В первую очередь это касается территорий с максимальным сельскохозяйственным освоением, как, например, берега Кирпичного канала. Также весьма важную роль в фиксации тяжелых металлов играет гумусовое вещество, в основном поступающее в водную среду в виде опада.

К локальным источникам загрязнения можно отнести свалки бытового мусора, коммунально-бытовые стоки, сельскохозяйственную деятельность и судоходное движение. Опираясь на данные других исследователей [1], можно заключить, что данные формы антропогенной нагрузки воздействуют локально на бухты северо-западной части острова и прямого воздействия на внутренние водоёмы не оказывают (за исключением сельскохозяйственной деятельности человека).

Таким образом, аномальные содержания ряда элементов в донных отложениях внутренних водоёмов Валаамского архипелага следует рассматривать не как результат антропогенного воздействия, а как следствие геохимических особенностей седиментационных процессов.

Информационные источники:

1. Панова Е.Г., Болотова А.А. Геохимическая оценка локальных загрязнений донных осадков бухт Валаамского архипелага // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – №1. – 2000.

2. Шешукова А.А. Особенности распределения химических элементов в почвах острова Валаам: Дисс. на соискание степени к.г.-м. н. – М., 2006.

3. Рывкин В.Р. По Валааму. – Петрозаводск: Карелия, 1990.