1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геохимия
  4. T. 67, № 11, 2022

Геохимия, 2022, T. 67, № 11, стр. 1142-1156

Особенности формирования химического состава поверхностных вод арктических территорий Западной Сибири

Е. А. Солдатова a, b, *, И. С. Иванова a, **, Ю. В. Колубаева a, ***, Д. А. Соколов a, c, ****

a Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН
634055 Томск, пр. Академический, 4, Россия

b Тюменский государственный университет
625003 Тюмень, ул. Володарского, 6, Россия

c Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
630090 Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, Россия

* E-mail: 2a61@mail.ru
** E-mail: ivanovais_1986@mail.ru
*** E-mail: kolubaeva@inbox.ru
**** E-mail: Sokolovdenis@mail.ru

Поступила в редакцию 16.09.2021
После доработки 10.03.2022
Принята к публикации 14.03.2022

Аннотация

На сегодняшний день одним из наиболее актуальных вопросов при исследовании арктических и субарктических территорий является изучение влияния таяния многолетней мерзлоты на высвобождение органического вещества и влияние данного фактора на геохимический облик водных систем. Помимо влияния на баланс углерода таяние многолетнемерзлых пород способствуют высвобождению и значительного количества других химических элементов, которые поступают в природные воды. В статье представлены результаты исследований химического состава поверхностных вод Ямало-Ненецкого автономного округа, относящегося к Арктической зоне Российской Федерации. Район исследований характеризуется не только наличием многолетнемерзлых пород, но и активным развитием нефтегазового комплекса. В связи с этим изучение особенностей формирования химического состава вод данной территории и определение их текущего эколого-геохимического состояния является важным аспектом для оценки антропогенного воздействия и прогнозирования влияния изменений климата на биогеохимические циклы химических элементов. В результате экспедиционных работ, проведенных в сентябре 2020 г., было отобрано 47 проб природных вод: 23 пробы из водотоков (рек, ручьев), 24 из водоемов (озер и просадок) в пределах бассейнов рек Таз, Пур, Обь и Надым. Объекты были выбраны таким образом, чтобы охватить систему озеро-ручей-река в пределах водосборных бассейнов основных рек ЯНАО. Химический состав был проанализирован в аккредитованной лаборатории стандартными методами, соответствующими поставленным задачам. Камеральная обработка данных производилась с применением методов математической статистики, в том числе анализ методом главных компонент (PCA). Анализ полученных данных показал, что на территории Ямало-Ненецкого автономного округа практически повсеместно распространены ультрапресные поверхностные воды с нейтральной и слабокислой реакцией среды. В ионном составе преобладают гидрокарбонат ион, кальций и магний, для просадок и озер высока доля аммония. При этом концентрации аммонийного азота характеризуются сильной положительной корреляцией со значениями РОУ, ХПК и ПОК. Установлено, что водотоки на исследуемой территории (реки и ручьи) отличаются от водоемов (озер и просадок) более высокими концентрациями макрокомопнентов (${\text{HCO}}_{3}^{ - },$ Ca2+, Mg2+, Na+), чье поступление обусловлено в основном природными факторами, а также значениями минерализации и рН, в то время как просадки характеризуются наиболее высокими концентрациями растворенного органического углерода и значениями других показателей (N-${\text{NH}}_{4}^{ + },$ химического потребления кислорода, перманганатной окисляемости), связанных с поступлением органических веществ. Показано, что основными факторами формирования состава исследуемых вод являются их взаимодействие с минеральной составляющей подстилающих пород и почв и органическим веществом, поступающим из органогенных (торфяных) горизонтов почв. При этом первый фактор оказывает наибольшее влияние на водотоки, а второй на состав воды просадок. Повышенные же концентрации хлорид иона и натрия в водах наиболее крупных озер вероятно связаны с антропогенным воздействием.

Ключевые слова: органическое вещество, биогенные элементы, просадки, озера, реки, природные воды, Арктическая зона, Ямало-Ненецкий автономный округ

Список литературы

  1. Атлас Тюменской области (1971) / отв. ред. Огороднов Е.А. Москва–Тюмень. Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР. 198 с.

  2. Воскресенский С.С. (1962) Геоморфология Сибири. М.: Изд-во Моск. ун-та, 352 с.

  3. Государственный доклад “О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Ямало-Ненецком автономном округе в 2020 г.” (2021). Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Ямало-Ненецкому автономному округу. Салехард, 214 с.

  4. Караваева Н.А. (1982) Заболачивание и эволюция почв. М.: Академия наук СССР, 296 с.

  5. Лазуков Г.И. (1970) Антропоген северной половины Западной Сибири. М.: Изд-во Моск. ун-та, 322 с.

