Эколого-географическая оценка состояния месторождения сульфидных грязей оз. Большой Тамбукан

Актуальность темы

Вопрос рационального использования лечебной грязи озер Большой и Малый Тамбукан был актуален на протяжении всего периода эксплуатации месторождения лечебной грязи. Политика рационального природопользования на данном месторождении двуедина и заключается, во-первых, в организации системы добычи грязи, гарантирующей сохранение ее лечебных свойств на протяжении всего срока разработки, обеспечивая при этом естественное природное восполнение запасов лечебной грязи, а во-вторых — в эффективном использовании добытой лечебной грязи (транспортировка, хранение, регенерация, приготовление препаратов на основе лечебной грязи).

В последние два десятилетия на озере наблюдается беспрецедентное повышение уровня воды, что обусловлено изменением соотношения приходно-расходных статей в водном балансе озера. Это, в свою очередь, привело к критическому уменьшению минерализации рапы в озере и может сказаться на качестве лечебной грязи. В этой ситуации в очередной раз на повестке дня первоочередных мер по сохранению месторождения лечебной грязи встал вопрос о необходимости искусственного регулирования уровня воды в озере. Формально, возникшую проблему управления водными ресурсами озера можно сравнительно просто решить несколькими методами, однако решать ее без учета всех природных факторов, и в первую очередь водно-солевого баланса, чревато экологически непредсказуемыми последствиями. Это тем более верно в связи с неоднократными попытками принудительного регулирования водно-солевого баланса озера Тамбукан (искусственное обводнение озера из реки Этока — 1930 г.- высадка вокруг озера влагоудерживающих деревьев — 60-е годы XX векаобводнение озера из скважины — 1977;1978 гг.), влияние которого на экосистему озера еще до конца не выяснено.

Предлагаемое ОАО «Севкавгипроводхоз» мероприятие по перехвату и отводу поверхностного стока по западному берегу озера Тамбукан должно предваряться эффективным и репрезентативным мониторингом всех компонентов с целью получения целостной картины современного экологического состояния водоема. В свою очередь, последняя не может быть полной, если не изучены и не поняты пространственно-временные колебания гидрологических и гидрохимических характеристик озера. Образно говоря, не познав прошлое озера, не сможем понять настоящее и прогнозировать будущее. Это тем более важно в связи с возможно имеющими место или грядущими глобальными изменениями климата. И здесь необходимо разобраться в следующих вопросах:

— какова роль составляющих водного баланса: атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод в колебаниях уровня воды озера;

— как могли повлиять природные и антропогенные факторы и процессы на трансформацию роли составляющих водного баланса, их соотношение и, как следствие, на уровень воды;

— что происходит с минерализацией, химическим составом и типом рапы и грязевого раствора;

— имеет ли место изменение качества рапы и, главное, лечебной грязи, и если да, то в чем это выражается;

— возможно ли техногенное вмешательство и управление водными ресурсами озера Большой Тамбукан и как это скажется на качестве рапы и грязи;

— где необходимо оборудовать гидротехнические сооружения, их конструктивные особенности, куда будет сбрасываться вода из озера при высоком стоянии уровня, и откуда она будет извлекаться в условиях его понижения.

Актуальность темы

диссертационной работы обусловлена также необходимостью сохранения уникальных свойств тамбуканской грязи, заключающихся в ее лечебном воздействии, обусловленном целым комплексом биологически активных компонентов, органических и минеральных веществ, теплофизическими характеристиками. Грязь озера Тамбукан прекрасно зарекомендовала себя при лечении опорно-двигательного аппарата, кожных заболеваний, заболеваний мужской и женской половой сферы, желудочно-кишечного тракта и других болезней. Это подтверждено рядом региональных постановлений и Федеральным законом «Об охране окружающей среды», в котором лечебно-оздоровительные местности и курорты отнесены к особо охраняемым природным объектам.

