Geochemistry of suspended matter in the Amazon river waters

Cover Page

Cite item

Abstract

The duplicate samples of the Amazon River suspended matter (SM) collected during Cruise 9th of R/V Professor Shtokman were studied using modern analytical techniques. Waters of the Amazon basin are subdivided into three main types differing in SM content and chemical composition: white (turbid yellow waters of the Amazon River and Madeira tributary), clear (transparent waters of the large Xingu, Tapajós, Trombetas, and Tocantins tributaries) and black (waters with strong coffer color, high content of dissolved organics, and elevated acidity, Riu Negro). The specific features of SM from different parts of the river basin have been established. The contents and relationships of major and trace elements in SM vary within wide ranges, but in general the bulk composition of SM is close to the average composition of river SM and clay rocks, except for some samples from clear waters. The SM of the white and clear waters (blackwater samples unfortunately have not been preserved) are variably enriched in Hg. Literature data indicate that artisanal gold mining with the use of Hg (amalgamation method) has been carried out for many years in the Amazon Basin, i.e., SM enrichment in Hg is related to the anthropogenic factor. At the same time, significant (up to two orders of magnitude) enrichment of SM of the clear water Xingu and Tokantins rivers, the Amazon tributaries, in Sn, Zn, Pb, and to lesser extent, in Cu, Cd, Ag, and some other metals give grounds to suggest ore mineralization in these regions.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Взвешенный материал, поступающий в реки с дренируемых пород и почв, является основным источником терригенных осадков в морях и океанах, что важно для оценки роли рек в осадочном процессе. В связи с этим объем и состав речного стока давно используется океанологами, морскими геологами и геохимиками для балансовых расчетов вещества в системе континент-океан (Лисицын, 1974).

Для получения необходимых для рассмотрения этого вопроса данных седиментологи и геохимики принимали участие в речных экспедициях для конкретной оценки объема и состава терригенного (а иногда и антропогенного) материала, поступающего в моря и океаны. При этом наибольший интерес представляют крупные реки, в том числе величайшая из них — Амазонка. По современным данным, площадь водосбора Амазонки составляет 6.3 млн км2, длина реки — 6400 км, сток воды — 6300 км3/год, сток взвеси — 1200 млн т/год (Milliman, Farmsworth, 2011). Исследование взвеси в водах Амазонки было начато в конце прошлого века Р. Гиббсом (Gibbs, 1967; 1976; 1977), а затем продолжено рядом других геохимиков (Bouchez et al., 2010; Boyle et al.,1982; Edmond et al., 1981; Elbaz-Poulichet et al., 1999; Gaillardet et al.,1997; Martin, Meybeck, 1979; Sayler, Boaventura, 2003; Sholko­vitz, Price, 1980; Sholkovitz, Szymczak, 2000; Sioli, 1950). Морские геологи Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН начали изучать эту проблему на примере рек России (Батурин, 1968; Батурин, Коченов, 1969; Гордеев, 1981, 1983, 2012; Гордеев, Орешкин, 1990; Морозов и др., 1974; Тримонис и др., 1987), но Амазонка, взвеси которой входят в состав осадков значительной части Атлантического океана, представляет для океанологии особый интерес. Идея организации специальной экспедиции в бассейн этой реки была активно поддержана директором Института океанологии РАН того времени А.С. Мониным. В начале 1983 г. научно-исследовательское судно «Профессор Штокман» (9-й рейс) отправилось в первую советскую океанологическую экспедицию в бассейн Амазонки.

Полученные в экспедиции научные результаты, относящиеся к геологическим и геохимическим аспектам, основывались на аналитических данных, которые в целом уступали современному уровню по точности и диапазону исследованных химических элементов, что побудило нас возобновить это исследование на новой аналитической базе.

Особый интерес представляет поведение микроэлементов, о которых ранее были приведены неполные сведения в работах (Bouchez et al., 2010; Gaillardet et al., 1997; Malm, Castro, 1995; Martin, Meybeck, 1979; Martinelli et al., 1988; Sayler, Boaventura, 2003; Sholkovitz, 1993; Sholko­vitz, Price,1980; Sholkovitz, Szymczak, 2000, Veiga et al., 1999). Большое внимание исследователями Амазонки уделялось загрязнению акватории реки ртутью, о чем впервые было сообщено в 1978 г. в работе (Harada, 1978) и затем многократно подтверждено в разных частях бассейна (Harada, 1978; Lacerda, 1995; Lacerda et al., 1990; Martinelli et al., 1988; Veiga et al., 1999; Vital, Stattegger, 2000).

Цель настоящей работы состоит в значительном расширении количества исследуемых элементов и уточнении их содержаний в сохранившихся пробах взвеси реки Амазонки и некоторых ее притоков с белой и чистой водой с применением современной недоступной ранее аналитической аппаратуры.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Пробы взвеси из вод Амазонки были собраны в марте-апреле 1983 г. в разных частях бассейна Амазонки, включая основное русло и некоторые из важнейших притоков, таких как Токантинс, Тромбетас, Шингу, Тапажос, Мадейра, Риу-Негру (рис. 1). Воду отбирали пластмассовыми батометрами объемом 7 л. Пробы взвеси получали методами фильтрации, сепарации и отстоя. Для фильтрации использовали ядерные фильтры с размером пор 0.4 мкм. Среднее содержание взвеси колебалось от первых мг/л в водах притоков Амазонки Риу-Негру, Шингу, Токантинс и Тапажос до 300 мг/л в водах основного русла и правого притока Мадейры (Тримонис и др., 1987).

