Выветривание продуктов извержения вулканов и загрязнение рек на Камчатке
22 мая 2025 г.
Сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН изучили выветривание базальтовой лавы и шлака и провели экспериментальное выщелачивание основных элементов и микроэлементов из лавы и шлака вулкана Толбачик (Камчатка). Результаты опубликованы в Asian Journal of Water, Environment and Pollution.
Для имитации продуктов метаболизма лишайников, мхов и трав использовались водные растворы щавелевой и уксусной кислот. Показано, что мобилизация элементов происходит в результате разрушения породообразующих минералов. Вносимые органические лиганды повышают стабильность металлов в водном растворе. Достигаемые высокие концентрации могут повредить водным организмам рек Камчатки.
Выяснилось, что мобилизация микроэлементов происходит в результате разрушения породообразующих минералов. В случае с раствором щавелевой кислоты гидроксиды Fe(III) и Mn(IV) восстанавливаются до растворимых соединений Fe(II) и Mn(II). Образование органических комплексов повышает стабильность металлов в растворе; достигаются более высокие концентрации растворенных форм, чем при отсутствии органических лигандов. Показано, что биохимическое выветривание некоторых тяжелых металлов проходит значительно эффективнее в присутствии щавелевой кислоты.
Согласно данным ранних полевых экспедиций ботаников, соли щавелевой кислоты (оксалаты) присутствуют под лишайниками на шлаковых конусах вулкана Толбачик. Были открыты новые виды лишайников, способные эффективно вырабатывать щавелевую кислоту, что приводит к усиленному образованию оксалатов. Было показано, что уксусную кислоту выделяют более развитые высшие растения – травы и кустарники. Благодаря органическим лигандам, коэффициенты извлечения из лав металлов-загрязнителей значительно увеличиваются относительно чистой воды: Cu – 133 (57), Fe – 304 (6), Al – 526 (90), Mn – 115 (17), Pb – 2 (14), Zn – 2 (12) для растворов щавелевой (уксусной) кислоты.
«Лишайники широко распространены на полуострове Камчатка и являются одними из первых живых организмов, которые начинают расти на лавовых полях. Преобладающей группой являются корковые лишайники, которые хорошо известны тем, что заселяют каменистые субстраты различного химического состава. Благодаря активному метаболизму они взаимодействуют с минералами коренных пород, что приводит к обширному образованию оксалатов. Таким образом, всплески концентраций тяжелых металлов, загрязнявших реку Камчатка в течение 2015–2016 годов, могут быть объяснены вымыванием свежих продуктов извержения вулкана Толбачик (TFE 2012–2013)», – прокомментировал к.ф.-м.н. С. А. Воропаев, старший научный сотрудник лаборатории геохимии углерода им. Э. М. Галимова ГЕОХИ РАН.
Из активно выщелачиваемых металлов, кобальт (Co) и его соединения наиболее токсичны для человека при попадании в организм в больших дозах. Предельно допустимая концентрация (ПДК) кобальтовой пыли в воздухе составляет 0,5 мг/мгеох, в питьевой воде ПДК солей кобальта составляет 0,1 мг/л. Но к качеству воды для защиты водных организмов предъявляются более строгие требования: для рыбы ПДК составляет всего 0,01 мг/л. Таким образом, вода, прошедшая через старое лавовое поле, покрытое лишайником, может содержать в 2,5 раза больше кобальта, чем его предельно допустимая концентрация для воспроизводства рыб.
Источник: РАН / Минобрнауки России.