| 
 | 
 | 
                    
 | 
 

Результаты гидрохимического анализа поверхностных вод озера Байкал в июне-июле 2017 года (центральный бассейн)

к.б.н., с.н.с. Колобов М.Ю., 20.12.2017
(кафедра гидробиологии Биологического ф-та МГУ им. М.В.Ломоносова)


Гидробиологические исследования Байкала являются весьма актуальными в настоящее время, в связи с его высоким экологическим и прикладным значением, а также, с возрастающей антропогенной нагрузкой на уникальную экосистему озера. Такие исследования помогают определить текущее состояние, как экосистемы самого озера, так и экосистем близлежащих территорий, определить наиболее значимые угрозы для них, выделить компоненты человеческой деятельности на фоне естественных процессов и выработать алгоритмы минимизации ущерба для экосистемы озера Байкал.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспедиция по исследованию экологической ситуации на озере Байкал проходила в июле-августе 2017 года. В процессе экспедиции  изучалось восточное побережье от поселка Танхой до поселка Усть-Баргузин. Сбор данных проводился вблизи и по маршруту движения между населенных пунктов Танхой, Клюевка, Бабушкин, Посольское, Энхалук, Турка, Горячинск, Максимиха, Усть-Баргузин.

В ней принимали участи сотрудники кафедры гидробиологии Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва), сотрудники Главного контрольно-испытательного центра питьевой воды (ГИЦ ПВ) (Москва) и сотрудники МФТИ им. Баумана (Москва).

В числе прочего, были отобраны пробы воды на Ушканьих островах, являющихся заповедной территорией. В акватории островов располагается крупнейшее лежбище байкальской нерпы. Территория входит в состав Забайкальского национального парка. Для работы на островах было получено специальное разрешение от администрации ФГБУ «Заповедное Подлеморье».

 

Рис. 1. Маршрут движения экспедиции в июне-июле 2017 года.


На западном побережье Байкала были собраны гидробиологические данные и пробы воды на западном берегу острова Ольхон: от мыса Хобой, включая поселок Хужир, и до юго-западной оконечности острова. Кроме того, были собраны пробы воды в поселке Листвянка. На маршруте движения, в полевых условиях, в поверхностном слое воды измерялись: кислотность (pH), температура, электропроводность воды для определения общей минерализации, содержание кислорода и редокс-потенциал. Проведен комплекс измерений (более 300) в 34 точках (табл.а 1). Для измерений использовались переносные приборы: рН-метр «Milwaukee pH56», кондуктометр «Milwaukee EC60», ORP-метр «Martini Instruments ORP57», анализатор «Эксперт-001-4» с датчиком кислорода ДКТП-02.4.

Во время экспедиции всего было собрано 24 пробы воды для подробного лабораторного анализа (табл. 2) в 12 точках. Данные пробы собирались из поверхностного слоя воды в герметичные пластиковые емкости объемом 1 литр.

 

Рис. 2. Отбор глубоководных проб с помощью батометра Паталаса.

 

Рис. 3. Измерение гидрохимических показателей в полевых условиях.

 

Таблица 1. Места анализа воды в полевых условиях.

Дата

Примечание

Станция

Координаты  СШ

Координаты ВД

27.06.17

переход Листвянка-Танхой

1

51˚47'41"

104˚54'43"

27.06.17

переход Листвянка-Танхой

2

51˚41'39"

105˚02'26"

27.06.17

переход Листвянка-Танхой

3

51˚37'39"

105˚06'56"

28.06.17

пос. Танхой, река Переемная

4

51˚34'16"

105˚09'56"

28.06.17

пос. Танхой

51˚34'35"

105˚11'30"

29.06.17

пос. Танхой

51˚34'35"

105˚11'30"

29.06.17

река Отбросок

6

51˚35'33"

105˚19'28"

29.06.17

станция Прибой

7

51˚37'21"

105˚26'39"

29.06.17

пос. Клюевка

8

51˚41'32"

105˚43'39"

01.07.17

западная часть г. Бабушкин

9

51˚42'20"

105˚48'23"

01.07.17

г. Бабушкин

10

51˚43'17"

105˚51'31"

01.07.17

станция Тельная

11

51˚43'44"

105˚55'47"

01.07.17

без населенных пунктов

12

51˚43'45"

105˚55'41"

01.07.17

станция Поворот

13

51˚52'28"

106˚05'26"

01.07.17

Посольский сор

14

51˚57'11"

106˚07'46"

02.07.17

Посольский сор

15

51˚56'55"

106˚07'54"

02.07.17

Посольская коса, Байкал

16

51˚57'0"

106˚06'47"

02.07.17

Посольское

17

52˚01'42"

106˚11'06"

03.07.17

дельта Селенги

18

52˚12'05"

106˚12'00"

05.07.17

поселок Старый Энхалук

19

52˚34'31"

107˚05'30"

05.07.17

без населенных пунктов

20

52˚37'22"

107˚21'03"

05.07.17

мыс Швец

21

52°41'26"

107°29'21"

05.07.17

кордон заказника "Прибайкальский"

22

52°42'32"

107°36'40"

06.07.17

пос. Турка

23

52°57'46"

108°13'40"

07.07.17

пос. Горячинск

24

52°59'10"

108°17'23"

08.07.17

пос. Максимиха

25

53°17'30"

108°40'40"

09.07.17

мыс Нижнее Изголовье

26

53°31'24"

108°32'20"

10.07.17

остров Большой Ушканий

27

53°51'05"

108°36'07"

11.07.17

мыс Хобой

28

53°24'21"

107°46'32"

11.07.17

мыс Саган-Хушун (глуб. 60 м)

29

53˚23'33"

107˚42'48"

11.07.17

залив Баян-Шунген

30

53°14'17"

107°24'04"

11.07.17

пос. Хужир

31

53˚11'35"

107˚19'49"

11.07.17

мыс Хужиртуй (глубина 60 м)

32

53°11'27"

107°17'10"

14.07.17

пос. Листвянка

33

51°50'35"

104°52'40"

 

Таблица 2. Места сбора проб для лабораторного анализа воды.