Первые после окончания экспедиции определения содержаний макроэлементов выполнены традиционными химическими методами, а микроэлементов — атомно-абсорбционным методом в Лаборатории физико-геологических исследований (ЛФГИ ИО РАН) и в лабораториях других институтов, например в ГЕОХИ им. А.П. Виноградова (нейтронно-активационным методом) и Институте почвоведения РАН (непламенной атомной абсорбцией) (Гордеев, Орешкин, 1990; Gordeev et al., 1985).

 

Рис. 1. Схема расположения станций отбора проб; масштаб 1 : 10 000 000.

 

В данной работе рассматриваются новые результаты анализа большой группы химических элементов в 19 пробах взвеси, сохранившихся после завершения экспедиции в 80-х годах прошлого века. Места взятия проб показаны на рис. 1. Пробы взвеси хранились в высушенном виде в полиэтиленовых пакетах и закрытых пластиковых флаконах в хранилище образцов.

Анализы были выполнены методом ИСП-МС в Аналитическом сертификационном испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН. Среднеквадратичная ошибка определения элементов не превышает 10–15%, если концентрация в пробе превышает в 5 раз предел обнаружения, и возрастает до 30% при более низких концентрациях (Карандашев и др., 2016).

Определение содержаний углерода и кремнезема, алюминия и фосфора выполняли в ЛФГИ ИО РАН на анализаторе углерода АН-7529М и фотометрическим методом.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Основной состав взвеси

Многообразные воды бассейна Амазонки разделяются на три основных типа — белые, чистые и черные (Sioli, 1950; Wallace, 1889). Разные типы вод легко различаются по цвету, который определяется в первую очередь мутностью, содержанием и качеством растворенной органики и отчасти химическим составом. Так называемые белые воды – это мутные (концентрация взвеси до 300–350 мг/л) глинисто-желтые воды самой Амазонки и крупнейшего южного притока Мадейры. Чистыми называют воды более прозрачные (5–20 мг/л взвеси), обычно синевато-зеленого цвета, как крупных притоков Амазонки с расширенными устьями — озерами, так и малых рек. Черные воды (крупнейшая река с этим типом вод — Риу-Негру) напоминают по цвету кофе или крепкий чай, довольно прозрачны (1–10 мг/л взвеси) и отличаются высокой кислотностью (pH около 4–5). Отметим, что такое разделение на типы вод Амазонии было подтверждено результатами гидрооптических измерений в рейсе (Монин, Копелевич, 1983).

Результаты определения основного состава взвеси представлены в табл. 1 и на рис. 2. Отдельно рассматриваются белые и чистые воды. Содержание большинства макроэлементов во взвеси как белых, так и чистых вод колеблется в довольно узких пределах, за исключением более изменчивых содержаний фосфатов в чистых водах (0.15–0.56 мас.%) и особенно органического углерода также в чистых водах (1.03–8.51мас.%). В первую очередь это связано с низкой мутностью чистых вод (почти всегда содержание Сорг в речной взвеси находится в обратной зависимости от концентрации взвеси) (Meybeck, 1982). Сопоставление средних содержаний макроэлементов во взвесях Амазонки, взвесях рек мира (Гордеев, 1983, 2012; Морозов и др., 1974) и глинистых осадочных породах (Григорьев, 2003) показывает, что эти три категории близки по cодержанию кремнезема, алюминия, титана, железа и марганца. Взвеси Амазонки при этом существенно обеднены натрием, кальцием, магнием и серой. В отличие от взвеси чистых вод взвеси Амазонки и Мадейры не показывают существенного превышения P2O5 и Сорг над взвесью рек мира.

Микроэлементный состав взвеси

Содержания микроэлементов во взвеси (табл. 2, рис. 2) колеблются в широком диапазоне — от сотых долей до нескольких сотен мкг/г. Обращает на себя внимание большое сходство химического состава взвеси рек с белой водой и составом взвеси рек мира и глинистых осадочных пород. Незначительные отклонения в обе стороны от содержаний во взвеси рек мира отмечаются для ряда элементов, в частности для Ag и Cd, содержания которых несколько ниже в амазонской взвеси, и Sn, Pb, Li и Zn, немного обогащающих взвесь Амазонки. Столь незначительные отклонения для сильно рассеянных элементов нельзя признать значимыми. И только Hg обогащает взвесь белых вод почти в 7 раз, что, как будет показано ниже, связано с антропогенным характером такого обогащения.

