|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Закономерности миграции растворенных микроэлементов в устьевых областях малых рек РоссииНИР
Regularities of dissolved trace elements migration in the mouth areas of Russian small rivers
- Руководитель НИР: Савенко А.В.
- Участники НИР: Бердникова Е.К., Варварова А.О., Гришанцева Е.С., Салаватова Д.С., Фяйзуллина Р.В.
- Подразделение: Лаборатория экспериментальной геохимии
- Срок исполнения: 29 декабря 2023 г. - 31 декабря 2025 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 24-27-00275
- Номер ЦИТИС: 124022800111-4
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Комплексные фундаментальные исследования вещества и динамики геосфер Земли, разработка моделей ее глубинного строения, открытие минералов и создание новых материалов
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: связанность территории Российской Федерации
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 37.25.27 Химия океана
- 38.33.17 Геохимия природных процессов
- 38.33.19 Геохимия природных вод и рассолов
- Классификатор OECD: Геохимия и геофизика
-
Ключевые слова:
миграция, малые реки, устьевые области, растворенные микроэлементы
russia, dissolved trace elements, migration, small rivers, mouth areas -
Описание:
Цель проекта состоит в выявлении закономерностей, факторов и физико-химических механизмов трансформации стока растворенных микроэлементов на геохимическом барьере река–море (в зоне смешения речных и морских вод) для малых рек севера и юга России.
-
Abstract:
In the river mouth areas, the final stage of chemical transformation of the continental runoff of dissolved substances takes place, which plays an important role in the climatic (biospheric) cycle of matter and, among other things, participates in the formation of chemical composition of the World Ocean waters. The most active chemical transformation of the continental runoff occurs in the mixing zone of river and sea waters, which is called the river–sea geochemical barrier. The chemical transformation in the mixing zone of river and sea waters leads to the fact that the actual input of dissolved forms of many chemical elements into the ocean can differ significantly from the calculated values in terms of concentrations in river waters. The river–sea geochemical barrier is also of great ecological importance: due to the processes of desorption, complex formation and isotope–exchange mobilization, an increase in the salinity of the aquatic environment is accompanied by the transition to dissolved state of a number of toxic metals (Hg, Cd, Pb) and long-lived radioactive isotopes (Sr-90, Cs-137), which can lead to the formation of hydrochemical anomalies that worsen the ecological state of coastal waters. The relevance of the project is due to the fact that, despite the great attention currently paid to the geochemistry of the mixing zones of river and sea waters, information about the regularities of migration of dissolved trace elements is very limited. At the same time, the bulk of information was obtained for the mixing zones of large rivers, while the mixing zones of small rivers, which are characterized by much greater spatiotemporal variability, began to be studied in detail only very recently. All this fully applies to the mouths of the Russian rivers, the extreme diversity of which is determined by the wide range of physicogeographical, hydrological and geological conditions of the country. The purpose of the proposed project is to elucidate the regularities, factors, and physicochemical mechanisms of the transformation of dissolved trace elements runoff at the river–sea geochemical barrier (in the mixing zone of river and sea waters) for small rivers in the north and south of Russia. The following key tasks are supposed to be solved: 1. To study the distribution of dissolved trace elements (Li, Rb, Cs, Sr, Ba, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, B, Ge, V, Cr, Mo, W, Al, Ga, Y, rare-earth elements, Ti, Zr, Hf, Th, U) in the mixing zones of waters of small rivers of the Crimea and the Russian Arctic with seawater; 2. Establish common features and differences in the migration of dissolved trace elements on the river–sea geochemical barrier for the mouths of small and large rivers of Russia, located in similar natural-climatic conditions; 3. Establish common features and differences in the migration of dissolved trace elements on the river–sea geochemical barrier for the mouths of the small northern and southern rivers of Russia. The scientific novelty of the project is related to the elucidation of common features and differences in the migration of dissolved trace elements on the river–sea geochemical barrier, depending on the rivers size and natural-climatic conditions. Previously, this problem was not specifically considered.
-
Планируемые результаты:
1. Для малых рек Крыма и Российской Арктики будут получены количественные характеристики распределения растворенных микроэлементов (Li, Rb, Cs, Sr, Ba, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, B, Ge, V, Cr, Mo, W, Al, Ga, Y, редкоземельных элементов, Ti, Zr, Hf, Th, U) в зонах смешения с морской водой. 2. Будут выявлены закономерности миграции растворенных микроэлементов на геохимическом барьере река–море для устьев малых и крупных рек России, находящихся в сходных природно-климатических условиях, и дана их сравнительная характеристика. 3. Будут выявлены закономерности миграции растворенных микроэлементов на геохимическом барьере река–море для устьев малых северных и южных рек России и дана их сравнительная характеристика.
