+7 (985) 646-39-94

г. Москва, ул. Большая Косинская, д. 45

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Результаты гидрохимического анализа поверхностных вод озера Байкал в июне-июле 2017 года

Полная версия работы:  СКАЧАТЬ PDF  Смотреть на сайте 

 

 

Мы также подготовили живую версию по материалам устного доклада, который прозвучал на итоговой конференции проекта «Байкальская экспедиция» 27-28 ноября 2017 в Иркутске.

Доклад этот некоторых напугал, почему - непонятно. Если есть озеро, даже очень чистое, как Байкал, химические элементы все равно там будут содержаться, они там содержатся, и их концентрации могут о чем-то говорить - об этом доклад.

Основные выводы: есть превышения предельно допустимых концентраций для рыбохозяйственных водоемов по ряду главных ионов, в том числе по токсичным меди и свинцу. Это не опасно для человека, но может быть опасно для некоторых водных организмов. Есть признаки активного разрушения почвенного слоя (естественной эрозии либо добычи полезных ископаемых) в бассейнах Селенги и Усть-Баргузина. Есть непонятные следы свежего органического разложения (следовые концентрации аммоний-иона) в районе Баргузинского залива и Ушканьих островов. Это все совершенно не катастрофично, но достойно мониторинга.

 

Конференция была организована АНО «Байкальский интерактивный экологический центр».

 

Рассказывает Михаил Колобов (биологический факультет МГУ, кафедра гидробиологии), участник экспедиции

Фото: М. Колобов, Д. Мусихина

 

 

ОБ ЭКСПЕДИЦИИ

 

Экспедиция проходила в июне-июле 2017 года.


Мы стартовали из Иркутска, вышли в Байкал, сделали переход от Листвянки до Танхоя и двигались вдоль восточного побережья Байкала до Ушканьих островов. Потом перешли на запад до острова Ольхон, и финишировали в Хужире.

 

 

Маршрут движения экспедиции  

 

Сбор данных проводился в течение всего маршрута. Было сделано около 300 различных замеров, были взяты пробы на гидрохимию. Также мы брали траловые пробы на содержание микропластика, около 15 различных станций. Траление проводили одновременно тремя планктонными сетями. Это дало три повторности на каждую станцию, для того чтобы лимитировать статистическую ошибку. Еще был взят грунт на микропластик, образцы различных водорослей, моллюсков, и глубинные пробы. Мы использовали батометр Паталаса, пробы брали с глубины 60 м, и сравнивали их с поверхностными пробами.

 

Отбор глубоководных проб с помощью батометра Паталаса 

 

Основная масса проб воды была взята из поверхностного слоя воды глубиной до 15 сантиметров. Поскольку этот слой воды хорошо прогревается, хорошо аэрируется и там происходит основная жизнь фитопланктона и зоопланктона, для нас это было особенно интересно.
Часть проб была обработана непосредственно в полевых условиях. Мы брали с собой переносные приборы: токсиметр, дозиметр, pH-метр, ОВП-метр (измерение окислительно-восстановительного потенциала). Также измеряли температуру и минерализацию воды, и содержание кислорода в воде.

 

Измерение концентрации кислорода. 

 

Кроме того, определялась α- и β-активность в воде. Альфа-активность очень быстро исчезает, а вот β-активность дала очень интересные результаты.

 

И в лабораторных условиях мы меряли содержание различных веществ в байкальской воде: алкилсульфаты натрия, силикаты, сурьма, фенолы, фосфаты, ХПК, цинк, железо, медь, мышьяк, свинец, калий, ртуть, нитрат-ион, нитрит-ион, рН, общее содержание кислорода, аммоний-ион.

 

Отступление. На фото показаны полевые измерения, на Ушканьих островах в зоне заплеска. Берега сложены известняками, рН был 9.5, это локально очень жесткая вода. А минерализация приблизительно такая же, как по всему Байкалу.

 

 

Вдоль всего побережья на маршруте мы делали аэрофотосъемку с помощью квадрокоптера. Сейчас эти фотографии обрабатываются. Мы хотим их сопоставить с мультиспектральными аэрофотоснимками сверхвысокого разрешения для того, чтобы разработать систему трехуровневого мониторинга. Есть результаты наших полевых измерений (гидрохимия, другие показатели, фотосъемка), аэрофотосъемка, и спутниковая съемка: идея в том, чтобы можно было калибровать один метод с помощью другого.