Место отбора

Дата

Координаты, С

Координаты, В

W 001

28.06.2017

51˚35'01"

105˚14'08"

W 002

29.06.2017

51˚41'47"

105˚46'22"

W 003

30.06.2017

51˚43'45"

105˚48'12"

W 004

02.07.2017

51˚57'51"

106˚07'50"

W 005

03.07.2017

52˚17'03"

106˚15'21"

W 006

07.07.2017

52˚59'10"

108˚17'23"

W 007

08.07.2017

53°17'30"

108°40'40"

W 008

09.07.2017

53˚28'17"

108˚45'58"

W 009

10.07.2017

53˚51'02"

108˚42'19"

W 010

11.07.2017

53˚23'33"

107˚42'48"

W 011

11.07.2017

53˚11'35"

107˚19'49"

W 012

12.07.2017

51°50'35"

104°52'40"

Из емкости удалялся воздух, для предотвращения окислительных процессов, и она герметично закрывалась пластиковой крышкой. Кроме того, было взято несколько проб воды с глубины 60 м с помощью батометра Паталаса, с объемом колбы  1 литр. Запечатанные пробы воды отправлялись в лабораторию, где проводился анализ на определение концентрации различных загрязняющих веществ (табл. 3).

Определение элементного состава воды проводилось по аттестованным методикам  в аккредитованной лаборатории Главного контрольно-испытательного центра питьевой воды (ГИЦ ПВ) (№ РОСС RU.0001.21ПВ06 (Росаккредитация), № ААС.А.00259 (ILAC)) (табл.3).

Лаборатория имеет лицензию на определение уровня загрязнения (включая радиоактивное загрязнение) водных объектов и почв № Р/2015/2954/100/Л (Росгидромет) и сертификат системы менеджмента качества по ГОСТ ISO 9001-20011 № РОСС RU.ИК32.К00143.

В процессе лабораторных исследований использовалась разнообразная приборная база (табл. 4). Для определения содержания металлов в воде использовался метод атомно-абсорбционной спектрометрии (спектрометр атомно-абсорбционный «КВАНТ - Z.ЭТА-Т»).

 

Таблица 3. Измеряемые показатели, их ПДК и методы испытаний.

№ п/п

Номенклатура показателей,
единицы измерения

ПДК
[1]

Метод испытаний
(ссылка на НД)

1

Алкилсульфаты натрия, мг/л

0.5

ПНД Ф 14.1:2:4.158-2000

2

Силикаты, мг/л

1.0

ПНД Ф 14.1:2:4.215-06

3

Сурьма, мг/л

-

ГОСТ 31870-2012

4

Фенолы летучие, мкг/л

0,001

РД 52.24.480-2006

5

Фосфат-ион (по P) для эвтрофных водоемов, мг/л

0.2

ПНД Ф 14.1:2:4.248-07

6

ХПК, мгО2/л

-

ПНД Ф 14.1:2:4.190-03

7

Цинк, мг/л

0.01

ПНД Ф 14.1:2.253-09

8

Железо общее, мг/л

0.1

МВИ 01.1:1.4.2:2.18-05 (ФР.1.31.2006.02319)

9

Медь, мг/л

0.001

ГОСТ 31870-2012

10

Мышьяк, мг/л

0.05

ГОСТ 31870-2012

11

Ртуть, мг/л

0.0001

ГОСТ 31950-2012

12

Свинец, мг/л

0.006

ГОСТ 31870-2012

13

Калий, мг/л

50

ФР.1.31.2005.01774

14

Нитрат-анион, мг/л

40

ФР.1.31.2005.01774

15

Нитрит-анион, мг/л

0.08

ПНД Ф 14.1:2:4.3-95

16

Водородный показатель (рН), ед. pH

-

ФР.1.31.2005.01774

17

Нефтепродукты, мг/л

0.05

МУК 4.1.1262-03

18

Аммоний-ион, мг/л

0.5

ПНД Ф 14.2:4.209-05

19

Объемная суммарная альфа-активность, Бк/л

-

ФР.1.40.2013.15386

20

Объемная суммарная бета-активность, Бк/л

1,01 Бк/л

ФР.1.40.2013.15386

[1] - Приказ N 552 Минсельхоза России от 13 декабря 2016 г. «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения».

Параллельно с отбором проб, проводилась аэрофотосъемка береговой линии с помощью квадрокоптера Xiaomi MiDrone 4K, для определения особенностей прибрежного рельефа и определения интенсивности зарастания дна микроводорослями и макрофитами. Микроводоросли служат надежных индикатором повышенного содержания воде различных биогенных веществ, как органических, так и неорганических, таких как нитраты, нитриты, фосфаты, железо,  калий и пр. Кроме того, с помощью снимков с квадрокоптера удается обнаружить затопленные бревна и места накопления детрита.