Цель работы состоит в комплексном исследовании гидролого-гидрохимических закономерностей формирования и функционирования месторождения лечебных грязей, обосновании и разработке предложений по регулированию водных ресурсов.

Основные задачи исследования заключаются в следующем:

• Изучить хронологию и особенности эколого-географических событий, имевших быть место за более чем 200-х летнюю историю освоения месторождения лечебных сульфидных грязей.

• На основе обобщения ретроспективных и современных наблюдений автора построить тренды колебания атмосферных осадков, уровня воды, водного и солевого запасов, минерализации.

• Рассчитать гидрохимические коэффициенты рапы и грязевого раствора и обосновать их использование для оценки изменений, вызванных процессами распре-снения озера.

• Проанализировать и сопоставить между собой тренды гидрологических и гидрохимических параметров и показателей для оценки влияния распреснения рапы на качество пелоидов.

• Исследовать современный водный и солевой балансы озера и влияние на них природных и антропогенных факторов и процессов.

• Оценить современное экологическое состояние и обосновать предложения по регулированию водных ресурсов озера Большой Тамбукан.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Установлено, что в многолетнем разрезе изменения минерализации рапы в целом синхронны с колебаниями уровня рапы, при этом, чем выше уровень, тем ниже минерализациявыделены этапы существенного снижения уровня и минерализации, которые связаны как с природными, так и с антропогенными факторами и процессами.

В течение наблюдаемого столетия не установлено прямолинейной зависимости между суммой атмосферных осадков и величиной уровня воды озера Большой Тамбукан, что обусловлено более сложным, чем ранее считалось, характером связи между этими параметрами. Анализ тренда суммы атмосферных осадков в период с 1911 по 2000 гг. показал отсутствие их значимого возрастания во времени. Результаты наблюдений на метеостанции «Тамбукан» за более чем 30-летний период свидетельствуют о слабом синхронном возрастании как суммы атмосферных осадков, так и испарения во времени, что не должно было привести к катастрофическому росту уровня воды.

Уровень озера Большой Тамбукан склонен к резким и быстрым колебаниям. В последние годы наиболее низкое стояние уровня наблюдается в осенне-зимний период времени, максимальное — в летнее время (июнь, реже июль и август). Сделанный прогноз свидетельствует об окончании периода стабилизации уровня на рубеже 20 032 004 гг., его возможном росте в ближайшие годы (в среднем на 5−15 см в год) и увеличении амплитуды внутригодовых колебаний. Этот прогноз подтвердился.

Установлено, что чаша озера Большой Тамбукан расположена в исключительно благоприятных гидрогеологических условиях, что способствует постоянной подпитке озера атмосферными осадками, водами поверхностного и подземного стока.

Одной из главных причин регистрируемого роста в последнее десятилетие уровня воды в водоеме является непродуманное вмешательство человека. Это, прежде всего, облесение прилегающей к озеру местностисоздание на некоторых участках на берегу озера искусственных дамб, валов и кювет, где после продолжительных дождей собираются большие объемы воды, которая затем разгружается в озеро с поверхностным и грунтовым стокомт.е. создание условий для постоянного подпора водоема грунтовыми водами.

Установлена тенденция в синхронном поведении величин минерализации и ионных отношений 3S04273C1 и 3S04273M в рапе и грязевом растворе. Зарегистрировано их незначительное, но все же хорошо различимое снижение во времени. Это служит аргументом в пользу предположения об усилении диффузии солей из лечебной грязи в рапу озера и возможного ухудшения их качества в будущем. В целом же, несмотря на это, химический тип грязевого раствора пока остается неизменным (в 1949 г. SnNa 59,6 и в 2003 г. SjiNa38)]). Экологическое состояние грязевой залежи в настоящее время не претерпело серьезных изменений. Качество лечебных грязей соответствует санитарным нормам.

Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность научных положений и выводов обеспечивается большим массивом данных экспериментальных гидрологических и гидрохимических исследований (более 200 результатов анализов), выполненных при непосредственном участии автора на озере Большой Тамбукан во время экспедиционных съемок 2001;2003 гг. А также результатами математического анализа гидрологических, гидрометеорологических и микробиологических наблюдений (ГосНИИкурортологии, ОАО «Кавминводкурортресурс», Северо-Кавказского.

УГМС, Ростовского государственного университета, и др.).

Практическое значение работы состоит в следующем:

Основные выводы и положения диссертационной работы, сделанные автором по результатам личных экспериментальных исследований и математической обработки данных, а также рекомендуемый комплекс мероприятий по перехвату и отводу поверхностного и грунтового стока, приняты к использованию (Ставропольский комитет по экологии и охране природы, ОАО «Севкавгипроводхоз»).

Апробация результатов работы. Научные результаты и положения диссертационной работы доказывались на международных и российских научных конференциях: «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды» (г. Новороссийск, 2003) — «Лиманчик. Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (2004) — II научно-практическая конференция «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (2005), и опубликованы в научном журнале, рекомендуемом ВАК России. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

На защиту выносятся:

• Анализ результатов исследований озера Большой Тамбукан, выполненных в течение последних двухсот лет показал, что его функционирование как уникальной природной экосистемы определяется в основном уровенным режимом. В истории эволюции водоема выделены два периода: период естественного и естественно-антропогенного развития озера.

• Повышение уровня воды в озере Большой Тамбукан и, как следствие, значительное снижение минерализации рапы вызваны комплексом воздействующих на водоем природных и антропогенных факторов и процессов.

• Уровень и минерализация рапы в исследуемой водной экосистеме подвержены значимым суточным, внутрии межгодовым колебаниям. В последние годы наиболее низкое стояние уровня наблюдается в осенне-зимний период, максимальное — в летний (июнь, реже июль и август). Между уровнем рапы и её минерализацией, как правило, наблюдается обратная линейная зависимость, в то время как солевой запас и уровень воды связаны прямой линейной зависимостью.

• Между минерализацией и химическим составом придонного слоя рапы и грязевого раствора существует тесная взаимосвязь, которая регулируется диффузионными процессами.

• Изменилась структура водного и солевого стоков в озеро — произошло увеличение доли поверхностного и грунтового стока по отношению к количеству непосредственно выпадающих на акваторию озера атмосферных осадков. Это привело к существенному снижению минерализации воды озера, а также трансформации его водного и солевого балансов.

• По ряду гидрологических, гидрохимических и биологических показателей экологическое состояние озера Большой Тамбукан оценено как близкое к критическому. В связи с этим, научно обосновано и признано целесообразным проведение работ по отводу поверхностного стока системой ливнеотводных каналов двойного действия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения. Содержит 142 страницы основного текста, 26 таблиц, 37 рисунков, список литературы из 109 наименований, графические приложения на 5 листах.

Результаты исследования физико-химического состава и санитарно-микробио-логического состояния представлены в таблице 6 (Лизогубов и др., 1995).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании обобщения и анализа литературных и фондовых материалов, а также проведения оригинальных исследований сделаны следующие выводы и предложены рекомендации.

1. Уровень озера Большой Тамбукан склонен к резким и быстрым колебаниям. В 2002 г., например, диапазон внутригодовых флюктуаций уровня достигал 0,27 м. Стабилизация уровня рапы закончилась в 2002 году. Ранее автором был сделан прогноз, что в 2003 -2004 гг. возможно некоторое увеличение уровня (в среднем в пределах 0,05−0,15 м в год) и амплитуды его внутригодовых колебаний. Судя по последним инструментальным наблюдениям, этот прогноз подтвердился.

