Физико-химические свойства вод западной глубоководной части большого Аральского моря

Physico-chemical properties of brine of the western deep-sea part of the great Aral sea

Реймов К.Д. Эркаев А.У. Каипбергенов А.Т.

05.10.2020 557

№ 10(76)

Цитировать:

Реймов К.Д., Эркаев А.У., Каипбергенов А.Т. Физико-химические свойства вод западной глубоководной части большого Аральского моря // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 10(76). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10752 (дата обращения: 22.12.2024).

Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена исследованию физико-химических свойств вод Арала и Амударьи. В течение 2008–2019 гг. состав воды сильно изменился, поэтому в этой статье были изучены плотность, показатели преломления, температура кристаллизации и полное исчезновение кристаллов в зависимости от температуры и солености в течение года. На основании проведенных исследований установлены плотность, показатели преломления, температура кристаллизации.

ABSTRACT

The work is devoted to the study of the physical and chemical properties of the waters of the Aral and Amu Darya. During 2008-2019, the composition of the brine changed greatly, therefore, in this article, the following were studied: density, refractive indices, crystallization temperature and complete disappearance of crystals depending on temperature and salinity throughout the year. Based on the studies carried out, the density, refractive indices, and crystallization temperatures were established.

Ключевые слова: плотность, показатели преломления, температура кристаллизации, исчезновение кристаллов, электропроводность, рапа, Аральское море, Амударья.

Keywords: density, refractive indices, crystallization temperature, disappearance of crystals, electrical conductivity, brine, Aral Sea, Amu Darya.

До середины прошлого века Арал был четвертым по размеру внутренним водоемом планеты, уступая лишь Каспийскому морю, озеру Верхнему (крупнейшему из Великих озер Северной Америки) и озеру Виктория в Африке. Море, вмещавшее тогда свыше тысячи кубических километров воды, было солоноватым: соленость его была около 10 промилле, т.е. более чем втрое ниже, чем средняя соленость вод Мирового океана. Экосистема Арала включала сотни видов морской фауны и флоры. Присутствие крупного водоема оказывало смягчающее влияние на климат, что превращало Приаралье в своего рода оазис среди пустыни. Но в начале 1960-х море начало стремительно отступать [6; 2, с. 382; 1, с. 4–24; 5, с. 69–73].

ООН признала, что исчезновение Аральского моря – одна из крупнейших экологических катастроф последнего времени. Главы государств Центральной Азии в 1993 г. создали Международный Фонд спасения Арала (МФСА) [5, с. 69–73]. Несмотря на самоотверженные усилия целого ряда ученых и научных коллективов и неослабевающий интерес к этой проблеме во всем мире, поток научной информации об Арале, некогда прекрасно обеспеченный данными наблюдений, в целом значительно снизился за последние двадцать лет. А ведь именно в этот период море претерпело наиболее радикальные изменения. Виной тому физическая труднодоступность моря в его нынешних границах, далеко ушедших от населенных пунктов и дорог. Начиная с 2002 г. институтом океанологии имени П.П. Ширшова РАН в сотрудничестве с Гидрометцентром РФ, рядом научных организаций Узбекистана и Казахстана, а с 2012 г. Ташкентским химико-технологическим институтом в сотрудничестве с Каракалпакским отделением АН РУз, Государственным университетом и педагогическим институтом им. Ажинияза, институтом геологии и геофизики АН РУз и рядом научных организаций республики регулярно проводятся комплексные исследования Арала.

Физико-химические свойства вод водоемов имеют большое значение для их характеристики, особенно в зависимости от температуры и состава вод.

К сожалению, в течение 2008–2019 гг. состав воды сильно изменился, поэтому в этой статье мы изучили плотность, показатели преломления, температуру кристаллизации и полное исчезновение кристаллов в зависимости от температуры и солености в течение года.

