Автор: Ильина Светлана Михайловна
Название работы: Роль органометаллических комплексов и коллоидов в речном стоке бореальной климатической зоны (на примере Северной Карелии и Владимирской Мещёры)
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых
Классификационный индекс:
Ведущая организация: Институт экспериментальной минералогии РАН, г. Черноголовка
Руководитель:
старший научный сотрудник кандидат геолого-минералогических наук Алёхин Юрий Викторович;
профессор университета Поля Сабатье (Тулуза, Франция) кандидат геолого-минералогических наук Виерс Жером;
Оппонент:
профессор доктор геолого-минералогических наук Савенко Виталий Савельевич;
кандидат биологических наук Дёмин Владимир Владимирович ;
Место защиты: ауд. 415, геологический факультет МГУ
Дата защиты: 2011-10-14 14:30
Издательство: Москва
Количество страниц: 124
Язык: русский
Содержание работы:
Общая характеристика работы.
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы.
ГЛАВА 2. Характеристика районов исследования.
ГЛАВА 3. Методика исследования.
ГЛАВА 4. Полученные результаты и их обсуждение.
ВЫВОДЫ.
Список опубликованных работ по теме диссертации
|
Реферат:
1. Алехин Ю.В., Ильина С.М., Лапицкий С.А., Ситникова М.В. Результаты изучения совместной миграции микроэлементов и органического вещества в речном стоке бореальной зоны //
Вестн. Моск. ун-та. Сер. Геол. 2010. 6, сс. 49 55.
2. Алехин Ю.В., Ильина С.М., Лапицкий С.А., Покровский О.С. Опыт сравнительного анализа отдельных составляющих речного стока малых рек северной зоны и средней полосы России
// Бюллетень МОИП, отдел Геологический, Издательство МГУ, 2011, т. 86, вып.1, сс. 59-81.
3. Ильина С.М., Ситникова М.В., Пушкин А.И. Изучение металлорганических комплексов речного стока с использованием метода ступенчатой фильтрации // Материалы III Региональной
школы конференции молодых ученых Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование, охрана, Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2008,
сс. 84-90.
4. Alekhin Y.V., Ilina S.M., Lapitsky S.A. Sitnikova M.V. Use of method of the spectrophotometry as the control of the stand of the dissolved organic matter in the river flow
// Materials of the 6th International Symposium on Ecosystem Behavior "BIOGEOMON 2009", Helsinki, Finland. 2009.
5. Ilina S.M., Sitnikova M.V., Alekhin Y.V., Lapitskiy S.A. Studying of metalorganic complexes of the river flow with use of the method of the step filtration // Materials
of the 6th International Symposium on Ecosystem Behavior "BIOGEOMON 2009". Helsinki, Finland, 2009.
6. Ilina S.M. The cascade filtration as the way of studying of the organometalic complexes of the river water // Materials of Italian-Russian school of High Education in Ecological,
Environmental and Natural sciences Water: resources and risks, Palermo, Italy, 2009.
7. Лапицкий С.А., Алехин Ю.В., Ситникова М.В., Ильина С.М Каскадная ультрафильтрация как метод изучения комплексообразования микроэлементов с наномолекулами РОВ природных
вод // Электрон. науч.-информ. журнал Вестник Отделения наук о Земле РАН, 1(27)'2009, М.:ИФЗ РАН, 2009. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2009/informbul-1_2009/geoecol-3.pdf
8. Лапицкий С.А., Алехин Ю.В., Ситникова М.В., Ильина С.М Каскадная ультрафильтрация как метод изучения комплексообразования микроэлементов с наномолекулами РОВ природных
вод // Тез. докладов Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. (ЕСЭМПГ-2009). М.: ГЕОХИ, 2009.
9. Ситникова М.В., Алехин Ю.В., Лапицкий С.А., Виерс Ж., Покровский О.С., Ильина С.М. Метод ступенчатой фильтрации как способ изучения металлорганических комплексов речного
стока // IX Международная конференция Новые идеи в науках о Земле, Секция S-XXIII, апрель 2009, ОГГРУ, т. 3, с. 4
10. Алехин Ю.В., Ильина С.М., Лапицкий С.А., Ситникова М.В. Изучение природных органических комплексов методами каскадной фильтрации и возмущения стационарного состояния //
Тез. докл. Ломоносовские чтения - 2010, Москва, 2010.
