Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 491, № 2, стр. 82-88

Несмотря на то, что основная масса химических элементов переносится речными водами в составе взвешенного вещества [1], значение растворенных форм чрезвычайно велико, поскольку они количественно характеризуют направление и глубину химической дифференциации вещества в процессе формирования материкового стока и служат важнейшим фактором эколого-геохимического состояния водных экосистем. К настоящему времени собран обширный массив данных по основному солевому составу вод крупнейших рек мира и получены достаточно надежные оценки ионного стока в океан [2–5]. Аналогичные сводки по растворенным микроэлементам [1, 6] базируются на несравненно меньшем объеме фактического материала и должны рассматриваться как сугубо предварительные оценки. В связи с этим большое значение имеет расширение базы данных по содержанию растворенных форм микроэлементов в речных водах разных природно-климатических зон. Более 10 лет авторы проводят систематическое изучение распространенности микроэлементов в водах замыкающих створов (устьевых участков) крупных, средних и малых рек Российской Арктики с использованием высокочувствительного многоэлементного метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP–MS). Основная цель этих исследований состоит в выявлении возможных различий концентраций растворенных микроэлементов в речных водах, формирующихся на разных водосборах. В сообщении представлены обобщенные данные для рек водосборов Белого и Карского морей.

Отобранные пластиковым батометром пробы воды сразу после подъема на борт отфильтровывали через мембранный фильтр 0.45 мкм в три емкости: 1) в пластиковые флаконы на 100 мл с последующим добавлением 1 мл хлороформа для определения содержания минерального фосфора и кремния стандартными колориметрическими методами с молибдатом аммония; 2) в аналогичные флаконы на 30 мл без консервации для измерения содержания фтора методом прямой потенциометрии с фторидным ионоселективным электродом из монокристалла LaF₃; 3) в полипропиленовые пробирки на 10 мл с предварительно внесенными туда в лабораторных условиях 0.25 мл 5-нормальной азотной кислоты марки ос.ч. для определения концентраций всех остальных микроэлементов методом ICP–MS на приборе Agilent 7500ce. Емкости герметично закрывали и до проведения анализов хранили в запаянных полиэтиленовых пакетах.

Осредненные концентрации растворенных микроэлементов, характерные для замыкающих створов крупных и средних рек или группы малых рек Кандалакшского залива Белого моря, были рассчитаны с использованием всей имеющейся информации по этим водным объектам: результатов экспедиционных исследований авторов, проводившихся с 2007 г. по настоящее время, а также данных литературных источников. На каждом пресноводном устьевом участке реки было отобрано не менее 5 проб воды во время периодических гидролого-гидрохимических съемок, которые для большинства изученных рек охватывали разные фазы гидрологического режима (табл. 1), что позволило обеспечить достаточную репрезентативность оценок средних концентраций. Результаты расчетов приведены в табл. 2 и 3.

В силу относительно высокой пространственно-временной изменчивости содержания растворенных микроэлементов в поверхностных водах, исходя из эмпирических закономерностей, обычно полагают, что при расхождении средних концентраций в 2–3 раза различия незначительны и только при расхождении более чем на половину порядка величины (>5 раз) их можно принимать во внимание.

Рассматривая с этой точки зрения данные по рекам водосбора Белого моря, можно утверждать, что для большинства определявшихся химических элементов (Si, Li, Rb, Cs, Sr, Ba, Mn, Co, Ni, Cu, Tl, Pb, Al, Ga, Ti, Hf, Th, U, редкоземельные элементы, F, V, Cr, Ge, As, Mo, Sb) средние концентрации растворенных форм значимо не отличаются от таковых для рек мира и только для нескольких элементов (P, Fe, Cd, Y, Zr, B) расхождения составляют 3–5 раз (рис. 1).

Рис. 1.

Сравнение средних концентраций растворенных микроэлементов в водах устьевых участков рек водосборов Белого (1) и Карского (2) морей (С_БМ и С_КМ, мкг/л) с мировым уровнем (С_РС, мкг/л). Штриховыми и штрихпунктирными линиями показаны соответственно различия в 3 и 5 раз.

Существенные расхождения средних концентраций цинка в водах рек водосбора Белого моря (4.2 мкг/л) и мира (0.6 мкг/л) вызваны, скорее всего, ошибкой в определении последней величины, поскольку предыдущие оценки давали концентрации порядка 20–30 мкг/л [13, 15], а содержание растворенной меди в речных водах только в редких случаях превышает концентрацию цинка. Для вольфрама, который современными высокочувствительными методами в речных водах определялся не часто, напротив, можно предположить завышение в [6] средней концентрации в мировом речном стоке (0.10 мкг/л по сравнению с 0.03 мкг/л по оценке [15]). Кроме того, согласно [6], отношение Mo/W в водах рек мира равно 4.2, тогда как по нашим данным для рек водосбора Белого моря это отношение составляет 22.5, что соответствует известному факту значительно меньшей подвижности вольфрама в зоне гипергенеза, чем молибдена. Для редкоземельных элементов наблюдается закономерное снижение расхождений с данными по рекам мира по мере увеличения атомного номера (рис. 1).

Аналогичная ситуация характерна для рек водосбора Карского моря. Незначительные расхождения концентраций растворенных форм по сравнению с водами рек мира наблюдаются для P, Si, Li, Rb, Sr, Ba, Mn, Co, Ni, Cu, Pb, Al, Y, Ti, U, La, Ce, Pr, B, F, V, Cr, Ge, As, Mo; в 3–5 раз – для Cs, Fe и Zn (рис. 1). При этом обращает на себя внимание на порядок величины более низкое содержание кадмия (4 нг/л) по сравнению с мировым речным стоком (80 нг/л), что может быть связано с особенностями регионального геохимического фона.

Таким образом, из представленного материала следует, что средние концентрации растворенных микроэлементов в речных водах водосборов Белого и Карского морей за немногими, требующими подтверждения исключениями, близки к средним концентрациям микроэлементов в водах рек мира. Это обстоятельство можно интерпретировать как результат нивелирования пространственной изменчивости химического состава поверхностных вод вследствие большой площади изучавшихся водосборов.