ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ МАРГАНЦА
В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ РАЙОНА
ВОРОНЕЖСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

М.Н. Бугреева
Воронежский госуниверситет

Воронежским центром Госсанэпиднадзора неоднократно отмечались различные виды загрязнения воды Воронежского водохранилища и грунтовых вод на водозаборных участках, среди которых особо выделяются тяжелые металлы (железо, марганец, хром, медь и др.).
Экологическая геохимия марганца рассмотрена на примере района Воронежского водохранилища и прилегающей территории с городскими водозаборами.
Марганец - один из элементов, которые играют универсальную роль для биосферы. Однако повышенные его содержания оказывают токсичное действие.
В связи с этим, для локального участка - района г.Воронежа посчитаны cледующие экологические показатели для Mn.
1. Показатель геоэкофильности ГЭФ - отношение фона элемента в системе к его ПДК.
ГЭФг - гидроэкофильность марганца для подземных вод равна 0,2.
2. Общая геоэкологичность элемента ОГЭ = В . Тср., где Тср. =
(Тл + Та, г)/2, Тл - коэффициент литотоксичности, Та, г - коэффициент атмогидротоксичности, В - вернад элемента биосферы.
ОГЭ Mn = 1,21
Тл(Mn)=5, Та,г(Mn)=50, B (Mn) = 4,4 . 10-2 .
3. Геоэкологическая опасность ГЭО = В . Тср. . П, где
П - показатель патологичности ( П избытка + П недостатка)
ГЭО Mn = 18,15
Элементы с высокими значениями ГЭФ (0,01 - 0,n) вносят большой вклад в экологическую обстановку района. Коэффициент геоэкологической опасности условно изменяется от 100 до 10 (в глобальном масштабе). Поэтому можно говорить о том, что экологический кризис по отношению к марганцу в пределах района г.Воронежа еще не наблюдается.
Изучение годового цикла содержания растворенных форм марганца в грунтовых водах неоген-четвертичного водоносного комплекса позволило объяснить вспышки его концентрации до 5-14 ПДК по отдельным сезонам года.
На основании полученных результатов, учитывая гидравлическую связь подземных и поверхностных вод, процент поверхностных вод в формировании эксплуатационных запасов грунтовых вод хозяйственно-питьевого назначения, можно объяснить динамизм содержаний марганца в пределах водозаборных участков.
В зимне-весенний период (февраль-мартовский пик) в результате снижения концентрации растворенного кислорода и рН воды водохранилища (при еще существующем ледовом покрытии) уменьшается роль окислительных процессов не только в донных отложениях, но и в толще воды.
Резкое снижение концентрации растворенного марганца наблюдается в апреле-июле. Это, вероятнее всего, результат потребления марганца водными организмами и окисления с образованием MnO2. В период фотосинтеза геохимическая обстановка характеризуется увеличением концентрации растворенного кислорода и рН среды, что способствует окислению Mn2+ до Mn4+. С увеличением в воде количества взвешенных частиц возрастает роль сорбционных процессов, в которых немаловажное место занимает высшая водная растительность.
Возрастание концентрации марганца в августе обусловлено отмиранием фитопланктона, в частности синезеленых водорослей, которые выделяют марганец в виде свободных катионов Mn2+ (около 60%) и низкомолекулярных соединений (около 30-35%). Увеличению концентрации свободного марганца в августе способствует также уменьшение содержания растворенного кислорода, который расходуется на окисление "органического вещества" разлагающихся гидробионтов. Следует отметить, что разложение высшей водной растительности с последующем выделением в воду Mn2+ протекает в течение 7-8 месяцев. Это обстоятельство, по-видимому, также причастно к февраль-мартовскому пику.
Высокие концентрации растворенного марганца в осенне-зимний период обусловлены поступлением из иловых вод. Этот период очень близок к зимне-весеннему. В восстановительных условиях содержания растворенных форм марганца в иловых водах (по данным Г.А.Дубининой, В.В.Чуриковой) составляет 1-3 мг/дм3.
По основным параметрам гидрогеохимической обстановки на водозаборных участках, таким как рН, окислительно-восстановительный потенциал (Еh), сколько либо заметных изменений выявлено не было. Так, например, значение окислительно-восстановительного потенциала практически во всех пробах воды имеет значение 230-300 мВ, рН имеет слабощелочные значения, что характеризует восстановительный режим для соединений Mn, который в данных условиях находится, как правило, в растворенной форме.
Проведенные геохимические исследования вод карбонатно-терригенной толщи верхнедевонских отложений по ряду промпредприятий г.Воронежа, то есть на участках повышенной техногенной нагрузки показали, что концентрация растворенных форм марганца в водах верхнедевонского водоносного комплекса изменяется в пределах 0,005-0,1 мг/л. Максимальное содержание элемента (0,1 мг/дм3) соответствует значению предельно-допустимой концентрации. Можно сделать вывод, что воды девонских отложений до настоящего времени не испытывают загрязнения марганцем.