 

Таблица 4. Используемая приборная база для лабораторных исследований воды и грунта.

Определяемые характеристики

Модель прибора

Страна и производитель

Нитраты, фториды, натрий, калий, рН и др., растворенный кислород

Анализатор жидкости «Эксперт-001-4», сопр. с датч. кисл.ДКТП-02.4 зав. № 4490 (датч. кисл. № 1516), 2008

ООО «Эконикс-Эксперт»

Общее солесодержание, электропроводимость

Кондуктометр-солемер HANNA Instruments HI 98312 (DIST 6), зав. № 3490, 2010

HANNA Instruments

Общий органический углерод, озон, цианид-ионы, формальдегид и др.

Фотометр Spectroquant NOVA 60 А, зав. № 07470776, 2008

Merck KGaA

Железо, нитриты, аммония и т.д. в воде и вытяжках

Фотометр «Эксперт - 003», зав. № 0586, 2010

«Эконикс-Эксперт»

Висмут, кадмий, марганец, медь, мышьяк, ртуть, свинец, сурьма, цинк

Анализатор вольтамперометрический ВА-03, зав. № 0230, 2005

НПФ «Спектрум»

Нефтепродукты, фенолы, формальдегид, АПАВ, ХПК

Анализатор жидкости «Флюорат 02-3М», зав. № 4943, 2008

ООО «Люмэкс»

Нитраты, фториды, натрий, калий, рН

Анализатор жидкости «Эксперт-001», зав. № 2699, 2006

ООО «Эконикс-Эксперт»

Бензапирен

Хроматограф жидкостный «Люмахром» с флуорометрическим детектором, зав. № 319, 2012

ООО «Люмекс-маркетинг»

Определение суммарных активностей альфа- и бета-излучающих нуклидов, удельных активностей отдельных нуклидов

Альфа-бета радиометр для измерений малых активностей УМФ-2000, зав. № 1151, 2010

НПП «ДОЗА»

Тяжелые металлы и другие микроэлементы

Спектрометр атомно-абсорбционный «КВАНТ - Z.ЭТА-Т», зав. № 751, 2012

ООО «КОРТЭК»

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

Хорошими экспресс-показателями, состояния среды, служат температура, pH (кислотность), общая минерализация и концентрация растворенного кислорода в воде. Снижение рН, содержания кислорода и увеличение общей минерализации  воды могут являться признаками эвтрофирования – накопления в водоеме органических веществ и биогенов, и о возможном экологическом неблагополучии.

Можно отметить, что концентрация кислорода в поверхностном слое воды, общая минерализация и кислотность, в целом, соответствуют обычной картине, наблюдаемой на озере Байкал разными исследователями в течение многих лет. Наблюдалось падение кислотности воды на 0.5-1.0 единиц и увеличение общей минерализации вблизи населенных пунктов до 130-140 мг/л. Возможно, это отражает увеличение концентрации органических веществ в воде из-за поступления промышленных стоков и канализации. Картина с обратным знаком наблюдалась в акватории рядом с дельтами рек –  не увеличение, а снижение общей минерализации, за счет  поступления значительных объемов слабоминерализованной воды (дождевые стоки, талая вода) (рис. 8).

Температура поверхностного слоя воды
Температура воды является важнейшим фактором среды, оказывающим влияние на гидрохимические характеристики – при повышении температуры уменьшается растворимость газов в воде и увеличивается скорость химических реакций. Водные организмы также в значительной степени зависят от температуры среды. Поверхностный слой  подвержен наибольшим температурным колебаниям – он активно прогревается солнцем и охлаждается ночью и при падении температуры воздуха.

Средняя температура поверхностного слоя воды постепенно снижалась при продвижении с юга на север по восточному побережью Байкала (рис.4) и в среднем составила 15,4 ˚С. Максимальное отмеченное значение температуры воды вблизи берега составило 20,0 ˚С, и отмечено на траверзе станций Тельная и Поворот, рядом с городом Бабушкин. Минимальное значение температуры 9,9 ˚С, отмечено рядом с островом Большой Ушканий и мысом Нижнее изголовье, где возможен апвеллинг.

Аналогичная картина отмечена и для западного побережья Байкала (рис.5) – температура воды постепенно снижалась в направлении с юга на север, в среднем составила 13,3 ˚С. Максимум температуры поверхностного слоя воды отмечен в поселке Листвянка – 16,1 ˚С.

 

Рис 4. Изменение средней температуры поверхностного слоя воды озера Байкал, при перемещении с юга на север по восточному побережью от поселка Танхой (1) до Ушканьих островов (22).

 

 

Рис 5. Изменение средней температуры поверхностного слоя воды озера Байкал, при перемещении с юга на север по западному побережью от поселка Листвянка (1), залив Баян-Шунген (3) до Ушканьих островов (5).

Измерения температуры воды на глубине 50-60 метров в Малом море, рядом с островом Ольхон, показали, что на глубине она лишь немного ниже или равна температуре воды в поверхностном слое. Разница составляет 1-2 градуса. Это говорит о достаточно хорошем перемешивании водных масс водоема в этом районе до указанных глубин.

 

Рис 6. Изменение pH поверхностного слоя воды озера Байкал, при перемещении с юга на север по восточному побережью от поселка Танхой (1) до мыса Нижнее Изголовье (21).

