Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геохимия придонных и иловых вод Восточной части Финского залива

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Геохимия придонных и иловых вод Восточной части Финского залива"

2 7

На правах рукописи

ФЕДОРОВА Наталья Константиновна

ГЕОХИМИЯ ПРИДОННЫХ и иловых вод ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ФИНСКОГО ЗАЛИВА (в связи с оценкой геоэкологической ситуации)

Специальность 04.00.06 Гидрогеология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в отделе региональной геоэкологии и морской геологии Всероссийского научно-исследовательского геологического института (ВСЕГЕИ)

Научный руководитель:

канд. геол.-мин. наук А.Е.Рыбалко.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук профессор кафедры гидрогеологии СПГГИ А.И.Коротков, кандидат геолого-минералогических наук доцент, ст.н.сотр. НИИЗК СПбГУ М.А.Мартынова.

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана (ВНИИОкеангеология)

Защита диссертации состоится и^О&Л_1997 г. в

15 ч ЗОмин на заседании диссертационного совета Д.063.15.07 в Санкт-Петербургском горном институте им.Г.В.Плеханова по адресу: 199026 Санкт-Петербург, В-26, 21-я линия, д.2, ауд.7217.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан 1997 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ///¿/¿У

диссертационного совета А.В,Кузьмин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Проблема сохранения природной среды в восточной части Финского залива, испытывающей интенсивное техногенное воздействие Санкт-Петербургского территориально-промышленного комплекса, является весьма актуальной. Не менее значима и оценка влияния Санкт-Петербургского региона на открытую часть Финского залива и экосистему Балтийского моря, в целом. Особенно остро эти вопросы встали в связи со строительством комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений.

Оценка экологической ситуации в регионе и рациональное природопользование невозможны без детального изучения гидрохимии иловых и придонных вод акваторий, а также процессов в геохимических барьерных зонах (ГБЗ) «река-море» и «донные отложения-вода».

Цель работы: установление закономерностей формирования химического состава придонных и иловых вод в восточной (российской) части Финского залива под влиянием природных и техногенных процессов, эколого-падрохимическое районирование исследуемой акватории и оценка ее геоэкологической ситуации.

Основные задача исследований:

1. Гидрогеологическая характеристика подземных вод дна восточной части Финского залива и условия взаимодействия их с морскими водами.

2. Выявление основных закономерностей формирования состава придонных и иловых вод восточной части Финского залива под влиянием гидрогеохимических процессов в барьерных зонах «река-море» и «донные отложения-вода».

3. Эколого-гидрохимическое районирование морского дна.

4. Сравнительная оценка влияния на экологическую ситуацию в Финском заливе Санкт-Петербургского промышленно-территориального комплекса и других источников техногенного воздействия.

5. Разработка методического комплекса гидрохимических исследований для геоэкологического картографирования дна акваторий.

Научная новизна н практическая ценность работы: 1. Впервые прослежены водоносные и водоупорные горизонты в восточной части Финского залива, охарактеризован состав подземных вод и особенности их взаимодействия с морскими водами, выявлены очаги предполагаемой субмаринной разгрузки.

2. Установлены основные закономерности формирования состава иловых и придонных вод в системе устье р. Нева — Невская губа — открытая часть Финского залива и гидрохимическая зональность восточной части Финского залива.

3. Доказано, что изучение микроэлементного состава придонных и иловых вод в пределах седиментационных бассейнов позволяет оценить геоэкологическую ситуацию на всей изучаемой акватории.

4. Разработан, апробирован и внедрен в практику геоэкологического картирования и регионального мониторинга методический комплекс гидрохимических исследований. Составленные в процессе работы гидрогеологическая и геоэкологическая карты восточной часта Финского залива представляют самостоятельную практическую ценность и могут быть использованы для характеристики и прогнозирования развития геэкологической ситуации в регионе.

Фактический материал был получен во время морских геоэкологических исследований отдела Региональной геоэкологии и морской геологии ВСЕГЕИ в период с 1989 по 1996 гг., включая геоэкологическое картирование при геологической съемки шельфа масштаба 1:200000 (ГСШ-200) листов О-Зб-УПД'Ш,

региональный геоэкологический мониторинг Балтийского моря в рамках Международной программы «Морской экологический (геоэкологический) патруль» (МЭП) (1990 —1996гг), геоэкологический мониторинг Невской губы (1994—1995гг).

