Минеральные воды, холодные и термальные – ценное и популярное лечебное средство как в стационарной бальнеотерапии, так и в амбулаторном лечении. Проблема критериев обозначения и оценки лечебных вод Камчатки является существенной в процессе развития бальнеологии в регионе [1]. Среди курортных районов России Камчатка выделяется как своеобразная и характерная область распространения термальных вод с богатейшими гидроминеральными ресурсами.
Минеральными в бальнеотерапии называют природные (обычно подземные) воды, часто обладающие повышенными температурой и радиоактивностью. Минеральные воды могут оказывать благоприятное и даже лечебное действие на организм человека, поскольку содержат в больших количествах минеральные биологически активные компоненты [2].
Минеральные воды являются природными подземными водами и формируются в толще земной коры с определенными геолого-структурными, геотермическими, гидрогеологическими и геохимическими условиями, которые определяют закономерности их пространственной локализации, газовый, ионно-солевой и микроэлементный состав, температуру и другие показатели [3].
Целью исследования является разработка критериев оценки экологического состояния холодных и термальных минеральных вод Камчатского края.
Материалом исследования служили литературные источники и результаты собственных экспедиционных исследований, а также собранная на их основе база данных холодных и термальных минеральных вод Камчатского края, включающая 236 источников и месторождений. Физико-химические параметры вод исследовались в сертифицированной химико-технологической лаборатории НИГТЦ ДВО РАН по стандартизированным методам, обеспечивающим достоверность результатов. Статистическую обработку экспериментальных данных производили с помощью программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007, рассчитывая стандартное отклонение средних значений.
Результаты исследования и их обсуждение
Лечебное действие минеральных вод обусловлено полным комплексом физико-химических свойств, содержащихся в растворе минеральных веществ, а не каким-либо одним или несколькими газовыми или ионными компонентами.
Основные показатели, характеризующие минеральные воды [1; 4]:
1) газовый состав,
2) ионный состав,
3) общая минерализация,
4) содержание биологически активных микрокомпонентов,
5) температура,
6) радиоактивность,
7) показатель рН.
При исследовании оценки возможности использования минеральных вод потеря из поля зрения одного из этих критериев может привести к неправильным или ошибочным выводам.
Газовый состав. Все природные воды, в том числе и минеральные, содержат в себе в каком-то количестве растворенные газы, которые при увеличенных концентрациях могут переходить в свободное состояние. Этим объясняется то, что многие гидротермальные источники Камчатки газирующие.
Основными газами в минеральных водах являются азот N2, углекислый газ CO2, метан CH4 и сероводород H2S. Азот появляется в водах из воздушного пространства, углекислый газ – в результате процессов термометаморфизма горных пород или биохимических реакций, метан и сероводород – продукты биохимических процессов. В фумаролах сероводород имеет вулканическое происхождение [3]. Остальные газы – кислород, гелий, аргон, радон и т.д. – в процентном отношении не играют существенной роли в газовой компоненте состава вод.
Таким образом, минеральные воды по газовому составу подразделяются на азотные, углекислые, метановые, сероводородные и воды смешанного состава – азотно-углекислые, углекисло-метановые и др.
Для отнесения воды по составу газов к какому-либо типу обязательно учитываются как свободные, так и растворенные газы, а содержание отдельных газов должно быть не менее 20 объемных процентов от всего количества газов.
Общий газовый состав и газонасыщеннность вод необходимо учитывать при выяснении и геохимических условий формирования минеральных вод. А для бальнеологической оценки вод важно знать количественный состав растворенных газов, так как свободные газы в значительной своей части теряются из воды еще до ее лечебного применения.
Ионный состав. Для характеристики солевого состава применяется ионная форма выражения анализов, в которой состав вод показывается в мг в 1 л, мг-экв и экв %. В бальнеологии классификация минеральных вод производится по анионам и катионам, содержащимся в водах в количестве не менее 20–25 экв. %.
Среди анионов Cl, SO4 и HCO3 содержатся в составе большинства минеральных вод, среди катионов – Na, K, Ca и Mg. Более редко в водах присутствуют Fe, As, NH4, H и некоторые другие. Поэтому в классификации минеральных вод учитывают только первые шесть ионов [5].
