На участках широкого развития трещиноватых и раздробленных скальных пород по берегам р. Бурея М.Н. Гусев и Ю.В. Помигуев прогнозировали интенсификацию обвалов и осыпей. Предполагалось, что величина переработки береговых откосов такого типа составит за первые 10 лет от 5 до 15 м, а далее может достигнуть 40-50 м [8]. Указывалось на особенность подтопления береговой зоны в зимний период: «В полосе переувлажнения грунтов следует ожидать развитие процессов наледеобразования, формирования бугров пучения, морозобойного растрескивания грунтов - в пределах рыхлых пород, интенсификации морозного выветривания и, возможно, формирования курума - в пределах скальных пород, особенно у подножий относительно крутых склонов» [8, с. 46]. Принимая во внимание сказанное выше, можно сделать вывод, что на берегах Бурейского водохранилища существует множество участков, где такое явление, как оползень, может повторяться в разные сезоны. Следовательно, крайне необходимо проведение комплексных работ по оценке устойчивости склонов в зонах с повышенной трещиноватостью горных пород для предотвращения угрозы обвалов и оползней.
Влияние затопленной древесины на качество воды
В первые годы заполнения Бурейского водохранилища главными негативными факторами, влияющими на изменение качества природных вод, являлись замедление водообмена и накопление в донных отложениях загрязняющих веществ, снижение самоочищающей способности водоема и избыточное развитие синезеленых водорослей [1].
Затопленная древесина в течение многих лет может служить источником поступления в воду различных органических веществ. С разложением лигнинсодержащих растительных остатков в водную среду попадают ароматические соединения различного строения, включая высокомолекулярные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и водорастворимые фенолы [5].
Качество воды в Бурейском водохранилище в первые годы его заполнения при периодическом изменении гидрологического режима было обусловлено биогеохимическими процессами, протекающими при взаимодействии водных масс с затопленным почвенно-растительным покровом и метаморфизированными породами ложа водохранилища. Сезонные исследования на нескольких створах водохранилища показали, что гидрохимические показатели качества воды зависели от комплекса абиотических и биотических преобразований на биогеохимических барьерах при взаимодействии воды с почвами, затопленной древесиной и породами (вода-дно, вода-берег, вода-взвешенное вещество) [9].
По данным исследований, проведенных в период заполнения Бурейского водохранилища (2003-2007 гг.), качество воды по гидрохимическим, микробиологическим и гидробиологическим показателям существенно различалось на приплотинном участке и створе, удаленном на 8 км от плотины, вследствие изменения скорости течения водных масс и аккумуляции растительного детрита в нижних слоях воды перед плотиной. Вода из придонных слоев имела буро-коричневый цвет и повышенное содержание органических веществ, определяемых по ХПК. Здесь была установлена максимальная численность фе- нолрезистентных бактерий - индикаторов фенольного загрязнения [8]. Высокая цветность поверхностных вод среди выступающих вершин затопленных на корню деревьев была обусловлена разложением лигноцеллюлозы. Этот показатель оказался сопоставимым с цветностью водных масс, отобранных в придонных слоях, где также наблюдались трансформация и деструкция растительных остатков.
Известно, что при затоплении больших массивов леса и дефиците кислорода в ложе водохранилища могут образовываться сероводородные зоны, приводящие к ухудшению качества воды и гибели рыбы. Гидрохимические исследования показали, что в первые годы заполнения Бурейского водохранилища дефицит кислорода отсутствовал. Однако уже в 2005 г. на отдельных участках водохранилища в придонных слоях воды отмечались дефицит кислорода и появление сероводорода [10]. Одной из причин этого была затопленная на корню растительность как источник разнообразных органических веществ, вовлекаемых в процессы трансформации и деструкции. В результате вертикальной стратификации кислорода в придонных слоях формировались анаэробные зоны, способствующие сульфатредукции.
Рис. 3. Плавающая древесина на Бурейском водохранилище: слева - октябрь 2018 г. Фото ПАО «РусГидро»; справа - июль 2004 г. Фото автора
Следует отметить, что проблема с плавающей древесиной на некоторых участках акватории Бурейского водохранилища сохраняется до настоящего времени. Так, в октябре 2018 г. скопления древесины здесь напоминали ситуацию в июле 2004 г. (рис. 3). Дополнительное поступление древесины после оползня и речного «цунами» может усилить негативный экологический эффект, особенно в связи с размельчением древесины до щепы. В летний период это значительно увеличит площадь контакта растительных остатков с водой, что приведет к существенному увеличению цветности воды.
