Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2022, № 3, стр. 51-56

ВВЕДЕНИЕ

Природные объекты современных городов, в особенности промышленных, в той или иной степени испытывают антропогенную нагрузку, однако наибольший пресс приходится на малые реки. Они принимают поверхностные стоки с городских улиц, прилегающих промышленных и сельскохозяйственных территорий, бытовые стоки сельской застройки, которые содержат широкий спектр загрязняющих веществ, таких как антигололедные реагенты, нефтепродукты, удобрения и пестициды, моющие средства и т.д. Некоторые реки принимают очищенные сточные воды, а в случае аварийных ситуаций и несанкционированных сбросов – неочищенные стоки. Берега малых рек часто превращаются в свалки бытового и строительного мусора, также вносящего свой вклад в загрязнение водотоков. Во всем этом многообразии загрязняющих веществ присутствует, часто не замеченная, но одна из самых токсичных составляющих – ртуть.

Ртуть – вещество первого класса опасности, характеризуется не только высокой степенью токсичности, но и кумулятивным эффектом, отсроченным развитием симптомов отравления, тяжелым течением интоксикации, медленным выведением из организма. Ее содержание подлежит контролю и нормируется во многих объектах окружающей среды: различных типах вод, почве, воздухе [10, 14]. Одним из объектов, для которого в нашей стране до настоящего времени не установлены ПДК являются донные отложения, хотя они могут оказывать значительное влияние на качество вод. Использование донных отложений водоемов и водотоков в качестве индикатора наличия ртутного загрязнения, как локального, так и водосборной территории в целом, обусловлено большой сорбционной способностью илов, позволяющей установить не только наличие постоянных источников загрязнения, но и факты масштабных краткосрочных поступлений загрязнителей. Повышенные концентрации ртути наблюдаются в донных отложениях рек, дренирующих территории химических предприятий, полигоны ТБО, аэропорты, сельскохозяйственные территории [2, 7]. В непосредственной близости к г. Хабаровск нет крупных предприятий, деятельность которых связана с активным поступлением ртути в окружающую среду. Однако при определенных условиях возможно вторичное загрязнение территории из-за атмосферного переноса, например, с территории Китайской Народной Республики, которая занимает третье место в мире по запасам ртути и на протяжении многих лет является одним из крупнейших источников антропогенной ртути. Хотя в последние годы КНР сообщает о снижении общего количества выбросов ртути в окружающую среду, наибольший процент от него стабильно приходился на атмосферный сброс [17].

Значения фоновых содержаний ртути в донных отложениях пресных водоемов сильно варьируют в зависимости от месторасположения и типа водного объекта, геохимической среды, состава самих донных отложений и т.п. Различные авторы приводят цифры от 0.006 до 0.6 мг/кг [11, 13]. Еще более широк диапазон значений концентрации ртути, найденной в донных отложениях, которые авторы относят к “повышенным” и “высоким” – 0.001–77 мг/кг [1, 12]. Столь значительные расхождения в оценке одних и тех же абсолютных значений концентраций обусловлены использованием различных критериев, в качестве которых, помимо сравнения с фоновыми участками, приводятся кларки элемента, в том числе региональные, коэффициенты накопления, целевые значения, зарубежные нормативы. Во многом именно по этой причине данная работа не проводит оценку загрязненности донных отложений малых рек Хабаровска как таковую, в ней лишь предпринята попытка оценить их текущий “ртутный фон”, установить “точку отсчета” для дальнейшего наблюдения за его изменением. Второй причиной, по которой в настоящей работе не может быть дана оценка динамики ртутного загрязнения, это отсутствие более ранних аналогичных исследований. Несмотря на то, что малые реки города находятся под пристальным вниманием экологов, ведущих мониторинг качества вод и донных отложений [3, 15], данные о содержании в них ртути отсутствуют. Однако имеются сведения о несколько повышенном содержании ртути в почвах Хабаровска, в том числе ее растворимых форм [5, 9], по сравнению с фоновыми территориями, что может послужить источником вторичного загрязнения водных объектов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Для исследования временной динамики содержания ртути в донных отложениях малых рек Хабаровска и его окрестностей отбор проб осуществлялся ежемесячно с апреля по август 2021 г. в фиксированных точках: р. Матрениха 48.355705° N, 135.004654° E; р. Безымянная 48.370918° N, 135.058823° E; р. Черная 48.447684° N, 135.214624° E; р. Гнилая Падь 48.479256° N, 135.139152° E; р. Полежаевка 48.516445° N, 135.153745° E; р. Березовая 48.598720° N, 135.180671° E. Карта-схема мест отбора проб приведена на рис. 1.

Рис. 1.

Карта-схема расположения мест отбора проб.

Донные отложения исследованных водотоков условно можно разделить на две категории: первая – рыхлые, очень темные техногенные илы с гнилостным запахом, характерны для рек Матрениха, Безымянная, Черная; вторая – илы преимущественно природного происхождения, буро-коричневого цвета с различным содержанием глинистых частиц, без выраженного запаха, характерны для рек Полежаевка, Гнилая Падь, Березовая.

Для сравнительного пространственного анализа 27–30 июля 2021 г. пробы отобраны из некоторых самостоятельных водотоков, впадающих в Амурскую протоку, и из малых рек, расположенных в бассейнах рек Березовая и Черная, а также из самих этих рек, воды которых на протяжении многих лет относят к категориям “грязная” и “экстремально грязная” из-за загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами [4]. Характер донных отложений зависел от точки отбора и мог значительно изменяться в пределах одного водотока.

