Закономерности миграции стронция, фтора и бора в зоне смешения речных и морских вод

• Автор: Савенко, Алла Витальевна
• Шифр специальности: 25.00.27
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 205 с.

Содержание
Введение
Глава 1. Общая гидролого-гидрохимическая характеристика устьевых
областей рек
1.1. Классификация, районирование и гидрологическая структура устьевых областей рек
1.2. Трансформация потоков растворенных и взвешенных веществ в устьевых областях рек
1.2.1. Процессы, контролирующие миграцию растворенных и взвешенных веществ в зоне смешения речных и морских вод
1.2.1.1. Физические процессы
1.2.1.2. Химические процессы
1.2.1.3. Биологические процессы
1.2.2. Консервативное и неконсервативное поведение химических компонентов
Глава 2. Поведение растворенных стронция, фтора и бора в устьевых областях
рек России
2.1. Материал и методика исследований
2.2. Устье Волги
2.3. Устье Кубани
2.4. Устье Дона
2.5. Устье Дуная
2.6. Устья малых водотоков черноморского побережья Кавказа
2.7. Устья малых рек (Нивы, Колвицы, Княжой и Керети) водосбора Кандалакшского залива Белого моря
2.8. Устье Кеми
2.9. Устье Онеги
2.10. Устье Северной Двины
2.11. Устья Оби и Енисея
2.12. Общие закономерности миграции растворенных стронция, фтора и бора
в зоне смешения речных и морских вод
Глава 3. Химическая трансформация потоков растворенных стронция, фтора
и бора в зоне смешения речных и морских вод
3.1. Трансформация потоков растворенного стронция
3.1.1. Осаждение собственных минеральных фаз
3.1.2. Соосаждение карбонатом кальция
3.1.3. Сорбционно-десорбционные процессы
3.2. Трансформация потоков растворенных фтора и бора
3.2.1. Сорбционное удаление фтора
3.2.2. Сорбционное удаление бора
Заключение
Список литературы
Введение
Актуальность проблемы. В настоящее время стало очевидным, что стихийно развивающаяся хозяйственная деятельность нарушает гомеостаз биосферы и ведет к глобальному экологическому кризису, который, по мнению одних ученых, уже наступил, а, по мнению других, - может наступить в ближайшем будущем [Арский и др., 1997; Кондратьев, 1999]. Решение этой важнейшей научной проблемы заключается в разработке таких способов сопряжения природных и антропогенных процессов, при которых аграрные и промышленные технологии “встраиваются” в естественную структуру биосферы, не нарушая основных принципов ее функционирования.
Возможность реализации концепции управляемой биосферы во многом зависит от полноты изученности глобального гидрологического цикла, определяющего основные миграционные потоки химических элементов в биосфере. Своеобразным рубежом, разделяющим глобальный гидрологический цикл на континентальную и океаническую ветви, являются устьевые области рек, где происходит взаимодействие речной и морской водных масс и осуществляется заключительный этап фракционирования растворенных и взвешенных веществ на пути их следования к областям конечной аккумуляции - морским и океанским бассейнам.
Изучению закономерностей миграции химических компонентов в устьях рек уделяется большое внимание. В частности, было установлено, что в зоне смешения речных и морских вод происходит перераспределение растворенных и взвешенных форм биогенных элементов (Р, N, Si) и тяжелых металлов (Fe, Mn, Си, Zn, Pb, Cd, Со, Ni, Hg), тогда как для урана, молибдена и некоторых других микроэлементов, напротив, характерно преимущественно консервативное поведение, которое обычно считается доказательством их химической и биологической инертности. Распределение стронция, фтора и бора в устьевых областях рек по некоторым данным [Faure at al., 1967; Hosokawa et al., 1970; Windom, 1971; Warner, 1972; Kullenberg, Sen Gupta, 1973; Liss, 1976; Fanning, Maynard, 1978; Narvekar, Zingde, 1987; Wanying et al., 1990; Захарова, Савенко, 1998] также близко к консервативному. Однако вследствие немногочисленности имеющихся литературных сведений, возникает существенная неопределенность в оценке трансформации потоков этих микроэлементов на геохимическом барьере река-море.
Цель настоящей работы состояла в изучении закономерностей миграции растворенных стронция, фтора и бора в устьевых областях рек, а также процессов, способных оказывать влияние на распределение этих элементов в зоне смешения речных и морских вод.

