Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Химия природных льдов

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Химия природных льдов"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ГОДРОМЕТЕОРОЛОГШ ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 556 Л14+-¿51.321/322

ИВАНОВ АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ХИМИЯ ПРИРОДНЫХ льдов

Специальность II.00.07 - Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

Научный консультант - профессор, д.г.н. М.Н.Тарасов

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем

дао ан ссср

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор А.Л.Зенин, доктор географических наук, профессор Л.Н.Горев, доктор геолого-минералогических наук И.С.Ломоносов

Ведущая организация: Институт географии СО ан СССР

на заседании специализированного совета по присуждению степени доктора географических наук в Гидрохимическом институте Гос-комгидромет'а (344090 Ростов-на--Дону, пр.Стачки, д.196)

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гидрохимического института.

Защита состоится

Автореферат разослан

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совет" к.х.н.

- г -

Введение _ .( Общая характеристика работы)

Актуальность, ^остановка проблемы и целевое назначение работы. Широкое распространение льда на Земло (около 30»10° км^) в ЭИДе атмосферного льда, снежного покрова, ледников, морского льда, ледяного покрова рек, озер, водохранилищ, подземного льда, в форме наледей обусловливает его воздействие на многие природные процессы в огромных масштабах эпизодически, кратковременно, в течение сезонов, лет, десятков, сотен, тысяч и даже миллионов лет. Ледяные массивы огромной протяженности (иногда в несколько тцсяч км) на реках, озерах, водохранилищах, болотах, сосредото-.: чивающих большие количества льда в Сибири и на Дальнем Востоке, определяют особенности гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режима водоемов и водотоков. Знания об этих процессах позволяют.судить о состоянии системы химия воды-химия льда и о прямых и обратных связях между ними и биотой.

Взаимодействие цивилизации с природной средой обусловило необходимость решения гидрохимической наукой вопросов о путях и механизмах миграции, о характере физических, химических и биохимических преобразований загрязняющих веществ в система лед-вода-биота, о разработке научных основ технологических методов очистки сточных вод при отрицательной температуре. Особенно остро эти вопросы возникают в связи с освоением территорий с суровыми климатическими условиями. Познание закономерностей гля-циогенного и криогенного преобразования химического состава природных вод приобретает особое значение в связи с перестройкой социально-экономического развития страны в целом и Дальневосточного региона в частности. Наиболее ванным представляется решение проблем охраны и чистоты водных ресурсов, которое не монет быть реализовано без учета аффектов, проявляющихся в суровых климатических условиях региона, без учета роли фазовых переходов воды из жидкого состояния в твердое в формировании гидрохимического режима и экологических условий в водоемах и водотоках, а следорательно, без детального изучения химического состава природных льдов.

Мимически!) состав природных льдон изучается в связи с ре-

шением задач, которые могут быть объединены ь следующие группы: палеогеографические, прогностические, актуальные, индикационные, прикладные. Законченные решения многих из них еще не найдены из-за отсутствия систематизацич источников поступления химических веществ в природные льды, факторов, механизмов и процессов формирования химического состава, т.е. из-за отсутствия-теоретических основ химии природных льдов.

Таким образом, давно назревшая необходимость в решении поставленных вопросов предопределила целенаправленность данного исследования - установить пути и механизмы формирования химического составе .природных льдов, вскрыть роль образования и таяния льда и снега в метаморфизации химического состава природных вод и оценить роль их ледовых 'аз в апологических и геохимических процессах. Положения диссертации и выявленные закономерности образуют ядро разрабатываемого автором научного направления -химия природных льдов. Его следует рассматривать с точки зрения дальнейшего развития науки о химии природных вод и как составную часть эволюционной теории развития гля-циосферы. Для восполнения выявленных пробелов автор поставил перед собой следующие задачи:

I. дать общие представления о системе вода-лед в гидрохимическом аспекте;

'¿. выявить факторы, механизмы и процессы формирования химического состава природных льдов;

3. выявить закономерности формирования химического состава гидрогенных ледяных массивов и снежного покрова;

4. выявить закономерности формирования химического состава талых вод;

5. вскрыть схему взаимодействий растворенных веществ в системах вода-лед и вода-лед-порода;

Ь. проанализировать роль антропогенных факторов в формировании химического состава природны: льдов и талых вод;

7. оценить роль образования и таяния природных льдов в круговороте веществ на Земле;

Ь. выявить экологическую роль природных льдов, связанную с протеканием гляциогенных гидрохимических процессов;

9. разработать методику прогнозирования влияния процессов льдообразования на гидрохимический реким водоемов и водотоков.

Методы исследований. Получение фактического материала осуществлялось на' основе проведения полевых исследований. Ьнбор объектов диктовался необходимостью охвата наибольшего числа видов природных льдов, их типичностью и основывался на физико-географическом анализе причин, условий, факторов и форм развития гляциогеннкх образований-. При этом использовалось экспериментальное моделирование физико-химических процессов образования и тая.ния1 льда (воспроизводились температура и концентрация веществ, характерных для природных условий); математическое моделирование гидрохимических процессов при образовании и таянии льда (полученные модели калибровались и проверялись на независимом материале)1; статистика. Устойчивость и воспроизводимость процессов формирования и преобразования химического состава природных льдов устанавливалась на основе данных сезонных и многолетних, ренлмных наблюдений. Роль антропогенных факторов в формировании химического состава природных льдов выявлялась путем выработки критериев и индикаторов»

Исходные материалы к личный вклад автора. Ь основу диссертации полонены материалы, которые получены в результате полевых и экспериментальных исследований, организованных и проведенных под руководством и при личном участии автора в течении 1970-19Ь9 гг. на территории Прибайкалья, Забайкалья, Приамурья, При-охотья. Постановка задач, методы исследования, содержание, научное и прикладное значение работ, ожидаемые результаты определялись непосредственно автором.

На_учная новизна работы состоит в следующем: I; определены позиции, содержание и основные понятия научного направления в гидрохимии - "химии природных льдов" - предмет которого - закономерности формирования, преобразования и динамики химического состава природных льдов; 2) систематизированы и обобщены сведения о факторах, механизмах и процессах формирования и об источниках химического состава природных льдов; 3) разработаны осноеы теории криогенной метаморфизации химического состава природных вод и льдов, являющейся важнейшей составной частью "химии природных льдов"; сюда вошли: терминология, теория формирования химического состава конкеляционных и водно-снеговых льдов, положение о структурно-генетической обусловленности химического состава ледяных массивов; система представлений о

- ь -

гляциогенном преобразовании химического состава замерзающих вод и формировании состава талых вод; сформулированы полокеиия о химических взаимодействиях в системах, вода-лйд-порода; 4) разработаны методические основы прогноза гидрохимического режима водоемов и водотоков в зависимости от гляциогенных процессов и прогноза химического сост. за' хонжеляциоянах льдов? 5) разработаны концепция об Индикации я методология" использования данных по химическом составу природных льдов Для распознавания характера природных и антропогенных процессов; 6У оценена роль образования и таяния льда в глобальных й региональных гидрохимических процессах к в круговороте веществ; 7) выявлены гидрохимисе-ские аспекты экологической роли прйродных льдов.

Основные защищаемые прложения. Центральной идеей диссертации является положение: природный лед, образованный в атмосфере, на поверхности и в верхних слоях литосферы Земли, представляет собой термодинамически обусловленную структурно неоднородную трехфазную многокомпонентную физико-химическую;систему. Нижеследующие положения позволяют ее раскрыть.

1. Криогенная метаморфизация химического состава природных льдов и замерзающих вод - это совокупность процессов формирования и преобразования состава растворенных газов, минеральных и органических веществ, состояния окислительно-восстановительных, кислотно-основных и водно-солевых систем под влиянием физических, химических и биологических факторов в результате образования и таяния льда и воздействия отрицательных и нулевой температур. При этом формирование химического состава ледяных массивов Проявляется стадийно и зонально через пространственную и временную изменчивость воздействия геолого-географических факторов,- выраасающих влияние процессов криогенной метаморфизации

в конкретных природных условиях. Этим определяется структурно-текстурная обусловленность распределения компонентов химического состава в теле ледяншс иайсивов.

