Геоэкологические и гидрохимические особенности бассейна р. Аккем (Горный Алтай)

Full Text

Введение

Бассейн р. Аккем занимает восточную часть природного парка “Белуха” и расположен в Катунском физико-географическом районе Центрально-Алтайской провинции (рис. 1). Административно относится к Усть-Коксинскому району Республики Алтай, с юга граничит с Рес публикой Казахстан. Здесь расположена наиболее высокогорная и труднодоступная часть парка. В орографическом отношении основная часть бассейна расположена на северном макросклоне восточного фланга Катунского хребта [9]. Рельеф территории бассейна р. Аккем типично горный, в южной его части – альпийский. Климат резко континентальный (особенно суровый в верхней части долины, у подножья г. Белухи – 4509 м) с низкой среднегодовой температурой и высококонтрастным тепловым режимом на разных высотах. Аккемская озерная экосистема представлена проточными озерами с крутосклонными скалисто-осыпными и заболоченными ландшафтами [9, 19].

Рис. 1. Картосхема бассейна р. Аккем с притоками, использованы данные [3, 4]. Точками отмечены места отбора проб воды и исследования физико-химических параметров. Цифры на схеме соответствуют порядковым номерам в табл. 1.

В верхнем течении Аккема выше Аккемского озера территория водосбора сложена среднекембрийскими метаморфическими породами каимской свиты, прорванными силурийскими гранитоидами каледонского интрузивного цикла. В окрестностях Аккемского озера – верхнекембрийские осадочные породы катунской свиты. Ниже по течению Аккема залегают осадочные нижнеордовикские породы текелинской свиты, средне-верхнекембрийские породы катунской свиты, нижне-среднекембрийские породы кучерлинской свиты, прорванные герцинскими средне-верхнедевонскими гранитоидами [3, 4].

Почвообразующие породы в долине Аккема – песчаники и сланцы. Каменистые россыпи в верховье сменяются подбурами таежными и бурыми лесными кислыми почвами в нижнем течении реки [18]. В районе Аккемского озера преобладают горно-тундровые дерновые и торфянисто-перегнойные почвы, в меньшей степени распространены горно-луговые дерновые грубогумусные почвы [9].

Под северным склоном Белухи в районе Аккемского ледника отмечены площадные шлиховые ореолы рассеяния Cu (халькопирит), выше Верхнего Аккемского озера – W (шеелит) и Pb (галенит, церуссит), в долине р. Акоюк – рудопроявления Cu и Mo, в районе Аккемского озера – W (шеелит) и Cu. У истоков р. Ярлу находится мелкое месторождение (Аккемское) Mo. В долине р. Ярлу, а также на всем протяжении р. Аккем зафиксированы площадные шлиховые ореолы рассеяния Pb (галенит) и Cu (халькопирит, халькозин), в долине р. Текелю – Pb (галенит, церуссит) [10–12].

Река Аккем берет начало из Аккемского ледника (ледника Родзевича). Ее длина 36 км, средняя высота водосбора – 3000 м. Наиболее крупные притоки: левый – Акоюк, правые – Караоюк, Ярлу, Текелю, Араскан, Ороктой. По долине Аккема проходит один из самых популярных туристских маршрутов к уникальным памятникам природы республиканского значения: горе Белухе, Аккемскому озеру, водопаду Текелю и множеству других активно посещаемых рекреационных объектов. Природные комплексы вдоль туристических троп в долине р. Аккем и в окрестностях Аккемского озера испытывают наибольшее антропогенное воздействие [19].

Актуальность экологических исследований в бассейне р. Аккем связана с высокой уязвимостью высокогорных экосистем перед антропогенным и трансграничным загрязнением. При этом для большинства изученных объектов физико-химические, гидрохимические и геохимические исследования проведены впервые. Необходимость контроля экологического состояния уникальных природных объектов возрастает в связи с высокой рекреационно-туристской нагрузкой, а также с присутствием на их территории месторождений и рудопроявлений тяжелых металлов.