  6. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А., Дину М.И., Хорошавин В.Ю., Кремлева Т.А. (2017) Влияние природных и антропогенных факторов на процессы закисления вод в гумидных региона. Геохимия. (1), 41-56.

  7. Moiseenko T.I., Gashkina N.A., Dinu M.I., Khoroshavin V.Y., Kremleva T.A. (2017) Influence of natural and anthropogenic factors on water acidification in humid regions. Geochemistry Int. 55(1), 84-97.

  8. Московченко Д.В. (2007) Эколого-геохимическое состояние водных объектов на территории заказника “Сургутский”. Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. (7), 163-171.

  9. Московченко Д.В., Артамонова Г.Н., Бабушкин А.Г. (2008) Особенности формирования гидрохимических аномалий в районах нефтедобычи на севере Западной Сибири. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. (5), 411-419.

  10. Приказ от 13 декабря 2016 г. № 552 Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения (с изменениями на 10 марта 2020 г.).

  11. Решетько М.В., Моисеева Ю.А. (2016) Климатические особенности и статистические оценки изменения элементов климата в районах вечной мерзлоты на территории севера Западной Сибири. Изв. Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 327(4), 108-118.

  12. Савичев О.Г., Моисеева Ю.А. (2016) Устойчивость поверхностных вод тундры и лесотундры Западной Сибири к антропогенному влиянию. Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия: Естественные науки. 4, 36-46.

  13. СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания.

  14. Сорокин Н.Д., Александров Д.Е. (2013) Микробиологическая трансформация углерода и азота в лесных почвах средней Сибири. Вестник КрасГАУ. 9(84), 74-78.

  15. Сысо А.И. (2007) Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 277 с.

  16. Указ Президента РФ от 2 мая 2014 г. № 296 О сухопутных территориях Арктической зоны Российской Федерации.

  17. Feng X., Vonk J.E., Dongen B.E., Gustafsson Ö., Semiletov I.P., Dudarev O.V., Wang Z., Montluçon D.B., Wacker L., Eglinton T.I. (2013) Differential mobilization of terrestrial carbon pools in Eurasian Arctic river basins. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110(35), 14168-14173.

  18. Grosse G., Jones B., Arp C. (2013) Thermokarst lakes, drainage, and drained basins. In Treatise on Geomorphology (Eds. Shroder J.F.). San Diego: Academic Press, P. 325-353.

  19. Holmes R.M., McClelland J.W., Peterson B.J., Tank S.E., Bulygina E., Eglinton T.I., Gordeev V.V., Gurtovaya T.Y., Raymond P.A., Repeta D.J., Staples R., Striegl R.G., Zhulidov A.V., Zimov S.A. (2012) Seasonal and annual fluxes of nutrients and organic matter from large rivers to the Arctic Ocean and surrounding seas. Estuaries and Coasts. 35(2), 369-382.

  20. Ivanova I., Savichev O., Trifonov N., Kolubaeva Y.V., Volkova N. (2021) Major-ion chemistry and quality of water in rivers of northern West Siberia. Water. 13, 3107. https://doi.org/10.3390/w13213

  21. Kaiser H.F. (1960) The application of electronic computers to factor analysis. Educational and Psychological Measurement. 20(1), 141-151.

  22. Krickov I.V., Lim A.G., Manasypov R.M., Loiko S.V., Vorobyev S.N., Pokrovsky O.S., Shevchenko V.P., Dara O.M., Gordeev V.V. (2020) Major and trace elements in suspended matter of Western Siberian rivers: first assessment across permafrost zones and landscape parameters of watersheds. Geochim. Cosmochim. Acta. 269, 429-450.

  23. Li Z.G., Lin L., Sagisaka M., Yang P., Wu W.B. (2012) Global-scale modelling of potential changes in terrestrial nitrogen cycle from a growing nitrogen deposition. Procedia Environmental Sciences. 13, 1057-1068.

  24. Lim A.G., Loiko S.V., Kuzmina D.M., Krickov I.V., Shirokova L.S., Kulizhsky S.P., Vorobyev S.N., Pokrovsky O.S. (2021) Dispersed ground ice of permafrost peatlands: Potential unaccounted carbon, nutrient and metal sources. Chemosphere. 266, 128953.