Иная картина наблюдается во взвеси чистых вод. Несколько ниже средних содержаний во взвеси рек мира оказываются некоторые литогенные элементы (Zr, V, Hf, Sc) и некоторые щелочно-земельные элементы (Sr, Rb, Cs). Но явно выделяется группа металлов, резко обогащающая взвесь чистых вод: это Hg, Sn, Zn, Pb. Их средние содержания во взвеси чистых вод Амазонии превышают глобальный фон речных взвесей (от 5 для Zn до 34 раз для Sn), а максимальные из измеренных превышают фон на два порядка величины (для олова 105 раз). Ради справедливости следует подчеркнуть, что в данной работе у нас было всего 4 пробы такой взвеси, из которых выделялись три (проба взвеси из вод Шингу мало отличалась от состава взвеси белых вод).

 

Таблица 1. Основной состав взвеси, мас.%

Компо-

нент

№№ cтанций

Взвесь Амазонки

Реки мира

Гли-нистые породы

1004

1008

1015

1018

1020

1021

1022

1037

1040

1041

1042

1044

Белые воды

Чистые воды

Число проб

1

1

1

2

2

2

3

1

2

1

1

2

I

II

III

IV

V

I

IV

VI

VII

SiO2

52.0

46.5

63.0

-

58.1

54.2

-

51.9

61.5

66.9

34.0

57.8

53.5

57.29

58.0

-

61.2

56.7

-

64.09

57.5

Al2О3

20.5

17.2

20.1

13.3

15.7

18.6

16.5

18.1

19.6

18.5

20.7

20.5

16.6

21.7

23.3

-

16.8

16.3

-

16.23

16.7

TiO2

0.74

0.48

0.79

0.50

0.74

0.74

0.73

0.74

0.81

0.73

0.69

0.66

0.74

1.16

0.79

-

0.84

0.57

-

0.94

0.83

Na2O

0.78

0.40

0.83

0.70

1.05

0.71

0.72

1.1

1.0

1.0

0.80

0.82

0.87

1.06

-

-

0.84

0.70

-

1.54

1.30

K2O

3.2

1.4

3.0

1.6

3.2

3.4

3.4

2.7

3.2

2.9

3.0

3.0

3.1

2.17

3.08

-

2.55

2.0

-

2.56

5.0

CaO

0.79

0.73

0.86

1.1

0.73

0.55

0.59

1.1

0.76

0.85

0.89

0.61

0.76

2.25

1.04

-

0.72

0.89

-

5.40

3.0

MgO

1.8

0.77

1.9

0.85

1.65

1.60

1.70

1.9

1.80

1.8

1.8

2.2

1.82

1.85

1.68

-

1.10

1.14

-

2.39

2.75

P2O5

0.21

0.50

0.19

0.56

0.18

0.17

0.17

0.19

0.19

0.17

0.21

0.18

0.19

0.37

0.18

-

-

0.41

-

0.25

0.18

Sобщ

0.03

0.10

0.03

0.07

0.02

0.03

0.02

0.04

0.03

0.03

0.03

0.02

0.03

-

-

-

-

0.07

-

0.06

0.36

Fe2O3

7.7

8.7

8.2

6

6.5

7

7.8

7.0

7.2

7.4

8.5

8.0

7.4

7.68

10.5

9.4

6.75

7.4

11.7

7.79

6.7

MnO

0.08

0.23

0.08

014

0.07

0.06

0.07

0.10

0.08

0.10

0.08

0.07

0.08

0.1

0.088

0.084

-

0.16

0.19

0.148

0.11

Cорг

0.53

8.51

1.22

-

0.48

0.73

-

1.19

1.08

1.03

1.9

1.10

0.84

-

-

1.48

-

4.8

15.9

2.0

0.9

Примечания. Источник (римские цифры): I – данная работа; II – Meybeck, Martin, 1979; III – Sholkovitz, Price, 1980; IV – Гордеев, Монин, 1988; V – Bouchez et al., 2011; VI  – Савенко, 2006; VII – Григорьев, 2003. I–VII – представлены средние содержания элементов.

 

Рис. 2. Содержание элементов во взвесях: по ординате — г/т; по абсциссе — элементы.

 

Таблица 2. Микроэлементный состав взвеси, г/т

Эле-мент

№№ cтанций

Взвесь Амазонки

Реки мира

Глини-стые породы

1004

1

1008

1

1015

1

1018

2

1020

2

1021

2

1022

3

1037

1

1040

2

1041

1

1042

1

1044

2

Белые воды

Чистые воды

Черные воды

I

II

IV

V

I

IV

IV

VI

VII

Аg

0.21

0.49

0.08

0.28

0.09

0.05

0.06

0.13

0.15

0.11

0.11

0.10

0.11

-

0.11

-

0.29

3.0

13.6

0.3

0.2

As

12.0

3.8

12.2

4.0

8.3

12.9

13.8

11.7

9.9

10.3

16.1

12.6

12.2

700

 