 

Концентрация кислорода
Концентрация кислорода в поверхностном слое воды высока во всех местах отбора проб воды и достигает 11 мл/л, в отдельных местах – 14 мл/л, что, конечно, способствует быстрому окислению  органического вещества.

Кислотность (pH)
Общей тенденцией, отмеченной в процессе исследования, является постепенное увеличение значений pH воды при продвижении с юга на север Байкала, как по восточному (рис. 6), так и по западному побережью (рис.7). Это может быть связано с целым комплексом факторов, в том числе с уменьшением средней температуры воды в северной части озера. Достоверной корреляции между локальными изменениями температуры и pH в нашем случае не отмечено – можно говорить лишь об общей тенденции. Однако, можно сказать что относительный риск локального эвтрофирования выше в южной части озера с более теплой водой и более низкой кислотностью.

 

Рис 7. Изменение pH поверхностного слоя воды озера Байкал, при перемещении с юга на север по западному побережью от поселка Листвянка (1), залив Баян-Шунген (3) до Ушканьих островов (5).

 

Общая минерализация воды (TDS)
Общая минерализация – суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ (TDS – от англ. total dissolved solids). Выражается в  миллиграммах на литр (мг/л), а также может выражаться в частицах на миллион частиц воды – ppm (от англ. parts per million).

Этот параметр также называют содержанием растворимых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества, как правило, находятся именно в виде солей. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли (в основном бикарбонаты, силикаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и органические вещества, растворимые в воде. Уровень солесодержания воде, в значительной мере, зависит от химического состава пород, формирующих дно Байкала, и состава грунтов водосборного бассейна. Поскольку прибайкальская территория характеризуется огромным геологическим и минералогическим разнообразием, то и состав поступающих в озеро вод разнообразен, в том числе, и вследствие различной растворимости минералов.

Кроме природных факторов, на общую минерализацию воды большое влияние оказывают промышленные, бытовые и сельскохозяйственные сточные воды. Реки, несущие талые или дождевые воды с очень малым содержанием минералов, напротив, снижают общую минерализацию воды.

 

Рис 8. Изменение электропроводности воды поверхностного слоя озера Байкал, при перемещении с юга на север по восточному побережью от поселка Танхой (1) до Ушканьих отровов  (22).

 

Измеряется общая минерализация по удельной электролитической проводимости воды (EC – от англ. electrical conductivity), поскольку, чем больше в воде растворенных веществ, тем лучше она проводит электрический ток. В нашем случае, единица измерения – миллисименс на сантиметр (mS/см), что отражает проводимость, измеренную между противоположными сторонами кубика воды со стороной 1 см. Для приблизительной оценки минерализации и перевода электропроводности в содержание солей в мг/л используют эмпирическое соотношение: TDS = 0,64 EC.

Как видно на рис. 8, минерализация вод озера Байкал вдоль восточного берега, при перемещении с юга на север, подвергается заметным колебаниям, без выраженного общего тренда. В среднем, электропроводность поверхностного слоя воды составила 0,13 mS/см, что ориентировочно соответствует общей минерализации 0,08 г/л. Это несколько ниже средних значений в целом для Байкала (0,1 г/л) и отражает процесс накопления более легкой слабоминерализованной воды, выносимой реками, в поверхностном слое.
Акватории, прилегающие к местам впадения рек Большая, Турка характеризуются более низкой минерализацией на уровне 0,07-0,77 г/л. Река Селенга несет большее количество минеральных веществ, поэтому уровень минерализации равен средним значениям 0,08 г/л.

Наибольшая минерализация воды отмечена вблизи следующих населенных пунктов: г. Бабушкин (0,96 г/л), поселок Старый Энхалук (0,1 г/л), поселок Листвянка (0,1 г/л), поселок Хужир на о. Ольхон (0,09 г/л), а также рядом с впадением реки Большая Сухая (0,96 г/л). Относительно высокие значения общей минерализации воды, в сочетании с локализацией вблизи крупных населенных пунктов, служит поводом для дальнейшего контроля химического состава воды в этих районах.

Взвешенное и растворенное органическое вещество
При значительной волновой активности Байкала, в зоне прибоя, в большинстве случаев, не образуется органической пены. Это показатель очень незначительного количества растворенной или взвешенной органики. Небольшое количество автохтонного или аллохтонного органического вещества, которое все-таки оказывается в воде в свободной форме, очень быстро утилизируется водными организмами и переводится в биомассу. На маршруте своего передвижения по Байкалу, мы не обнаружили  визуальных признаков  какого-то катастрофического или значительного загрязнения.  Байкал – олиготрофный водоем, и для него характерны низкие концентрации питательных веществ, за которые, в норме, утилизируются быстро.

Для оценки количества содержания органического вещества в воде используется такой показатель как ХПК (химическое потребление кислорода) –  количество кислорода необходимое для химического окисления содержащихся в воде органических веществ. Выражается в миллиграммах кислорода, необходимого для окисления органических веществ, содержащихся в литре воды.  Анализ проб поверхностных вод  озера показал, что во всех случаях ХПК ниже 5,0 мг/л, что говорит о низких концентрациях органического вещества в воде, в целом.

Загрязняющие и токсичные вещества
В процессе анализа байкальской воды в 2017 году из поверхностного слоя заметных отклонений в содержании алкилсульфатов, сурьмы, фенолов, фосфатов, мышьяка, ртути, свинца, нитратов, нитритов, нефтепродуктов не выявлено.