Метод исследования

Получены результаты по количественному определению 54 элементов в воде малых рек, озер, в талых водах ледника и снежников, а также 49 элементов в донных илах бассейна р. Аккем. Концентрации растворенных форм металлов в воде и элементный состав донных осадков определены методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS), относительная погрешность ≤10%. В 2021 г. анализы водных проб (В-29–21–В-49–21) и донных осадков (В-35–21–В-42–21) выполнены на масс-спектрометре высокого разрешения ELEMENT (фирма “Finnigan MAT”, Германия) в Центре коллективного пользования Многоэлементных и изотопных исследований СО PAН (Новосибирск); ниже предела обнаружения в воде – Be, W (<0.05 мкг/л). Исследования в 2017 г. (В-26–17–В-35–17) выполнены на квадрупольном масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой “Agilent 7500a” (США) и атомно-абсорб ционном спектрофотометре “АА280FS” (США) в ИХТТМ СО РАН (Новосибирск). Отбор проб воды проводился в период с 16 по 22 августа 2021 г. и с 29 июля по 1 августа 2017 г. Пробы отбирались в соответствии с нормативными документами [1, 15, 22] в местах максимального водообмена. Не допускалось взмучивание донных отложений. Пробы отбирали в стерильные одноразовые полипропиленовые пробирки объемом 50 мл (фирмы “Corning”, США). Емкости и крышки предварительно ополаскивали не менее трех раз отбираемой для анализа водой [1, 16].

Для масс-спектрального анализа использовались профильтрованные и законсервированные кислотой пробы. На месте отбора пробы фильтровали через мембранные фильтры и консервировали очищенной азотной кислотой, которая использовалась в дальнейшем при выполнении масс-спектрального анализа этих проб. Для фильтрации применялись одноразовые шприцевые фильтрующие насадки “Minisart NML” (фирма “Sartorius”, Германия) с размером пор 0.45 мкм. Фильтрат подкислялся до pH < 2 из расчета 3–5 мл концентрированной азотной кислоты на 1 л пробы [5, 6, 15].

Пробы снега и фирна объемом 150–200 мл отбирали в стерильные одноразовые полипропиленовые пробирки на глубине ≥10 см для минимизации поверхностного загрязнения частицами пород и влияния дождевых осадков. Затем они были растоплены при комнатной температуре, профильтрованы через мембранные фильтры, законсервированы очищенной азотной кислотой и помещены в такие же стерильные одноразовые полипропиленовые пробирки, как и пробы воды. Пробы транспортировали в темных контейнерах, хранили в прохладном месте, анализировали не позже 1 мес. с момента отбора [5, 6, 22]. Донные отложения отбирались в точках отбора водных проб одноразовой полипропиленовой пробиркой с глубины до 10 см, высушивались при комнатной температуре, измельчались в агатовой ступке.

В ходе полевых работ непосредственно в водных объектах и в нефильтрованных пробах талого снега и льда были исследованы физико-химические характеристики – температура, pH, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, Eh), электропроводность и общая минерализация. Измерения проводились в точках отбора проб с помощью приборов: “PH-200”, “ORP-200” и “COM-100” (“HM Digital”, Южная Корея). Высокая точность полученных данных гарантирована техническими характеристиками приборов [17]. Географические координаты определялись с помощью GPS-навигатора (“Garmin Ltd”, США).

Объекты исследования и полученные результаты

Исследования физико-химических характеристик водных объектов проводились в августе 2021 г. и в июле–августе 2017 г. В 2021 г. температура воздуха была 22–11℃, температура воды 14–1℃. В 2017 г. температура воздуха была 21–11℃, температура воды 19–5℃. Минерализация (и электропроводность) воды в реках и озерах широко варьировали: 256–8.0 мг/л в 2021 г.; 280–3.2 мг/л (417–5.1 мкСм) в 2017 г. pH – 9.3–6.8 в 2021 г., 8.9–7.0 в 2017 г. ОВП – 192–100 мВ в 2021 г., 141–45 мВ в 2017 г. Талые снеговые и ледниковые воды имели следующие физико-химические показатели: минерализация (и электропроводность) – 9.3–4.1 мг/л в 2021 г.; 4.2–2.3 мг/л (9.3–3.5 мкСм) в 2017 г. pH и ОВП в 2021 г. – 8.3–8.2 и 185–95 мВ, в 2017 г. – 8.5–8.4 и 124–116 мВ соответственно. Показатели дождевых осадков в 2021 г. следующие: pH – 8.3, ОВП – 170 (табл. 1).