-

6.0

-

-

14

9.3

Ba

673

648

660

59.4

590

630

645

622

636

645

651

466

617

-

330

561

629

721

998

500

460

Be

3.2

2.4

3.1

1.9

2.8

3.4

3.4

2.6

3.0

2.8

3.2

3.3

3.1

-

-

-

2.4

-

-

1.7

2.8

Bi

0.5

0.40

0.47

0.30

0.34

0.48

0.53

0.38

0.41

0.41

0.60

0.53

0.47

-

-

-

0.37

-

-

0.3

0.38

Cd

0.78

2.0

0.27

0.92

0.24

0.11

0.17

0.39

0.27

0.25

0.24

0.14

0.29

41

0.54

-

1.06

3.1

2.8

0.5

1.0

Co

14.9

17.1

14.6

13.6

13.3

15.6

15.8

14.8

14.6

15.0

15.2

15.9

14.9

193

31.5

15.6

15.2

51

13

19

19

Cr

99.1

68.3

73.8

47.8

61.2

72.2

73.8

64.5

64.7

69.0

74.2

72.5

72.9

13

163

75.1

58.1

260

240

85

76

Cs

11.6

5.0

11.4

4.1

7.2

10.2

11.5

8.1

9.6

9.4

11.4

11.4

10.3

-

-

9.0

6.4

-

-

5.2

10

Cu

83.5

82.7

36.8

99

28.8

31.7

32.1

35.3

29.4

29.4

33.3

31.0

38

266

43

34.2

70.5

183

256

45

36

Ga

25.3

19.2

24.2

15.0

22.4

25.0

24.8

22.4

23.5

22.8

25.5

27.2

24.5

19

-

23.1

19.3

-

-

20

16

Hf

2.2

2.4

2.1

2.0

1.9

6.8

1.8

2.1

2.1

1.8

1.9

2.3

2.6

6.2

4.7

5.5

2.0

6.8

5.5

4.4

5

Li

80.3

34.4

77.1

53.2

71.0

92

92

55.6

73.4

72.3

73.2

82.0

77.4

-

-

-

53.3

-

-

35

46

Mo

1.4

1.7

1.1

1.7

0.80

1.0

1.0

1.0

1.3

0.9

1.1

0.9

1.06

0.7

-

-

1.43

-

-

1.8

1.6

Nb

17.4

10.4

17.1

10.4

17.0

17.8

17.3

15.5

17.8

16.0

15.1

15.5

16.7

-

-

15.3

12.3

-

-

13

11

Ni

66.3

48.6

44.4

39.7

37.0

42.2

42.9

38.3

36.0

41.0

43.3

42.0

43.6

105

48.9

34.8

43.1

121

79

50

47

Pb

47

231

46

602

30

34

81

32

35

30

38

35

42.0

105

67.5

29.0

290

80

56

25

14

Rb

180

82.8

172

74.2

153

169

169

140

150

158

168

50

160

138

-

122.4

57.7

-

-

77

130

Sb

1.9

2.2

1.3

1.8

1.2

1.5

1.4

1.3

1.3

1.2

1.3

1.1

1.4

1.9

-

-

1.7

-

-

1.0

1.0

Sc

17.4

10.2

17.2

8.8

11.5

12.6

14.4

13.4

14.7

15.8

17.5

17.0

15.1

18

16.5

-

11.6

-

10.3

14

15

Sn

4.5

218

33.5

305

7.3

16.3

14.8

4.7

4.2

3.8

4.4

3.8

10.4

-

-

-

187

-

-

2.9

3.5

Sr

145

86

143

113

115

98

109

158

133

141

138

130

130

309

91

145

113

130

-

150

240

Ta

1.3

0.9

1.3

0.83

1.3

1.4

1.3

1.1

1.3

1.2

1.1

1.2

1.26

2.0

-

1.35

0.97

-

-

0.88

1.4

Th

17.8

16.7

17.6

16.5

11.8

13.6

14.9

14.7

15.2

15.2

17.1

16.2

15.4

13

20.3

13.9

16.1

19.6

24.9

10

10

Tl

1.3

0.7

1.1

0.54

1.0

1.1

1.1

1.0

1.0

1.0

1.1

1.0

1.08

-

-

-

0.75

-

-

0.56

1.3

U

3.5

3.8

3.4

4.0

3.0

30

3.0

3.2

3.1

2.9

3. 1

3.3

3.2

2.5

5.3

3.3

3.6

3.1

23

2.4

4.5

V

145

77.6

145

70

135

140

140

133

140

132

149

150

142

232

-

-

93

-

-

120

230

W

2.6

2.5

2.4

1.7

2.2

2.6

2.3

1.8

2.2

2.1

2.0

1.9

2.2

-

-

-

2.1

-

-

1.4

2.60

Y

20.9

21.6

20.7

17.7

8.2

10.5

14.5

20.5

17.3

17.9

20.7

19.5

16.9

-

-

-

19.1

-

-

21.6

31

Zn

283

774

219

883

152

204

178

172

237

202

143

148

193

426

167

138

620

1160

924

130

52

Zr

75.8

83.4

77.7

66.0

66.0

63.4

61.8

73.9

69.0

64.1

66.1

74.6

69.8

-

-

205

71.2

-

-

150

290

Hg

0.41

2.44

1.0

-

0.25

1.0

-

0.3

0.42

0.35

0.26

0.21

0.55

-

-

-

1.40

-

-

0.08

0.09

Примечания. I–VII – см. Примечание к табл. 1. Цифра под № станции указывает на число проб.

