В статье представлены основные результаты изучения берегов, рельефа дна и донных осадков северной части Обской губы, на акватории которой в ближайшей перспективе будут разрабатываться нефтегазоконденсатные месторождения. В процессе исследований были определены основные типы берегов, их динамика, охарактеризован рельеф дна губы и литодинамические особенности акватории. На основе комплексного изучения донных отложений (130 проб) установлен минералогический состав осадков, выявлены основные закономерности накопления микроэлементов, органических веществ, а также распределение радионуклидов. Составлена карта донных отложений с элементами лито- и гидродинамики северной части Обской губы. С использованием метода главных компонент факторного анализа выявлены две основные области аккумуляции осадочного материала: в северной части губы на барьере река-моря и на юге изучаемой акватории при впадении Тазовской губы. Установлено, что загрязнение донных осадков изученной акватории вызвано поступлением органических поллютантов (полиароматических углеводородов и полихлорбифенилов) из Тазовской губы. Проведено экспериментальное моделирование сорбционных свойств донных осадков по отношению к тяжелым металлам (Cu, Pb, Zn, Cd). Построена схема сорбционной емкости осадков северной части Обской губы. Все полученные результаты могут рассматриваться как фоновые (исходные) показатели состояния геологической среды перед началом хозяйственного освоения акватории.

Ключевые слова: рельеф дна, донные осадки, осадкообразование, минералогия и геохимия донных осадков, геохимический барьер.

Введение. Изучение процессов формирования рельефа и распределения донных осадков, особенно в акваториях перспективного промышленного освоения, имеет не только научное, но и прикладное значение. Именно к таким районам относится северная часть Обской губы. На п-овах Гыдан и Ямал открыты и уже разрабатываются крупные месторождения углеводородного сырья, а в самой акватории выявлен ряд перспективных площадей. Полученные результаты исследований могут быть использованы при определении исходного фонового состояния геологической среды Обской губы и организации мониторинга в период ее активного хозяйственного освоения.

Методика работ. В основу исследований легли данные 130 станций донного пробоотбора (рис. 1), а также материалы гидроакустического профилирования, выполненного в рейсах на НИС «Иван Киреев» (2005 г.) и «Иван Петров» (2006 г.) за счет средств федерального бюджета. Сеть пробоотбора в акватории составляла 10 × 20 км. Лабораторные исследования включали гранулометрический анализ донных осадков, определение микроэлементов, органических веществ, радионуклидов, глинистых и тяжелых минералов. Анализ микроэлементного состава проводился методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ОАО «Архангельскгеолдобыча»), определение хлорорганических соединений, фенолов и углеводородов выполнено газожидкостной хроматографией (ВНИИМ им. Менделеева, ВНИИОкеангеология), активность радионуклидов фиксировалась гамма-спектрометрией (ВНИИОкеангеология). Минералогический состав осадков определялся иммерсионным методом (ВНИИОкеангеология) и рентгеноструктурным анализом (ВНИИМ им. Менделеева).

Методика экспериментов по определению сорбционных свойств донных осадков состояла в следующем. В полиэтиленовый стакан, емкостью 200 мл, помещалась навеска в 1,5 г (на воздушно-сухую массу) донного осадка, которая заливалась 150 мл воды из Обской губы с концентрацией 11 мг/л каждого изо пределяемых элементов (Cu, Cd, Zn и Pb). Раствор перемешивался 3 раза в день. Аликвоты отбирались через 1, 5, 9, 21 и 30 суток и определялись методом инверсионной вольтамперометрии на содержание металлов. До начала и по окончании эксперимента в донных осадках были определены содержания изучаемых металлов атомно-абсорбционным методом.

