Хакасия – край озер.

Авторы: Денисенко А., Степанян Е,
Центр довузовской подготовки при ТПУ

Научный руководитель: Юрмазова Т.А.

г. Томск

Введение.

Земля Хакасии известна немалыми богатствами. Бескрайние степные дали с воздухом, настоянным на травах, дают непередаваемое ощущение широты и бесконечности Мира. Природа подарила этому краю способность лечить людей. Озера с лечебной водой и грязями – бесценные богатства этой территории! Они очень популярны не только в Хакасии и соседнем Красноярском крае, но и во всей Сибири. Тысячи людей приезжают сюда отдохнуть и поправить здоровье.

Хакасию называют музеем под открытым небом, а в каждом музее есть наиболее запоминающиеся экспозиции, в Хакасии – это Ширинский район.

Территория контрастных природных ландшафтов – от сухих степей до высокогорных лугов и тундр, разнообразия растительного и животного мира. Ширинский район – край озер, пещер, полезных ископаемых. Район с уникальной и неповторимой природой не только для Хакасии, но и для всей Сибири.

Ширинский район находится в северной части Хакасии, севернее его расположен только Орджоникидзевский район. Площадь района по сибирским меркам невелика, всего 6810 км² [1], карта района представлена в Приложение I.

Территория района вытянута с северо-востока на юго-запад на расстояние 145 км и с северо-запада на юго-восток на расстояние 100 км.

Ширинский район богат озерами с различными уровнями минерализации воды, от пресной и прозрачной воды оз. Иткуль 0,6-0,7 г/л, до 187,7-248,7 г/л оз. Тус, фотография в Приложении II.

В этом году мы посетили Ширинский район, где мы не только отдыхали, но и собрали материал для практической работы. Для исследований мы отобрали воду из четырех озер: оз. Шира, оз. Тус, оз. Иткуль, оз. Фыркал.

Целью нашей работы явилось определение макрокомпонентов в воде этих озер, а также ознакомление с историческими фактами Ширинского района, этим замечательным местом в Хакасии.

Литературный обзор.

Объект для исследований нами был выбран не случайно. Во второй половине IX века томский золотопромышленник Цыбульский по счастливой случайности открыл лечебные свойства чудеснейшего по красоте озера Шира. Именно он стал активным пропагандистом чудесной воды этого озера. Вскоре, благодаря ему на Шире открылся курорт. Научное объяснение целебных свойств воды тоже связано с Томском. Профессор М.Г. Курлов, основатель томской терапевтической школы, экспериментально и клинически доказал высокую ценность воды озера Шира. После гражданской войны цивилизованное лечение на озере Шира также организовал томич, доктор Я.З. Штамов, основатель Томского НИИ курортологии и физиотерапии.

С Томском связан еще один проект, получение соли этого озера, при растворении которой в воде ни одна лаборатория не может отличить, где натуральная вода озера Шира, а где восстановленная! Достигается это посредством промышленной установки для вакуумного выпаривания минеральной воды, благодаря этой установке можно сохранить природные минерально-биологические комплексы, которые содержатся в воде озера Шира.

Получаемая соль обладает настолько высоким качеством, что курорт на озере Шира отдает этой соли большее предпочтение, чем натуральной воде, поскольку из-за промышленных и хозяйственных стоков санэпидемнадзор периодически «закрывает» озеро. На основе этой соли так же делают лечебно-столовый вариант воды озера Шира, название которому – «Березовица» [2].

На территории Ширинского района учтено 167 озер площадью более 1 га. Многие из этих водоемов минерализованы, часть из них обладает высоким рекреационным и бальнеологическим потенциалами.

В Ширинском районе несомненным фаворитом является оз. Шира, но также широкой известностью пользуются оз. Тус и оз. Фыркал. Кроме того, значительную оздоровительную роль играет «жемчужина Хакасии» – озеро Иткуль. Остановимся на краткой характеристике этих уникальных природных объектов.

