Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Район исследования расположен в северо-западной части Северо-Двинского артезианского бассейна на расстоянии от 0 до 60 км от Белого моря. В этой краевой части бассейн заполнен преимущественно вендскими отложениями мощностью до 1 км и возрастом порядка 570 миллионов лет. В направлении снизу вверх аргиллиты постепенно сменяются алевролитами и песчаниками. Водоносный комплекс алевролитов и песчаников падунской свиты венда имеет повсеместное распространение, но области локализации пресных подземных вод приурочены в основном к возвышенным частям территории с абсолютными отметками выше 60-140 м. Мощность зоны пресных вод здесь максимальна и достигает 200-250 м. Коэффициент фильтрации пород в среднем составляет 1 м/сутки. Обломочный материал вмещающих пород представлен преимущественно кварцем, полевыми шпатами и слюдой, а также халцедоном, обломками кварцита и глинистыми агрегатами. Цемент имеет преимущественно глинисто-железистый и карбонатно-глинистый составы, реже встречается гипсовый компонент. Содержание Fe2O3 в 5-18 раз превышает содержание FeO. Глинистые минералы представлены гидрослюдами, каолинитом и хлоритом. В долинах рек вендские отложения практически выходят на поверхность, перекрываясь только относительно маломощным слоем плейстоценовых песчано-глинистых осадков. На водоразделах сохранились остатки некогда мощной толщи карбонатов каменноугольного периода. Толща нижнепермских гипсов и ангидритов, также здесь присутствовавшая, эродирована полностью и отображается только в гипсовой примеси цемента алевролитов и песчаников. Атмосферные осадки в количестве 600 мм/год просачиваются через почву, насыщаются углекислым газом, а затем расходуют его на растворение карбонатов и силикатов, обогащая состав подземных вод и увеличивая общее количество растворенных веществ, в том числе и стронция. После этого они разгружаются в речную сеть. Целью исследования подземных вод в алюмосиликатных отложениях была оценка особенностей концентрирования стронция в зависимости от его источников, процессов перехода в воду, влияния близости моря и продолжительности взаимодействия вода-порода, а также оценка опасности потребления этих вод в питьевых целях. Исследования проводились на шестидесяти шести пробах воды, в которых определялся химический и изотопный (13C/12C, 14C, 234U, 238U, δ2H, δ18O) состав с последующей оценкой показателей насыщения по отношению к основным породообразующим минералам и времени пребывания подземных вод в водоносном горизонте. Установлено, что минимальные концентрации стронция характерны для наименее минерализованных вод и возникают в основном за счет растворения карбонатов. После их насыщения по отношению к кальциту процесс растворения карбонатов сменялся их осаждением и увеличением растворения силикатов с ростом концентрации стронция в более минерализованных водах. Инконгруэнтное растворение алюмосиликатов приводило к появлению в водоносном горизонте новых глинистых минералов, которые совместно с гидроксидами железа и новообразованными карбонатами кальция создавали возможности для сорбционных и ионообменных процессов. Также наблюдалась положительная корреляция отношений Sr/Ca и Mg/Ca, предположительно связанная с процессом дедоломитизации. Переход стронция в воду за счет растворения немногочисленных гипсовых включений в цементе был ограничен. Вклад реликтов морской воды был значительным в повышении концентраций натрия и хлора, а содержание стронция было увеличено за счет вклада морской воды примерно на 15-20%. Влияние продолжительности взаимодействия воды с породой на концентрации стронция в подземных водах выразилось в том, что за тысячу лет они увеличились на 0,1 мг/л, что в 20-30 раз меньше, чем в водах карбонатных отложений, изученных ранее в 100 км восточнее. Оценка неканцерогенного риска для здоровья человека показала безопасность использования исследуемых подземных вод с содержанием стронция менее 0,5 мг/л для питьевых целей. Оценка среднего значения показателя качества воды на основе данных о концентрациях двадцати шести химических элементов и главных ионов, нормируемых санитарными правилами и нормами, также показала, что вода в целом отличного качества. Однако максимальные концентрации шести элементов (Ba, Fe, Na, B, U и Mn) в некоторых скважинах превышают предельно-допустимые концентрации и совместно с Li и Si оказывают наиболее негативное влияние на качество воды. При этом повышенные концентрации натрия, бора и лития связаны с близостью к морскому побережью, а избыток железа и марганца обусловлен ролью кислых болотных вод, широко распространенных на арктических территориях. Повышенные концентрации урана связаны с его длительным осаждением с гидроксидами железа в красных песчаниках и алевролитах падунской свиты венда, консервацией в периоды восстановительных условий плейстоцена и выщелачиванием в современных окислительных условиях голоцена. Неканцерогенные риски в настоящее время определяются в первую очередь концентрациями урана. Средние значения индекса опасности этого элемента для детей составили 1,22 при норме 1,0. У взрослых индекс неканцерогенного риска был несколько ниже и составил 0,83. Канцерогенные риски связаны в первую очередь с концентрациями мышьяка. Средний суммарный канцерогенный риск, связанный с этим элементом, составил 3,8.10-5, что является приемлемым, но пробы из двух скважин показали значения суммарного канцерогенного риска выше 10-4, что находится в зоне высокого риска. Сделан вывод, что на территориях распространения алюмосиликатных коллекторов предпочтительнее использовать для питьевых целей слабоминерализованную воду, характеризующуюся минимальным содержанием токсичных элементов. При необходимости возможна предварительная аэрация воды, в ходе которой осаждаются железо, мышьяк и уран. Для удаления урана из наиболее загрязненных вод более эффективными являются ионный обмен и активированный алюминий. Апробация результатов исследований выполнялась с представлением доклада на Всероссийской конференции с международным участием III Юдахинские чтения, посвящённой 300-летию Российской академии наук и 90-летию со дня рождения член-корр. РАН Ф.Н. Юдахина «Проблемы обеспечения экологической безопасности и устойчивого развития территорий прибрежных районов Арктической зоны Российской Федерации» – ФИЦКИА УрО РАН и в научном журнале Environmental Pollution, индексируемом в Web of Sciences и Scopus (Q1).