Формирование химического состава подземных вод в Южном Прихибинье на примере водозабора "Предгорный"

Автор: Мазухина Светлана Ивановна, Пожиленко Владимир Иванович, Маслобоев Владимир Алексеевич, Сандимиров Сергей Степанович, Горбачева Тамара Тимофеевна, Дрогобужская Светлана Витальевна, Иванов Станислав Викторович

Журнал: Вестник Мурманского государственного технического университета @vestnik-mstu

Рубрика: Геоэкология

Статья в выпуске: 1 т.21, 2018 года.

Бесплатный доступ

Исследователи России и зарубежных стран, занимающиеся медико-экологическим загрязнением питьевой воды, указывают на связь здоровья населения с химическим составом подземных вод и антропогенных включений. Целью работы является обнаружение изменения химического состава природных вод, формирующихся в пределах Хибинского массива и его ближайшего обрамления, в зависимости от состава пород области водосбора и от антропогенного влияния с помощью физико-химического моделирования (программный комплекс (ПК) "Селектор") и современных прецизионных методов анализа. Для достижения цели был произведен отбор проб на водозаборе "Предгорный" (п. Коашва, Кировский район). Полный гидрохимический анализ показал присутствие в водах таких элементов, как уран, молибден, серебро, барий, что пополнило базу данных химического состава подземных вод. Для физико-химического моделирования были сделаны выборки химических анализов наиболее распространенных пород, слагающих юго-восточную часть Хибинского массива как основную область водосбора. Анализ полученных результатов позволил отделить породное влияние от антропогенного, природный химический состав вод от профильтрованных рудничных (антропогенных). Показано, что уже в природных (чистых) водах соотношения Са/P и Са/Sr могут приводить к болезням костей у населения. Установлено, что на формирование химического состава подземных вод водозабора "Предгорный" оказывают влияние химические составы пород и поверхностных вод, содержащие кислород, нитраты азота, хлор, которые влияют на значения рН (уменьшая их), формы миграции алюминия, марганца, железа и других элементов. В костях человека и животных примерно 70 % приходится на гидроксил апатит Са5(РО4)3ОН. Группу ОН могут заменять F, Cl, O. Кальций может быть изоморфно заменен рядом элементов: Sr, U, Ba и др., что вызывает заболевания костей и зубов у населения. Результаты исследований могут быть полезны в областях геохимии, гидрологии, экологии, медицине.

Еще

Подземные воды, физико-химическая модель, хибиниты, хибинский массив, медико-экологические исследования, гидроксил апатит

Короткий адрес: https://sciup.org/142215128

IDR: 142215128 | DOI: 10.21443/1560-9278-2018-21-1-88-98

Текст научной статьи Формирование химического состава подземных вод в Южном Прихибинье на примере водозабора "Предгорный"

Средние уровни заболеваемости взрослого населения Мурманской области по сумме болезней находятся на уровне среднероссийских показателей, вместе с тем по некоторым классам заболеваний и нозологическим формам, мониторируемым в рамках Федерального информационного фонда, превышают среднероссийские уровни: новообразования, болезни эндокринной системы, расстройства питания и нарушения обмена веществ, болезни костно-мышечной системы1. Наибольшее превышение среднероссийского уровня по заболеваемости взрослого населения отмечается в г. Апатиты и г. Кировске. В целом по сумме заболеваний показатели заболеваемости детского населения выше среднероссийского уровня на 30–40 % на протяжении многих лет.

Петербургским геохимиком В. И. Лебедевым сформулирован принцип: человек по отношению к внешней среде есть открытая система, к которой применимы законы физикохимии [1]. В работе Л. И. Эльпинера и И. С. Зекцера [2] подчеркнуто, что исследователи России и зарубежных стран, занимающиеся медико-экологическим загрязнением питьевой воды, устанавливают связь здоровья населения с химическим составом подземных вод и антропогенных включений.

С. М. Кравченко [1] считает, что объяснение состояния костей и зубов и их лечение не достаточно ограничивать изучением человеческого организма и избытком или недостатком Sr, Se, U, Th и других микроэлементов во внешней среде, большинство из которых изоморфно замещают кальций в структуре апатита (в костях человека и животных ~ 70 % гидроксил апатита). Также упомянуто, что в щелочных массивах Кольского полуострова обнаружен апатит с содержанием SrO до 39,31 %. Все это указывает на то, что в исследовании вод и оценке их для питьевых целей необходимы объединения усилий различных специалистов и новый комплексный подход.