2. Химические соединения' в природных льдах характеризуются множественностью фор», выражающейся в одновременном присутствии веществ неодинакового генезиса, различного агрегатного состояния,* резных типов фаз и включений. Следовательно, химический состав', его показатели и производные представляют совокупность индикаторов характера, интенсивности и направленности природных

- о -

и антропогенных гидрохимических процессов, б частности генезиса гляциальных образований.

3. Загрязнение природных льдов - функция загрязненной природной срэды их формирования и следствие процессов криогенной мета-морфизации состава и содержания загрязняющих веществ.

4. Физико-географические особенности формирования ледяных массивов и их химического состава через глобальные и региональные геохимические процессы приводят к замедлению круговорота веществ, к преобразовании ионного стока рек, к криогенному ми-нералообразованию, к изменению экологических условий обитания гидробионтов в водоемах и водотоках, к трансформации качества природных вод.

Практическая и научная значимость работы связана: с обоснованием строительства промышленных узлов; с обоснованием проектов организации заповедных мест и охраны памятников природы; с экологической оценкой состояния заповедников; с музейным экспонированием криогенных продуктов; с обоснованием рыбохозяйствен-ного использования водоемов; с экологическим обоснованием энергетического строительства.

-Автор участвовал в разработке программ ГКН'Г: О.Ьо.ОЗ "Прогноз изменения окрукащеЯ среда под влиянием строительства и эксплуатации БАМ"; 1.2.1 "Природные ресурсы СССР", раздел "Водные ресурсы", подраздел "Водные ресурсы Дальнего Востока"; в выполнении координационного плана НИР по теме "Закономерности развития наледей и наледлых процессов, принципы и методы их использования и борьбы с ними" (1976-1960 гг.), координационного плана НИУ по гляциологии Мевдуведомственного геофизического комитета АН СССР по разделу "Химический и изотопный состав льда и снега" (1981-1985 гг.). Реализацией их явилось издание монографий, пяти сборников и одной брошюры, в которых отражены вопросы формирования- зимнего гидрохимического режима рек и озер и содержатся материалы по химии снежного покрова, озерного и речного льда, наледей, обобщения о роли образования и таяния льда в гидрохимических и экологических процессах.

Для обоснования'комплексного использования ресурсов Нижнего Амура и создания "Схемы Амура..." в рамках межгосударственной (СССР и КНР) программы в течение 1987-1990 гг. детально исследовался его гидрохимический режим. Большое место в этих иссле-

дованиях занимают вопросы о формировании зимней фазы-гидрохимического режима и химического состава ледяного покрова р.Амура.

лвтор является научным руководителем, ответственным исполнителем и исполнителем темы "Влияние.Тугурской ИЗС на экологию Тугурского залива и его береговых биогеоценозов", выполняемой по заданию Гидропроекта им.С.Я.Жука, необходимой для ТЬО Тугурской ПЭС. В комплекс материалов входят ледовый режим и химический состав гляциальных образований на морской акватории и на притоках залива, а такие оценка экологических и гидрохимических процессов е зимний период в эстуарии р.Тугур,

Апробация. Основные положения диссертации обсуждались на международном симпозиуме "Взаимодействие ледников с океаном и атмосферой" (Ленинград, т^30),-на Советско-Китайском международном симпозиуме по геологии и экологи» бассейна. р.Амур (Благовещенск, 1959), на 2-м Международном симпозиуме по геохимии природных вод (Ростов-на-Дону, 1982), на <¡7 и 29 Всесоюзных гидрохимических совещаниях (Растов-яа-Дону, 1978, 1987), на расширенных заседаниях Научного совета по криологии Земли АН СССР (Москва, 1987, 1969), на 7, 8 и 9-м Всесоюзных гляциологических симпозиумах (Томск, 1980} Таллинн, 1984, Тбилиси, 1988), на Всесоюзном совещании по проблемам использования льда и снега . в народном хозяйстве (Иркутск, 1984), на Гляциологических совещаниях по проблемам наледеобразоЕания (Чита, 1973, Иркутск, 1978, 1989), на совещании по зимоЕедению (Чита, 197*;), на гляциологических шкодах-семинарах (Звенигород, 1979, I98S, 1986, 1987), на Всесоюзном совещании по лимнологии горних водоемов (Севан, 1184), на 3, 4, 6-ы Всесоюзных Лимнологических совещаниях (Лиственичное-на-Вайкале, 1973, 1977, 1981), на 4-м Всесоюзном симпозиуме по изучению органического вещества и биогенных элементов во внутренних водоемах (Петрозаводск, 1983), на Всесоюзной конференции по биологии солоноватых вод (Херсон, 1977), на б, 7, 8, 10, II и 12 'сесоюзных совещаниях по подземным водам Врстока СССР (Хабаровск, 1970, Новосибирск, 1973, Улан-Удэ, 1976, Иркутск, 1982, Чита, 1985, Ипкутск, 1989), на 2 и З-еы Всесоюзных конференциях "Проблемы четвертичной палеоэкологии и палеогеографии морей Северного Ледовитого океана" (Мурманск, 1987, 1989), на научно-теоретическом семинаре крио-лнтогенеза Междуведомственного антологического номитети АН СССР

- ь -

(Москва, 1987>, на 4 и 5-м Всесоюзны}: симпозиумах "Кинетика и динамика геохимических процессов" (Киев, 19ЬЗ, Черноголовка, 1969), на Совещании по географическим проблемам изучения зоны БАМ (Иркутск, 1976), на теоретическом гидрогеологическом семинаре (Иркутск, 19Ь4, 19ЬЬ), физико-географическом се.-линаре Института географии СО АН СССР (Иркутск,. 1973, 19ЬЬ), на семи-раре отдела гляциологии институт? географии АН СССР (¡иосква, 1968), на секции региональной гидрохимии Ученого совета Гидрохимического института Госкомгидромс-т (Новочеркасск, 1988), на теоретическом семинаре Отдела горных проблем Карельского филиала АН СССР (Петрозаводск, 19Ь5, 19Ь7).

Публикации. По теме диссертации соискателем опубликовано около 40 работ общим объемом более 50 п.л., в том числе 3 монографии .

Структура работы. Диссертация состоит из "Общей характеристики работы", 7 глав и Заключениявключает список использованных источников информации, "Условные обозначения" к формулам и "Приложение". Общий ее объем с Приложением Нос стр.

Криогенная иетаморфизация химического состава природных льдов и замерзающих вод

¿орыированке и преобразование химического состава водных и водно-снеговых льдов (как физического объекта), ледяных массивов (как природного объекта), гляциогенного изменения химического состава замерзающих природных еод, суть которых вскрыта в главах 2 и 4, частично в главе 3, составляющие начала криогенной метаморфизации, осуществляются при определенных термодинамических условийхпод воздействием многофакторных.процессов: совместной кристаллизации льда и солей, образования соединений включения, осаждения и соосакдения, разложения химических соединений, "дифференциации ионов мевду ледовой и ешдкой фазами под влияние;.! электрических потенциалов и разрядных токов на границе вода-лед, миграции ионов и солей во льду, дифференциации растворимых веществ между льдом и талыми водами при таянии.

Обычно формируется маломинерализованный лед и более высоко минерализованная замерзающая вода. К такому соотношении приводят адсорбция, адсорбционная окклюзия, дифференциация ионов под

слиянием электрических потенциалов, окклюзия льдообразующих иод, гравитационный сток жидких включений. Суммарное их воздействие описывается через величину коэффициента вовлечения (кв) в лед, значении которого ниже I.

