ИСТИНА

Цель проекта – определение факторов и физико-химических механизмов процессов, контролирующих распределение и миграцию фтора в глобальном гидрологическом цикле. Реализация проекта внесет вклад в решение фундаментальной научной проблемы, связанной с установлением закономерностей и физико-химических механизмов процессов миграции химических элементов в природных водах.

The goal of the project is to determine the factors and physicochemical mechanisms of the processes that control the distribution and migration of fluorine in the global hydrological cycle. The implementation of the project is a contribution to the solution of fundamental scientific problem related to the establishment of patterns and physicochemical mechanisms of the processes of chemical elements migration in natural waters. To achieve this goal, it is proposed to solve the following problems affecting the least studied aspects of fluorine hydrochemistry: 1. Expanding the database on fluorine content in water from different parts of the World Ocean with an assessment of possible regional differences in F/Cl ratios; 2. Determination of the relationship between the intensity of fluorine mobilization from the main fluorine-containing minerals micas and the acidity of the aquatic environment; 3. Experimental clarification of the possibility of the presence of organic forms of fluorine in natural waters; 4. Determination of the direction and intensity of phase redistribution of fluorine during the interaction of seawater with volcanogenic material; 5. Identification of regular relationships between the concentrations of fluorine and major ions in surface and groundwater in watersheds of different natural-climatic zones and the establishment of physicochemical mechanisms of the processes creating these relationships; 6. Obtaining new data on the fluorine content in suspended matter of large rivers in Russia and adjacent countries with clarification of the parameters of phase differentiation of fluorine in the river runoff of dissolved and solid substances; 7. Experimental modeling of the fluorine behavior in the process of changing the composition of apatite phases at the stages of sedimentogenesis and diagenesis of marine sediments with assessment of fluorine fluxes at the water–bottom boundary; 8. Study of the fluorine distribution in water bodies of the arid zone, which are at different stages of salinization and are influenced by river runoff of different intensity (the Aral Sea, the Caspian Sea); 9. Experimental modeling of the process of fluorite formation during dolomitization of calcium carbonate in saline marine basins; 10. Experimental determination of the parameters of fluorine sorption isotherms from seawater of normal and high salinity on the main biogenic and terrigenous minerals with a special consideration of the influence of dissolved magnesium on fluorine sorption; 11. Verification based on field observations of experimental models of natural geochemical barriers; 12. Creation of quantitative reservoir–flow model of fluorine distribution and migration in the global hydrological cycle. The relevance of solving these problems is due to the fact that fluorine, being a biologically active element, affects the functioning and development of all forms of life on the Earth: animals, plants, and microorganisms. The effect of fluorine on humans and animals was studied in most detail, for which an optimal concentration range was established that ensures a normal level of functioning and development of organisms. The scientific novelty of the proposed research lies in the combination of systematic and reduction approaches. The subject of study is, on the one hand, the general patterns of fluorine migration in the global hydrological cycle, considered as a system-forming process, and, on the other hand, the physicochemical mechanisms of individual processes involved in the formation of the chemical composition of waters, and the mechanisms of spatio-temporal coupling of these processes. This research structure follows from a systematic approach to solving the main task of the project, focused on identifying the physicochemical mechanisms of individual processes. The methodological novelty of the project is due to the fact that the study of the physicochemical mechanisms of elementary processes is based on the method of experimental modeling with subsequent verification of the results using field observation data. At the same time, the special role of experimental modeling in the study of physicochemical mechanisms of processes is due to the fact that it is carried out under conditions of variable values of a small number of specified factors with constant values of other parameters.