11. Ильина С.М., Алехин Ю.В., Лапицкий С.А. Результаты комплексных физико-химических исследований металл-органических форм миграции тяжелых металлов в континентальных водах
контрастных климатических обстановок // Тез. докл. XVI Российского совещания по экспериментальной минералогии, Черноголовка, 2010, сс. 247-248.
12. Ilina S.M., Alekhin Y.V., Lapitsky S.A., Pokrovsky O.S, Viers J. Study of speciation and size fractionation of trace element between soil solution, bog, river and lake
within a boreal watershed (North Karelia, NW Russia) using fractional filtration // European Geosciences Union General Assembly 2010, Wien, Austria. Geophysical Research Abstracts,
vol. 12, EGU2010- 6152.
13. Ilina S.M., Viers J., Pokrovsky O.S., Poitrasson F., Lapitsky S.A., Alekhin Y.V. Iron and copper isotope fractionation during filtration and ultrafiltration of boreal
organic-rich waters // European Geosciences Union General Assembly 2010, Wien, Austria. Geophysical Research Abstracts, vol. 12, EGU2010-6147.
14. Ilina S.M., Alekhin Y.V., Lapitsky S.A., Viers J., Pokrovsky O.S. Speciation, size fractionation and migration of trace elements in small rivers from contrasting climatic
environments of boreal zone // European Geosciences Union General Assembly 2011, Wien, Austria. Geophysical Research Abstracts, vol. 13, EGU2011-2463.
15. Ильина С.М., Алехин Ю.В., Лапицкий С.А., Соколова М.Н. Закономерности хроматографического разделения редкоземельных элементов на динамических мембранах при их формировании
в процессе ультрафильтрации // Электрон. науч.-информ. журнал Вестник Отделения наук о Земле РАН, 1(29)'2011, М.:ИФЗ РАН, 2011 (а).
16. Ильина С.М., Алехин Ю.В., Лапицкий С.А. Закономерности хроматографического разделения редкоземельных элементов на динамических мембранах при их формировании в процессе
ультрафильтрации // Тез. докладов Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. (ЕСЭМПГ-2011). М.: ГЕОХИ, 2011 (б), с. 26.
17. Дроздова О.Ю., Алехин Ю.В., Ильина С.М., Лапицкий С.А., Соколова М.Н. Результаты исследования миграционной подвижности микроэлементов в почвенных горизонтах под действием
гумусовых и карбоновых кислот // Электрон. науч.-информ. журнал Вестник Отделения наук о Земле РАН, 1(29)'2011, М.:ИФЗ РАН, 2011 (а).
18. Дроздова О.Ю., Алехин Ю.В., Ильина С.М., Лапицкий С.А. Результаты исследования миграционной подвижности микроэлементов в почвенных горизонтах под действием гумусовых и
карбоновых кислот // Тез. докладов Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. (ЕСЭМПГ-2011). М.: ГЕОХИ, 2011 (б), с. 20.
19. Алехин Ю.В., Ильина С.М., Лапицкий С.А., Дроздова О.Ю. Термодинамика процесса ассоциации гуминовых кислот // X Международная конференция Новые идеи в науках о Земле,
Секция S-XXV, 2011, ОГГРУ, т. 3, с. 261.
