Для решения проблемы геохимического баланса различных элементов по отдельным составляющим речного стока необходимы исследования трансформации и закономерных различий в истинно растворенных и коллоидных формах миграции отдельных металлов с органическим веществом (ОВ). Выделение в миграционном потоке вкладов, связанных с истинно растворенными формами, коллоидами и взвесями при быстрых взаимных переходах доминирующих форм транспорта для речного стока является сложной проблемой. В рассматриваемом ряду вкладов истинно растворенные формы характеризуются для большинства неорганических ионных форм микроэлементов переменными, но, как правило, наиболее низкими концентрациями. При изучении динамики трансформации форм переноса достоверное определение концентраций растворенных веществ, в том числе в форме металлорганических комплексов и коллоидов, становится принципиальной задачей. Наиболее заметную роль в комплексообразовании в поверхностных водах играют гумусовые вещества: плохо растворимые гуминовые кислоты и фульвокомплексы металлов в истинном растворе, взаимодействие с которыми оказывает основное влияние на поведение химических элементов.

Изучение проблемы комплексообразования микро- и макроэлементов речного стока с растворенным органическим веществом (РОВ) предполагает знание распределения групп микроэлементов между молекулами гуминовых и фульвокислот различной молекулярной массы и низкомолекулярных органических кислот. Отбор проб большого объема (40 - 80 л) с последовательным использованием методов каскадной фильтрации, ультрафильтрации и гиперфильтрации позволяет разделить эти группы на различных видах фильтров и изучить молекулярно-массовое распределение ОВ, что является способом решения поставленной задачи. Элементы такого подхода, впервые развитые в работах Б. Дюпре и др. [1], были нами адаптированы и дополнены применительно к решаемым задачам. Для этого пробы подвергались ступенчатой каскадной фильтрации через различные фильтры, как мембранные, так и ядерные, с диаметром пор 100 мкм; 20 мкм; 10 мкм; 5 мкм; 1 мкм; 0,45 мкм; 0,4 мкм; 0,2 мкм; 0,1 мкм ; 100 кДа (5,91 нм); 10 кДа (2,71 нм) и 1 кДа (1,27нм), а также диализу на мембранах 1 кДа. Для всех типов речных, болотных и озерных вод анализ последовательных фильтратов на содержание РОВ и спектры составов в отношении макро- и микрокомпонентов демонстрируют высокую степень закомплексованности с РОВ. Вклад в общем балансе фульвокислот закономерно увеличивается с 50 до 75 % от областей питания к устьевым частям водотоков. Для большинства микроэлементов выведение на фильтрах хорошо коррелирует с выведением РОВ, демонстрирует преобладание различных типов коллоидов и особенности их молекулярно-массового распределения.

Результаты анализа фильтрационных экспериментов позволяют установить объективно проявляющиеся свойства разделяющих мембран для гиперфильтрации (, 1-100 кДа). В отношении РОВ фульво- и гуминовой природы мембраны проявляют обратноосмотические свойства, заключающиеся в концентрировании раствора до фильтра по механизму задержки растворенных компонентов в фильтранте. На таких мембранах процесс фильтрования не ограничивается молекулярно-массовым разделением как ситовый эффект при ведущей роли исключительно размерных, стерических ограничений. Для мембран с малыми порами 1 кДа (12,7 Å) обессоливание фильтрата, т.е. задержка электролитов по обратноосмотическому механизму, наблюдается и для компонентов, не связанных в комплексы с ОВ, например, для натрия. Особенностями достигаемого при обратноосмотическом фильтровании стационарного состояния в отношении состава фильтрата и величины концентрационной поляризации можно управлять, что позволило нам создать новый способ изучения степени закомплексованности микроэлементов с ОВ природных вод методом возмущения стационарного состояния при фильтрации. Из работ по обратноосмотическому обессоливанию и фильтрационному эффекту известно [2], что коэффициент задержки (рис. 1), R = 1 - c₂/c₁ зависит от соотношения концентраций <на входе - с₁> и <на выходе - c₂> мембраны, что в свою очередь, определяется условиями перемешивания, скоростью фильтрации и величиной потенциала течения. Изменение этих условий приводит к согласованному изменению концентраций элементов в серии последовательных фильтратов как закономерные по величине пульсации концентраций для очень многих элементов. Эти флуктуации, а не плавное изменение концентрации от пробы к пробе при возмущениях стационарного состояния коррелируют (рис. 1-2) по большинству растворенных компонентов и связаны не только с гидродинамическими особенностями диффузионных и фильтрационных потоков при изменениях условий фильтрации и величинами коэффициентов задержки, но и с седиментационным выведением с ОВ на мембране.

1. Pokrovsky O.S., Dupre B. and Schott J./ Fe-Al-organic Colloids Control of Trace Elements in Peat Soil Solutions: Results of Ultrafiltration and Dialysis. Aquatic Geochemistry, 2005, N11, 241-278.
2. Алехин Ю.В., Вакуленко А.Г., Лакштанов Л.З. Методы изучения транспортных явлений при изотермической фильтрации в пористых средах. Очерки физико-химической петрологии, вып.X, М., Наука, 1982, с.45-68.