 

Отметим также, что сразу после рейса анализы взвеси чистых и черных вод на более значимом количестве проб для некоторых элементов показали следующие результаты: Zn – 1160 г/т (16 проб) и 924 (10 проб) соответственно, Pb – 80 (8) и 56 (6), Cu — 183 (20) и 256 (17), Ag – 3.0 (7) и 13.6 (4), Cd — 3.1 (8) и 2.8 (6), U – 3.1 (3) и 23.0 (3). Видно, что новые результаты, как и по данным 80-х годов, по цинку выше средних глобальных для речного стока значений, тогда как по свинцу новые данные значительно превышают как предыдущие значения, так и глобальные для рек величины. Ранее данные по ртути и олову отсутствовали, но более высокие содержания были определены во взвеси и чистых, и черных вод для меди, серебра и кадмия. Особенно заметны высокие содержания серебра и урана во взвеси черных вод, хотя и тогда количество проб было совсем незначительным.

Ртуть, по-видимому, связана с органическим углеродом, поскольку максимальные содержания обоих элементов установлены в образце взвеси из чистых вод Шингу (ст. 1008, рис. 1): 8.5 мас.% Сорг и 2.44 г/т ртути (табл. 1 и 2). Тот же образец отличается повышенным содержанием кадмия (2 г/т), свинца (231 г/т), сурьмы (2.2 г/т), олова (218 г/т) и цинка (774 г/т), что можно связывать с влиянием органических компонентов на формы миграции цветных металлов во взвесях Амазонки. Ранее было высказано предположение о том, что растворенные в водах Амазонки металлы мигрируют в форме металлоорганических комплексов (Boyle et al., 1982). В данном случае такая связь прослеживается для взвешенных форм миграции органики и металлов в водах Амазонки. Следует отметить, что конкретные данные о связи тяжелых металлов с органическими компонентами в природных водах, в частности с гуминовыми и фульвокислотами, неоднократно приводились в литературе (Монин, Гордеев, 1988; Boyle et al., 1982; Malm, Castro, 1995; Veiga et al., 1999).

В целом можно говорить о большей близости по содержаниям упоминаемых металлов во взвеси из чистых и черных вод по сравнению со взвесью из белых вод.

Из обзора литературных данных следует, что только для взвесей из белых вод имеются довольно многочисленные материалы для сравнения с нашими данными. Особенно это относится к работам (Тримонис и др., 1987; Elbaz-Poulichet et al., 1999; Milliman, Farmswoth, 2011; Bouchez et al., 2010; Gaillardet et al., 1997; Sayler, Boaventura, 2003). Часть из них представлена в табл. 2. Из нее следует, что практически данные по взвеси белых вод хорошо сопоставимы во всех упоминавшихся работах, включая наши предыдущие и настоящие. Отдельные единичные пробы взвеси из чистых и черных вод были представлены в работах (Elbaz-Poulichet et al., 1999; Milliman, Farmswoth, 2011; Gaillardet et al., 1997; Sayler, Boaventura, 2003). В этих работах только несколько определенных элементов совпало с определенными нами. В работах (Elbaz-Poulichet et al., 1999; Gaillardet et al., 1997) во взвеси чистых вод (Тромбетас и Тапажос — по одной пробе) содержание железа было равным 8.06 и 6.0 мас.% соответственно. Во взвеси Риу-Негру железа содержалось 4.14 мас.%, свинца — 62.8 г/т, урана — 2.4 г/т. В другой работе (Sayler, Boaventura, 2003) было исследовано всего две пробы из рек с чистой водой (Тромбетас и Тапажос) и одна из Риу-Негру. Удивительно высокое содержание железа определено в пробе из черной воды – 31.56 мас.% (концентрация взвеси – 8.9 мг/л), из других элементов стоит отметить Mn — 344, Cu — 25.7, Zn — 228.9 и U — 3.1 (все в г/т).

Распределение редкоземельных элементов (табл. 3) во взвесях Амазонки и притоков показывает, что диапазон их суммарной концентрации в большей части образцов (14 из 19) близок к таковому для глинистых осадочных пород (Gordeev et al.,1985), а в остальных — почти в два раза ниже. При этом характер их распределения однообразен, о чем свидетельствует стабильность цериевой, и европиевой аномалий, которые во взвеси чистых вод равны в среднем 0.94 и 0.87 и во взвеси белых вод — 0.95 и 0.89 соответственно. Другими словами, обе аномалии слабо отрицательны, что является показателем стабильности состава редкоземельных элементов в породах площади водосбора реки.

Суммарное содержание редкоземельных элементов колеблется для чистых вод в пределах 109–201 г/т, в среднем 152 г/т, для белых вод — в диапазоне 99–228 г/т, в среднем 174 г/т. Это очень близко к среднему содержанию в глинистых осадочных породах (172 г/т), что свидетельствует об относительной однородности исследованного материала.