Результаты и их обсуждение. Литодинамика и морфогенез. Исследуемый район находится в пределах крупного эстуарного бассейна площадью около 25 000 км² (при длине 450 и ширине от 30 до 90 км). Гидрологический режим определяется стоком рек Оби и Таза, водообменом с Карским морем, приливными и сгонно-нагонными явлениями. Высота последних возрастает с севера на юг от 0,25-0,30 до 0,50-0,70 м. Приливы - правильные полусуточные; амплитуда приливно-отливных уровней может достигать 0,6-0,8 м. Скорость суммарного течения, совпадающего с течением реки, обычно не превышает 1 м/сек [Цвесинский и др., 1998]. Максимальные скорости придонных течений составляют 0,3-0,5 м/сек, и лишь на выходе в Карское море и при впадении Тазовской губы они могут достигать 0,5-1,0 м/сек [Гуревич, 2002]. Направление поверхностных течений вдоль гыданского берега соответствует стоковому течению р.Обь, в то же время поверхностные течения вдоль ямальского берега направлены на юг (рис. 2). Суммарный речной сток в губу достигает 530 км³/год, а общий твердый сток наносов рек в Обскую губу оценивается в 15 млн т/год [Михайлов, 1997]. Расход воды в устье губы составляет 80 тыс. м³/с.

Берега описываемого района сложены многолетнемерзлыми, льдистыми, песчано-глинистыми отложениями. Около 75% длины береговой линии занимают термоабразионные и абразионно-аккумулятивные берега. Термоабразионные выровненные берега обычно приглубые, имеют четко выраженный береговой уступ высотой до 30-60 м со следами свежих обрушений и волноприбойной нишей в основании. Пляж узкий, односклонный, с поверхности выполнен песчаным и гравийно-песчаным материалом, слагающим подводный береговой склон до глубин 8-10 м. Аккумулятивные и абразионно-аккумулятивные берега обычно отмелые, сложены песчаным материалом.

Морфологические элементы представлены надводными террасами высотой до 2-5 м, широкими песчаными пляжами, подводным береговым склоном, осложненным и 5-6 м вдольбереговыми валами, волноприбойными косами и аккумулятивными стрелками. Нижняя граница береговой зоны морфологически выражена линией перегиба подводного берегового склона, переходящего в относительно ровное дно губы на глубинах от 10 до 12 м. Граница уверенно фиксируется изменением гранулометрического состава осадков.

Результаты исследований показывают, что размыв термоабразионных берегов происходит со скоростью 1-4 м/год, достигая на некоторых участках (п-ов Явай) 10 м/год и более [Экзогеодинамика…, 1986], что обусловлено высокой льдистостью (70-80%) и составом четвертичных отложений. Берег п-ова Явай образует крупную абразионную дугу длиной более 130 км.

Термоабразия берегов Обской губы, несмотря на короткий летний период, происходит с заметной скоростью. При постоянном волнении 1-3 баллов за этот период с низменных берегов п-ова Ямал (в пределах района работ) на подводный береговой склон и в центральную часть губы поступает около 1270 тыс. м³ песка, супеси и суглинков. Более высокие (до 60 м) берега Гыданского п-ова поставляют за тот же период более 17 222 тыс. м³ твердого материала.

Обская губа представляет собой мелководную (до 30 м) абразионно-аккумулятивную дельту эстуарного типа с небольшими уклонами и невысокой скоростью течения воды. Рельеф дна осложнен вытянутыми по оси губы впадинами, которые, по-видимому, являются прадолинами р.Оби. Практически у всех крупных мысов, где выражены вдольбереговые потоки наносов, формируются крупные песчаные косы, валы и гряды высотой до 5-7 м и длиной до 15 км. Перенос осадочного материала в центральной части губы происходит стоковым течением реки. В пределах подводного берегового склона (до глубин 8-10 м) в зоне волнового воздействия перемещение материала вдольбереговыми потоками наносов идет преимущественно в обратном - южном направлении, что обусловлено преобладающими в безлёдный период северными ветрами. В то же время подветренные участки берегов характеризуются переносом материала на север. На участках конвергенции вдольбереговых потоков наносов происходит их разгрузка с формированием разнообразных аккумулятивных форм. Накопление материала наблюдается также в устьях крупных рек, впадающих в Обскую губу.

Литология донных отложений. Донные осадки представлены терригенными эстуарными и аллювиально-морскими, как правило, тонкозернистыми отложениями. Основными источниками являются твердый речной сток и термоабразия берегов, при значительном преобладании первого. Большую часть площади дна губы (глубины 10-20 м) слагают пелитовые алевриты вязкой консистенции с примесью крупноалевритового и песчаного материала (см. рис. 2).