-
Научный задел:
1. По данным многолетних полевых исследований установлены типы распределения и определены количественные характеристики зависимости “концентрация–хлорность” для растворенных форм макро- и микроэлементов в устьевых областях 23 рек России (Онега, Северная Двина, Мезень, Енисей, Серебрянка, Кубань, Дон, Волга, малые реки водосборов Белого и Карского морей, Камчатки и Черноморского побережья Кавказа) и сопредельных стран (Урал, Дунай). 2. На основе изучения изотопного состава воды доказано, что в зоне смешения могут присутствовать морская водная масса и несколько модификаций речной водной массы. Выделен новый условно неконсервативный тип распределения растворенных компонентов в зоне смешения речных и морских вод, при котором нелинейность зависимости “концентрация–хлорность” обусловлена пространственной неоднородностью гидродинамической структуры зоны смешения речных и морских вод при отсутствии влияния внутриводоемных процессов. 3. Теоретически обосновано и на примере бора, фтора и урана экспериментально доказано существование в зоне смешения речных и морских вод нового квазиконсервативного типа распределения растворенных компонентов. В этом случае наблюдается линейная зависимость между концентрацией компонента и объемным соотношением речной и морской водных масс при протекании процессов, приводящих к дополнительному поступлению или удалению растворенных форм данного компонента. 4. Разработана и реализована методика прямого определения изменения состава поглощенного комплекса пресноводного терригенного материала при его поступлении в морскую среду, которая исключает побочные эффекты, вызванные смещением сорбционно-десорбционных равновесий на стадии удаления водорастворимых солей. По результатам экспериментов сделаны оценки роли процессов сорбции–десорбции в трансформации стока главных катионов и растворенных форм тяжелых металлов, аммония, цезия и бария, которые по порядку величины согласуются с данными натурных наблюдений в устьевых областях рек мира.
- Добавил в систему: Савенко Алла Витальевна
Соисполнители НИР
| МГУ, геологический ф-т | Координатор |
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 29 декабря 2023 г.-31 декабря 2024 г. | Промежуточный |
| Результаты этапа: 1) Систематизированы и обобщены собственные и литературные данные о содержании растворенных микроэлементов в водах рек водосборов Белого, Печорского, Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского морей. Сравнение среднего химического состава вод устьевых участков рек Российской Арктики и мирового речного стока показало достаточно близкое соответствие концентраций большинства изученных микроэлементов (P, Si, Li, Rb, Be, Sr, Ba, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Tl, Pb, Al, Ga, Y, Ti, Zr, Hf, Th, U, р.з.э., F, B, Ge, V, As, Sb, Cr, Se, Mo) и наличие существенных систематических расхождений (до порядка величин) только для W, Cs, Zn и Cd. Установлено сходство микроэлементного состава речного стока в Белое море и р. Печоры. На водосборах Азиатской территории Российской Арктики концентрации многих растворенных микроэлементов (Li, Rb, Cs, Be, Sr, Ba, Mn, Fe, Zn, Cd, Pb, В) ниже таковых в речном стоке с Европейской территории. Для указанных элементов характерна тенденция к снижению концентраций с запада на восток, т.е. с усилением суровости климата и увеличением распространенности сплошной многолетней мерзлоты. Эта тенденция нарушается в случае элементов-гидролизатов (Al, Y, р.з.э., Zr, Hf, Th, U) и Tl вследствие их повышенных концентраций в водах р. Лены, а также она однозначно не прослеживается для Co, Ni, Cu, Ga, Ti и анионогенных элементов (F, P, Si, Ge, V, As, Sb, Cr, Se, Mo, W). Наряду с этим, в водах р. Колымы, дренирующей самый восточный водосбор Российской Арктики, концентрации растворенных микроэлементов в целом в 3.1 раза ниже по сравнению с речным стоком с входящих в Европейскую арктическую зону водосборов Белого и Печорского морей и в 1.8 раза ниже, чем в стоке с расположенных в западной части Азиатской арктической зоны водосборов Карского моря и моря Лаптевых. 2) По данным гидрохимических исследований устьев малых рек Кандалакшского залива, Кянды и Кулоя с привлечением литературных источников выявлены сходные и отличительные черты трансформации состава стока растворенных веществ малых и крупных рек в Белое море. Установлено консервативное поведение Na, K, Mg, Ca, SO4, HCO3, Li, Rb, Cs, Sr, Ni, Cu, Cd, Ga, U, F, B, Ge, V, As, Cr, Mo и W. Биогенные элементы (в бόльшей степени фосфаты, чем кремний) в вегетационный период ассимилируются гидробионтами. Барий преимущественно десорбируется с речных взвесей, претерпевающих трансформацию состава поглощенного комплекса при проникновении в морскую среду, однако в устьях некоторых малых водотоков отмечается близкое к консервативному поведение или сорбционное удаление этого элемента. Элементам-гидролизатам (Al, Ti, Zr, Y, р.