В задачи исследования входило:
- изучение поведения растворенных стронция, фтора и бора в устьевых областях рек России;
- экспериментальное моделирование химических процессов, которые могут приводить к изменению миграционной способности этих элементов в зоне смешения речных и морских вод;
- количественная оценка трансформации потоков растворенных стронция, фтора и бора на геохимическом барьере река-море.
Научная новизна. Впервые получена обобщенная характеристика поведения растворенных стронция, фтора и бора в устьях рек водосборов северных и южных морей России с учетом географических и гидрологических особенностей устьевых областей. Выделен новый “квазиконсервативный” тип поведения химических компонентов, при котором их дополнительное поступление или удаление из раствора в результате химических или биологических процессов не приводит к отклонениям фактически наблюдаемых концентраций от консервативного распределения и в то же время имеет существенное геохимическое значение. Впервые выполнена количественная оценка роли устьевых областей рек в океанской геохимии стронция, фтора и бора.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при палеогеографических реконструкциях литолого-фациальных условий осадко-накопления. Данные экспериментальных исследований создают необходимую базу для физико-химического моделирования процессов, контролирующих миграцию стронция, фтора и бора в природных водах.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на XI, XII и XIII ежегодных Международных конференциях им. В.М. Гольдшмидта (Хот Спрингз, Виржиния, США, 2001; Давос, Швейцария, 2002; Курашики, Япония, 2003), III Всероссийской научной конференции “Физические проблемы экологии” (Москва. 2001), XIV Международной школе морской геологии ‘Теология морей и океанов” (Москва, 2001), Международной научной конференции “Перспективы развития естественных наук в высшей школе” (Пермь, 2001), научной конференции “Ломоносовские чтения” (Москва, 2002), Юбилейной Всероссийской научной конференции “Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы” (Москва, 2002) и V Международной конференции “Взаимодействие суша-океан в Российской Арктике” (Москва, 2002).

Глава
ПОВЕДЕНИЕ РАСТВОРЕННЫХ СТРОНЦИЯ, ФТОРА И БОРА В УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЯХ РЕК РОССИИ
Стронций, фтор и бор входят в число компонентов основного солевого состава морской воды, где их концентрации на 1-2 порядка выше по сравнению с речным стоком (табл. 2.1). Это приводит к значительному различию содержания указанных элементов в морских и пресноводных отложениях, которое было положено в основу одной из широкораспространенных методик палеогеографических реконструкций литолого-фациальных условий осадконакопления [Кейт, Дегенс, 1961; Curtis, 1964; Levinson, Ludwick, 1966; Лукашев, Дербинский, 1974; Гордеев, 1983].
Таблица 2.1. Средние концентрации растворенных стронция, фтора и бора (мг/л) в речном стоке и водах Мирового океана
Компонент Речной сток [Г ордеев, Лисицын 1978] Мировой океан [Попов и др., 1979] Отношение концентраций в морской и речной воде
Sr 0.05 8.0
F 0.10* 1.3
В 0.02 4.5 '
поданным [Martin, Meybeck, 1979]
Повышенные концентрации стронция, фтора и бора в осадках океана могут быть обусловлены как извлечением этих элементов из морской воды поступающими с материков терригенными взвесями, так и образованием автохтонных минералов с высоким содержанием этих элементов. Разделение вклада указанных процессов чрезвычайно сложно вследствие образования тонких механических смесей минералов различного генезиса и вторичного перераспределения компонентов на стадии диагенеза. Если терригенные взвеси способны интенсивно поглощать или, наоборот, выделять растворенные формы химических компонентов, это должно приводить к формированию неконсервативного типа распределения данных компонентов в зоне смешения речных и морских вод, хотя при высоких отношениях раствор : взвесь отклонения их фактических концентраций от расчетных значений по уравнению консервативного смешения могут не поддаваться обнаружению современными аналитическими методами.