Экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование форм нахождения микроэлементов в донных отложениях Иваньковского водохранилища

Глава 5. Формы нахождения элементов в донных отложениях Иваньковского водохранилища.

Анализируемые ДО были представлены песками, супесями и глинистыми илами, в различной степени обогащенными органическими остатками. Химический состав ДО Иваньковского водохранилища близок к составу четвертичных отложений Русской равнины. Глинистые минералы в отложениях представлены преимущественно каолинитом (39-60%), гидрослюдой (16-33%), хлоритом (8-25%).

Обобщенные данные о концентрации микроэлементов в поровой воде, а также о распределении их форм нахождения в ДО приведены в таблице 1. Сравнение полученных концентраций микроэлементов в поровых водах с ПДК вредных веществ в воде объектов хозяйственно-питьевого назначения не показало превышений для всех исследованных элементов, за исключением Mn и Fe. Повышенные содержания Mn и Fe характерны для Иваньковского водохранилища, что связывают со значительной заболоченностью водосбора (Бреховских и др., 2006; Ахметьева и др., 2007).

Таблица 1. Микроэлементы в поровой воде и твердой фазе донных отложений Иваньковского водохранилища Над чертой минимальное и максимальное из полученных значений, под чертой - среднее значение (n=13) * - значения валового содержания приведено в г/кг ** - Fe в виде аморфных гидроксидов н/о - ниже пределов обнаружения не опр. - не определяли

Полученные валовые содержания ТМ в ДО находятся в тех же диапазонах, что и в предшествующих работах (Бреховских и др., 2006; Шепелева, 2004). Доля миграционно-способных форм от валовых содержаний ТМ в твердой фазе ДО Иваньковского водохранилища составляет в среднем для большинства изученных микроэлементов 10-25%, повышаясь до 35% для меди и до 70% для Zn и Mn.

Около 50% от суммы миграционно-способных форм Zn, Pb и Co в ДО Иваньковского водохранилища связаны с гидроксидами железа и марганца; у Mn, Ba и Cd преобладают (до 70%) подвижные формы; Cu и Ni в основном связаны с органическим веществом (80% и 45% соответственно).

Для дальнейшего анализа результатов все пробы были разделены на три группы в зависимости от литологии и содержания органического вещества:
А - пески и супеси (точки 3, 4, 14, 15 - прибрежные осадки);
Б - глинистые и суглинистые отложения с незначительным (3-6%) содержанием органического вещества (точки 7, 8, 11, 13, 16, 17 - русловые пробы);
В - глинистые и суглинистые отложения с высоким (9-15%) содержанием органического вещества (точки 9, 10, 12 - пробы отложений, отобранные в зарастающих заливах).

В глинистых отложениях по сравнению с песчаными возрастает как абсолютное, так и относительное (процент от валового) содержание миграционно-способных форм всех микроэлементов. Распределение миграционно-способных форм на подвижные, связанные с гидроксидами Fe и Mn и органическим веществом в соответствии с предложенным делением приведено на рисунке 2.

В осадках, обогащенных органическим веществом (группа В), вклад форм, связанных с органикой возрастает для Fe, Co, Pb, Cu, Ni (и, возможно, As, V, Cr), и не меняется для Mn, Zn, Cd, Ba и Sr, причем для таких микроэлементов, как Co и Pb эта форма становится преобладающей среди миграционно-способных форм.

Рисунок 2. Распределение миграционно-способных форм нахождения микроэлементов для различных типов донных отложений: А - пески и супеси; Б - глинистые и суглинистые отложения с незначительным (3-6%) содержанием органического вещества; В - глинистые и суглинистые отложения с высоким (9-15%) содержанием органического вещества

С увеличением доли глинистой фракции в отложениях (при переходе от группы А к группе Б) растут и относительные содержания Fe, Mn, Co, Zn и Pb, извлекаемые вытяжкой ацетатно-аммонийным буфером, тогда как содержания Cd и Ba уменьшаются (рис.2). Это, вероятно, указывает на преобладание для Fe, Mn, Co, Zn и Pb среди легкоподвижных форм - обменной, а для Cd и Ba - карбонатной.

Для элементов с переменной степенью окисления, таких как V, Cr и As методика Тесье не адаптирована, и для достоверной интерпретации результатов требуется более подробный анализ их геохимии. По полученным данным, V и As в основном извлекаются вытяжкой солянокислым гидроксиламином, тогда как Cr - преимущественно вытяжкой 30% раствором Н₂О₂ при рН 2. Эти результаты можно предварительно интерпретировать, как связь V и As с гидроксидами Fe и Mn, для Cr - либо как связь с органическим веществом, либо как переход в раствор вследствие окисления до хроматов.