При совместной кристаллизации льда и солей, образовании соединений включения, при кристаллизации твердых растворов концентрация ледовой и жидкой фаз может быть одинаковой (кв=1).

Радикальнс трансформируется состав ледовых фаз относительно льдообразующей воды при реализации процессов разложения минеральных и органических соединений. Во льду образуются не присутствующие, в воде соединения, появляются добавочные количества ионов аммония, ортофосфата, калия, алюминия. Значения кв могут быть значительно выше I (д<~ 10-1Х).

Формирование химического состава ледяных массивов рассматривается как криогенная метаморфизация химического состава природных льдов и замерзающих вод, протекающая в конкретных физико-географических условиях под влиянием гидрохимических (источники состава, пространственная и временная изменчивость химического состава льдообразующих вод), гляциологических (осенний ледоход, образование шуги и торосов, наледеобразование и др.), гидрофизических (скорость течения, подледный радиационный прогрев вод), гидрометеорологических (сухое и мокрое выпадение аэрозолей), и других факторов. Взаимодействие больших масс роды и льда в зимний период обусловливает формирование определенных строения поверхности и вертикальной структуры ледяных массивов. Вследствие этого формируется неоднородность распределения минерализации и ионного состава в ледяном покрове рек, озер, водохранилищ, морей по площади и вертикали (рис.1). Каждый вид льда характеризуется своими особенностями ионного состава и минерализации, причем слои наледного и внутриводного льдов обладают наибольшей минерализацией по сравнению с другими конжеляционными льдами при одинаковых гидрохимических условиях формирования. С этим связано не совсем последовательное снижение ее сверху вниз. Неоднородность состава усугубляется наличием в массе наледного льда скоплений различных криогенных минералов. Заметное воздействие на химию ледяного покрова р.Амура оказывает жизнедеятельность микрофлоры, обитающей во льду и на границе лед-вода, которая непосредственно влияет на концен-

Соотношение натрии / калий

5 10

_ _1_

Минегзяияаци* , мг/уг Ю »

Рис Л Структура и характер вертикального распределения показателей химического состава в ледяном покрове р.Тугур(приток Охотского моря) в 10 км от устья; I - наледный лед; 2 - нормальный конкеляционный лед; 3 - внутриводный лед; 4 - подледная вода; 5 - минерализация; 6 - соотношение натрий/калий.

■грацию биогенных сеществ.

fia распределение минерализации в теле наледных массивов оказывают влияние характер распределения наледной воды по ледяной поверхности, наличие снегыого покрова, двусторонний отвод тепла от замерзающих слоев воды.

Формирование химического состава подземных льдов тесно связано с взаимодействием химических соединений, содержащихся в тонких пленках соды, во льда к породе. Для.химически активных пород; и минералов ь присутствии Н+, СО^ их взаимодействие при отрицательных температурах протекает интенсивнее, чем при положительных, что доказано экспериментально. Это находит отражение в химическом составе подземных льдов, который характеризуется большим разнообраз ем. Так, тесное соприкосновение льда с сульфидсодержащими породами способствует появлению в его составе больших концентраций ионов двухвалентного железа и сульфата. Взаимодействие льда с торфяными отложениями, обусловливающее выщелачивание растворимых органических кислот, ионный обмен и осаждение минеральных и органических веществ, - главный фактор формирования химического состава болотных льдов.

Структурно-химические типы льдов могут быть охарактеризованы следующим образом: наледные и болотные льды - слоисто-очаговый тип; речные, озерные и морские припайные льды - очаговый (хаотический) по площади и слоистый - по вертикали; подземные льды - слоисто-зональный тип.

Изменение по цлине реки характера гидрологических, гляциологических и гидрохимических факторов (повышение уровня воды за счет приливов или сужения русла реки при промерзании, влияющие на интенсивность наледеобразования, смешение морских вод с пресными, влияющее на химию льдообразующих вод и на возможность внутриводного льдообразования, наличие полыней, определяющее занос шуги под лед) обусловливает последовательную смену одного типа вертикального распределения минерализации другим -от близкого к гомогенной структуре к исключительно сложной, характеризующейся чередованием максимумов и мигчмумов.

Формирование химического состава талых вод осуществляется иод воздействием температуры внешней среды, форм (твердая фаза, жидкие растворы), в каких присутствуют растворимые вещества во льну и снеге, химических свойств примесей, выщелачивающей и

~ IZ -

растворяющей способности самых талых вод, состояния (рыхлое, монолитное, гранулированное) ледовой массы. Через них проявляют свое влияние физические и химические факторы криогенной мета-морфизэциИ химического состава природных льдов. Следовательно, таяние как процесс является одной из стадий ишще всего конечной) криогенного преобразования состава ледоьых Фаз и гляцио-гзнной трансформации состава природных вод, Б естественных условиях химический состаз талых снеговых еод з руслоеых потоках зависит от интенсивности таяния снега, добегзния водных масс с удаленных участков водосбора, от интенсивности взаимодействия талой воды с подстилающей (мерзлой или немерзлой) поверхностью.

Анализ данных натурных наблюдений по химии талых вод различного генезиса, экспериментальное и математическое моделирование химических процессов таяния позволили установить, что химический состав талых вод формируется,в две стадии, названные криохимической и почвенко-геохимической. Б течение первой стадии осуществляется взаимодействие веществ' талых вод и льда (снега), второй - талых иод и подстилающей поверхности. Знания о механизме криохимической стадии позволяют методически подойти к определению состава и минерализации жидкой фазы в пресных льдах к снежном покрове.

Влияние льдообразования на химический состав природных вод проявляется в криогенном концентрировании и качественном изменении его. На основе баланса веществ и с учетом захвата льдом определенной их доли выведено уравнение, хорошо описывающее явление криогенного увеличения минерализации и концентрации компонентов химического состава:

Т.

где М(Т) - прег.'ьнная изменчивость минерализации подледной воды водоемов; р - коэффициент, учитывающий водообмен; №0 - начальная минерализация-воды; Hq - начальная средняя глубина водоема; h(D- функция роста толщины ледяного покрова; кв - коэффициент вовлечения неществ в лед; X - время. Модель проверена на данных по многим озерам Забайкалья и Прибайкалья. Криогенное

.концентрирование присуще практически всем природным водам, испытывающим замерзание.

Существенное следствие криогенного концентрирования - переход воды бессточных озер из разряда ультрапресных в пресные, пресных - в слабосолоноватые, слабосолоноватых - в сильносолоноватые, а при небольших начальных глубинах (менее 3 м) - даке в соленые и рассольные.

Качествен:, ле изменения химического состава морских род при замерзании известны уке давир: вымораиивание ее приводит к изменению типа состава от ^к ^^ • А"** некоторыхозер Забайкалья характерен переход в зимнее" время от типа в С@ ^ . Установлены преобразования химического состава атмос-фернбх осадков, связанные с фазовыми превращениями воды в атмосфере в лед.

При замерзании почвенных, наледеобразущих грунтрвых и других подземных вод происходит преобразование гидрокарбонатно-кальциевого состава последовательно на гидрокарбонатно-кальцие-во-магниевые, -магниевые, -магниево-натриевце, -натриевые.

Эти изменение состава замерзающих пресных и ультрапресных вод связаны с выделением СО^, приводящее к нарушению состояния карбонатно-кальциерой системы и к практически необратимому оса-кдению СаСОд; с ним ыокет соосаидяться нон магния. При глубоком вымораживании из раствора выпадает в осадок карбонат магния. Образование этих и других осадков малорастворимых соединений приводит как к общему снижению минерализации воды в течение цикла замерзание-'! аяние, так и к уменьшению концентрации отдельных компонентов - органических веществ, соединений келеза, кремния, алюминия, ионов кальция и магния.

Качественные изменения состава природных вод при льдообразовании могут быть вызваны дифференциацией ионов между льдом и водой под влиянием электрических потенциалов, что обусловливает повышение концентрации Н1" в ледовой фазе по сравнению с водной массой.

