УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 110000 СЕЛЬСКОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
ББК 40 Естественнонаучные и технические основы сельского хозяйства
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Озеро Селигер является одной из ландшафтно-климатической жемчужин центральной части европейской Рос-сии. Традиционно эта территория являлась объектом экспансии как организованных, так и неорганизованных туристов. Несколько десятков населенных пунктов и город Осташков вносили и продолжают вносить свою лепту в создание природно-техногенной системы на рассматриваемой территории. И хотя в последние десятилетия численность населения и интенсивность промышленного производства несколькоснизилась, повысилось количество гражданских объектов, нередко находящихся в пределах водоохранных зон. Следствием отмеченного является загрязнение донных отложений озера тяжелыми металлами, которое изучается авторами с 2000 г. Наиболее ярко проявляется загрязнение хромом, ≪виновником≫ которого является активно работавший в советские времена кожевенный завод, хотя активность отрицательного воздействия которого в последние годы существенно снизилась. Мониторинг загрязнения хромом, результаты ко-торого в некоторых, близких к источнику его поступления пунктов показывают весьма высокую степень загрязнения и наличие некоторого количества ≪горячих точек≫. Изучение распространения в донных отложениях других тяжелых металлов показывает, что пока уровень загрязнения ими илов не вызывает опасений, но большинство из них попадает в водоем от неорганизованных источников. Современное состояние водоема пока не вызывает серьезных опасений относительно загрязнения тяжелыми металлами, кроме хрома, однако необходим периодический мониторинг этой территории для компетентной оценки изменения ее гео-экологического состояния
озеро Селигер, донные отложения, загрязнение, тяжелые ме-таллы, хром, игео-классы, районирование
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. Цыганов А.А. Морфология плесов и островов озёра Селигер // Вестник ТВГУ. Серия «география и геоэкология». 2011. Вып 1(9). С. 35-48.
2. Анчунин Д.Н. Озёра области истоков Волги и верховьев Западной Двины (по исследованиям 1894-1895гг.) // Избранные географические работы/ под ред. А.А. Борзова. - М.: Изд-во «Географ. лит.», 1949. С. 325-360.
3. Коломийцев Н.В., Корженевский Б.И., Ильина Т.А., Аверкина Т.И., Самарин Е.Н., Иванов Г.Н., Мюллер Г., Яхья А. Загрязнение водных экосистем озера Селигер тяжелыми металлами // Мелиорация и водное хозяйство, 2004, № 5, с. 43 - 46.
4. Косов В.И., Косова И.В., Левинский В.В., Иванов Г.Н., Хильченко А.И. Исследование распределения тяжелых металлов в донных отложениях оз. Селигер // Водные ресурсы, 2004, том 31, № 1, с. 51 - 59.
5. Сидоренко А.В. Геология СССР. Том 4. Центр Европейской части СССР. Геологическое строение. - М.: Недра, 1971. - 742 с.
6. Москвитин А.И. Плейстоцен Европейской части СССР. - М.: Наука, 1965. 180 с.
7. Суслова С.Б., Шилькрот Г.С., Кудрина Т.М. Гидро-геохимическая характеристика вод Селигера и верхневолжских озёр (по многолетним данным). В сб.: Проблемы природопользования и экологическая ситуация в европейской россии и сопредельных странах. Материалы VI Международной научной конференции. Ответственный за выпуск Голеусов П.В., 2015. С. 324-328.
8. Осташков: климат, экология, районы, экономика. (https://nesiditsa.ru/city/ostashkov. Дата обращения 09.04.2021)
9. Корженевский Б.И., Коломийцев Н.В., Ильина Т.А., Гетьман Н.О Мониторинг загрязнения автотранспортом малых рек Московской области тяжелыми металлами // Безопасность жизнедеятельности, 2018. - № 4 (208). - С. 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. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах // Доклады АН СССР. Геохимия, 1957, с. 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. Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Катунин Д.Н., Казмирук В.Д., Казмирук Т.Н., Островская Е.А. Тяжелые металлы в донных отложениях Верхней и Нижней Волги // Водные ресурсы. 2002. Том 29. № 5. С. 587 - 595.
16. Корженевский Б.И. Миграция тяжелых металлов в речных бассейнах и определяющие её факторы // Использование и охрана природных ресурсов в России. 2018. № 3 (155). С. 87-91.
17. Коломийцев Н.В., Корженевский Б.И., Аверкина Т.И., Самарин Е.Н. Характеристика состава донных отложений озера Селигер и Иваньковского водохранилища. В сб.: Сергеевские чтения. Инженерная геология и геоэкология. Фундаментальные проблемы и прикладные задачи. Юбилейная конференция, посвященная 25-летию образования ИГЭ РАН. Ответственный редактор В.И. Осипов. 2016. С. 58-62.
18. Косова И.В. Геоэкологическая оценка формирования водной системы Селигер в условиях антропогенного воздействия: автореф. канд. техн наук. ТвГУ, 2001. 24 с.
