Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН
Оценка состояния снега и льда на юго-западном побережье озера Байкал по данным химического анализа талой воды
М.С. Янчук
г. Иркутск, Россия
Аннотация
Приведены результаты эколого-геохимического мониторинга состояния снежного покрова и льда, отобранных на территории Голоустненского муниципального образования, в состав которого входят с. Малое Голоустное, поселки Большое Голоустное и Нижний Кочергат. Исследования также были проведены на территории пос. Булунчук, в русле р. Голоустной и на акватории оз. Байкал на расстоянии 20-1000 м от берега в период 2016-2018 гг. Отбор проб был осуществлен в третьей декаде февраля - первой декаде марта, перед активным процессом снеготаяния.
Представлены данные химического анализа снега и льда. Установлены основные источники загрязнения снегового покрова и льда на рассматриваемой территории. В пробах талой воды определены следующие показатели: рН, ионный состав, взвешенные вещества, нефтепродукты, тяжелые металлы. Было проведено сравнение полученных в ходе анализа данных с предельно допустимыми концентрациями и региональными фоновыми значениями по рассматриваемым показателям. Определено, что в снежном покрове и образцах льда содержание сульфатов и хлоридов соответствует санитарным нормам, установленным для водоемов рыбохозяйственного назначения, однако в пробах, отобранных вблизи населенных пунктов и на прибрежной части акватории Байкала, содержание данных веществ превышает региональные фоновые значения. В снежном покрове в окрестностях поселений Малое и Большое Голоустное, Булунчук, а также на акватории р. Голоустной и прибрежной акватории Байкала отмечены превышения ПДК по содержанию нефтепродуктов, марганца, меди, свинца и цинка.
Ключевые слова: мониторинг снежного покрова, химический состав, акватория Байкала, поллютанты.
Введение
В последние годы юго-западное побережье оз. Байкал становится привлекательным местом для развития туристско-рекреационной деятельности и вместе с тем является одним из наиболее проблемных с точки зрения экологических требований и ограничений.
Угрозу экологической безопасности Байкала и прилегающей к нему территории представляют как хозяйственная деятельность расположенных вблизи и на побережье озера населенных пунктов, так и развитие туристической сферы. В связи с этим актуальными являются вопросы оценки уровня загрязненности самого озера и природных компонентов окружающей его территории.
На территории Прибайкалья, акватории оз. Байкал и его прибрежных частях комплексные научные исследования по оценке экологического состояния проводятся сотрудниками Института географии им. В. Б. Сочавы СО РАН, Института геохимии СО РАН, Лимнологического института СО РАН.
Эколого-геохимический мониторинг снежного покрова является одним из эффективных методов оценки состояния природных комплексов в холодный период года. Снеговой покров используется в качестве индикатора величины осаждения загрязнителей из атмосферного воздуха [Environmental impacts of urban ... , 2007; Influence of cement-lime industry ... , 2012; Siudek, Frankowski, Siepak, 2015; Interpretation of snow properties ... , 2009]. Благодаря способности снега накапливать химические вещества массовая доля загрязняющих веществ в талой снеговой воде выше, чем в атмосфере. Снего- съемка в сравнении с обычными замерами атмосферного воздуха дает большую представительность, так как снежный покров интегрально отражает приземные концентрации атмосферных примесей за период, равный времени его существования. Мониторинг состояния снежного покрова позволяет оценить уровень техногенной нагрузки на окружающую среду населенных пунктов и здоровье проживающего в них населения. Техногенные аномалии в снеге проявляются более контрастно, значительное количество загрязняющих веществ аккумулируются в нем, а затем поступают в почву и другие природные среды.
Цель работы заключалась в определении химического состава и оценке степени загрязненности снежного покрова и льда на территории югозападного побережья оз. Байкал, в районе с. Малое Голоустное, поселков Большое Голоустное, Нижний Кочергат и Булунчук, а также на акватории оз. Байкал и р. Голоустной по данным геохимического анализа талой воды.
Объект исследования
Район исследования находится на юго-западном побережье оз. Байкал (рис. 1). Рассматриваемые населенные пункты расположены в долине р. Голоустной, ее притоков и на побережье оз. Байкал.
Рис. 1. Карта-схема отбора проб
В последние годы территория данного побережья развивается в туристско-рекреационном направлении, происходит застройка различных туристических объектов в прибрежной части оз. Байкал.
