UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 110000 СЕЛЬСКОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
BBK 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
BISAC TEC003000 Agriculture / General
The Lake Seliger is one of the landscape and climatic gems of the central part of European Russia. Traditionally, this territory has been the object of expansion of both organized and unorganized tourists. Several dozen localities and the city of Ostashkov have contributed and continue to contribute to the creation of a natural and man-made system in the territory under consideration. Although the population and the intensity of industrial production have declined somewhat in recent years, the number of civilian facilities, often located within water protection zones, has increased. The consequence of this is the contamination of the sediments of the lake with heavy metals, which has been studied by the authors since 2000. The most pronounced is the chromium contamination, the ≪culprit≫ of which is a tannery that was actively operating in Soviet times, although the activity of the negative impact of which has significantly decreased in recent years. Monitoring of chromium contamination, the results of which show a very high degree of contamination in some points close to the source of its receipt, indicates the presence of a certain number of ≪hot spots≫. The study of the distribution of other heavy metals in the sediments shows that so far the level of contamination of silt with them is not cause for concern, but most of them enter the lake from unorganized sources. The current state of the lake does not yet cause serious concerns about contamination with heavy metals, except chromium, but the periodic monitoring of this area is necessary for a competent assessment of changes in its geoecological state.
lake Seliger, sediments, pollution, heavy metals, chromium, igeo-classes, zoning
Введение. Озеро Селигер является одним из наиболее живописных мест Валдайский возвышенности. Наиболее распространённая версия его площади составляет около 260 км2. По данным А.А. Цыганова [1] в различных источниках площадь озера отличается от приведённого выше значения на 3-5% как в одну, так и другую сторону. Он же приводит доводы в пользу исключения из этой площади некоторых меньших озёр, находящихся вблизи, но гипсометрически выше основного озера и соединяющихся с последним протоками. Достаточно постоянной различными авторами считается площадь островов, которая оценивается приблизительно в 38 км2 [2]. Площадь водосборного бассейна так же у различных авторов различается на десятки квадратных км [3], наиболее часто в литературе встречается цифра 2275 км2 [1]. Отметка озера около 205 м над у.м., так как последняя регулируется стоком в реку Селижаровку. Озеро называют рытвенным или троговым, то есть оно возникло в результате заполнения депрессии, возникшей в ходе эволюции валдайского оледенения с последующим её заполнением пресными водами. Оно имеет сложную лопастную конфигурацию с многочисленными плёсами, соединенными друг с другом и основной частью протоками различной длины и ширины, с индивидуальными режимами течений [4]. Максимальная глубина, отмечаемая в литературе, составляет 24 метра [2] в Осташковском (Городском) плёсе. Авторами при отборе донных отложений (ДО) в этом же плёсе глубины более 16 метров не встречались, при этом следует отметить, что наиболее глубокое место целенаправленно не разыскивалось. На сопредельных озеру территориях хорошо сохранился ледниково-аккумулятивный рельеф, характерными чертами которого являются молодые реки без выработавшихся террас и многочисленные озовые и камовые структуры ориентированные с северо-запада на юго-восток, соответственно движению ледника и нередко превышающие высоту в десяток метров и имеющие протяженность в несколько и более десятка километров [5]. На озере отмечаются такие изменяющиеся во времени структуры, как размытые острова и возникающие отмели, приуроченные как к устьям рек, так и абрадируемым участкам побережий, так же именуемые в литературе как «вспышки» и «нальи», причём между различными авторами нет согласия на эту тему [1]. Толща, вмещающая воды озера Селигер, сложена грунтами, оставшимися после эволюции наиболее молодого валдайского оледенения, продукты переработки которых формируют минеральный состав ДО. Она представлена суглинистыми и глинистыми отложениями со значительным содержанием более крупного откатанного обломочного материала. Эта толща залегает на предварительно денудированном «карбоновом плато», представленным карбонатными отложениями; её мощность в районе озера Селигер несколько более 30 м, а южнее г. Осташков её мощность достигает 40-42 м [6]. Современные ДО озера Селигер представлены пылеватой и глинистой фракцией, причём более молодые горизонты содержат существенно больше органики, чем старые, так как последние размывались и переоткладывались в более холодных условиях, когда на склонах источников органического вещества было существенно меньше [6]. Их мощность составляет менее десятка метров.
