Ионный сток Средней Оби и ее крупных притоков

нижней коре и верхней мантии. Эта гипотеза еще требует дополнительных изотопно-геохимических подтверждений, однако уже сейчас очевидно, что таннуольский комплекс и "довулка-нические" гранитоиды "сархойского" типа, несмотря на близкий возраст их формирования, резко отличаются друг от друга как по вещественному составу, так и по формационной принадлежности.

Авторы благодарят А.Н. Дистанову, А.М. Сугоракову за предоставленные материалы и плодотворные дискуссии в ходе проведенных исследований, а также Т.И. Кирнозову, Ю.В. Плоткину, С.В. Пантееву и В.В. Маркову за проведенные аналитические исследования.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 03-05-65081, 03-05-65099, 04-05-64443), Президиума СО РАН (интеграционный проект № 6.7.2) и Программы "Университеты России"(№ УР. 09.01.018).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Телешев А.Е. Взаимоотношения разновозрастных гранитоидов Бреньского плутона с девонскими вулканическими комплексами Восточной Тувы // Магматические комплексы складчатых областей юга Сибири. — Новосибирск: Наука, 1981. — С. 63—103.

2. Коваленко В.И., Пополитов Э.И. Петрология и геохимия редких элементов щелочных и гранитных пород Северо-Восточной Тувы. — М.: Наука, 1970. — 260 с.

3. Телешев А.Е., Поляков Г.В. Соотношение палеозойских грани-тоидных комплексов правобережья рек Кызыл-Хем и Нижний Кадраус (Восточная Тува) // Гранитоидные комплексы Сибири. — Новосибирск: Наука, 1979. — С. 23-40.

4. Митрофанов Ф.П. Сопоставление нижнепалеозойских грани-тоидов Восточной Тувы и восточной части Восточного Саяна // Вестник ЛГУ. — 1962. — № 6. — С. 46-56.

5. Митрофанов Ф.П., Кольцова Т.В. Возраст некоторых последо-кембрийских интрузивных пород Восточного Саяна // Абсолютный возраст докембрийских пород СССР. — М.: Наука, 1965. —С. 142-148.

6. Шенкман Я.Д. К вопросу об интрузивных комплексах Восточной Тувы // Материалы по региональной геологии. — М.: Гос-геолтехиздат, 1959. — С. 71—78.

7. Шенкман Я.Д. Гранитоидные интрузивные комплексы Восточной Тувы. — М.: Недра, 1980. —133 с.

8. Телешев А.Е. Возраст палеозойских гранитоидных ассоциаций Восточной Тувы и Восточного Саяна // Плутонические формации Тувы и их рудоносность. —Новосибирск: Наука, 1984. —С. 150—163.

9. Козаков И.К., Сальникова Е.Б., Коваленко В.И. и др. Возраст постколлизионного магматизма каледонид Центральной Азии (на примере Тувы) // Доклады РАН. -1998. - Т. 360. - № 4. -С. 514-517.

10. Агентов В.Б., Агентова В.В., Семенова О.А. Силурийские и нижнедевонские отложения бассейна р. Дерзига в Восточной Туве // Материалы по региональной геологии. - М.: Госгеолте-хиздат, 1959. - С. 44-50.

11. Дистанова А.Н. Строение плутонов и особенности состава раннепалеозойских гранитоидов Каахемского района Восточной Тувы // Магматические комплексы складчатых областей юга Сибири. - Новосибирск: Наука, 1981. - С. 24-62.

12. Boynton W.V. Cosmochemistry of the rare earth elements: meteorite studies // Rare earth element geochemistry. - Amsterdam: Elsevier. 1984. -P. 63-114.

13. Krogh T.E. A low-contamination method for hydrothermal decomposition of zircon and extraction of U and Pb for isotopic age determination // Geochim. Cosmochim. Acta. - 1973. - V. 37. -P. 485-494.

14. Mattinson J.M. A study of complex discordance in zircons using step-wise dissolution techniques // Contrib. Miner. Petrol. - 1994. -V. 116. -P. 117-129.

15. Ludwig K.R. PbDat for MS-DOS, version 1.21 // U.S. Geol. Survey Open-File Rept., 88-542. - 1991. -35 p.

16. Stacey J.S., Kramers I.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth Planet. Sci. Lett. -1975. -V. 26. - P. 207-221.

УДК 550.42:57.4

ИОННЫЙ СТОК СРЕДНЕЙ ОБИ И ЕЕ КРУПНЫХ ПРИТОКОВ

О.Г. Савичев

Томский политехнический университет E-mail: OSavichev@mail.ru

Проведены исследования изменений суммарного и подземного водного и ионного стоков р. Оби и ее крупных притоков за последние 50-70 лет. Получена оценка нормы ионного стока ряда крупных рек обского бассейна, сформировавшейся в 1970—2000-е гг. Для Средней Оби суммарный ионный сток составляет 17...24 млн т/год, из которых 8...12 млн т/год приходится на подземную составляющую. Выявлено увеличение подземного водного и ионного стоков крупных притоков Оби в 1960- 1970-е гг. Установлено, что по мере возрастания заболоченности речных водосборов и доли верховых болот с юга на север повышается роль подземного выноса главных ионов - от 25 % годового стока в нижнем течении р. Томи до 70.80 % в равнинной части бассейна Средней Оби.

Введение

Ионный сток служит важной характеристикой водосборных бассейнов, а знание общих закономерностей его изменения является необходимым

условием выявления механизмов и масштабов взаимодействия между компонентами природной среды и объективной оценки геоэкологического состояния территорий [1, 2]. С учетом этого, определе-

ние величины гидрохимического стока рек и закономерностей его пространственно-временных изменений является одной из актуальнейших водных проблем. В данной работе эта проблема рассмотрена применительно к средней части обского бассейна, территориально соответствующей Томской области и характеризующейся высокой заболоченностью, развитием нефтегазодобывающего комплекса и химической промышленности.

Целью исследований являлось определение среднемноголетней величины ионного стока наиболее крупных рек региона (рр. Оби, Томи, Чулыма, Кети, Тыма, Васюгана, Парабели, Чаи) и ее подземной составляющей. Для достижения этой цели необходимо решение таких задач, как определение нормы суммарного и подземного водного стока и макрокомпонентного состава речных вод, в том числе в зимний период, что обусловило методику исследований и структуру данной работы.

Исходной информацией послужили материалы многолетних гидрологических и гидрохимических наблюдений Росгидромета, Территориального Центра "Томскгеомониторинг", Томского политехнического университета (ТПУ) и Томского филиала Института геологии нефти и газа (ТФ ИГНГ) СО РАН, в том числе полученные с участием автора [3-5]. Местоположение пунктов наблюдений на реках, сведения по которым использованы в данной работе, показано на схеме (рис. 1).

Результаты исследований и их обсуждение

Анализ данных многолетних наблюдений за водным стоком рек бассейна Средней Оби, проведенный автором отчасти совместно с В.А. Земцовым, В.В. Паромовым [3] и С.Ю. Краснощековым [4], позволил выделить однородные периоды его формирования, а также оценить норму годового суммарного и подземного стока [5]. Последний определялся как сумма среднемесячных значений подземного водного стока <2подз,, которые с декабря по март принимались равными среднемесячному водному стоку рек, а в прочие месяцы — вычислялись линейной интерполяцией по формуле:

^\'декабръ 'март

подз. ''март \ / 9 ,

где 'жрт и Одекфъ — среднемесячные значения водного стока рек в марте и декабре, соответственно; I — номер рассматриваемого календарного месяца. Методика и материалы статистического анализа изменений годового и среднемесячного водного стока приведены в [3, 5]. Ниже рассмотрены лишь основные результаты анализа многолетних изменений годового подземного водного стока.

Ранее, в работе [5], было показано, что в бассейне Средней Оби в течение последних десятилетий в период зимней межени происходит определенное увеличение речного стока, почти целиком состоящего из подземных вод. В результате выполненной нами проверки на однородность и случайность аналогичный

вывод получен для продолжительного временного интервала, а именно — примерно в 1960—1970 гг. произошло увеличение подземного водного стока на рассматриваемой территории (табл. 1). Для установленных однородных периодов были получены значения нормы подземного водного стока, в целом согласующиеся (в процентном отношении от суммарного речного стока) с данными [6, 7], а затем использованные для определения ионного стока.

Рис. 1. Схема расположения пунктов гидрологических наблюдений

На основе полученных данных о водном стоке рек рассматриваемой территории, химическом составе их вод и с учетом рекомендаций [1, 8] были проведены расчеты стока главных ионов (ионного стока). Ионный сток Средней Оби и ее крупных притоков в конкретный год определялся суммированием величин стока за двенадцать месяцев, каждая из которых вычислялась как произведение месячного водного стока и среднемесячной суммы главных ионов £„. Последняя величина рассчитывалась по зависимости между срочными значениями и среднесуточными расходами воды (при условии соблюдения принятого в гидрологии критерия качества): ^и'+Ь,

где ' — расход воды в реке; и, Ь — константы, полученные методом наименьших квадратов.

Полученные в пределах статистически однородных периодов формирования годового водного стока последовательности значений годового ионного стока Средней Оби и ее притоков были подвергнуты проверке на случайность и однородность. Кроме того, на наличие неслучайных изменений были проверены ряды величин сезонного ионного стока. Результаты этого анализа, как и в случае исследования изменений среднегодовых и среднемесячных расходов воды [6], позволили сделать вывод об относительно устойчивом в течение 1970—2000 гг. годовом ионном стоке большинства рек рассматриваемой территории и, вместе с тем, об определенном увеличении ионного стока за период зимней межени. Так, при уровне значимости 5 % наблюдается статистически значимое увеличение зимнего ион-

ного стока рр. Томи, Чулыма, Тыма, Васюгана, Па-рабели и Чаи (табл. 2; гипотеза о неслучайном изменении рассматриваемой величины принимается, если фактическое значение критерия Питмена больше критического пщ; знак псоответствует направлению изменения). Достоверные нарушения однородности рядов среднегодовых значений годового ионного стока в пределах рассмотренных временных интервалов не выявлены.

Таблица 1. Среднегодовые значения подземной составляющей (0„ояз.) суммарного водного стока и их стандартные отклонения (р за статистически однородные периоды, м3/с

Река Пункт Период Оода ае

Обь г. Колпашево* (наблюденный) 1962-2002 1205 104

(восстановленный) 1125 156

Обь с. Прохоркино 1974-1996 1728 234

Томь г. Томск 1942-1963 178 45

1964-2002 189 33

Чулым с. Батурино 1938-1970 214 27

1971-2002 231 33

Кеть с. Родионово 1955-2002 197 21

Тым с. Напас 1964-1974 70 10

1975-2002 78 11

Васюган с. Средний Васюган 1936-1958 33 9

1959-1996 38 10

Парабель с. Новиково 1958-1971 22 4

1972-2002 24 6

Чая с. Подгорное 1953-1969 22 4

1970-2002 25 4

* приведены материалы непосредственных наблюдений за водным стоком и ряды, восстановленные по данным о стоке рр. Томи и Чулыма

Для однородных периодов формирования годового водного стока были расчитаны среднегодовые, среднесезонные величины суммарного ионного стока и определены значения его подземной составляющей (табл. 3, 4). Методика вычисления подземного ионного стока аналогична получению соответствующих годовых величин водного стока. Сперва для каждого месяца конкретного года рассчитывалась среднемесячная величина суммы главных ионов (в подземном стоке) по зависимости:

^и,подз. и (2подз. +Ь,

где <2шЪ — среднемесячный подземный водный сток, м3/с. Затем месячные значения подземного ионного стока суммировались за весь год.

В результате выполненных вычислений было установлено, что доля подземного стока изменяется от 20...30 % в водосборе р. Томи до 70...80 % в равнинной части обского бассейна, причем наблюдается ее рост по мере увеличения заболоченности во-

Таблица 2. Результаты проверки по критерию Питмена на наличие трендов рядов ионного стока Средней Оби и ее крупных притоков за год и по его сезонам

Река,пункт Показа- Сток за период

тель* Год м-м М11-Х1 Х11-111

Обь, к 1,18 1,61 0,69 -0,76

г. Колпашево "кр 2,03 2,03 2,03 2,03

Обь, к 1,34 1,40 0,79 1,03

с. Прохоркино "кр 2,13 2,13 2,13 2,13

Томь, к 1,48 1,38 0,53 2,87

г. Томск "кр 2,00 2,00 2,00 2,00

Чулым, к 0,28 0,81 -0,85 2,88

с. Батурино "кр 2,01 2,01 2,01 2,01

Кеть, к -0,93 0,35 -1,25 -0,49

с. Родионово "кр 2,04 2,04 2,04 2,04

Тым, к 0,75 -0,71 0,44 2,94

с. Напас "кр 2,06 2,06 2,06 2,06

Васюган, к -1,30 -3,00 -0,37 2,63

с. Средний Васюган "кр 2,01 2,01 2,01 2,01

Парабель, к 1,90 1,18 1,44 3,95

с. Новиково "кр 2,08 2,08 2,08 2,08

Чая, к 1,30 0,95 0,42 2,72

с. Подгорное \р 2,02 2,02 2,02 2,02

* фактические (п) и критические (лщ) значения критерия Питмена, коэффициенты автокорреляции и их критические значения

Таблица 3. Среднемноголетние значения ионного стока (в) Средней Оби, ее притоков и их стандартные отклонения (Рц), млн т/год

Река, пункт Период Сг

Обь, г. Колпашево (наблюденный) 1962-2002 17,893 1,252

(восстановленный) 16,705 1,168

Обь, с. Прохоркино 1974-1996 23,420 1,556

Томь, г. Томск 1942-2002 4,228 0,505

Чулым, с. Батурино 1938-2002 4,018 0,445

Кеть, с. Родионово 1955-2002 1,532 0,154

Тым, с. Напас 1975-2002 0,350 0,025

Васюган, с. Средний Васюган 1936-1996 0,613 0,117

Парабель, с. Новиково 1968-1999 0,468 0,141

Чая, с. Подгорное 1953-2002 0,512 0,068

досборов и уменьшения модулей водного стока (табл. 5). Подземный сток самой Оби последовательно увеличивается от 47.58 % у г. Колпашева до 50.67 % у с. Прохоркино, что не противоречит данным В.П. Зверева [2], согласно которому на долю подземного стока через речную сеть приходится 69 % общего стока растворенных веществ. Как и в работе [1], было отмечено, что большая часть главных ионов выносится в периоды с повышенной водностью. При этом следует отметить, что с юга на север происходит перераспределение сезонного ионного стока, характеризующееся уменьшением по мере движения водных масс доли ионного стока в апреле-июне и увеличением — в остальную часть года. Причиной этого является смещение на более