Таблица 1. Физико-химические показатели водных объектов (в заголовках столбцов: 1, 17 – снег, фирн, водораздельный хребет между долинами рек Аккема и Кучерлы; 2, 18 – снег, фирн, перевал Кара-Тюрек; 3, 20 – долина Семи озер, нижнее озеро, исток р. Акоюк; 4 – водопад на р. Акоюк (долина Семи озер); 5 – левый приток р. Акоюк (долина Семи озер); 6, 21 – р. Ярлу, верхнее течение; 7 – р. Ярлу, 350 м выше устья; 8 – оз. Караоюк (Горных духов), исток р. Караоюк; 9 – оз. Караоюк, северный берег; 10 – лед, ледник Аккемский; 11, 23 – р. Аккем, исток из грота ледника Аккемского; 12, 22 – оз. Аккем, исток р. Аккем, метеостанция; 13 – р. Текелю, нижнее течение; 14 – выход грунтовых вод в долине правого притока р. Текелю; 15 – дождь, долина правого притока р. Текелю; 16 – р. Аккем, нижнее течение; 19 – перевал Кара-Тюрек, ручей, талые воды снежника; 24 – р. Караоюк, устье; 25 – оз. Аккем, западный берег; 26 – р. Аккем, среднее течение). Здесь и в табл. 2 под номерами – даты отбора пробы воды; б/Обр-1–21, б/Обр-2–21 – физико-химические показатели водных объектов исследованы без отбора проб; минер., мг/л – минерализация; эл. пров., мкСм – электропроводность)

Долина Аккема – типично альпийского типа, дренируется озерно-речной системой, представленной р. Аккем с притоками и двумя проточными моренно-подпрудными озерами. В районе истока долина реки узкая с крутыми склонами, покрытыми крупновалунными осыпями (курумами). Водный поток размывает мощные ледниковые отложения, большое количество взвеси ледниковых илов делает воду мутной и придает ей белый цвет (от алтайского Ак-кем – “белая вода”). Река впадает в Верхнее Аккемское озеро и вытекает из него, а ниже по течению – из Аккемского озера, расположенных на разных уровнях глубокой троговой долины, разработанной четвертичным ледником (Аккемским). Конечная морена, которая запруживала Верхнее Аккемское озеро, значительно размыта, поэтому оно наполняется водой только в период половодья, в остальное время его котловину прорезают многочисленные протоки и рукава р. Аккем. Южная оконечность Аккемского озера заболочена, ее граница непостоянна, а котловина заполнена ледниковым илом с сетью рукавов р. Аккем. С севера озеро ограничено конечной мореной, берега заболочены. В средней части озеро достигает максимальной глубины 15 м, берега представлены крутыми склонами гор [9, 19].

В воде р. Аккем от истока к нижнему течению минерализация возрастает в 5 раз (от 8 до 42 мг/л), суммарное содержание растворенных форм элементов, в том числе Na, Mg, Si, Ca, Cu, Sr, Mo, Ag, Sb, Ba, U, – в 4 раза (от 3.1 до 12.6 мг/л). Содержание Al, Ti, Fe, Co, Zn, Bi, напротив, в истоке реки выше, чем на нижних участках. Содержания Al, Ti, V, Cr, Fe в истоке Аккема из грота ледника – максимальные из всех исследованных объектов (табл. 1, 2).

Таблица 2. Результаты ICP-MS-определения содержания растворенных форм элементов в водных пробах, мкг/л (1 – ПО-21 – пределы обнаружения для анализов, выполненных в 2021 г.; 2, 18 – снег, фирн, водораздельный хребет между долинами рек Аккема и Кучерлы; 3, 19 – снег, фирн, перевал Кара-Тюрек; 4, 20 – перевал Кара-Тюрек, ручей, талые воды снежника; 5, 21 – долина Семи озер, нижнее озеро, исток р. Акоюк; 6 – водопад на р. Акоюк (долина Семи озер); 7 – левый приток р. Акоюк (долина Семи озер); 8, 22 – р. Ярлу, верхнее течение; 9 – р. Ярлу, 350 м выше устья; 10 – оз. Караоюк, исток р. Караоюк; 11 – оз. Караоюк, северный берег; 12 – лед, ледник Аккемский; 13, 24 – р. Аккем, исток из грота ледника Аккемского; 14, 23 – оз. Аккем, исток р. Аккем, метеостанция; 15 – р. Текелю, нижнее течение; 16 – р. Аккем, нижнее течение; 17 – ПО-17 – пределы обнаружения для анализов, выполненных в 2017 г.; 25 – р. Караоюк, устье; 26 – оз. Аккем, западный берег; 27 – р. Аккем, среднее течение; 28 – нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения [20]; 29 – ПДК питьевой воды согласно СанПиН 1.2.3685–21 [23]; 30 – СанПиН 2.1.4.1116–02: нормативы качества расфасованных питьевых вод, первая категория [24]; 31 – СанПиН 2.1.4.1116–02: нормативы качества расфасованных питьевых вод, высшая категория [24]; подчеркнуты показатели > ПДК)

* Концентрации элементов близки к пределу обнаружения, погрешность до 100% (данные по содержанию этих элементов следует считать оценочными).