В озеро впадает более 100 малых рек и ручьев. Оно является природным регулятором стока Верхней Волги от истоков до Иваньковcкого водохранилища. Одним из важных элементов рельефа рассматриваемой территории являются болота, которые во влагообильные годы служат источниками поступления железистых соединений в чашу озера. Воды озера по химическому составу относятся к гидрокарбонатным кальциевым, с минерализацией от 70 мг/л на этапе снеготаяния до 500 мг/л и более в летнюю межень [7]. Единственным городом на побережье является Осташков, которому более 700 лет. Численность его населения в 2020 году по [8] составляла около 14 тыс. чел., что почти вдвое меньше, чем это было в 70-е годы прошлого века (более 27 тыс. чел.).
Основные методические принципы. При выполнении работ по определению распространения загрязнения озера Селигер тяжелыми металлами (ТМ) использовались следующие методические принципы:
1. Районирование территории по таксонам различных иерархических уровней: наиболее крупным участком Первой категории является вся водосборная площадь озера; участками Второй категории – территории, сопредельные городу Осташков, более мелкие таксоны не обследовались. Подробная иерархия районирования территории водных объектов приведена в [9].
2. Выделение уровней загрязнения ДО по игео-классам или по «индексу геоаккумуляции» [10, 11], который характеризует кратность загрязнения ДО (относительно природного фона) во фракциях пробы <0,020 мм. Ранжирование тяжелых металлов в ДО по степени экологической опасности существенно отличается в разных странах и даже в разных научно-исследовательских центрах в пределах одного государства. Это обусловлено как объективными обстоятельствами (геохимическая специфика территории, климата, вносимых удобрений и пестицидов, эрозионно-аккумулятивных процессов и ряда других процессов и явлений), так и субъективными причинами (недостаточная разработанность оценки токсичности тяжелого металла, отсутствие современной аппаратуры, некорректный выбор эталонных объектов или природного фона того или иного химического элемента и т.п.). При отсутствии данных о региональном геохимическом фоне рекомендуется использовать геохимическую фоновую концентрацию элемента по А.П. Виноградову [12] для территории России или по К. Видеполу [13] при сравнении загрязненности современных осадков водных объектов различных регионов. В течение почти 40 лет система классификации загрязненности ДО по Г. Мюллеру [10] находит широкое применение в различных странах мира [14], более подробно она освещена в [3].
3. При выборе пунктов отбора ДО использовался морфологический подход. Рядом авторов [15] предлагается производить отбор ДО по сетке отбора, где створы или точки опробования регламентируются через одинаковые расстояния без учёта гидролого-морфологических характеристик водного объекта, что может привести к совершенно некорректному результату, допускаемые в этих случаях ошибки отмечены в [3]. При морфологическом подходе отбор ДО осуществляется в тех пунктах водных объектов, где заведомо возможно наличие ДО со значительным содержанием тонкой фракции, в местах, именуемых седиментационными ловушками или потенциальными барьерами [16]. Отбор образцов в глубоких местах озера производился с использованием плавсредств, причём предпочтение отдавалось более легким и мобильным – наиболее удобным для решения поставленных задач. Пробы отбирались ковшом грейферного типа, а вдоль побережий – в неглубоких местах – отбор производился как вручную, так и с использованием соответствующих дночерпателей.
4. Важным положением при оценке загрязненности ДО является минеральный состав тестируемых отложений, особенно отобранных в различных местах водоема, поскольку он определяет как сорбционную способность толщи, так и ее гидрофильность и ионный обмен. Эти характеристики наиболее свойственны глинистой фракции, в которой наиболее важными при изучении содержания в ней ТМ являются площадь удельной поверхности и кристаллохимическое строение базальных поверхностей и боковых сколов [17], там же отмечено, что по всему водоему минералогический состав достаточно однороден, но иногда различается по содержанию органического вещества. Данные по органо-минеральному составу некоторых проб ДО и их удельной поверхности приведены в таблице 1, из которой видно, что удельная поверхность минеральной части ДО колеблется от 14 до 200 и более м2 на грамм. Это указывает на высокую сорбционную ёмкость ДО, а значительное количество органического вещества способствует её увеличению.