1. Будут определены концентрации фтора и значения отношений F/Cl в водах Южной Атлантики, Северного Ледовитого океана, Индийского океана, Красного моря и Средиземного моря, слабо изученных в отношении распределения фтора. С учетом новых прецизионных определений будет сделана оценка возможных региональных различий содержания фтора в разных районах Мирового океана. 2. Будет экспериментально определена зависимость интенсивности мобилизации фтора из основных фторсодержащих минералов – слюд (биотит, мусковит, флогопит) – от кислотности водной среды. 3. Будет верифицирована гипотеза о присутствии органических форм растворенного фтора в поверхностных и грунтовых водах. 4. Будут получены количественные характеристики фазового перераспре-деления фтора в процессе взаимодействия морской воды с вулканогенным материалом (базальты, андезиты, обсидианы, вулканические пеплы). 5. Будут определены статистические характеристики связей между концентрациями фтора и компонентов основного солевого состава, включая pH, в поверхностных и подземных водах на водосборах разных природно-климатических зон и установлены физико-химические механизмы создающих эти связи процессов. 6. Будет определено содержание фтора во взвесях крупных рек России и сопредельных стран (Волга, Дон, Обь, Амударья и др.) и будут уточнены параметры фазовой дифференциации фтора в речном стоке растворенных и твердых веществ. 7. Будет экспериментально установлена зависимость интенсивности фторизации биогенного гидроксилапатита от концентраций фтора, растворенных карбонатов и величины pH в морской воде и поровых растворах морских осадков. 8. Будут получены новые данные по содержанию фтора в водах бессточных озер, находящихся на разных стадиях осолонения и испытывающих влияние речного стока разной интенсивности (Аральское море, Каспийское море, другие бессточные озера России и мира). 9. Будет определена растворимость флюорита в осолоненных морских водах, участвующих в процессе доломитизации карбоната кальция. 10. Будут определены параметры изотерм сорбции фтора из морской воды нормальной и повышенной солености на основных биогенных и терригенных минералах и установлено влияние растворенного магния на сорбционную иммобилизацию фтора. 11. По данным натурных наблюдений будут верифицированы экспериментальные модели ряда природных геохимических барьеров (эпитермальный геохимический барьер подводных гидротермальных плюмов, геохимический барьер зоны смешения речных и морских вод, диагенетический карбонатно-фосфатный барьер в осадках высокопродуктивных районов океана). 12. Будет разработана количественная резервуарно-потоковая модель распределения фтора в водных объектах климатической системы Земли и его миграции в глобальном гидрологическом цикле.

Руководитель имеет 40-летний опыт изучения геохимии фтора в природных водах. В этих исследованиях самостоятельно и в соавторстве в течение последних 25 лет принимала участие А.В. Савенко, а также в последние годы участвовали В.А. Ефимов и студенты Д.Н. Беликов и Я.Т. Самборская. В результате этих исследований: 1. Получены новые данные о содержании растворенного фтора в поверхностных и подземных водах суши, включая обширные территории Российской Арктики; 2. Исследовано распределение растворенного фтора в устьевых областях малых, средних и крупных рек севера, юга и востока России и установлен квазиконсервативный тип распределения растворенного фтора в зоне смешения речных и морских вод; 3. Показано определяющее влияние терригенного аэрозоля на содержание растворимого фтора в атмосферных осадках над океаном; 4. Определены физико-химические характеристики (коэффициенты активности и степень закомплексованности) фторидов в морской воде разной солености и водах озер-морей (Каспий, Арал до начала последней фазы усыхания); 5. Определены параметры выщелачивания фтора из горных пород в широком диапазоне кислотности и под воздействием органических кислот; 6. Определены параметры фазового перераспределения фтора при взаимодействии морской воды с основными типами донных отложений океана; 7. Описан и экспериментально верифицирован новый способ сорбционно-осадительной иммобилизации фтора на доломитовом и силикатном геохимических барьерах. По гидрохимии фтора коллективом опубликовано свыше 60 работ. Опыт исследований в области экспериментального моделирования низкотемпературных геохимических процессов обобщен в монографии [Савенко, Савенко, 2009] – первой и пока единственной на данный момент монографии, посвященной методическим вопросам экспериментального моделирования геохимических процессов при низких температурах.