Концентрация тяжелых металлов, в целом, в байкальской воде либо исчезающее малы, либо значительно ниже предельно допустимых концентраций: ртуть – <0,0001 мг/л, свинец – <0,001 мг/л, мышьяк – <0.005 мг/л, цинк – 0,0049 мг/л, медь – 0,0009 мг/л, железо – 0,017 мг/л. Однако, в отдельных пробах, взятых, в основном, в местах впадения рек, обнаружено превышение предельно допустимых концентраций меди, цинка и железа. Главная опасность тяжёлых металлов состоит в том, что в отличие от органических токсикантов, которые в различной степени разлагаются в природных водах, ионы тяжёлых металлов сохраняются в неизменном виде. Они практически не подвержены процессам самоочищения и лишь перемещаются из одного места в водоеме в другое, взаимодействуя с различными живыми организмами.

Медь и цинк обладают высокой биологической активностью, и в микродозах, необходимы для нормальной жизнедеятельности организмов. Они участвуют в процессах роста, развития и репродукции. Они являются главными составляющими многих металлосодержащих ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных процессах тканей, иммунной реакции, стабилизации рибосом и мембран клеток. Однако повышенные концентрации этих веществ, влекут за собой угнетение процессов жизнедеятельности, развитие патологических процессов и уменьшение выживаемости многих водных организмов. Даже при отсутствии повышения смертности водных организмов, это может привести к серьезным трансформациям всей экосистемы.

Эти элементы можно считать хорошими индикаторами терригенного стока, с высокой эффективностью накопления в планктонных организмах, что определяет их особое значение для водных организмов.

Металл-токсикант, попав в водоем, существует в следующих формах: 1) в растворенной форме; 2) сорбированный и аккумулированный фитопланктоном; 3) адсорбированный на частицах взвешенных частиц 4) адсорбированный на поверхности донных отложений; 5) захороненный в донных отложениях в результате седиментации. При оценке устойчивости экосистемы к токсическому воздействию принято говорить о буферной емкости. Так, под буферной емкостью пресноводных экосистем по отношению к тяжелым металлам понимают такое количество металла-токсиканта, поступление которого существенно не нарушает естественного характера функционирования всей изучаемой экосистемы. Сорбированные формы обладают меньшей биодоступностью и считаются менее опасными.

Однако, в случае Байкала, его очень чистая, не содержащая значительного количества взвесей вода, а также хорошее перемешивание воды в прибрежной зоне, отсутствие значительных донных отложений играют отрицательную роль. Совокупность данных факторов снижает вероятность образования связанных форм токсикантов, существующих в растворенной форме или сорбируясь на поверхностях взвешенных частиц и клетках микроводорослей, являющихся начальными звеньями пищевой цепи. Токсичность тяжелых металлов для планктона определяется тем, что планктонные организмы-фильтраторы концентрируют в себе металлы, которые сохраняются в живых тканях неограниченное время, способствуют гибели планктона. Металлы аккумулируются и накапливаются организмами и передаются по пищевым цепям, вплоть до человека.

Медь
В природные воды медь поступает в результате размывания медьсодержащих почв и горных пород, сброса сточных вод предприятий химической, металлургической промышленности. Предельно допустимые концентрации Cu2+ в водах рыбохозяйственного значения – 0,001 мг/л. Медь считается токсикантом 3-го класса опасности. Среднее ее содержание для озера Байкал - 0.0002 мг/л.

У водных растений (микро-, макроводорослей и макрофитов) наиболее показательной реакцией на токсическое воздействие меди является снижение интенсивности или полное прекращение фотосинтеза. Кроме того, установлено, что присутствие в воде ионов, как меди, так и цинка в концентрациях в 100 и 10 раз меньше ПДК установленных для водоемов рыбохозяйственного назначения ингибирует фотосинтез, что снижает жизнеспособность клеток водорослей и уменьшает их численность.

 

Рис 9. Места повышенных концентраций меди в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.


Экспериментально показано, на примере планктонных ракообразных, что концентрация меди равной ПДК, вызывает гибель десятой части популяции в течение двух-трех недель. У молоди рыб отмечено снижение способности к усваиванию пищи при концентрациях ионов меди и цинка в диапазоне 0,1-25 мг/л.

В целом концентрация меди в исследованных пробах воды низка, что соответствует данным о среднем содержании элементов в байкальской воде. Однако нами обнаружены локальные аномалии – четырехкратное превышение ПДК меди в районе дельты реки Селенга на восточном берегу и рядом с поселком Листвянка. Трехкратное превышение обнаружено в Малом море, рядом с поселком Хужир (рис.9). Исходя из литературных данных по исследованию токсичности соединений меди, можно сказать, что обнаруженные ее высокие концентрации могут оказывать значительное негативное действие на фито- и зоопланктон Байкала.

Цинк
Источники поступления цинка в водные объекты – рудниковые смывные воды и сточные химических производств, предприятий цветной металлургии и тепловых электростанций, работающих на каменном угле. Цинк считается токсикантом 3-го класса опасности. ПДК Zn2+ в водах рыбохозяйственного значения – 0,01 мг/л.