Алевритовые пелиты приурочены к зонам устойчивой аккумуляции. В южной части они выделяются узкой полосой, в северной - широкой областью в наиболее глубоководной части Обской губы (глубины 15-25 м). В прибрежных районах преобладают плохо сортированные мелкозернистые пески с примесью пелитового материала. В верхней части подводного берегового склона (глубины до 2-5 м), особенно у абразионных берегов, встречаются мелко- и среднезернистые пески с примесью галечно-гравийного материала до 5-10%. В центральной части губы с относительно высокими скоростями придонных течений наблюдаются отдельные участки мелкозернистых песков. Они слагают поверхности вытянутых по течению останцовых гряд неогенового (?) возраста высотой от 2 до 10 м. Пески хорошо сортированы, содержание пелитовой фракции варьирует от 1 до 15%. В зонах перехода от пелитовых алевритов и алевритовых пелитов к песчаным осадкам иногда наблюдаются крупные алевриты.

Все типы осадков (кроме песков) содержат большое количество (до 6-8%) органического вещества (ОВ). В некоторых случаях зафиксированы прослои растительного детрита мощностью до 2-3 см, образовавшиеся, вероятно, в периоды крупных паводков. В южной части района в алевритовых пелитах встречены тонкие железистые (марганцево-железистые) корочки размером до 2-3 см и мелкие конкреции. Там же установлены локальные зоны размыва с выходом на поверхность дна плотных палеогеновых (?) глин. Выявлены участки транзита осадков, характеризующиеся развитием полей железистых корок, мощностью до 3-5 мм, которые бронируют от размыва подстилающие глины.

Легкие минералы в донных осадках губы представлены полевыми шпатами и кварцем. Анализ содержания тяжелых минералов в крупноалевритовой фракции осадков показал относительную выдержанность их ассоциаций по площади. Среди тяжелых минералов преобладают черные рудные, представленные ильменитом и магнетитом, с содержаниями от 20,6 до 45,0% (табл. 1). Лишь в одной пробе (в районе м.Штормовой у Гыданского п-ова) содержание черных рудных снижается до 17% за счет повышения концентрации гидроокислов железа до 30% (при среднем содержании - около 4,0%). Вторыми по содержанию в осадках тяжелых минералов являются моноклинные пироксены (10-24%). Далее следуют роговая обманка и группа эпидот-цоизита (7-16%), гранаты и циркон (4-11%). На долю остальных минералов (ромбические пироксены, апатит, турмалин, сфен, рутил, ставролит, кианит и др.) приходится менее 11%.

По минералогическому составу пески района исследований очень близки к осадкам Ямальской зоны Байдарацкой губы, исследованной нами ранее. В целом содержание тяжелых минералов в мелкозернистых песках невысокое. Это, наряду с их плохой сортированностью, свидетельствует о слабо выраженных процессах минералогической сепарации в условиях непостоянной и низкой гидродинамической активности среды осадконакопления, включая и мелководье в зоне волнового воздействия.

Изменчивость содержаний глинистых минералов во фракции < 0, 001 мм незначительна (табл. 2). Осадки имеют преимущественно хлорит-каолинит-гидрослюдистый состав. Каких-либо пространственных закономерностей, а также зависимости распределения минералов от глубины воды не наблюдается. Исключение составляет каолинит.

Его повышенные содержания приурочены к прибрежным участкам восточного берега губы - п-овам Явай и Гыдан. По сравнению с осадками арктических морей отмечаются относительно высокие содержания каолинита (что типично для устьев северных рек) и тонкодисперсного кварца, а также пониженное количество гидрослюды.

Геохимия. Донные отложения проанализированы на широкий спектр элементов и соединений: металлы (Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, V, Zn, Na, Ca), As, С_орг, загрязняющие органические соединения и радионуклиды (табл. 3). Рассчитаны статистические параметры их содержаний. По двум выборкам проб (118 проб и 30 проб) выполнен факторный анализ методом главных компонент. Анализ статистических показателей содержания микроэлементов в осадках выявил сравнительно низкие коэффициенты вариации, что указывает на однородность полученной выборки и отсутствие выраженных аномалий как природного, так и техногенного происхождения. Исключение составляют As и Mn (коэффициенты вариации 92 и 73% соответственно). Неоднородное распределение и повышенные содержания Mn обусловлены его активным поступлением с прилегающих к губе заболоченных тундровых территорий, а также различиями в формах нахождения в восстановительных и окислительных условиях.