|
Библиография:
Актуальность проблемы. Органическое вещество в континентальном стоке является наиболее динамичным и крупным геохимическим резервуаром, изменения в котором отражают особенности климатической зональности, быстрые и долговременные изменения климата отдельных регионов. На изучении этих проблем сосредоточены усилия многих исследователей геохимии окружающей среды. Предполагается, что различия в особенностях миграции микроэлементов в конкретных климатических обстановках могут быть характерными и специфическими показателями. Однако, эта проблема далека от полного разрешения, и результаты отдельных исследователей достаточно противоречивы. Появление новых методов исследования с неизбежностью порождает новые подходы. К ранее существовавшим подходам мы в полном объеме развили и обосновали метод каскадной фильтрации для изучения изменений в молекулярно-массовом распределении (ММР) при изменении режимов течения на водосборных бассейнах. Цель настоящей работы определение вкладов (относительной роли) растворенного и коллоидного органического вещества гуминовой природы, а также коллоидов гидроксидов железа, а также влияния трансформаций их размеров на миграцию отдельных групп элементов речного стока. В высоко гуминовых водотоках первичной гидрографической сети до сих пор главной сложностью является выделение в миграционном потоке вкладов, связанных с истинно растворенными формами, коллоидами и взвесями при быстрых взаимных переходах доминирующих форм транспорта. "Фундаментальные свойства гуминовых веществ это нестехиометричность состава, нерегулярность строения, гетерогенность структурных элементов и полидисперсность. Когда мы имеем дело с гуминовыми веществами, то исчезает понятие молекулы мы можем говорить только о молекулярном ансамбле, каждый параметр которого описывается распределением. Соответственно, к гуминовым веществам невозможно применить традиционный способ численного описания строения органических соединений определить количество атомов в молекуле, число и типы связей между ними" (И.В. Перминова, 2008). Поэтому при изучении динамики трансформации молекулярно-массовых распределений и форм переноса достоверное определение концентраций растворенных веществ, в том числе в форме органометаллических комплексов и коллоидов с учетом распределения по фракциям крупности, остается принципиальным вопросом. В связи с этим были поставлены следующие задачи: применение методов каскадной фильтрации большеобъемных водных проб и диализа для изучения молекулярно-массовых распределений органического вещества (ОВ), коллоидов Fe(OH)3 и связанных с ними микроэлементов; проведение комплексных полевых и лабораторных исследований для детализации физико-химических особенностей миграции химических элементов в малых реках изучаемых регионов; сравнительный анализ вариаций молекулярно-массового распределения ОВ в малых реках бореальной зоны различных широт с изменчивым гидрологическим режимом для выявления особенностей миграции макро- и микроэлементов. Научная новизна представленной работы заключается в обосновании применения и развитии метода каскадной фильтрации как способа исследования молекулярно-массового распределения ОВ для широкого интервала размеров пор 100 мкм 14 Å и в применении этого метода к водным пробам в системе почвенные растворы питающие болота первичные водотоки промежуточные и депонирующие озера, а также в комплексном подходе к изучению объектов, позволившем найти устойчивые корреляции и связи в совместном транспорте микроэлементов с растворенным органическим углеродом (РОУ) и коллоидами Fe(OH)3 в изученных размерных фракциях. Практическая значимость. Полученные результаты важны для детализации представлений о доминирующих формах миграции элементов в ряду поровый раствор воды болот водотоки первичной гидрографической сети промежуточные озера депонирующий водоем. Выявлены гидрологические и климатические различия в отдельных районах бореальной зоны, что позволяет более обосновано прогнозировать изменение форм переноса при климатических изменениях. Выработанные рекомендации по применению методов основной фильтрации, ультрафильтрации и гиперфильтрации важны для получения достоверной информации при исследованиях ММР основных форм миграции отдельных элементов в природных водах. Фактический материал. Работа выполнена на основе материала, собранного автором в процессе работы в районах Северной Карелии и Владимирской Мещёры в течение 5 полевых сезонов 2007-2011 гг. по проектам РФФИ 07-05-92212-НЦНИЛ_а, 08-05-00312-а, 11-05-00464-а, 11-05-00638-а и 11-05-93111-НЦНИЛ_а, и проанализированного автором в Лаборатории экспериментальной геохимии МГУ и Лаборатории Geosciences Environnement Toulouse (GET, Тулуза, Франция), а также на основе данных методических экспериментов, полученных там же. Общий объем использованного фактического материала составляет: более 1000 водных проб, отобранных по сети опробывания из 60 точек, подвергнутых каскадной и другим способам фильтрования, диализу и комплексу электрохимических методов измерения, в том числе in