Водные ресурсы, 2020, T. 47, № 4, стр. 438-442

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Остров Беринга – самый крупный (1667 км²) в группе Командорских островов, расположенных на западном окончании Алеутской островной дуги. Из природно-климатических характеристик [3, 5, 9, 13] необходимо отметить следующее.

Климат острова – холодный, влажный океанический с годовым количеством атмосферных осадков 470 мм. Максимальное количество осад-ков наблюдается в октябре–ноябре, минимальное – в феврале–июне. При высокой влажности воздуха осадки выпадают с низкой интенсивностью: 0.1–5 мм/сут (“моросящие дожди”). Снежный покров держится с конца ноября по середину мая.

Северная часть острова имеет выровненный рельеф, тогда как средняя и южная части представлены низкогорьем с сильно расчлененным рельефом. Речная сеть хорошо развита. Равнинные реки северной части, как правило, более глубокие и широкие, чем реки центральной и южной частей острова, которые часто оканчиваются береговыми уступами с водопадами высотой от 10 до 100–200 м. Лишь в немногих равнинных реках приливные воздействия распространяются на расстояния до 1 км вверх по течению. Большинство рек берут начало в горах и характеризуются снеговым или смешанным питанием. На острове много озер, самое крупное из них – оз. Саранное с площадью водного зеркала ∼31 км² – расположено в северной части и имеет лагунное происхождение.

Литогенное основание водосборов сложено вулканическими и вулканогенно-осадочными породами андезитобазальтового состава, а также осадочными породами, образовавшимися в результате размыва и переотложения лавовых и пирокластических толщ. В развитых на этих породах почвах в значительном количестве содержатся неустойчивые минералы, что связано с низкой скоростью внутрипочвенного выветривания. Современная вулканическая деятельность на острове отсутствует.

В июне–июле 2006 г. из водных объектов острова было взято 18 проб (студентом географического факультета МГУ И.Р. Зариповым). Места отбора показаны на рис. 1. Концентрацию растворенного фтора определяли потенциометрическим методом с использованием фторидного ионоселективного электрода с мембраной из монокристалла LaF₃ по методике [10]; содержание компонентов основного солевого состава – с помощью стандартных аналитических методик, рекомендованных в [6]. Погрешность измерений концентраций фтора и главных ионов составила ±4%. Предел обнаружения фтора в растворах был на уровне 10^–6 М (0.02 мг/л).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты определения содержания фтора, а также минерализация, основной солевой состав вод о. Беринга и его типизация по классификации О.А. Алекина приведены в табл. 1. Диапазон концентрации фтора в отобранных пробах относительно узок – 0.08–0.42 мг F/л. При этом среднее содержание фтора в северной, центральной и южной частях острова различается незначительно – соответственно 0.24, 0.28 и 0.21 мг F/л. Общее среднее содержание фтора в поверхностных водах на о. Беринга составляет 0.23 ± 0.08 мг F/л. Эти величины согласуются со средними многолетними концентрациями фтора в водах рек близлежащих территорий: Индигирка – 0.21, Колыма – 0.15, Анадырь – 0.19, Камчатка – 0.18 мг F/л [4]. Среднее содержание фтора в реках мира в ~2 раза ниже: 0.1 мг F/л [2].

В двух пробах воды, отобранных из рек Голодной и Гаванской в зоне воздействия приливов, концентрации хлоридов аномально высокие – соответственно 569 и 301 мг/л. Очевидно, что это обусловлено поступлением морской воды во время приливов, и какая-то часть фтора имеет такое же происхождение. Количество фтора приливно-морского происхождения можно оценить, исходя из известных концентраций фтора и хлора в морской воде (1.3 и 19 374 мг/л [8]) и считая, что весь хлор в этих пробах речной воды приливно-морского происхождения. При этих допущениях доли “приливной” морской воды (${{\alpha }_{{sw}}}$, %) и приливно-морского фтора (${{\alpha }_{{sw{\text{ - F}}}}}$, %) будут равны:

где ${{[{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}]}_{{sw}}}$, ${{[{{{\text{F}}}^{ - }}]}_{{sw}}}$, ${{[{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}]}_{{rw}}}$ и ${{[{{{\text{F}}}^{ - }}]}_{{rw}}}$ – концентрации (мг/л) хлора и фтора в морской и речной воде. Вычисленные по (1) и (2) доли морской воды в пробах из рек Голодной и Гаванской составили 2.9 и 1.6%, а доли в них фтора морского происхождения оказались равными 1.4 и 1.1%, что практически не влияет на общее содержание фтора.

