| 1 |
12 марта 2018 г.-31 декабря 2018 г. |
Оценка чувствительности к фотодеградации фракций органического вещества, контролирующих формы нахождения элементов в поверхностных водах различных природных зон. |
| Результаты этапа: Проведенные лабораторные исследования с модельными образцами различных органических веществ (в том числе гуминовых) позволили определить параметры проведения опытов при различных длинах волн, подобрать интенсивности источников УФ-излучения, время облучения проб и определить скорости разрушения ОВ и объемы выделяемого СО2.
Для различных фракций РОВ получены оптические параметры и определена степень их изменений при инсоляции для рассчета константы скоростей реакции фотодеструкции.
Использование методов высокоэффективной жидкостной, ионообменной и газовой хроматографии позволило получить данные о продуктах фотодеструкции ОВ и оценить объемы выделяемого СО2.
Проведенный на первом этапе работ по проекту комплекс исследований позволил получить данные по оценке степени фотосенсибилизации природных органических соединений различного размера и молекулярных масс и оценить вероятные изотопные сдвиги, возникающие при инсоляции и проявляющиеся при разделении фракций РОВ.
|
| 2 |
14 марта 2019 г.-31 декабря 2019 г. |
Оценка чувствительности к фотодеградации фракций органического вещества, контролирующих формы нахождения элементов в поверхностных водах различных природных зон. |
| Результаты этапа: При проведении экспедиционных работ отобраны образцы природных вод с различным содержанием растворенного органического вещества (РОВ) в районах тундровой и таежной зоны (по маршруту от Владимирской области до Северной Карелии).
Проведенные лабораторные исследования с модельными образцами различных органических веществ (в том числе гуминовых) позволили определить параметры проведения опытов при различных длинах волн, подобрать интенсивности источников УФ-излучения, время облучения проб и определить скорости разрушения РОВ и объемы выделяемого СО2.
Проведенные эксперименты по исследованию влияния облучения (УФ и инсоляции) на органо-минеральные соединения поверхностных вод показали, что одновременно с процессами образования низкомолекулярных органических лигандов происходит формирование коллоидных частиц гидроксида железа, на которых сорбированны и/или окклюдированы в них органические соединения. Деструкция органических соединений в природных водах сопровождается изменением форм нахождения и, следовательно, миграции металлов.
Начаты исследования изотопного состава образцов природных вод различных природных зон и проводятся дальнейшие исследования и обработка результатов экспериментов по исследованию влияния инсоляции на различные фракции РОВ исследуемых вод.
Проведенный на первом этапе работ по проекту комплекс исследований позволит получить данные по оценке степени фотосенсибилизации природных органических соединений различного размера и молекулярных масс и оценить вероятные изотопные сдвиги, возникающие при инсоляции и проявляющиеся при фильтрации вод. |
| 3 |
11 марта 2020 г.-26 декабря 2020 г. |
Оценка чувствительности к фотодеградации фракций органического вещества, контролирующих формы нахождения элементов в поверхностных водах различных природных зон. |
| Результаты этапа: Исследования проводились на водосборных бассейнах небольших ручьев (длины ручьев не превышают 2 км), расположенных на юге (Владимирская область) и севере (Северная Карелия) бореальной зоны, а также изучались образцы природных вод (болот, ручьев и рек) Вологодской, Ярославской, Владимирской областей и республики Карелия. На территории каждого исследуемого водосборного бассейна отбирались пробы почвенных вод, болот, ручьев и депонирующих водоемов. Проведенные эксперименты по исследованию влияния облучения (УФ и инсоляции) на органо-минеральные соединения поверхностных вод показали, что одновременно с процессами образования низкомолекулярных органических лигандов происходит формирование коллоидных частиц гидроксида железа, на которых сорбированны и/или окклюдированы в них органические соединения.
Новизна настоящего исследования заключается в а) использовании уникальных природных вод с высокими содержаниями РОВ и Fe малоизученной бореальной зоны; б) оценке распределения Fe, РОВ и микроэлементов как в традиционно растворенных (<0,22 мкм), так и в коллоидных и низкомолекулярных (<1 кДа) формах; в) проведении экспериментов по росту бактерий на этих УФ-облученных водах. Эта работа позволила выявить ряд процессов, протекающих при УФ-облучении в богатых РОВ и Fe болотных вод бореальной зоны, таких как: 1) фотохимическая трансформация органоминеральных коллоидов, 2) удаление некоторых металлов (Pb, Cr, Co, V, La и Zn) из растворенной формы при коагуляции железоорганических коллоидов и 3) образование низкомолекулярных соединений < 1 кДа органического углерода и некоторых металлов (Ni, Co и Zn).
При УФ-облучении природной воды из раствора удалялось до 70% исходного РОВ, причем значительная его часть выделялась в виде CO2 (20%), трансформировалась в HCO3- (9%) и коагулировалась в виде твердых частиц вместе с гидроксидом Fe (41%). В то же время увеличение концентрации Fe(II) на два порядка происходило за счет фотохимического восстановления Fe(III) в течение первых суток экспозиции. Даже однодневное облучение болотной воды приводило к значительному изменению биодоступности субстрата и стимулировало рост бактерий. Однако длительное (26 дней) УФ-облучение подавляло последующий рост бактериальной культуры.
Результаты данного исследования показывают, что УФ-облучение эффективно удаляет из раствора не только РОУ и Fe, но также и некоторые металлы-микроэлементы. Таким образом, облучение болотных вод может привести к снижению концентрации следовых металлов в водных системах ниже по течению и их прогрессивному накоплению в донных отложениях. Кроме того, доминирующие миграционные формы металлов могут переходить от высокомолекулярных железоорганических коллоидов к низкомолекулярным органическим комплексам.
Было получено, что в ряду: гравитационные почвенные воды – болото – ручей – депонирующее озеро возрастает количество комплексов с низкомолекулярными лигандами и доля свободных ионов металлов.
Вызванное солнечным светом окисление Fe (II) в болотной воде привело к удалению более тяжелых изотопов Fe (от +1,5 до +2,5‰) из раствора, что согласуется с осаждением гидроксида Fe (III) из раствора. В целом, фотодеградация органо-железистых коллоидов, происходящая в течение нескольких дней воздействия, может привести к изменению изотопного состава (несколько промилле) в мелководных стоячих и проточных внутренних водах высокоширотных бореальных регионов. |