Цель работы – оценка антропогенного влияния и химического состава горных пород Хибинского массива на формирование химического состава поверхностных и подземных вод водозабора "Предгорный" с помощью физико-химического моделирования (ПК "Селектор") [3].

Материалы и методы

В работе использованы опубликованные источники, материалы отчетов, выполнявшихся в рамках научно-исследовательских программ, а также результаты химического анализа проб воды, отобранных в процессе выполнения задач по гранту РФФИ 17-45-510640р_а. Основным методом исследования является метод физико-химического (термодинамического) моделирования, реализованный в программном комплексе (ПК) "Селектор", разработанном под руководством профессора И. К. Карпова (Институт геохимии им. Виноградова СО РАН, г. Иркутск). ПК "Селектор" снабжен системой встроенных баз термодинамических данных, а также модулем формирования моделей различной сложности. Используемый алгоритм [3] позволяет производить расчеты сложных химических равновесий в изобарно-изотермических, изохимических и адиабатических условиях в мультисистемах, где одновременно могут присутствовать водный раствор электролита, газовая смесь, жидкие и твердые углеводороды, минералы в виде твердых растворов и однокомпонентных фаз, расплавы и плазма. С помощью ПК можно исследовать как многокомпонентные гетерогенные системы, так и мегасистемы, состоящие из взаимодействующих систем (резервуаров), связанных между собой и окружающей средой потоками вещества и энергии. В настоящей работе ПК используется для моделирования в системе "вода – порода".

Географическое и геологическое положение

На территории Кольского региона северо-восточной части Балтийского щита (административно – Мурманская область) рыхлые образования ныне представлены редкими находками (реликтами) маломощных площадных и линейных неогеновых кор выветривания и, в основном, четвертичными (антропогеновыми) образованиями разного генезиса – ледниковыми, водно-ледниковыми, озерными, речными, болотными и т. д. [4]. Эти рыхлые образования, как и зоны трещиноватости в кристаллических породах, являются накопителями подземных вод, которые в виде родников (ключей) широко проявляются на территории Кольского полуострова [5].

Все вышесказанное относится и к Хибинскому массиву и его окрестностям, с тем лишь отличием, что на большей части высокогорной площади развиты маломощные элювиальные образования, зато широкий спектр четвертичных образований и морфологических структур развит в эрозионных долинах расчлененного рельефа и в окрестностях массива.

Наличие структурных особенностей Хибинского массива, зон трещиноватости, расчлененного рельефа и значительных перепадов высот в областях водосбора обусловили появление большого количества родников. Они расположены как на склонах долин, так и в долинах и даже в прилегающих, присклоновых ("прихибинских") рыхлых образованиях, в разной степени удаленных от Хибинского массива, мощность которых в Прихибинье колеблется от первых сантиметров до 80 и более метров, и наиболее максимальная – в скрытых эрозионных долинах.

Огромную роль в строении Хибинского массива играют конические и радиальные разрывные нарушения первого порядка [6] и многочисленные разноориентированные разломы второго порядка [7]. Наличие разрывных нарушений способствует накоплению трещинных подземных вод, длительность соприкосновения которых с вмещающими кристаллическими породами массива и продуктами их разрушения может достигать от года до нескольких десятков и даже тысяч лет [8]. Трещинные подземные воды в благоприятных условиях поступают в напорные водные горизонты, расположенные как в трещинных зонах, так и в рыхлых образованиях, смешиваясь с более молодыми водами, образовавшимися за счет атмосферных осадков.

Учитывая размеры площадей водосбора и значительный перепад высот, напор воды и дебит, ряд этих источников уже представляют практическую значимость и используются для обеспечения качественной водой населения Кировска, Коашвы и др.2 Для обеспечения водой населения г. Апатиты подземные водные источники пока не используются, хотя попытки привлечь внимание к некоторым из них в районе реки Малая Белая уже были [9].

В качестве объектов исследования выбраны действующие скважины водозабора "Предгорный", который расположен у подножья юго-восточной части горного массива Хибины (рис. 1) на мелко-грядовых ледниковых холмах с высотной отметкой около 200 м. К юго-востоку от водозабора и к северу от оз. Китчепахк расположен технологический отстойник Восточного рудника (рис. 2).

Относительное превышение устьев водозаборных скважин относительно уровня вод отстойника около 30 м. Водоносный горизонт расположен в рыхлых четвертичных водно-ледниковых отложениях, которые залегают на неоархейских гранитоидах. Естественно предположить, что насыщение его происходит не только за счет поверхностных вод, скатывающихся с юго-восточных склонов горного массива, но и за счет трещинных вод, поступающих с отрогов Хибинского массива. Эта часть массива сложена в основном массивными и трахитоидными хибинитами и несколькими телами пород щелочной ультрамафитовой серии (рис. 3).