 

 

Съемка поверхности дна около Большого Ушканьего острова в июле 2017 года. Высота съемки 50 метров. 1- нитчатые водоросли на дне, 2 – нитчатые водоросли в прибойной зоне. Площадь охвата фото 150х100 метров.

 

В нашей экспедиции участвовали специалисты Главного контрольно-испытательного центра питьевой воды г. Москва, они взяли на себя задачу проведения химического анализа. Это сертифицированная лаборатория, обладающая специализированным оборудованием, одна из крупнейших в Москве, и что важно - это независимая организация, они имеют возможность быть объективными.
Каждый анализ воды снабжен сертификатом, который выдается Центром, то есть они берут на себя ответственность за достоверность проводимых исследований.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

В полном обзоре дан список точек c координатами, в которых мы брали конкретные пробы. Все станции были в 50-200 м от береговой линии.
Хотелось бы в следующем году повторить выборку, а также расширить ее, взять пробы в новых местах.
На рисунках показаны только концентрации, превышающие предельно допустимую концентрацию (ПДК) или многократно отличающиеся от фоновой. Остальные не указаны, чтобы не загромождать графики. Приведены показатели, установленные для водоемов рыбохозяйственного назначения (ПДК РХ).

 

Силикаты

 

ПДК РХ составляет 1 мг/л. По данным исследователей, концентрация силикатов в байкальской воде больше - в среднем 2.16 мг/л, озеро Байкал богато на силикаты.
Силикаты не являются токсичными веществами, это соли кремниевой кислоты. По сути они выступают как маркер: силикаты могут быть показателями того, что где-то происходит разрушение почвенного слоя. Это может происходить как в результате эрозии, пожаров или еще каких-то естественных процессов, так и в результате антропогенной деятельности: когда осуществляется добыча ископаемых, и грунт смывается в воду.

 

 

Места повышенных концентраций силикатов в воде озера Байкал в июне-июле 2017 года.

 

 

Как мы видим, основной приток силикатов идет через устье Селенги. Там концентрация - 5.9 мг/л- в шесть раз больше, чем предельно допустимая. И есть пик в районе села Посольское. Это скорее всего связано с Селенгинским течением, которое выносит силикаты из дельты Селенги; потом они разносятся по Байкалу.
Селенгинское течение - одно из наиболее выраженных на Байкале. Остальные могут то появляться, то исчезать, в зависимости от сезонности, а это достаточно стабильное.

 

Есть также пик в районе реки Турка. Здесь меньше концентрации, тем не менее тоже какие-то процессы разрушения почвенного слоя происходят.

 

Медь

 

Медь является токсикантом, и достаточно серьезным токсикантом. ПДК меди - 0.001 мг/л. Средняя концентрация для озера Байкал в пять раз меньше, чем ПДК.

 

Места повышенных концентраций меди в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.

 

Здесь та же самая Селенга вносит основной объем меди. Речь, естественно, о растворенной меди. Потом она размывается по Байкалу. Мы видим, что в Листвянке также высокая концентрация меди. Мы не можем сейчас сказать, откуда она поступает. Для этого нужно проводить мониторинг, смотреть ее распределение в близлежащем районе. Высокая концентрация в районе Хужира. Мы брали пробу в самом поселке, но не у берега, а в 50-100 м от береговой линии.

 

Чем опасна медь. Медь является ингибитором дыхательных пигментов у различных беспозвоночных. Это и моллюски, и ракообразные: у них дыхательный пигмент, гемоцианин, содержит ион меди. Медь является блокирующим веществом для их дыхания, при ее высоких концентрациях они просто погибают, потому что задыхаются.

 

Самое плохое, что медь не имеет нижнего предела токсичности. ПДК - это на самом деле некое допущение, договоренность, что ниже нее не влияет, а выше как бы влияет. Конечно, влияет и ниже, просто проведена условная граница. Но фактически этой нижней границы действия нет, постепенно-постепенно вредный эффект увеличивается и в конце концов достигает критических значений. Каждый организм реагирует по-своему. Одни реагируют очень быстро, гибнут быстро, другие медленнее.