Закономерности криогенной метаморфизации. Процессы криогенной метаморфизации проявляются через действие различных факторов.

I. Физические факторы: температура (как фактор среды льдообразования, как свойство ледяного тела - температура плавления, как параметр физического и химического состояния ледяной систе-

мы), давление (в этих же аспектах), электрические явления, гра витация. Они осуществляют свое влияние в физическом пространств» и во времени.

¿. Кристаллографические факторы - наличие свободных объемов и полостей в кристаллической решетке льда.

3. Лимкческие и физико-химические факторы: растворимость соединений, электрокинетические и электрохимические явления, межфазовые и внутрифазовые взаимодействия, способность к изменении валентности, ионному обмену* способность образовывать ионные пары и комплексные соединения.

Они в природной среде действуют через геолого-географические факторы:

1. Метеорологические факторы: испарение, выпадение атмосферных осадков, наличие снежного покрова.

2. Гидрологические факторы: гидрофизические (скорость движения воды в русле рек), гляциологические (осенний ледоход, внутриводное и донноо льдообразование, занос щуги под лед, на-ледеобразование, формирование водно-снеговых льдов), гидрохимические (источники растворимых веществ, пространственная и временная изменчивость химического состава льдообразующей воды).

3. Мерзлотно-гидрогеологические факторы (дебит источников, температура воды источников, криогенный напор).

4. Биологические и биохимические факторы (продукты жизнедеятельности микроорганизмов, лизис клетск, бактериальное и ферментативное разложение косного органического вещества. Их действие проявляется:

- в формировании природных льдов с более низкой концентрацией подавляющего большинства растворимых веществ по сравнению с их концентрацией в льдообразующей воде;

- в формировании наиболее простых трудно растворимых индивидуальных химических соединений;

- при синтезе газовых гидратов и очень ограниченного числа смешанных соединений льда и солей (твердых растворов);

- в формировании дополнительных количеств биогенных веществ во льду за счет химического и биохимического разложения органических веществ;

- в структурно-текстурной обусловленности распределения композитов химического состава в теле ледяных массивов;

- в формировании зональности химического состава ледяного массива;

- в криогенном концентрировании природных вод в период активной кристаллизации льда;

- в криогенном уменьшении минерализации и концентрации отдельных компонентов в течение цикла замерзание-таяние;

- в качественном изменении состава замерзающей воды.

Особенности формирования химического состава снежного покрова

' В общем виде процессы формирования химического состава снев-ного покрова (СП) математически описываются следующим образом;

QiT) =Qo + KQ[£L(i)dt-£ yt)dr]

to t„

( 2 о

1'де 0(1.) - временная изменчивость количества растворимых веществ СП; Q0 - начальное количество растворимых веществ СП; ка - коэффициент, учитывающий испарение снега; с^цЪ) - скорость поступления вещества в СП за счет L -того процесса; а; (Т) скорость расхода растворимых веществ из СП.

Приходная часть составляет вещество, поступающее с атмосферными осадками, в виде спонтанно оседающих аэрозолей, с крон деревьев и кустарников, из подстилающей поверхности. Расход растворимых веществ осуществляется при метелевом и лавинном переносе снега, при таянии, вероятно}путем испарения.

Для понимания мехыпзмов и источников растворимых веществ СП необходимо было усовершенствовать существующие классификации источников аэрозолей. Ее новейшая модификация, предложенная соискателем, представлена в табл.1. Среди источников впервые выделены морские и континентальные льды. Появление солевых аэрозолей за счет морс ого v континентального льдообразования.объясняются процессами криогенной ыетаморфизации. Таким образом, хи-. ыия СП через источники растворимых.веществ, через потерю их при таянии, через транспортшш ьещества аэрозолей, взаимодействующих с жидкими каплями, образующими лед t атмосфере, теснейшим обреьом связана г. щюпвс.саии криогенной ыетамо! iuaauiin химического состава природных льдов и замерзающих вод.

Классификация источников аэрозолей

Тип источника Класс источниаа Группа источника

Преобладающие компоненты

Космическое пространство

Планетарные источники

Метеорное вещество .

Космическая пыль

Атмосфера Химические и фотохи-

мические реакции

Мировой океан Континенты

Водная поверхность Ледяной покров

Естественные источники I. Экзогенные

а)растительность и ответный ыир

б) почвы и горные породы

в) пожары

Келезо-никелеаые сплавы, сульфиды железа и никеля, магнетит, изотопы ыагния-29, бериллия-7, ксенона-1£0, ырчганца-ЬЗ

Серная и азотная кислоты, продукты , их взаимодействия с почвенной пылью и конденсаты вулканических газов ,

Морские соли

Сульфат натрия, карбонат кальция

Пыльца, споры, грибки, микробы, вирусы, органические кислоты и эфиры Почвенная пыль(соединения кремния, алшиния, кальция, магния, натрия, калия)

Сажа, зола, пыль, дьаш

1ип источник» Класс источника Групаа источника

г; воды суши, ледяной покроЕ

открытая вода я поверхность '¿. Эндогенные

Антропогенные источники

а) промышленность

б) транспорт

в) коммуникации

г)сельское хозяйство

д) военное дело и пожары

Окончание табл. I

Преобладавшие компоненты

Саки натрия, карбонаты кальшк, магния

Соли натрия, кальция, магния

Конденсаты вулканических газов, пьлдк, дымы

Соединения серь, азота, органические, микроэлементы

Пыль, сака, соединения свинца То же

Пыль, минеральные удобрения, органические соединения Сажа, пыль, зола, дымы, органические соединения, микроэлементы, различные изотопы

Модификация ('¿) для различных ландшафтных условий и подстилающих поверхностей, выявление связей между химическим состагон и видсм уравнений с, одной стороны, химическим составом СП и коя кретньши условиями его формирования - с другой, позволили подтвердить правильность предлагаемой концепции о формировании химического состава СИ, во-перЕЫХ, и выявить его зависимость от ландшафтно-геохимической обстановки, во-вторых.

Ландшафтная приуроченность в сочетании с метеорологическими условиями распространения воздушных масс обусловливает формирование зональности химического состава СП. Для химического состава СП характерна стадийность его формирования. Могут быть выделены конденсационная, облачная, осадочная и аккумуляционная стадии. Последняя может быть подразделена на фазы, в течение которых факторами и источниками последовательно являются подстилающая поверхность, термомзтаморфизм, испарение и т.п.

Закономерности загрязнения природных льдов

Среди природных льдов наиболее изучены на предает загрязнения снежный покров и ледники. Это связано с легкой доступностью и широтам распространением снежного покрова в северном полушарии, где сосредоточены основная масса населения Земли и его хозяйственная деятельность.

Индустриальные аэрозоли, аэрозоли селоскохозяйственного генезиса, аэрозоли антропогенных пожаров - первоисточники загрязнения атмосферных льдов, осадков, снежного покрова, ледников, водно-скеговых льдов. Б результате сухого и мокрого осаждения этих аэрозолей формируется загрязненный снежный покров в городах, их окрестностях, в сельской местности. Дольний перенос определяет загрязнение снега и ледников на огромном удалении от источников загрязнения. Загрязняющие компоненты - серная, азотная, соляная кислоты, соли аммония, сажа, множество органических соединений, микроэлементы. В районах активной сельскохозяйственной деятельности загрязняющими веществами являются сульфаты аммония и кальция, фосфаты кальция, нитраты калия и аммония, соединения микроэлементов, а также минеральная пыль почвенного генезиса.

Региональное изучение состава и содержания главных ионов, концентрации некоторых биогенных веществ и значений рН в При-ангарье позволили выявить следующие типы состояния СП по загрязненности: фоновые районы, районы загрязнения отдельными компонентами, районы слабого загрязнения, районы сильного загрязнения, районы естественной повышенной минерализации. Распространение загрязняющих веществ от источников контролируется направлением вётрон .»доль долин рек и вдоль коммуникаций. Распрстране-

нио ___загрязнения СП подчиняете?, широтной и

вертикальной зональности, которая вблизи мощных источников загрязнения нарушается площадной загрязненностью.