Рис. 1. Положение водозабора на топокарте3

Fig. 1. The position of the water intake on the topographical map

Рис. 2. Положение скважин водозабора "Предгорный" на космоснимке4

Fig. 2. The position of the wells of the "Predgorny" water intake on the space image

³ Топографическая карта (Российская Федерация. Мурманская область. Лист № 15 – Ревда). Масштаб 1 : 200 000. 1993.

Рис. 3. Положение скважин водозабора на схематической геологической карте юго-восточной части Хибинского массива по [10]: 1 – перидотиты, пироксениты, мелилитолиты; 2 – ультраосновные фоидолиты; 3 – хибиниты массивные; 4 – хибиниты трахитоидные; 5 – апатито-нефелиновые руды; 6 – рисчорриты, ювиты, уртиты массивные; 7 – неравномернозернистые нефелиновые сиениты;

8 – фойяиты; 9 – породы карбонатного штока; 10 – четвертичные отложения

Fig. 3. The position of the water intake wells on the schematic geological map of the South-Eastern part of the Khibiny massif [10]: 1 – peridotite, pyroxenite, melilitic; 2 – ultrabasic foidolite; 3 – massive khibinites;

4 – trachytoid khibinites; 5 – apatite-nepheline ore; 6 – ristschorrites, juvites, urtites massive; 7 – nepheline syenites; 8 – foyaite; 9 – rocks of carbonate stock; 10 – quaternary deposits

Чтобы оценить роль влияния химического состава пород Хибинского массива на химический состав воды водозабора "Предгорный" для физико-химического моделирования были сделаны выборки химических анализов пород площади водосбора – массивных и трахитоидных хибинитов и пород щелочной ультрамафитовой серии (табл. 1–3).

Таблица 1. Химический состав мельтейгитов, ийолитов, уртитов и ювитов Хибинского массива Table 1. Chemical composition of melteigites, ijolites, urtites and juvites of the Khibiny massif

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Вес, %	mlg 170	mlg 309	ijl 304	ijl 414	urt 460	urt 240	juv 670	urt 100	urt 500	urt-mlg	urt-mlg
SiO 2	41,5	42,5	41,2	45,6	44,6	42,44	46,5	43,1	40,3	43,1	43,3
TiO 2	4,35	3,33	2,16	3,29	2,10	2,31	2,33	3,07	2,09	2,78	3,09
Al 2 O 3	4,91	2,78	16,80	13,29	22,54	24,65	20,15	23,46	27,16	17,30	17,97
Fe 2 O 3	12,99	10,95	7,42	5,72	3,18	2,84	3,31	2,86	1,96	5,69	5,08
FeO	10,58	10,36	5,90	3,84	2,17	2,26	2,16	2,67	1,37	4,59	3,83
MnO	0,54	0,52	0,35	0,24	0,13	0,11	0,16	0,13	0,04	0,25	0,25
MgO	6,01	8,39	3,08	4,83	1,89	0,97	2,51	1,22	0,20	3,23	2,71
CaO	10,8	14,80	7,80	9,82	5,27	3,28	4,63	4,61	4,52	7,28	6,92
Na 2 O	4,67	3,48	9,71	8,77	12,6	14,3	10,0	12,4	15,1	10,1	10,5
K 2 O	1,22	0,67	3,69	2,37	4,61	5,91	6,88	5,74	4,98	4,01	4,21
P 2 O 5	0,37	0,79	1,26	0,38	0,43	0,47	0,50	0,60	1,65	0,72	0,74
CO 2	0,03	0,14	0,11	0,20	0,16	0,18	0,14	0,09	–	0,116	–
F	0,22	0,18	0,19	0,21	0,10	0,08	0,12	0,16	0,23	0,165	–
H 2 O⁺	–	–	–	–	–	–	0,26	0,47	0,76	0,497	0,58
H 2 O^–	–	–	–	–	–	–	0,38	0,11	0,01	0,167	0,13
п.п.п	1,10	0,66	0,36	0,57	0,66	0,41	–	–	–	–	–
Σ	99,50	99,91	100,3	99,35	100,7	100,4	99,99	100,6	100,4	99,94	99,33

Примечание. 1–9 – мельтейгиты (mlg), ийолиты (ijl), уртиты (urt) и ювиты (juv) по [11], цифры под названием пород – глубина отбора пробы из керна скважины; 10 – средний состав выборки из 9 анализов (1–9 в табл.); 11 – средневзвешенный состав дифференцированного комплекса уртитов-мельтейгитов по 109 анализам по [12].

