ИСТИНА

Содержание микрочастиц с диаметром менее 10 мкм и их транспорт в реках в настоящее время остается практически неизученным вопросом в российской и мировой науке. При этом именно тонкие фракции наносов в реках имеют максимальную адсорбирующую способность и поэтому являются наиболее опасными с позиции переноса техногенного загрязнения. Микрочастицы являются наиболее токсичными и для водных организмов ввиду того, что потребляются и накапливаются в их организмах. Ограничение изучения транспорта микрочастиц в аквальных ландшафтах и определяющих факторов связано с отсутствием единых методических подходов к изучению транспорта мелких частиц в речных системах в условиях антропогенного прессинга и климатических изменений. Поэтому настоящий проект направлен на разработку единого методического подхода исследования формирования и транспорта потоков микрочастиц крупными реками России. В основу проекта лягут данные натурных экспериментов по сбору взвешенных и влекомых наносов крупных рек и их дальнейшему фракционированию. В каждой из выделенных размерных фракций будет определено содержание тяжелых металлов и биогенных элементов. В результате проекта будет разработана классификация гранулометрического и химического состава тонких фракций наносов крупностью менее 10 мкм, выявлены факторы, контролирующие перенос микрочастиц в речных системах. Ключевым результатом станет определение вклада микрочастиц в общий химический сток крупных рек России, которое будет направлено на принятие водохозяйственных решений для обеспечения безопасности водоснабжения для населения и устойчивого функционирований водных экосистем.

The content and transport of microparticles with a diameter of fewer than 10 micrometers in rivers is a virtually unexplored subject in Russian and global science. However, this fine fraction of sediment has the most adsorption capacity and, therefore, can be the most dangerous in terms of pollution spreading. Microparticles are also extremely toxic to aquatic fauna due to their high level of bioaccumulation. The lack of widely accepted approaches has a negative impact on microparticle transport research, especially under human pressure and climate change. This project aims to develop a unified approach to study the origin and transport of microparticles in large Russian rivers. As a basis for this research, samples of suspended and bed sediment of several large rivers will be collected and divided by grain size. In each size fraction, the trace metals and nutrients content will be determined. As the project outcome, we will develop a grain-size and chemical classification for sediment particles less than 10 micrometers in diameter, and outline the major factors controlling their transport in river systems. The main result will be an assessment of the microparticle contribution to the total chemical transport in large Russian rivers, which will then be used in water resource management to provide safe access to drinking water and sustainable and create sustainable aquatic ecosystems.

В 1 год выполнения проекта будут реализованы 1. Сбор и обобщение существующих исследований по транспорту микрочастиц в речных системах и ключевых природных и антропогенных факторах, определяющих их размерный и химический состав: динамических характеристиках потока, русловых процессах, хозяйственной деятельности в русле и на водосборе. 2. Выбор и обоснование створов для проведения исследований потоков микрочастиц в бассейнах крупных рек: р.Волги, Оби, Енисея, Колымы, Лены и Селенги, проведение первой серии полевых работ с установкой зонд-ловушек для отбора проб взвешенных наносов, отбором проб воды, влекомых наносов и донных отложений, и измерению гидрологических характеристик в створах наблюдений в различные фазы водного режима (половодье, межень). 3. Усовершенствование и апробация методики проведения лабораторных экспериментов по фракционированию отобранных проб речных взвешенных и влекомых наносов и выделение фракций 1, 5 и 10 мкм для проведения дальнейшего химического компонентного анализа микрочастиц 4. Сбор и анализ данных по возможным источникам поступления микрочастиц в бассейны исследуемых рек и факторам, контролирующим их перенос: гидротехнических сооружениях в бассейне, промышленных предприятиях, горнодобывающей деятельности, крупных населенных пунктах 5. Выбор и обоснование на рассматриваемых водных объектах эталонных участков с различными видами и уровнями природно-климатического и антропогенного воздействия для проведения натурных экспериментов: гидротехническое строительство (плотина); горнодобывающая деятельность, крупный город в сочетании с выпуском коммунально-бытовых сточных вод; зона смешения основной реки с крупным притоком; активный эрозионный размыв; зона активного таяния многолетней мерзлоты в результаты глобального потепления; отсутствие ярко выраженных источников воздействия. 6. Подготовка к публикации не менее одной статьи в рецензируемом журнале по тематике проекта; Во второй год проведения проекта будут продолжены натурные эксперименты по отбору проб воды, взвешенных и влекомых наносов, а также донных отложений в стационарных створах на исследуемых водных объектах, будет проведен их химический лабораторный анализ и выполнено фракционирование микрочастиц, входящих в состав взвешенных и влекомых наносов. Кроме того, будут проведены натурные эксперименты на первой половине из эталонных участков рассматриваемых рек с различными видами и уровнями природно-климатического и антропогенного воздействия, такими как гидротехническое строительство (плотина); горнодобывающая деятельность, крупный город в сочетании с выпуском коммунально-бытовых сточных вод; зона смешения основной реки с крупным притоком; активный эрозионный размыв; зона активного таяния многолетней мерзлоты в результаты глобального потепления; отсутствие ярко выраженных источников воздействия. Также будет проведена статистическая обработка полученных в первый год данных, и выявление связей между содержанием различных фракций микрочастиц с гидрологическими, гранулометрическими и гидрохимическими характеристиками водных объектов. По результатам натурных и лабораторных исследований первого года будет оценен сток микрочастиц в отдельные сезоны года, а также оценен вклад природных и антропогенных факторов в формирование стока микрочастиц. Кроме того, будут начаты работы по исследованию темпов накопления и пойменных отложений рек и процессов, определяющих поступление микрочастиц с крупностью менее 10 мкм в реки В третий год проведения проекта будет проведена серия натурных экспериментов на второй половине из эталонных участков рассматриваемых рек с различными видами и уровнями природно-климатического и антропогенного воздействия, такими как гидротехническое строительство (плотина); горнодобывающая деятельность, крупный город в сочетании с выпуском коммунально-бытовых сточных вод; зона смешения основной реки с крупным притоком; активный эрозионный размыв; зона активного таяния многолетней мерзлоты в результаты глобального потепления; отсутствие ярко выраженных источников воздействия. Будет сформирована база данных по содержанию и транспорту микрочастиц крупными реками России. Кроме этого, будет проведен анализ и статистическая обработка всего накопленного материала, и выделены основные факторы, контролирующие состав и транспорт различных фракций наносов в водных объектах, а также оценен вклад микрочастиц в твердый химический сток крупных речных систем России. Полученные закономерности между стоком микрочастиц и общим химическим стоком будут обобщены в виде уравнений и графиков. В этот год по итогам анализа собранного материала будет разработана классификация размерного и химического состава микрочастиц в крупных реках России, а также сформулированы единые методические подходы для проведения исследований потоков микрочастиц в водных объектах. Также будут получены результаты по оценкам темпов накопления и пойменных отложений рек и процессам, определяющим поступление микрочастиц с крупностью менее 10 мкм в реки.