Плотность. Особый интерес с точки зрения гидродинамики моря представляет графический анализ, связывающий плотность воды с температурой и соленостью. Вычисление плотности воды по солености и температуре по «океанским» формулам для вод западной глубоководной части Большого Аральского моря невозможно вследствие его существенного отличая от состава вод Мирового океана. Это было так и до начала катастрофического высыхания Арала. Тогда для приближенного вычисления плотности использовались ее выражения через хлорность, предложенные Л.К. Блиновым (1956) [3, с. 152]. Когда соленость была около 10 г/кг, ионно-солевой состав вод практически не изменялся. Поэтому к настоящему времени соотношение Блинова полностью утратило актуальность. А сейчас восточная часть практически полностью высохла (2009–2017 гг.), а соленость рапы западной части колеблется в пределах 120–155 г/л, а изменения ионно-солевого состава рапы получили непрерывный характер.

Таким образом, параметризация плотности рапы западной части Большого Аральского моря до последнего времени отсутствует. Между тем иметь такую параметризацию крайне желательно для решения ряда вопросов, связанных с оценкой и прогнозом состояния моря, в частности, задач гидродинамического численного моделирования западной глубоководной части Большого Аральского моря (ЗГВЧБАМ).

В результате удалось получить новое приближенное уравнение состояния для Аральского моря, соответствующее 2007 г. [4, с. 229].

Проба воды Аральского моря, использованная для построения уравнения состояния, была отобрана 15 ноября 2007 г. в экспедиции ИО РАН «Аральское море-8» с глубины 39 м в точке с координатами 45°04.88' с.ш., 58°23.27' в.д. Температура воды в точке отбора составляла 11,0 °С. Проба была отобрана батометром Молчанова и помещена в пластиковый контейнер объемом 0,5 л. Пробы рапы ЗГВЧБАМ были отобраны в течение 2012–2019 гг. По результатам экспедиции Ташкентский химико-технологический институт температуру и соленость воды, глубину, координаты точки отбора пробы дал в таблице.

Определение общей минерализации и ионно-солевого состава пробы было выполнено в ИО РАН и Институте геологии и геофизики АН Узбекистана (г. Ташкент). При этом использованы стандартные методы анализа, соответствующие ГОСТам 52407–2005, 52181–2003, 18164–72.

Авторами были использованы высокочувствительные приборы (денсиметр ДМА500 фирмы AntonPaav). Использовали исходную пробу воды Аральского моря, соленость которой составляла 117 г/л (127 г/кг), которую разводили дистиллятом до наименьшей солености 86,4 г/кг.

Таблица 1.

Физико-химические свойство рапы ЗГВЧБАМ

№	Образец раствора		Плотность (Ϭ = (ρ – 1000), кг/м³ ) при температуре							Электропроводность °С			Соляность г/л		Показатель переломления n²⁰
№	Вода Арала	Вода Амударьи	–5	0	5	10	20	30	40	10	20	30	По солемер Atago S-28E	По табру	Показатель переломления n²⁰
1	+	–	123	121	119	117	114	112	110	36,91	45,86	54,36	152	147	136,2
2	+	–	117	115	114	112	109	104	101	30,33	41,04	50,61	151	124	136,1
3	+	–	111	108	101	97	94	92	88	31,97	42,46	51,24	134	118	135,1
4	+	–	117	115	114	112	109	104	100	31,33	41,54	53,32	140	135	135,8
5	+	–	118	115	112	110	108	105	101	33,47	42,44	51,29	141	140	135,7
6	+	–	112	110	106	104	102	98	95	31,89	41,16	53,44	139	130	135,4
7	+	–	121	118	115	110	108	105	101	31,10	42,30	50,31	143	132	136,0
8	+	–	123	120	116	114	111	108	105	31,12	39,79	51,19	151	133	136,2
9	+	–	122	120	117	114	109	105	100	33,14	43,66	54,91	152	146	136,2
10	–	+	–	6	4	2	0	–3	–6	9,74	12,23	16,46	8,5	8	133,1
11	20	80	–	38	35	26	22	20	18	15,79	20,74	26,31	35	34,8	134,1
12	40	60	52	50	47	46	44	41	38	19,64	24,49	30,56	55	53,6	134,4
13	50	50	67	64	60	56	54	51	47	21,25	29,15	37,32	79	77,5	134,8
14	80	20	98	93	90	91	89	86	83	28,84	38,88	48,59	123	119	135,1