Озеро Шира расположено на 17 км к востоку от райцентра Шира. Оно приурочено к бессточной впадине и окружено невысокими кустообразными уступами. В геологическом отношении озеро Шира приурочено к красноцветным песчаникам, алевролитам, аргиллитам, гравелитам ойдановской свиты верхнего девона, которые участвуют в строении крупной Ширинской синклинальной структуры. Морфометрические параметры озера следующие: площадь водного зеркала – 35 км², длина – 9,35 км, максимальная ширина – 5,3 км, длина береговой линии – 24,5 км, максимальная глубина – 21,8 м, средняя глубина – 11 м. Абсолютная отметка уреза воды – 353 м н.у.м. Питание водоема осуществляется за счет р. Сон и антропогенных поступлений.

Именно на этом озере построен Курорт, и именно сюда стекается народ со всей Сибири. На берегу этого озера построен курорт с одноименным названием.

В водогрязелечебницу курорта специальными насосами подается вода из озера.

Озеро Тус расположено в 30 км севернее райцентра Шира и восточнее пос. Соленоозерный. Его водосборная площадь охватывает территорию в 60 км² и в геоморфологическом отношении представляет собой чередование невысоких мелкосопочных гряд и ложбин северо-восточного простирания, окаймляющих бессточную котловину озера. Котловина озера Тус имеет элипсоидальную форму и вытянута с юго-запада на северо-восток на 5 км при ширине до 3 км; ее днище плоское, местами заболоченное.

В геологическом отношении котловина оз. Тус полностью находится в поле развития красноцветных терригенных отложений ойдановской свиты верхнего девона. Площадь водного зеркала озера составляет 2,65 км², длина береговой линии – 8,0 км, максимальная глубина – 2,0 м, абсолютная высота уреза воды – 386,2 м.

Вода здесь настолько минерализована, что можно спокойно читать газету, лежа на поверхности.

Озеро Иткуль расположено в 4,3 км юго-восточнее курорта «Озеро Шира». Абсолютная отметка водного зеркала составляет 456,2 м, что на 102 м выше таковой для озера Шира (353,9 м). Площадь озера при размерах 6,5х5 км составляют 23,25 км², максимальная глубина – около 17 м при среднем значении 9,1 м, запасы воды достигают 0,21 км³, площадь водосбора – 372 км².

Западный и юго-западный берега озера заболочены, северный и южный представлены аккумулятивными песчано-гравийными береговыми формами.

В геологическом отношении котловина озера приурочена к крупной одноименной синклинальной структуре, осложняющей карбонатные отложения бейской и сарагашской свит среднего девона. В составе осадочных образований преобладают серо-цветные известняки и мергели при подчиненном развитии известковых алевролитов и песчаников.

Вода озера используется для водоснабжения курорта «Озеро Шира», и поэтому является охраняемой зоной.

Озеро Фыркал расположено в 2 км юго-западнее райцентра Шира. Абсолютная отметка водного зеркала составляет 411.3 м, что на 57.4 м выше таковой для озера Шира. Длина береговой линии составляет 17.5 км. Площадь озера составляет 8,746 км².

Вблизи озера Фыркал находится историко-археологический памятник. Местные жители называют его Сундуки. Ученые считает, что Сундуки, как и Стоунхендж, являются древней астрономической обсерваторией конца Бронзового века.

Наличие в воде различных ионов имеет большое значение для ее биологического и терапевтического действия. В водах обнаружено до 50 различных химических элементов, но основные ионы, определяющие лечебные свойства воды – это катионы: Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, Na⁺; анионы: Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-.

Рассмотрим поподробнее влияние макроэлементов на организм человека.

Хлорид ион – один из основных регуляторов осмотического давления в клетке, поддерживающий необходимый водный баланс.

Магний – входит в состав окислительных ферментов. Препятствует развитию аллергических реакций. Он необходим для усвоения организмом других минеральных веществ и витаминов. Недостаток магния ускоряет процесс старения.

Кальций – необходим для формирования зубов и костей. Недостаток его ухудшает

свертываемость крови.

Сульфат – входит в состав аминокислот, формирует белки кожи, при ее недостатке кожа особенно подвержена воспалительным заболеваниям.

Натрий – отвечает за кислотно–щелочной баланс, нормализует артериальное давление, способствует проникновению питательных веществ в клетку.

