книги / Метан в водных экосистемах

другими районами его содержание было наиболее низким и изме­ нялось в диапазоне 2,7 - 9,5 мкл/л (ср. сод. 5,4 мкл/л) - в поверхно­ стном слое и 3,2 - 14,8 мкл/л (ср. сод. 7,4 мкл/л) - в придонном. В районе станции Наволок (ст.З) определены минимальные концен­ трации метана как в поверхностном, так и в придонном слоях воды, соответственно 2,7 и 3,2 мкл/л. Район этой станции наиболее уда­ лен от основных источников антропогенного загрязнения и по био­ логическим показателям относится к незагрязненным районам [210].

Наиболее высокое содержание метана было выявлено в воде Шекснинского плеса. Здесь его концентрация изменялась от 8,1 до 46,2 мкл/л (ср. сод. 19,3 мкл/л) - в поверхностном слое и от 9,2 до 32,9 мкл/л (ср. сод. 24,1 мкл/л) - в придонном. В среднем содержа­ ние метана в воде Шекснинского плеса, более чем в 3 раза превы­ шает его содержание в воде Центрального плеса, а в отдельных точках - в 10 раз и более.

Таким образом, самые высокие концентрации метана в воде приурочены к Шекснинскому плесу, к его северному району, испы­ тывающему мощное антропогенное воздействие г. Череповец, кото­ рое обусловлено влиянием комплекса точечных источников загряз­ нения. К ним относятся сточные воды городской канализации, по­ ступающие через глубинный выпуск в русловую часть плеса напро­ тив грузового порта, и сточные воды Череповецкого металлургиче­ ского комбината (ЧМК), сбрасываемые в р.р. Серовка и Кошта. Че­ рез р. Серовка сточные воды поступают в р. Ягорба, что приводит к значительному загрязнению этой реки в пределах города [34]. В р.. Кошта поступают также сточные воды азотно-тукового производст­ ва. Обширный залив в районе р. Кошта является накопителем и от­ стойником стоков, сбрасываемых в эту реку.

В притоках, напрямую или опосредованно впадающих в Шекснинский район, содержание метана, как правило, существенно вы­ ше, чем собственно в воде этого плёса, и варьирует в значительных пределах: от 6,5 до 461,7 мкл/л в поверхностном слое и от 6,5 до 935,0 мкл/л - в придонном (табл.35), т.е. амплитуда колебания его значений достигает двух порядков. Минимальные содержания опре­ делены в р. Шексна, в точке, расположенной выше г. Череповец (ст. 15; СН4 - 6,5 мкл/л). В районе впадения в Шексну р. Ягорба (ст.14) концентрация газа резко увеличивается (в 6 раз и более) и достига­ ет 55,1 мкл/л - в поверхностном слое и 38,1 мкл/л - в придонном. По мере удаления от района впадения р. Ягррба содержание метана в р.Шексна снижается и в устье составляет 32,9 и 24,3 мкл/л соответ­ ственно в поверхностном и придонном горизонтах воды. В самой р. Ягорба, в точке, расположенной в районе порта, в черте г. Черепо­ вец (ст.19) его концентрация очень высока (в поверхностном - 240,0

мкл/л; в придонном - 186,3 мкл/л). Выше г. Череповец содержание метана в р. Ягорба, как в поверхностном, так и в придонном гори­ зонтах значительно ниже и соответственно составляет 88,0 и 54,3 мкл/л.

Наибольшее содержание метана, на порядок и более превы­ шающее содержание метана в Шекснинском, Волжском и на 2 по­ рядка - в Центральном плесах, было определено в р. Серовка (при­ ток р. Ягорба): в придонном слое - 935,0 мкл/л, в поверхностном - 461,7 мкл/л. Кроме сточных вод Череповецкого металлургического комбината, в р. Серовка поступают также сточные воды фанерномебельного комбината. Они поступают в р. Серовка неохлажденны­ ми (температура воды в реке достигала 31,8°С), что способствует активному разрушению органических веществ (в большом количест­ ве содержащихся в воде и донных отложениях этой реки), в том числе и с образованием метана.