В долине р.Амура и на окаймляющих ее горных хребтах по концентрации главных ионов, биогенных и органических веществ, некоторых микроэлементов установлены зоны загрязненности (по сравнению с "фоновой территорией"): зона комплексной загрязненности и зона загрязненности по отдельным компонентам. В пределах зоны комплексной загрязненности выделены подзоны сплошного площадного распространения загрязняющих веществ, линейные подзоны загрязненности вдоль коммуникаций, локальные подзоны 6ытоеой загрязненности.

Сухое и мокрое осаждение загрязняющих веществ хозяйственного генезиса формирует антропогенные геохимические аномалии огромной протяженности.

Для анализа состояния загрязненности СИ использовался ряд индикаторов, причем некоторые из них впервые: значения рН и относительной кислотности, отношение концентраций к ГЩК и к фоновым концентрациям, коэффициенты корреляции, обогащения, концентрирования, мекфазовые и внутрифазовые соотношения между концентрациями компонентов и да. Выявлено, что для территории Приамурья в противоположность многим другим регионам для загрязнения СП характерны повышенные значения рН, которые обусловлены нейтрализацией антропогенных кислот почеенныки микрочастицами. Для оценки загрязненности Cil используется интегральный индикатор - величина относительной кислотности, значение которой для фоновых территорий лежит в пределах 1,0-1,2 для урбанизированных - I,4-I,b.

Загрязнение льда рек и водоемов, наледей осуществляется за

- ко -

счет следующих механизмов: I) включение в водно-снеговые льды загрязненных снеговых атмосферных осадков и снежного покрова; 2) " примерзание" аэрозолей к обнаженной от снега ледяной поверхности и консервирование их в массе льда (при кристаллизации вновь образующимися слоями наледкого льда); 3) включение загрязняющих веществ в массу конжеляционных льдов из подледных и наледных вод; 4-) непосредственные выбросы и излиеы загрязняющих веществ на поверхность льда и снега. Дифференциация ионов и соединений между льдом и водой обусловливают естественное криогенное самоочищение коняеляционных льдов.

Анализ ыежфазовых и внутрифазовых соотношений между концентрациями компонентов позволяет установить источники загрязняющих веществ ледяного покрова: аэрозоли почвенного или промышленного генезиса, подледная вода (в настоящий момент или некоторое время назад), ¿/го создает возможность использования данных по химии водных льдов как "п а м я т ь" о былой загрязненности льдообразупщих вод или память о загрязненности морских вод, формирующих дрейфующие льды. .

Суммирование сведений о механизмах и процессах позволило установить факторы антропогенного загрязнения природных льдов: I) загрязнение атмосферы; ¿) загрязнение гидросферы; 3) загрязнение почв и верхних слоев литосферы ^непосредственные изливы и выбросы антропогенных веществ на снег и лед; Ь) техногенное льдообразование (наледеобразование) при попусках води из водохранилищ, при излиянии промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод в зону отрицательных температур (рис.2).

Геохимическая роль образования и таяния льда

Роль снега в гляциогенных гидрохимических процессах заключается в аккумуляции растворимых веществ в онежлок'. покрове, в ледниках, а водно-снеговых льдах, в привносе некоторой доли био-генннх ьаществ в водоемы, в фиксации снежным покровом веществ' почвенного и глубинного генезиса, в предотвращении потерь почвами ненгторых летучих компонентов, в замедлении тех лроиессов внутрипочвонного выветривания, которые интенсивно протекают при отрицательных температурах.

Рис. с Схема путей движения загрязняющих веществ в природные льды и талые воды

Формирование и таяние наледей преобразует ионный сток рек путем: а) временной изменчивости его величины в результате рас-распределения его части с зимнего на'весенне-летьий сезон и изменения состава воды; б) уменьшения количества растворенной его доли за счет криогенного осаждения различных соединений (рис.3); в) преобразования определенной части растворенного стока во взвешенный. Многолетние наледи перераспределяют ионный сток в пределах вн.утривекового цикла.

Роль талых вод в криогенных и гляциогенных гидрохимических процессах проявляется в опреснении соленых и солоноватых льдов, в деминерализации ледниковых и иных типов пресных льдов. Таяние мощного ледяного покрова на озерах Сибири и Дальнего Востока формирует подледную гидрохимическую стратификацию, способствующую возникновению мезотермии. Развитие гидрохимической стратификации в условиях резко континентального, субполярного и полярного климатов - причина возникновения и существования меромиктических озер.

Глобальная геохимическая роль оледенения: I) образование 2»1иу т/год карбоната кальция; 2) выделение в атмосферу 0,9*10^ т/год СО^; 3) аккумуляция растЕоримах веществ в массе ледников, подземных льдов, многолетних наледей, количество которых превышает в 33 раза годовой ионный сток всех рек Мира; 4) в много- -тысячелетней амплитуде колебаний солености воды Мирового океана. Геохимические эффекты льдообразования обусловливают круговорот Бещества, своеобразие которого ранее не было выявлено (рис.4).

Гидрохимические аспекты экологический роли льдов

1. Залповый Еыброс загрязняющих веществ, содержащихся во/1 ьду,

2. Подледная шгсзтация водорослей, являющаяся сложной функцией прозрачности ледяного покроЕа, характеристик с-го химического состава, гидрофизических характеристик водоемов и водотоков (подледный прогрев и гидрохимическая стратификация водных масс), создает благоприятные экологические услоьия кизнео-битан!1Я пругих гилробионгов: формирование гыс&ких концентраций растворенного кислорода и интенсификация ыпчриЕоцос-.шюго кру-гоьорота с'иогьиных и органических ьеиеств. Спимгпчиосгь .ч/их

¿ОРис. з Карта криогенного уменьшения ионного стока рек СССР; уменьшение ионного стока на величину: I - 0',¿-0,3, 2 - 0,6-0,6, 3 - 0,3-0,7, 4 - 0,4-0,7, Ь - 0,2-0,6, о - 0,9-1,1, 7 - 1,2-1,0 тЛкм^тод).

ГС СС

• Атмосферный лед АТМОСФвРНДЯ " влага

Атмосферные осадки

Конжеляционные континентальные льды

Криохемогшные осадки

Ледники

Кгиохемо - Айсберги

Наледи • генные осадки

подземные | Реки Талые

воды •С ^ воды

-1

Океан

74

Рис. 4 Гляциогенная стадия круговорота веществ; льда и зещества; 3 - движение вещества.

испарение

I - движение ьоды (льда);

движение

процессов позволяет обосновать необходимость выделения дополнительно к существующим еще одну фазу гидрохимического и гидробиологического режима - ранневесеннюю.

3. Высокая степень заснекенности и наледеобразования обусловливает возникновение дефицита кислорода, возрастение концентрации СО^ и даже появление сероводорода в подледной ь^дной массе евтрофных озер. Осолонениэ озер в процессе вымораживания и охлаждение воды до отрицательных температур не препятствует активной жизнедеятельности сульфатредуциругощих бактерий.

4. Высокая степень активности бактерий в морских льдах, водорослей в пресных и морских льдах связана с отсутствием лимитирующих факторов таких, как Еысокие уровень солнечной радиации и прозрачности льда, концентрации биогенных вещзств.

Ь. Мелиорирующая роль наледеобразования, проявляющаяся в утеплении, увлажнении и в удобрении почв, что отражается на специфичности растительного покрова наледных полян.