Всего было отобрано и проанализировано более 500 различных проб воды на общий химический, полярографический и количественный спектральный анализы, а также проанализированы результаты геохимических исследований донных отложений. Полученные данные были обработаны статистическими методами, в том числе, с использованием разработанного во ВСЕГЕИ пакета прикладных геологических программ ПГД-ОС.

Личный вклад автора заключается в самостоятельном проведении всех гидрохимических исследований в указанных работах, включая отбор проб, экспресс-аналитическое определение нестойких компонентов на борту судна, обобщении и систематизации всего фактического материала, а также в составлении гидрогеологической карты и гидрохимической нагрузки геоэкологической карты восточной части Финского залива масштаба 1.500000 и подготовки соответствующих разделов в научно-производственных отчетах.

Защищаемые положения:

1. Влияние подземных вод на формирование химического состава морских вод очень незначительно и сказывается только в зонах субакв&льной разгрузки в основании вендского глинтово-го уступа и в переуглубленных палеодолинах. Эта зоны сопровождаются локальным опреснением, изменением физико-химических параметров (рН, Ей, температура, щелочность и др.), что приводит к выпадению железа, марганца и ряда микроэлементов и может являться дополнительным фактором формирования железо-марганцевых конкреций.

2. Барьерная зона «река-море» в невском эстуарии характеризуется значительной шириной и наличием нескольких разоб-

щенных солевых и гидродинамических барьеров, что приводит к накоплению большей части микроэлементов, поступающих со стоком реки Невы и сточными водами Санкт-Петербурга в иловых водах и донных осадках седиментационных бассейнов Невской губы и Шепелевского плеса. Существенное влияние на микрокомпонентный состав природных вод западной (открытой) части Финского залива оказывает вынос микроэлементов из Выборгского, Нарвского заливов и Лужской губы.

3. Эколого-гидрогеохимическое районирование изучаемой акватории и оценку геоэкологической ситуации в отдельных районах возможно проводить на основе изучения микрокомпонентного состава придонных и иловых вод в пределах локальных седиментационных бассейнов.

4. Предложенный экспрессный гидрогеохимический комплекс исследований с использованием портативных анализаторов позволяет в экспедиционных условиях на судах различного класса получать информацию для характеристики гидрохимических процессов в барьерных зонах «донные отложения-вода» и «река-море», а также оперативно устанавливать характер загрязнения придонных и иловых вод.

Апробация работы: Основные выводы и положения диссертации обсуждались на Научно-техническом семинаре «Методика морских поисково-геологосъемочных работ» (СПб. ,1993), Сессии Ученого Совета ВСЕГЕИ (1994), Международном научном семинаре «Экологическая гидрогеология стран Балтийского моря» (СПб.,1993), 1-м Международном симпозиуме «Экологические проблемы Ладожского озера»(СПб.,1993), 3-м и 4-м Международных совещаниях по геологии Балтийского моря (Сопот,1993, Уппсала, 1995), Заседании СПб об-ва Естествоиспытателей (1996), Международной конференции «Проблемы эволюции Земной коры (СПБ.,1996), Гидрогеологическом семинаре на кафедре Гидрогеологии СПбГИ (1996), научном заседании отдела Региональной геоэкологии и Морской геологии ВСЕГЕИ (1996).

Публикации. Материалы выполненных исследований опубликованы в 9 научных работах, 3 работы изданы зарубежом. В настоящее время в печати находятся еще три статьи. Методические разработки автора использованы при составлении "Инструкции по геологической съемке шельфа масштаба 1:200000 (1995г) и методических документов по геоэкологическим исследованиям акваторий, разрабатываемых в настоящее время во ВСЕГЕИ

Объем работы: Диссертация состоит из 6 глав, введения и заключения общим объемом 190 страниц, содержит 18 таблиц, 61 рисунок, 3 графических приложения. Список использованной литературы включает 111 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю А.Е.Рыбалко, сотрудникам отдела Региональной геоэкологии и Морской геологии ВСЕГЕИ МА. Спиридонову, С.Ф.Мануйлову, А.ВАмантову, ВАШахвердову, ГА.Суслову, ВА.Жамойде, В .МАнохину за помощь в полевых исследованиях и подготовке работы, ДВ.Слободинскому за консультации при проведении математической обработки данных, сотрудникам сектора Гидрогеологии и гидрогеохимии природных вод ВСЕГЕИ ЕЛ.Баскову, С .В .Егорову, С Д.Сурикову, ВВЛетро-ву, ТХИвановой, МАЛуйко, а также СЛ. Топорцу, М.С. Захарову за обсуждение работы. Автор благодарит ЛВЛепкову и КТ.Серпову за помощь в проведении анализов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Гидрохимические работы на Балтийском море начались в первом десятилетии XX века, а на Финском заливе — с 1920 года. Результаты этого этапа изложены в работах Г.В Люпина, К .М.Дерюгина, Т.Н.Горшковой,С.ГриппенСерга и Б. Кулленберга. В 60 — 7Ох годах комплексное изучение придонных и иловых вод, связанное с совершенствованием методики пробоотбора и лабораторных исследований, было продолжено О.В.Шишкиной, Ю.Н. Гу-