situ. Этот материал был основным для проведения фильтрационных экспериментов и последующего определения микроэлементного состава (54-60 элементов), спектрофотометрического определения цветности и доли гуминовых кислот, содержания растворенного углерода, макрокомпонентного анализа вод, их кондуктометрических и потенциометрических характеристик, полученных в лабораториях экспериментальной геохимии МГУ, лаборатории Geosciences Environnement Toulouse (GET), а также форм органического углерода в лаборатории почвенного стационара факультета почвоведения МГУ. В работе использовались: геологическая карта СССР масштаба 1:200000, лист Q-36-XIII, 1959 г., составленная ВСЕГЕИ; геологическая карта дочетвертичных отложений Владимирской области масштаба 1:500000, 1998 г., составители Е.С.Артемьева и др., МПР РФ; геологическая карта четвертичных образований масштаба 1:80000, ЦФО, Владимирская область, 1998-2000 гг., составленная по геологическим картам ЦФО масштаба 1:500000 в Центральном региональном геологическом центре МПР РФ, главный редактор Н.И. Сычкин. Основные защищаемые положения. 1. Развитый и детализированный метод каскадной фильтрации позволяет изучать молекулярно-массовое распределение ОВ гуминовой природы и органометаллических комплексов в континентальных водах в интервале размеров частиц 100 мкм 14 A. 2. Величина свободной энергии присоединения простого фрагмента фульвокислоты (500 Да) изменяется в интервале 6,8 0,6 ккал/моль. Термодинамический анализ процессов деполимеризацииассоциации гуминовых кислот демонстрирует зависимость размера крупных агрегатов ОВ от гидрологического режима и близость свободной энергии комплексообразования к энергии тепловых колебаний молекул (0,6 ккал/моль). 3. По корреляционным связям преобладающих форм миграции микроэлементов с ОВ и коллоидами гидроксида железа выделены 4 группы: 1) элементы, адсорбционно связанные с коллоидами гидроксидов железа; 2) микроэлементы, образующие высокомолекулярные комплексы вместе с железоорганическими; 3) элементы, закомплексованные с низкомолекулярным гуминовым ОВ; 4) простые комплексы с ОВ и ионные формы. 4. Установлены различия в спектрах РЗЭ речного стока сравниваемых объектов, выявленные аномалии связаны с контрастностью гидрологических обстановок, различием в составах почвенного субстрата, климатическими и временными вариациями. 5. Использование метода возмущения стационарного состояния при фильтрации позволяет обосновать особенности использования обратноосмотических мембран для разделения ассоциатов на размерные фракции. Формирующийся на фильтре осадок выполняет функцию ионообменной разделяющей хроматографической колонки, что накладывает ограничения на допустимые объемы фильтрования. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Основной объем работы составляет 124 страницы, 44 рисунка, 5 таблиц, а также 18 таблиц, 15 рисунков и текстовые приложения на 63 страницах. Список использованной литературы включает 155 наименований. Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на: III Региональной школе-конференции молодых ученых "Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование, охрана" (Петрозаводск, 2008); на 6-ом Международном Симпозиуме Ecosystem Behavior, Biogeomon (Хельсинки, Финляндия, 2009); Ежегодном семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, 2009, 2011); IX и X Международных конференциях "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2009, 2011); летней школе Итало-российского института экологических исследований и образования "Вода: ресурсы и риски" (Палермо, Италия, 2009); на семинаре Европейской Ассоциированной Лаборатории "Геохимия окружающей среды" (Тулуза, Франция, 2009); XVI Российском совещании по экспериментальной минералогии (Черноголовка, 2010); Ломоносовских чтениях (Москва, 2010); Международной конференции European Geosciences Union (Вена, Австрия, 2010, 2011). По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК. Благодарности. Автор искренне благодарит своих руководителей и соавторов публикаций Ю.В. Алехина, Ж. Виерса, С.А. Лапицкого, О.С. Покровского за идеи, консультации, поддержку и помощь при написании работы. Автор выражает глубокую благодарность А.Е. Самсонову за изготовление и подготовку к исследованиям необходимого оборудования и аппаратуры. Особую признательность за помощь в проведении аналитических исследований автор выражает сотрудникам лаборатории экспериментальной геохимии кафедры геохимии МГУ Д.А. Бычкову, А.Ю.Бычкову, В.В. Пухову, И.П. Родионовой, сотруднику факультета почвоведения МГУ Ю.А. Завгородней, сотрудникам Geoscience Environnement Toulouse J. Prunier, M. Henry, C. Boucayrand, A. Lanzanova, F. Candaudap, J. Chmeleff, C. Causserand, F. Poitrasson. Неоценимую помощь оказали сотрудники, студенты и аспиранты МГУ, принимавшие участие в полевых работах на объектах: С.В. Думцев, О.Ю. Дроздова, М.В. Ситникова, Р.В. Мухамадиярова, М.А. Макарова. Работа выполнялась при поддержке грантов РФФИ 07-05-92212-НЦНИЛ_а, 08-05-00312-а, 11-05-00464-а, 11-05-00638-а и 11-05-93111-НЦНИЛ_а.
|
|