 

Были проведены эксперименты на Байкале, в Лимнологическом институте, достаточно давно: смотрели токсикологический эффект меди на рачке эпишуре, сравнивали его с дафнией. Эпишура оказалась чуть-чуть более устойчива, дафния гибнет быстрее. Но разница незначительна, порядка 5-10%.

 

На Ольхоне нет больших стоков. Турбазы не могут произвести такой эффект, даже если они будут сливать отходы напрямую в воду Байкала. Человеческая бытовая деятельность не может достичь таких размеров. Это огромные объемы: десятки тысяч квадратных километров воды, и мы получили уже уменьшенную концентрацию, поскольку меряли в Байкале. Воды Байкала разбавили речные стоки, и все равно концентрация превышает ПДК.

 

Цинк

 

Цинк тоже является токсикантом, хотя в малых концентрациях это биогенное вещество. В малых количествах цинк необходим для развития любого организма, в том числе организма человека. Вы знаете, что можно пить цинк, чтобы ряд витаминов усваивался. Но в больших концентрациях цинк является токсикантом: он менее опасен, чем медь, но это токсикант третьей группы. Вместе, что самое неприятное, медь и цинк имеют синергический эффект: они усиливают действие друг друга. 

 

 

ПДК цинка - 0.01 мг/л. Отмеченные на карте концентрации цинка превышают в среднем раза в полтора предельно допустимую, не больше. Средние показатели для Байкала в сотни раз меньше.

 

Места повышенных концентраций цинка в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.

 

Можно сказать здесь тоже, что цинк вносится рекой Селенга. Это предположение мы делаем исходя из концентрации: дельта Селенги - 0,017 мг/л, Танхой - 0,017 мг/л. Скорее всего Селенгинское течение выносит цинк в озеро, и потом оно расходится по Байкалу.
Приведены данные для поверхностного слоя воды, не на больших глубинах. Почему? Например, вода из Селенги - менее плотная. В Байкале вода очень чистая, но минерализация воды больше, она более тяжелая, чем в реках. Когда реки впадают в Байкал, вода из них расползается по поверхности; то есть она не сразу перемешивается с Байкалом, она какое-то время находится в верхнем слое в виде локальных пятен, а байкальская вода соответственно находится ниже.

 

Железо

 

Здесь указаны концентрации, которые оказались равны либо превышали ПДК. Средняя для Байкала концентрация в несколько раз меньше. В некоторых местах она была превышена в десятки раз.

 

Железо бывает двух- и трехвалентное, в зависимости от условий. Здесь мы берем железо общее.
Что делает железо? Во-первых, это тоже биогенный элемент. Железо входит в состав фотосинтетических пигментов. Оно необходимо для того, чтобы спирогира могла развиваться, или другие водоросли. Конечно, в более высоких концентрациях оно тоже становится токсикантом.
Здесь из устья реки Турка идет смыв железа.

 

Распределение концентраций общего железа в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.

 

Откуда это все берется? Возможно, разработка полиметаллических руд в бассейне реки. В рудах всегда содержится целый комплекс металлов, а также радиоактивные элементы, к которым мы вернемся, и другие. Если добывают, допустим, золото, то все остальное, что содержится в этой руде, впоследствии в результате эрозии почвы попадает в реки и смывается.

 

Предположительно, именно разработка полиметаллических руд является источником высоких концентраций металлов, железа, и свинца кстати. Свинец не указан, потому что в этом году его концентрации не превышали предельно допустимые, хотя тоже были высоки. Его много в районе устья Турки.

 

В прошлом году свинец присутствовал в Байкальске и в ряде точек на северо-западном и северо-восточном побережьях.

 

Калий

 

Калий тоже биогенный элемент, который необходим для жизни водорослей и других живых организмов. Его концентрации здесь небольшие. Они ниже, чем предельно допустимые, и чем даже средняя для озера Байкал. На карте указаны точки, где они отличаются от среднего фона; откуда-то этот калий поступает.