рским и Р.В.Мокриком, А.И.Блажчишиным. Изучением региональной гидродинамики и разгрузки подземных вод в прибрежной полосе Балтийского моря занимались И.С.Зекцер, ЕЛ.Куде-лин, Р.Мокрик, В Иодказис, ЮГ.Юровский и др.

Вопросы формирования природных вод и особенностей их преобразования в процессах диагенеза и на барьерных зонах «дно-вода», «река-море», рассмотрены в статьях и монографиях АНКороткова, А.Н.Павлова, ВА Кирюхина, ЕАБаскова, С.В.Его-рова, М.М.Доманова, В.ВГордеева, Е.М.Емельянова, Я.В.Неизвестнова, С.М.Сударикова, О.СЛустельникова и многих других.

1.Методика исследовании. В процессе выполнения работы автором на основе экспресс-анализаторов был предложен и апробирован как при ГСШ-200, так и при морских геоэкологических исследованиях методический комплекс эколого-гид-рогеохимических исследований. Этот комплекс включает в себя отбор проб воды из герметичных грунтовых трубок, не нарушающих донную поверхность и позволяющих опробовать придонный (0-1 Осм) слой воды, экспресс-аналитические определения гидрохимических характеристик с помощью портативных анализаторов и консервацию проб для дальнейшей обработки в стационарных лабораториях. Совокупность методов и способов гидрогеохимических исследований ммуг использоваться автономно на судах различного класса, что позволяет получать непосредственно в экспедиционных условиях объективную характеристику геоэкологической ситуации исследованных районов по гидрохимическим данным и составляет суть четвертого защищаемого положения.

Дальнейшая обработка материала включала:

• сбор и анализ литературных данных по геоэкологии Финского залива;

• составление базы гидрогеохимических данных и компьютерную статистическую обработку результатов;

• построение графиков и карт различного содержания.

2. Гидрогеология дна восточной части Финского залива и условия взаимодействия подземных и морских вод.

Дно Финского залива располагается в пределах склона Балтийской гидрогеологической складчатой области, сложенной метамор-фи зеванными и изверженными породами архей-протерозойского возраста, и северной части Восточно-Европейской артезианской области (Прибалтийский артезианский бассейн), представленной осадочными образованиями венда и кембрия. Подземные воды субаквальной и континентальной территории имеют идентичный химический состав, что нашло отражение на гидрогеологической карте дна залива , построенной путем экстраполяции гидрогеологических данных, отображенных на «Международной гидрогеологической карте Европы масштаба 1:1500000» 1975 г.

Четвертичные отложения представлены преимущественно отложениями последнего гляциоседиментационного (поздневал-дайского) цикла: мореной и осадками водно-ледникового и водного генезиса, озерными и морскими отложениями литориновой и более поздних трансгрессий. Мощность их составляет 10—20м, достигая в отдельных местах 100 метров. Они образуют слабопроницаемый экран между подземными водами и водной толщей Финского залива.

Подземные воды верхнеплейстоцен-голоценовых отложений объединены в единый водоносный горизонт и приурочены к невыдержанным по мощности и простиранию песчанистым слоям ледниково-озерного, озерного и морского генезиса Уровни вод в них устанавливаются на абсолютных отметках около 0, соответствующих уровню Финского залива.

Подземный сток играет подчиненную роль в формировании химического состава водной толщи залива. Проведенные Р.Мокриком расчеты показывают, что из нижнепалеозойских-верхнепротерозойских пород ежегодно в Финский залив поступает 146 м3 подземных вод.

Субаквальная разгрузка в восточной части Финского залива происходи г преимущественно из вод гдовского (редкинского) водоносного горизонта, сложенного песками и песчаниками, залегающими на отметках -40 + -70м. Воды — напорные, пресные, гидрокарбонатные кальциевые. По направлению на юг они становятся более минерализованными (до 5,6 г/л и более), а состав меняется нахлоридный натриевый.