Для исследований отбирался верхний слой отложений 0–5 см. Пробы высушивались при комнатной температуре, измельчались и просеивались через сито с диаметром 1 мм. Определение массовой доли общей ртути проводилось в ЦКП Центр экологического мониторинга ИВЭП ДВО РАН атомно-абсорбционным методом с зеемановской коррекцией неселективного поглощения (метод “холодного пара”) на анализаторе ртути РА–915+ с приставкой для термического разложения пробы ПРИО-915+ согласно методике М 03-09-2013¹¹.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Качество вод исследованных рек значительно различалось по органолептическим показателям, изменяясь от “почти прозрачной” без запаха до “очень мутной” с сильным гнилостным запахом. Донные отложения загрязненных участков представляли собой темный техногенный ил, из которого, особенно в теплый период года, активно выделялся газ. Однако связи между визуальной степенью загрязнения вод и содержанием ртути в донных отложениях не отмечено. Так, в донных отложениях рек Матрениха и Безымянная, воды которых в течение всего периода наблюдений были очень мутными с сильным гнилостным запахом, содержание ртути изменялось в пределах 36–91 (среднее 57) мкг/кг и 80–97 (среднее 90) мкг/кг соответственно. В то же время в р. Полежаевка, вода которой характеризовалась небольшим помутнением и была практически лишена запаха, содержание ртути в донных отложениях колебалось от 61 до 113 мкг/кг (при среднем значении 84). Очевидно, имеет значение не только факт наличия антропогенных стоков, но и их характер. Если первые две реки дренировали, главным образом, территорию сельской застройки, то последняя − преимущественно городскую застройку, краевые учреждения здравоохранения и садово-дачные участки.

Ртуть практически всегда присутствует в осадках сточных вод и техногенных илах, характеризуется высокими коэффициентами аккумуляции [16]. Концентрация ртути в донных отложениях рек Черная и Березовая, периодически принимающих сточные воды, на протяжении всего периода наблюдения была в среднем почти в 2 раза выше, чем в других исследованных водотоках, и составляла 144 и 164 мкг/кг соответственно, изменялась в пределах от 99 до 226 мкг/кг. Среднее содержание ртути в донных отложениях малых рек представлено на рис. 2.

Рис. 2.

Среднее содержание ртути в донных отложениях малых рек.

С течением времени изменение содержания ртути в фиксированных точках отбора значительно варьировало. В зависимости от водотока разница меду минимальной и максимальной концентрацией составляла от 1.2 до 2.5 раз. Однако какой-либо общей закономерности изменения концентрации по месяцам не выявлено (рис. 3). Очевидно, это обусловлено различиями водности объектов и доли в ней прямых антропогенных стоков, а также индивидуальных особенностей водотоков, таких как состав донных отложений, температура и состав вод, условия аэрации, деятельность микроорганизмов и т.п. [16]. Ранее изменение содержания ртути в донных отложениях в течение двух месяцев более чем в 3.8 раза отмечалось для рек Китая, находящихся под влиянием промышленных сточных вод [18].

Рис. 3.

Временная динамика изменения содержания ртути в донных отложениях.

При анализе пространственной структуры распределения ртути выявлено, что донные отложения водотоков, дренирующих наименее освоенные участки, содержали 25–36 мкг/кг. Вероятно, данные концентрации можно принять за фоновые. Пространственно это выражалось так: южная часть города – 36 мкг/кг, северная часть (бассейн р. Березовая) – 32 мкг/кг, восточная часть (бассейн р. Черная) – 25 мкг/кг. Эти концентрации несколько ниже, чем среднее содержание ртути в почвах водоохранных зон, которое для бассейна р. Березовая составляет 0.034 мг/кг (при амплитуде 0.019–0.112), для бассейна р. Черная – 0.042 мг/кг (при амплитуде 0.023–0.076) [6]. Близость концентраций ртути в илах и аккумулятивных горизонтах почв ранее отмечалась для севера Западной Сибири [8]. В то же время содержание ртути в донных отложениях участков водотоков, дренирующих хорошо освоенные территории, такие как плотная сельская или городская застройка, промзона, сельхозугодия и пр., возрастало в южной части в 2.7 раза, в восточной – 3.7 раза, в северной – 4.8 раза. Что свидетельствует о ее поступлении с поверхностным антропогенным стоком.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что содержание общей ртути в донных отложениях рек г. Хабаровск в весенне-летний период 2021 г. изменялось в пределах от 25 до 226 мкг/кг.

Временные колебания концентрации (различия между максимальной и минимальной концентрацией) составили 1.2–2.5 раза, при этом какой-либо общей закономерности изменения концентраций для различных рек не отмечено.

При изучении пространственной динамики распределения ртути, отмечено более значительные колебания в зависимости от степени освоенности дренируемой территории и характера антропогенных стоков. В целом, среднее содержание ртути в донных отложениях рек на участках со слабой антропогенной нагрузкой несколько ниже, чем ее содержание в окружающих почвах. При возрастании освоенности территории, содержание ртути может увеличиваться в 2–4 раза в пределах одного водотока.

Данные, полученные в ходе исследования, будут использованы при дальнейшем мониторинге состояния малых рек Хабаровска и позволят выявить тренд изменения ртутной нагрузки на водотоки.