Существуют данные, что и такая концентрация цинка вызывает гибель части популяции ракообразных (Daphniamagna) в экспериментальных условиях в течение двух недель. При содержании в воде с содержанием цинка 0,01 мг/л через две недели наблюдалась гибель 7% рачков. Планктонные организмы, будучи основой водных экосистем, источником пищи для многих организмов, являются, одновременно, самым уязвимым звеном экосистем.

В целом, концентрация цинка в исследованных пробах воды низка, что соответствует имеющимся данным о среднем содержании элементов в байкальской воде. Однако, как и в случае с медью, обнаружены локальные превышения концентраций этого металла в 1,1-1,7 раз. Как и в случае с медью, основным источником поступления является река Селенга.

Опасение вызывает факт локальных высоких превышения концентраций этого металла в отдельных районах, особенно, учитывая в норме низкие фоновые значения концентрации этого металла в водоеме. Кроме того, отмеченные превышения совпадают по расположению с превышениями ПДК меди, что указывает на экологическое неблагополучие этих районов.

Надо учитывать, что наши измерения затрагивают уже разбавленные концентрации. В местах промышленных стоков или рудных смывов содержание этого токсиканта в воде может превышает значения ПДК на несколько порядков, поэтому локальный токсический эффект может быть очень значительным.

 

Рис 10. Места повышенных концентраций цинка в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.


Необходимо учитывать тот факт, что медь, усиливает токсическое действие цинка, а она также имеет повышенные концентрации в этих районах.

С уверенностью можно сказать, что при концентрациях в воде меди и цинка в концентрациях равной или большей ПДК, установленной для рыбохозяйственных водоемов, может происходить частичная гибель планктонных организмов (как фито- так и зоопланктона) с нарушением структур их видовых популяций.

Железо общее
Железо является важным биогенным элементом, необходимым для нормальной жизнедеятельности организмов, однако в больших концентрациях оказывает токсическое действие на гидробионтов. Увеличение концентрации железа в водоемах происходит при загрязнении их сточными водами рудников, металлургических, машиностроительных и химических предприятий. Среднее содержание железа в водах озера Байкал - 0.03 мг/л. Предельно допустимые концентрации железа в водах рыбохозяйственного значения – 0,1 мг/л.

В воде железо присутствует в закисной (Fe2+) и окисной (Fe3+) формах. Закисные формы железа нестойки, и быстро окисляются, переходя в окисные. Процесс окисления идет как непосредственно в воде, так и при участии железобактерий, которые образуют гидрат окиси железа, оседающий на дне водоемов. Образуя комплексы с органическими веществами, железо существует в воде в следующих формах: коллоидальной; в растворенном виде; во взвешенном состоянии – размер более 0,45 мкг, взвеси с сорбированными соединениями железа.

 

Рис 11. Распределение концентраций общего железа в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.


В щелочной воде озера Байкал растворимость железа уменьшается, и большая его часть оседает на дне в виде нерастворимого осадка – гидроокиси железа. Считается, что это соединение не обладает значительным прямым токсическим эффектом, но выпадая в виде нерастворимого осадка оно «душит» организмы.

Токсичность железа обусловлена механическим повреждением жабр гидробионтов и икры в результате осаждения хлопьев гидроокиси железа. По данным некоторых исследователей, при биотестировании образцов воды, содержащей железо в концентрациях 0,3 мг/л, происходила гибель тест-организмов (гидры, дафнии) до 60%, рыб до 10%, в течение нескольких суток. Гибель икры байкальского окуня отмечена при концентрации железа 0,5 мг/л в результате оседания на ее оболочке окиси железа.

В наших исследованиях мы определяли весь спектр соединений железа содержащихся в байкальской воде. Эти соединения в разной степени опасны для гидробионтов, но, учитывая особенности байкальской среды,  мы предполагаем, что основную массу этих соединений составляет гидроокись железа.

В процессе анализа проб нами обнаружено, что лишь в нескольких местах (Ушканьи острова, мыс Саган-Хушун, г. Бабушкин) концентрация железа в воде была ниже ПДК. В других местах (поселки Листвянка,Танхой, Посольское, дельта реки Селенга, пос. Горячинск, Баргузинский залив) концентрация железа была на уровне предельно допустимых концентраций (рис.11). Еще в двух местах концентрация железа в воде значительно превышала ПДК – в дельте реки Турка в 9 раз, рядом с пос. Хужир на о. Ольхон в 4 раза.

Поскольку, рядом с этими точками значительных превышений концентраций не обнаружено, можно предположить наличие мощных локальных источников, на что, несомненно, стоит обратить внимание в будущих исследованиях. Исходя из литературных данных по исследованию токсичности соединений железа, можно сказать, что обнаруженные высокие концентрации могут оказывать значительное локальное негативное действие на гидробионтов озера Байкал.

Необходимо добавить, что избытки любого биогенного вещества, включая и железо, входящего в состав хлорофилла, будут в первую очередь утилизироваться микроводрослями. Это может вызывать их массовое цветение, в том числе массовое размножение спирогиры.

Калий
Предельно допустимая концентрация калия в водоемах рыбохозяйственного назначения 50 мг/л. Обнаруженные в процессе анализа концентрации калия в десятки раз ниже этого значения и не представляют опасности в плане токсичности для гидробионтов. Максимальная концентрация отмечена в воде рядом с поселком Листвянка 3,3 мг/л, в остальных местах значения намного ниже. В районе Ушканьих островов и поселка Хужир значения концентрации 0,4 мг/л, а в месте впадения реки Селенга 0,5 мг/л.