Анализ моноэлементных карт показывает четко выраженную тенденцию накопления микроэлементов в наиболее тонкодисперсных осадках акватории. Эта закономерность, а также однородность всей геохимической выборки подтверждаются результатами факторного анализа (рис. 3). В значительной мере все элементы тесно связаны друг с другом и с С_орг, накапливаясь в тонкодисперсных осадках. Их распределение контролируется первым фактором (вес фактора 73,5%), который можно интерпретировать как фактор «кварцевого разбавления» (литофациальный). Максимальные содержания металлов приурочены к алеврито-пелитовым осадкам северной части губы, что обусловлено физико-химическими взаимодействиями (сорбцией, коагуляцией, флокуляцией) на барьере река-море, вызывающими их аккумуляцию. Первый фактор отражает практически три четверти всей дисперсии содержания химических элементов в осадках. Второй фактор, имеющий незначительный вес (7%), «отвечает» за различия в химической структуре осадков, обусловленные составом пород питающих провинций и гидродинамическими условиями осадконакопления.

Результаты анализа показали относительно однородное распределение микроэлементов в донных осадках с преимущественным накоплением в тонкодисперсных фракциях, высокую корреляцию содержаний металлов между собой и с органическим углеродом, отсутствие аномалий и аномальных содержаний. Резко доминирующая роль первой компоненты подчеркивает ведущее значение природных факторов дифференциации осадочного материала в настоящее время и отсутствие видимого загрязнения тяжелыми металлами в районе работ.

Содержание органического углерода в осадках достигает 1,9% при среднем значении 0,86%, что является небольшой величиной для внутренних водоемов и эстуарных областей. В основном ОВ представлены растительным детритом и планктонным веществом. Его распределение по площади контролируется наличием двух барьерных зон - южной и северной. Как уже отмечалось, содержание С_орг тесно коррелирует со всей группой изученных металлов и с пелитовой фракцией. То есть в качестве одного из ведущих механизмов осаждения металлов можно рассматривать их адсорбцию на ОВ и глинистых минералах.

В 30 пробах донных осадков проанализированы фенолы (2-хлорфенолы, о-крезолы, m + n-крезолы, 2,4-дихлорфенолы, 2,6-дихлорфенолы, 2,4,6-трихлорфенолы, 2,4,5-трихлорфенолы и пентахлорфенолы), хлорорганические соединения (ДДТ, ГХЦГ и ПХБ), низкомолекулярные ароматические (АУВ) и высокомолекулярные полиароматические углеводороды (ПАУ). Все эти группы, за исключением хлорорганических соединений, могут иметь как природное, так и техногенное происхождение.

Суммарное содержаниефенолов только в 18 пробах оказалось выше порога обнаружения метода (0,01 мг/кг), а диапазон концентраций составил от 0,01 до 0,08 мг/кг. Это существенно меньше, чем в осадках Западно-Арктического шельфа и Байдарацкой губы. В пробах индивидуальный состав фенолов представлен различными соединениями фенольной группы при преобладании ди- и трихлорфенолов. Присутствие фенолов в осадках может быть вызвано разложением остатков растительности, которые фиксируются во всех тонкодисперсных отложениях.

Хлорорганические соединения относятся к одним из наиболее токсичных веществ, поступающих в окружающую среду. Источниками их являются промышленные и сельскохозяйственные производства. Как гидрофобные соединения они адсорбируются на взвешенных частицах, накапливаясь в твердой фазе на дне. Содержание пестицидов в донных осадках северной части Обской губы ниже порога чувствительности метода (0,001 мкг/кг). Концентрации ПХБ характеризуются относительно высокими значениями с широким разбросом величин (см. табл. 3). Их содержания выше, чем в прилегающих акваториях арктических морей. Поступление поллютантов в Обскую губу, возможно, вызвано подъемом производства в Западносибирском регионе в последнее десятилетие. Среднее содержание ПХБ в осадках (9,1 мкг/кг) соответствует низкому уровню загрязнения городских водоемов или фоновому загрязнению районов, прилегающих к промышленным центрам [Опекунов, 2005]. Таким образом, ПХБ следует рассматривать в числе приоритетных загрязняющих Обскую губу веществ.