** Фосфат-ион (олиготрофные водоемы).

*** Для водоемов с минерализацией до 100 мг/л.

**** Согласно Директиве 80/778/EC, 1980 [7] и Директиве 98/83/EC, 1998 [8].

Крупные притоки Аккема реки Акоюк (левый) и Караоюк (правый) имеют висячие троговые долины по бортам долины р. Аккем вблизи ее истока из Аккемского ледника. Верхняя часть долины р. Караоюк сложена скальными выходами и курумами, сменяющимися мохово-лишайниковыми, ерниковыми тундрами и низкотравными альпийскими лугами на маломощных каменистых почвах. Долина р. Акоюк более обширная и заболоченная, с повышенным водообменом за счет талых вод снежников г. Акоюк, промывающих более мощный почвенно-грунтовый слой. Вероятно, поэтому минерализация и суммарное содержание элементов в воде р. Акоюк в 2.0–2.5 раза выше, чем в р. Караоюк. Истоки р. Акоюк и многочисленные ручьи формируются вблизи снеговой линии в зоне каменистых тундр и связывают разноуровневую систему небольших ледниковых озер, ниже по течению дренируют высокогорные морены и почвы в зоне альпийских и субальпийских лугов. В воде р. Акоюк содержания Mg, Ca, Cr, Sr, Mo в 2–5 раз выше, чем в р. Караоюк. Напротив, в р. Кара оюк выше, чем в р. Акоюк, содержание Rb – в 12 раз; Al, K – в 4–5 раз. Левый приток р. Акоюк собирает воду с заболоченного высокогорного плато вдали от основного русла р. Акоюк, и элементный состав этой воды несколько отличается от преобладающего состава поверхностных вод долины. В воде притока по сравнению с водой р. Акоюк содержание Na, Si, Fe, Co, Cu в 2–4 раза выше; Mg, Sr, Mo, Bi – в 3–7 раз ниже, а U – в 18 раз ниже (табл. 1, 2).

Минимальная среди изученных водных объектов минерализация (3.2 мг/л) зафиксирована в ручье, стекающем со снежника на перевале Кара-Тюрек и в истоке р. Аккем из грота Аккемского ледника (8.0 мг/л), а максимальная (256–280 мг/л) – в верхнем течении р. Ярлу. Даже в нижнем течении после впадения множества ручьев минерализация воды в реке остается высокой – 174 мг/л. Русло реки размывает тонкодисперсные песчано-глинистые отложения, которые в большом количестве переходят во взвесь, в результате чего вода в реке мутная и имеет насыщенный зеленовато-белый цвет. Часть компонентов этих взвесей переходит в раствор, повышая содержание в нем как макро-, так и микроэлементов. Таким образом, р. Ярлу выделяется среди других водных объектов бассейна р. Аккем максимальной концентрацией в воде растворенных форм элементов – 62 мг/л, что значительно выше, чем в истоке р. Аккем в райо не метеостанции – 7.0 мг/л. Из всех изученных объектов в воде Ярлу отмечены наибольшие содержания Na, Mg, Si, K, Ca, Mn, Co, Ni, Cu, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, U.

Реки Ярлу и Текелю протекают по смежным долинам, представленным среднегорьем с альпийскими лугами, вниз по течению сменяющимися кедрово-лиственничным лесом. Однако воды этих рек значительно различаются по составу. Проба воды была взята на правом берегу р. Текелю у подножья 600-метрового обрыва Скынчак в 1 км от водопада Текелю ниже по течению. Минерализация воды р. Текелю (48 мг/л) и суммарное содержание элементов (14 мг/л) – в 5 раз ниже, чем в Ярлу. В воде р. Текелю содержание Mn в 455 раз; Co – в 110; Mg, Sr, U – в 13–20; Ni, Mo, Ba – в 6–9; Na, K, Ca, Fe, Cu, Rb, Sb, Pb – в 3–4 раза меньше, чем в Ярлу. И только содержание Bi в р. Текелю в 4 раза выше, чем в р. Ярлу, – максимальное среди исследованных рек и озер. По сравнению с р. Аккем в районе метеостанции в р. Текелю минерализация и суммарное содержание растворенных форм элементов в 2 раза выше за счет более высокого содержания макроэлементов (Na, Mg, Si, Ca). Содержание Bi в Текелю – в 8, Sr, Mo – в 3–4 раза выше, чем в Аккеме. При этом содержание Mn, Fe, Co в Аккеме в 5–7 раз выше, чем в Текелю (табл. 1, 2).

