Введение
Марганец относится к числу распространенных элементов и по содержанию в земной коре (среди тяжелых металлов) уступает лишь железу и титану. В земной коре он встречается преимущественно в виде оксидов, его среднее содержание составляет 0,1 % [1]. Важнейшими минералами марганца являются пиролюзит, манганит, псиломелан [2].
В России принято весьма жесткое нормирование уровня содержания марганца в водных объектах. ПДК растворенных форм марганца в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 0,1 мг/дм3, рыбохозяйственного назначения – 0,01 мг/дм3 [3]. Естественным источникам химических элементов не всегда уделяется достаточное внимание, хотя их роль в формировании состава речных вод всегда очень важна [4, 5], особенно для рек, истоки которых расположены в горных и высокогорных районах.
Целью исследования является изучение изменчивости концентраций марганца по фазам водного режима в воде р. Лескен, Куркужин, Нальчик, Шалушка, Терек, Баксан, Малка, Чегем, Черек, Урух бассейна р. Терек.
Материалы и методы исследования
Объектом исследований являются р. Лескен, Куркужин, Нальчик, Шалушка, Терек, Баксан, Малка, Чегем, Черек, Урух. Их истоки расположены в хребтах северного склона Центрального Кавказа (рис. 1).
Рис. 1. Карта хребтов северного склона Центрального Кавказа [6]
Отборы проб воды и их анализ проводились сотрудниками испытательного лабораторного центра ФГБУ «Высокогорный геофизический институт» (аттестат аккредитации RA.RU.21АИ34). Постоянные пункты отбора приведены в [6]. При проведении анализов использованы кондуктометрический метод и метод атомно-абсорбционной спектроскопии [7].
Результаты исследования и их обсуждение
За 2021–2023 гг. при маршрутно-экспедиционном обследовании изучаемой территории были отобраны и проанализированы более 400 проб воды. Среднегодовые значения водородного показателя (рН) воды исследуемых рек представлены в табл. 1.
Значение водородного показателя воды рек изменяется от 6,9 до 8,9 ед. рН, что позволяет классифицировать воду рек как слабощелочную (табл. 1). Изменение рН вниз по течению незначительно.
Полученные значения концентраций марганца представлены в табл. 2. На территории указанных водосборов отсутствуют какие-либо промышленные предприятия, которые могли быть источником загрязнения воды рек марганцем. Очевидно, формированию химического состава воды с различным уровнем содержания марганца способствует перемещение продуктов выветривания горных пород вниз склоновыми процессами и попадание рыхлого материала в воду рек.
Из данных табл. 2 следует, что в р. Баксан, Малка и Терек в среднем течении минимальные концентрации наблюдаются в пик половодья (июль). Вода исследуемых рек в марте относится к классу среднеминерализованных, а в июле – к классу маломинерализованных [8]. Максимальные уровни марганца в среднем течении рек отмечаются в мае и июне. В эти месяцы начинается подъем половодья и на территории водосборов выпадает наибольшее количество осадков [9].
Естественное разрушение горных пород, происходящее путем выветривания, и смыв их во время обильных дождей склоновыми процессами в воду рек неконтролируемо формирует химический состав воды, что, вероятно, приводит в данном случае к повышению концентрации марганца в этот период.
Таблица 1
Среднегодовые значения водородного показателя воды рек за 2021–2023 гг. в среднем и нижнем течениях
|
Река |
Месяцы |
||||||
|
II |
III |
V |
VI |
VII |
IX |
X |
|
|
Баксан |
7,9 7,65 |
8,23 8,0 |
7,74 7,70 |
7,75 7,65 |
7,63 7,27 |
7,65 7,45 |
7,61 7,68 |
|
Малка |
7,65 7,6 |
8,14 7,99 |
7,53 7,70 |
7,54 7,59 |
7,49 7,49 |
7,35 7,45 |
7,75 7,60 |
|
Терек |
7,40 7,55 |
7,88 7,85 |
7,64 7,66 |
7,39 7,40 |
7,44 7,54 |
7,50 7,50 |
7,67 7,65 |
|
Урух |
7,9 7,7 |
8,16 8,15 |
7,78 7,83 |
7,57 7,68 |
7,55 7,75 |
7,55 7,85 |
7,8 7,8 |
|
Чегем |
7,8 7,75 |
8,20 8,09 |
7,8 7,87 |
7,95 7,88 |
7,83 7,71 |
7,8 7,75 |
7,83 7,55 |
|
Черек |
7,85 7,6 |
8,27 7,93 |
7,93 7,67 |
7,54 7,62 |
7,76 7,39 |
7,75 7,35 |
7,83 7,58 |
|
Лескен |
7,9 7,6 |
8,1 7,7 |
8,2 8,0 |
8,0 7,6 |
7,9 7,5 |
8,1 7,8 |
8,2 7,6 |
|
Куркужин |
8,0 7,7 |
7,9 7,7 |
7,7 7,8 |
7,5 7,8 |
7,2 7,0 |
7,7 7,6 |
8,2 7,8 |
|
Нальчик |
8,0 7,9 |
8,1 7,9 |
8,3 8,2 |
8,1 8,0 |
7,8 7,6 |
7,9 7,8 |
8,4 8,1 |
|
Шалушка |
7,8 8,4 |
8,0 7,9 |
8,9 8,4 |
8,5 8,4 |
8,0 7,9 |
8,3 8,3 |
8,6 8,2 |
Примечание. В числителе – среднее течение; в знаменателе – нижнее течение.
