ИСТИНА

В основу проекта положен комплексный подход к изучению процессов трансформации материкового стока растворенных веществ в устьевых областях рек, сочетающий полевые исследования с использованием методов экспериментального и теоретического моделирования. По данным натурных наблюдений проведен сравнительный анализ трансформации стока компонентов основного солевого состава, биогенных элементов (фосфора, кремния) и микроэлементов в устьях северных и южных рек России (бассейны Карского, Черного и Каспийского морей). Экспериментальные исследования направлены на выяснение механизмов трансформации стока растворенных веществ, связанных с изменением растворимости терригенных породообразующих минералов.

1. Теоретические исследования. 1.1. Проведено обобщение данных многолетних наблюдений о содержании тяжелых металлов (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd) в воде, донных отложениях и высшей водной растительности водотоков дельты Волги. Установлено снижение концентраций тяжелых металлов в водах Нижней Волги по сравнению с серединой 90-х гг., которое повлекло за собой снижение содержания тяжелых металлов в донных отложениях и растительности дельты и устьевого взморья. 1.2. По материалам исследований авторов и данным литературных источников выполнено обобщение результатов натурных наблюдений о распределении растворенных форм компонентов основного солевого состава, биогенных элементов и микроэлементов в зоне смешения вод Волги и Каспийского моря, а также в устьях рек водосбора Белого моря (Северной Двины, Онеги, Мезени, малых водотоков Кольского побережья и др.). Получены количественные характеристики трансформации потоков растворенных веществ в процессе смешения речных и морских вод, что позволяет давать комплексные прогнозные оценки экологического состояния водной среды в устьевых областях рек по имеющимся сведениям о химическом составе речной и морской водных масс. 1.3. Проведен критический анализ известных в мировой литературе прямых и косвенных методов определения состава поглощенного комплекса взвешенного вещества и донных отложений различных водных объектов. Составлен банк данных по макро- и микроэлементному составу поглощенного комплекса и емкости обмена взвесей и донных отложений водных объектов суши, морей и океанов, а также устьевых областей рек и распресненных вод морских побережий. 2. Натурные наблюдения. 2.1. Проанализировано распределение растворенных форм компонентов основного солевого состава, биогенных элементов и микроэлементов в устьях малых водотоков (ручей в Порьей губе, р. Индера и р. Чаваньга) южного побережья Кольского полуострова. Показано, что в вегетационный период на побережьях Белого моря происходит биологическое потребление до 20–46% растворенных фосфатов и до 3–22% кремния материкового стока. Миграция главных ионов, а также F, Rb, Cs, Sr, Mo, U и Ni описывается уравнением консервативного смешения речных вод с морской водной массой. Распределение Ba характеризуется сильной пространственной изменчивостью и контролируется, по-видимому, сорбционно-десорбционными процессами. Для Fe, Al, Y, редкоземельных элементов (La, Ce, Nd, Dy), Ti и Zr отмечается резкое снижение концентраций при проникновении речных вод в морскую среду, связанное предположительно с их извлечением из раствора в составе коагулирующих железо-органических коллоидов. Отличительной чертой поведения растворенного Mn в устьях рек водосбора Белого моря является увеличение его концентраций на начальных стадиях смешения с морской водой в результате десорбции с терригенной взвеси, сменяющееся нелинейным снижением, вызванным, вероятно, флоккуляцией коллоидов. 2.2. В устьевой области р. Мезени установлено консервативное поведение ионов основного солевого состава и растворенных форм F, B, Li, Rb, Cs, Sr и Mo, тогда как для U и Ba наблюдалось дополнительное поступление в раствор в количествах, сравнимых с их выносом речными водами. Показано, что столь значительное увеличение миграционной подвижности U и Ba обусловлено продолжительным контактом твердых веществ материкового стока с осолоненными водами в подверженном сильному воздействию приливных явлений эстуарии, вследствие чего происходит многократное возрастание интенсивности обменных процессов в поглощенном комплексе взвесей. Распределение растворенных фосфатов и кремния контролируется, по-видимому, процессом реминерализации органического вещества в донных отложениях, которые, в силу гидрологических особенностей эстуария, регулярно взмучиваются и контактируют с вертикально перемешивающейся водной толщей. 