При рассмотрении закономерностей распределения в осадках АУВ и ПАУ необходимо отметить достаточно сильную связь С_орг с низкомолекулярными и слабую корреляцию с высокомолекулярными ароматическими углеводородами. Это находит отражение в распределении АУВ и ПАУ. Если участки аккумуляции первого приурочены к северной барьерной зоне, то накопление ПАУ отмечается в основном у гыданского берега южной части района работ, а их содержания выше, чем в осадках Баренцева и Карского морей. Повышенные концентрации ПАУ в алевритовых пелитах Обской губы отмечали и другие исследователи [Атлас…, 1999]. Относительно высокий коэффициент вариации их содержания свидетельствует о неоднородности выборки и может отражать существенное влияние техногенного фактора в накоплении углеводородов в осадках губы.

Интерпретация результатов факторного анализа, выполненного для общей выборки металлов и органических компонентов (рис. 4), приводит к следующим выводам. Как и в первом случае (см. рис. 3), ведущим фактором является литофациальный (вес фактора 55,3%), отвечающий естественным условиям дифференциации осадочного материала. Второй фактор (вес 15%) может быть интерпретирован как фактор техногенного загрязнения, поскольку максимальная нагрузка фактора ложится на ассоциацию органических поллютантов (ПХБ-ПАУ). Она противопоставляется ассоциации химических элементов, отражающих дифференциацию природного материала. Распределение значений второй компоненты в пробах донных осадков Обской губы показывает, что выявленная техногенная ассоциация и основные концентрации ПХБ и ПАУ приурочены в основном к южной части акватории и связаны с литолого-геохимическим барьером в месте впадения р.Таза в Обскую губу (рис. 5).

Данный вывод дает основание предположить, что сток из Тазовской губы является одним из главных путей поставки поллютантов органического происхождения в акваторию северной части Обской губы, что объясняется активным освоением территории Пуровско-Тазовского междуречья в связи с разработкой месторождений нефти и газа. Это подтверждается, в частности, имеющимися у нас данными о загрязнении воды р.Таз, его притоков, а также донных осадков Тазовской губы нефтяными углеводородами. Так, в двух пробах донных осадков Тазовской губы, отобранных в районе Юрхаровского газоконденсатного месторождения, содержания нефтяных углеводородов составили соответственно 165 и 233 мг/кг. В четырех пробах отложений из Обской губы, взятых южнее впадения Тазовской губы, содержания изменялись от 52 до 159 мг/кг, т. е. были примерно в 1,5 раза ниже. При этом важно отметить, что загрязняющие вещества, поступающие в губу из р. Обь, вероятно, осаждаются в основном в южной части, не достигая изучаемой акватории.

Удельную активность техногенного изотопа ¹³⁷Cs в донных отложениях района работ можно оценить как низкую. Ее среднее значение составляет 2,9 Бк/кг (см. табл.3), что уступает осадкам Байдарацкой губы (3,6 Бк/кг) и особенно Енисейского залива (более 50 Бк/кг) [Геоэкология…, 2001]. Максимальная активность ¹³⁷Cs (более 10 Бк/кг) отмечается в пелитовых осадках северной части губы у п-ова Явай. В сторону моря активность цезия снижается. В структуре главных факторов (см. рис. 4) ¹³⁷Cs занимает обособленную позицию при отсутствии корреляционных связей с другими химическими компонентами. Вероятно, это вызвано поставкой цезия в Обскую губу в основном аэротехногенным путем и осаждением металла на дно в адсорбированном виде в гидродинамически благоприятных обстановках. Об этом свидетельствует его положительная корреляция с С_орг и Fe.

Максимальная активность природных радионуклидов (⁴⁰К, ²³²Th) фиксируется в северной части губы, что отмечалось и другими исследователями [Кошелева и др., 2007]. Их средняя активность (302 Бк/кг для ⁴⁰К и 26 Бк/кг для ²³²Th) ниже, чем в донных осадках Байдарацкой губы. Повышенная активность ²²⁶Ra (до 17 Бк/кг) характерна для песчаных фракций мелководья средней части Гыданского п-ова и Ямала. Это, вероятно, вызвано повышенным содержанием в песках минералов редкоземельной группы. Однако средняя активность ²²⁶Ra в 3 раза ниже, чем в осадках Байдарацкой губы. Таким образом, по сравнению с соседними акваториями активность радионуклидов в северной части Обской губы низка, с максимумом в северной части участка работ.