Таблица 2
Медиана, диапазоны изменчивости концентраций марганца в воде р. Терек, Баксан, Малка, Чегем, Черек, Урух и минерализация воды в среднем течении (2021–2023 гг.)
|
Показатель |
Зимняя межень |
Подъем половодья с дождевыми паводками |
Пик половодья |
Осенняя межень |
|
р. Терек |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
17,97 (5,44–40,65) 243 |
21,2 (10,61–38,00) 167 |
4,21 (2,01–5,60) 178 |
16,05 (9,27–35,6) 224 |
|
р. Малка |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
16,16 (9,42–17,50) 360 |
22,0 (6,15–33,35) 222 |
8,69 (2,11–13,45) 186 |
16,85 (7,20–50,13) 314 |
|
р. Баксан |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
7,34 (4,32–15,55) 340 |
17,54 (6,96–35,15) 145 |
6,67 (3,86–8,67) 107 |
8,45 (3,64–17,10) 248 |
|
р. Чегем |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
6,40 (4,38–11,68) 227 |
18,14 (4,40–36,95) 113 |
12,69 (9,96–15,90) 87 |
7,61 (4,19–17,80) 163 |
|
р. Урух |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
9,21 (1,05–17,17) 143 |
20,01 (11,70–35,51) 104 |
9,57 (9,19–10,06) 70 |
7,03 (5,62–23,65) 108 |
|
р. Черек |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
11,25 (3,97–25,85) 377 |
24,04 (9,85–36,75) 121 |
18,35 (13,09–26,36) 103 |
24,55 (11,80–36,55) 252 |
Таблица 3
Медиана, диапазоны изменчивости концентраций марганца в воде р. Терек, Баксан, Малка, Чегем, Черек, Урух и минерализация воды в нижнем течении (2021–2023 гг.)
|
Показатель |
Зимняя межень |
Подъем половодья с дождевыми паводками |
Пик половодья |
Осенняя межень |
|
р. Терек |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
20,38 (5,44–40,65) 292 |
19,76 (10,61–38,0) 165 |
3,86 (2,01–5,6) 154 |
13,37 (9,27–35,6) 249 |
|
р. Малка |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
15,45 (9,42–17,5) 331 |
14,3 (6,2–33,4) 169 |
5,39 (10,51–13,45) 128 |
10,1 (7,2–50,13) 247 |
|
р. Баксан |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
9,35 (6,32–18,22) 342 |
16,43 (8,85–72,80) 166 |
4,77 (3,86–8,67) 136 |
9,25 (5,35–24,0) 246 |
|
р. Чегем |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
5,88 (4,38–11,68) 200 |
15,63 (4,40–36,95) 125 |
5,27 (9,96–15,9) 113 |
6,92 (4,19–17,8) 180 |
|
р. Урух |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
18,11 (1,1–17,2) 194 |
18,08 (11,7–35,5) 172 |
4,50 (9,19–10,06) 162 |
15,39 (5,62–23,65) 190 |
|
р. Черек |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
19,37 (7,16–25,54) 359 |
25,75 (5,72–44,70) 177 |
5,58 (1,35–11,45) 132 |
12,27 (5,65–23,54) 261 |
Максимальные концентрации марганца в нижнем течении рек (табл. 3) фиксируются в мае и июне в воде р. Баксан, Чегем, Урух, Черек. В воде р. Малка и Терек максимальные концентрации марганца отмечаются в период зимней межени. В нижнем течении рек (табл. 3) минимальные концентрации марганца во всех исследуемых реках наблюдаются в пик половодья.
Если рассматривать концентрации марганца по участкам рек, то во время пика половодья вниз по течению наблюдается уменьшение концентрации Мn, что объясняется, очевидно, переходом его в донные отложения. В другие сезоны каких-либо закономерностей не обнаружено (табл. 2, 3).
Анализ внутригодового распределения марганца в воде рек проводился также по данным среднегодовых значений концентраций за 2021–2023 гг. (рис. 2 и 3).
Как было отмечено выше, минимальные концентрации марганца в воде рек, как видно из графиков, наблюдаются в июле. На июль приходится пик половодья, в результате таяния ледников и сезонного снежного покрова значительно увеличивается расход воды в реках, что приводит к разбавлению воды рек и значительному уменьшению минерализации и концентрации марганца. Например, в пик половодья в нижнем течении рек (табл. 4) не наблюдается превышение ПДКрх.
Были также проанализированы концентрации марганца в р. Лескен, Куркужин, Нальчик и Шалушка (табл. 4 и 5). Эти реки также относятся к бассейну р. Терек, но в них отсутствует ледниковое питание, на водосборах этих рек летом имеет место таяние сезонного снега.
