| ||
| ||
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва
|
Данное исследование является продолжением серии работ, посвященных комплексной биогеохимической оценке прибрежных районов Белого моря. В ходе предшествующих исследований накоплен обширный материал о содержании и распределении макро- и микроэлементов в донных отложениях (ДО) Двинского и Кандалакшского заливов [Кукина и др., 1999; 2002; Koukina et al., 2003; 2005]. Известно, что в природных экосистемах подвижность, биологическая доступность и, следовательно, токсичность элементов существенно зависят от форм их нахождения и типа связи с матрицей образца. Целью настоящей работы явилась сравнительная оценка содержания форм металлов Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, Cr, Li в донных отложениях малых губ Карельского берега Кандалакшского залива.
Объекты и методы. Поверхностные
пробы донных отложений (0- Результаты и обсуждение. Гранулометрический состав изученных литоральных осадков неравномерен. Основными гранулометрическими типами осадков в районе опробования являются мелкозернистые пески и крупные алевриты различной степени заиленности. Наиболее тонкозернистые отложения (алевритовые и алевропелитовые илы с примесью мелкозернистого песка) в основном приурочены к вершинам микроэстуариев и отшнуровывающимся лагунам. Содержание органического углерода в пробах варьировало в широких пределах (0,5-5 %), что согласуется с ранее полученными данными по содержанию Сорг в донных отложениях Карельского берега и других районов Белого моря [Кукина и др., 1999; Koukina et al., 2003]. Повышенное содержание Сорг характерно для наиболее тонкодисперсных отложений. Значения содержания подвижной кислото-растворимой и минеральной прочносвязанной форм металлов в верхнем слое литоральных донных осадков показаны в таблице 1. 25 % уксусная кислота высвобождает в раствор металлы, занимающие ионообменные позиции, связанные с легко растворимыми аморфными соединениями железа и марганца, карбонатами, а также металлы, слабосвязанные с органическим веществом. Сумма этих компонентов составляет наиболее лабильную биодоступную фракцию металлов в донных отложениях. В изученных пробах ДО содержание кислоторастворимой формы Li было ниже предела обнаружения метода. Определяемые количества кислоторастворимой формы Cu и Pb обнаружены менее чем в 50 % изученных проб. Значительные количества кислоторастворимой формы были найдены для элементов Fe, Mn, Zn и Cr. Доля подвижной кислоторастворимой формы от общего содержания составила в среднем 3,2 % для Fe, 2,0 % для Mn, 1,7 % для Cr, 5,6 % для Pb, 5,8 % для Zn, 6,5 % для Cu и была незначительной для Li. Считая содержание подвижной кислоторастворимой формы в балансе элемента характеристикой его геохимической подвижности и, как следствие, потенциальной биодоступности, изученные элементы располагаются в следующий ряд (в порядке возрастания подвижности): Li<<Cr≤Mn<Fe<Pb≤Zn<Cu. Расчет парных ранговых коэффициентов корреляции Спирмена выявил наличие положительной связи между содержанием подвижных форм Fe, Mn, Cr, Zn и общего Li, являющегося элементом-маркером глинистых минералов (rs=0,75-0,96, α=0,05, n=22). По-видимому, процесс соосаждения с оксидами и гидроксидами Fe и Mn играет ведущую роль в ходе удаления Zn и Cr из воды и их аккумуляции в прибрежных донных отложениях в легкоподвижной форме. При этом глинистые минералы могут исполнять роль механического субстрата.
Минеральные прочносвязанные соединения металлов являются в изученных
донных отложениях преобладающими. Их содержание определяли путем полного
кислотного разложения в смеси HNO3:HCl:HF.