 

Таблица 3. Редкоземельные элементы во взвеси вод Амазонки, г/т

Эле-мент

1004

1008

1015

1018

1020

1021

1022

1037

1040

1041

1042

1044

Белые воды

Чистые воды

Черные
воды

Число проб

1

1

1

2

2

2

3

1

2

1

2

2

I

II

IV

V

I

IV

IV

La

47.5

41.8

45.5

29.6

18.0

24.2

33.5

37.8

35.1

39.0

42.9

35.9

35.6

48

44

41.8

36.9

55.3

45.9

Ce

100.5

89.5

95.5

59.3

44.3

56.2

73.9

80.0

78.6

81.9

91.6

76.6

77.5

112

110

85.4

76.9

132

112

Pr

11.5

9.8

11.0

7.6

5.0

6.4

8.4

9.2

8.7

9.5

10.5

9.2

8.9

-

-

9.5

9.0

-

-

Nd

42.5

35.2

41.3

28.2

19.0

24.5

31.9

35.3

32.4

34.0

39.5

34.5

33.4

-

41

37.5

32.5

60

49

Sm

8.2

6.6

8.0

5.5

3.8

5.0

6.2

6.8

6.3

7.0

7.7

6.8

6.5

-

8.1

7.4

6.4

12.2

7.6

Eu

1.4

1.1

1.3

1.0

0.68

0.85

0.87

1.2

1.1

1.2

1.4

1.3

1.1

-

1.6

1.56

1.1

2.3

1.6

Gd

5.8

5.0

5.7

4.4

2.8

3.6

4.6

5.1

4.6

5.1

5.7

5.3

4.8

-

-

6.3

4.8

10.3

-

Tb

0.79

0.77

0.85

0.64

0.41

0.50

0.67

0.74

0.68

0.82

0.87

0.85

0.71

-

1.15

0.97

0.74

1.95

2.72

Dy

4.2

4.1

4.2

3.5

2.1

2.6

3.7

4.0

3.4

3.8

4.3

4.0

3.6

-

-

5.6

3.8

-

-

Ho

0.78

0.79

0.78

0.67

0.40

0.48

0.59

0.76

0.64

0.70

0.80

0.76

0.67

-

-

1.1

0.72

-

-

Er

2.3

2.4

2.3

2.0

1.2

1.4

1.7

2.2

1.8

2.0

2.3

2.1

1.9

-

-

3.1

2.1

-

 

Tm

0.32

0.36

0.35

0.28

0.18

0.19

0.25

0.31

0.27

0.34

0.34

0.40

0.29

-

0.54

0.47

0.33

1.03

1.31

Yb

2.2

2.3

2.2

1.9

1.2

1.3

1.6

2.1

1.7

1.9

2.2

2.1

1.8

3.7

2.8

3.2

2.0

8.0

8.56

Lu

0.34

0.34

0.32

0.27

0.18

0.19

0.24

0.32

0.26

0.29

0.32

0.30

0.27

-

0.49

0.50

0.30

1.36

1.46

∑TR

228

201

219

109

99

130

171

184

144

188

210

180

174

-

-

204.5

166

-

-

Ce*

0.91

1.04

0.93

0.86

1.01

0.97

0.95

0.93

0.98

0.98

0.94

0.91

 

-

-

-

-

-

-

Eu*

0.89

0.84

0.84

0.90

0.92

0.87

0.90

0.89

0.90

0.83

0.92

0.90

 

-

-

-

-

-

-

 

В связи с особым вниманием исследователей к проблеме ртути в бассейне реки остановимся кратко на данных о ртути и золоте, поскольку издавна золото в бассейне Амазонки добывают с применением ртути. Cредние содержания ртути в глинистых породах и во взвесях рек (кроме Амазонки) почти идентичны (0.089 и 0.077 г/т), но во взвеси Амазонки оно в пять с лишним раз выше (0.55 г/т во взвеси белых вод, еще выше — 1.4 г/т — в чистых водах (табл. 2). Среднее содержание золота минимально в глинистых породах (0.0065 г/т), но повышается в восемь раз в речных взвесях мира – 0.05 г/т (Морозов и др., 1974) и еще в пять раз во взвесях Амазонки – 0.25 г/т (Malm, Castro, 1995; Martin, Meybeck, 1979). Разрозненные сведения о добыче золота и сопутствующем загрязнении акватории Амазонки ртутью публиковались во многих работах (Harada, 1978; Lacerda, 1995; Lacerda et al., 1990; Sioli, 1950; Malm, Castro, 1995; Veiga et al., 1999; Vital, Stattegger, 2000, и др.), но оценки валовых величин противоречивы.