Калий регулирует уровень влаги в клетках, улучшает обменные процессы, благоприятствует росту новых клеток.

Калий и натрий отвечают за передачу импульсов от нервных волокон в центральную нервную систему.

Экспериментальные результаты.

Методики эксперимента [3] представлены в Приложении III.

Были проанализированы пробы из четырех озер, результаты эксперимента представлены в табл.1. Для сравнения в табл.1 также включены результаты исследования озера Байкал, самого чистого из природных озер.[4]

В таблицу также включено Мертвое море – самое соленое в мире озеро, самый большой естественный минеральный источник на земле. Река Иордан и многочисленные ручьи с минеральной водой впадают в него. Мертвое море находится в самом низком месте земного шара – 400 метров ниже уровня океана [5]

Таблица 1

Содержание макрокомпонентов в озерах

	Жобщ	Са^2+,мг/л	Mg^2+,мг/л	НСО3^-,мг/л	Cl^-,мг/л	SO4^2-,мг/л	Сухой остаток г/л
Шира	330,0	100,0	3900,0	700,0	2100,0	7200,0	21,987
Тус	760,0	600,0	8760,0	1855,0	39500,0	4700,0	236,054
Иткуль	6,0	28,0	55,2	400,0	17,5	67,5	0,836
Фыркал	4,0	16,0	38,4	300,0	1,3	27,5	0,772
Байкал	1,0	15,0	3,0	50,0	2,0	5,0	0,064
Мертвое Море	-	-	-	-	-	-	350,540

Во многих литературных источниках говорится, что оно в 10 и более раз соленее других водоемов, но как мы видим из табл 1. оз. Тус лишь немного уступает Мертвому морю. Общее солесодержанию в Тусе всего в 1,5 раз ниже чем в Мертвом море.

Согласно классификации минеральных вод по содержанию солей (столовые - <1г/л; лечебно-столовые - 1-10г/л; лечебные - 10-25 г/л; рассолы - >20 г/л), мы можем отнести, опять таки, исходя из табличных данных, воду озера Шира к лечебным минеральным водам, воду оз. Тус к рассолам, воду озер Иткуль и Фыркал к столовым минеральным водам.

При этом вода оз. Шира - сульфатно-хлоридная, вода Иткуля - гидрокарбонатно-сульфатная, а вода Фыркала – гидрокарбонатно-сульфатная. Зная это можно и нужно применять воды различных озер для более эффективного лечения некоторых заболеваний.

Кроме анализа вод озер мы еще и проанализировали минеральную воду «Березовицу», чтобы убедиться или опровергнуть то, что она является практически точной копией воды оз. Шира.

Результаты анализа преведены в табл 2, для сравнения в этой табл продублированы показатели оз. Шира.

Таблица 2.

Сравнение вод «Березовицы» и оз. Шира.

	Жобщ ммоль/л	Са^2+,мг/л	Mg^2+,мг/л	НСО3^-,мг/л	Cl^-,мг/л	SO4^2-,мг/л	Сухой остаток г/л
Шира	330,0	100,0	3900,0	700,0	2100,0	7200,0	21,987
«Березовица»	27,6	11,0	325,6	455,0	210,0	750,0	1,729

Как видим из табл.2 вода оз.Шира по составу сходна с водой «Березовицы», за исключение гидрокарбонатов, это вполне объяснимо, так как минеральная вода Березовица газированная, и следовательно насыщена углекислым газом, что влияет на содержание гидрокарбонатов. Во всем же остальном Березовица почти точная копия, с той поправкой, что она в 10 раз менее минерализована, чем вода озера Шира, что соответствует лечебно-столовой минеральной воде.

В последнее десятилетие для жителей сибирского региона резко возросла рекреационная значимость южных районов Сибири, и особенно минеральных озер. Что повлекло за собой увеличение антропогенной накрузки на экосистмы озер и, в связи с этим, обострение экологиической обстановки.

Поэтому в следующем году мы продолжем наши исследования. И помимо макрокомпонентов будем изучать воды на наличие вредных примесей, как то тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, нитраты, аммиак.

Выводы.

