Редкие элементы, в том числе тяжелые металлы и радиоактивные изотопы

В литературе, в том числе в официальных изданиях, приводится противоречивая информация о содержании тяжелых металлов в водах Байкала. Рассмотрим эту ситуацию на примере меди. Российская рыбохозяйственная ПДК на концентрацию меди составляет 0,001 мг/л (= 1 мкг/л). В ежегодном докладе правительственной комиссии по Байкалу за 1997 г. (Ежегодный доклад. 1998, с. 31) утверждается, что среднегодовые концентрации меди на фоновых глубоководных станциях реперного разреза, проходящего вдоль озера по Байкал по его центральной части, составили 7 ПДК, а максимальные концентрации - 9 ПДК, т.е. 7 мкг/л и 9 мкг/л, соответственно.

Фолкнер и др. (Falkner et al., 1997) приводят другие данные (рис. 2.2.1). Согласно этим авторам, концентрация меди ни на одной из станций и глубин не превышает 0,35 мкг/ л, что в 20 раз меньше, чем то значение, которое приведено в Ежегодном докладе. Причины столь большого несовпадения пока точно не установлены. Одной из них, вероятно, является метод подготовки проб, в частности, способ удаления взвешенных частиц. Российская рыбохозяйственная ПДК установлена не для суммарного содержания меди, а именно для катиона меди, находящегося в растворенном состоянии, так как медь в составе взвеси, в отличие от растворенной, практически не ядовита для рыб. Между тем, способ удаления взвеси в цитированном документе (Ежегодный доклад. 1997) не указан.

Рис. 2.2.1 Концентрация меди в водах Байкала. Falkner et al., 1997. Серые кружки - южная, светлые - средняя, черные - северная котловины. Загрузить исходные данные в формате Grapher 3

Приведенные здесь цифры вызывают большие сомнения еще по одной причине. Во всех котловинах Байкала обитают и успешно размножаются эндемичные рыбы, высокочувствительные к загрязнениям: омуль, голомянки, придонные бычки, и якобы имеющееся превышение ПДК по меди не оказывает на них влияния.

Фолкнер и др. (K. Falkner et al., 1991; 1997), как и все океанологи, уделяют отбору проб и пробоподготовке особое внимание. Например, отбор проб осуществляется с помощью пластиковых, а ни в коем случае не металлических батометров. Материал, из которого изготовлены батометры, в том числе материал резиновых прокладок, контролируется на отсутствие тяжелых металлов. При погружении батометра он подвешивается не прямо на металлический трос гидрографической лебедки, а на соединенную с этим тросом нейлоновую веревку длиной несколько метров. Отбор проб поверхностных вод производится либо с резиновой лодки на расстоянии нескольких десятков метров от носа стоящего против ветра судна, либо сосуд, в который отбирается вода, выносится с носа судна вперед на длинном деревянном шесте. Отобранные пробы воды переносят в изготовленные из аттестованного пластика (нальген) и промытые кислотами бутыли. Для удаления взвеси пробы на борту судна профильтровывают в портативной беспылевой камере (ламинарном боксе) через промытые кислотой ядерные фильтры с диаметром пор 0,45 мм. Наконец, в тех случаях, когда пробы профильтрованной воды подвергались длительному хранению, их за 2 недели до проведения анализа подкисляли азотной кислотой до рН 2, чтобы перевести в раствор сорбированные формы тяжелых металлов, если сорбция имела место.

Необходимо особо отметить, что на получение правильных и воспроизводимых результатов нельзя рассчитывать, если природная вода не подвергается фильтрации, так как многие тяжелые металлы и редкие элементы присутствуют во взвесях в значительных количествах, а содержание самой взвеси варьирует в весьма широких пределах на различных участках акватории и может существенно различаться в различные сезоны и даже в разные дни. К сожалению, одно из наиболее подробных исследований российских специалистов (Ветров, Кузнецова, 1997), посвященное распределению тяжелых металлов в водах озера Байкал, выполнено с нефильтрованными пробами воды. Об этом прямо сказано на стр.28 указанной монографии: "В 1978 г. операция фильтрования была исключена. Во всех дальнейших работах анализировались сухие остатки нефильтрованных вод. "

Второй источник несовпадения результатов - использование различных методов анализа. Российские организации зачастую применяют для анализа либо простые колориметрические методики, не дающие правильных результатов при низких концентрациях микроэлементов, либо включают процедуры многократного обогащения, в ходе выполнения которых может происходить как загрязнение проб микроэлементами, так и потеря микроэлементов. В цитированных работах (Falkner et al., 1991; 1997) использовались современные приборы, позволяющие получать надежные результаты без предварительного обогащения, такие, как масс-спектрометрия с плазменным возбуждением и др. При этом широко применялся такой прием внутренней калибровки, как введение добавок редких изотопов анализируемых элементов. Применялись и более простые методы, такие, как атомно-абсорбционная спектрометрия в приборе с графитовой кюветой, калибровка которого производилась с помощью коммерчески доступных стандартных материалов.

На рис. 2.2.2 приведены результаты выполненных (Falkner et al., 1997) определений некоторых элементов, присутствующих в водах Байкала в низких концентрациях. Речь идет о растворенных формах элементов, так как пробы воды освобождали от взвесей пропусканием через фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Как и в случае меди, а также главных ионов, обращает на себя внимание постоянство (в пределах статистического разброса) концентраций на разных глубинах и в разных котловинах озера.

Рис. 2.2.2 Концентрация некоторых элементов в водах Байкала. Светлые кружки - южная, серые - средняя, черные - северная котловины. (по данным Falkner et al., 1997)

В табл. 2.2.1 приведены средние концентрации некоторых микроэлементов в водах озера Байкал по данным разных авторов. Имеют место существенные расхождения между данными (Falkner et al., 1991; 1997) и результатами российских исследователей по таким элементам, как цинк (различие в 50 раз) и алюминий (различие в 700 раз). Возможные причины расхождений рассмотрены в предыдущем разделе.