2.3. Проведен сравнительный анализ закономерностей миграции растворенных форм микроэлементов в устьевых областях малых рек Яраяха, Марреяха (западный берег полуострова Ямал) и Оюяха (восточный берег Югорского полуострова), впадающих в Байдарацкую губу Карского моря. Установлено консервативное распределение Rb, Sr, Mo и U, описывающееся общими уравнениями связи с содержанием хлоридов для устьев изученных рек. Микроэлементы с неконсервативным типом поведения (Ba, V, Cr, As, Al, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd) разделены на три группы в зависимости от характера изменения их концентраций с ростом содержания хлоридов. Концентрации этих микроэлементов в устье Оюяхи были в несколько раз выше по сравнению с водами устьев Яраяхи и Марреяхи и существенно превышали типичные значения для речного стока. 2.4. Получены данные о миграции растворенных фосфатов и кремния в эстуарии Енисея и на прилегающей акватории в 2009–2010 гг. Показано, что в распресненных водах фотического слоя во время обеих съемок наблюдалось снижение концентраций растворенных форм обоих элементов с ростом содержания хлоридов под влиянием процессов биологической ассимиляции. В промежуточном и придонном горизонтах эстуария Енисея отмечалось существенное увеличение концентраций растворенных фосфатов с ростом солености вследствие разложения осаждающегося органического вещества детрита и отмерших организмов, тогда как реминерализация кремния происходила намного менее интенсивно, чем фосфатов. 2.5. Установлено консервативное поведение макрокомпонентов и большинства изученных микроэлементов (F, B, Rb, Cs, Sr, V, As, Mo, U) в устье р. Серебрянки (Сихотэ-Алинский заповедник). Распределение растворенного минерального фосфора даже в вегетационный период контролировалось в основном химическими процессами (десорбцией с речных взвесей) при второстепенной роли биологического потребления. Поведение растворенного органического фосфора и кремния было близко к консервативному. Для Ba наблюдалось интенсивное удаление из раствора, достигающее 46% концентрации в речных водах, что могло быть связано с сорбцией на взвешенном веществе материкового стока. Для Y и редкоземельных элементов (La, Ce, Pr, Nd, Dy, Ho) происходило резкое снижение концентраций растворенных форм на начальных стадиях проникновения речных вод в морскую среду, вызванное, предположительно, коагуляцией и флоккуляцией органических и органо-минеральных коллоидов. 2.6. По данным натурных наблюдений в дельте Волги, проводившихся с 2007 по 2010 гг. в период наибольшей биологической продуктивности, установлено существование хорошо выраженной взаимосвязи между концентрациями растворенных форм минерального фосфора и кремния, характер которой изменяется в соответствии с межгодовыми вариациями биомассы фитопланктона, более чем на 90% сформированной диатомовыми водорослями, потребляющими не только фосфор, но и кремний. 2.7. Изучена трансформация стока растворенных форм минерального, органического фосфора и кремния в устьевых областях малых рек (Вулан, Ашамба, Мезыбь, Хотецай) и прибрежной акватории Голубой и Геленджикской бухт Прикавказской зоны Черного моря. Установлена сильная пространственно-временная изменчивость распределения биогенных элементов, возникающая под влиянием двух факторов: а) концентраций изучаемых элементов в речной водной массе, различающихся в зависимости от условий ее формирования, и б) трансформации потоков биогенных элементов в зоне смешения речных и морских вод, ведущую роль в которой могут играть как биологические (ассимиляция гидробионтами, реминерализации органического вещества), так и химические (десорбция с речных взвесей) процессы. 3. Экспериментальные исследования. Проведено экспериментальное моделирование взаимодействия хибинского апатита и гидроксилапатита с речной и морской водами в интервале рН = 7.5–8.5. Установлено, что при увеличении рН как в речной, так и в морской воде происходит снижение равновесных с апатитовыми фазами концентраций растворенных фосфатов, причем по абсолютным величинам растворимость хибинского апатита в несколько раз меньше по сравнению с гидроксилапатитом. При одинаковых значениях рН растворимость обеих фаз в речной воде превышает таковую в морской воде, а поскольку речные воды обычно имеют более низкий рН, на геохимическом барьере река–море должно происходить существенное уменьшение растворимости апатитов.