Отработана методика пробоотбора взвешенных наносов с помощью зонд-ловушки, представляющего собой систему из устанавливаемых в речном потоке на разной глубине ловушек наносов. Перехват взвешенных наносов осуществляется с помощью мелкоячеистой сетки (мельничный газ с диаметром пор 28 мкм). С помощью зонда-ловушки осуществляется отбор репрезентативных проб взвешенных наносов разной крупности общим весов до нескольких сот грамм. Отработанная глубина инсталляции зонда – до 20 м, что впервые в мировой практике позволит получать образцы взвешенных наносов с разных глубин речного потока крупных рек. Для обработки проб взвеси, отобранных с помощью зонда-ловушки, подготовлена оригинальная методика недеструктивного определения состава поглощенного комплекса наносов. В последние годы участниками проекта начаты мониторинговые исследования потоков наносов и химических веществ в замыкающих створах р. Обь, Енисей, Лена и Колыма. Отработан протокол комплексного гидролого-геохимического створа – системы отбора проб взвешенных и влекомых наносов и растворенных веществ на содержание тяжелых металлов, металлоидов и биогенов. Одновременно подготовлены информационные ресурсы для проведения оценок русловой и бассейновой эрозии в масштабе водосборов р. Обь, Енисей, Лена и Колыма. Для моделирования эрозии почв для бассейнов Оби, Енисея, Лены и Колымы выполнена подготовка баз данных о характеристиках подстилающей поверхности бассейна (цифровая модель рельефа, почвенная и ландшафтная карты), метеорологических и гидрологических характеристик, адаптированная для модели бассейновой эрозии MUSLE. Для анализа русловой эрозии (размывов берегов) разработана методика полуавтоматического дешифрирования разновременных космических снимков, создана композиция спутниковых снимков KH-4 Сorona, KH-7 Gambit, KH-9 Hexagon, Landsat 4-5 TM, Quickbird WorldView-2, Sentinel).

1. Впервые оценено содержание тонких фракций (менее 10 мкм) в составе взвешенных и влекомых наносов крупных рек России и их вклад в общий химический сток. 2. Собрана база данных о содержании частиц крупность менее 10 мкм микрочастиц в бассейнах крупных рек страны, из их размерном и химическом составе, а также сезонной и межгодовое изменчивости. 3. На основании анализа и обобщения собранной информации разработана классификация размерного и химического состава микрочастиц в крупных реках России 4. Разработаны единые методические подходы для оценки потоков микрочастиц в водных объектах с учетом климатических особенностей и уровня хозяйственного использования рек и их водосборов. 5. Выявлены основные природные и антропогенные факторы, определяющие транспорт микрочастиц в реках: установлены количественные зависимости с химическим составом воды рек, климатическими условиями, русловыми процессами, конкретными видами хозяйственной деятельности, проведены географические обобщения для различных природных зон. 6. Разработаны методы оценки потоков микрочастиц в реках России в зависимости от общего стока наносов и гидрологических характеристик, определены характерные темпы накопления микрочастиц на поймах крупных рек России.