Обнаруженные повышенные концентрации калия представляют интерес потому, что превышают фоновые значения для остальной акватории Байкала и являются маркерами точек поступления этого биогенного элемента. Места с повышенным содержанием калия, в сочетании с некоторыми другими факторами (см. п. «Локализация загрязнений»), могут быть зонами локального эвтрофирования с повышенным риском массового цветения нитчатых водорослей.

 

Рис 12. Повышенные относительно фоновых значений концентрации калия в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.


Аммоний

Аммиак – токсичное азотосодержащее вещество, при растворении в воде существует в виде иона аммония NH4+. Аммоний намного менее токсичен чем газообразный аммиак, но при определенных условиях может переходить в газообразное состояние. Загрязнение рыбохозяйственных водоемов азотосодержащими соединениями происходит в результате сброса сточных вод хозяйственно-бытовых, индустриальных, сельскохозяйственных сточных вод с полей и животноводческих комплексов. Азотные удобрения с поверхностными и внутрипочвенными стоками попадают в водоемы и являются мощным фактором, оказывающим негативное влияние на гидробионтов. Подсчитано, что с поверхностными стоками уносится до 13 % удобрений, вносимых на поля.

 

Рис 13. Предпороговые концентрации аммония в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.


Аммиак – сильнейший яд для рыб и других организмов. Относительная токсичность растворов аммиака  для рыб увеличивается с возрастанием рН воды, что весьма актуально для Байкала с его щелочной водой. Норма аммиака для рыбохозяйственных водоемов 0,01 – 0,07 мг/л, ПДК аммиака 0,1 мг/л. В концентрациях 0,2 – 1,0 мг/л он токсичен для большинства рыб.

В наших исследованиях не обнаружено превышение допустимых значений аммония в водах озера. Во всех исследованных пробах концентрации его ничтожны. Это не удивительно, поскольку источники азота в олиготрофном озере дожны утилизироваться очень быстро. Наибольшие предпороговые концентрации аммония отмечены лишь в Баргузинском заливе и районе Ушканьих островов – 0,07 и 0,08  мг/л, соответственно. Возможно это звенья одной цепи и воду, богатую аммонием воду приносит к островам Баргузинским течением от устья реки Баргузин. Хотя допустимые значения и не превышены, возникает вопрос – почему в Баргузинском заливе, в отличие от других мест, повышено содержание азотосодержащих соединений в воде и может ли концентрация аммония достигать опасных значений. Это тема для дальнейших исследований.

Локализация источников загрязнений
Для того, чтобы отследить пути поступления вышеперечисленных элементов в озеро Байкал, нами использовались два метода – определение концентрации силикатов в воде и распределение суммарной бета-активности. Растворенные силикаты в воде силикаты это соли щелочных металлов кремниевых кислот: метакремниевой кислоты H2SiO3, ортокремниевой кислоты H4SiO4 и др. Силикаты встречаются в виде минералов, в основе различных руд, содержащих, в том числе, и тяжелые металлы. Поэтому нарушение целостности почвенного покрова, абразия берегов, плоскостной смыв, сели, разработка руд, неизбежно приводят к выносу некоторого объема силикатов, и других элементов в водосборный бассейн близлежащих рек и далее в Байкал. Зная распределение силикатов в водосборе, мы можем достаточно подробно локализовать точки поступления загрязняющих веществ и оценить интенсивность этого процесса.

Надо отметить, что для Байкала, в целом характерно естественное повышенное содержание силикатов в воде. Среднее их содержание для озера Байкал - 2.16 мг/л, что выше установленных норм (ПДК – 1.0 мг/л), но это является особенностью водоема.

Как видно, на Рис.14, наибольшие концентрации силикатов отмечаются в водах рядом с дельтой реки Селенга. Далее, Селенгинское течение несет их на юго-запад и в районе Посольского их концентрация уменьшается почти в два раза в результате растворения в водах озера. Исходя из этого, можно предположить, что водосборный бассейн реки Селенга является основным источником поступления тяжелых металлов в Байкал, что подтверждается и картиной распределения концентраций цинка и меди.

 

Рис. 14. Места повышенных концентраций силикатов в воде озера Байкал в июне-июле 2017 года.


Еще одним источником поступления силикатов, но в гораздо меньших масштабах, является река Турка. Это подтверждают и высокие концентрации железа в этом районе.

Суммарная β-активность. Территория Бурятии входит в состав крупнейшей в России Забайкальской ураноносной провинции, в которой в настоящее время обнаружены десятки месторождений урана и тысячи радиоактивных аномалий. Значительные площади в Бурятии сложены породами с повышенными концентрациями естественных радионуклидов (уран-238, торий-232, калий-40). Концентрация урана прочно связана с залежами и каменного и бурого угля. Можно сказать что почвы и горные породы более или менее однородно «маркированы» радионуклидами.

Любое нарушение целостности пород, с интенсивностью превышающей естественные процессы эрозии, будут увеличивать фоновые значений радиоактивности. Сравнение этих значений позволяет обнаружить течения поверхностных вод маркированные радионуклидами в акватории озера Байкал и таким образом отследить перенос радиоактивных веществ.

 

Рис. 15. Места повышенной β-активность воды озера Байкал в июне-июле 2017 года.