В р. Серовка выявлено [83] образование метана в поверхност­ ной воде, причем интенсивность генерирования газа в этой реке, по сравнению с другими сильно загрязненными водными объектами верхней и средней Волги, была максимальной, достигая 28,0 мкл/л в сутки, что сопоставимо с аналогичными характеристиками для ана­ эробного гиполимниона эвтрофных озер [85]. Природа метанобразования в поверхностных аэрируемых горизонтах воды пока не яс­ на. Вероятно, он идет внутри взвешенных органических частиц.

Как отмечалось ранее, на некоторых станциях отбора проб со­ держание метана в поверхностном слое превышает его содержание в придонном. Такими пунктами являются ст. 18 и ст. 19 (р. Ягорба), ст. 13 и ст. 14 (р. Шексна, ниже впадения р. Ягорба) и ст. 12 (о. Лука­ вец), т.е. станции, расположенные в зоне влияния антропогенно за­ грязненных притоков, содержащих повышенные концентрации ме­ тана. Данное превышение на этих станциях не случайно и вероят­ нее всего обусловлено разницей температур воды и содержаний метана в воде принимающего водотока (водоема) и впадающего в этот водоток притока. Так, например, в зоне слияния рек Ягорба и Шексна более теплые и более насыщенные метаном воды р. Ягорба (t - 18,6°С; СН4- 186,3-240,0 мкл/л) из-за разницы в температурах (на 8,6°С) растекаются по поверхности более холодной и менее на­ сыщенной метаном воды р. Шексна (t - 10,0°С; СН4- 6,5 мкл/л), в результате чего в зоне смешения, помимо возросшей температуры (до 13,6°С) наблюдается и увеличение концентрации газа с более высокими его значениями в поверхностном слое. То же самое, ве­ роятно, происходит и при впадении более теплых и более насы­ щенных метаном вод р. Серовка (t - 31,8°С; СН4 - 461,7-935,0 мкл/л) в менее теплые и насыщенные метаном воды р. Ягорба (t -

бания содержания метана в воде и свидетельствует о большей ин­ формативности этого показателя в донных отложениях.

Наиболее низкие концентрации газа в отложениях наблюдали в Главном плесе, где его содержания изменялись в пределах 0,03 - 0,11 мкг/г в.в., при этом минимум выявлен в районе станции Наво­ лок. Несколько большие концентрации газа, чем в Центральном плесе, отмечаются в Волжском районе (0,11 - 0,21 мкг/г в.в.). Наи­ более высокие значения выявлены в осадках Шекснинского плеса. Здесь его концентрации варьируют в пределах 0,4 - 8,9 мкг/г в.в. (ср. сод. 3,5 мкг/г в.в.). Максимум отмечен на севере этого плеса в районе впадения р. Кошта (ст.11). Достаточно высокие концентра­ ции определены и в районе о. Любец (7,1 мкг/г в.в.).

Таким образом, плесы Рыбинского водохранилища в порядке возрастания концентрации метана в отложениях распределяются так же, как и в воде: Центральный плес - Волжский плес - Шекснинский плес. Более высокие концентрации метана в Шекснинском пле­ се, как указывалось ранее, обусловлены большим количеством ор­ ганических веществ, поступающих в водную толщу и в отложения плеса, со сбросами промышленных и хозяйственно - бытовых сточ­ ных вод г. Череповец.

Содержания метана в отложениях притоков Шекснинского плеса значительно более высокие, чем собственно в этом плесе и изме­ няются в диапазоне 0,7 - 64,0 мкг/г в.в. (ср. сод. 11,2 мкг/г в.в.). Ми­ нимальные его количества определены в отложениях р. Шексна, в районе расположенном выше города (ст. 15, с. Кабачино). После впадения р. Ягорба концентрация газа в отложениях Шексны воз­ растает до 2,8 - 3,7 мкг/г в.в. Непосредственно в самой р. Ягорба, в черте г. Череповец (ст. 19) его содержание достигает значительных величин -1 6 ,9 мкг/г в.в. В отложениях, отобранных выше города (ст. 18) концентрация метана ниже и составляет 2,0 мкг/г в.в. Макси­ мальное содержание метана в донных осадках (64,0 мкг/г в.в.) более чем на порядок превышающее его среднее содержание в Шекснин­ ском плесе и на 2-3 порядка - в Волжском и Центральном плесах определено в р. Серовка. Достаточно высокие концентрации опре­ делены и в отложениях р. Кошта - 39,9 мкг/г в.в. Эти притоки (р.р. Серовка, Ягорба и Кошта) подвержены наиболее мощному воздей­ ствию промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод города.

