Подземные воды: беречь и беречься
Около 60 проб воды для различных видов анализов отобрали сотрудники лаборатории гидрогеологии Института земной коры СО РАН во время полевых работ в высокогорье Восточного Саяна. Экспедиция проходила с 7 по 14 июля в Окинском районе Бурятии. Там, как и на территории Иркутской области, специалисты отмечают повышение температуры воздуха и многолетнемерзлых пород. Это же относится к острову Ольхон, где они изучают состояние подземных водоносных горизонтов, откуда люди берут воду для питья.
Деградация мерзлых пород влияет на жизнь человека
Живописные горы и долины, голубые реки, прозрачные ручьи и кристально чистый подземный лед – фотографии, которые сделали ученые в экспедиции, вызывают настоящий восторг. На них запечатлена почти незатронутая человеком природа Восточного Саяна, где сотрудники лаборатории гидрогеологии ИЗК СО РАН уже много лет изучают подземные и поверхностные воды. А еще криолитозону – верхний слой земной коры, в котором породы и почвы имеют отрицательную температуру, а подземные воды существуют во всех трех фазах – твердой (лед), жидкой и газообразной.
– На полигоне в пределах Окинского плоскогорья кроме гидрогеологических условий мы исследуем состояние многолетнемерзлых пород. В первую очередь ведем мониторинг их температуры в связи с изменениями климата. Сейчас много говорят о глобальном потеплении на планете. Мы тоже отмечаем устойчивую тенденцию к повышению температуры мерзлых пород и их деградацию. Подземные льды вытаивают, поверхность Земли оседает, берега рек и озер разрушаются и отступают, – рассказывает научный сотрудник лаборатории, кандидат геолого-минералогических наук Артем Светлаков.
Ученые измеряют температуру пород в нескольких скважинах, пробуренных на полигоне. Для этого используют датчики, опущенные на разную глубину, где приборы фиксируют изменения теплового поля в непрерывном режиме.
Но некоторые изменения специалисты отмечают и на поверхности. В районе полигона нет населенных пунктов, но есть инфраструктурные объекты. И участники экспедиционного отряда «Саянский» наблюдают, как из-за оттаивания грунтов отступает береговой уступ реки Сенца, а расположенные на берегу столбы с линиями электропередач и трансформаторная будка угрожают обрушиться прямо в реку.
– Изменение температурного состояния, деградация многолетнемерзлых пород в большей степени опасны, конечно, для человека, – констатирует Артем Светлаков. – Природные условия меняются, активизируя все мерзлотные процессы, которые влияют на хозяйственную деятельность, где-то проседает дорожное полотно, где-то могут деформироваться здания, то есть меняются взаимосвязи в глобальном смысле. Деградация мерзлых пород может привести к нарушению путей транзита подземных вод и необратимым последствиям в окружающей среде. Для предотвращения этого их нужно изучать и необходимо учитывать изменения при ведении хозяйственной деятельности.
Похожая ситуация с положительным трендом температур наблюдается в Баяндаевском и Ольхонском районах. Да и в целом южная граница островного распространения мерзлоты отодвигается дальше на север. Доказательство этому – протаивание линз и сокращение островов многолетнемерзлых пород на острове Ольхон.
«Мы стараемся понять, как дышит природа»
Родным объектом изучения называет Ольхон наш второй собеседник, старший научный сотрудник лаборатории гидрогеологии ИЗК СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Вадим Пеллинен. В 2018 году он защитил кандидатскую диссертацию по теме «Оценка устойчивости геологической среды острова Ольхон». Сейчас исследует там подземную гидросферу.
– Ольхон – туристическая мекка, визитная карточка Байкала, – напоминает ученый. – Рекреационная нагрузка на остров высокая, как и спрос на жилье в поселке Хужир. Однако жителям острова запрещено брать воду для питья из Байкала, так же как и сбрасывать стоки в озеро. Местное население и владельцы турбаз и гостиниц используют воду из подземных водоносных горизонтов. Загрязнители – нитраты и нитриты – попадают в грунтовые подземные воды и поверхностные водотоки при утечках из неправильно оборудованных септиков. Поэтому население старается получить воду из более глубоких горизонтов и беспокоится о качестве этих вод.
Хотя вода и считается возобновляемым ресурсом, возможности ее использования для каждого водоносного горизонта имеют свои пределы. Это связано с тем, что запасы подземных вод там не бесконечны и могут быть исчерпаны при чрезмерной эксплуатации. Кроме того, скорость естественного восполнения далеко не всегда успевает за темпами водоотбора, а качество воды ухудшается быстрее, чем восстанавливается ее объем.
– Сознательные владельцы турбаз сами заинтересованы в хорошем качестве подземной воды, которую они используют для питьевых целей. Однако часто представители администраций гостиниц и местные жители настороженно относятся к нашим попыткам набрать воду для анализа ее химического состава из скважины или колодца, опасаясь штрафных санкций. Попробуем через вашу газету обратиться к жителям острова Ольхон. Поверьте, у сотрудников Института земной коры нет каких-то коммерческих целей или желания кого-то наказать. Мы просто исследуем нашу подземную гидросферу. Как врачи прослушивают больного, так и мы стараемся понять, как дышит природа, – привел сравнение Вадим Пеллинен.
Пока на Ольхоне состояние подземных вод из глубоких горизонтов опасений у гидрогеологов не вызывает. Но они подчеркивают, что качество подземных вод зависит от грамотного использования их ресурсов и роста техногенной нагрузки.