Условия для субаквальной разгрузки подземных вод гдовского горизонта возникают в местах его близкого подхода к поверхности дна, что отмечается в основании затопленного вендского глинтового уступа, а также в глубоко врезанных в коренные породы палеодолинах, днище которых фиксируется на отметках более 100м.

Минерализация подземных вод в этих местах составляет около 2-4 г/л, а придонных вод — около 4-6 г/л, поэтому при инфильтрации подземных вод могут возникать локальные зоны опреснения. Изменение основных физико-химических параметров в барьерной зоне субмаринной разгрузки (температуры, рН, окислительно-восстановительного потенциала, щелочности), наряду со скачкообразным уменьшением солености на 2%о , приводят к изменению концентраций микроэлементов, в том числе к выпадению гидроокислов железа и марганца. Это подтверждается распространением в зонах смешения подземных и придонных вод железо-марганцевых конкреций (ЖМК). При близком залегании водоносных пород у поверхности дна и, соответственно, более интенсивной инфильтрации подземных вод и высоком градиенте солености, как это имеет место в подножие вендского уступа, возникают скопления ЖМК с повышенными концентрациями марганца.

Таким образом, в результате проведенных исследований были прослежены в пределах субаквальной области водоносные и водоупорные горизонты, выделенные на суше, что позволило охарактеризовать состав подземных вод. Зоны субаквальной раз-

грузки имеют подчиненное значение в формировании химического состава придонных и иловых вод и проявляются в виде локальных зон опреснения в основании затопленного вендского глинто-вого уступа и в погребенных палеодолинах. Все это позволило сформулировать первое защищаемое положение.

3. Особенности формирования химического состава придонных и иловых вод под влиянием геохимических процессов в барьерной зоне «река-море». Гидрохимический режим восточной части Финского залива определяется особенностями водообмена с Балтийским морем, береговым стоком, а также конфигурацией береговой линии и рельефом дна. Ежегодный приток пресных вод колеблется от 100 до 125 км3. Минерализация речных вод невелика (в среднем 70—100 мг/л).

Наиболее активно преобразование химического состава водной толщи наблюдается в геохимической барьерной зоне (ГБЗ) «река-море», представляющей естественную границу, где смешиваются пресные речные и соленые морские воды. При этом происходит резкое снижение скоростей водного потока (гидродинамический барьер) и скачкообразное увеличение солености воды (солевой барьер), сопровождаемое изменением концентраций макро- и микрокомпонентов, а также взвешенного вещества. Мощный речной сток р. Невы обусловил формирование в Невской губе пресных вод (от 40 до 134 мг/л) преимущественно гидрокарбонатпого магниево-кальциевого состава

Гидродинамический барьер, где значительная часть взвеси погружается в придонные слои и выпадает в осадок, располагается при впадении Невы в Невскую губу. Солевой барьер определяется положением гидрофронта, выделяемого по соотношению ионов 804+СШС0} и находится в центральной части губы на расстоянии около 8—10км от края дельты. Здесь в результате подтока органики вместе с морскими солеными водами происходит образование флокулл гидроксидов Ге, А1, Мп с органическим

веществом и уменьшение в воде растворенных форм Ъхх, Си, Сс1, РЬ и др., которые сорбируются этими флоккулами. Поэтому придонные воды Невской губы отличаются низкими концентрациями большинства тяжелых металлов. Средние содержания Сё, РЬ, Си и соответственно составляют (мкг/л): 0,4; 3,2; 13,2; 54,9. Повышенные значения элементов Бе+Мп+Сг+А1+№ ассоциации, мигрирующих главным образом в виде взвесей, отчетливо тяготеют к зоне накопления глинистых осадков в западной части Невской губы (рис.1). Эти осадки и заключенные в них иловые воды характеризуются высокими содержаниями микроэлементов, концентрации которых в десятки и сотни раз превышают фоновые содержания их в придонных водах. Содержания РЬ могут достигать 1952, Си — 2292, 1п — 7961, а Сс1 — 20,8 мкг/л. Аномалии имеют преимущественно локальный характер и связаны с верхним слоем осадков, окисленная пленка которых препятствует диффузии тяжелых металлов в придонные воды.

Уменьшение скоростей течения и увеличение солености к западу от острова Котлин приводит к формированию новой комплексной (солевой и гидродинамической) ГБЗ. В результате повторного, но более активного процесса органической коагуляции и осаждения взвешенного материала в седиментационном бассейне Шепелевского плеса в иловых водах содержания РЪ, Си, 2х\ и Сё могут достигать соответственно 174; 82; 933,4; 23,7 мкг/л. По мере удаления от барьерной зоны на запад и увеличения минерализации придонных вод в них начинают преобладать растворенные формы металлов. Средний уровень содержаний их составляет для РЬ-—6,8; Си —5,57; Хп -106,9; Сё — 0,7 мкг/л.