Значительное ухудшение качества воды в р. Бурея в весенне-летний период 2019 г. может быть обусловлено высоким содержанием взвешенного материала, в том числе тонкодисперсных частиц раздробленных горных пород и древесных остатков. Среди критических показателей можно назвать изменение цветности воды, увеличение концентрации ароматических соединений, в том числе стойких токсичных ПАУ, и содержания отдельных элементов (например, ртути). Такие изменения наблюдались в период заполнения Бурейского водохранилища.
Летом 2005 г. проведены исследования загрязнения р. Амур в устьевых зонах крупных притоков. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии были выявлены существенные различия в составе ПАУ в устьевых зонах рек Зея, Бурея и Сунгари. Меньше всего ПАУ поступало со стоком р. Зея (около 0,046 нг/л). Суммарное содержание 7 представителей ПАУ в устьевой зоне р. Бурея в поверхностных водах составляло 0,141 нг/л, в придонных - 0,176 нг/л. В воде р. Бурея доминировали антрацен и фенантрен, которые могут поступать с шахтными водами при добыче угля и образовываться при деструкции растительных остатков. В 2007 г. в зоне влияния стока р. Бурея у левого берега р. Амур в придонных слоях воды были идентифицированы продукты трансформации ПАУ, в том числе метилированные производные нафталина. В зоне влияния р. Сунгари суммарное содержание 7 представителей ПАУ в поверхностных водах составляло 0,151 нг/л, в придонных - 0,09 нг/л, но здесь доминировал бензо(Ь)флуорантен, наиболее часто встречающийся среди продуктов пиролиза нефти и сжигания нефтепродуктов [3].
Несмотря на то что высокомолекулярные ПАУ слаборастворимы и медленно разлагаются в водной среде, они могут существенно влиять на качество воды через сопряженные с их деградацией процессы, такие как метаногенез, сульфатредукция и нитратредукция [18].
Одной из актуальных экологических проблем гидроэнергетики является феномен стремительного увеличения содержания ртути в рыбе водохранилищ, особенно в первые годы их формирования. В водные экосистемы ртуть попадает при разрушении коренных пород, выщелачивании из рыхлых отложений и почв, при разложении растительности и гидроби- онтов, а также при выпадении атмосферных осадков [15]. Создание водохранилищ не вызывает суммарного возрастания ее количества в окружающей среде, но приводит к изменению ее формы и подвижности. Риск ртутного загрязнения зависит от многих факторов, в том числе от формы нахождения этого металла в окружающей среде [13]. Самая токсичная форма ртути - метилртуть (СН3^), которая образуется в результате микробиологических процессов. У монометилртути высокая проницаемость через биологические мембраны, она обладает высоким химическим сродством к сульфгидрильным группам белков и очень медленно выводится из организмов, что приводит к ее аккумуляции.
Пролонгированные эффекты в изменении качества воды в р. Амур могут быть связаны со сбросами воды из водохранилища в период ледостава. Многолетние наблюдения за состоянием загрязнения льда в р. Амур свидетельствуют, что со сбросами водохранилищ в реку поступает большое количество детрита. Вовлекаясь в биогеохимические процессы, детрит выступает в качестве предшественника различных летучих органических веществ, провоцирующих образование метилированной ртути [2, 4].
Существенное изменение химического состава воды в р. Бурея в весенний период может быть обусловлено поступлением измельченных горных пород (увеличение количества взвесей), остатков древесных пород (повышение цветности и содержания высокомолекулярных органических веществ), концентрированных растворов из порового пространства промерзаюших пород (изменение элементного состава), существовавших длительное время в состоянии регулярного замерзания/оттаивания.
Взрывные работы. Загрязнение нитроароматическими соединениями
Чтобы исключить подтопление населенных пунктов и инфраструктуры во время весеннего половодья, после декабрьского оползня принято решение расчистить русло реки путем буровзрывных работ. Эти работы проводятся в сложных климатических условиях при низких температурах, непосредственно в русле реки и ее водоохранной зоне, что несет потенциальные риски для окружающих наземных и водных экосистем.
