2
Оглавление
стр.
Введение 3
Глава 1. История постановки проблемы 5
1.1. Гидрохимический состав природных и техногенных водоемов 5
1.1.1. Показатели качества воды 5
1.1.2. Факторы, определяющие химический состав природных вод 11
1.1.3. Кислородный режим озерных экосистем и факторы его определяющие 18
1.1.4. Гидрохимический состав поверхностных вод Амурской области 24
1.2. Распределение микроэлементов в абиотических и биотических •* 27
компонентах экосистем
1.2.1. Геохимические классификации элементов 27
1.2.2. Факторы миграции химических элементов в окружающей среде 31
1.2.3. Геохимические аспекты изучения биосферы 38
1.3. Экология поверхностных вод угледобывающего производства 54
Глава 2. Объекты и методы исследования 61
2.1. Положение Кивдо-Райчихинского буроугольного района в геологических 61 и физико-географических структурах
2.2. Характеристика техногенных озер 67
2.3. Объекты и методы гидрохимических исследований 76
2.4. Объекты и методы геохимических исследований 79
Глава 3. Эколого-гидрохимическая характеристика техногенных озер Кивдо- 82
Райчихинского угольного месторождения Амурской области, направления их использования и влияние угледобывающих разрезов на природные водоемы
Глава 4. Кислородный режим техногенных озер Кивдо-Райчихинского угольного 104 месторождения
Глава 5. Общие закономерности миграции элементов в озерных экосистемах 125
отработанной территории Райчихинского угольного месторождения Заключение 134
Выводы 135
Литература 136
3
Введение
Актуальность темы. Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, процессы миграции их в различных средах, а также вопросы качества воды природных и искусственных водоемов рассматриваются научными, государственными и общественными организациями. Особенно большое внимание уделяется им в последнее время в связи с резко возрастающим влиянием на природную среду самых различных отраслей промышленности, и прежде всего горнорудной, связанной с разработкой разнообразных видов минерального сырья. Однако не менее важное значение имеют проблемы локального загрязнения, связанные с деятельностью угледобывающего производства. Добыча угля открытым способом приводит к разрушению природного ландшафта, создавая серьезную экологическую проблему. В сложившейся ситуации весьма важное значение имеет научно-обоснованная оценка гидрогеохимического состояния техногенных бассейнов Райчихинского угольного месторождения Амурской области. Решению этой задачи в значительной степени способствует выявление закономерностей перераспределения металлов в техногенном ландшафте изучаемого района, а также изучение гидрохимического состава сформированных техногенных озер.
Цель и задачи работы. Основная цель работы состоит в комплексном изучении и определении современного состояния гидрохимических и геохимических параметров антропогенного ландшафта, образованного в результате добычи угля открытым способом. Исследование искусственных водоемов, образовавшихся вследствие заполнения водой межотвальных котловин и карьерных выемок позволяет понять закономерности взаимодействия природных и антропогенных компонентов ландшафта и дать научнообоснованную оценку возможности использования техногенных озер в рыбохозяйственном и культурно-бытовом назначениях.
Поставленная цель предполагала решение следующих задач:
1). Установить основные гидрохимические характеристики техногенных озер.
2). Выявить особенности кислородного режима озер в зависимости от уровня трофности.
3). Установить массовые концентрации металлов в слагающих породах, воде межотвальных озер, донных отложениях, гидробионтах, прибрежных растениях.
4). Выявить особенности распределения металлов в слагающих породах, донных отложениях, воде, гидробионтах и прибрежных растениях.
13
Не менее важным фактором формирования природных вод является pH природных растворов. В составе природных вод ионы Н* занимают особое положение. Абсолютное содержание их по сравнению с другими ионами ничтожно. По величине концентрации ионы водорода занимают чуть ли не последнее место, уступая даже и, №, Со, Ag и многим другим, еще более редко встречающимся в воде химическим элементам. Тем не менее роль ионов Н+ в природных растворах чрезвычайно велика. Она определяется прежде всего тем, что ионы водорода образуются при диссоциации в водных растворах многих кислот и их производных, связаны с ними в единую систему. Для большинства природных вод величина pH зависит, главным образом, от соотношения концентраций угольной кислоты и ее ионов. Поэтому для поверхностных вод, в которых содержание диоксида углерода небольшое, характерна слабо щелочная реакция. Однако в случае присутствия больших количеств диоксида углерода и сравнительно небольших количеств НСОз', pH может быть ниже 7,0 (Алехин, 1970).