Сорбционная емкость осадков. В водной среде при переводе растворенных форм химических элементов в дисперсную фазу большое значение имеют процессы адсорбции, которая отражает концентрирование вещества (адсорбата) изобъем а фаз (газа или раствора) на поверхности раздела между ними (твердого вещества-адсорбента). Различают физическую адсорбцию как результат проявления сил электростатического притяжения и хемосорбцию, которая сопровождается химической реакцией адсорбата с адсорбентом. Активными природными сорбентами выступают глинистые минералы, что объясняется их кристаллохимической структурой, обладающей высокими ионообменными возможностями. Увеличение интенсивности адсорбции металлов глинистыми минералами отмечается в ряду гидрослюда < каолинит, хлорит < монтмориллонит < вермикулит. Высокий адсорбционный потенциал имеют гели свежеобразованных гидроксидов Fe и Mn. Существенную роль в осаждении металлов играет ОВ, особенно его гумусовая составляющая. Оно выступает в качестве сорбента или участвует в образовании органоминеральных комплексов [Лисицын, 1994].

Сорбционная способность донных осадков водных объектов относится к одному из ведущих механизмов ассимиляционной емкости аквальных геосистем. Экспериментальные исследования сорбционных свойств отложений позволяют количественно оценить их ассимиляционный потенциал, а следовательно, устойчивость к химическому загрязнению.

Выбор Cu, Cd, Zn и Pb для проведения экспериментов обусловлен высокой технофильностью этих металлов [Методические…, 1988] и активной миграцией в окружающей среде. В эксперименте использовано 15 проб осадков (табл. 4). Пробы представлены четырьмя основными гранулометрическими типами отложений: алевритовым пелитом, пелитовым алевритом, крупным алевритом и мелкозернистым песком. Содержание С_орг в изучаемых осадках составило от 0,04 до 1,63% (среднее 0,74%), а количество пелитовой фракции менялось в диапазоне от 1,2 до 64,3% (среднее 28,2%). Коэффициент корреляции между содержаниями С_орг и глинистой фракции (<0,01 мм) достигает r =0,68.

Оценка сорбционной способности осадков выполнялась по разности содержания металлов в осадке до начала эксперимента и после его проведения. Учет убыли металлов в растворе по отбираемым аликвотам проводился для контроля кинетики процесса. Анализ результатов экспериментальных исследований осадков Обской губы проведен на основе сравнения с другими районами арктического шельфа (Белое и Баренцево моря), Балтийским морем и озером Сестрорецкий Разлив [Опекунов, 2005]. По всем изученным металлам Обская губа занимает промежуточное положение между шельфовыми акваториями и озером. Причиной относительно высокого ассимиляционного потенциала являются эстуарные условия, которые по активности физико-химических процессов занимают промежуточное положение между морским и пресноводным седиментогенезом.

В кинетике процессов обнаружены следующие особенности. Устойчивость ассимиляции у Cu, Cd и Pb крайне низкая. В опытах наблюдалась постоянная смена направленности потока металлов в системе вода-осадок, особенно для Cu. Интенсивность и уровень убыли в растворе не зависели от гранулометрического состава осадков и слабо коррелировали с содержанием в них С_орг. Отсутствие этих зависимостей, возможно, объясняется важной ролью в процессах ассимиляции комплексообразования, на что указывают существенные различия в величинах убыли металлов по раствору и по содержанию в осадке в пользу первой. За время эксперимента процесс сорбции в системе вода-осадок уверенно стабилизировался только для Zn на 10-й день опытов.

Величина сорбционной емкости донных отложений, определяемая по разнице содержания металлов до и после эксперимента, приведена в табл. 5. Максимальная емкость осадков установлена для Cu, минимальная - для Pb. При этом изменчивость значений емкости невелика, за исключением Zn (коэффициент вариации 55%). Минимальные значения отмечаются для проб, сложенных мелкозернистыми песками. Ряд снижения активности адсорбции представлен последовательностью Cu> Cd> Zn> Pb.