Негерметичные септики загрязняют воду
О том, куда может привести бесконтрольное использование поверхностных и подземных вод, наглядно показывает ситуация в Листвянке. Если на том же полигоне в Восточном Саяне ученые регистрируют загрязнения лишь в случае атмосферных переносов с других территорий, то в прибайкальском поселке все обстоит иначе.
С 2016 года специалисты ведут там ежегодный мониторинг. Сначала они обследовали в Листвянке абсолютно все водопункты. Так называют места, где подземные воды выходят на поверхность (родники) или человек добывает их из-под земли сам (колодцы, скважины). После определения состава всех отобранных проб воды сотрудники лаборатории решили сфокусироваться на изучении качества вод водопунктов, в которых зафиксировано загрязнение.
Наблюдения за динамикой основных компонентов состава подземных вод, которые используются для питьевых целей, показали, что их загрязнение нитратами и аммонием выше ПДК в 1,4–2,3 раза и при этом имеет стабильный характер.
– Мы проверяем колодцы – общественные и домашние, вода из которых используется для питьевых нужд. И если ситуация с аммонием в последнее время стала улучшаться, то с нитратами все сложнее. Да, порой их содержание в исследуемых пробах уменьшается, потому что фильтрация воды через породы водоносного горизонта приводит к ее самоочищению. Однако неконтролируемые утечки восстанавливают это загрязненное состояние, – говорит заведующий лабораторией гидрогеологии ИЗК СО РАН, доктор геолого-минералогических наук Людмила Алексеева.
Эксперты утверждают – таких колодцев в Листвянке много. Причем владельцы небольших частных домов зачастую не могут доказать, что крупные гостиницы с неисправными септиками загрязняют общедоступные источники питьевой воды. По данным ученых, изначально подземная вода в поселке качественная, с отличным химическим составом. Но загрязнения могут проникать в глубокие горизонты – нитраты специалисты стали обнаруживать и в воде некоторых скважин Листвянки.
Водные сокровища Прибайкалья
«Вода – это новая нефть». «Нет более драгоценного полезного ископаемого, чем вода». Это известные цитаты про главную жидкость планеты. Она не просто дает жизнь. Она еще и лечит.
– Посмотрите на стол, там же целое сокровище, – продолжает беседу Людмила Алексеева.
На столе лежат книги о научных исследованиях лаборатории и стоят бутылки с иркутской минералкой. Оказывается, в ее открытии участвовал известный ученый Евгений Пиннекер, в честь которого минеральную воду называют еще «пиннекеровкой». Сам Евгений Викторович был учеником основателя отдела гидрогеологии и инженерной геологии ИЗК СО РАН Валентины Георгиевны Ткачук, а все ученые, которые работают по этому направлению сейчас, называют себя их последователями. Еще с 1950 годов в институте помимо прочего исследуют минеральные воды, которыми богат наш регион. Их образцы для изучения и возможного применения в бальнеотерапии эксперты отбирают не только в Иркутской области, но и в республиках Тыва, Бурятия и в Забайкалье.
Кстати, Евгений Пиннекер в свое время подготовил с коллегами шеститомный труд «Основы гидрогеологии», за который его вместе с соавторами в 1986 году наградили Государственной премией СССР. В честь столетия этого организатора научной школы сибирских гидрогеологов, члена-корреспондента АН СССР в конце июня в ИЗК СО РАН провели XXV международное совещание по подземным водам востока России. Среди прочих вопросов была освещена тема подземных промышленных вод – рассолов.
– Они могут использоваться в качестве сырья для извлечения многих ценных компонентов, например, брома, лития. Иркутская область богата на такие рассолы. Они имеют очень высокую минерализацию. Количество растворенных солей в одном литре воды достигает 700 граммов. Высокоминерализованные воды залегают в кембрийских отложениях Ангаро-Ленского бассейна, – пояснила Людмила Павловна.
Ученые показали нам бутылку с таким маслянистым на вид рассолом. На дне емкости образовался большой кристалл соли. Эту подземную воду привезли для исследований из Катангского района. Ее и другие пробы в лаборатории института изучают в том числе с помощью уникального автоматизированного анализатора, который позволяет выполнять до 200 анализов химического состава воды в час. А для определения изотопов кислорода и водорода в пробах здесь применяют самый популярный в научном мире изотопный анализатор воды Picarro – таких в российских НИИ меньше десятка.
Главные исследования в аналитическом центре начинаются после завершения полевых работ, когда сюда доставляются десятки проб воды. А тем временем ученые лаборатории гидрогеологии ИЗК СО РАН продолжают свои экспедиции. Отряды «Саянский», «Тувинский» и «Спелеологический» снова отправились в поля «слушать дыхание природы».
Лаборатория гидрогеологии ИЗК СО РАН основана в 1953 году. Ее основные научные направления – это изучение физико-химических параметров подземных вод и их эволюционного преобразования в различных геодинамических обстановках Монголо-Сибирского региона, а также современного естественного и нарушенного состояния подземных вод.
Ученые выполняют комплексные исследования подземной гидросферы, включая пресные, минеральные и высокоминерализованные воды, подземные льды и мерзлые породы. Они изучают химический и изотопный состав вод и льдов, температурный режим мерзлых толщ и отклик окружающей среды на климатические изменения.