Следует отметить, что для акватории Рыбинского водохрани­ лища в целом и для рек, впадающих в Шекснинский плес, установ­ лена достаточно тесная прямолинейная зависимость между содер­ жаниями метана в донных осадках и водной толще (см. раздел 7.3). При этом в Волжском и Центральном плесах эта связь проявляется сильнее, чем в Шекснинском. Вероятно, снижение коэффициента

корреляции между содержаниями метана в воде и отложениях по­ следнего плеса обусловлено притоком аллохтонного метана, т.е. метана, поступающего не из донных отложений этого района водо­ хранилища, а извне, вместе с хозяйственно - бытовыми и промыш­ ленными сточными водами города Череповец.

В июне 1991 г., а затем и в сентябре 1993 г. были отобраны пробы для определения концентрации метана в притоках Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища. Амплитуда колебания со­ держания метана в притоках была меньше, чем в ранее описанный период. Так, если в мае 1987г его концентрация в воде варьировала в пределах 6,5-935,0 мкл/л (табл.35), то в июне 1991г и сентябре 1993 г. диапазон изменения соответственно составлял 25,7-171,4 мкл/л и 14,1-132,7 мкл/л (табл. 36 и 37). В донных осадках содержа­ ние метана в мае 1987г колебалось в пределах 0,7-64,0 мкг/г в.в., в сентябре 1993 г. - от 0,02 до 2,73 мкг/г в.в.

Таблица 36

Содержание метана в поверхностной воде притоков Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища {июнь 1991 г.)

Таким образом, как в воде, так и в отложениях концентрация метана в эти периоды исследования (июнь 1991 г. и сентябрь 1993г.) достигало менее значительных величин. В то же время, рас­ пределение значений содержания метана в основном соответство­ вало его распределению в ранее проведенной экспедиции (в мае 1987 г.): наиболее высокие концентрации фиксируются в реках Серовка и Ягорба; минимальные определены в р. Шексна. Непосред­ ственно в Шекснинском плесе водохранилища содержание метана

Таблица 37

Содержание метана в поверхностной воде и донных отложениях притоков Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища

( 2 8 с е н т я б р я 1 9 9 3 г . )

ниже, чем во впадающих в него водотоках. Также как и в мае 1987 г., в сентябре 1993 г. между содержаниями метана в воде и донных осадках притоков Шекснинского плеса наблюдалась достаточно тесная прямая зависимость.

Интересным является распределение метана в р. Ягорба и влияние на это распределение стоков птицефабрики, свиноком­ плекса и фанерно-мебельного комбината (табл.37). Показательно и влияние промстоков Череповецкого металлургического комбината (ЧМК) и других источников загрязнения на содержание метана в р. Кошта (табл.36). Как видно из таблиц 36 и 37, в реках Ягорба и Кош­ та ниже впадения вышеперечисленных стоков отчетливо наблюда­ ется увеличение концентрации метана как в отложениях, так и в во­ де.

Со сточными водами Череповецкого металлургического комби­ ната поступает значительное количество нефтепродуктов [264]. Среди них обнаружены легкие углеводороды, смолистые компонен­ ты, 2-3-4-х ядерные полиароматические углеводороды (ПАУ). Среди ПАУ Гидрохимическим институтом были идентифицированы сле­ дующие соединения, нафталин, метилнафталин, флуорен, фенантрен, антрацен, пирен, бенз (а) пирен и другие. Повышенные кон­ центрации некоторых из обнаруженных в донных отложениях за-

грязняющих веществ практически совпали и с повышенными содер­ жаниями в осадках метана. Тесные корреляционные зависимости получены между содержанием метана и суммарным содержанием нефтепродуктов, в том числе между метаном и легкими углеводо­ родами, смолистыми компонентами, а также нафталином и антра­ ценом [265]. Более подробно о связи содержания метана с загряз­ нением воды и донных отложений нефтью и нефтепродуктами см. раздел 5.3.

В целом, выявленная нами в мае 1987 г. тенденция снижения концентрации метана в открытой части Рыбинского водохранилища (Главный плес) и, наоборот, возрастание его количеств в речных плесах, и особенно в Шекснинском, испытывающем мощное воздей­ ствие Череповецкого промышленно-городского комплекса, наблю­ далось и в последующие периоды [83]. Более того, сопоставление полученных нами данных по Шекснинскому плесу и его притокам за периоды - июнь 1991г и сентябрь 1993г и данных за эти же периоды А.Н. Дзюбан [83] показывает очень большую сходимость результа­ тов (табл.38).