В целом суммарная сорбционная емкость осадков (А), полученная путем сложения адсорбционных активностей изученных металлов: А = АCu+ АZn+ АPb+ АCd (мг-экв/100 г в-ва), в наибольшей степени зависит от содержаний глинистой фракции (p), органического углерода (Сорг) и Fe, которые традиционно рассматриваются как основные природные сорбенты металлов. Корреляционный анализ показал (табл. 6), что все металлы имеют положительную статистически достоверную связь между собой, с С_орг, количеством пелитовой фракции, содержаниями в осадках железа и марганца.

Ведущее значение (по величине коэффициента корреляции) в сорбции Cu, Pb, Cd и Zn имеют С_орг и Fe, роль Mn и пелитовой фракции (p) проявлена меньше. Последнее обстоятельство объясняется минералогическим составом глинистой фракции, в которой представлены в основном минералы с низкой сорбционной способностью (гидрослюда, каолинит, хлорит).

Установленные положительные корреляционные зависимости позволили провести регрессионный анализ полученных в ходе экспериментов данных. Учитывая, что объектом исследований являются процессы сорбции осадочного материала, был использован метод с точкой разрыва. Устанавливались регрессионные соотношения между суммарной сорбционной активностью (А) и содержаниями в осадке С_орг, Fe (гидроксида железа) и пелитовой фракции (р), имеющих наиболее высокую положительную корреляцию с сорбционной активностью изученных металлов.

По результатам анализа построены уравнения регрессии, удовлетворительно описывающие указанную зависимость (R=0,97):

А = 0,74+2,01 · С_орг – 0,16 · Fe – 0,01 · р (при А < 1,085),

А = 0,92–0,40 · С_орг – 0,20 · Fe – 0,001 · р (при А > 1,085).

Полученные с применением уравнений регрессии количественные характеристики показывают, что среднее значение адсорбционной активности по 119 пробам донных осадков равно 1,22 мг-экв/100 г с коэффициентом вариации 19,7%. Разброс крайних значений для изученных проб составляет 0,46-1,69 мг-экв/100 г, т. е. более чем в 3,5 раза. Максимальные величины сорбционной емкости типичны для северной части изученной акватории Обской губы, где они превышают 1,55 мг-экв./100 г вещества (рис. 6). В южной части акватории суммарная сорбционная активность осадков снижается до 1,20-1,50 мг-экв/100 г вещества. В средней части изученной акватории установлены минимальные значения А, в основном не превышающие 1,15 мг-экв/100 г вещества. В целом уровень ассимиляционной способности системы вода-осадок и сорбционной емкости донных отложений представляется весьма высоким, что указывает на относительную экологическую устойчивость этой части Обской губы к химическому загрязнению тяжелыми металлами за счет механизмов их связывания и перевода в осадок.

Заключение. Особенности распределения разных типов донных отложений и их вещественный состав позволили в пределах изученной акватории проследить участки с различным режимом осадконакопления (абразия, размыв, транзит и аккумуляция) и выявить геохимические барьеры, на которых происходят снижение миграционной способности химических веществ и их аккумуляция. Абразионные участки мелководья распространены в верхней части подводного берегового склона до глубин 5-7 м и приурочены к абразионным и термоабразионным берегам. Тонкая фракция размываемых многолетнемерзлых пород выносится в центральные районы губы и далее на шельф Карского моря, а крупные алевриты, песок и гравий с вдольбереговыми потоками наносов мигрируют в пределах мелководья. В зонах конвергенции вдольбереговых потоков происходит аккумуляция песчаного материала. Из-за низкого содержания в осадках динамичного мелководья тонких фракций загрязняющие вещества здесь практически не накапливаются. Участки размыва выявлены в южной части исследуемого района губы, где на дне фиксируются выходы плотных (палеогеновых (?)) глин. Здесь же обнаружены поля сплошных марганцево-железистых корок, бронирующих подстилающие глины. Размыву также подвержены отдельные поверхности останцовых гряд в центральной части губы.

Большая часть площади дна губы относится к зоне транзита и аккумуляции тонкодисперсных осадков (первый процесс является, по-видимому, преобладающим). Ведущим гидродинамическим фактором транзита осадков служит стоковое течение реки. Относительно широкое развитие на дне зон размыва и транзита осадков, установленных на основе донного пробоотбора и гидроакустического профилирования, позволяет усомниться во мнении о значительном развитии по площади в Обской губе процессов лавинной седиментации и мощности голоценовых отложений, составляющей 4 и более метров [Перельман, 1989; Купцов и Лисицын, 2003]. Подобный режим осадконакопления имеет место только в самой северной части губы - у выхода в Карское море.