⁴ Спутниковая онлайн-карта: Хибины (Мурманская область). URL: https://www.google.ru/maps/ .

Таблица 2. Химический состав нефелиновых сиенитов, массивных и трахитоидных хибинитов Хибинского массива

Table 2. Chemical composition of nepheline syenite, massive and trachytoid khibinite from khibinite rocks of the Khibiny massif

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Вес, %	ns	ns	khibm	khibm	khibm	khibm	khibt	khibt	khibt	средн	средн
SiO 2	55,0	55,0	49,4	49,9	54,6	52,3	55,1	54,1	54,2	53,3	53,1
TiO 2	0,91	1,11	2,72	1,96	0,77	0,85	0,85	0,76	0,69	1,18	0,97
Al 2 O 3	19,6	19,3	16,2	18,4	23,2	21,0	21,3	21,2	20,6	20,1	21,2
Fe 2 O 3	2,18	2,61	4,43	2,85	1,75	3,48	4,04	4,55	3,14	3,23	2,39
FeO	3,11	2,97	3,68	4,42	1,77	1,24	0,01	0,01	1,03	2,03	1,65
MnO	0,16	0,18	0,35	0,27	0,13	0,23	0,19	0,19	0,18	0,21	0,20
MgO	0,62	0,63	1,32	1,09	0,34	0,33	0,46	0,33	0,40	0,61	0,70
CaO	1,23	1,79	4,78	3,97	1,01	1,04	1,10	1,20	1,06	1,91	1,87
Na 2 O	9,76	9,14	9,65	9,71	9,91	11,3	10,3	10,3	11,21	10,13	9,87
K 2 O	5,97	6,29	4,66	4,85	4,82	5,45	5,86	6,25	5,63	5,53	6,51
P 2 O 5	0,22	0,14	0,64	0,38	0,11	0,09	1,16	0,12	0,12	0,33	0,29
CO 2	0,10	0,12	0,11	0,10	0,48	0,20	_–	_–	0,06	0,167	0,13
S	0,09	0,08	0,02	0,12	0,01	0,02	_–	_–	0,18	0,074	_–
Cl^–	0,01	0,01	_–	_–	0,02	0,01	_–	_–	0,06	0,022	_–
_F –	0,12	0,10	0,28	0,17	0,10	0,12	_–	_–	0,14	0,147	0,05
H 2 O⁺	0,52	0,31	0,65	0,69	0,20	1,40	0,40	0,70	0,73	0,62	0,71
H 2 O^–	0,08	0,10	0,13	0,23	0,12	0,12	0,10	0,15	0,15	0,104	0,14
Σ	100,6	99,96	99,67	99,77	99,91	99,92	99,77	99,74	100,1	99,67	99,90

Примечание. 1–2 – нефелиновые сиениты (ns), хибиниты массивные (khibm) и хибиниты трахитоидные (khibt) по [11]; 10 – средний состав выборки из 9 анализов (1–9 в табл.); 11 – химический состав средней пробы пород Хибинского массива по [13].

Таблица 3. Химический состав пород щелочно-ультрамафитовой серии Хибинского массива по [10] Table 3. The chemical composition of rocks of the alkaline-ultramafic series in the Khibiny massif [10]