  25. Lim A., Loiko S., Kuzmina D., Krickov I., Shirokova L., Kulizhskiy S.P., Pokrovsky O. (2022) Organic carbon, major and trace elements reside in labile low-molecular form in the ground ice of permafrost peatlands: case study of colloids in peat ice of western Siberia. Environmental Science: Processes & Impacts. Accepted Manuscript. https://doi.org/10.1039/D1EM00547B

  26. Manasypov R.M., Lim A.G., Krickov I.V., Shirokova L.S., Vorobyev S.N., Kirpotin S.N., Pokrovsky O.S. (2020) Spatial and seasonal variations of C, nutrient, and metal concentration in Thermokarst lakes of Western Siberia across a permafrost gradient. Water. 12(6), 1830.

  27. Manasypov R.M., Vorobyev S.N., Loiko S.V., Kritzkov I.V., Shirokova L.S., Shevchenko V.P., Kirpotin S.N., Kulizhsky S.P., Kolesnichenko L.G., Zemtzov V.A., Sinkinov V.V., Pokrovsky O.S. (2015) Seasonal dynamics of organic carbon and metals in thermokarst lakes from the discontinuous permafrost zone of Western Siberia. Biogeosciences. 12(10), 3009-3028.

  28. Moiseenko T.I., Dinu M.I., Gashkina N.A., Kremleva T.A., Khoroshavin V.Y. (2020) Geochemical features of elements distributions in the lake waters of the arctic region. Geochem. Int. 58(6), 613-623.

  29. Pokrovsky O.S., Manasypov R.M., Loiko S.V, Shirokova L.S., Krickov I.A., Pokrovsky B.G., Kolesnichenko L.G., Kopysov S.G., Zemtzov V.A., Kulizhsky S.P., Vorobyev S.N., Kirpotin S.N. (2015) Permafrost coverage, watershed area and season control of dissolved carbon and major elements in Western Siberian rivers. Biogeosciences. 12(21), 6301-6320.

  30. Pokrovsky O.S., Manasypov R.M., Kopysov S.G., Krickov I.V., Shirokova L.S., Loiko S.V., Lim A.G., Kolesnichenko L.G., Vorobyev S.N., Kirpotin S.N. (2020) Impact of permafrost thaw and climate warming on riverine export fluxes of carbon, nutrients and metals in Western Siberia. Water. 12(6), 1817.

  31. Perminova I.V., Shirshin E.A., Zherebker A., Pipko I.I., Pugach S.P., Dudarev O.V., Nikolaev E.N., Grigoryev A.S., Shakhova N., Semiletov I.P. (2019) Signatures of molecular unification and progressive oxidation unfold in dissolved organic matter of the Ob-Irtysh River system along Its path to the Arctic Ocean. Scientific Reports. 9, 19487.

  32. Savichev O.G., Kolesnichenko L.G., Saifulina E.V. (2011) The ecologo-geochemical state of water bodies in the Taz-Yenisei interfluve. Geogr. Nat. Resour. 32(4), 333-336.

  33. Savichev O.G., Mazurov A.K., Pipko I.I., Sergienko V.I., Semiletov I.P. (2016) Spatial patterns of the evolution of the chemical composition and discharge of river water in the Ob River Basin. Dokl. Earth Sci. 466(1), 59-63.

  34. Shamilishvili G.A., Abakumov E.V., Pechkin A.S. (2016) Features of the soil cover of the Nadym district. YaNAO. Scientific Bulletin of the Yamalo-Nenets Autonomous region. 4(93), 12-16.

  35. Shiklomanov A., Déry S., Tretiakov M., Yang D., Magritsky D., Georgiadi A., Tang W. (2021) River freshwater flux to the Arctic Ocean. Arctic Hydrology. Permafrost and Ecosystems, 703-738.

  36. Stepanova V.A., Pokrovsky O.S., Viers J., Mironycheva-Tokareva N.P., Kosykh N.P., Vishnyakova E.K. (2015) Elemental composition of peat profiles in western Siberia: Effect of the micro-landscape. latitude position and permafrost coverage. Applied Geochemistry. 53, 53-70.

  37. Vorobyev S.N., Pokrovsky O.S., Serikova S., Manasypov R.M., Krickov I.V., Shirokova L.S., Lim A., Kolesnichenko L.G., Kirpotin S.N., Karlsson J. (2017) Permafrost boundary shift in Western Siberia may not modify dissolved nutrient concentrations in rivers. Water. 9(12), 985.

  38. Wauthy M., Rautio M., Christoffersen K.S., Forsström L., Laurion I., Mariash H.L., Peura S., Vincent W.F. (2018) Increasing dominance of terrigenous organic matter in circumpolar freshwaters due to permafrost thaw. Limnology and Oceanography Letters. 3(3), 186-198.

  39. Zhu X., Zhang W., Chen H., Mo J. (2015) Impacts of nitrogen deposition on soil nitrogen cycle in forest ecosystems: A review. Acta Ecologica Sinica. 35(3), 35-43.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал