img-090539
.pdf234 |
Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия |
При М, выраженном в л/(с • км2) и с — в мг/л, значение коэф фициента пропорциональностиА составляет 0,0315.
Ионный сток. Ионный сток является важнейшей геохимиче ской характеристикой, описывающей эрозионные и аккумулятив ные процессы на земной поверхности. Он количественно характе ризует основную расходную часть солевого баланса бассейна реки, эрозию почв и пород, процессы выветривания, карстообразования, засоления территории. Ионный сток рек необходимо знать для рас чета солевого баланса озер, морей, водохранилищ. В обмене солей между континентом и океаном основным связующим звеном, как и приходной частью солевого баланса, также является ионный сток. Мощные толщи морских осадочных пород — прямое следствие многовекового действия ионного стока.
На территории России и СНГ ионный сток отдельных морских и речных бассейнов весьма разнообразен в связи с различием физикогеографических условий. Количество выносимых поверхностным стоком растворенных солей колеблется в очень широких пределах: у малых рек оно измеряется всего десятками тонн в год, у больших, таких как Волга, Лена и другие, — десятками миллионов тонн в год. Показатель ионного стока (Ри) также варьирует от нескольких десятых долей тонны с 1 км2 в год (в полупустынных районах Ка захстана) до 200—250 т/км2 • год у некоторых горных рек Кавказа.
Для сравнительной характеристики среднего многолетнего ион ного стока и его распределения по территории можно воспользо ваться картой, составленной О. А. Алекиным и Л. В. Бражниковой (рис. 7.16). Реки Кольского полуострова и Карелии характеризуют ся малыми значениями Ри, не превышающими 10 т/(км2 • год). Ос новная часть ионного стока этой территории представлена ионами
НСО3 и Са2+. Небольшие значения ионного стока (10—20т/(км2 • год))
наблюдаются на побережье Северного Ледовитого океана к востоку от Кольского полуострова.
Северо-запад европейской части СНГ, несмотря на сравнитель ную однородность увлажненности территории, характеризуется до вольно разнообразными значениями Ри, зависящими от раствори мости слагающих водосборы рек пород. Основная часть этой терри тории имеет показатель ионного стока в пределах 20—30т/(км2 • год) (бассейны рек Нарвы, Луги, Западной Двины и др.). Другая часть, в том числе водосборные площади к югу от Ладожского озера и к восто ку и югу от оз. Ильмень, имеет значения Ри лишь 10—20 т/(км2 • год). В то же время отдельные районы северо-западной области, где рас пространены известняки силурийского и девонского возрастов, а также гипсовые породы перми, имеют более высокие показатели Ри — до 40—50т/(км2 • год).
Глава 7. Гидрохимия рек |
235 |
Значительно большей водностью и сравнительно небольшими (15—20 т/(км2 ■год)) значениями показателя ионного стока отлича ется бассейн р. Днепра. В верхней части бассейна этому способству ет заболоченность территории. В нижней части снижение водного стока компенсируется увеличением минерализации воды.
На примере различных рек бассейна р. Волги можно проследить влияние на Ри двух основных факторов: увлажненности бассейна (и связанного с ней водного стока) и литологии территории. Рас сматривая изменение Ри всего бассейна Волги в целом, можно отме тить его постепенный рост вниз по течению, который иллюстри руется следующими данными О. А. Алекина и JI. В. Бражнико вой, т/(км2 год): Волга (г. Калинин) — 26,6; Ока (устье) — 29,1; Волга (ст. Тетюши) — 35,5; Кама (г. Чистополь) — 42,6; Волга (пос. Фрунзе) — 38,9; Волга (с. Дубовка) — 40,2.
Притоки бассейна р. Дона, расположенные в пределах лесостеп ной и степной зон, характеризуются средними значениями Ри, по степенно уменьшающимися с северо-запада на юго-восток.
Для территории Кавказа различия в увлажненности северных и южных склонов, сложная геоморфология создают чрезвычайную неравномерность условий для химической эрозии и мозаичность минерализации воды. Поэтому значения Ри на Кавказе меняются в широких пределах. На Северном Кавказе в горной части показатель ионного стока около 50—70 т/(км2 ■год), в предгорьях и на равнин ной части, несмотря на увеличивающуюся засоленность пород и грунтов, значениеРи уменьшается до 10—20 т/(км2 • год).
Для европейской части территории СНГ (без Кавказа, Крыма, Прикарпатья) можно отметить общую тенденцию — увеличение Ри от севера и северо-запада, а также от юга и юго-востока к централь ной части территории.
Сопоставление распределения значений Ри с распределением модулей водного стока и минерализации речной воды на террито рии европейской части страны показывает, что зона наибольших показателей ионного стока (30—40 т/(км2 • год)) лежит примерно между полосой повышенного стока и поясом наибольших значений минерализации речной воды и вытянута в направлении с северовостока на юго-запад.
Основными причинами уменьшения Ри на азиатской части тер ритории СНГ являются, с одной стороны, климатические особенно сти, среди которых большое значение имеют продолжительность времени года с низкими температурами и умеренное количество осадков, с другой — широкое распространение на большей части территории многолетнемерзлых пород. Последние создают препят ствия для поступления грунтовых вод в русло реки и затрудняют
236 Раздел 2. Общая и региональная гидрохим ия
фильтрацию осадков вглубь. В результате процесс выщелачивания пород замедляется.
Пестрота показателей ионного стока в отдельных речных бас сейнах, создаваемая местными литологическими и гидрогеологиче скими условиями, постепенно сглаживается при переходе к более крупным бассейнам. Для морских бассейнов на территории стран СНГ и Балтии значение Ри колеблется в небольших пределах: от 9,8 в бассейне Тихого океана до 29,2 т/(км2 ■год) в бессточном АралоКаспийском бассейне (табл. 7.12). Среднее значение Ри для всей территории стран СНГ и Балтии — 18,7 т/(км2 • год) (или 17,8 т/(км • год) с учетом бессточных бассейнов).
Количество выносимых речным стоком растворенных солей очень велико. Для территории стран СНГ и Балтии ионный сток со ставляет 384 млн. т в год, причем в океан выносится 276 млн. т (72 %), остальное количество в бессточную область. Наибольшее ко личество солей выносится в Северный Ледовитый океан (201,6 млн т), наименьшее — в Тихий океан (31,2 млн т) (табл. 7.12).
Сток микроэлементов. Изучение выноса микроэлементов реч ными водами в моря имеет большое значение. Данные по стоку микроэлементов необходимы при изучении химии моря, так как основное количество химических веществ в морские бассейны по ступает с речными водами. Сток микроэлементов с площадей водо сбора наряду с ионным стоком является геохимическим критерием интенсивности процессов химической и физической эрозии в реч ных бассейнах.
Сток микроэлементов определяется в основном водностью рек и содержанием микроэлементов в речной среде. По данным Г. С. Ко новалова и В. И. Кореневой, наиболее высокое значение стока всех микроэлементов характерно для крупных рек Сибири (Оби, Енисея, Лены), хотя концентрации микроэлементов в этих реках низкие в связи с малой подвижностью ряда микроэлементов в ландшафтах с влажным климатом, суровой продолжительной зимой и широким распространением многолетнемерзлых пород. Реки, впадающие в южные моря, как правило, уступают многоводным рекам Сибири в выносе микроэлементов, так как повышенные концентрации этих элементов в воде южных рек не могут компенсировать невысокие значения их водного стока. Например, реки бессточных областей Казахстана (Сарысу, Нура) имеют низкий сток микроэлементов, хотя вода этих рек характеризуется значительными концентра циями ряда микроэлементов. Однако не всегда наблюдается прямая зависимость между значениями стока микроэлементов и водного стока реки.
238 |
Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия |
Так, водность Волги в 2—3 раза меньше водности Лены, а сток бора в Волге в 1,5—2 раза выше, чем в Лене. Значения водного сто ка рек Дон, Пур, Таз, Яна, Анадырь примерно одинаковы, а сток иода и бора в р. Дон в несколько раз превышает сток этих элемен тов в остальных указанных реках. Причиной повышенного стока микроэлементов в реках Волга и Дон являются климатические, гидрогеологические и литологические условия бассейнов этих рек.