 

Повышенные относительно фоновых значений концентрации калия в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.

 

Особенно удивило то, что в районе Ушканьих островов концентрация калия достаточно высока. Ушканьи острова расположены в центральной части Байкала, в относительно чистом месте, без каких-либо производств поблизости.
Малое море - здесь калий тоже превышает фон, здесь удивительного ничего не было. Еще один пик находится в Баргузинском заливе - приблизительно такая же концентрация, как на Ушканах.

 

Скорее всего здесь действует Баргузинское течение, оно выходит из Баргузина и направляется на Ушканы. Калий содержится в веществах, которые испоьзуются для пропитки древесины, он содержится и в самой древесине, и в опилках. По рассказам местных жителей, большое количество продуктов деревообработки складируется на берегу реки Баргузин. Дождями это все может смываться в реку и попадать в Байкал.

 

Аммоний

 

Поразило то, что в гипер-олиготрофном водоеме, в котором вода очень чистая и концентрация питательных веществ мала, присутствует такое вещество как аммоний.

 

У всех живых организмов, которые живут в Байкале, очень конкурентные отношения. Они всегда конкурируют за пищу, за любое питательное вещество, в первую очередь за органические вещества.

 

Аммоний - показатель того, что недавно где-то что-то испортилось, где-то что-то умерло. Это продукт разложения белков, свежий. Аммоний быстро окисляется до нитритов, далее до нитратов, и в анаэробных условиях до азота. Если аммоний присутствует в воде - это означает, что гибель, разложение органического вещества произошло недавно, и, более того, что экосистема Байкала неспособна переработать его на данный момент быстро.

 

 

Предпороговые концентрации аммония в воде озера Байкал (центральная часть) в июне-июле 2017 года.

  

Скорее всего, какие-то процессы гниения наблюдаются в Баргузинском заливе.

 

Я занимаюсь аквариумными системами, и отслеживаю стабилизацию искусственных биосистем, процесс бактериального созревания. Когда система свежая и вода очень чистая, происходит в первую очередь вспышка аммония, потому что бактерий, которые способны перерабатывать органическое вещество, еще нет.

 

То же самое и здесь. В экосистему выносится большое количество органики, и его некому перерабатывать, потому что вода чистая, нет звена, которое бы ело эту органику.

 

К чему это приводит? Это приводит к тому, что в конце концов начинают разрастаться водоросли, и бактерии.
Да, везде у нас аммоний не превышает ПДК. Но в олиготрофном озере, в чистом озере Байкал вообще в принципе аммония не должно быть. Точнее, он может быть в исчезающе малых количествах; однако в нескольких местах анализ выявил концентрации в десятки раз выше, чем в других точках, и это маркер, что здесь происходит некий процесс поступления и разложения органики.

 

Суммарная β-активность

 

β-излучение - это поток электронов или позитронов, возникающий при радиоактивном распаде.
Есть также α-излучение, обусловленное потоком протонов, но это очень нестабильное излучение, даже лист бумаги его задержит. β-активность более показательна.

 

β-активность в воде измеряется в Беккерелях на литр (Бк/л). Беккерель - один распад в минуту. Показаны значения, превышающие 0.10 Бк/л, при нормальных значениях в 1 Бк/л. Я хочу всех успокоить, чтобы не было ажиотажа. Значения, которые здесь указаны, в десятки раз меньше, чем норма по Байкалу вообще, вокруг.

 

Места повышенной β-активность воды озера Байкал в июне-июле 2017 года.

 

Норма радиологического качества воды Всемирной организации здравохранения, и российского СанПин - 1 Бк/л, они одинаковые.
В других точках показатели для Байкала получались 0.05, 0.007, 0.08, 0.09 Бк/л.

 

Значения, показанные на карте, превышают фоновые на 10-15%. Как и силикаты, это для нас служило маркером того, что где-то разрушается почвенный слой, возможно что-то раскопали, и радиоактивные элементы выносятся из почвы. Это может быть и цезий, и кобальт, и некоторые короткоживущие элементы.

