Главные ионы

Воды Байкала относятся к числу маломинерализованных. Суммарная концентрация растворенных солей в них составляет около 100 мг/л. С точки зрения оценки современного состояния Байкала представляет интерес динамика изменений концентрации главных ионов за время, прошедшее с начала промышленной революции в Сибири, то есть с середины 30-х гг. ХХ столетия.  О темпе промышленного развития Восточной Сибири можно судить по такому показателю, как объем добычи угля в Иркутской области (см. рис. 2.1.1). Можно видеть, что экспоненциальный рост добычи угля происходил с 1930 по 1980 год, в 80-х гг. объем добычи угля оставался на постоянном уровне – около 27 тыс. тонн, в конце 80-х гг. он начал падать и уменьшился почти вдвое к середине 90-х гг. К 2000 году наметился новый небольшой прирост объема добычи угля. Очевидно, что производство угля необходимо для обеспечения всех видов производства, и если бы оно влияло на экосистему Байкала непосредственно, то ее изменения должны были проходить в сопоставимом темпе.

Рис. 2.1.1. Добыча угля в Иркутской области. 1900 - 1970 гг. - данные из БСЭ, 1972. 1971 - 2000 гг. - данные Статистического управления Иркутской области.
Загрузить исходные данные в формате Grapher 3

В некоторых озерах мира содержание главных ионов за  период с начала промышленной революции сильно изменилось. На рис. 2.1.2 показана динамика изменения концентрации сульфат- и хлорид-ионов  с середины ХIХ века до 1963 г. в одном из североамериканских Великих озер - озере  Онтарио  (Beeton, 1970). Можно видеть отчетливо выраженную тенденцию повышения концентрации. За указанный период концентрация сульфата повысилась в два раза, от 15 до 30 мг/л. Нужно отметить, что озеро Онтарио является одним из самых загрязненных Великих североамериканских озер.

Рис. 2.1.2. Рост концентрации сульфат- и хлорид-анионов в озере Онтарио (США)в период промышленной революции (Beeton, 1970)

На рис. 2.1.3 представлены данные разных авторов о содержании сульфата в водах озера Байкал. Результаты, полученные в 1965-81 гг. в рамках Государственной программы мониторинга Байкала (Израэль и др., 1985), имеют большой разброс, от 4 до 7 мг/л. Однако какая-либо долговременная тенденция отсутствует. Очевидно, что разброс данных связан  с неточностью метода, а не с поведением экосистемы Байкала. В принципе можно себе представить, что в Байкал в какие-то годы поступали значительные количества сульфата, исчисляемые десятками миллионов тонн (хотя источники таких поступлений неизвестны), но уж никак невозможно объяснить исчезновение из Байкала десятков миллионов тонн сульфата за период менее одного года (см. рис. 2.1.3 и табл. в Введение).

Рис. 2.1.3. Данные о концентрациях сульфата в Байкале. Г.Ю. Верещагин и К.К. Вотинцев для определения сульфата использовали методику, приведенную в руководстве Г.Ю. Верещагина (1933)

В 1988 г. на Байкале состоялась международная экспедиция, по результатам которой были опубликованы данные о  концентрациях главных ионов  в разных котловинах Байкала  на различных глубинах, от поверхности до дна (Falkner et al., 1991).  Измерения проводились современными высокоточными методами. Хлорид- и сульфат-анионы определялись методом ионной хроматографии с точностью ±5%, главные ионы Ca, Mg, Na, K - методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии с точностью 1, 1, 3, 2 % соответственно. Результаты приведены на рис. 2.1.4. Из этих данных  вытекает, что  концентрации главных ионов  в разных котловинах озера и на разных глубинах одинаковы.

Рис. 2.1.4. Рост концентрации сульфат- и хлорид-анионов в озере Онтарио (США)в период промышленной революции (Beeton, 1970)

Интересно, что найденная концентрация сульфата, равная в среднем 5,5 мг/л, неплохо совпадает с  усредненной по всем глубинам Южного Байкала величиной 5,33 мг/л, полученной Г.Ю. Верещагиным в 1940-е годы (по: Kozhov, 1963, с. 49).   Совпадение усредненных данных  Г.Ю. Верещагина  с данными (Falkner et al., 1991) еще раз позволяет утверждать, что разброс данных, приведенных на рис.2.1.3, объясняется ошибками определения. Очевидно, что примененный в рамках Государственной программы метод для мониторинга сульфата в Байкале непригоден. Следует считать ошибочными и выводы, сделанные в ряде других публикаций, например,  утверждение Е.Н. Тарасовой и А.И. Мещеряковой (1992) о том, что воды озера Байкал сильно загрязнены сульфат-ионом, публикацию Г.И. Галазия и Е.Н. Тарасовой «О фоновом содержании сульфатов в водах Байкала» (1993), согласно которой концентрация сульфата в водах озера Байкал за период с 1967 по 1987 гг. выросла от 3,9 до 6,5 мг/л. Неверным является и заключение работы К.К. Вотинцева и И.Б. Мизандронцева (1981), в которой рассмотрены результаты измерения концентрации сульфата в период  с 1950 по 1975 г. и найдено, что средняя величина указанного показателя составляет 4,85 мг/л; о недостаточной точности измерений свидетельствует  тот факт, что 95%-ный доверительный интервал в этой серии данных находится между 4,42 и 6,28 мг/л, что соответствует диапазону запасов сульфата  в Байкале от 110 до 157 млн. тонн. Данные (Falkner et al. 1997) позволяют утверждать, что неверными являются и результаты, полученные в работе  И.С. Ломоносова и др. (1989) и Ю.А. Федорова (1993). Например, в работе Ломоносова и др. (1989) утверждается, что концентрации сульфата в Южном Байкала в районе сброса сточных вод Байкальского целлюлозно-бумажного комбината в разные годы и месяцы колебалось от 1,4 до 29,6 мг/л. Поскольку концентрация сульфат-ионов в сточных водах Байкальского комбината  достаточно велика (100-200 мг/л), повышение концентрации сульфата в районе сброса объяснимо, однако остается совершенно непонятным, по какой причине в этой точке могли наблюдаться концентрации сульфата в 4 раза меньше фоновых. Авторы не задаются также целью выяснить, действительно ли наблюдаемые ими повышенные концентрации сульфат-иона попадают в Байкал со стоками комбината. Для этого можно было бы проверить, сопровождаются ли они повышенными концентрациями натрия: если бы источником  «пятен» сульфата были стоки, то при «избыточной» концентрации сульфат-иона 29,6-5,5 = 26,1 мг/л концентрация ионов натрия должна была бы быть равной   3,6 + 6,25 =  9.85 мг/л. Этого не сделано.

О том, что антропогенные загрязнения пока существенно не изменили  содержания главных ионов в водах Байкала, говорит уже то обстоятельство, что их концентрации (Falkner et al., 1991) одинаковы на всех глубинах в трех котловинах Байкала (рис. 2.1.4):если бы существенное загрязнение имело место, оно не могло бы влиять на состав вод разных котловин одинаково.

Указанное не означает, что опасность загрязнения Байкала главными ионами отсутствует. Напротив, поскольку такие ионы, как натрий, магний, хлорид и сульфат консервативны, то есть не усваиваются биотой и существенно не концентрируются в осадках, следует предполагать, что вследствие развития хозяйственной деятельности человека в водосборном бассейне их концентрации в Байкале медленно, но неуклонно растут. На эту опасность еще в 1973 г. указывал К.К. Вотинцев (Вотинцев, 1973).  Медленное “осолонение” не представляет большой опасности при том условии, что воды Байкала  интенсивно перемешиваются до самого дна так,  как это имеет место в настоящее время. Недавними исследованиями (Klerkx et al., 1993; Hohmann et al.,1997) установлено, что существенной частью механизма обновления глубинных вод Байкала является фактор солености, поскольку даже небольшие изменения общей минерализации (в диапазоне 1-2 %) при определенных условиях существенно изменяют плавучесть «частиц воды». Если поступающие с притоками воды с повышенным содержанием главных ионов будут концентрироваться у дна озера, то в конце концов богатые кислородом поверхностные воды перестанут поступать в придонную область, и произойдет вымирание эндемичных донных биологических сообществ.

Однако для выяснения правдоподобности такого сценария необходимо провести дополнительные исследования с использованием прецизионных физических и химических методов. Такие исследования уже начаты. В частности, проведены прецезионные измерения с помощью океанологического зонда, непрерывно измеряющего электропроводность, температуру и давление. Эти измерения показали, что весь диапазон, ионной минерализации, рассчитанный из электропроводности,  составляет от 94,3 до 95,5 мг/л в пелагиали. Диапазон изменения ионной минерализации по вертикали пока не превышает 0,5-0,7 мг/л. Заметим, что этот факт еще раз свидетельствует о том, что вся опубликованная ранее информация о якобы имеющей место неоднородности распределения главных ионов в водах Байкала и о тенденциях изменения этого содержания во времени не имеют достаточных оснований.

Перепечатка без согласия автора запрещена. E-mail для контактов: grachev@lin.irk.ru
Публикация книги в сети интернет выполнена по гранту РФФИ-байкал №05-07-97200 E-mail: jonin@lin.irk.ru