Мы использовали в качестве исходной рапу ЗГВЧБАМ, соленость который составляла 152 г/л, разводилась водой Амударьи до наименьшей солености 35 г/л. Полученный массив данных по плотности затем аппроксимировался квадратичной формой по температуре и солености, коэффициенты в которой подбирались минимизацией среднеквадратичного отклонения измеренных значений плотности от рассчитанных.

В результате этих измерений удалось построить эмпирическое уравнение состояния для рапы ЗГВЧБАМ в следующем виде:

а) Ϭ = A t^bS^с= 0,3122t^0,606 S ^1,1394,

б) Ϭ = At^bS^с= 0,2921t^0,606S^1,1710,

где Ϭ – плотность в кг/м³ (в смысле, принятом в океанологии, образец приводится к атмосферному давлению при постоянной температуре, из полной плотности вычитаются 1000 кг/м³);

t – температура, °С;

S – соленость, г/л;

A, В, С – коэффициенты.

Рисунок 1. Зависимость температуры замерзания рапы западной глубоководной части большого Аральского моря от солености

Образцы получены в течение 2019 г.

Соленость образцов определялась двумя методами: солемером и по титру, который отличается на 10–20 г/л. Поэтому получено два эмпирических уравнения (а – по солемеру, в – по титру) состояния для рапы ЗГВЧБАМ. Среднеквадратичная ошибка предложенных уравнений в рассмотренных диапазонах температур и солености составляет 7,5 и 9,1 кг/м³. Достижение более высокой точности представляется проблематичным вследствие неопределенностей методических, связанных с точностью аналитического определения солености, и принципиальных, связанных с некоторой фоновой изменчивостью ионно-солевого состава в отбираемых пробах.

Точность уравнений недостаточна с точки зрения традиционной океанологии, однако для рапы ЗГВЧБАМ, где характерные масштабы изменчивости плотности составляют единицы и десятки кг/м³, она во многих случаях может считаться приемлемой. Следует иметь в виду, однако, что новое уравнение получено для ионно-солевого состава, имевшего место в придонном слое западной впадины моря в ноябре 2007 г. Процессы химической метаморфизации рапы ЗГВЧБАМ с тех пор продолжаются и даже усиливаются. Кроме того, известно, что солевой состав вод различен в разных частях моря.

Список литературы:

Аладин Н.В., Котов С.В. Естественное состояние экосистемы Аральского моря и ее изменение при антропогенном воздействии // Тр. Зоол. ин-та АН. – 1989. – Т. 199. – С. 4–24.
Андреев С.И., Андреев Н.И. Эволюционные преобразования двустворчатых моллюсков Аральского моря в условиях экологического кризиса. – Омск : Изд-во ОмГПУ, 2003. – 382 с.
Блинов Л.К. Гидрохимия Аральского моря. – Л. : Гидрометеоиздат, 1956. – 152 с.
Большое Аральское море в начале ХХI века: физика, биология, химия / П.О. Завьялов, Е.Г. Арашкевич, И. Бастида [и др.] ; Инититут океанологии им. П.П. Ширшова РАН. – М. : Наука, 2012. – 229 с.
Золотокрылин А.Н., Токаренко А.А. О вариациях климата в Приаралье за последние 40 лет // Изв. АН. – 1991. – № 4. – С. 69–73.
Постановление Президента Республики Узбекистан от 27 августа 2017 г. № ПП-3236 «О программе развития химической промышленности на 2017–2021 годы».

Информация об авторах