Таблица 38 Данные по содержанию метана в поверхностной воде притоков

Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища (для сопоставления)

•-и ю н ь 1991 г.

Согласно данным А.Н. Дзюбан, в начале июня 1991 г. концен­ трация метана в поверхностном горизонте воды (0,5 м) Рыбинского водохранилища уменьшалась по направлению от Шекснинского плеса, в воде которого были определены наиболее высокие его со­ держания к Центральному, где его концентрация была незначитель­ ной и варьировала в пределах от 1,5 до 3,8 мкл/л. Вблизи шлюзов Рыбинской ГЭС (пос. Переборы) содержание метана вновь увели­ чивалось. Подобная тенденция отмечалась и в последующие пе-

риоды (1993-1997 гг.). Что касается Моложского плеса, то опреде­ ленная в июле 1995г. концентрация метана у д. Противье составля­ ла 6,3 мкл/л - в поверхностном слое воды и 14,4 мкл/л - в придон­ ном.

Согласно данным А.Н. Дзюбан [83], в серии сквозных рейсов по судовому ходу верхневолжских водохранилищ (Иваньковское, Уг­ личское, Рыбинское, а также Горьковское вдхр.) наблюдалась про­ странственная неравномерность распределения метана в поверх­ ностных водах русловой зоны. Отмечено, что если на большей её части концентрация метана в летне-осенний период (1996-1997 гг.) составляла 5,0-10,0 мкл/л, то у гг. Дубна, Углич, Мышкин, Рыбинск, Тутаев, Ярославль, Кострома и у пос. Переборы - 20,0-45,0 мкл/л, т.е. было обнаружено возрастание содержания метана вблизи на­ селенных пунктов. На примере речного отрезка Горьковского водо­ хранилища, было показано, что в зависимости от расположения го­ родов, водные массы с повышенным содержанием метана оказыва­ лись прижатыми либо к одному, либо к другому берёгу. Автор счи­ тает, что обогащение поверхностной воды метаном, в первую оче­ редь, происходит за счет его поступления в эти районы вместе с го­ родскими бытовыми и техническими отходами.

Несомненно, поступление метана вместе с хозяйственно - бы­ товыми и промышленными сточными водами имеет место, однако забывать о генерации этого газа в отложениях самого водоема не следует, поскольку установлено [261, 263, 265, 268], что в местах, подверженных хроническому антропогенному загрязнению органи­ ческими веществами, концентрация метана в донных осадках воз­ растает на порядок и более и, как следствие, многократно возрас­ тают потоки метана в системе “донные отложения - вода" [261, 262], что и приводит к увеличению содержания метана в водной толще. Это подтверждается тесными прямолинейными зависимостями ме­ жду содержанием метана в отложениях и воде, полученными для Рыбинского водохранилища и его притоков.

Средняя и Нижняя Волга. В августе 1988 г. на Нижней Волге на­ чиная с её устьевого взморья, вверх по течению до верховья Сара­ товского водохранилища, был проведен детальный отбор проб по­ верхностной воды для определения в ней метана (рис.43, табл.39). Кроме этого эпизодический отбор проб в это же время был прове­ ден и на стыке Верхней и Средней Волги, а именно в р. Волга и в р. Ока, в районе, прилегающем к г. Нижний Новгород (речной участок Чебоксарского водохранилища). В данный период температура во­ ды на изучаемом участке варьировала в пределах 20,2-26,8°С (в среднем 24,0°С), при этом наиболее высокие её значения опреде­ лены в рукавах Волги.

Рис. 43. Карта-схема района исследования на Нижней Волге (август 1988 г.)

Саратовское водохранилище. Содержание метана в воде Са­ ратовского водохранилища в период исследования изменялось в пределах 2,4-25,1 мкл/л, в среднем составляя 7,8 мкл/л. В табл.39 представлены данные по распределению метана в воде различных участков этого водохранилища (верховье, середина, низовье). Мак­ симальные концентрации газа определены в верхней (речной) части Саратовского водохранилища, на которую оказывают влияние про­ мышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды таких крупных урбанизированных городов, как Тольятти и Самара. В срединном