Таблица 1 – Содержание органического вещества, суммарная удельная поверхность и удельная поверхность минеральной части некоторых образцов ДО озера (фракция менее 20 мкм)
|
Адрес отбора пробы |
Сорг,% |
Гигроскопическая влажность (Wg, %) |
Уд. поверхность грунта (S0, м2/г) |
Гигроскопическая влажность минеральной части (Wg, %) |
Уд. поверхность минеральной части (S0, м2/г) |
|
|
Залив у т/б "Сокол" |
5,9 |
1,92 |
69,35 |
1,86 |
67,18 |
|
|
Залив южнее д. Слобода |
5,7 |
1,04 |
37,56 |
0,24 |
8,67 |
|
|
У устья Ботовского залива |
10,4 |
3,13 |
113,06 |
2,59 |
93,55 |
|
|
Окраина д. Ботово |
27,5 |
5,74 |
207,32 |
5,07 |
183,13 |
|
|
У промплощадки г. Осташков |
5,0 |
2,03 |
73,32 |
1,39 |
50,21 |
|
|
У кожзавода г. Осташков |
10,4 |
2,80 |
101,14 |
1,95 |
70,43 |
|
|
У нефтебазы г. Осташков |
3,4 |
0,40 |
14,34 |
0,12 |
4,33 |
|
|
У речного вокзала г. Осташков |
9,1 |
2,23 |
80,55 |
1,63 |
58,88 |
|
|
У д. Верхние Рудины |
7,7 |
1,04 |
37,56 |
0,81 |
29,26 |
|
|
Центр Селижаровского плёса |
18,2 |
4,59 |
165,79 |
3,29 |
118,83 |
Большинство содержащихся в ДО коллоидов заряжены отрицательно, поэтому значительное количество катионов ТМ снижают отрицательный заряд коллоидных частиц, способствуя их коагуляции. Это определяет преимущественное нахождение ТМ, прежде всего кадмия, свинца и хрома, в тонкодисперсных ДО с высоким содержанием органических веществ, что отмечается также и рядом других исследователей [4, 15].
5. Анализ содержания ТМ в ДО выполнен на приборе «СПЕКТРОСКАН MAX-GV» производства НПО «СПЕКТРОН» г. Санкт-Петербург по методике измерения массовой доли металлов и оксидов металлов в порошковых пробах грунтов методом рентгенофлуоресцентного анализа. в его работе используется источник первичного рентгеновского излучения (рентгеновская трубка) для облучения анализируемого образца, в результате чего сам образец начинает излучать (флуоресцировать) в рентгеновском диапазоне. Спектральный состав вторичного излучения адекватно отражает элементный состав анализируемого грунта. Атомы того или иного химического элемента имеют свои, характерные только для данного элемента спектральные линии (так называемые характеристические линии). Наличие или отсутствие в спектре тех или иных линий свидетельствует о присутствии или отсутствии соответствующих химических элементов, а измерение интенсивности («яркости») этих линий позволяет количественно оценить концентрацию данного элемента.
Результаты исследований и основные выводы. Образцы ДО отбирались от пос. Осцы в южной части озера до пос. Залучье и ручья Ускоройня в северной его части. Наибольшее внимание уделялось участку Второй категории в районе г. Осташков, где так же с интервалом в 4 года опробовались ДО большей части озера, исследуемого в качестве участка Первой категории. Наиболее интересные пункты опробований приведены на рис.1, результаты, отображающие загрязнение ДО хромом, – в таблице 2. Все данные по загрязнению ДО озера ТМ не приводятся, так как изучалось существенно более 50 образцов и в каждом определялось не менее 12 металлов: кадмий, ртуть, свинец, цинк (микроэлементы первого класса опасности); медь, никель, хром, кобальт, молибден (микроэлементы второго класса опасности); ванадий, вольфрам и марганец (микроэлементы третьего класса опасности). Дополнительно анализировалось наличие в ДО мышьяка и фосфора.