Мы использовали β-излучение воды, как трассер переноса поверхностных вод в озер. Нормы радиологического качества воды, по этому показателю, установленные ВОЗ и СанПиН – 1.01 Бк/л. Средние значения суммарной β-активности, в отобранных пробах составляет 0,11 Бк/л, что в десять раз меньше установленных норм. Незначительное превышение этих значений (10%) указывает на реки Селенга и Усть-Баргузин как на основные места выноса радионуклидов (рис.15). Как видно на рисунке, маркируется транзитный перенос поверхностных вод по трассе Селенга-Ангара. Наименьшие значения (0,09 Бк/л) отмечены в районе пос. Горячинск, где отсутствует значительный терригенный сток.

Рис. 16. Съемка поверхности дна около Большого Ушканьего острова в июле 2017 года. Высота съемки 50 метров. 1 -  нитчатые водоросли на дне, 2 – нитчатые водоросли в прибойной зоне. Площадь охвата фото 150х100 метров.


Ушканьи острова. Вода, отобранная в акватории островов, содержит заметно повышенные, относительно фоновых значений для Байкала, концентрации аммония и калия. Это единственное место, где отмечено повышение содержания обоих веществ одновременно. И то и другое вещество входит в состав калийной (KNO3) или аммонийной (NH4NO3) селитр, используемых в сельском хозяйстве. Вполне вероятно, что одновременное повышенное содержание калия и аммония в этом районе объясняется приносом Баргузинским течением  обогащенных удобрениями вод из реки Баргузин, куда они попали в результате смыва с полей.  Косвенным признаком большого содержания биогенов в воде служит заметное количество донных микроводорослей вокруг Большого Ушканьего острова зафиксированное при аэрофотосъемке (рис.16). Несомненно, это дискуссионный вопрос и он требует дальнейшего анализа и повторного сбора данных.

Заключение

В целом, озеро Байкал в настоящее время представляется очень чистым, водоемом. Опасность для озера могут представлять процессы локальной эвтрофикации, связанные с неконтролируемым поступлением биогенных элементов в озеро, а также накопление токсикантов в воде, способных оказывать губительное действие на самые чувствительные звенья экосистемы – планктон, молодь рыб, личинок, особенно на эндемичные виды.

Полученные данные по распределению ряда химических элементов в поверхностном слое центральной части озера Байкал рядом с восточным и, частично, западным побережьем, наряду с уже имеющейся экологической информацией, позволяют наметить приоритетные направления контроля качества воды озера Байкал и окружающей среды в регионе.

Одним из важнейших направлений является контроль содержания токсикантов в водах озера, в том числе, в прибрежных водах. Основное внимание следует уделить тяжелым металлам, входящим в состав полиметаллических руд – меди, цинку, свинцу, железу, кадмию как элементам полиметаллических руд и маркерам их добычи на территориях.

Обнаруженные локальные превышения ПДК меди, цинка и железа представляют опасность для популяций отдельных видов флоры и фауны озера Байкал, поскольку в своих значениях уже способны нарушить их структуру и оказывать угнетающее действие на отдельные организмы, начиная от задержки эмбрионального развития и заканчивая их гибелью на всех этапах жизни.

Основным путем поступления тяжелых металлов в воду озера представляется сток реки Селенга, поскольку территория водосборного бассейна реки очень богата рудными месторождениями, разрушаемыми в процессе естественных процессов эрозии или добычи полезных ископаемых человеком.

Представляется маловероятным, что источники загрязнения тяжелыми металлами речных вод, в дальнейшем поступающих в Байкал, находятся на значительном удалении от него. Обычно, концентрация большинства металлов быстро снижается с удалением от источника загрязнения в результате их связывания или осаждения. В пресных водах уже в сотнях метров от источника поступления существенно убывает концентрация свинца, цинка, хрома, кадмия, несколько дальше переносятся никель, медь, кобальт. С территории Монголии, скорее всего,  поступает лишь незначительная часть таких загрязнений. В противном случае, чтобы в байкальской воде оказались указанные выше концентрации меди и цинка,   на водозаборах горда Улан-Удэ их концентрация должны быть очень высокой.

Представляется необходимым проведение повторных ежегодных наблюдений и, далее, обеспечение непрерывного процесса регистрации гидрохимических характеристик воды, с одновременным сравнением их с ранее полученными данными и определением соответствия их законодательно утвержденным нормативам качества воды. Кроме того, предоставляется важным, создание единой открытой и постоянно пополняемой базы данных о содержании загрязняющих веществ.


Благодарности:


Особую благодарность автор выражает:
- соучредителю и сопредседателю общественной организации «Байкальская экологическая волна», руководителю проекта «Байкальская экспедиция» Рихвановой Марине Петровне за организацию и финансирование экспедиции;
- генеральному директору ЗАО «Главный контрольно-испытательный центр питьевой воды» Гончар Юрию Николаевичу и всему коллективу центра за организацию сбора и гидрохимический анализ проб воды;
- генеральному директору ООО «АртБиос» Таланиной Елене Борисовне за систематизацию собранных данных;
- директору ФГБУ «Объединенная дирекция Баргузинского государственного природного биосферного заповедника и Забайкальского национального парка» Овдин Михаилу Евгеньевичу за разрешение доступа на территорию заповедника.

  • PDF

Фоторепортажи

Россия
Европа
Африка
Юго-Западная Азия
Юго-Восточная Азия
Южная Азия
Южная Америка
Северный Ледовитый океан

Баннер