В результате исследований установлено, что в невском эстуарии в результате смешения речных и морских вод возникают две барьерные зоны. Первая из них, расположенная в Невской губе, характеризуется разобщенностью солевого и гидродинамического барьера и служит фильтром для ионного стока и части взве-

Невская губа

250 Т 200 Ц 150 ^ 100 50

р.Ввзд

У*.

'ч

гвэ,

Шепелевский плес

Дакба рз^ и.Лмхлям

^ ^ ^ ^ ^

(О

со

пгп

ИСи

ирь аса

^ (Л

$ 52 Э ™ оЗ сЗ Ра ^ 3 г?

38

номер« станции

адао

7000 6000 . 5000

;4ооо 'зооо 2000 1000 о

гЧ сЗ ?! ?3 Номере станций

?3 ?3

Рис.1 Изменение содержания тяжелых металлов в придонных водах по профилю: устье р.Нева-дамба-Шепелевский плес (ГБЗ - положение солевого барьера)

шенного материала, аккумуляция которого происходит в пределах седиментационного бассейна Невской губы. Большая часть взвешенного материала выносится во внешний эстуарий, где задерживается на втором гидродинамическом барьере. Здесь же происходит связывание части ионного стока, перевод его в органо-мине-ральную форму с последующим осаждением и накоплением в иловых водах Шепелевского седиментационного бассейна.

Таким образом, гидрохимическая зональность в восточной части Финского залива, определяется положением и характером барьерных зон «река-море». Наибольшей сложностью эта процессы отличаются в невском эстуарии, барьерная зона в котором характеризуется значительной шириной (70 км) и наличием нескольких разобщенных разграничительных (барьерных) границ. Только незначительная часть микроэлементов, преимущественно в растворенной форме, проходит через этот фильтр и мигрирует далее в западную глубоководную часть залива. Влияние комплекса защитных сооружений мало сказалось на этом природ-но предопределенном процессе. Полученные результаты позволили сформулировать второе защищаемое положение.

4. Экологеьгидрохнмическое районирование и характеристика состоянии природной среды в выделенных районах. Дальнейшее изменение микроэлементного состава придонных и иловых вод происходит преимущественно в седимента-ционных бассейнах открытой часта Финского залива, под которыми понимаются зоны устойчивой аккумуляции глинистых осадков в депрессиях ледникового рельефа, занимающие в настоящее время около 50% дна Финского залива.). Седиментацион-ные бассейны являются своеобразными «конечными водоемами стока» для обширных участков морского дна и прилежащих побережий, где накапливаются как природный, так и техногенный осадочный материал, а гидрогеохимические процессы на барьерной зоне «донные отложение-вода» в этих бассейнах регулируют особенности захоронения химических элементов в иловых водах.

Это позволяет использовать гидрохимические данные, полученные при изучении этих седиментационных бассейнов для характеристики геоэкологической ситуации на всей акватории.

В диссертации на основании гидрохимических данных приведено эколого-гидрохимическое районирование восточной части Финского залива. Основной характеристикой являются состав иловых и придонных вод, а также особенности гидрохимических процессов в барьерных зонах. Эти показатели были использованы для выделения четырех основных эколого-гидрогеохимических районов : Невский эстуарий, заливы южного побережья, северная (транзитная) часть Финского залива, Выборгский запив.

Ведущим гидрохимическим процессом ъ Иевсхом эстуарии является транзит и изменение химического состава стока реки Невы от ее устья до границы между Шепелевеким и Сескарским плесами, где перестает сказываться опресняющее влияние речных вод. В описываемом районе располагается наибольшее по сравнению с другими геоэкологическими районами количество устойчиво существующих гидрохимических аномалий в иловых и придонных водах. Ореолы частично метаморфизоваяных придонных вод отмечаются у стоков Северных и Южных очистных сооружений. Наиболее загрязненными участками в Невской губе являются гавани Санкт-Петербургского порта и Кронштадской ВМБ, а также карьеры на приустьевом взморье Невы. На Шепелевском плесе устойчивые гидрохимические аномалии тяжелых металлов в придонных и иловых водах приурочены к седиментационным бассейнам западнее острова Котлин, а также фиксируются в районе сброса вод очистными сооружениями городов Сестро-рецк и Кронштадт. При этом происходит не только накопление тяжелых металлов, но и частичное техногенное изменение общего химического состава морских вод.