В гляциально-нивальном ландшафтно-климатическом поясе были взяты пробы льда Аккемского ледника, снега и фирна снежников на перевале Кара-Тюрек и на водораздельном хребте рек Аккем и Кучерлы на высотах 2320–3090 м н.у. м. Суммарное содержание растворенных форм элементов в леднике и снежниках (0.7–0.4 мг/л) в среднем в 27 раз ниже, чем в реках. Однако количество некоторых элементов в талых водах выше, чем в реках и озерах. Например, максимальное в исследованных пробах содержание P (9.3 мкг/л) – в пробах снега и фирна на водораздельном хребте между долинами рек Аккем и Кучерлы, максимальное содержание Ag (0.17 мкг/л) – в Аккемском леднике и в снежнике на перевале Кара-Тюрек, максимальное содержание Zn (35 мкг/л), Pb (0.49 мкг/л) и Bi (0.021 мкг/л) – в пробах снега и фирна на перевале Кара-Тюрек.

Проба массивного льда (В-39–21) была взята из внутренней зоны Аккемского ледника, вскрывшейся в результате обрушения крупных глыб ледникового грота, дающего начало р. Аккем. Минерализация талых ледниковых вод – 9.3 мг/л, воды в истоке Аккема из грота ледника – 8.0 мг/л. Суммарное содержание растворенных форм элементов в истоке Аккема – 3.1 мг/л, что в 7 раз выше, чем в ледниковых водах – 0.4 мг/л. Минерализация талых вод снежника на перевале Кара-Тюрек – 2.3–4.9 мг/л, воды в ручье, стекающем с этого снежника, – 3.2 мг/л. В снежнике общее содержание элементов (0.7 мг/л) в 4 раза выше, чем в ручье (0.17 мг/л).

Большинство химических элементов мигрирует в ионных, молекулярных или коллоидных растворах в сочетании с суспензиями. Характерна также миграция тонкой мути и более крупных взвешенных частиц. Кроме ионной формы растворенные неорганические соединения находятся в форме молекул и коллоидных частиц [27]. Поэтому минерализация нефильтрованных вод будет выше суммарного содержания в них элементов в растворенной форме. В данном случае эта разница гораздо больше для ледника и ручья, стекающего со снежника. Это значит, что большая часть элементов в ледниковых водах и ручье находится не в ионной форме, а в виде молекулярных или коллоидных растворов.

Во льду выше, чем в воде истока Аккема, содержание Ag, а в Аккеме выше содержание большинства элементов: Ca (в 25 раз); Mo (в 16); Sr (в 13); Mg (в 9); Si, K, Ti, V, Cr, Fe, Rb, Sb, U (в 3–6 раз). В снежнике на перевале Кара-Тюрек выше, чем в стекающем с него ручье, содержание: Ag (в >80 раз); Zn (в 46); Al, Bi (в 21); Na, K, Cr, Fe, Rb, Pb (в 3–8 раз). В ручье содержание Mg, Mn, Sr в 2–6 раз выше, чем в снежнике (табл. 1, 2).

В табл. 3 и на рис. 2 представлены результаты ICP-MS-определения элементного состава донных илов рек Аккем, Ярлу, Текелю в сравнении с составом эталонного образца байкальского ила (BIL-1) и континентальной коры. Нормированные по примитивной мантии PM [29] тренды распределения редких и редкоземельных элементов в донных илах имеют сходные с трендами BIL-1 и континентальной коры уровни содержания и геохимические характеристики. Для них характерны обогащение легкими лантаноидами ((La/Yb)_PM – 9.6–6.2) и крупноионными литофильными элементами LILE ((Rb/Sm)_PM – 8.3–4.3), слабо фракционированный тренд распределения средних и тяжелых лантаноидов ((Sm/Yb)_PM – 2.6–2.1, (Gd/Yb)_PM – 2.0–1.3).

Таблица 3. Результаты ICP-MS-определения элементного состава донных илов, г/т (ppm) (1 – пределы обнаружения; 2 – байкальский ил (эталонный образец); 3 – р. Ярлу, верхнее течение; 4 – р. Аккем, исток из грота ледника Аккемского; 5 – оз. Аккем, исток р. Аккем, метеостанция; 6 – р. Текелю, нижнее течение; 7 – состав верхней континентальной коры [25]; 8 – состав континентальной коры в целом [25])

* Концентрации элементов близки к пределу обнаружения, погрешность до 100% (данные по содержанию этих элементов следует считать оценочными).

Рис. 2. Распределение редких и редкоземельных элементов в донных илах. В построении диаграммы использованы данные, нормированные по примитивной мантии [29]. В-35–21 – р. Ярлу, верхнее течение; В-40–21 – р. Аккем, исток из грота ледника Аккемского; В-41–21 – оз. Аккем, исток р. Аккем, метеостанция; В-42–21 – р. Текелю, нижнее течение; BIL-1 – байкальский ил (эталонный образец); верхняя кора – верхняя континентальная кора [25]; кора – континентальная кора в целом [25].

Обсуждение результатов

Состав поверхностных вод обусловлен ландшафтно-геоморфологическими, климатическими, литолого-геохимическими особенностями водосборных территорий, составом и свойствами почв и почвообразующих пород [21]. В условиях резко континентального климата с длительным морозным периодом, значительной долей снежно-ледникового питания горных рек, промывающих маломощный почвенно-грунтовый слой на скальном фундаменте, формируются низкоминерализованные кальциевые поверхностные воды, характерные для горных регионов: в долине р. Аккем ультрапресные (<48 мг/л), в верховье р. Ярлу – пресные (<256 мг/л). pH рек и озер соответствует нейтральной и слабощелочной среде до щелочной, талые воды ледника и снежников и дождевые воды – слабощелочные. ОВП изученных объектов соответствует окислительной (195–100 мВ) и переходной (45–95 мВ) геохимической обстановке.

Исходный химический состав поверхностных вод определяется составом атмосферных осадков, талых снеговых и ледниковых вод с последующим обогащением в результате поверхностного и подземного стокa, фильтрации осадков через почвенный покров, поступления в них трещинных вод из пород геологического основания [13]. Металлогенические особенности состава коренных пород на водосборной площади влияют на элементный состав донных илов русел рек, но в меньшей степени, чем на состав поверхностных вод.

C наличием Mo-оруденения в долине р. Ярлу могут быть связаны в 2–3 раза большие содержания Mo и сопутствующих металлов (Co, Zn, As, W) в донных илах р. Ярлу по сравнению с илами р. Аккем. Однако содержания этих элементов в илах р. Ярлу близки к их содержанию в эталонном образце BIL-1. О присутствии Cu-минерализации у истоков р. Аккем свидетельствует содержание Cu в илах Аккема в 5 раз большее, чем в Ярлу и Текелю, и в 4 раза большее, чем в BIL-1. В донных илах р. Текелю отмечены повышенные содержания Ti, Cr, Y, Zr, Hf и тяжелых лантаноидов (Dy–Lu) по сравнению с илами р. Аккем и BIL-1. Обрыв Скынчак в долине р. Текелю представляет собой выход верхнедевонских гранитоидов, прорывающих нижнеордовикские осадочные породы текелинской свиты [3]. Проба донного ила взята в том месте, где русло реки размывает зону роговиков на контакте гранитоидного массива со вмещающими породами. В составе роговиков присутствует гранат – концентратор тяжелых лантаноидов [14], с чем, вероятно, связано более высокое по сравнению с другими пробами содержание тяжелых лантаноидов в пробе донного ила р. Текелю (В-42–21).

Особенность распределения элементов в изученных донных илах – выраженные минимумы по Nb, Ta и Ti. Такие геохимические характеристики могли быть унаследованы от разрушенных в результате выветривания коренных пород, в частности – среднедевонских гранитоидов, представленных в долине Аккема крупными массивами в верхнем и среднем течении реки. Эти породы относятся к типу а-гранитоидов, сформировавшихся в геодинамической обстановке активной континентальной окраины, характеризующейся интенсивным островодужным вулканизмом [26]. Островодужные гранитоиды обогащены LILE и обнаруживают отрицательные аномалии Nb–Ta и Ti [28], что впоследствии может прослеживаться в донных осадках, образованных при участии таких пород (табл. 3; рис. 2).

На микроэлементный состав природных вод оказывают влияние подстилающие горные породы и почвы, а также донные осадки и взвеси рек и озер. По сравнению с водотоками на смежных территориях в реках с водосборами, включающими месторождения и рудопроявления, в результате последовательного выщелачивания многократно возрастает концентрация соответствующих рудных компонентов. Так, в воде р. Ярлу по сравнению с р. Аккем в районе метеостанции наблюдаются более высокие содержания: Mn (в 80 раз); Sr (в 50); Co (в 20); Mo, U (в 17); Sn (в 15); Ni, Cd, Sb (в 4–9 раз). В воде р. Аккем по сравнению с р. Ярлу выше содержания: Ti (в > 45 раз), V (в 3–4), Fe (в 2–4 раза), причем наибольшие концентрации наблюдаются в истоке р. Аккем из грота ледника Аккемского. В р. Текелю содержание Mo в 2–6, а Bi – в 3–8 раз выше, чем в р. Аккем. В верхнем течении малых горных рек время контакта с подстилающим субстратом минимально, а климатические условия не способствуют переходу элементов в водный раствор. Тем не менее содержания рудных компонентов в воде р. Ярлу на участке с рудовмещающими коренными породами возрастают в большей степени, чем концентрация тех же элементов (Mo, Co) в донных илах (табл. 2, 3).

В долине Ярлу подстилающие породы – тонкозернистые рыхлые осадочные отложения, вмещающие месторождение Mo и насыщенные сопутствующими ему элементами. Питающие истоки реки ультрапресные снеговые воды с высокой растворяющей способностью промывают рыхлые отложения в зоне окисления рудного месторождения, выщелачивают рудные и нерудные компоненты, в том числе карбонаты Ca и Mg, из вмещающих осадочных пород, а также захватывают их в виде тонкой мути и взвесей, которые в процессе миграции продолжают участвовать в выщелачивании. Этим объясняется высокая минерализация вод Ярлу и наибольшие среди всех изученных объектов содержания Na, Mg, Si, K, Ca, Mn, Co, Ni, Cu, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, U.

Долины рек Аккем и Кучерлы [2] разделены горным хребтом, но удалены друг от друга на < 10 км. Сходство ландшафтно-климатической обстановки, состава подстилающих пород и почв водосборов этих рек определяет сходство состава их вод. Общая минерализация и содержание растворенных элементов в нижнем течении Аккема в 1.6–2.0 раза выше, чем в среднем течении Кучерлы, за счет более высокого содержания Mg, Al, K, а в истоке Аккема (в районе метеостанции) и истоке Кучерлы (из оз. Кучерлинского) эти показатели практически равны. На всем протяжении рек наблюдаются лишь небольшие вариации содержания большинства микроэлементов. Содержание Mn, Sr, U в водах Аккема в 2–3 раза выше, чем в водах Кучерлы, при этом содержания Zn и Sb в воде Кучерлы могут в >10 раз превышать их содержания в Аккеме. Содержание W в воде Кучерлинского озера и в верхнем течении Кучерлы (0.08 мкг/л) [2] – максимальное из исследованных проб, что может быть связано с наличием в верховьях реки площадных шлиховых ореолов рассеяния шеелита [12].

По сравнению с Аккемским ледником в снежниках на водораздельном хребте между долинами рек Аккем и Кучерлы и на перевале Кара-Тюрек содержание Zn в среднем в 11, Pb – в 5, Bi – в 3 раза выше, вероятно, за счет трансграничного атмо сферного загрязнения. Проба льда внутренней части ледника, в отличие от снежников, не подвержена современным атмосферным загрязнениям. Поэтому, вероятно, ее состав отражает состав осадков в период, предшествующий антропогенному влиянию на экологическое состояние территории. В то же время во льду обнаружено высокое содержание рудных элементов: U – в 17; Ti – в 13; V, Fe, Co, Rb – в 2–5 раз выше, чем в снежниках. Такое возможно за счет аккумуляции в леднике рудных компонентов, поступающих при выветривании подстилающих рудовмещающих пород.

В леднике Иолдо-Айры в долине р. Кучерлы [2] общее содержание элементов (35.1 мг/л) в ~80 раз выше, чем в Аккемском леднике, за счет в основном более высокого содержания Na, Mg, P, K, Ca. Этому способствует более мягкий климат в долине р. Кучерлы, значит, происходит более интенсивная трансформация снега и фирна в процессе испарения, таяния и повторного замерзания, что увеличивает его минерализацию. Содержание ряда микроэлементов в леднике Иолдо-Айры также значительно выше, чем в Аккемском леднике: Co, Pb, Cu, Cr, Rb – в 6–8; Ba, Sr, Mn, Mo, Cd, Co – в 13–33; Zn и Sb – в >40 раз. Возможно, содержание некоторых тяжелых металлов в Аккемском леднике меньше вследствие того, что горный массив г. Белухи препятствует их трансграничному переносу в верхнюю часть долины р. Аккем.

Заключение

Ландшафтно-геоморфологические, климатические и литолого-геохимические особенности бассейна р. Аккем способствуют формированию характерных для горных регионов низкоминерализованных кальциевых поверхностных вод, ультрапресных до пресных, нейтральных до щелочных в окислительной и переходной геохимической обстановке.

Донные илы русел рек наследуют геохимические особенности разрушенных в результате выветривания коренных пород и воспроизводят тип геодинамической обстановки, в которой они сформировались. Донные осадки исследованных рек бассейна р. Аккем имеют сходные геохимические характеристики, такие как обогащение легкими лантаноидами и LILE, слабо фракционированный тренд распределения средних и тяжелых лантаноидов, выраженная деплетированность Ta, Nb и Ti. Субдукционная компонента (обедненность Nb–Тa относительно LILE) в илах выражена в большей степени, чем в среднем в континентальной коре, что, вероятно, обусловлено участием в их формировании субдукционно-связанных гранитоидов.

Химический состав природных вод и донных илов отражает особенности состава и металлогенической специализации коренных пород водосбора. В случае наличия в подстилающих породах рудных месторождений и рудопроявлений содержание металлов в воде даже у истоков малых горных рек возрастает в большей степени, чем содержание тех же элементов в илах, что подтверждает эффективность гидрохимических методов поиска рудных месторождений.

Состав льда глубоких горизонтов Аккемского ледника отличается от состава современных снежников более низким содержанием Zn, Pb, Bi, что свидетельствует об увеличении со временем содержания токсичных металлов в атмосферных осадках района исследований. Содержание рудных компонентов Ti, V, Fe, Co, Rb, U, напротив, в леднике выше, чем в снежниках, вероятно, за счет их поступления из подстилающих рудовмещающих пород.

В леднике и снежниках, в отличие от речных вод, происходит накопление P, Zn, Ag, Pb, Bi. В реках и озерах содержание большинства элементов значительно выше, чем в леднике и снежниках, в результате выщелачивания из подстилающих пород и почв Na, Mg, Si, K, Ca, Mn, Co, Cu, Rb, Sr, Mo, Sb, Ba, U.

Сходство ландшафтно-климатической обстановки, состава подстилающих пород и почв территорий водосборов рек Аккем и Кучерлы определяет сходство состава их вод. Мощный массив г. Белухи защищает верховья р. Аккем и Аккемский ледник от трансграничного загрязнения тяжелыми металлами, в отличие от ледника Иолдо-Айры в бассейне р. Кучерлы.

Несмотря на наличие природных источников тяжелых металлов в верхнем течении р. Аккем и ее притоках, концентрации токсичных веществ в большинстве исследованных объектов ≤ ПДК в питьевой воде. Установленные нормативы превышены в р. Аккем – по Al (1.3 ПДК [24], Pb (1.4 ПДК [24]) и в пробах снега и фирна перевала Кара-Тюрек – по Al (1.1 ПДК [24]).

Благодарности

Автор выражает благодарность А. А. Князеву, Е. Н. Прямоносовой, Ю. Н. Шихову (ИГМ СО РАН) за помощь в проведении экспедиционных работ, С. В. Палесскому, И. В. Николаевой (ИГМ СО РАН) за помощь в аналитических исследованиях.

About the authors

Е. В. Бородина

Author for correspondence.
Email: borev@igm.nsc.ru
Russian Federation, 630090, Новосибирск

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Map of the Akkem River basin with tributaries, data from [3, 4] were used. The dots indicate the locations of water samples and studies of physicochemical parameters. The numbers on the map correspond to the ordinal numbers in Table 1.

Download (345KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Distribution of rare and rare earth elements in bottom silts. The diagram was constructed using data normalized to the primitive mantle [29]. B-35-21 – Yarlu River, upper reaches; B-40-21 – Akkem River, source from the grotto of Akkem Glacier; B-41-21 – Lake Akkem, source of the Akkem River, weather station; B-42-21 – Tekelu River, lower reaches; BIL-1 – Baikal silt (reference sample); upper crust – upper continental crust [25]; crust – continental crust as a whole [25].

Download (293KB)

Indexing metadata