Природный лед как физико-химическая система

Природные льды исключительно разнообразны по минерализации и химическому составу. Наименее минерализован снежный покров в Центральной Антарктиде, самыми же минерализованными (до г/кг) являются наледные льды, формирующиеся из рассольных подземных вод. Химический состав льдов обусловлен составом льдо-образующей воды, процессами криогенной кетаморфизации и условиями их кристаллизации (в атмосфере, в гидросфере, в литосфере или на их границах), от чего зависят характер первоисточников химического состава, структура, формы и размеры ледяных кристаллов. Поэтосу химический тип природных льдов есть функция их генезиса.

Природные льды состоят из кристаллов собственно льда, кристаллов солей, твердых растворов, соединений включения, твердых механических примесей, жидких пленок и ячеек, газовых пузырьков. Вещества; находящиеся в твердом состоянии, могут быть представлены кристаллогидратами солей, криоэвтоктиками, коагулятами, изоморфными соединениями, адсорбированными молекулами, аддукта-ми, нерастворимыми микрочастицами. Жидкие включения могут быть представлены родными и неводными растворами. Газы могут при-

сутетвовать в виде воздушных включений, в рассеянием состоянии, в растворе жидких включений, в форме газовых гидратов (табл.2, 3). Многие соединения, которые в льдооьразующей воде присутствуют в единственной форме, во льду могут присутствовать одновременно в 2-3 формах (например, Са'"+ в форме иона в жидких включениях и в виде самостоятельной твердой фазы СеСО-). Другая сторона множественности форм химических соединений состоит в том, что в зависимости от стадии формирования химического состава вещество может находиться лишь в виде ионов п жидких включениях в одних слоях, в качестве кристаллов самостоятельной твердой фазы в последующих слоях и как равномерная смесь с массой льда (криоовтектика) - в третьих слоях ледяного массива. В снежном покрове растворимые веа(ества могут находиться послойно соответственно генезису различных горизонтов, в которых количество и состав химических соединений неодинаково. Нахождений их в центре снежинок в качестве ядер кристаллизации, на концах их лучей или в мельчайших капельках образуют другой тип форм растворимых веществ снежного покрова.

Анализ состояния форм соединений проводится на ионно-моле-кулярном и кристаллическом уровнях (взаимодействие ионов и молекул друг с другом и с кристаллическими структурами) и на уровне ледяного массива. Оценка состояния природных льдов на макроуровне основана на рассмотрении льда как природного тела, имеющего морфогенетические и текстурные особенности, существ., д-щего в географическом пространстве, обусловливающем внешние ус-• ловия формирования его структуры и включения растворимых существ в его массу.

Формирование физико-химической системы природного льда осуществляется при определенных условиях в результате действия факторов и процессов через ряд механизмов. Систематизация их основана на разделении факторов на субъективные и объективные, фундаментальные и природные, космические и теолого-геогрефичес™ кие, антропогенные. Общее количество факторов, влияние которых можно считать доказанным, достигает оО. Воздействие их мочет быть как однонаправленным, так и разнонаправленном. Таким образе;.!, многофакторность процессов и механизмов, разнооОразне химического состава и мин-эралмзаши различных типов ль/юь, множественность форм химических соединений - рее ото соЗаанг- нрид-

Таблица 2

Классификация химических веществ в природных льдах

Агрегатное состояние

Тип включений

Источники

Твердое

Кидкое

Гаэовое

Кристаллогидраты

Кркоэвтектики Твердые растворы Адсорбционные примеси Коагуляты

Соединения включения

Механические примеси

Внутрикристалличес-

кие растворы

Меккристаллические

растворы

Линзы, прослои и

пласты воды

Меккристаллические

неводные растворы,

пленки, линзы,

прослои

Воздушные включения

Рассеянные отдель-т ные молекулы гелия и водорода, возможно, метана

Природные водные растворы; аэрозоли

Природные водные растворы

то же

Коллоидно-растворенные вещества

Газовые включения

Аэрозоли, взвеси в льдо-образуюцей воде

Льдооиразующая вода, иногда неводные растворы То же и атмосферная влага

Льдообразующие воды

Нефть, масла, эмульсии и другие антропогенные вещества

Атмосферные, растворенные в воде газы, газы донных отложений, почв, подземные, глубинные

Главным образом, глубинные газы

Таблица 3

Классификация твердых включений в природных льдах

аКП Еютченки лристаллогидрата

КриоэЕтектики

Твердые растворы

Адсорбционные соединения

Криокоагуляты

Соединения включения

механические ггоимеск

Тип аазы

Растворимость

Механизм формирования

Примеры

Самостоятельная

фаза

Система из двух фаз

Смешанные кристаллы

Ледовая фаза с примесью

Самостоятельная фаза

Лед и газовый гидрат

Само стоятельная фазы

Растворимые и трудно растворимые

То ее

Растворимые и трудно растворимые

Растворимые Трудно растворимые Частично растворимые Нерастворимые

Кристаллизация

Совместная кристаллизация

Изоморфное замещение ионов

Адсорбция

Высаливание, дегидратация

Внедрение молекул в кристаллы

Вморакивание, конденсационное обмерзание

Бигидрат хлорида натрия

То же и лед

Бигидрат фторида аммония

Ионы (калия), молекулы азота

Гетит, опал Гидраты СО^,

о2, сн4

Ил, песок, мелкозем моренных отложений, атмосферные микрочастицы

го

со

ставлениз и доказывает положение о природных льдах как физико-химической системе

Болыяое число факторов, механизмов и процессов формирования химического состава природных льдов препятствует точному прогнозу его. Поэтому в настоящее время возможности прогнозирования химического состава опре, зляются результатами экспериментальных исследований и натурных наблюдений, используемых для калибровки соотношения

КВ«№Р(Т)/М*Ш (з)

где М (I ) и Мж( "С ) - временная изменчирость химического состава льда и водь: соответственно. Значения кв, рассчитанные по химическому составу льда и воды бессточных пресных и солоноватых озер Прибайкалья и Забайкалья для каждого компонента индивидуальны, во времени постоянны или медленно снижаются. Сведении о значении к0 используются для прогноза зимнего гидрохимического режима озер и водохранилищ по модели-(I), которая позволяет предсказать временную изменчивость состава воды неглубоких (до 10 м) водоемов в ледостав..

Система факторов и процессов показывает, к каким особенностям химического состава природных льдов они приводят -в том или ином случае. Из этого следует, что их химический состав содержит информацию о природных и антропогенных процессах в атмосфере, гидросфере и гляциосфере, то есть имеет индикационное значение. На этой основе разработана система индикации состояния водных объектов и ледяных образований. Она состоит из информационного, индикационного и интерпретационного блоков. Использование эталонов сравнения, в том числе региональных фоновых характеристик, дает возможность по химическому составу природных льдов отождествлять процессы криогенной ме-таморфисации, криобиохимические процессы во льду и подледной воде рек, гляциологические процессы на реках, водоемах, ледниках, климатические процессы и влияние хозяйственной деятельности на химию снежного покрова, ледников, ледяного покрова водотоков и водоемов, наледей.

Заключение

( Закономерности химии природных льдов) '

Научное направление - химия природных льдов - в современном его состоянии включает следующие, разделы: I. криогенную метаморфизацию химического состава природных льдов и вод; 2. химию снежного покрова и ледников; 3. химию талых вод; 4. роль образования и таяния льда в круговороте веществ; 5. гидрохимические аспекты экологической роли льда; б. лед как физико-химическая система; 7. индикацию природных и антропогенных процессов по химическому составу гляциальных образований. Внутренние их взаимосвязи и содердание выражаются в следующих закономерностях, выявленных в процессе настоящего исследования:

1. Применительно к гидрохимическим процессам: в криогенной метанорфиэации качественного состава природных вод, выражающей ся: а) в формировании маломинерализованных относительно льдо-образующей воды льдов; б) в увеличении концентрации природных вод в период активной кристаллизации льда; в) в уменьшении концентрации природных вод при полном замерзании ее объема;

г) в снижении концентрации воды в процессе таяния льдов; д) в преобразовании типа химического состава природных вод; е) в криогенном итераяообрааовании}.