Интенсивное загрязнение иловых вод создает потенциальную угрозу их миграции в более глубокие слои и просачивания в

обширные, образовавшиеся из-за активной эксплуатации подземных вод, депрессионные воронки и загрязнение водоносного гдовского горизонта.

Таким образом, Невский эстуарий характеризуется наиболее напряженной геоэкологической ситуацией. Поступление органического загрязнения приводит к возникновению стагнационных условий на границе "донные отложения-вода" и постепенному уничтожению окисленного слоя, что способствует диффузии элементов из иловых вед в придонные и их вторичному загрязнению. В тоже время, природные особенности Невской губы, ее малые глубины, разнонаправленные течения, охватывающие всю водную толшу, способствуют активному развитию процессов самоочищения, что позволяет говорить об отсутствии критического состояния экосистемы Невского эстуария.

В южных заливах восточной части Финского залива (Ко-порской, Лужской и Нарвской тубах), приуроченных к слабо поднимающемуся берегу, площади седиментационных бассейнов и мощности накапливающихся глинистых осадков существенно сокращены. Гидрохимический режим придонных вод определяется стоком рек Нарва, Луга и ряда других более мелких водотоков. ГБЗ «река-море» в приустьевых частях характеризуются небольшой шириной (4—5 км) и различным градиентом солености.

Наименее загрязнены придонные воды Копорского залива, которые выносятся преимущественно на север, в сторону Сескарского плеса. В седиментационном бассейне Лужской губы, в значительной мере изолированном от остальной части Финского залива, с низкоградиентной (< 2 %о) ГБЗ «река-море», содержание ТМ в придонных водах максимально для всей восточной часта Финского залива (концентрации достигают (мкг/л): С<3 - 2, РЬ - 64,5, 2п -1048). Интенсивное загрязнение привело к уничтожению окисленного слоя осадков и диффузии микроэлементов из иловых вод в придонные, в связи с чем наблюдается обед-

нение иловых вод ТМ в верхнем слое осадков микроэлементами. Вынос микроэлементов осуществляется в Межостровной район.

Мелководный Нарвский залив, открытый северо-западным волнениям, характеризуется хорошей аэрацией придонных слоев и относительно высоким градиентом солевого барьера (4-5%о) в устье р. Наровы. Вследствие этого значительная часть микроэлементов на ГБЗ «река-море» переходит в органо-минеральные взвеси, которые осаждаются в седиментационном бассейне на глубинах 15—25м. Средние содержания тяжелых металлов, мигрирующих преимущественно в ионной форме (Cd, Pb, Си, Zn), в придонных водах незначительны (рис.2) за исключением приустьевого взморья. Содержания Al,Fe,Mn и других ТМ, переносимых преимущественно во взвешенной форме, значительно выше, чем в других районах. Здесь также отмечается приуроченность к устьевой зоне. Наличие хорошо выраженной зоны окисления способствует возникновению в иловых водах значительного резерва микроэлементов (рис.3). Особенно высокие концентрации имеют Cd и Си (11,75 и 30,1 мкг/л).

Характер течений и наличие вытянутых в северо-западном направлении ложбин экзарационного происхождения предопределило вынос значительной части микроэлементов, в том числе и техногенного происхождения, в сторону седиментационных бассейнов Гогландского района. Таким образом, Нарвский залив, как и Лужский является значительным поставщиком микроэлементов для открытой часта Финского залива и оказывает влияние на геоэкологическую ситуацию в западной его части.

Основной водообмен между невским эстуарием и открытой частью Финского залива происходит по его северной (транзитной) части, в состав которой входят Сескарский плес, Межостровной район, расположенный между островами Мощный, Малый, Сескар и Березовым архипелагом, а также Гог-ландский район, граниченный островами Гогланд, Мощный и Большой Тютерс. Каждый из этих районов характеризуется нали-

Рис.2 Сопоставление средних содержаний тяжелых металлов (2п,Си,РЬ,Сс1) в придонных водах седиментационных бас-

сейнов Невской губы (1), Шепелевского плеса (2), Сескарс-кого плеса(З), Межостровного (4), Гогландского (5) районов, Лужской губы(7), Нарвского (8) и Выборгского: (внутренней (9) и внешней (10) частей) заливов.

