Особенности состава полиароматических углеводородов в природных водах Кузбасса: закономерности распространения и их взаимосвязь с типом вод для техногенных и природных систем

Abstract

Актуальность. Техногенные cбросы, включая полициклические ароматические углеводороды, изменяют химический состав водных систем, негативно влияя на экосистемы и здоровье человека. Несмотря на региональную специфику Кузбасса, заключающуюся в наличии развитой угольной промышленности, а также развитии смежных отраслей (металлургия, энергетика и химическая промышленность), взаимодействие органических веществ в различных гидрогеологических условиях и под влиянием различных антропогенных факторов остаётся малоизученным. Все это требует комплексного анализа источников загрязнения, закономерностей распределения загрязнителей и их экологических последствий. Цель. Изучить особенности состава и распространения полициклических ароматических углеводородов в природных водах Кузбасса, оценить влияние угольной промышленности на качество вод, идентифицировать маркеры загрязнения с последующим использованием полученных данных для реконструкции условий формирования данных вод в естественных и техногенно-нарушенных условиях. Объекты. Подземные воды преимущественно юрских и верхнепермских терригенно-угленосных отложений тайлуганской свиты Ерунаковской подсерии Кольчугинской серии Кузнецкого бассейна, а также поверхностные воды территории. Методы. Аттестованные методики: титрования, фотометрии, капиллярного электрофореза и высокоэффективной жидкостной хроматографией в лаборатории Томского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука. Результаты и выводы. Авторами выполнены исследования химического состава природных вод в нарушенных и природных обстановках на территории Кузбасса. Отмечено, что угольная промышленность существенно влияет на химический состав природных вод Кузбасса, повышая минерализацию и концентрацию органических загрязнителей. Накопление полициклических ароматических углеводородов в глубоких водоносных горизонтах подчёркивает долгосрочные экологические риски. В работе показано, что поверхностные воды вблизи промышленных зон имеют повышенную минерализацию (до 1,83 г/л), высокие концентрации Na⁺, SO₄²⁻ и полициклических ароматических углеводородов (ΣПАУ до 0,88 мкг/л). Подземные воды демонстрируют вертикальную зональность: в зоне активного водообмена ΣПАУ ~0,59 мкг/л, тогда как в глубоких слоях замедленного водообмена выявлены максимальные значения Сорг и ΣПАУ. Фенантрен и флуорантен идентифицированы как устойчивые маркеры техногенного воздействия во всех зонах водообмена. Результаты подтверждают необходимость системного мониторинга, ужесточения контроля промышленных сбросов и разработки стратегий восстановления водных ресурсов. Исследование определяет рамки методологической основы для анализа органического загрязнения в угольных регионах, акцентируя взаимосвязь гидрогеологических процессов и антропогенного воздействия

Relevance. Man-made discharges, including polycyclic aromatic hydrocarbons, change the chemical composition of water systems, negatively affecting ecosystems and human health. Despite the regional specificity of Kuzbass, consisting in the presence of a developed coal industry, as well as the development of related industries (metallurgy, energy and chemical industry), the interaction of organic matter in various hydrogeological conditions and under the effect of various anthropogenic factors remains poorly understood. All this requires a comprehensive analysis of pollution sources, patterns of pollutant distribution and their environmental consequences. Aim. To study the features of the composition and distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in natural waters of Kuzbass. To assess the impact of the coal industry on water quality, to identify pollution markers with subsequent use of the obtained data to reconstruct the conditions of formation of these waters in natural and manmade conditions. Objects. Groundwater, mainly Jurassic and Upper Permian terrigenous-carbonaceous deposits of the Taylugan suite of the Yerunakovskaya subseries of the Kolchuginskaya series of the Kuznetsk basin, as well as surface waters of the territory. Methods. Certified methods: titration, photometry, capillary electrophoresis and high-performance liquid chromatography in the laboratory of the Tomsk branch of the A.A. Trofimuk Institute of Oil and Gas Geology and Geophysics. Results and conclusions. The authors conducted a study of the chemical composition of natural waters in disturbed and natural environments in the territory of Kuzbass. It was noted that the coal industry significantly affects the chemical composition of natural waters of Kuzbass, increasing mineralization and concentration of organic pollutants. Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in deep aquifers emphasizes long-term environmental risks. The work shows that surface waters near industrial zones have increased mineralization (up to 1.83 g/l), high concentrations of Na⁺, SO₄²⁻ and polycyclic aromatic hydrocarbons (ΣPAH up to 0.88 μg/l). Groundwater demonstrates vertical zonality: in the zone of active water exchange ΣPAH ~0.59 μg/l, while in the deep layers of slow water exchange maximum values of Corg and ΣPAH were found. Phenanthrene and fluoranthene were identified as stable markers of technogenic impact in all water exchange zones. The results confirm the need for systemic monitoring, tightening of industrial discharge standards and development of water resource restoration strategies. The study defines the framework of the methodological basis for the analysis of organic