Сток микроэлементов имеет характерные особенности для каж дой из рек в зависимости от ландшафта. Река Обь, например, имеет высокий сток фтора не только вследствие высокого водного стока, но и в результате поступления фтора в повышенных концентрациях с водой некоторых притоков. В породах бассейна р. Тобол распро странены флюорит и криолит. Повышенная концентрация фтора в воде р. Ишим определяется усилением миграционной подвижности фтора в этом районе в связи со щелочными свойствами ландшафта. Значительный сток марганца в р. Обь обусловлен также не только большой водностью реки, но и высокой концентрацией этого эле мента в воде. Бассейн этой реки занимает территорию Западной Си бири, которая сильно заболочена. На заболоченных почвах при ки слой реакции интенсивно протекают процессы микробиологическо го восстановления марганца до двухвалентного, в результате чего подвижность марганца повышается, особенно в виде органомине ральных комплексов.
Много железа выносят реки Обь, Енисей, Лена, Амур, Печора, Северная Двина, что обусловлено наряду с высоким водным стоком этих рек и повышенной концентрацией железа в их водах в резуль тате поступления в реки большого количества органического веще ства, в котором в коллоидной форме содержится Fe3+.
Реки Печора, Поной, Пур, Хатанга, Колыма, Амгуэма, Ана дырь, Амур в отдельные годы совсем не выносят ванадия и молиб дена, так как эти элементы малоподвижны в характерных для бас сейнов этих рек кислых ландшафтах с ярко выраженными восста новительными свойствами.
В реках Кавказа наблюдаются повышенные концентрации мно гих микроэлементов в связи с распространением в их бассейнах ру доносных пород. Большое количество меди и особенно цинка выно сит р. Волга. Цинк поступает в р. Волгу в значительной степени с грунтовыми водами и поверхностным стоком. В бассейне р. Волги интенсивно протекают процессы механической и химической эро зии на площади водосбора, где распространены почвы и породы с высокой концентрацией меди и цинка. Увеличение концентраций этих элементов в воде происходит также под влиянием антропоген ного фактора. Этими же причинами объясняется высокий сток ни келя в р. Волге.
Глава 7. Гидрохимия рек |
239 |
Значительное влияние концентрации на сток почти всех микро элементов наблюдается в р. Дон, что, по-видимому, объясняется не только физико-географическими условиями бассейна, но и влияни ем антропогенного фактора.
Г. С. Коноваловым и В. И. Кореневой рассчитан сток микроэле ментов с территории стран СНГ и Балтии в морские бассейны (табл. 7.13). Наибольший сток всех микроэлементов наблюдается в моря Северного Ледовитого океана. Это определяется в целом высо ким водным стоком сибирских и северных рек. Бассейн Тихого океана по стоку микроэлементов занимает второе место. В бассейне Атлантического океана, на водосборах Черного и Азовского морей, интенсивно протекают процессы химической в механической дену дации. В связи с этим сток микроэлементов в бассейн Черного и Азовского морей, за исключением меди, цинка, превосходит сток микроэлементов в сравнимый по водности бассейн Балтийского мо ря. Бассейн Балтийского моря характеризуется низким стоком микроэлементов, так как литологические особенности пород, кли матические условия и слабопересеченный рельеф не способствуют развитию химической и механической денудации; этими причина ми объясняются низкие концентрации большинства микроэлемен тов в речных водах.
Сток органических веществ. Сток органических веществ с тер ритории стран СНГ и Балтии изучен М. П. Смирновым, А. В. Маль цевой и М. Н. Тарасовым. Ими составлена карта показателей стока органических веществ (рис. 7.17) и исследованы связи стока с дру гими геохимическими характеристиками.
В геохимическом отношении показатель стока органических веществ — величина, более характерная, чем абсолютный сток ор ганических веществ; она наиболее удобна для картирования. Эта величина меняется в одном и том же пункте в разные годы, что обу словлено колебаниями стока воды и концентрации органических веществ в воде. Однако среднее многолетнее значение показателя стока органических веществ довольно стабильно и может быть ис пользовано для характеристики миграционной способности орга нических веществ на водосборе.
Показатель стока органических веществ по своей геохимиче ской сущности — это величина, характеризующая количество ор ганических веществ, способное мигрировать из ландшафта через поверхностный, внутрипочвенный и подземный сток в реку в различных природных условиях. В целом для равнинной территории стран СНГ пространственное распределение показателей стока органических веществ таково: наибольшие его значения приурочены к северу и северо-западу, к югу они равномерно уменьшаются до минимальных значений в южных районах европейской части СНГ, в Казахстане и Средней Азии.
Рис. 7.16. Карта показателя ионного стока (Р .) для ■