1200 п

1000 - Г"""

800- Г"* :

1600 -X

400 -

Районы

1 2 3 4 5 6 7 8

5ис. 3 Сопоставление средних одержаний тяжелых металлов (7п,Си,РЬ,Сс1) в иловых водах седиментационных бас-Невской губы(1), Шепелевского плеса (2), Сескарского плеса (3), Межостровного (4), Гогландского (5)районов, Лужского (6) Нарвского (?) и Выборгского (8) заливов.

чием седиментационных бассейнов различной величины и располагающихся на разных батиметрических уровнях, глубина которых возрастает с востока на запад и достигает в Гогландском районе 60-70м.

Химический состав придонных вод, начиная с Сеасарско-го плеса, приобретает черты морского бассейна. Соотношение основных ионов остается постоянным. Соленость придонной воды изменяется от 3,9 до 7,0 %о и увеличивается на запад. Придонные слои хорошо аэрированы, содержание кислорода в них достигает 65 и более процентов. Поверхность донных отложений характеризуется четко выраженной зоной окисления. Содержание микроэлементов, мигрирующих преимущественно в растворенной форме, в придонных водах увеличивается с востока на запад в соответствии с увеличением общей минерализации, а концентрации микроэлементов, которые связаны с органо-минераль-ными взвесями <Те,А1,Мп) несколько уменьшается в этом же направлении (рис.2).

На общем фоне установлены локальные комплексные аномалии тяжелых металлов, одна из которых располагается между островами Мощный и Сескар (международная станция Б-41) на пересечении двух потоков выноса ТМ: из невского эстуария, и из Лужской губы.

В иловых водах содержание тяжелых металлов невысокое и, в целом, уменьшается с востока на запад (рис.3), что подтверждает ограниченное влияние невского эстуария на загрязнение западной части Финского залива.

Для внутренней части Выборгского залива, расположенной в шхерном районе, характерна напряженная геоэкологическая ситуация, связанная с его изолированностью от открытой части Финского залива, расчлененным характером донного рельефа, изрезанностъю береговой линии и наличием на берегах многочисленных, крупных промышленных предприятий. Характер течений и отсутствие крупных рек с хорошо выражен-

ной барьерной зоной "река-море" способствуют выносу продуктов загрязнения во внешнюю часть Выборгского залива, где в многочисленных депрессиях происходит интенсивное осадкона-копление в условиях анаэробного режима. Отсутствие зоны окисления приводит к диффузии микроэлементов в придонные воды и их миграции между отдельными седиментационными бассейнами. В результате этого в придонных водах возникают локальные, но интенсивные и комплексные аномалии тяжелых металлов (содержание РЬ и Си, достигает 300 и 66,7 мкг/л, соответственно). Накопление микроэлементов происходит также в иловых водах и донных осадках. Достаточно интенсивные придонные течения приводят к периодическому размыву верхней части осадочного покрова, образованию взвеси в нижних горизонтах водной толщи, процессам десорбции и переходу микроэлементов в ионную (подвижную) форму и выносу их в сторону Гогландского района.

Таким образом, изучение состава придонных и иловых вод в пределах седиментационных бассейнов позволило провести эколого —гидрохимическое районирование восточной части Финского залива, оценить геоэкологическую ситуацию региона в целом, выделить районы с интенсивно нарушенной природной средой (Невская губа), находящихся в неустойчивом экологическом состоянии (Лужская туба, Выборгский залив, Гогландский район) и с относительно благоприятной геоэкологической ситуацией (Копорская губа, Нарвский залив, Межостровной район). Техногенное загрязнение приводит к формированию в барьерной зоне «вода-донные отложения» седиментационных бассейнов в Невской и Лужской губах, а также в Выборгском заливе аномальных зон с анаэробными условиями седиментогенеза, широкой ассоциацией тяжелых металлов в иловых водах, которые являются источником вторичного загрязнения акваторий. Большое влияние на экосистему западной (открытой) части Финского залива играет вынос микроэлементов в растворенной и взвешенной форме из Выборгского, Лужского и Нарвского заливов. Проведенные ис-

следования позволили сформулировать третье защищаемое положение.

Выводы:

1. Водоносные и водоупорные горизонты, выделенные на суше, прослеживаются в пределах субаквальной области, что позволяет охарактеризовать состав подземных вод в экваториальной части. Зоны субаквальной разгрузки имеют подчиненное значение в формировании химического состава придонных и иловых вод и проявляются в виде локальных зон опреснения в основании затопленного вендского глинтового уступа и в погребенных пале-одолинах.

2.Гидрохимическая зональность в восточной часта Финского залива, определяется положением и характером барьерных зон «река-море». Наибольшей сложностью эта процессы отличаются в невском эстуарии, барьерная зона в котором характеризуется значительной шириной (70 км) и наличием нескольких разобщенных разграничительных (барьерных) границ. Такой характер ГБЗ «река-море» в устье Невы приводит к переводу большей часта микроэлементов, поступающих с речным стоком и сточными водами, в органо-минеральную форму и накоплению их в иловых водах и донных осадках седиментационных бассейнов невского эстуария. Только незначительная часть микроэлементов, преимущественно в растворенной форме, проходит через этот фильтр и мигрирует далее в западную глубоководную часть залива. Влияние комплекса защитных сооружений мало сказалось на этом природно предопределенном процессе.

3. Изучение состава придонных и иловых вод в пределах седиментационных бассейнов позволило провести эколого — гидрохимическое районирование восточной части Финского залива, выделить районы с интенсивно нарушенной природной средой (Невская губа), находящихся в неустойчивом экологическом сос-

тоянии (Лужская губа, Выборгский залив) и с относительно благоприятной геоэкологической ситуацией.

4. Существенное влияние на экосистему западной (открытой) части Финского залива играет вынос микроэлементов в растворенной и взвешенной форме из Выборгского , Лужского и На-рвского заливов.

5. Техногенное загрязнение приводит к формированию в барьерной зоне «вода-донные отложения» седиментационных бассейнов в Невской , Лужской губах и Выборгском заливе аномальных зон с анаэробными условиями седиментогенеза, широкой ассоциацией тяжелых металлов в иловых водах, которые являются источником вторичного загрязнения акваторий.

6. Предложенный и внедренный в практику эколого-гео-логического картирования и регионального мониторинга мобильный комплекс гидрохимических исследований обеспечивает экспрессное определение наиболее нестойких химических элементов и позволяет на месте оценивать геоэкологическое состояние изучаемых акваторий.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих статьях:

1. Гидрохимия придонных и иловых вод восточной части Финского залива и проблемы загрязнения акваторий в зоне воздействия крупных промышленных агломераций/ Экологическая гидрогеология стран Балтийского моря. Международный научный семинар. Спб.,1993, с. 63-64.(совместно с А.Е.Рыбалко).

2. Опыт использования ПЭВМ при геоэкологических исследованиях акваторий внутренних бассейнов/ Методика морских поисково-геологосъемочных работ. Тезисы докладов. Спб.,1993, с. 24 (совместно с Д.В.Слободинским и А.Е.РыОалко).

3. Некоторые вопросы методики геоэкологических исследований и картографирования в крупном и среднем масштабах/ Методика морских поисково-геологосъемочных работ. Тезисы

докладов. Спб.,1993, с. 22-23 (совместно с Д.В.Юрьевым и А.Е.Рыбалко).

4. Heavy metals in sediments and pore waters from the Eastern Gulf of Finland/ Abstracts of Papers. Third Marine Geological Conference «The Baltic». Sopot, 1993, pp50-51. (with M.Spiridonov, A.RybaJkoJXYuijev, L.Niemisto, B. Winterhalter)

5. Инновационные электрометрические исследования при геоэкологическом изучении шельфа/ Разведка и охрана недр,

1994, Ке 12, с.23-27 (совместно с МА.Холмянским, В.Н.Соболевым, А.Е.Рыбалко и НШредером).

6. Геоэкологическое районирование восточной части Финского залива, особенности миграции и накопления химических элементов. Проблемы геоэкологии Северо-Запада России, Спб., СЗГРЦ, 1995, с.25-36 (совместно с МА.Спиридо-новым, А.Е.Рыбалко, В АШахвердовым, В.Ш>утылиным).

7. Environmental geological investigation at the Lake Ladoga/ Abstr. of the 1st Intern. Lake Ladoga Symposium, 1993. Joensuu,

1995. pp.219, (with A-Rybalko & D.Yuijev).

8. Environmental geology of the river Neva-Neva Bay-Eastern Gulf of Finland area and the problems of anthropogenic pollution on the Gulf of Finland/ The Baltic. The Abstract of the Fourth Marine Geological Conference, October 24—27, 1995. Uppsala, 1995, pp. 45.(with A-Rybalko).

9. Донные отложения и геохимические процессы в барьерной зоне «дно-вода» в системе южная часть Ладожского озера— р. Нева— эстуарий р.Нева /Экологическое состояние водоемов и водотоков бассейна р. Невы Спб, Научный центр РАН, 1996, с. 68-95. (совместно с А.Е.Рыбалко).