№ п/п	¹ \	2	³ \	4	⁵ \	⁶ \	⁷ \	⁸ \	⁹ \	10	11
Вес, %	перидотиты		оливиновые пироксениты			ультраосновные фоидолиты					средн
SiO 2	38,3	43,6	41,4	41,6	43,8	42,1	46,4	42,6	45,9	39,5	42,5
TiO 2	3,51	3,41	4,18	4,91	4,51	5,14	2,42	2,95	2,42	7,25	4,07
Al 2 O 3	4,29	5,21	7,37	5,92	14,2	13,1	13,5	14,0	14,5	9,17	10,1
Fe 2 O 3	10,3	5,41	8,90	4,33	2,76	6,74	2,16	4,80	4,75	8,00	5,81
FeO	5,25	7,06	5,22	11,3	9,01	7,30	8,74	7,52	5,76	7,00	7,41
MnO	0,28	0,19	0,23	0,23	0,32	0,34	0,17	0,30	0,21	0,28	0,255
MgO	19,9	17,9	13,38	11,7	4,43	4,49	6,35	5,35	5,00	7,01	9,55
CaO	12,6	9,36	9,09	11,2	6,41	6,87	9,59	8,69	8,52	11,7	9,41
Na ₂ O	0,65	2,26	3,18	3,47	7,89	7,26	6,34	7,83	6,97	4,56	5,04
K 2 O	2,06	2,91	3,60	2,11	2,87	2,91	2,25	2,76	3,57	2,36	2,74
P 2 O 5	0,50	0,36	0,43	0,33	1,07	1,20	0,41	0,61	0,53	1,51	0,695
CO 2	0,38	0,14	0,32	0,23	0,17	0,07	0,07	0,31	0,10	0,32	0,211
S	0,16	0,03	0,04	0,12	0,06	0,05	0,07	0,23	0,05	0,19	0,100
F	1,06	0,45	0,91	0,60	0,38	0,32	0,18	0,41	0,31	_–	0,47
H 2 O⁺	0,57	0,88	0,95	1,12	0,56	0,83	1,16	0,91	0,79	0,29	0,81
H 2 O^–	0,11	0,13	0,37	0,42	0,15	0,00	0,15	0,17	0,13	0,19	0,182
Cr 2 O 3	0,18	0,16	0,11	0,11	0,01	0,02	0,03	0,01	0,02	0,02	0,067
V 2 O 5	0,07	0,04	0,05	0,04	0,07	0,07	0,04	0,06	0,05	0,07	0,056
BaO	_–	0,07	0,07	0,06	0,39	0,36	0,08	0,11	0,11	_–	0,125
SrO	0,14	0,10	0,19	0,11	0,56	0,62	0,11	0,14	0,14	0,27	0,24
NiO	0,13	0,11	0,07	0,05	0,01	0,01	0,01	0,01	0,00	0,02	0,042
CoO	0,01	0,01	0,01	0,01	0,00	0,01	0,01	0,01	0,00	0,01	0,008
Σ	100,5	99,76	100,0	99,89	99,63	99,82	100,3	00,79	99,80	99,78	99,92

Для получения необходимой информации и решения задач, поставленных в проекте по гранту РФФИ 17-45-510640р_а, на территории водозабора "Предгорный" 09.11.2017 г. отобраны пробы воды из 2-й, 3, 4, 5 и 9-й скважин.

На основании разработанных раньше методик формирования химического состава природных вод с учетом химического состава пород проведено физико-химическое моделирование (ФХМ) (ПК "Селектор"). В ФХМ включено 34 независимых компонента (Al-B-Br-Ar-He-Ne-C-Ca-Cl-F-Fe-K-Mg-Mn-N-Na-P-S-Si-Sr-Cu-Zn-Ni-Pb-V-Ва-Со-Сr-Hg-As-Cd-H-O-e), 996 зависимых компонента, в том числе в водном растворе – 369, в газовой фазе – 76, жидких углеводородов – 111, твердых фаз, органических и минеральных веществ – 440. Набор твердых фаз мультисистемы сформирован с учетом минерального состава Хибинского массива [14–17].

Изучены процессы формирования природных вод в системе "вода – порода – атмосфера" в зависимости от степени взаимодействия (ξ) пород с водными растворами в открытых условиях (100 кг атмосферы, 1 000 кг воды, T 276,15, P 1 бар, порода 100 г – средний состав пород Хибинского массива (табл. 3 – столбик 11, табл. 2 – столбик 10, табл. 1 – столбик 10)), коэффициенты водной миграции S, F, Cl [18].

Результаты и обсуждение

Результаты моделирования взаимодействия "вода – порода" представлены в табл. 4. Аналитические данные анализа проб воды из скважин водозабора приводятся в табл. 5. Анализ результатов моделирования и полученных аналитических данных указывает на сопоставимость концентраций по кальцию, натрию, магнию, стронцию, сульфатам, фтору, гидрокарбонатам и значениям рН. Кроме того, результаты моделирования указывают на возможность присутствия в водах хрома, кобальта и ванадия. Состав новообразованных фаз – мусковит (Msc), гетит, апатит (Apt), монтмориллонит (Mnt) и аморфный кремнезем – соответствует новообразованиям, обнаруженным в Хибинском щелочном массиве в результате выветривания нефелина. Смектиты – смешаннослойные алюмосиликаты, содержащие кальций, магний и натрий. По результатам моделирования содержание калия должно быть значительно меньше, чем обнаружено в водах из скважин водозабора. Кроме того, в водах водозабора обнаружены нитраты. Сопоставление этих данных с химическим составом поверхностных вод позволяет сделать вывод, что на химический состав вод водозабора оказывают влияние и поверхностные воды, содержащие больше чем природные такие элементы, как хлор, калий и нитраты (табл. 6).