Максимальные концентрации марганца, 48,9 мкг/дм3, наблюдаются в воде р. Куркужин в среднем течении. Во всех фазах водного режима (зимняя межень, весенний период, осенняя межень) отмечаются превышения ПДКрх, исключением является летняя межень (рис. 4, а), в которой значения концентраций марганца ниже ПДКрх.
Рис. 2. Осредненное внутригодовое распределение марганца в воде р. Малка, Баксан, Терек в нижнем (а) и среднем (б) течении за 2021–2023 гг.
Рис. 3. Осредненное внутригодовое распределение марганца в воде р. Урух, Чегем, Черек в нижнем (а) и среднем (б) течении за 2021–2023 гг.
Таблица 4
Медиана, диапазоны изменчивости концентраций марганца в воде р. Лескен, Куркужин, Нальчик, Шалушка и минерализация воды в среднем течении (2021–2023 гг.)
|
Показатель |
Зимняя межень |
Подъем половодья с дождевыми паводками |
Пик половодья |
Осенняя межень |
|
р. Куркужин |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
48,9 (17,1–95,6) 367,4 |
22,2 (7,0–75,1) 323,2 |
7,81 ( 3,4–10,7) 305,3 |
17,7 (5,7–31,7) 340,0 |
|
р. Шалушка |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
7,8 (2,0–9,31) 167,2 |
5,8 (2,01–36,55) 171,3 |
10,2 (6,73–15,94) 128,0 |
6,8 (4,30–14,21) 177,0 |
|
р. Нальчик |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
11,1 (3,96–14,33) 224,4 |
7,1 (5,03–38,3) 187,2 |
8,43 (5,55–9,25) 163,3 |
8,25 (5,10–16,25) 216,0 |
|
р. Лескен |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
8,3 (2,69–20,76) 165,6 |
13,35 (2,2–23,8) 136,5 |
3,99 (3,32–7,29) 122,7 |
11,45 (7,43–16,8) 156,7 |
Таблица 5
Медиана, диапазоны изменчивости концентраций марганца в воде р. Лескен, Куркужин, Нальчик, Шалушка и минерализация воды в нижнем течении (2021–2023 гг.)
|
Показатель |
Зимняя межень |
Подъем половодья с дождевыми паводками |
Пик половодья |
Осенняя межень |
|
р. Куркужин |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
8,57 (3,9–11,99) 501,8 |
15,4 (2,31–32,35) 372,5 |
8,86 (2,33–10,07) 215,0 |
14,72 (4,10–34,15) 399,3 |
|
р. Шалушка |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
10,70 (1,73–14,49) 183,0 |
16,78 (4,94–42,85) 105,5 |
9,6 (4,32–33,3) 97,7 |
9,99 (6,48–17,5) 135,2 |
|
р. Нальчик |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
8,30 (5,05–12,22) 212,8 |
9,2 (4,70–36,40) 163,4 |
6,57 (5,64–9,32) 163,0 |
9,87 (4,1–23,35) 184,7 |
|
р. Лескен |
||||
|
Медиана Диапазон Минерализация |
14,15 (2,32–39,21) 170,6 |
14,04 (0,1–37,05) 145,8 |
3,99 (3,32–7,29) 109,7 |
7,58 (3,29–17,45) 159,0 |
Рис. 4. Осредненное внутригодовое распределение марганца в воде р. Лескен, Куркужин, Нальчик, Шалушка в среднем (а) и нижнем течении (б) за 2021–2023 гг.
В воде р. Нальчик, Лескен, Шалушка в среднем течении (табл. 4) наблюдаются единичные случаи превышения ПДКрх в различные фазы водного режима. Вниз по течению (рис. 4, б) наблюдается значительное уменьшение концентраций марганца, особенно в воде р. Куркужин, но в воде других рек (Шалушка, Лескен) концентрации незначительно увеличиваются.
Минимальные отмечены в воде р. Нальчик, в нижнем течении (табл. 5), где во все фазы водного режима значения концентрации марганца (6,57–9,87 мкг/дм3) ниже ПДКрх.
Заключение
Значительная вариация концентраций марганца в исследованных реках, очевидно, объясняется водным режимом рек и попаданием в воду рек склоновыми процессами выветриваемых горных пород, содержащих марганец. Для исследуемых рек бассейна Терек, имеющих ледниковое питание, изменчивость средних значений концентраций марганца составляет 11–21 мкг/дм3. Таким образом, средние концентрации марганца во всех реках с ледниковым питанием превышают единые общефедеральные нормативы качества воды (ПДКрыб). В реках, где отсутствует ледниковое питание, средние концентрации марганца изменяются от 3,99 до 48,9 мкг/дм3.
Следует отметить, что при рассмотрении изменчивости концентраций по фазам водного режима не везде наблюдается превышение ПДКрыб, например, в пик половодья. Поэтому имеет значение не только определение средних значений концентраций загрязняющих веществ, но и их внутригодовое распределение для повышения эффективности водоохранных мероприятий.