2. Основными факторами и процессами, вызывающими изменение уровня воды в озере Большой Тамбукан, являются следующие: природные — количество атмосферных осадков, их периодичность и продолжительность выпадениятемпература воздухаиспарениеособенности трансформации атмосферных осадков на поверхности земли (поверхностный сток, инфильтрация, способность древесной растительности аккумулировать и рассеивать влагу) и грунтовых вод (подъем уровня, особенности их разгрузки в озеро и фильтрации в подземные водоносные горизонты), геологическое и тектоническое строениеколлекторские и фильтрационные характеристики породи техногенные — принудительная подпитка озера водой из различных источников (р. Этока, подземных напорных водоносных горизонтов) — высадка влаголюбивых деревьевсооружение дамб, водосборных кювет и канав, существенно изменивших структуру и соотношение приходных и расходных статей водного баланса.

3. Чаша озера Большой Тамбукан расположена в исключительно благоприятных гидрологических и гидрогеологических условиях, что способствует его естественной перманентной подпитке водой через атмосферный канал, а также посредством поверхностного и грунтового стока. Геоморфологическое описание озера показало, что его берега подвержены оползневой и абразионной деятельности, которая усилилась с подъемом уровня рапы. Это способствует поступлению большого количества тонкодисперсного суглинисто-глинистого материала и обломков отложений майкопских глин в донные отложения, вызывая сокращение площади грязевых отложений и ухудшение качества лечебных сульфидных грязей.

4. В озере Тамбукан протекает сложный озерный метаболический цикл серы сульфидов (H2S, FeS, FeS2), собственно элементарной серы, серы сульфатов и кисло.

— у рода 02, С02, Н20, S04, образующихся in situ и поступающих в озеро с поверхностным и подземным стоком. Наблюдается достаточно существенная внутригодовая изменчивость минерализации и содержания главных ионов. Обнаружена склонность к синхронному снижению минерализации как в рапе, так и грязевом растворе. Отмечено также ее незначительное, но все же хорошо регистрируемое снижение в грязевом растворе во времени. В целом же, несмотря на это, химический тип рапы и грязевого раствора оставался неизменным (в 1949 г. SNan59j6 и в 2003 г. SNan 38,1).

5. Установлено, что на территории затопленных участков озера наблюдается современное грязеобразование. Скорость образования составят от 0,3 до 0,6 см в год (в среднем 0,45 см). Рост уровня воды в озере Большой Тамбукан происходит главным образом за счет трансформированного техногенным воздействием поверхностного и грунтового стока. Это подтверждается, выполненными автором расчетами современного водного и солевого балансов.

6. Произошла определенная перестройка микроорганизмов. Увеличилось количество сульфатредуцирующих бактерий, продуцирующих сероводород, а количество гнилостных и аммонифицирующих снизилось. Значительно уменьшилось количество грибов и актиномицетов в грязевом субстрате, являющихся основными продуцентами антибиотиков. В настоящее время лечебная грязь озера соответствует требованиям установленных кондиций. Санитарное состояние грязи удовлетворительное, однако, наблюдаемые изменения уровенного и солевого режимов озера могут вызвать ухудшение её качества.

7. Каждая из костных и биокостных составляющих экосистемы озера уникальна, поэтому техногенное вмешательство человека должно быть хорошо продуманным и способствовать сохранению лечебных свойств сульфидных грязей, а также их воспроизводству. Отвод поверхностного стока системой ливнеотводных каналов двойного действия позволит остановить повышение уровня воды в водоеме и привести к росту её минерализации. При сооружении ливнеотводящих каналов следует проанализировать и учесть негативный опыт создания дренажной канавы в районе села Это-ка и других искусственных водоемов, действие которых приводит к обратному эффекту — увеличению поступления воды в озеро.

8. Необходимо установить полноценный мониторинг за природным комплексом озера Тамбукан. Следует систематически проводить изучение газового режима (определение содержания О2, H2S, СН4, СО2) и определение содержания тяжелых металлов во всех средах. Кроме того, целесообразно расширить программу наблюдений за атмосферными осадками, поверхностными и грунтовыми водами с использованием стабильных изотопов водорода, кислорода, серы и углерода с целью получения прецизионных и репрезентативных данных для уточнения современных составляющих водного и солевого баланса озера Большой Тамбукан.