Введение к работе
Актуальность. Изучение геохимических процессов, протекающих в областях современного вулканизма и связанных с поступлением на поверхность, трансформацией и выносом магматических веществ, имеет важное научное и прикладное значение: ' Особую актуальность эта проблема приобретает в настоящее время для Курило-Камчатского региона в связи с хозяйственным освоением территорий, примыкающих к активным вулканам и расположенных в долинах водотоков построек действующих вулканов (ВЦЦВ). Примером могут служить реки Мутная и Фальшивая в районе вулкана Мутновского (Камчатка). где строится ГеоТЭС и создается геотехнологическое производство, связанное с добычей химического сырья из вулканического флюида. Ведется подготовка к строительству ГеоТЭС на склоне вулкана Баранского (о.Итуруп).
ВПЛВ являются одними из основных путей транспортировки вулканогенных- веществ от кратерных зон вулканов к конечным водоемам^ стока. Исследование процессов поступления и перераспределения химических элементов, попадающих в речную сеть в результате вулканической и гидротермальной деятельности, вдоль русла ВПЛВ и в зоне смешения речных и морских вод позволяет выявить основные закономерности их накопления и рассеяния..
Геохимические процессы в зонах смешения кислых речных вод с морскими изучены слабо. . Практически отсутствуют данные о . перет распределении химических элементов между раствором и взвесью. Современный уровень аналитических работ позволяет всесторонне исследовать неосвещенные ранее вопросы миграции микроэлементов, в том числе металов. в водотоках областей современного вулканизма. Такие сведения имеют важное значение как в прикладном, так и в теоретическом отношении. В первом случае это позволяет прогнози- . ровать экологические последствия от поступления в водотоки больших количеств вредных для биоты вулканогенных химических элементов (например в результате крупного эксплозивного извержения, прорыва стенки чаши кислого кратерного озера или в результате аварии на проектируемых геотехнологических производствах). Во втором случае - развивать теорию миграции микроэлементов в морской среде.
Дели и задачи. Целью настоящей работы являлось изучение гидрохимических особенностей и поведения микроэлементов в устьевых зонах рек областей современного вулканизма.
При этом решались следующие основные задачи:
_ i,-
-
Разработка методики полевого и экспериментального изучения миграции металлов в ВДДВ, включая зону смешения с морской ВОДОЙ.' ' - ...
-
Выявление условий формирования и особенностей-состава поверхностных водотоков в районах современного вулканизма.
-
Определение факторов, обуславливающих , гидрохимические особенности устьевых зон рек областей современного вулканизма.
-
Изучение закономерностей перераспределения растворенной и взвешенной форм металлов в зоне смешения кислых речных и морских вод.
Методика исследований. В основу исследований положен принцип комплексного изучения процессов миграции химических элементов, включающий а) полевое изучение геологических и гидрометеорологических условий формирования ВПДВ и зон смешения речных вод с морскими, б) проведение режимных наблюдений за изменением гидрохимических и гидрометрических характеристик ВВДВ и зон смешения, в) проведение лабораторных работ по анализу макро- и микроюшіо-нентного состава природных вод ВПДВ и г). экспериментальное моделирование условий смешения речных и морских вод в устьевых зонах с использованием радиоизотопных меток. ;
Фактический материал. Работа базируется" на' результатах полевых и лабораторных исследований автора в 1984-1991 гг. Натурные наблюдения проводились на реках Камчатки и Курильских островов в рейсах НИС "Вулканолог" и полевых экспедициях. При этом изучено четыре устьевых зоны и четырнадцать рек. стекающих со склонов действующих вулканов Курило-Камчатского региона. Отобрано и проанализировано свыше трехсот пятидесяти проб воды, в которых определялись основной солевой состав и содержание взвешенной и растворенной форм металлов. В течение одного месяца проведены режимные наблюдения для изучения короткопериодной изменчивости выноса химических элементов в Охотское море водами реки Юрьева.