в изменении структуры и величины ионного стока, стока биогенных и органических веществ как следствия криогенной мета-ыорфизации химического состава воды путем: а) уменьшения их концентрации; б) перераспределения некоторой его дом с зимнего периода на весенне-летний;

в формировании специфичности гидрологического и гидрохимического режима континентальных водоемов, выражающейся: а) в подледном радиационном прогрева во,иы; б) в гидрохимической стратификации озер в весенний период; в) в интенсификации Бнутриводоемного круговорота биогенных веществ; п в обеспечении развития иероминтических озер.

2. Применительно, к гляциологическим процессам: в структурно'"' и текстурной обусловленности неоднородности химического состава ледяных массивов; в зональности территориальной неоднородности химического состава снежного покрова и ледяных

массивов.

3. Применительно к океанологическим процессам: в формировании специфической структуры водных масс арктических и антарктических морей и океанов; в многотысячелетней амплитуде колебаний солености вода Мирового океана;

4. Применительно к гг-»химическим процессам: в замедлении мигрзши химических элементов, в консергации веществ в массе ледников, морских и пэдземных льдов, наледей, ледяного покрова рек, озер, болот, в снетом покрове, исключении их из глобального, регионального и местного круговорота в годичном, многолетнем, вековом, многотысячелетнем цикла:;, регулирующем соленость вода Мирового океана; в возникновении парзгенетичееккх ассоциаций наиболее простых по химическому составу криогенных минералов.

6. Применительно к геофизическим процессам: в регулировании газообмена в системе литосфера-гидросфера-атмосфера, в ' частности, обмена СО^; в формировании определенной доли атмосферных аэрозолей.

6. Применительно к экологическим процессам: в формировании экологических условий в атмосфере, в водоемах и водотоках, выражающемся: а) в аккумуляции загрязняющих веществ в снежно-ледяных образованиях в течение зимнего периода и в залповом стоке их в реки и озера Еесной; б) в выделении газовой составляющей атмосферы (СО^), создающей парниковый эффект; в) в образовании солевых аэрозолей, влияющих на оптические свойства атмосферы; г) в обеспечении питательными веществами активной жизнедеятельности криофильных микроорганизмов в ледовой фазе; д) в обеспечении питательными веществами и энергией для активной жизнедеятельности микроводорослей в водных средах подо льдом; е) в обеспечении меромиктических состояний водоемов, способствующих активной жизнедеятельности микроорганизмов в бескислородной водной среде.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

I. Меромиктические озера Восточной Сибири//Круговорот вещество к энергии в озерах и водохранилищах. Лнственичное-на-

Байкале, 1973. С. 8-10

2. Влияние криогенных процессов на формирование гидрокар-бонатно-натрИевых вод/'/Гидрохим. материалы. 1974. Т.61. С.5В-61 (Соавтор Н.А.Власов)

3. Содержание и формы некоторых микроэлементов в наледных солях//Записки Забайкальск. фил. Геогр. о-ва СССР. Вып. 101. Иркутск: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1976. С. 97-107

4. Сезонные криог.эги минеральных озер Восточной Сибири// Изв. вузов. Геология и разведка. 1976» № Ь. С. 93—100 (соавтор H.A.Власов)

5. Особенности распределения фосфатов во льду водоемов// Геохимия гоны гипергенеэа и хозяйственной деятельность человека. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 73-86 (соавторы JI.H. Трофимова, Н.А.Власов, Н.П.Кашин)

6. Торейские озера// Гидрохимия рек и озер в условиях резко континентального климата. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1977. С. 69-102

7. Гидрохимический режим озер Чарской котловины и ее горного обрамления// Там же. С. 39-63

8. Химия льда солоноватых озер Юго-Восточного Забайкалья// Гидрохимия и гидрология юга Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1977. С. 17-Зо (соавторы А.Н.Гольдапель, H.A. Власов)

9. Меромиктическое озеро в Чарской котлоиине//Круговорох вещества и энергии в озерах и водохранилищах. Иркутск, 1977. С. 243-247

10. Роль наледей в формировании химического стока//Под-зеаный сток на территории Сибири и методы его изучения. Новосибирск: Наука, 1979. С. 41-46

11. Вертикальное распределение температуры в озерах в период весеннего подледного прогрева под//Гидрология и гидрохимия кодоемов различных климатических зон. Владивосток: ,цВНЦ АН СССР. 1980. С. 3-14 (соавтор Ю.В.Парфенов)

Id. Роль льдообразования в формировании гидрохимического рижимс озор//Кругоиорот вещества и энергии в подозмах. Вып.5. Иркутск, 19Ы. С. f¿.>63

13. Проблемы 'юследояаиий физико-химичьских процессов налз-,нсобря»ог'аш1я//НалоРИ Сибири и Дальнего Востоке. Новосибирск:

Наука, 1961. С. 176-184

14. Особенности озер гольцового пояса хребта Кодар//Изв. ЬГО. 1901. Т. 1X3. № 5. С. 423-429

15. Гидрохимия озер Центрального Забайкалья. Владивосток: Дальиздат, 19Ь2. 140 с. (соавтор Л.Н.Трофимова)

1Ь. Основы теории криогенной метаморфкэации химического состава природных бод//2-й Международн. симпозиум по геохимии природных вод. Ростов-на-Дону, 1962. С. 106-107

17. Гидрохимические процессы при наледеобразовании. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1983. 100 с.

18. Влияние льдообразования на круговорот фосфора в водое-ыах//Органическое вещество и биогенные элементы во внутренних водоемах. Петрозаводск: Ш> АН СССР, 1983. С. 45-46

19. ^акторы формирования химического состава конжеляцион-ных льдов//Материалы гллциол. исслед. Вып. о1. М., 1961. С. 195-201

20 Химическое выветривание пирита водой и различными водными растворами при положительных и отрицательных температу-рах//Миграция химических элементов в криолитозоне. Новосибирск: Наука, 1985. С. 116-123 (соавтор Б.Б.Базарова)

21. К вопросу о математическом моделировании зимнего гидрохимического режима озер// Моделирование и экспериментальные исследования гидрологических процессов в озерах. Л.: Наука,

1986. С. 71-75

22. Влияние лесных поваров на формирование химического состава снежного покрова Приамурья//Ыатериалы гляцкол. исслед. Вып. 55 М., 1986. С. 160-166

23. Теория криогенных и гляциогеннкх гидрохимических процессов/Итоги гауки и техники. Гляциология. Т. о. М.: ВИНИТИ,

1987. ¿36 с.

24. Криогенная метаморфизация химического состава природных вод как новое научное направлениэУ/Ыатериалы гляциол. исслед. Еып. 59. М., 1967. С. 64-61

25. Роль образования и таяния льда в формировании экологических условий в морях и океанах//15.роблемы четвертичной палеоэкологии и палеогеографии Северных морей. Апатиты: КФ АН СССР, 1987. С. 62-63

2b. Формирование химического состава природных льдов//Те-эисы докл. 29-го Ьсес. Гидрохим. совещания. Ростов-на-Дону, 1987. С. 164-165

27. Содериание растворимых веществ, факторы формирования состава и формы химических соединений в природных льдах/ВЦ ДВНД АН СССР, Хабаровск, 19ь7. 14 с. (Деп. ВИНИТИ 05.08.87 №5671-Вб7)

28. Роль природных льдов в формировании аэрозолей/Там ¡¿е. (Деп. ВИНИТИ 0а.08.87 № Ь072-В87)

29. Возможности количественной дифференциации растворимых веществ антропогенного и естественного происхождения е снежном покровв//Методы оценки состояния природной среды. Владивосток: ДБНЦ АН СССР, 1987. С. 27-4о

30. Система факторов и процессов формирования химического состаьа водных и водно-енекных льдов//Материалы гляциол. исслед. Выл. 61 14., ХЭЬЬ. С. 74-79