Таблица 2 – Содержание валового хрома в ДО южной части озера Селигер (Городской плёс)
|
№ пробы |
Пункт отбора пробы ДО, глубина, описание |
Сr, мг/кг |
Загрязнение по игео-классам |
|
5 |
Остров Городомля, у берега, глубина 2 м, коричневый ил |
492 |
Умеренное |
|
58 |
Речной вокзал Осташкова, глубина 6м, черный ил |
306 |
Умеренное |
|
11 |
Залив у турбазы "Сокол", глубина 7 м, черный ил |
655 |
Среднее |
|
41 |
Окраина д. Ботово, у пристани, глубина 2,5м, серо-коричневый ил |
120 |
Фон |
|
6 |
Пос. Ляпино, глубина 3 м, черно-коричневый ил |
469 |
Умеренное |
|
59 |
Окраина Осташкова, 20 м от набережной, глубина 1м, ил с песком |
173 |
До умеренного |
|
10 |
Западная часть Городского плёса, глубина 16 м, черный ил |
4103 |
От сильного до чрезмерного |
|
12 |
У кожзавода Осташкова, 50 м от берега, глубина 6 м, черный ил |
12134 |
Чрезмерное |
|
30 |
Пос. Слобода, 50 м от берега, глубина 8 м |
1042 |
Сильное |
|
19 |
Промплощадка Осташкова, 30 м от берега, глубина 2м, черный ил |
12013 |
Чрезмерное |
|
20 |
Напротив д. Жулево, глубина 3м, серо-коричневый ил |
1101 |
Сильное |
|
32 |
Нефтебаза Осташкова, глубина 1,5 м, серо-коричневый ил с песком |
1697 |
Сильное |
|
47 |
У церкви близ турбазы "Сокол", глубина 13 м, черный ил |
1978 |
Сильное |
|
54 |
У Ботовского залива, 10 м от берега в протоке, глубина 1м, серо-коричневый ил |
1631 |
Сильное |
Перераспределение ТМ в ДО озера связано с развитием в водной толще динамических процессов. Сложная морфология озера Селигер способствует развитию циркуляционных течений под воздействием ветра. Численное моделирование подтверждает наличие до 20 циркуляционных зон стоково-ветрового генезиса протяженностью до 1-5 км [18]. В Городском плёсе формируется два основных течения при различных западных ветрах. Они способствуют перераспределению хрома в ДО от источника (промзона Осташкова) по акватории озера, что хорошо иллюстрируется рисунком 1 и таблицей 2. Малая циркуляционная зона, формирующаяся в западной части Городского плёса, при северо-западных ветрах способствует миграции хрома по следующей траектории по мере убывания его концентраций: т.12 > т. 19 > т. 10 > т. 54 > т. 20. При юго-западных ветрах формируется большая циркуляционная зона, благодаря которой загрязненные хромом ДО прослеживаются на больших удалениях от источника (т. 47 и т. 30 на северо-западе и т. 5 и т. 6 на северо-востоке плёса).
Связь распространения других ТМ с течениями в озере в явном виде не прослеживается вследствие многочисленности их источников (маломерные суда, «дикие» стоянки туристов, гражданские объекты в водоохранных зонах и пр.), а также их невысоких концентраций – до умеренного загрязнения.
Проанализировав фактические данные, по результатам исследований приводим следующие выводы:
1. Наиболее активным загрязнителем объекта является хром, который, несмотря на существенное снижение активности производственной деятельности соответствующего предприятия в городе Осташков по-прежнему достаточно широко распространён как по площади в удалении до 10 км от основного источника загрязнения, так и по концентрации, которая достигает максимального уровня пятого - шестого игео-класса в Городском плёсе. Специалистами отмечается повышенное содержание хрома и в воде [7], а так же наличие в ней вольфрама и ванадия - продуктов функционирования соответствующего предприятия.
2. В озере, благодаря наличию многочисленных островов и извилистого берегового рельефа существует система местных течений, которые имеют индивидуальную направленность и являются нередко фактором переноса загрязнённых ДО в направлении, противоположном основному потоку с северо-запада - от истоков на юго-восток до устья реки Селижаровки. Такая ситуация отмечалась как при натурных наблюдениях, так и при моделировании [18].
3. Прочие изучаемые ТМ существенной, по экспертной оценке, опасности не представляют, так как их содержание находится в пределах второго игео-класса и вызвано, в основном некорректным отношением лиц, ответственных за экологическую обстановку вблизи непромышленных источников к экологической ситуации на объекте.
4. При сохраняющейся техногенной нагрузке на экосистему озера Селигер в течение десятилетий возможно снижение загрязнения хромом при сокращении соответствующего производства, корректном отношении к сбросам в водный объект и разбавлением концентрации этого ТМ абрадируемыми отложениями. Содержание других ТМ в ДО целиком зависит от людей, проживающих и отдыхающих вблизи озера. Явной тенденции как к ухудшению, так и к улучшению геоэкологической ситуации в настоящее время не отмечено.
1. Cyganov A.A. Morfologiya plesov i ostrovov ozera Seliger // Vestnik TVGU. Seriya «geografiya i geoekologiya». 2011. Vyp 1(9). S. 35-48.