Таблица 4. Норма ионного стока р. Оби и ее притоков, млн т/год

Пункт Суммарный сток за период Годовой подземный сток

М-М М1-Х1 Х11-111

Обь, г. Колпашево

(восстановленный) 6,871 7,277 2,557 7,835

Обь, 8,785 10,806 3,829 11,724

с. Прохоркино

Томь, 2,514 1,384 0,330 1,045

г. Томск

Чулым, 1,779 1,687 0,552 1,714

с. Батурино

Кеть, 0,510 0,728 0,294 0,987

с. Родионово

Тым, 0,101 0,177 0,072 0,232

с. Напас

Васюган, 0,232 0,303 0,078 0,248

Средний Васюган

Парабель, 0,175 0,212 0,081 0,270

с. Новиково

Чая, 0,179 0,210 0,124 0,392

с. Подгорное

где ОиД—и и Оцщ_Х1 — среднемноголетние значения сезонного ионного стока за апрель-июнь и июль-ноябрь, соответственно. Полученные последовательности проверялись на однородность по критерию Стьюдента при условии неизменной дисперсии и сохранения выявленных тенденций в течение всего расчетного времени. В результате было установлено, что в ближайшие 30—40 лет изменения годового ионного стока р. Томи вследствие соответствующих увеличений его подземной составляющей маловероятны (рис. 2). Для уровня значимости 5 % гипотеза о нарушении однородности по среднему при сравнении рядов фактических и смоделированных значений не подтвердилась.

Год

Рис. 2. Наблюденные (I) и прогнозные (II) значения годового ионного стока р. Томи у г. Томска; критерий Стьюдента и=0,5; ^р=2,3

Таблица 5. Коэффициенты корреляции между долей подземного ионного стока

Показатель Ч в илодз. ^боп.

ч 1 -0,64 -0,82

G илоцз- -0,64 1 0,58

бл -0,82 0,58 1

1 0,97 -0,67 -0,78

поздние даты сроков весеннего половодья и большая растянутость во времени последнего на реках северной части рассматриваемой территории.

Оценка возможных долгосрочных изменений ионного стока

С учетом изложенных выше данных возникает вопрос о влиянии на величину годового стока возможного увеличения зимнего водного стока в будущем. Для ответа на него за период с 2004 по 2040 гг. был смоделирован ряд величин годового ионного стока ОиМ р. Томи, каждый элемент которого определялся по выражению:

бщгод. = 6и,1Ч—'Л+ би,УП—Х1+и.[год]+ ^

Заключение

По результатам выполненных расчетов и обобщений можно сделать следующие выводы. Во-первых, ионный сток рек бассейна Средней Оби (18.24 млн т/год) многократно превышает сброс минеральных солей со сточными водами в Алтайском крае, Новосибирской, Кемеровской и Томской областях (в среднем за 1995—1996 гг. — 0,613 млн т/год по сухому остатку), что указывает на незначительную роль последнего в формировании современного ионного стока и макрокомпонентного состава больших и средних рек рассматриваемой территории. Во-вторых, за период с 1970—1980-х гг. по 2002 г. норма суммарного годового ионного стока в бассейне Средней Оби статистически неизменна, а отклонения от нее связаны в основном с колебаниями водности. В то же время, отмечается постепенное изменение его внутригодового распределения за счет увеличения подземной составляющей стока крупных притоков р. Оби. Норма годового подземного ионного стока непосредственно р. Оби сформировалась под определенным воздействием сезонного регулирования стока Новосибирским водохранилищем и оставалась условно постоянной в течение 1962—2002 гг.

Работа выполнена при поддержке гранта Минпромнауки РФ № НШ-1566.2003.05и интеграционного проекта СО РАН № 167.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алекин О.А., Бражникова Л.В. Сток растворенных веществ с территории СССР. — М.: Наука, 1964. —144 с.

2. Зверев В.П. Массопотоки подземной гидросферы. — М.: Наука, 1999. —97 с.

3. Земцов В.А., Паромов В.В., Савичев О.Г. Изменения водного стока крупных рек юга Западной Сибири в XX столетии // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Матер. Все-рос. научн. конф. —Томск: Изд-во НТЛ, 2000. —С. 321—324.

4. Состояние поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Томской области в 2002 г. / Под ред. В.А. Льготина: Информационный бюллетень. — Томск: ТЦ "Томскгеомониторинг", 2003. —Вып. 4. —84 с.