Ионный состав минеральных вод может быть простым – определяется двумя-тремя ионами (сульфатно-кальциевый), сложным – определяется четырьмя-пятью (хлоридно-сульфатно-гидокарбонатный натриево-кальциево-магниевый). На практике установилось, что при обозначении состава вод сначала указываются ионы, содержащиеся в большем количестве, а потом в меньшем.
Общая минерализация вод определяет возможность использования вод в качестве питьевых лечебных вод.
В.И. Вернадский при общей классификации мировой воды выделял пресные воды (минерализация до 1 г/л), соленые (от 1 до 50 г/л) и рассолы (свыше 50 г/л). Предел концентрации солей в 1 г/л является критерием отнесения всех вод к минеральным, однако некоторые ученые отмечают, что некоторые ценные лечебные воды (например, кремнистые щелочные термы) обладают минерализацией часто значительно меньше 1 г/л [6].
В бальнеологии до недавнего времени применялась классификация вод по В.В. Иванову и Г.А. Невраеву [7]: слабоминерализованные (до 1 г/л), среднеминерализованные (от 1 до 10 г/л), высокоминерализованные (от 10 до 50 г/л) и рассольные воды (свыше 50 г/л). В первую группу попадают те минеральные воды, лечебное значение которых определяется не общим содержанием солей, а только наличием бальнеологически ценных ионов, газов, температурой или радиоактивностью.
Граница минерализации в 10 г/л является оптимальной концентрацией вод, применяемых в качестве питьевых лечебных вод.
Содержание биологически активных микрокомпонентов – это компоненты, ионы или молекулы, которые придают водам дополнительные ценные лечебные свойства. Из микроэлементов это бром, йод, фтор, бор, железо, мышьяк, кремний, в несколько меньшей степени литий, стронций, барий, марганец, медь и другие.
К таким компонентам относится также и сероводород, который играет важную роль в лечебном отношении. Бальнеологическая ценность сероводородных вод определяется не связанным (HS), а свободным сероводородом (H2S).
При наличии в минеральных водах перечисленных микрокомпонентов воды обозначаются соответственно как сероводородные, железистые, мышьяковистые, бромистые, кремнистые, борные и т.д.
Температура – один из основных факторов, который определяет бальнеологическую ценность воды и практику ее использования. Минеральные воды по температуре разделяются на 4 группы: холодные (температура ниже 20 °С, субтермальные (20–37 °С), термальные (37–42 °С) и гипотермальные (свыше 42 °С). Наиболее удобными для лечебного использования в виде ванн являются горячие воды (с температурой 37–42 °С).
Радиоактивность. В минеральных водах при некоторых геологических и геохимических условиях накапливаются в повышенных концентрациях различные радиоактивные элементы: радон и радий. Таким образом, воды обозначаются как радоновые, радиевые или радоно-радиевые (при повышенном содержании Rn и Ra). В бальнеологии применяются только радоновые воды, в исключительных случаях – радоно-радиевые с небольшой концентрацией радия.
Радоновые воды оказывают на организм человека лечебное действие не непосредственно радоном как газом, а непрерывно испускаемыми им и короткоживущими продуктами его распада – радиоактивными излучениями α-, β-,γ-лучами. В качестве границы для обозначении вод радоновыми принято считать содержание радона в 10 единиц Махе. Можно подразделить радиоактивные воды на три группы: слаборадиоактивные (10–50 ед. Махе), среднерадиоактивные (50–100 ед. Махе) и сильнорадиоактивные (более 100 ед. Махе) [8].
Величина рН вод. Концентрация в водах ионов Н+ отражает степень диссоциации присутствующих в воде кислот и взаимодействие их с содержащимися в водах газами (в первую очередь с углекислым газом).
Существующая классификация [7] минеральных вод по кислотности (щелочности) подразделяет на 5 типов: сильно кислые (рН < 5,5), слабокислые (рН от 5,5 до 7,0), нейтральные (рН = 7,0), слабощелочные (рН от 7,0 до 8,5), сильнощелочные (рН > 8,5).
Для краткого обозначения химического состава вод в гидрологической и курортной литературе применяется формула М.Г. Курлова [9]. В ней указывается ионный состав воды в процентах, специфика, включая газы в г/л, а также температура.