При исключении двух рек (Голодной и Гаванской), испытывавших в момент отбора проб воздействие приливов, между концентрацией фтора и минерализацией (М), а также содержанием главных анионов, натрия, калия и магния наблюдается положительная корреляция (табл. 2).

На о. Беринга отсутствует современная вулканическая активность, нет сколько-нибудь значимых антропогенных источников фтора, к тому же остров удален от территорий с интенсивной хозяйственной деятельностью. Это позволяет считать, что в поверхностные воды острова растворимый фтор поступает из двух главных источников. Первым источником служат влажные и сухие атмосферные выпадения, представленные в основном циклическими морскими солями; вторым – растворимые продукты выветривания горных пород на территории водосбора :

$x$ и $у$ – массовые доли растворимых веществ в речных водах, связанные соответственно с поступлением циклических морских солей из атмосферы и растворимых веществ из горных пород водосбора в результате их выветривания; ${{[{{{\text{F}}}^{ - }}]}_{{rw}}}$, ${{[{{{\text{F}}}^{ - }}]}_{a}}$ и ${{[{{{\text{F}}}^{ - }}]}_{w}}$ – концентрации растворимого фтора в речных водах, атмосферных выпадениях и продуктах выветривания.

Индикатором циклических морских солей традиционно считают хлор [7, 12]. В силу небольших размеров острова влияние морских аэрозолей должно распространяться на всю его территорию. С этим связаны повышенные концентрации хлоридов в атмосферных осадках над островом по сравнению с концентрациями, характерными для территорий, удаленных от побережий на несколько десятков километров [7]. Растворимые вещества, включая фториды, в атмосферных выпадениях над океаном и небольшими островами почти полностью представлены солями морской воды, в которых хлориды – главный компонент [11, 12]. Поэтому можно допустить, что для о. Беринга вклад атмосферного источника фтора в его содержание в поверхностных водах (x) пропорционален наблюдаемым там концентрациям хлоридов:

Лучший индикатор растворимых продуктов выветривания, по-видимому, – бикарбонат-ионы, которые образуются в процессе выветривания силикатов вулканогенных пород, составляющих литогенную основу территории о. Беринга:

В этом случае количество фтора, мобилизованного из горных пород при выветривании, должно быть пропорционально концентрации растворенных бикарбонатов: Подставив (4) и (5) в (3), получаем линейную зависимость отношения ${{{{{\text{F}}}^{ - }}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{{\text{F}}}^{ - }}} {{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}}}} \right. \kern-0em} {{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}}}$ от ${{{\text{HCO}}_{{\text{3}}}^{ - }} \mathord{\left/ {\vphantom {{{\text{HCO}}_{{\text{3}}}^{ - }} {{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}}}} \right. \kern-0em} {{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}}}$: Показанная на рис. 2 зависимость ${{{{{[{{{\text{F}}}^{ - }}]}}_{{rw}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{{[{{{\text{F}}}^{ - }}]}}_{{rw}}}} {{{{[{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}]}}_{{rw}}}}}} \right. \kern-0em} {{{{[{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}]}}_{{rw}}}}}$ от ${{{{{[{\text{HCO}}_{3}^{ - }]}}_{{rw}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{{[{\text{HCO}}_{3}^{ - }]}}_{{rw}}}} {{{{[{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}]}}_{{rw}}}}}} \right. \kern-0em} {{{{[{\text{C}}{{{\text{l}}}^{ - }}]}}_{{rw}}}}}$ соответствует (6) с параметрами ${{k}_{1}}$ и ${{k}_{2}},$ равными 0.0013 и 0.0047, при коэффициенте корреляции r = 0.89. Это подтверждает предположение о доминирующей роли двух источников фтора в поверхностных водах на о. Беринга – продуктов выветривания и атмосферных выпадений.

ВЫВОДЫ

Среднее содержание фтора в поверхностных водах на о. Беринга составляет 0.23 мг F/л при диапазоне концентраций 0.08–0.42 мг F/л. Это несколько выше средней концентрации фтора в реках мира (∼0.1 мг F/л), но соответствует его распространенности в реках российской восточной Арктики и Камчатки (0.15–0.21 мг F/л).

Основные источники фтора в поверхностных водах острова – продукты выветривания и поступающие через атмосферу циклические морские соли.