Характерной особенностью режима тяжелых металлов в водоемах замедленного стока является направленность большинства внутриводоемных процессов на образование их труднорастворимых соединений и на седиментацию последних [5]. Одновременно происходит и осаждение аллохтонной взвеси, содержащей металлы. Поэтому донные отложения таких водоемов являются хранилищем основных запасов соединений тяжелых металлов и, таким образом, потенциальным источником вторичного загрязнения водоема.

Аккумуляцию металлов в осадках контролируют и осуществляют пять основных процессов:

адсорбционное поглощение мелкодисперсными частицами;

седиментация дискретных металлсодержащих взвешенных веществ;

соосаждение металлов с гидроксидами железа и марганца;

ассоциация с органическим веществом;

инкорпорация в кристаллической решетке.

Практически в каждом водоеме возможен свой механизм фиксации. Однако интенсивность каждого из перечисленных выше процессов определяется морфометрическими и гидрологическими характеристиками и гидрохимическим режимом водоема. Общая направленность процессов миграции металлов сверху вниз характерна для всех водоемов замедленного стока и определяет их общую тенденцию к самоочищению водных масс от вносимых в них любым путем соединений тяжелых металлов.

Неорганическая адсорбция является наиболее эффективным способом уменьшения концентрации металлов в речных водах, причем основную роль играют взвешенные вещества. Донные отложения - чрезвычайно сложная сорбционная система, поскольку включает огромное количество минеральных и органических соединений, способных сорбировать ионы и соединения тяжелых металлов, причем часто конкурирующих между собой за связывание металлов [6].

Общая последовательность, в которой располагаются природные сорбенты по их способности аккумулировать тяжелые металлы, такова: гидрат оксида марганца > гуминовые кислоты > гидрат оксида железа III > глинистые минералы [7].

Следует отметить, что даже основные классы природных сорбентов изучены далеко не полностью. Наибольшее количество работ посвящено гидратам оксидов железа и марганца, которые из-за высокой сорбционной способности часто называют "сборщиками" микроэлементов [5].

Для трех металлов, загрязнителей природной среды, установлена сорбционная емкость оксидов железа Fе3+ и Mn4+, которая уменьшается в ряду: Pb2+ > Zn2+ > Cd2+ > [8].

Другим важным классом природных сорбентов являются органические вещества. Донные отложения водоемов замедленного стока, особенно высоко продуктивных, содержат значительные количества органики разного состава и свойств, способных удержать металлы в осадках. Частично это труднорастворимые вещества, осаждающиеся вместе со связанными с ними металлами, как, например соединение металлов с липидами. Эти комплексы после отмирания клеток хорошо сохраняются и, попадая в илы, обогащают их металлами.

Наибольшую роль в связывании металлов играют гуминовые кислоты - конечный продукт распада органических остатков [9].

Связывая в комплексы тяжелые металлы в донных отложениях, гуминовые кислоты являются важнейшим фактором уменьшения их мобильности.

Высокомолекулярные органические вещества, подобные гумусу, могут также сорбироваться минеральной фазой осадков и, связывая затем металлы, выступать в роли "посредников" в процессе сорбции металлов. Предложен следующий ряд металлов Hg2+ > Cu2+ > Pb2+ >Zn2+, расположенный по силе абсорбции их твердым органическим веществом [10].

Последним в ряду природных сорбентов представлены глины - коллоидная фракция донных отложений.

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].

Еще статьи по теме

Экономика природопользования
На рубеже II и III тысячелетий н. э. в мышлении человека и его практической деятельности происходит смена парадигмы. Экономические приоритеты, господствовавшие всю историю развития цивилизации вплоть до середины XX века, постепенно заменяю ...

Мониторинг окружающей среды
Проблема сохранения окружающей природной среды и переход современного человечества к устойчивому развитию является сегодня одной из самых важных. Охрана окружающей среды - это очень сложная и многогранная задача, которая требует для своего ...