Озеро Эбейты, Россия: химико-органический и минеральный состав воды и донных отложений

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения и мониторинга эколого-геохимического состояния озера Эбейты, являющегося комплексным месторождением минеральных солей. Общие промышленные запасы сульфата натрия (мирабилита) в рапе озера составляют 36,89 млн т. Кроме того, это озеро представляет интерес как месторождение лечебных грязей, а также является местом обитания большой популяции рачков Artemia salina L. и их цист, используемых в медицинских, косметических и сельскохозяйственных целях. Цель работы: изучить особенности макро-, микрокомпонентного, органического и минерального состава оз. Эбейты, а также гидрогеохимические процессы, влияющие на распределение органоминеральных комплексов металлов. Методы исследования. Полевое опробование воды и донных отложений озера проводилось в летний период 2015 г. В ходе лабораторных исследований химический состав поверхностных и поровых вод, а также донных осадков определяли с использованием масс-спектральных методов, методов атомной абсорбции, пламенной-эмиссии, потенциометрии, титрования и т. д. Изучение минеральных фаз проводилось с использованием рентгенофазового анализа на автоматизированном порошковом дифрактометре ДРОН:4 (излучение CuKa, графитовый монохроматор). Дифракционные картины были отсканированы в интервале 2[тета] от 3° до 65° с шагом 0,05°, время сканирования в точке - 4 с, щель 0,5 мм. Результаты исследований показали, что озеро Эбейты относится к SO4~Cl-Na составу, рН озера в период опробования составлял 5,7, для озера характерна восстановительная обстановка. Поровые воды донных отложений не отличаются по макрокомпонентному составу от озерных вод, однако концентрации микроэлементов в 2-8 раз превышают значения для поверхностных вод. Основной фазой илистых донных осадков является кварц, обнаружены примеси NaCl, малые примеси кпш, плагиоклаза и кальцита. Солевые выцветы вдоль озера представлены тенардитом, небольшим/средним количеством галита и следами астраханита. Моделирование процессов комплексообразования элементов в озерной воде показало, что большая часть железа, меди, урана и тория связана с высокомолекулярным органическим веществом, что позволяет говорить о невозможности образования таких минералов, как гетит, хлорит и Cu (мет), полученных в ходе проведения термодинамических расчетов без учета влияния гумусовых кислот. Полученные в ходе моделирования результаты позволили выстроить последовательность формирования эвапоритовых минералов в озере: Na2SO4 х 10H2O+Na2Ca(SO4)2 - Na2SO4+Na4Ca(SO4)3 х 2H2O - NaCl+Na2Mg(SO4)2 х 4H2O.

The relevance of the research is caused by the need to study and monitor the ecological and geochemical status of a complex mineral salt deposit of Ebeity Lake. The total industrial reserves of sodium sulfate (mirabilite) in the lake water are 36,89 million tons. In addition, this lake is of interest as a deposit of therapeutic mud, as well as the crustaceans Artemia Salina L. and their cysts. The aim of the study is to determine the main features of macro-, micro-component, organic and mineral composition of the lake Ebeity, as well as to determine the hydrogeochemical processes affecting the distribution of organomineral complexes of elements. Research methods. The lake was studied in summer 2015. The lake and porous waters, as well as bottom sediments were analysed using mass spectral methods, as well as the methods of atomic absorption, flame emission, potentiometry, titration, etc. The study of bottom sediments was also carried out using the X-ray powder diffractometry method with mandatory control of the composition of typical solid samples by X-ray fluorescent analysis using synchrotron radiation with registration on a Si (Li) detector. The results of the studies showed that Ebeity Lake refers to the SO4~Cl-Na composition, the pH of the lake during the sampling period was 5,7, the lake was characterised by anoxic condition. The pore waters of bottom sediments do not differ from the lake water in their major composition, but the concentrations of trace elements are 2-8 times higher than the values in the lake. The study of complexation of elements in lake water shown that most of iron, copper, uranium and thorium is bound to a high molecular organic matter that allows presuming the impossibility of formation of such minerals as goethite, chlorite and Cu (met), obtained during thermodynamic calculations. The results obtained at simulation allowed us to construct a sequence of formation of evaporite minerals in the lakeNa2SO4 x 10H2O+Na2Ca(SO4)2 - Na2SO4+Na4Ca(SO4)3 x 2H2O - NaCl+Na4Mg(SO4)2 x 4H2O. A study of the mineral composition of bottom sediments showed the presence in solid phase of quartz as the main phase, impurities of NaCl, small admixtures of potassium feldspars, plagioclase, and calcite. The salt along the lake and at the bottom is represented by thenardite, a small-medium amount of halite and traces of astrakhanite.