На двух барьерных зонах (южной и северной) выявлены участки аккумуляции осадочного материала. Осадки этих зон сложены преимущественно алеврито-пелитами и пелитовыми алевритами. Самая крупная площадь аккумуляции алевритовых пелитов находится в северной части исследуемого района с соленостью вод 8-300/00. Она приурочена к геохимическому барьеру река-море. Здесь в результате процессов адсорбции и коагуляции концентрируются изученные металлы, а также радионуклиды (¹³⁷Cs, ⁴⁰K и ²²⁶Ra). Процессы на геохимическом барьере контролируются природными факторами дифференциации осадочного материала.

В южной части вблизи впадения вод Тазовской губы установлен участок аккумуляции алевритовых пелитов. В нескольких пробах осадков обнаружены повышенные содержания АУВ и ПАУ, что можно расценивать как накопление компонентов пирогенного (техногенного) происхождения, вызванного поступлением этих поллютантов из районов нефтегазодобычи Пуровско-Тазовского междуречья. В тонкодисперсных осадках южной и центральной частей района в нескольких пробах обнаружены повышенные содержания полихлорбифенилов. Остальные исследованные органические соединения, а также микроэлементы и радионуклиды находятся в фоновых или близких к ним концентрациях, типичных для всего Западно-Арктического шельфа.

Литература

1. Цвецинский А.С. и др. Изучение природных условий газо- и нефтеносных шельфовых районов Обской и Тазовской губ // Освоение шельфа арктических морей России. Тр. III междунар. конф. СПб.: ЦНИИ им. А.Н.Крылова, 1998. С. 555-561.

2. Гуревич В.И. Современный седиментогенез и геоэкология Западно-Арктического шельфа Евразии. ВНИИОкеангеология. М.: Научный мир, 2002. 135 с.

3. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. М.: ГЕОС, 1997. 413 с.

4. Экзогеодинамика Западно-Сибирской плиты (пространственно-временные закономерности). М.: Изд-во МГУ, 1986. 246 с.

5. Опекунов А.Ю. Аквальный техноседиментогенез // Тр. ВНИИОкеангеология. Т. 208. СПб.: Наука, 2005. 278 с.

6. Атлас загрязнения природной среды акваторий и побережья морей Российской Арктики / Под ред. С.А.Мельникова, А.Н. Горшкова. СПб.: Региональный центр «Мониторинг Арктики» (Росгидромет); Arctic Monitoring and Assessment Programme (АМАР), 1999.

7. Геоэкология шельфа и берегов морей России / Под ред. Н.А.Айбулатова. М.: Ноосфера, 2001. 428 с.

8. Кошелева В.А., Колчина Н.Л., Петухов С.И. Фоновое состояние экосистемы Обской и Тазовской губ // Изв. РГО. 2007. Т. 7. Вып. 3. С. 53-63.

9. Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 1994. Т. 34, №5. С. 735-747.

10. Методические основы комплексного экологического мониторинга океана. М.: Гидрометеоиздат, 1988. 286 с.

11. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 527 c.

12. Купцов В.М., Лисицын А.П. Голоценовое осадконакопление в Обской губе и прилегающем шельфе // Океанология. 2003. Т. 43. С. 254-261.

13. Лисицын А.П., Шевченко В.П., Виноградов М.Е. и др. Потоки осадочного вещества в Карском море и эстуариях Оби и Енисея // Океанология, 1994. Т. 34. С. 748-758.

Motychko V. V., Opekunov A.Y., Konstantinov V. M., Andrianova L.F. (2011) Main features of the morpholithogenesis in the northern part of ob bay. Vestnik Saint-Petersburg University. Series 7. Issue 1. P. 67-80.

The main results of studying of coast, bottom relief, grain size, mineralogical and chemical composition of bottom sediments of the northern part of the Ob Bay are presented. Two main zones of accumulation of sedimentary material are selected. On the basis of studying the chemical composition of sediments by a method of the main components of factor analysis sources of pollution of the Ob Bay are installed. The experimental results of sorption capacity of sediments lips are resulted.

Keywords: bottom relief, bottom sediments, sedimentation, mineralogy and geochemistry of sediments, geochemical barrier.