31. Лесные пожары и многолетняя изменчивость химического состава атмосферных осадков и снежного.покрова//Гидрохим. материалы. 1969. Т. 95. С. 3-14 (соавтор Н.П.Кашин)

32. Нриогеохимические процессы в системах зода-лед-порода// b-й Всес. симпозиум по кинетике и динамике геохимических процессов. Черноголовка: ННЦ АН СССР, 1969. С. 69-90

33. Гляциохныическая индикация природных процессов//Пробле-ыы кайнозойской палеоэкологии и палеогеографии морей Северного Ледовитого океана. Апатиты: КНЦ АН СССР, I96S. С. 35-37

34. Газово-1'идратная гипотеза генезиса маломинерализованных пластовых'льдов в морских отложениях// Там же.С. 37-39

За. Химические взаимодействия в системах вода-лед-порода// Материалы гляциол. исслед. Еып. 65. М., 1989. С. 76-80

36. Г'игаьтскне наледи на лэдяноы покрове приустьевого участка Амура//Геология и экология бассейна реки Амур (Советско-китайский симпозиум) Ч. Ш(1). Благовещенск; ДВО АН СССР, 1369. С. 69-71

37. уюрыирогзание химического состава '¿алых вод//Условия ч процьссы криогенной миграции вещества. Якутск, 1969. С. 67-83

38. О газого-гидратном механизме генаписа малошнерализо-ванных пластовых льдов е морских отложениях/'/Магериалы гляциол. исслед. Вин. 67. Id., 1969. С. ¿17-215

- 3d -

39. Формирование химического состава природных льдов Сибири и Дальнего Востока// Там же. С. 6<i-67

40. Формирование химического состава кониеляционных льдов// Гляциогенные и криогенные гидрохимические процессы. Владивосток: ДВО АН СССР, 19ь9. С. 3-49 ;

41. Основные факторы формирования химического состава атмосферных осадков и снежного покрова в Приамурье//Там же. С. 73-87 (соавтор Н.Д.Каишн)

42. Эколого-геохимическая роль оледенения//Геоэкология: глобальные проблёмы. (Материалы к 9-му съезду Геогр. о-ва СССР). Л.; Геогр. о-во СССР, 1990. С. 142-144

43. ЭкоЛого-геохиыическая индикация природных и антропогенных процессов в атмосфере и гидросфере. Хабаровск: ДВО АН СССР, 1990. 24 с.

44. Geochemical interaction of glaciers with the atmosphere and hydrosphere.// Glaciers-ocean-atmosphere interactions (Intern, eymp. Leningrad, September 24-29, 1990). Moscow, 1990. P. 104-105. • .

'приложение

Оглавление диссертации

Общая характеристика работы

Глава I Исходные положения научного направления "Химия природных льдов". 1.1 Лед на Земле и в космосе. 1.2 Основные принципы. ,1.2.1 Задачи исследований. 1.2.2 Краткая история исследований. 1.2.3 Направление исследований.

1.2.4 Объекты и предмет исследований. Г.2.5 Важнейшие свойства льда как природного тела. 1.3 Понятия и термины.

Глава 2 Формирование и преобразование химического состава водных и водно-снеговых льдов. 2.1 Физико-химические процессы при кристаллизации водных льдов. 2.1.1 Совместная кристаллизация льда и солей. 2.1.2 Образование'соединений включения, 2.1.3 Процессы соосаждения. 2.1.4 Окклюзия льдообразующей воды. 2.1.5 Процессы разложения химических-соединений. 2.1.6 Дифференциация ионов под влиянием электрических потенциалов на границе лед-вода. 2.1.7 Миграционные процессы во .льду. 2.1.6 Изменение состава льда при таянии. 2.1.9 Закономерности распределения растворимых веществ.между ледовой и жидкой фазами. 2.2 Формирование химического состава ледяных массивов. 2.2.1 Источник» химического состава ледяных массивов. 2.2.2 Гляциогенные и криогенные гидрохимические процессы при наледеобразовании. 2.2.3 Нормирование химического состава ледяного покрова рзк. 2.2.4 Формирование хшлтоеского состава ледяного покрова водоемов.

2.2.5 Распределение минерализации и компонентов химического состава и пластовых льдах. 2.2.6 Химические процессы в системах вода-лед-порода. 2.2.7 Газово-гид-

■ ратный механизм формирования маломинерализоганных льдов•в морских отложениях. 2.3 Факторы, механизмы л процессы формирования химического состава коннеляцион-ных и водно-снеговых льдов. 2,3.1 Физические факторы. 2.3.Кристаллографические факторы. 2.3.3 улзико-хиыи-

ческие факторы. 2.3.4 Химические факторы. 2.3.5 Биологические и биохимические факторы. 2.3.6 Метеорологические факторы. 2.3.7 Гидрологические факторы. 2.3.8 Мер. злотно-гидрогеолсгические факторы.

Глава 3 Формирование химического состава снежного локрпва. 3.1 Источники химического состава снежного покрова. 3.1.1 Классификация источников аэрозолей. 3.1.2 Природные льды как источник аэрозолей. 3.1.3 Атмосферные осадки как источник растворимых веществ снежного покрова. 3.2 Процессы формирования химического состава снежного покрова. 3.3 Реним химического состава снеашого покрова Восточной Сибири и Приамурья. ¿.4 Факторы формирования химического состава сезонного и многолетнего снежного покрова и ледников. 3.3.1 Факторы криогенной метаморфиэации. 3.4.2 Космические факторы. 3.4.3 Климатические факторы. 3.4.4 Лащышфтко-геохимические факторы. 3.4.5 Геологические факторы. 3.4.6 Гляциологические факторы

Глава 4 Формирование химического состава талых вод. 4.1 Характеристика минерализации и химического состава талых вод. 4.2 ¡экспериментальное моделирование физико-химических процессов таяния льда к снега. 4.3 Математическое моделирование физико-химических процессов таяния. 4.4 Закономерности й факторы формирования химического состава талых вод.

Глава 5 Загрязнение природных льдов. 5.1 Химический состав

антропогенных аэрозолей, о.2 Химический состав и загрязнение снежного покрова. Ь.З Загрязнение льда рек. 5.4 Загркзнен/е наледей. 5.6 Загрязнение морского льда. 6.6 Загрязнение талых вод. 0.7 Закономерности и факторы загрязнения природных льдоз.

Глава 0 Эколого-геохимическая оценка природных льдов. 6.1 Роль образования и таяния льда в геохимических процессах. 6.1.1 Роль снега ч гляциогенных гидрохимических процессах. 6.1.2 Роль льдообразования г формировании химического состава природных вод. 5.1.3 Роль наледей в преобразовании ионного стока рок криолитозоны СССР.

6.1,4 Роль талых вод в гляциогенных гидрохимических процессах. 6.1.5 Глобальная геохимическая роль оледенения. 6.2 Гидрохимические аспекты экологической роли льда

Глава 7 Основы учения о химии природных льдов. 7.1 Криогенная метаморфиэация химического состава природных льдов и вод. 7.2 Химия снежного покрова и ледников. 7.3 Химия талых вод. 7.4 Геохимическая и экологическая роль льдообразования. 7.5 Лед как физико-химическая система,

7.5.1 Разнообразие химического состава природных льдов.

7.5.2 Формы химических соединений в природных льдах.

7.5.3 Классификация химических веществ в природных льдах. 7.5.4 Система факторов и процессов формирования химического состава природных льдов.'7.5.5. Возможности прогнозирования химического состава гидрогенных и водно-снеговых льдов. 7.6 Индикация природных и антропогенных процессов по химическому составу природных льдов. 7.6.1 Концепция эколого-геохимической индикации состояния атмосферы и гидросферы. 7.6.2 Система индикации природных и антропогенных процессов. 7.7 Основные закономерности химии природных льдов.

Заключение

Условные обозначения

Литература

Приложение