5. Савичев О.Г. Реки Томской области: состояние, использование и охрана. — Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2003. — 202 с.

6. Ресурсы поверхностных вод СССР / Под ред. Н.А. Паниной. — Л.: Гидрометеоиздат, 1972. — 408 с.

7. Ресурсы пресных и маломинерализованных подземных вод южной части Западно-Сибирского артезианского бассейна / Под ред. Е.В. Пиннекера, И.П. Васильева, Н.А. Ермашовой и др. — М.: Недра, 1991. — 262 с.

8. Справочник по гидрохимии / Под ред. А.М. Никанорова. —Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 391 с.

УДК 543.42

АТОМНО-ЭМИССИОННАЯ МЕТОДИКА АНАЛИЗА ГРИБОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕЕ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ЭКОМОНИТОРИНГА

В.И. Отмахов, Е.В. Петрова, Т.Н. Пушкарева, Г.П. Островерхова

Томский государственный университет E-mail: Gtmahov2004@mail.ru

Описана новая методика атомно-эмиссионного определения тяжелых металлов в грибах, используемых в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды в экологически опасных районах. При разработке методики учтены специфические особенности исследуемого объекта, обусловленные наличием сложной матрицы зольных остатков грибов, полученных на стадии про-боподготовки. Кинетические и термодинамические исследования высокотемпературных процессов, протекающих в плазме дугового разряда, позволили оптимизировать проведение спектрального анализа, а метрологическая аттестация - обеспечить получение достоверных результатов.

Введение

Мониторинг природных сред и объектов (вода, воздух, почва, растения, животные) — актуальное научное направление в экологических исследованиях. Из биологических объектов в качестве индикаторов накопления тяжелых металлов (ТМ) наиболее известны лишайники (РЬ, Си, N1), мхи (Мп, Сё, РЬ, ¿п). Что касается грибов, то они более изучены как биоиндикаторы накопления радионуклидов.

Грибы — высшие базидиальные, или макромице-ты (преимущественно шляпочные) — своеобразные гетеротрофные организмы, несущие определенную функциональную нагрузку в лесных экосистемах. Взаимосвязи грибов с внешней средой разнообразны и сложны. Они осуществляются через атмосферу, растения, почву, животных, микроорганизмы и могут быть положительными или отрицательными, специфическими или универсальными, контактными или опосредованными. Грибы являются важными звеньями двух типов пищевых цепей: 1) начинающихся живыми растениями (продуцентами) — это микоризообразующие и паразитные грибы; 2) начинающихся разлагающейся органикой (детритных) — это подстилочные и гумусовые сапротрофы, ксилотрофы и др. При этом известно, что грибы являются мощными аккумуляторами различных веществ, в том числе и загрязняющих (тяжелые металлы, радионуклиды).

Грибы являются субстратом для многих видов различных организмов, среди которых только беспозвоночных животных известно свыше 500 видов. Особое место среди потребителей грибного субстрата занимают мицетофаги — личинки грибных комаров и мух. Они разлагают плодовые тела грибов, наполняя их азотистыми продуктами своей жизнедеятельности. Гриб образует своеобразную биосистему "гриб-мицетофаг" — мицетоконсорцию, через которую идет поток вещества, энергии и т.д.

Грибы для человека являются излюбленным объектом природопользования и составляют значительную часть пищевого рациона сибирского населения. Поэтому грибы с накопленными в них веществами, в том числе и ядовитыми, могут быть источником поступления их в организм человека.

Поскольку почти все ТМ токсичны, особенно биофилы (Си, ¿п, V), зоофобы (Сё), биофобы (РЬ), то наобходим контроль загрязнения ими природных сред. В связи с этим исключительно важна задача по разработке атомно-эмиссионной методики определения ТМ в таком своеобразном субстрате, как грибы.

1. Подготовка пробы к анализу

При разработке методики атомно-эмиссионного анализа (АЭА) важнейшим этапом является процесс пробоподготовки, который имеет некоторую