В.В. Иванов и Г.А. Невраев [по: 6] в целях более комплексной оценки различных минеральных лечебных вод разработали классификацию, основанную на основных критериях их оценки и данных о закономерностях формирования минеральных вод. Исходя из реально существующих в природе типов вод, они предложили такую классификационную таблицу, в которой каждой воде отведено строго определенное место. Такая классификационная таблица имеет важное практическое значение: пользуясь методом аналогии и сопоставления, можно судить о лечебных качествах вновь полученной воды. В настоящее время специалистами НИГТЦ ДВО РАН разработана база данных термальных и холодных минеральных вод Камчатского края, основанная на таких таблицах.
В базе данных холодных и термальных минеральных вод Камчатки, собранной в Научно-исследовательском центре ДВО РАН, на настоящий момент введены все вышеупомянутые показатели. В базу данных включено 236 источников минеральных вод Камчатского края. По результатам анализа базы данных отобраны примеры источников, соответствующих критериям оценки. Примеры отнесения к тому или иному критерию вод Камчатского края показаны в таблице.
Классификация природных минеральных вод источников Камчатки по критериям оценки их возможного лечебного применения
|
Критерии оценки |
Показатели критериев |
Примеры минеральных источников Камчатки |
|
1 |
2 |
4 |
|
По газовому составу |
углекислые |
Тимоновские |
|
азотные |
Паратунские |
|
|
метановые |
не обнаружено |
|
|
сероводородные |
Сивучинские |
|
|
сложного состава |
Нижне-Опальские |
|
|
По ионному составу |
хлоридные |
Верхне-Щапинские |
|
сульфатные |
Малкинские горячие |
|
|
гидрокарбонатные |
Начикинские |
|
|
сложного анионного состава |
Жировские |
|
|
натриевые |
Малкинские холодные |
|
|
кальциевые |
Голыгинские |
|
|
магниевые |
Среднекимитинские |
|
|
сложного катионного состава |
Паужетские |
|
|
По общей минерализации |
слабоминерализованные |
Верхнекимитинские |
|
среднеминерализованные |
Верхне-Паратунские |
|
|
По содержанию биологически активных компонентов |
сероводородные |
Озерновские |
|
железистые |
Малкинские холодные |
|
|
мышьяковистые |
Налычевские |
|
|
бромистые |
||
|
кремнистые |
||
|
йодистые |
Богачевские |
|
|
борные |
Налычевские |
|
|
По температуре |
холодные |
Шайбные |
|
субтермальные |
Вилюйские |
|
|
термальные |
Дранкинские |
|
|
гипотермальные |
Вилючинские |
|
|
По радиоактивности |
слабоактивные |
Начикинские |
|
среднеактивные |
Киреунские |
|
|
сильноактивные |
Узонские |
|
|
По кислотности |
сильнокислые |
Камбальные |
|
слабокислые |
Шайбные |
|
|
нейтральные |
Пущинские |
|
|
слабощелочные |
Нижне-Паратунские |
|
|
сильнощелочные |
Апачинские |
В основном Камчатка богата слабоминерализованными водами с повышенным содержанием кремнистой кислоты, которая играет роль главного лечебного фактора и, сочетаясь с газами – азотом, углекислым, сероводородом и радоном, порождает большое число типов минеральных вод.
Так, из более крупных источников к кремнистым азотным относятся Нижне-Паратунские, Паужетские, Начикинские. К кремнистым мышьяковистым – Верхнещапинские, Налычевские. К кремнистым сероводородным – Озерновские, Дранкинские. Даже если исключить малоэффективные в лечебном отношении источники со слабой минерализацией (менее 2 г/л), то можно оценить лечебные гидротермальные подземные ресурсы полуострова высоко – не менее пятидесяти преимущественно горячих с высоким дебитом источников.
Заключение
Кроме лечебного применения минеральная вода широко используется в качестве столового напитка или в сочетании – разница в применении зависит от степени минерализации и химического состава [10]. В зависимости от этих факторов вода может оказывать то или иное (благоприятное или отрицательное) воздействие на организм человека [11]. Комплексное использование вод может стать одним из существенных источников пополнения краевого бюджета. Для этого необходимо тщательное изучение биологической, медицинской и экономической составляющих возможности полноценного использования парогидротерм как источников ценных биохимических компонентов, получения лекарственных средств и других комплексных соединений, в том числе с использованием термофильных организмов, иного нетрадиционного использования геотермальных ресурсов. Главная задача – постоянное изучение и точное определение состава вод и интерпретирование их воздействия на организм человека.