1. Были проанализированы на макрокомпоненты воды четырех озер: оз. Шира, оз. Тус, оз. Иткуль, оз. Фыркал, результаты приведены в табл 1. Для сравнения приведены показатели состава воды самого чистого озера – Байкал и самого минерализованного озера - Мертвое море.

2. Были подробно рассмотрены озера, и вклад Томской науки в становление курорта «озера Шира».

3. Проанализирована минеральная вода «Березовица» и сравнена с водой оз.Шира.

4. Воды Ширинского района могут быть использованы для лечения и профилактики различных заболеваний

Литература.

1. Абдин Н.Р., Букатин И.В., ДмитриевВ.Е. «Жемчужина Хакасии», Абакан, 1998

2. Карыпов А. «Живая» вода… в пластмассовой бутылке. Томск: Красное Знамя, № 257 от 25.09.97.

3. Лурье Ю.Ю. Химический анализ производственных сточных вод. - М.: Химия, 1974.

4. Проблемы геологии и освоения недр. Материалы докладов, ч. 2, Томск, 1998, с. 120.

5. Советский Энциклопедический словарь, под ред. Прохоров А.М., М.: Советская энциклопедия, 1982.

6. Шеметило И.Г., Воробьев М.Г. Лечебные минеральные воды, Ленинград: Медицина, 1982.

Приложение I.

Методики эксперимента.

Макрокомпоненты опредлялись по следующим методикам.

Определение хлорид-иона.

Определение хлорид-ионов основано на реакции осаждения хлоридов нитратом серебра:

Ag⁺ + С1^- ® AgCI¯

При малых концентрация хлорид-ионов выпадение осадка не происходит, а возникает помутнение раствора.

Ход определения: в мерную колбу на 50 мл приливают объем пробы, затем приливают 5 мл 2н Н₂SO₄ + 5 мл 0,05 М AgNO₃ через 10 минут измеряют значение оптической плотности при l=400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика находят концентрацию хлорид-иона.

Определение сульфат-ионов

Определение сульфат-ионов основано на реакции осаждения их хлоридом бария SО₄^2- + Bа²⁺ ® BaSО₄ ¯ В определенных пределах концентрации сульфатов образуется белая муть.

Ход определения: в мерную колбу на 50 мл приливают объем пробы, затем приливают 0.5 мл 1М НС1 и 5 мл 10% BaCl₂, через 10 минут измеряют значение оптической плотности при l=400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика находят концентрацию сульфат-ионов.

Определение гидрокарбонатов.

Ход определения: в коническую колбу наливают 50мл воды приливают 5 капель метилоранжа и титруют 0,1н HCI, до перехода окраски от желтой до оранжевой, по объему HCI рассчитывают концентрацию НСО₃ ^-.

Определение жесткости воды.

Ход определения: в коническую колбу наливают 50 мл воды приливают 5 мл аммиачного буферного раствора, прибавляют 0,1-0,2 г. сухой смеси индикаторов (эриохром-черный с поваренной солью). Жидкость перемешивают и титруют 0,1н раствором трилона Б до перехода бордовой окраски в синюю. Рассчитывают общую жесткость- Ж_общ в ммоль/л.

Определение кальция с мурексидом

Ход определения: в коническую колбу наливают 50мл воды. приливают 2 мл 1Н раствора NaOH прибавляют 0,1 – 0,2 г. сухой смеси индикатора (мурексид + NaCI) . Жидкость перемешивают и титруют 0,1н раствором трилона Б до перехода окраски от малиновой до фиолетовой, рассчитывают содержание ионов кальция в ммоль/л.

Расчётный метод определения ионов магния.

Концентрацию магния вычисляют по разности между израсходованными объёмами титрованного раствора трилона Б на определение общей жёсткости и на определение кальция:

С (Mg²⁺) = Ж_общ. – С(Са²⁺), ммоль/л

Определение гидрокарбонатов.

Ход определения: в коническую колбу наливают 50мл воды приливают 5капель метилоранжа и титруют 0,1н HCI, до перехода окраски от желтой до оранжевой, по объему HCI рассчитывают концентрацию НСО₃^-.