На указанной территории отсутствуют промышленные предприятия. Основными источниками загрязняющих веществ здесь являются выбросы местных котельных и автомобильного транспорта, сточные воды очистных сооружений жилищно-коммунального хозяйства. Также некоторое количество поллютантов поступает вместе с атмосферным переносом от Иркутско- Черемховского промышленного узла. Несмотря на удаленность данной агломерации, расположенной в долине р. Ангары, ее вклад в общий объем загрязнения атмосферы на территории Южного Байкала, где расположен район исследования, составляет около 10 % [Потемкин, Потемкина, Гусева, 2011]. При неблагоприятных метеорологических условиях могут наблюдаться локальные загрязнения от данного источника.
В рельефе рассматриваемой территории присутствуют горы, плоские возвышенности с пологими водоразделами, пади, понижения. В геоморфологическом отношении район исследования представлен Приморским хребтом [Географический энциклопедический ... , 1989].
Климат на рассматриваемой территории резко континентальный. Средняя многолетняя годовая температура воздуха составляет -1,1 °С. Зима длится с начала ноября по конец марта (145-150 дней). Характер распределения осадков связан с условиями атмосферной циркуляции и строением поверхности бассейна озера [Волошин, Андреев, Пронин, 2009]. Их выпадение в течение всего года связано преимущественно с прохождением западных циклонов. В зимний период мощные малоподвижные антициклоны обусловливают морозную малооблачную тихую погоду с небольшим количеством осадков. За холодный период (ноябрь - март) выпадает около 14 мм, что составляет 5,3 % годовой суммы осадков. Первый снежный покров появляется в среднем во второй декаде октября, дата образования устойчивого снежного покрова приходится на начало декабря. Образование снежного покрова определяется высотой местности и экспозицией склонов. Высота снега на открытом месте, как правило, меньше и не превышает 25 см, в то время как в защищенном может достигать 30 см. В холодный период года преобладающее направление ветра - с суши на акваторию озера.
В годы исследования высота снежного покрова на территории поселений варьировалась в диапазоне 11-38 см, на акватории озера высота снега ниже - 6-23 см (рис. 2).
Рис. 2. Средняя высота снежного покрова в феврале-марте 2016-2018 гг., см
Методы исследования
Снегосъемка и отбор проб льда проведены в третьей декаде февраля - первой декаде марта в 2016-2018 гг. Образцы отбирались в соответствии с установленными нормами ГОСТ 17.1.5.05-85, согласно розе ветров с учетом доминирующих направлений ветра.
Снег отбирался с помощью весового снегомера «ВС-43». В месте отбора пробы металлическую трубу прибора врезали на всю толщину снежного покрова до поверхности почвы, после чего ее вынимали из снега, поддерживая снизу специальной лопаткой. Отбор проб снега проводился на участках, которые визуально не подвергались антропогенному воздействию, в особенности на акватории оз. Байкал, а также в удалении от явных следов транспортных средств. геохимический экологический снежный байкал
Образцы льда отбирались при помощи бура в прибрежной части оз. Байкал, испытывающей наибольшее антропогенное воздействие, и в русле р. Голоустной. Пробы отбирались на ровном участке льда, очищенном от снега. Для оценки геоэкологического состояния снежного покрова и льда в талой воде образцов были установлены следующие показатели: кислотность талых вод (рН), содержание сульфат-, хлорид-ионов, нефтепродуктов, а также таких металлов, как Сг, Мп, N1, Си, 2п, 8г и РЬ. Определение данных параметров было проведено в соответствии с гостированными методиками [Руководство по химическому ... , 2009].
Так как для оценки геоэкологического состояния снежного покрова и льда с анализом присутствующих в них загрязняющих веществ уровни критической нагрузки в настоящее время не разработаны, было использовано сравнение полученных результатов с установленными предельно допустимыми концентрациями (ПДК) вредных веществ для поверхностных вод рыбохозяйственного назначения О рыбохозяйственных нормативах : приказ Госкомрыболовства РФ от 28.04.1999 № 96 // СПС «КонсультантПлюс».. Также было проведено сравнение полученных результатов с региональными фоновыми значениями для поверхностных вод [Геохимия окружающей среды ... , 2008; Грачев, 2001].
Результаты и обсуждение
Показатель рН. В естественном состоянии реакция снега и льда слабокислая, изменяющаяся в пределах 5,2-5,8 ед. [Василенко, Назаров, Фридман, 1985], под влиянием промышленных предприятий и котельных, выбрасывающих в атмосферу золу и сажу, происходит увеличение значений рН и в целом реакция среды становится слабощелочной или нейтральной. Таяние снега значительно сказывается на степени кислотности поверхностных вод и может вызвать ее снижение [Bell, 1971; Hagen, Langeland, 1973; Leivestad, Muniz, 1976].
