ИСТИНА

По данным натурных наблюдений и экспериментального моделирования проведено изучение основных физико-химических и некоторых биогеохимических процессов, приводящих к трансформации стока растворенных веществ (компонентов основного солевого состава, биогенных элементов, микроэлементов) в устьевых областях рек. Рассмотрены явления мобилизации и иммобилизации растворенных веществ, обусловленные процессами сорбции–десорбции и осаждения–растворения твердых фаз в водах разной солености. Важное место отведено детальному анализу карбонатной системы. Экспериментально определены параметры равновесий основных физико-химических процессов, протекающих в устьевых областях рек.

1. Теоретические исследования. Проведено обобщение данных натурных наблюдений о содержаниях ионов основного солевого состава, органического углерода, биогенных элементов и микроэлементов в устьевых областях рек мира, их потерях (дополнительном поступлении) на геохимическом барьере река–море и стоке в океан. Полученные результаты составили основу докторской диссертации В.В. Гордеева “Система река–море и ее роль в геохимии океана” (М.: ИО РАН, 2009), по материалам которой будет подготовлена монография. 2. Натурные наблюдения. 2.1. Получены многолетние данные о распределении растворенных форм 26 микроэлементов (Li, Rb, Cs, Sr, Ba, B, Al, Ga, Sc, Y, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Cd, Pb, Ag, V, As, Sb, Bi, Mo, W, U) в зоне смешения вод р. Волги и Каспийского моря. Установлено, что для большинства микроэлементов характерно консервативное поведение. Для бария отмечалось существенное (до 50%) превышение концентраций относительно уравнения консервативного смешения, предположительно обусловленное его дополнительным поступлением в раствор в результате десорбции с речных взвесей. Для марганца, железа и алюминия наблюдалось резкое снижение концентраций на начальном этапе смешения с морской водой, после чего их содержание оставалось примерно постоянным и равным содержанию в морской водной массе. Миграция этих элементов в зоне смешения, вероятно, контролируется процессами флоккуляции. Наиболее сложные зависимости от содержания хлоридов характерны для титана и свинца: с ростом солености концентрации этих элементов сначала резко снижались, а затем плавно возрастали, достигая для свинца уровня содержания в речной водной массе. 2.2. На основе изучения изотопного состава воды в устьевой области Волги сделан вывод о сложной гидрологической структуре зоны смешения вод Волги и Каспийского моря и, возможно, устьев других рек, впадающих в южные моря России, где присутствуют, как минимум, две модификации речной водной массы, образующиеся в областях зоны смешения с различной интенсивностью водообмена. 2.3. Исследованы особенности распределения 40 макро- и микроэлементов и органического углерода в водах устьевой области рек Северной Двины и Пинеги в разные фазы гидрологического режима. В соответствии с поведением в ходе фильтрации и отношением к одному из двух типов коллоидов, изученные элементы разделены на три группы: 1) элементы, которые не зависят от ультрафильтрации и существуют в виде истинно растворенных неорганических ионов (Ca, Mg, Li, Na, K, Cs, Si, B, Sc, Sb, Mo) или слабых органических комплексов (Ca, Mg, Rb, Sn); 2) элементы, присутствующие во фракции <1–10 кДа и склонные к образованию неорганических или органических комплексов (Ni, Zn, Cu, Cd, Ge, As, Ba, W и в некоторых реках Cr, U); 3) элементы, прочно связанные с коллоидной формой железа как в ультрафильтрате, так и после диализа, на 30–50% сконцентрированные в крупных (>10 кДа) коллоидах (Mn, Al, Ga, РЗЭ, Pb, V, Cr, Ti, Zr, Th, U, Co, Sr, Y, Nb, Hf, Ta, Bi). 2.4. Проанализировано распределение растворенных форм ионов основного солевого состава, биогенных элементов (P, Si) и 18 микроэлементов (Rb, Sr, Ba, V, Cr, As, Al, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Mo, U) в устьевых областях малых рек Яраяха (западный берег полуострова Ямал) и Оюяха (восточный берег Югорского полуострова), впадающих в Байдарацкую губу Карского моря. Установлено консервативное распределение рубидия, стронция, молибдена и урана, описывающееся общими уравнениями связи с содержанием хлоридов для устьев обеих рек. Микроэлементы с неконсервативным типом поведения (Ba, V, Cr, As, Al, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd) разделены на три группы в зависимости от характера изменения их концентраций с ростом содержания хлоридов. Концентрации этих микроэлементов в устье Оюяхи были в несколько раз выше по сравнению с водами устья Яраяхи и существенно превышали типичные значения для речного стока. 2.5. Изучено распределение ионов основного солевого состава и растворенного кремния в эстуарии р. Большой Вилюй водосбора Авачинского залива Тихого океана. Установлено присутствие дополнительного источника поступления вод в глубинные слои расположенного в пределах эстуария глубоководного оз. Большой Вилюй (предположительно, разгрузка подземных вод), что, наряду с внутриводоемной трансформацией смешивающихся там речной и морской водных масс, способствует возникновению неоднородной и многослойной вертикальной гидрологической структуры. 3. Экспериментальные исследования. 3.1. Проведено экспериментальное моделирование процессов сорбции–десорбции уранил-ионов на основных терригенных глинистых минералах в зоне смешения речных и морских вод. Показано, что для речных взвесей любого минералогического состава при взаимодействии с осолоненными водами происходит сорбционное удаление растворенного урана, которое не удается обнаружить по данным натурных наблюдений в силу низкого содержания взвешенного вещества, недостаточного для аналитически значимого изменения концентрации урана в растворе. Сделана оценка суммарной величины сорбционного поглощения урана терригенным материалом на геохимическом барьере река–море, которая составляет 780–1270 т U/год. 3.2. Экспериментально изучена растворимость аморфного кремнезема в смесях речной и морской воды, имитирующих состав вод на геохимическом барьере река–море. Определено значение термодинамической константы равновесия реакции растворения кремнезема K = 0.00171 при 22 С и найдена зависимость коэффициента активности H4SiO4 от минерализации, который изменяется от 1.00 в речной воде до 1.15 в морской воде с соленостью 35‰. Показано, что растворимость кремнезема в речных водах, как правило, выше, чем в морской воде, и в зонах смешения возможно химическое осаждение до 10–15% растворенного кремния.