Сопряженное с добычей золота ртутное загрязнение окружающей среды распространилось в той или иной степени как на основное русло, так и на притоки Амазонки. Золото извлекают без предварительного обогащения из песков амальгамным методом, не жалея ртути, что приводит к ее выбросу в окружающую среду. По статистике 20-летней давности (Veiga et al., 1999), Бразилия вместе с другими латиноамериканскими странами добывали до 188 т в год. Добыча золота породила серию взаимосвязанных проблем и ситуаций, в том числе экологических, медицинских, экономических и криминальных. Ключевая экологическая проблема – это кустарная амальгамация с минимальными затратами на покупку ртути. В результате добытчик получает золотой осадок с некоторой примесью ртути, а основная ее часть поступает в воздух, в реку, почву, флору и фауну.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные новые данные о содержании во взвесях Амазонки и притоков 58 макро- и микроэлементов подтверждают приводившиеся ранее сведения о широком диапазоне состава взвеси в бассейне крупнейшей реки мира. Определенное сходство в целом наших результатов с ранее опубликованными данными может служить подтверждением их достоверности, что относится и к представительности собранного материала, и надежности аналитических данных.

Другим существенным результатом является определенная сопоставимость оценок средних содержаний элементов в изученных взвесях Амазонки со средним составом взвесей рек мира и со средним составом глинистых пород континентов. Так, взвеси Амазонки близки к среднему составу взвеси рек мира по содержанию большинства исследованных элементов. На этом фоне выделяется заметное обогащение взвеси из чистых вод бассейна Амазонии (по сравнению с мировым уровнем для рек) цинком, медью, свинцом, оловом, кадмием и ртутью. Такое сочетание металлов может свидетельствовать о наличии рудной минерализации на конкретных участках водосборной площади.

Приведенное нами среднее содержание ртути во взвеси белых и чистых вод Амазонии (соответственно 0.55 и 1.4 мкг/л) связано, в первую очередь, с антропогенным фактором. Для более обоснованного заключения необходимо серийное исследование речной взвеси в разных частях бассейна и в разные сезоны года. Примером влияния антропогенного фактора на концентрацию ртути в реках является ее среднее содержание во взвесях ряда рек Подмосковья (7.4 г/т) и Эльбы (30 г/т), а также максимальные содержания во взвесях некоторых других европейских рек – Дона (94 г/т) и реки Илль во Франции (до 438 г/т) (Савенко, 2006).

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы Президиума 1.2.49 (Взаимодействие физических, химических и биологических процессов в океане) и гранта РНФ № 14–27–00114.

×

About the authors

G. N. Baturin

P.P. Shirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: galibatur@list.ru
Russian Federation, 36, Nakhimovskii prospect, Moscow, 117997

V. V. Gordeev

P.P. Shirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of Sciences

Email: gord_vv@mail.ru
Russian Federation, 36, Nakhimovskii prospect, Moscow, 117997

