Механизмы аккумуляции тяжелых металлов донными отложениями

Глины - это силикаты алюминия и магния со слоистоподобной структурой Взаимодействие их с металлами осуществляется в результате ионного обмена. Прочность связывания металлов глинами гораздо слабее, чем другими природными сорбентами. Глины, карбонаты и другие минералы являются ядром для отложения оксидов железа и марганца. Поэтому фазу глинистых минералов рассматривают как механический субстрат, на котором осаждаются органические вещества и вторичные минералы [11].

Следует отметить, что микроэлементы могут поступать в донные отложения не только сверху (из водной толщи), но и снизу, из глубинных слоев самих осадков. В восстановительных условиях это приведет к обогащению ими водных масс, в окислительных - к образованию трудно растворимых оксидов, что благоприятствует процессам самоочищения водных масс от соединений тяжелых металлов. Распределение металлов, не участвующих в окислительно-восстановительных процессах, зависит главным образом от их поглощения организмами и сорбцией на абиотическом сестоне. Экспериментальные наблюдения показали, что порядок сорбции металлов на природном иле и отдельных сорбентах (оксиды марганца, глины, гуминовые кислоты) таков: Cu2+ > Zn2+ » Cd2+ [11].

Одним из важных факторов, влияющих на поглощение металлов осадками, является величина рН. Так, в отношении цинка увеличение рН выше 8.0 способствует переходу его растворенных форм в трудно растворимые гидролизованные. При более низких значениях рН, когда образование гидроксокомплексов и гидроксидов металлов выражено слабо (5.0 - 8.0), изменение рН влияет главным образом на поглотительную способность донных отложений. Закисление водной толщи озер вызывает уменьшение концентраций металлов по направлению к поверхности донных отложений (особенно таких мобильных, как Cd, Zn, Ni, Cu, Al) в результате, во-первых, снижения скорости седиментации элементов вследствие уменьшенной адсорбции химических компонентов на осаждающихся частицах и, во-вторых, десорбции (растворения) соединений металлов из уже осажденного материала [12].

По относительному содержанию во взвесях, тяжелые металлы убывают в следующем порядке: Fe > Mn > Pb > Ni > Co > Cu > Zn > Cd. Такая последовательность объясняется высоким сродством ионов Fe2+, Mn2+, Pb2+, Ni2+ к глинистым лигандам. Сорбция на поверхности взвешенных частиц обеспечивается физической адсорбцией, катионным обменом, а также химической адсорбцией, характеризующейся образованием химических ассоциатов между ионами металлов и поверхностью частиц. Наибольшей сорбционной емкостью характеризуются взвешенные вещества с размером частиц от 0.05 мм и менее, которые в условиях высоких скоростей длительное время находятся в русловом потоке и играют определенную роль в межфазовом распределении тяжелых металлов в системе вода - взвешенное вещество. По данным Осадчего Н.И. [13] при анализе воды Дуная практически на всем протяжении донные отложения представлены песчаными отложениями с незначительной концентрацией тяжелых металлов, близкими к фоновому для аналогичных природных образований. Максимальное содержание тяжелых металлов характерно для мелкодисперсных илистых образований, залегающих как правило в глубоководных зонах.

Исследование содержания тяжелых металлов в различных гранулометрических фракциях донных отложений показало, что с уменьшением их размера происходит рост концентрации практически всех металлов. Наибольшую опасность представляют донные отложения с размером фракции < 0.05 мм. При изменении гидрологических условий водной среды они могут вовлекаться в речной поток и трансформироваться на значительные расстояния. По мере перехода от песков к глинистым илам в среднем растет содержание металлов: Мn - в 10 раз, Cd - в 8, Со, Сu, Рb и Zn в 2-5 раз [14].

Перейти на страницу: 1 2 3

Другие статьи

Методы биоиндикации
Наиболее часто цитируемой и, в то же время, наиболее идеологически расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов, называемая “биоиндикацией”. Хотя истоки наблюдений ...

Чувствительность Daphnia magna Strauss к химическим препаратам
1 Чувствительность к бихромату калия. Использован стандартный токсикант бихромат калия, который продолжительное время сохраняет первоначально внесенную концентрацию, стабилен в растворах и о ...

Круговорот веществ и устойчивость природных экосистем
Экологическая система - единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные экологические компоненты соединен ...