К этой фракции относятся металлы, интегрированные в кристаллическую
решетку глинистых минералов, входящие в состав детрита, связанные с
устойчивыми органическими и Fe/Mn-соединениями,
а также собственные гидроксиды, карбонаты и сульфиды металлов. Доля
минеральной формы для всех изученных элементов составила 77-99 %, что
согласуется с ранее опубликованными данными по формам металлов в донных
обложениях эстуариев Белого и Баренцева морей [Кукина
и др., 2002]. В ходе предыдущих исследований в отложениях Карельского берега было установлено повышенное содержание цинка и хрома по сравнению с прибрежными районами Белого и других морей западной Арктики [Koukina et al., 2003; 2005]. Предварительно, обогащение отложений Карельского берега Zn и Cr обусловливалось региональными различиями в вещественном составе материнских пород. Полученное соотношение форм металлов в изученных донных отложениях с резким преобладанием минеральной прочносвязанной формы над подвижной подтверждает ранее сделанный вывод о естественном происхождении повышенного содержания цинка и хрома в отложениях Карельского берега. Уровни общего содержания тяжелых металлов в изученных пробах донных отложений в основном согласуются с полученными ранее данными по Кандалакшскому и Двинскому заливам Белого моря [Кукина и др., 2002; Koukina et al., 2005]. Среднее общее содержание Си, Zn, Pb и Cr в изученных пробах были ниже содержания этих элементов в ДО из таких малых губ района, как Ермолинская и Ругозерская [Koukina et al., 2003]. В соответствии с рекомендациями по оценке качества донных отложений, установленные уровни содержания тяжелых металлов для большинства проб были ниже опасных концентраций, вызывающих вредное воздействие на биоту [Long et al., 1995]. Повышенное содержание тяжелых металлов и, в особенности, их подвижных форм в ДО на отдельных станциях пробоотбора (ст. 1 и 2) может свидетельствовать о точечном антропогенном загрязнении. Интенсивное эндогенное поднятие береговой зоны Кадалакшского залива приводит к отделению в литоральной зоне многочисленных небольших водоемов, характеризующихся уникальными гидролого-гидрохимическими режимами с контрастной сменой окислительно-восстановительных условий. В ходе данного исследования были отобраны пробы в двух отделяющихся лагунах Чернореченской губы (ст. 15 и 17). Эти пробы характеризуются высоким содержанием глинистой фракции и значительным содержанием подвижных форм Fe, Mn, Zn и Cr (табл. 1). В буром тонкозернистом осадке из центральной части отшнуровывающейся лагуны (ст. 17) был выявлен резкий максимум в содержании суммарного (160 000 мкг/г) и подвижного Fe (13 000 мкг/г) среди изученных проб. К этой станции относится и максимальная доля подвижных Fe, Mn и Cr от их суммарного содержания в пробах, которая составила 6%, 6,5% и 7,5% соответственно. Установлено, что концентрации Fe в водах отшнуровывающихся водоемов региона более чем на два порядка превышают фоновые [Шапоренко и др., 2005]. В изученных отшнуровывающихся лагунах при постоянном опреснении в условиях типичного эстуария, с одной стороны, и ограниченного водообмена с морем, с другой стороны, в аэробном слое со сверхвысокими концентрациями О2 может происходить интенсивное выпадение растворенных форм железа в виде взвеси и его накопление в поверхностных ДО. Высокое содержание подвижных форм редокс-элементов в поверхностных ДО связано, вероятно, с развитием придонного анаэробного слоя в центральных впадинах отшнуровывающихся водоемов. Сезонное смещение границы анаэробной зоны может приводить к переходу значительных количеств железа и сопутствующих микроэлементов в растворенное состояние. Зимой, во время ледостава, восстановительная обстановка в таких водоемах может распространяться на всю толщу воды. Таким образом, повышенное содержание железа в водах и осадках отшнуровывающихся водоемов может быть обусловлено локальными особенностями водообмена и уникальной окислительно-восстановительной обстановкой.
Опробованный метод определения основных форм нахождения металлов в
донных отложениях позволяет делать выводы о носителях, способах
транспорта и потенциальной биодоступности микроэлементов, поступающих в
эстуарные системы. Список литературы 1. Кукина С.Е., Садовникова Л.К., Калафат-Фрау А., Палеруд Р., Хуммелъ X. Формы металлов в донных отложениях некоторых эстуариев бассейна Белого и Баренцева морей // Геохимия. 1999. № 12. С. 1324-1329. 2. Кукина С.Е., Садовникова Л.К., Калафат-Фрау А., Хуммелъ X., Реголи Ф. Распределение металлов во взвешенном веществе и донных отложениях эстуария реки Северная Двина // Океанология. 2002. Т. 42.
3.
Шапоренко С.И., Корнеева Г.А., Пантюлин А.Н., Перцова Н.М.
Особенности экосистем отшнуровывающихся водоемов Кандалакшского залива
Белого моря // Водные ресурсы.
2005.
Том 32, № 5. С.
517-532. 4. Koukina S., Korneeva G., Ametistova L.
Век Т.
A
comparative biogeochemical study of sediments from Kandalaksha bay, 5. Koukina S.E., Korneeva G.A., Kolbasov G.A., Ametistova L.E.,
Gantzevich M.M., Век
Т.A.,
Romankevich E.A.
Sediment biogeochemistry and macrobenthos community structure in small
coastal environments of Kandalaksha bay //
Труды
Беломорской
биологической
станции.
2005. Т. 10. С.
204-215.
6.
Long Е.R., MacDonald D.D., Smith S.L., Calder F.D.
Incidence of adverse biological effects within ranges of chemical
concentrations in marine and estuarine sediments // Environmenthal
management. 1995. V. 19. P. 81-97.
|
Ссылка на статью: Кукина С.Е., Корнеева Г.А.,
Бек Т.А. Формы металлов в донных
отложениях прибрежной зоны Кандалакшского залива Белого моря. Материалы Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня
рождения Д.Г. Панова (8-11 июня |