з.э.) и железу на начальной стадии осолонения свойственно резкое уменьшение подвижности в процессе коагуляции и флоккуляции содержащих эти компоненты органических и органоминеральных коллоидов. Миграция марганца в устьях как малых, так и крупных рек осложняется наложением противоположного эффекта смещения сорбционно-десорбционных равновесий, что приводит к увеличению его концентрации в результате десорбции с контактирующей с осолоненными водами терригенной взвеси, сменяющемуся нелинейным снижением, вызванным трансформацией коллоидной фракции. Наибольшие отличия от устьев других рек (поступление фосфатов и кремния из поровых растворов и десорбция урана и бария с речных взвесей, превышающая их вынос с материковым стоком) обнаружены для макроприливного эстуария Мезени с аномально высоким содержанием взвешенных веществ. 3) В ходе сравнительного анализа результатов гидрохимических исследований устьев рек Крымского полуострова и ранее полученных данных для малых рек Черноморского побережья Кавказа и рек Кубани, Дона, Волги и Урала выявлены основные закономерности химической трансформации стока растворенных веществ в устьях малых рек водосборов южных морей России и их отличия от таковых для устьевых областей крупных рек региона. Для всех изученных устьев рек установлено консервативное поведение Na, K, Mg, SO4, Li, Rb, Cs, Sr, Co, Ni, Cu, Cd, Ga, U, F, B, V, As, Sb и Mo, а также, за исключением устьев Урала и Дона, где происходит образование хемогенного карбоната кальция, условно неконсервативное, т.е. фактически соответствующее консервативному поведение кальция и гидрокарбонатов. Подверженное сильной пространственно-временной изменчивости неконсервативное распределение биогенных элементов (P, Si) зависит от химического состава речного стока и интенсивности протекания в зоне смешения речных и морских вод внутриводоемных биологических (ассимиляция гидробионтами, реминерализация органического вещества при взмучивании донных отложений) и химических (сорбционно-десорбционный обмен в поглощенном комплексе речных взвесей) процессов, при этом соотношение роли указанных факторов индивидуально для каждого из изученных объектов. Барий десорбируется с терригенного материала при его проникновении в морскую среду, причем для устьев малых рек десорбция этого элемента варьируется в широких пределах, тогда как для устьев крупных рек трансформация поглощенного комплекса взвешенного вещества более стабильна и приводит к дополнительному поступлению в раствор до 20–50% бария. Степень удаления из раствора Mn, Fe, Pb, Al, Y, р.з.э. и Ti, присутствующих в составе органических и органоминеральных коллоидов, в результате коагуляции и флоккуляции последних при смешении с морской водой неодинакова для устьев разных рек и в различные периоды времени и контролируется содержанием элементов и органического вещества в речных водах. 4) По результатам исследований руководителя проекта подготовлен макет и опубликована монография “Экспериментальные модели сорбционно-осадительных геохимических барьеров в океане” (М.: ГЕОС, 2024. 294 с. ISBN 978-5-89118-897-6), включающая разработку экспериментальных моделей сорбционно-осадительных геохимических барьеров в зонах смешения речных вод и вод кислых вулканических источников с морской водой и их верификацию по данным натурных наблюдений. Показано, что на геохимическом барьере река–море происходит смещение сорбционно-десорбционных равновесий между терригенным материалом твердого речного стока и водной средой, в результате чего снижается сток растворенных Na, K, Mg, B, F, Cs, Pb и U и увеличивается сток растворенных Ca, NH4, Mn, Co, Ni, Cd, Ba, Tl и Hg. В зонах смешения вод кислых вулканических источников с морской водой на первый план выходит кислотно-основной сорбционно-осадительный геохимический барьер, связанный с дифференцированным осаждением гидроксидов железа (III) и алюминия, которое сопровождается фазовым фракционированием растворенных химических элементов, обусловленным их соосаждением с указанными гидроксидами (Ga, P, V, As и Sb – преимущественно с Fe(OH)3; Y, р.з.э., Si, U, Zn, Pb, Cu, Ni, Co, Cd, Mn и Tl – преимущественно с Al(OH)3). | ||
| 2 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Итоговый |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".