Таблица 4. Результаты моделирования системы "вода – порода" (водозабор "Предгорный", поселок Коашва), Т 3 °С, Р 1 бар

Table 4. The results of modeling of the system "water – rock" ("Predgorny" water intake, Koashva), T 3 °C, P 1 bar

		Компоненты раствора, мг/л
ξ	NU	_Ca 2+	Na⁺	_Mg 2+	_K +	_Ba 2+	_Ni 2+	_Co 2+	HVO ² ₄ ^-
1	0,1	4,15E-01	5,70E-01	2,69E-01	1,02E-01	3,73E-03	1,84E-03	2,09E-04	2,35E-03
0,8	0,15849	6,20E-01	8,95E-01	4,26E-01	1,97E-01	5,91E-03	2,92E-03	3,32E-04	3,75E-03
0,6	0,25119	9,73E-01	1,44	6,74E-01	2,06E-01	9,37E-03	4,63E-03	2,92E-04	5,97E-03
0,4	0,39811	1,54	2,33	1,07	1,84E-01	1,49E-02	7,34E-03	9,73E-05	9,47E-03
0,2	0,63096	2,43	3,72	1,68	1,57E-01	2,35E-02	1,16E-02	2,75E-05	1,5E-02
0	1	3,82	5,92	2,65	1,18E-01	3,73E-02	1,84E-02	5,24E-06	2,38E-02
–0,2	1,58489	5,99	9,41	2,26	9,54E-02	5,90E-02	2,92E-02	1,25E-06	3,77E-02
–0,4	2,51189	9,24	14,9	3,83E-01	6,94E-02	9,31E-02	4,62E-02	2,08E-07	5,98E-02
		_Sr 2+	CrO ² ₄ ^-	SiO 2	_SO 2₄-	HCO ₃ ^-	^P общ	_F –	pH
1	0,1	7,38E-02	2,63E-03	2,07	3,48E-01	3,82	1,26E-02	1,66E-02	7,04
0,8	0,15849	7,77E-02	4,57E-03	3,18	5,51E-01	5,96	2,70E-03	2,28E-02	7,25
0,6	0,25119	8,38E-02	7,71E-03	3,43	8,71E-01	9,27	5,27E-04	3,53E-02	7,47
0,4	0,39811	9,36E-02	1,28E-02	3,43	1,37	14,5	1,01E-04	5,58E-02	7,71
0,2	0,63096	1,09E-01	2,08E-02	3,44	2,16	22,7	1,90E-05	8,83E-02	7,98
0	1	1,33E-01	3,66E-02	3,43	3,39	35,3	3,01E-06	1,40E-01	8,34
–0,2	1,58489	1,41E-01	5,36E-02	3,44	5,36	45,3	5,71E-07	2,22E-01	8,66
–0,4	2,51189	5,25E-02	8,54E-02	3,43	8,50	52,7	9,50E-08	3,52E-01	9,05
		Состав новообразованных фаз, моль
		MnO ₂	FeO(OH)	Msc	Apt	Mnt	SiO 2	Co 3 O 4	Smc
1	0,1	3,34E-04	1,27E-02	3,76E-03	1,37E-04	8,50E-03	5,69E-06	_–	_–
0,8	0,15849	5,29E-04	2,01E-02	5,04E-03	4,04E-04	1,46E-02	1,24E-04	_–	_–
0,6	0,25119	8,39E-04	3,18E-02	1,07E-02	6,80E-04	1,97E-02	3,18E-02	1,33E-06	_–
0,4	0,39811	1,33E-03	5,04E-02	2,07E-02	1,09E-03	2,65E-02	8,99E-02	4,17E-06	_–
0,2	0,63096	2,11E-03	7,99E-02	3,62E-02	1,72E-03	3,76E-02	1,82E-01	7,33E-06	_–
0	1	3,34E-03	1,27E-01	6,07E-02	2,73E-03	5,53E-02	3,26E-01	1,18E-05	_–
–0,2	1,58489	5,29E-03	2,01E-01	9,85E-02	4,33E-03	8,45E-02	4,46E-01	1,88E-05	2,67E-02
–0,4	2,51189	8,39E-03	3,18E-01	1,58E-01	6,86E-03	1,31E-01	5,61E-01	2,98E-05	8,73E-02

Соотношения Ca/Sr в скважинах водозабора (табл. 5) – 107,58, 52,74, 59,71, 95,07, 52,38 соответственно. К категории "относительно нормальная экологическая ситуация" относится ситуация, когда Ca/Sr > 100. Как видно, это соотношение реализовано только в скважине 2. Соотношение Ca/P в соответствующих скважинах – 780,52, 519,9, 365,05, 1257,67, 675,35. Такая ситуация, скорее всего, должна быть отнесена к категории "чрезвычайной экологической ситуации" [1].