 

В медицине используют изотопы для того, чтобы отследить, как движется то или иное вещество в организме. Так же и здесь. Бета-активность показывает те места, где происходит наибольший вынос радиоактивных элементов в воду. Опять, как мы видим, это путь следования Селенгинского течения с заходом в исток Ангары, и Баргузинский залив - там тоже показатель достаточно высокий.

 

В самой Селенге мы замеры не проводили: это отдельное направление, в один год мы просто не смогли бы этого сделать.

 

К чему я веду? Я слышал разговоры, что тяжелые элементы могут поступать из Монголии, откуда-то из далеких мест. Наши токсикологи утверждают, что действительно тяжелые вещества могут сорбироваться на клеточных стенках, в том числе у фитопланктона, и висеть в воде долгое время. Но в норме достаточно быстро происходит их захоронение. Тяжелые металлы падают на дно, и там оседают - они не могут пройти длительный путь откуда-то из далеких мест, точнее могут, но не в больших концентрациях.

 

Скорее всего пики β-активности - это показатель процессов, которые происходят вблизи. Это либо продукт разработок, либо продукт эрозии почв, в результате пожаров в том числе.

 

Кислотность (рН)

 

В ходе движения от Танхоя до Максимихи измерялась кислотность (рН) воды. Показатель менялся скачкообразно, но тем не менее показывал тенденцию к росту. На севере у нас более холодные воды, соответственно растворимость кислорода лучше, поэтому рН увеличивается. Измерения проводили в поверхностном слое, для него характерна хорошая аэрация. 

 

Изменение pH поверхностного слоя воды озера Байкал, при перемещении с юга на север по восточному побережью от поселка Танхой (1) до мыса Нижнее Изголовье (21).


Собственно, температура воды, ее изменения от Танхоя и до Усть-Баргузина. Температура воды падает не совсем линейно, но зависимость ярко выражена.

 

 

Изменение средней температуры поверхностного слоя воды озера Байкал, при перемещении с юга на север по восточному побережью от поселка Танхой (1) до Ушканьих островов (22).

 

 

Общая минерализация (TDS)

 

Мы измеряли общую электропроводность поверхностной воды - это показатель минерализации. Чем больше в воде различных минералов, тем она лучше проводит электрический ток. Дистиллированная вода ток не проводит, соленая вода проводит его прекрасно.
Электропроводность измеряется в микросименсах (mS). Но нам важны не абсолютные значения, а то, как все это дело друг с другом взаимосвязано. Мы видим, что среднее значение порядка 0.12 mS. В районе рек эти значения понижаются: минимумы в районе Селенги, реки Большой, реки Турка. Они вносят пресную воду, а сам Байкал достаточно минерализован.

 

 

Изменение электропроводности воды поверхностного слоя озера Байкал, при перемещении с юга на север по восточному побережью от поселка Танхой (1) до Ушканьих отровов (22).

 

Но, например, в поселке Старый Энхалук минерализация очень высокая. Это, возможно, связано с тем, что там присутствуют горячие источники. Также есть пик в районе Бабушкина. Повышение минерализации может быть еще связано с тем, что поступает большой сток бытовых отходов. Бытовые отходы имеют повышенную минерализацию.

 

Этот параметр может быть темой для практических занятий у школьников. Приборы для определения электропроводности достаточно просты. На базе полученных результатов можно составить карту общей минерализации побережья Байкала и проводить мониторинг происходящих изменений - это будет весьма показательная картина.

 

Благодарности:


Особую благодарность автор доклада выражает:


- соучредителю и сопредседателю общественной организации «Байкальская экологическая волна», руководителю проекта «Байкальская экспедиция» Рихвановой Марине Петровне за организацию и финансирование экспедиции;


- генеральному директору ЗАО «Главный контрольно-испытательный центр питьевой воды» Гончар Юрию Николаевичу и всему коллективу центра за организацию сбора и гидрохимический анализ проб воды;


- генеральному директору ООО «АртБиос» Таланиной Елене Борисовне за систематизацию собранных данных;


- директору ФГБУ «Объединенная дирекция Баргузинского государственного природного биосферного заповедника и Забайкальского национального парка» Овдину Михаилу Евгеньевичу за разрешение доступа на территорию заповедника.

 

 

Участники конференции, г. Иркутск. 28 ноября 2017 г.