2. Anchunin D.N. Ozera oblasti istokov Volgi i verhov'ev Zapadnoy Dviny (po issledovaniyam 1894-1895gg.) // Izbrannye geograficheskie raboty/ pod red. A.A. Borzova. - M.: Izd-vo «Geograf. lit.», 1949. S. 325-360.
3. Kolomiycev N.V., Korzhenevskiy B.I., Il'ina T.A., Averkina T.I., Samarin E.N., Ivanov G.N., Myuller G., Yah'ya A. Zagryaznenie vodnyh ekosistem ozera Seliger tyazhelymi metallami // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo, 2004, № 5, s. 43 - 46.
4. Kosov V.I., Kosova I.V., Levinskiy V.V., Ivanov G.N., Hil'chenko A.I. Issledovanie raspredeleniya tyazhelyh metallov v donnyh otlozheniyah oz. Seliger // Vodnye resursy, 2004, tom 31, № 1, s. 51 - 59.
5. Sidorenko A.V. Geologiya SSSR. Tom 4. Centr Evropeyskoy chasti SSSR. Geologicheskoe stroenie. - M.: Nedra, 1971. - 742 s.
6. Moskvitin A.I. Pleystocen Evropeyskoy chasti SSSR. - M.: Nauka, 1965. 180 s.
7. Suslova S.B., Shil'krot G.S., Kudrina T.M. Gidro-geohimicheskaya harakteristika vod Seligera i verhnevolzhskih ozer (po mnogoletnim dannym). V sb.: Problemy prirodopol'zovaniya i ekologicheskaya situaciya v evropeyskoy rossii i sopredel'nyh stranah. Materialy VI Mezhdunarodnoy nauchnoy konferencii. Otvetstvennyy za vypusk Goleusov P.V., 2015. S. 324-328.
8. Ostashkov: klimat, ekologiya, rayony, ekonomika. (https://nesiditsa.ru/city/ostashkov. Data obrascheniya 09.04.2021)
9. Korzhenevskiy B.I., Kolomiycev N.V., Il'ina T.A., Get'man N.O Monitoring zagryazneniya avtotransportom malyh rek Moskovskoy oblasti tyazhelymi metallami // Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti, 2018. - № 4 (208). - S. 24-29.
10. Mueller G. (1979). Schwermetalle in den Sedimenten des Rheins - Veraenderungen seit 1971. Umschau 79. H. 24: 778-783. (in German)
11. Mueller G., Ottenstein R., Yahya A. (2001). Standardized particle size for monitoring, inventory, and assessment of metals and other trace elements in sediments: <20 µM or <2 µM? Fresenius’ Journal of Analytical Chemistry. 371 (5): 637-642. DOI:https://doi.org/10.1007/s002160100978
12. Vinogradov A.P. Geohimiya redkih i rasseyannyh elementov v pochvah // Doklady AN SSSR. Geohimiya, 1957, s. 237 - 238.
13. Wedepohl H.K. (1995). The composition of the continental crust. Geochimica et Cosmochimica Acta. 59 (7): 1217-1232.
14. Domy C. Adriano. (2001). Trace Elements in Terrestrial Environments. Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks of Metals. N.Y. etc.: Springer. 879 p.
15. Brehovskih V.F., Volkova Z.V., Katunin D.N., Kazmiruk V.D., Kazmiruk T.N., Ostrovskaya E.A. Tyazhelye metally v donnyh otlozheniyah Verhney i Nizhney Volgi // Vodnye resursy. 2002. Tom 29. № 5. S. 587 - 595.
16. Korzhenevskiy B.I. Migraciya tyazhelyh metallov v rechnyh basseynah i opredelyayuschie ee faktory // Ispol'zovanie i ohrana prirodnyh resursov v Rossii. 2018. № 3 (155). S. 87-91.
17. Kolomiycev N.V., Korzhenevskiy B.I., Averkina T.I., Samarin E.N. Harakteristika sostava donnyh otlozheniy ozera Seliger i Ivan'kovskogo vodohranilischa. V sb.: Sergeevskie chteniya. Inzhenernaya geologiya i geoekologiya. Fundamental'nye problemy i prikladnye zadachi. Yubileynaya konferenciya, posvyaschennaya 25-letiyu obrazovaniya IGE RAN. Otvetstvennyy redaktor V.I. Osipov. 2016. S. 58-62.
18. Kosova I.V. Geoekologicheskaya ocenka formirovaniya vodnoy sistemy Seliger v usloviyah antropogennogo vozdeystviya: avtoref. kand. tehn nauk. TvGU, 2001. 24 s.