На значение pH природных растворов влияют также гумусовые кислоты. Они воздействуют на процессы разложения минералов как путем понижения pH контактирующих водных растворов, так и, главным образом, путем образования достаточно прочных комплексных соединений с ионами металлов, поступающих в раствор при гидролизе силикатов, окислении сульфидов, растворении карбонатов, фосфатов, водных оксидов металлов и др. В высокоцветных поверхностных водах величина pH может понижаться до значений 3,5-4,2 (Сенявин, 1977).
От величины pH зависит способность металлов к миграции. В сернокислых водах легко мигрируют большинство металлов, таких как А1, Си, 2л, и т.д. В нейтральных и слабощелочных водах миграции подвержены анионогенные элементы 81, ве, Аз, V, и, Мо, Эе.
Результатом увеличения концентрации водородных ионов в природных водах является уменьшение или потеря буферной емкости вод. В закисленной водной среде в гндробионтах возрастают концентрации токсичных металлов и ядохимикатов (Иголкина, 1993).
pH оказывает существенное влияние на величину комплексообразующей способности природных вод, поскольку колебание этого показателя в значительной мере отражается на степени закомплексованосги металлов. В большинстве случаев последняя значительно возрастает с повышением pH среды (Линник, 1989).
14
Кроме того, в естественных условиях водной среды от pH зависит скорость гидролиза полифосфатов, приводящих к образованию ортофосфатов (Хендерсен-Селлерс, 1990).
Содержание отдельных биогенных веществ в стоке зависит от их взаимодействия с почвой. Попадая в почву, они участвуют в многочисленных физико-химических и микробиологических процессах, претерпевая различные превращения. Например, фосфор малоподвижен, вымывается в меньших дозах, чем азот, и достаточно прочно удерживается почвами любого характера. Особенно быстро он поглощается почвами тонкодисперсного состава (глинами, суглинками). В верхнем слое закрепляется 90% фосфора, причем глубина проникновения не превышает 7-8 см. Остаток его полностью поглощается ниже лежащими слоями почвы благодаря образованию труднорастворимых солей фосфорной кислоты с железом, алюминием или кальцием.
Иначе ведут себя соединения азота, которые отличаются высокой подвижностью и легко мигрируют в почве. Это объясняется тем,что нитратный азот находится в почвенном растворе, не образуя каких-либо труднорастворимых солей и не взаимодействуя с отрицательно заряженными коллоидами почвы. При избытке влаги азотные соединения могут достигать подземных вод. При уменьшении количества влаги восходящими ее потоками эти соединения выносятся на поверхность. Из всех соединений азота наиболее полно в почве закрепляется ион аммония (Кутырин, 1988).
В результате многочисленных исследований М.А. Тарасова с соавторами (1989) установлено, что миграция нитратного азота с водами поверхностного потока с водосборов, расположенных в разных физико-географических условиях, неодинакова. Существенное влияние на формирование стока азота оказывают минеральные удобрения. В зоне смешанных лесов миграция азота с водосбора осуществляется главным образом с водами внутреннего стока. В лесостепной и степной зонах миграция нитратного азота происходит преимущественно с водами поверхностного стока и составляет в среднем 2,5% от внесенных удобрений (Тарасов, Смирнов, Демченко, 1989).
Наряду с азотом и фосфором из почвенного покрова вымываются различные металлы. Количество и формы миграции определяются типом почв и физикохимическими свойствами металлов. Накопление тяжелых металлов в водоемах происходит с помощью сорбентов, среди которых оксиды железа, марганца, органические вещества (кислоты гумуса) и глины.
- Київ+380960830922