Анализ состояния заболеваемости массовыми неинфекционными заболеваниями (отравлениями) и приоритетными заболеваниями в связи с вредным воздействием факторов среды обитания населения Мурманской области показывает, что в структуре общей заболеваемости взрослого населения первое место занимают болезни системы кровообращения (17,4 %), на втором месте – костно-мышечной системы (12,5 %)5. Наибольшее превышение среднероссийского уровня по заболеваемости взрослого населения отмечается в г. Апатиты и г. Кировске.

Таблица 5. Результаты мониторинга подземных вод водозабора "Предгорный", мг/л (глубины скважин 49–58 м)

Table 5. Results of groundwater monitoring of "Predgorny" water intake, mg/l

(depth of wells 49–58 m)

	Компоненты раствора, мг/л
Номер скважины	_Ca 2+	_Ba 2+	Na⁺	_Mg 2+	_K +	HCO ₃ ^-	^Fe общ	_Ni 2+
2	7,10	0,0012	7,91	0,86	3,26	31,6	0,020	0,0138
3	4,84	0,0005	6,94	0,62	2,91	25,5	0,019	0,0005
4	3,25	0,0003	5,68	0,40	2,64	23,1	0,014	0,0036
5	10,8	0,0005	10,9	1,18	3,72	37,3	0,045	0,0026
9	5,88	0,0005	8,82	0,74	3,34	28,8	0,018	0,0017
	Sr²⁺	Mo	Al³⁺	F^–	P обш	SO ² ₄ ^-	NO ₃ ^-	рН
2	0,066	0,0033	0,0045	0,31	0,0091	6,7	9,55	8,24
3	0,092	0,0018	0,012	0,07	0,0093	5,95	4,75	7,96
4	0,055	0,0014	0,011	0,16	0,0089	4,1	2,06	8,11
5	0,114	0,0059	0,011	0,45	0,0086	13,8	16,5	8,00
9	0,112	0,0026	0,017	0,14	0,0087	7,6	6,2	8,00

Таблица 6. Результаты мониторинга поверхностных вод реки

(1 – р. Вуоннемйок, устье; 2 – р. Вуоннемйок (Коашва, мост, 13.09.2009)), мг/л Table 6. The results of monitoring of surface waters of the river

(1 – r. Vuonnemyok, mouth; 2 – r. Vuonnemyok (Koashva, bridge, 13.09.2009)), mg/l

Место отбора	Компоненты раствора, мг/л
	_Ca 2+	_Mg 2+	Na⁺	_K +	HCO ₃ ^-	_SO 2₄-	_Al 3+
1	5,57	0,54	24,3	7,38	43,8	26,8	0,101
2	8,34	0,57	39,5	12,4	57,2	54,4	0,061
	Sr²⁺	Fe	Cu²⁺	NO ₃ ^-	Cl^–	pH
1	0,259	0,047	0,0009	2,72	2,72	7,76
2	0,428	0,019	0,0012	4,15	2,34	7,85

Заключение

На основании выполненных исследований установлено, что на формирование химического состава подземных вод водозабора "Предгорный" оказывают влияние химические составы пород и поверхностных вод. Поверхностные воды содержат кислород, нитраты и хлорид, которые влияют на значения рН (уменьшая их) и формы миграции алюминия, марганца, железа и других элементов.

Показано, что уже в природных (чистых) водах соотношения Са/P и Са/Sr могут приводить к болезням костей у населения. В костях человека и животных примерно 70 % приходится на гидроксил апатит Са 5 (РО 4 ) 3 ОН. Группу ОН могут заменять F, Cl, O. Кальций может быть изоморфно заменен рядом элементов: Sr, U, Ba и др., что приводит к заболеванию костей и зубов у населения [1]. Результаты исследований могут быть полезны в областях геохимии, гидрологии, экологии, медицине. Меняя систему водоподготовки и питания, можно снизить или вообще избежать заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Таким образом, экологические исследования питьевых вод, направленные на совершенствование методов охраны природных вод и водоподготовки, необходимы для обоснования эффективных управленческих водохозяйственных решений, подчиненных приоритетам охраны здоровья населения.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Министерства образования и науки Мурманской области в рамках научного проекта о17-45-510640 "Геохимическая оценка подземных вод Хибинского массива (возраст и идентификация происхождения подземных вод, химический состав, формы миграции элементов)".