Значения рН в рассмотренных пробах снега в 2016-2017 гг. варьировались в пределах 5,96-6,66 ед., что соответствует установленным санитарногигиеническим нормативам для водоемов (6,5-8,5 ед.) Там же. Т. 32. С. 128-139. В образцах за 2018 г. значения данного параметра в снеге достигали 7,8 ед. (точка отбора - русло р. Голоустной, юго-восточнее пос. Большое Голоустное), при среднем значении 6,8 ед. Наименьший показатель рН зафиксирован в образцах, отобранных с акватории р. Голоустной севернее пос. Большое Голоустное, вдали от населенных пунктов и источников антропогенного воздействия. Во льду, отобранном с акватории оз. Байкал в прибрежной части, значения рН выше, чем в снежном покрове, и составляли в среднем 6,9 ед. Максимальные значения водородного показателя зафиксированы в точке отбора пробы льда в 2018 г. на русле р. Голоустной в окрестностях пос. Булунчук (8,6 ед.). Вероятно, повышение рН в некоторых точках отбора проб, расположенных вблизи населенных пунктов, обусловлено воздействием щелочных выбросов (зола местных котельных, твердые фракции сгоревшего топлива и т. д.).
Взвешенные вещества. Взвешенные вещества включают в себя пыль, золу, сажу, сульфаты и прочие твердые составляющие. Источниками поступления данных частиц могут быть процессы горения ископаемых и других видов топлива, неполное сгорание топлива на тепловых электростанциях, сдув пыли с асфальтовых покрытий и др. В отопительный сезон, в холодное время года, антропогенные выбросы потенциально токсичных веществ от сжигания угля значительно выше, чем в нетепловой сезон, что вызывает выраженный рост загрязнения атмосферного воздуха [Siudek, Falkowska, Urba, 2011].
Наличие взвешенных веществ в снежном покрове рассматриваемой территории связано с накоплением осажденных пыли, золы и сажи, поступающих как с выбросами местных котельных селитебной зоны, так и, в меньшей степени, вместе с атмосферным переносом от промышленных узлов Иркутской области [Потемкин, Потемкина, Гусева, 2011], а также с выхлопами автотранспорта. Попадание загрязняющих веществ данного типа в снежный покров, а затем и в почву вызывает подщелачивание среды.
Содержание взвешенных частиц в талых водах рассматриваемых проб снега и льда варьируется в пределах 0,004-0,19 г/дм3. По сравнению с данными анализа за 2016 г. в 2018 г. отмечается увеличение содержания взвешенных веществ в рассматриваемых пробах снега и льда в несколько раз.
Наибольшие концентрации определены в пробах снежного покрова, отобранного вблизи населенных пунктов Большое и Малое Голоустное, Булунчук, где применяется печное отопление, а также в прибрежной части акватории Байкала, куда взвешенные вещества могут выноситься по долине р. Голоустной, от поселений, расположенных вблизи реки, вместе с ветрами северо-западного направления (рис. 3).
Рис. 3. Распределение концентраций взвешенных веществ в 2016 и 2018 гг., г/дм3
Ионный состав вод. По ионному составу талая вода исследуемых проб снега и льда относится к гидрокарбонатно-кальциевой [Алекин, 1970]. Содержание таких катионов, как Са2+, Mg2+, №+ и К+, определено на уровне, не превышающем санитарные нормы, установленные до водоемов рыбохозяйственного назначения.
Щелочность представляет собой важный интегральный показатель состояния воды. Он отражает концентрации анионов слабых органических и неорганических кислот в воде, в основном угольной.
Концентрации гидрокарбонатов в снежном покрове за три года исследований были зафиксированы в пределах 9,15-30,5 мг/дм3.
Наибольшие значения были установлены в пробах льда и снега, отобранных в прибрежной части акватории оз. Байкал, в устье р. Голоустной и вблизи пос. Булунчук. Вероятно, повышенное содержание гидрокарбонатов связано с влиянием селитебных зон, а также с воздушным переносом загрязняющих веществ по долине р. Голоустной к акватории оз. Байкал. В пробах снега, отобранных в районе оз. Сухого, удаленного от прямого воздействия антропогенных источников, расположенного в 3 км от пос. Большое Голоустное, концентрации HCO3 снижаются до 9,15 мг/дм3.
Сульфаты являются одними из важнейших анионов. Значительные количества данных веществ рассеиваются по поверхности оз. Байкал и впадающих в него рек и ручьев вместе с атмосферными выбросами от предприятий промышленных узлов, ТЭЦ и местных котельных.