Были проведены также экспериментальные исследования по изучению процессов перераспределения металлов между раствором и взвесью в устьевых зонах.
Научная новизна. 1. Впервые для ВПДВ показаны пространственные и временные изменения химического состава воды, происходящие по мере ее движения к бассейну седиментации, обусловленные а)вулканической и гидротермальной активностью, б)величиной водосбора,
-5v
t. в) сезонной изменчивостью метеорологических условий.
-
На основании натурных данных и лабораторного моделирования выявлено, что (за .исключением железа, алюминия и хрома) в результате перераспределения между раствором и. взвесью значительная доля микроэлементов - свыше 40Z. рассеивается за пределами устьевых зон ВПДВ.
-
Оценены масштабы удельного выноса ряда химических элементов с бассейнов рек вулканических районов в морскую среду (от 50 до 13100 т/км2*год). превышающие таковые для фоновых рек на 1-2 и более порядков.
-
Разработана методика анализа металлов в ультракислых водах сложного . состава в которой используется отделение железа и алюминия от других микроэлементов и раздельный анализ их гидрок-сидов и тиооксиеовых концентратов микроэлементов.
Защищаемые положения. 1. Концентрация вод ВПДВ обусловлена повышенными скоростями химического выветривания в областях современного вулканизма. Временная изменчивость выноса химических элементов в морской бассейн для ряда ВПДВ обусловлена изменением .вулканической активности в бассейне реки и гидрометеорологическими условиями.
-
Вынос микроэлементов' с единицы площади ВПДВ- на 1-3 поряд- " ка больше, чем для фоновых рек, причем микроэлементы мигрируют преимущественно в растворенном виде. Максимальные величины удельного выноса микроэлементов характерны для водосборов с проявлением разгрузки кислых термальных вод.
-
В пределах устьевых зон ВПДВ с рН менее 5 гидрохимические особенности вод контролируются изменением рН. Размеры устьевой . зоны трансформации и процессы фракционирования микроэлементов в ней определяются химическим составом речных вод и условием газообмена прибрежных вод с атмосферой.
-
В приустьевых участках ВПДВ переход металлов иэ раствора во взвесь контролируется кислотно-щелочными характеристиками водной среды и физико-химическими свойствами химических элементов и их соединений. Наблюдается закономерное уменьшение доли взвешенной формы металлов в ряду: (Cr,Fe)>Al>(Zn,Cu.Nl.Pb)>Sb>(Mn,Co)> >(Ag,Hg). При достижении рН ~ 8 в воде устьевых зон Щір еще остается до 4DZ в растворенном виде.
Практическое значение. Полученные данные могут быть исполь-
зованы при эколого-геохимических исследованиях, прогнозировании биологической продуктивности в устьевых участках рек с низким значением рН, разработке технологических схем извлечения полезных компонентов из кислых речных вод. оценке вулканической опасности. Уточненные данные по термопроявленням бассейна р.Юрьева могут быть использованы при оценке геотермальных ресурсов Сезеродараму-ширской гидротермальной системы.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены
в виде докладов на конференциях молодых ученых Института вулкано
логии в 1984 и 1985 годах, конференции молодых ученых и специа
листов Камчатки в 1987 году, советско-вьетнамском симпозиуме
"Гидрология и геохимия вод окраинных морей Тихого океана" в 1988
году, на втором Международном симпозиуме "Процессы в эстуариях в
глобальных изменениях" (США, 1991), на втором Международном сим
позиуме по геологии северо-западной части Тихого океана (Япония,
1992), на третьем советско-китайском симпозиуме "Геология, геофи
зика, геохимия и минеральные ресурсы окраинных морей Тихого океа
на" (1989), на шестом Всесоюзном вулканологическом совещании
(1985). на научных семинарах Института вулканологии в 1990 и 1992
годах. .....
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения. 6