References

  1. Батурин Г.Н. (1968) Соотношение форм миграции урана в водах рек СССР. ДАН СССР 178(3), 698–701.
  2. Батурин Г.Н., Коченов А.В. (1969) Миграция урана в реках и время его пребывания в водах Мирового океана. Геохимия (6), 715–723.
  3. Гордеев В.В. (1981) Новая оценка поверхностного стока растворенных и взвешенных веществ в океан. ДАН СССР 262(5), 138–141.
  4. Гордеев В.В. (1983) Речной сток в океан и черты его геохимии. М.: Наука, 152 с.
  5. Гордеев В.В. (2012) Геохимия системы река – море. М.: И.П., 452 с.
  6. Гордеев В.В., Монин А.С. (1988) Геохимия Амазонской речной системы Амазония (Под ред. Монина А.С., Гордеева В.В.). М.: Наука, 90–113.
  7. Гордеев В.В., Орешкин В.Н. (1990) Серебро, кадмий и свинец в водах реки Амазонки, ее притоков и эстуария. Геохимия (2), 244–256.
  8. Григорьев Н.А. (2003) Среднее содержание химических элементов в горных породах, слагающих верхнюю часть континентальной коры. Геохимия (7), 785–792.
  9. Карандашев В.К., Хвостиков В.А., Носенко С.В., Бурмий Ж.П. (2016) Использование высокообогащенных стабильных изотопов в массовом анализе образцов горных пород, грунтов, почв и донных отложений методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 82(7), 6–15.
  10. Лисицын А.П. (1974) Осадкообразование в океане. М.: Наука, 438 с.
  11. Монин А.С., Гордеев В.В. (1988) Амазония. М.: Наука, 214 с.
  12. Монин А.С., Копелевич О.В. (1983) Гидрооптическое влияние Амазонки на океан ДАН 273(6), 1482–1486.
  13. Морозов Н.П., Батурин Г.Н., Гордеев В.В., Гурвич Е.Г. (1974) О составе взвеси и осадков устьевых районов Северной Двины, Мезени, Печоры и Оби. Гидрохимические материалы 60, 60–73.
  14. Савенко В.С. (2006) Химический состав взвешенных наносов рек мира. М.: ГЕОС, 175 с.
  15. Тримонис А.Э., Стрюк В.Л., Гордеев В.В. (1987) Количественное распределение взвеси в Амазонке и в прилегающей части Атлантического океана. Океанология 37(6), 971–976.
  16. Bouchez Y., Lupker M., Gaillardet Y., France-Lanord C., Maurice L. (2010) Grain size control of river suspended sediment geochemistry: clue from Amazon River depth profiles Geochemistry, Geophysics, Geosystems 12(3), 6955–6970.
  17. Boyle E.A., Huested S.S., Grant B. (1982) The chemical mass-balance of the Amazon plume II Cu, Ni, and Cd. Deep-Sea Res., A, 29(11), 1355–1364.
  18. Edmond J.M., Boyle E.F., Grant B., Stallard R.F. (1981) The chemical mass-balance in the Amazon plume I: the nutrients. Deep-Sea Res., 28(11), 1339–1364.
  19. Elbaz-Poulichet F., Seiler P., Maurice-Bourgoin L., ¬Guyot, J.-L. and Dupuy, C. (1999) Trace element geochemistry in the Upper Amazon drainage basin (Bolivia). Chem. Geology 157, 319–339.
  20. Gaillardet J., Dupre B. Allegre C.J., Negrel E. (1997) Che¬mical and physical denudation in the Amazon River Basin. Chem. Geol. 142, 141–173.
  21. Gibbs R.J. (1967) The geochemistry of Amazon River system: 1. The factors that control the salinity and the composition оf suspended solids. Geol Amer. Bull. 78, 1203–1242.
  22. Gibbs R.J. (1976) Amazon River sediment transport in the Atlantic Ocean. Geology 4(1), 45–48.
  23. Gibbs R.J. (1977) Transport phases of transition metals in Amazon and Yukon rivers. Bull. Geol. Soc. Amer. 88(6), 829–843.
  24. Gordeev V.V., Miklishansky A.Z., Migdisov A.A., Artemiev V.E. (1985) Rare element distribution in the surface suspended materials in major world rivers. Transport of carbon and minerals in major world rivers. Pt 3. Eds. E.T. Degens et al.Hamburg: SCOPE/UNEP, 225–243.
  25. Gromet L.P., Dymec R.F., Haskin L.A., Korotev V.R. (1984) The “North American shale composite”: Its compilation, major and major and trace element characteristics. Geochim. Cosmochim. Acta 48(12), 2469–2482.
  26. Harada M. (1978) Methil-mercury poisoning due to environmental contamination (Minamata desease). Toxicity of heavy metals in Environment Ed. E.W. Ochme, N.Y. Marcel Dekker Inc., 267–302.
  27. Lacerda L.D. (1995) Amazon mercury emission. Nature 374, 20–21.
  28. Lacerda L.D., De Paula F.C.F., Ovalle A.R.C. (1990) Trace metals in fluvial sediments of the Madeira River waters, Amazon, Brazil. Sci. Total Environ. 97/98, 525–530.
  29. Malm O., Castro M.B. (1995) An assessment of Hg pollution in different goldmining areas, Amazon, Brazil. The Science of the Total Environment. 175, 127–140.
  30. Martin J.M., Meybeck M. (1979) Chemical composition of river-borne particulates. Marine Chem. 7(2), 193–206.
  31. Martinelli L.A., Ferreira J.R., Fosberg B.R., Victoria R.L. (1988) Mercury contamination in the Amazon: a Gold Rush Consequence. Ambio. 17(4), 252–254.
  32. Meybeck M. (1982) Carbon, nitrogen and phosphorus transport by world rivers Amer. J. Sci. 282, 401–450.
  33. Milliman J., Farmswoth K.L. (2011) River Discharge to the Coastal Ocean: a Global Synthesis Cambridge Univ. Press., 384 pp.
  34. Sayler P.T., Boaventura G.R. (2003) Distribution and partition of trace metals in the Amazon basin. Hydrol. Process. 17, 1345–1361.
  35. Sholkovitz E.R. (1993) The geochemistry of rare earth elements in the Amazon River estuary. Geochim. et Cosmochim Acta. 57, 2181–2190.
  36. Sholkovitz E.R., Price N.B. (1980) The major element chemistry of suspended matter in the Amazon estuary. Geochim. Cosmorhim. Acta 44(2), 163–171.
  37. Sholkovitz E.R., Szymczak R. (2000) The estuarine chemistry of rare earth elements comparison of the Amazon, Fly, Sepik and the Gulf of Papua systems. Earth. Planet. Sci. Lett. 179, 299–309.
  38. Sioli H. (1950) Das Wasser im Amazonas – gebietes. Forsch. Fortschr. 26, 274–280.
  39. Veiga M.M., Hinton J., Lilly C. (1999) Mercury in the Amazon. A comprehensive review with special emphasis on bioaccumulation and bioindicators. Proc. Nat. Inst. for Minamata Desease Forum in Oct., 19–39. Minamata, Japan.
  40. Vital H., Stattegger K. (2000) Major and trace elements in stream sediments from the lowermost Amazon River. Chemical Geology 168, 151–168.
  41. Wallace A.R. (1889) A narrative of travels on the Amazon and Rio Negro, with account of the native tribes. Ward, Lock and Company.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Location of sampling stations; scale 1: 10,000,000.

Download (396KB)
2. Fig. 2. Content of elements in suspensions: ordinate - g / t; on the abscissa - elements.

Download (692KB)

Copyright (c) 2019 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies