Статья: Фтор в водах и почвах Улюнханской впадины (Байкальская рифтовая зона)

ФТОР В ВОДАХ И ПОЧВАХ УЛЮНХАНСКОЙ ВПАДИНЫ (БАЙКАЛЬСКАЯ РИФТОВАЯ ЗОНА)

Жамбалова Анна Дашиевна

кандидат биологических наук,

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН г. Улан-Удэ

Представлены первичные данные по активности фтора в засоленных почвах зон тектонических разломов Улюнханской впадины (северо-западная часть Баргузинской котловины). Выявлено, что активность ионов фтора колеблется в очень широком диапазоне от 0,02 до 112,20 ммоль/л. Высокая активность ионов F в основном представлена на испарительном барьере. В поверхностных солевых корках отмечаются аномально высокие показатели. Внутри профиля почв активность фтора зависит от реакции среды. Самые низкие значения aF приурочены к почвам болотного массива с кислой реакцией. Увеличение aF в почвах аллювиальной возвышенности происходит в горизонтах с более щелочными условиями. Привнос ионов фтора происходит за счет скрытой внутрипрофильной газогидротермальной деятельности кучигерских источников, которая осуществляется по тектоническим трещинам и разломам и имеет пульсирующий характер.

Ключевые слова: Баргузинская котловина; засоленные почвы; активность фтора; почвы зон разломов; геохимический барьер.

фтор засоленная почва улюнханская впадина тектонический

Введение

Байкальская рифтовая зона характеризуется многочисленным выходом гидротермальных минерализованных вод разного химического и газового состава [Плюс- нин и др., 2013]. Основные гидротермы северо-западной части рифтовой зоны сконцентрированы в одной из самых крупных впадин--Баргузинской. В северной части котловины разгружаются гидротермы, по химическому составу относящиеся к фторидному гидрокарбонатно-сульфатно-натриевому, так называемому Кульдурскому, типу с высоким содержанием натрия, серы, фтора и кремния. Большинство элементов, разгружающихся в почву, оседают на геохимических барьерах и создают специфические геохимические ассоциации [Касимов, 1980]. Высокое содержание ионов натрия и сульфатов в водах источника обусловило их накопление и в прилегающих почвах [Жамбалова, 2018].

Особый интерес вызывает изучение фтора, наиболее токсичного элемента, имеющего высокое содержание в водах гидротерм. Фтор относится к первому классу опасности [Фомин Г., Фомин А., 2001] и, кроме того, является одним из необходимых элементов, который участвует в образовании твердых тканей организма [Авцын и др., 1991]. Нарушение обмена фтора в организме приводит к заболеванию зубов и костных тканей. При его недостатке снижается устойчивость зубной эмали, вследствие чего происходит разрушение зубов (кариес). Характерным заболеванием при избыточном поступлении фтора в организм является флюороз, а также происходит поражение зубов, скелета, развиваются остеопороз и гастрит [Конарбаева, 2004]. Для растительного сообщества повышенное содержание фтора оказывает токсичное действие, так как ингибируется активность целого ряда ферментов, принимающих участие в углеводно-фосфорном обмене, тканевом дыхании [Школьник, 1974; Kabata-Pendias, 2011].

В биосфере круговорот F тесно связан с вулканизмом [Перельман, Касимов, 1999]. При вулканических извержениях выделяется фтористый водород. В таких ландшафтах содержание фтора избыточно, им обогащены воды (>1 мг/л), что сопровождается заболеванием костной системы (флюорозом). На миграцию фтора влияют щелочно-кислые условия, сорбенты, фосфатные и кальциевые геохимические барьеры. Подщелачивание среды до рН6-7 способствует его адсорбции минеральными компонентами почвы [Перельман, Касимов, 1999].

Источники поступления фтора в природные воды: фтористые минералы, водовмещающие породы, в которых фтор находится в рассеянном состоянии, вулканические эксгаляции. Самые высокие концентрации фтора отмечены в минеральных источниках сульфатно-карбонатно-натриевого типа, образование которых связано с вулканической деятельностью [Аничкина, 2016].

Азотные термальные минеральные источники Забайкалья богаты фтором [Замана, 2000; Плюснин и др., 2013 и др.]. Динамически равновесная система, сформированная в условиях дефицита кислот при рН до 9-10, определяет относительно быстрое осаждение карбонатных минералов и обеспечивает низкое содержание Ca, Mg, Fe и других элементов в азотных термах, что способствует накоплению в них фтора [Шварцев, 2017].

Учитывая высокую токсичность фтора и его постоянное поступление в почвы, целью работы явилось изучение активности ионов фтора в засоленных почвах зон тектонических разломов азотных терм Кучигерского источника. В последнее время параметры активности ионов в почве учитываются при расчете химических равновесий в математическом моделировании почвенных процессов и при оценке влияния различных ионов и солей на растения. Показатель активности дает важную информацию о состоянии компонента в растворе и его возможности вступать во взаимодействие с другими компонентами в растворе, твердой фазе, почвенном поглощающем комплексе (ППК), в растениях [Хитров, 1990].

Объекты и методика исследования

Исследования проводились в северной части Баргузинской котловины в пределах Улюнханской впадины. Для нее характерна разгрузка кучигерских гидротермальных источников. Выклинивание минерализованных вод приурочено к пересечению самого крупного разлома котловины - Баргузинского с более мелким поперечным Дыренским. В настоящее время на территории впадины регистрируются тектоническая активность и максимальный тепловой поток [Лысак, 2002; Лунина и др., 2009; Чернявский и др., 2018, В Бурятии... 2019].

Вода источника -- сильно-щелочная (рН 9,28-9,90), минерализация 365508 мг/дм³, хлоридно-сульфатно-фторидно-гидрокарбонатная натриевая [Чернявский и др., 2018]. Формула Курлова имеет вид:

Объектами изучения послужили почвы нескольких ключевых участков почвенно-геоморфологической катены РФ-2, протянутой вдоль переходной полосы от болота к аллювиальной равнине р. Индэхэн (табл. 1).

Географическое положение почв почвенно-геоморфологической трансекты РФ-2

Таблица 1

Классификация и диагностика почв проводились согласно положениям «Классификация и диагностика почв России» [2004] и «Полевого определителя почв России» [2008]. Определены актуальная кислотность (рН_вод), содержание органического углерода методом И. В. Тюрина; гранулометрический состав по Качинскому [Аринушкина, 1970; Агрохимические... 1975]. Содержание легкорастворимых солей в водной вытяжке 1:5. Степень засоления определяли в зависимости от его химизма [Засоленные... 2006]. Активность ионов фтора определялась с помощью ионселективного фторидного электрода в почвенной пасте [Хитров, 1990]. Статистическая обработка данных включала расчет основных показателей в пакетax Stat stica 10 и Microsoft Excel2010.

Результаты и обсуждения

Реки и подземные воды изученной территории характеризуются очень низким содержанием фтора. Согласно ГОСТу 2874-82, концентрация фтора в питьевой воде должна быть 0,5-1,5 мг/л, а в Баргузинской котловине содержание этого элемента в 2 раза ниже уровня, предъявляемого для питьевой воды по СанПину 2.1.4.1116-02 (рис. 1) [Кашин и др., 2015].

В водах Кучигерского источника содержание фтора в разные годы колеблется от 13,9 в 2015 г до 62,7 мг/дм3 в 2014 г. [Чернявский и др., 2018] (рис. 1). Поступление такого высокого количества ионов фтора в почву из гидротерм приводит к его накоплению.

Изученные засоленные почвы приурочены к зоне скрытого влияния Кучигерского источника. На исследуемой территории не зафиксировано открытой разгрузки минеральных грифонов, но по морфологическому, вещественному и составу легкорастворимых солей почвы генетически сопряжены с почвами, сформированными в непосредственной близости от источников [Жамбалова, 2018; Убугунов и др., 2018]. Профиль изученных почв сильно обводнен и на разных глубинах зафиксировано проявление теплых грунтовых вод.

Проведенные исследования показали, что активность фтора изменяется от 0 до 100 ммоль/л и большинстве изученных почв находится в пределах 0,42-0,59 ммоль/л. При выборке n=102 среднее значение аF составляет 0,50 ммоль/л. низким содержанием фтора. Согласно ГОСТу 2874-82, концентрация фтора в питьевой воде должна быть 0,5-1,5 мг/л, а в Баргузинской котловине содержание этого элемента в 2 раза ниже уровня, предъявляемого для питьевой воды по СанПин 2.1.4.1116-02 (рис. 1) [Кашин и др., 2015].

Реакция среды в изученных почвах изменяется от кислой до сильнощелочной (табл. 2). Кислая реакция почвенного раствора характерна для почв, сформированных в болотном массиве (РФ-2-11, РФ-2-13). Отмечается резкая смена рН среды не только в отдельных разрезах, но и в самом почвенном профиле. Все почвы в разной степени засолены (табл. 2).

Таблица 2

Некоторые физико-химические свойства почв с низкой активностью фтора aF

Примечание: «не опр.» -- не определяли; «-» -- не обнаружено.

Самые низкие значения aF отмечены в почвах с кислой реакцией среды (РФ- 2-11, РФ-2-13, РФ-2-16), приуроченные к местам, примыкающим непосредственно к Кучигерскому болотному массиву с активно разгружающимися грифонами (рис. 2). По мере удаления от болота показатель активности фтора в почвах постепенно увеличивается (РФ-2-18, РФ-2-20, РФ-2-21). Наибольшая активность ионов фтора отмечается в поверхностной солевой корке. Контрастное распределение aF имеют почвы, расположенные на приподнятой аллювиальной равнине около р. Индэхэн (РФ-2-24, РФ-2-28, РФ-2-30). В этих почвах проявляется тенденция к увеличению aF (рис. 2).

Рис. 2. Профильное распределение активности фтора с аР=0,01-2 ммоль/л

Вторая группа почв характеризуется активностью фтора в диапазоне доверительного интервала 1,30-1,84 ммоль/л, среднее значение которого составляет аF=1,57ммоль/л. Эти почвы имеют разную степень засоления и характеризуются более высокими значениями реакции среды. Засоленные почвы в основном имеют легкий гранулометрический состав, содержание гумуса низкое (табл. 3).

Таблица 3

Некоторые физико-химические свойства почв с средней активность фтора