Список литературы Формирование химического состава подземных вод в Южном Прихибинье на примере водозабора "Предгорный"

Кравченко С. М. Кальций-фосфорное отношение в геохимических ландшафтах и его влияние на здоровье человека//Геоэкология. Инженерная экология. Гидрогеология. Геокриология. 1998. № 1. С. 30-36.
Эльпинер Л. И., Зекцер И. С. Междисциплинарный подход к оценке использования подземных вод для питьевых целей//Водные ресурсы. 1999. Т. 26, № 4. С. 389-396.
Чудненко К. В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения = Thermodynamic modeling in geochemistry: the theory, algorithms, the software, applications/отв. ред. В. Н. Шарапов. Новосибирск: Гео, 2010. 283 с.
Пожиленко В. И., Гавриленко Б. В., Жиров Д. В., Жабин С. В. Геология рудных районов Мурманской области = Geology of mineral areas of the Murmansk region/под ред. Ф. П. Митрофанова, Н. И. Бичука. Апатиты: КНЦ РАН, 2002. 359 с.
Ананьев В. Н. Родники земли Кольской. Мурманск: Кн. изд-во, 2009. 144 с.
Онохин Ф. М. Особенности структуры Хибинского массива и апатито-нефелиновых месторождений. Ленинград: Наука. Ленингр. отд-ние, 1975. 106 с.
Разработка геодинамической схемы (тектонических разломов) района деятельности апатитовых рудников ОАО "Апатит": отчет о НИР/Горный институт КНЦ РАН; отв. исполн. А. К. Шпаченко, Д. В. Жиров. 2003. 49 с.
Гудков А. В., Каменский И. Л., Мелихова Г. С., Скиба В. И., Токарев И. В. . Тритий-гелий-3 метод и его применение для датирования подземных вод (на примере Кировского горнопромышленного района, Мурманская область)//Геохимия. 2014. № 7. С. 646-653.
Конухин В. П., Козырев А. А., Орлов А. О., Смирнов Ю. Г. Исследование подземных источников для водоснабжения городов Заполярья экологически чистой водой на примере города Апатиты//Арктика: экология и экономика. 2012. № 2 (6). С. 58-65.
Арзамасцев А. А. Щелочные ультрамафиты в Хибинском массиве: новые данные и петрологические cледствия//Щелочной магматизм северо-восточной части Балтийского щита: сб. статей. Апатиты: КНЦ АН СССР, 1990. С. 4-19.
Arzamastsev A. A. Unique Paleozoic intrusions of the Kola Peninsula/Ed. F. P. Mitrofanov. Apatity: KSC RAN, 1994. 79 p.
Арзамасцев А. А., Иванова Т. Н. Геология, условия формирования и рудоносность дифференцированного комплекса уртитов, мельтейгитов в Хибинах//Петрология и минерагения щелочных, щелочно-ультраосновных и карбонатитовых комплексов Карело-Кольского региона. Апатиты: КНЦ АН СССР, 1985. С. 21-31.
Иванова Т. Н., Дудкин О. Б., Козырева Л. В., Поляков К. И. Йолит-уртиты Хибинского массива. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1970. 179 с.
Мазухина С. И. Формирование поверхностных и подземных вод Хибинского горного массива = Formation of surface and underground waters of the Khibiny mountain massif. Апатиты: КНЦ РАН, 2012. 173 с.
Калинников В. Т., Мазухина С. И., Максимова В. В., Маслобоев В. А., Чудненко К. В. Физико-химические факторы некондиционности химического состава природных вод Хибинского массива//Доклады Академии наук. 2014. Т. 458, № 5. С. 551-554.
Мазухина С. И. Применение термодинамического моделирования в решении гидрологических проблем Кольского Севера//Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2016. № 42. С. 33-54.
Мазухина С. И., Маслобоев В. А., Сандимиров С. С., Пожиленко В. И., Иванов С. В. Формирование химического состава поверхностных вод в Арктике на примере озера Инари и реки Паз//Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 1/2. С. 252-260 DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-1/2-252-260
Перельман А. И. Геохимия. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1989. 528 с.

Еще

Статья научная