С точки зрения экологических рисков экспертному сообществу чрезвычайно важно обсудить вопрос о поступлении в экосистемы водохранилища, рек Бурея и Амур большого объема взвешенных веществ, их вовлечения в биогеохимические процессы с учетом миграции и седиментации. Среди размельченного материала скальных пород будут присутствовать микрочастицы взрывчатых веществ (рис. 4).
Рис. 4. Один из 100 шурфов - специальных скважин глубиной до 2,5 м, в которые закладывали тротил. Фото Минобороны РФ
Большинство исследований поведения взрывчатых веществ касается горнодобывающей промышленности или военных действий. В этих исследованиях негативное токсичное воздействие рассматривается на примере наземных экосистем. В нашем случае риск загрязнения продуктами взрывчатых веществ возникает непосредственно для зоны Бурейского водохранилища, следовательно, распространению компонентов взрыва будет способствовать перенос водных масс. В связи с тем, что работы по расчищению русла р. Бурея проводят военные, информация о типе применяемых взрывчатых веществ или их смесей весьма ограниченна. Есть сведения только об объемах использованных взрывчатых веществ. По сообщениям СМИ, для восстановления нормального гидрологического режима Бурейского водохранилища вертолетами Ми-8 и Ми-26 к месту работ доставлено более 200 т инженерных боеприпасов и взрывчатых веществ. Первые 10 т тротила были взорваны 25 января 2019 г., в результате образовалась воронка глубиной 3,5 м, длиной 120 м и шириной 30 м. В дальнейшем объемы взрывчатых веществ увеличивались, пока не произошел прорыв дамбы.
В настоящее время недостаточно информации о влиянии разных компонентов взрывчатых веществ на структуру сообществ и отдельных представителей гидробионтов, остро реагирующих на содержание минеральных взвесей в природных водах в условиях низких температур.
Особый вред водным экосистемам может нанести тротил (тринитротолуол - trinitrotoluene, ароматическое нитросоединение), который чаще всего используется при открытой разработке полезных ископаемых и в сейсморазведке. Тротил входит в состав многих аммиачно-селитренных взрывчатых веществ. В чистом виде в форме гранул (гра- нулотол, гранитол, пелетол, нитропел, гранатол) или в смеси с алюминиевым порошком (алюмотол, гранатол А, айригел) тротил применяется в ряде стран в качестве водоустойчивых взрывчатых веществ. Гигроскопичность тротила около 0,05 %, он плохо растворяется в воде (0,15 % при 100 °С), хорошо - в органических растворителях (пиридин, ацетон, толуол, хлороформ). Учитывая его слабую растворимость в воде, можно предположить присутствие основных ингредиентов тротила в составе взвешенных веществ.
В результате взрывных работ выделяются различные газообразные углерод- и азотсодержащие компоненты (CO2, CO, O2, H2, CH4, C (сажа); N2, NH3, C2N2, HCN, NO, N2O; SO2, H2S, HCl, Cl2), оксиды металлов, карбонаты и бикарбонаты, цианиды, сульфаты, сульфиды, хлориды и др. Естественно, они повлияют на содержание в водной среде разных форм азота, сульфатов и токсичных элементов. Экологический риск увеличивается при единовременном поступлении большого количества продуктов, образовавшихся в результате взрыва (динитротолуола и нитробензола).
На потенциальную опасность взрывчатых веществ в окружающей среде влияют физические, химические и биологические процессы [19]. Известно, что некоторые взрывчатые вещества, включая тротил (2,4,6-trinitrotoluene) и гексоген (hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5- triazine), подвергаются биоразложению в аэробных и анаэробных условиях [20]. Этот процесс зависит от комплекса геохимических условий, включая степень увлажнения почвы, присутствие дополнительных органических веществ и условия аэрации. Установлено, что незначительные различия в свойствах почвы способны привести к существенным изменениям окислительно-восстановительного потенциала в результате процесса разложения тротила. Сформированные детонационные кратеры могут вызвать большие пространственные вариации скорости дренажа [12].
В анаэробных условиях преобразование тротила и гексогена ограничено ковалентным связыванием продуктов трансформации с поверхностью почвы [16]. На динамику разложения нитротолуола могут влиять микробиологические процессы, контролируемые такими абиотическими факторами, как присутствие ионов железа и гуминовых веществ [11]. В результате может активизироваться деятельность бактерий Geobacter metallireducens, участвующих в цикле железа [17].