Распределение Cr, Сu, Ni, Pb, Zn, Sr, Ti, Mn, Fе в донных отложениях Севастопольской бухты (Черное море)

К. И. Гуров✉, Е. А. Котельянец

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: gurovki@gmail.com

Аннотация

Цель. Цель работы – изучить элементный состав донных отложений в вертикальном разрезе и оценить пространственно-временну́ю изменчивость и интенсивность накопления загрязняющих элементов в толще донных отложений Севастопольской бухты по данным экспедиционных исследований.

Методы и результаты. Отбор проб поверхностного слоя (0–5 см) и колонок донных отложений в акватории Севастопольской бухты был выполнен в мае 2016 г. на четырех станциях по фарватеру: в кутовой восточной части в районе теплоэнергоцентрали в Инкермане, в центральной части, в бухте Южной и в западной части бухты Севастопольской. Колонки грунта разделяли на слои по 1–2 см. До определения концентраций макро- и микроэлементов каждая проба высушивалась и гомогенизировалась. Валовое содержание элементов определялось методом рентгенофлуоресцентного анализа с применением спектрометра «Спектроскан МАКС-G». Концентрацию органического углерода в пробе определяли спектрофотометрическим методом после окисления органического вещества сульфохромной смесью. Для оценки вклада источников в загрязнение донных отложений использовались такие показатели, как коэффициент обогащения и индекс геоаккумуляции. Отмечена значимая на уровне 95 % положительная корреляционная связь (0,6–0,9) распределения исследуемых металлов с геохимическими свойствами отложений на примере концентраций органического углерода.

Выводы. Анализ полученных значений коэффициента обогащения показал, что в донных отложениях бухты уровень обогащения увеличивается от умеренного (4) и умеренно-тяжелого (5) в кутовой восточной части до очень тяжелого (27) и чрезвычайно тяжелого (90) в Южной бухте. Установлено, что максимумы концентрации в вертикальном распределении металлов относятся к периодам интенсивных техногенных нагрузок во второй половине ХХ в., а для Cu, Zn, Cr и Fe концентрации продолжали расти до 2016 г. Установлено, что содержание свинца и цинка в отложениях уменьшается, а меди, наоборот, растет до 2016 г. Следовательно, уровень антропогенной нагрузки на акваторию бухты не только не снизился, а продолжает расти.

Ключевые слова

донные отложения, органический углерод, тяжелые металлы, коэффициент обогащения, индекс геоаккумуляции, Севастопольская бухта, Черное море

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме № FNNN -2021-0005 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей».

Для цитирования

Гуров К. И., Котельянец Е. А. Распределение Cr, Сu, Ni, Pb, Zn, Sr, Ti, Mn, Fе в донных отложениях Севастопольской бухты (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 5. С. 512–529. EDN IOYNEZ. doi:10.22449/0233-7584-2022-5-512-529

Gurov, K.I. and Kotelyanets, E.A., 2022. Distribution of Trace Metals (Cr, Сu, Ni, Pb, Zn, Sr, Ti, Mn and Fе) in the Vertical Section of Bottom Sediments in the Sevastopol Bay (Black Sea). Physical Oceanography, 29(5), pp. 491-507. doi:10.22449/1573-160X-2022-5-491-507

DOI

10.22449/0233-7584-2022-5-512-529

Список литературы

  1. Буфетова М. В., Фень О. Н. Оценка загрязнения донных отложений Азовского моря тяжелыми металлами // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2016. № 3. С. 45–51.
  2. Палеолимнологическая реконструкция техногенного воздействия на экосистему оз. Большой Вудъявр (Кировск, Мурманская область, Артика): новые геохимические данные / З. И. Слуковский [и др.] // Экология урбанизированных территорий. 2020. № 4. С. 96–107. doi:10.24412/1816-1863-2020-4-96-107
  3. Влияние физико-химических характеристик донных осадков на распределение микроэлементов на примере бухт Севастополя (Чёрное море) / А. С. Романов [и др.] // Экология моря. 2007. Вып. 73. 85–90.
  4. Геохимические характеристики донных отложений акватории Каламитского залива Черного моря / К. И. Гуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 5. С. 69–80.
  5. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов / В. А. Иванов [и др.]. Севастополь, 2006. 90 с.
  6. Овсяный Е. И., Романов А. С., Игнатьева О. Г. Распределение тяжелых металлов в поверхностном слое донных осадков Севастопольской бухты (Черное море) // Морской экологический журнал. 2003. № 2, т. II. С. 85–93.
  7. Organic carbon and oil hydrocarbons in bottom sediments of Sevastopol Bay (the Black Sea) / T. S. Osadchaya [et al.] // Морской экологический журнал. 2003. № 2, Т. II. С. 94–101.
  8. Орехова Н. А., Коновалов С. К. Полярография донных осадков Севастопольской бухты // Морской гидрофизический журнал. 2009. № 2. С. 52–66.
  9. Орехова Н. А., Коновалов С. К. Кислород и сульфиды в донных отложениях прибрежных районов Севастопольского региона Крыма // Океанология. 2018. Т. 58, № 5. С. 739–750. doi:10.1134/S0030157418050106
  10. Овсяный Е. И., Котельянец Е. А. Особенности распределения мышьяка и тяжелых металлов в толще осадков Севастопольской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ, 2010. Вып. 22. С. 296–302.
  11. Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алёмов С. В. Санитарно-биологические аспекты экологии севастопольских бухт в ХХ веке. Севастополь, 2003. 185 с.
  12. Осадчая Т. С., Алёмов С. В., Шадрина Т. В. Экологическое качество донных осадков Севастопольской бухты: ретроспектива и современное состояние // Экология моря. 2004. Вып. 66. С. 82–87.
  13. Санитарно-биологические исследования в прибрежной акватории региона Севастополя / Под ред. О. Г. Миронова. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. 192 с.
  14. Оценка экологического состояния cевастопольских бухт Черного моря по основным химическим и микробиологическим критериям / С. И. Рубцова [и др.] // Морской экологический журнал. 2013. Т. XII, № 2. С. 38–50.
  15. Санитарно-биологические исследования прибрежных акваторий юго-западного Крыма в начале XXI века. Симферополь : ИП «АРИАЛ», 2018. 270 с.
  16. Соловьёва О. В., Тихонова Е. А. Динамика содержания органического вещества в донных отложениях портовых акваторий Севастополя // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2018. Т. 4 (70). № 4. С. 196–206.
  17. Полициклические ароматические углеводороды в донных отложениях зоны смешения река – море на примере реки Черной и Севастопольской бухты (Черное море) / О. В. Соловьёва [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 3. С. 362–372. doi:10.22449/0233-7584-2021-3-362-372
  18. Полихлорбифенилы в компонентах экосистемы Севастопольской бухты / Н. В. Жерко [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, 2001. Вып. 2. С. 153–158.
  19. Биогеохимические механизмы формирования критических зон в Черном море в отношении загрязняющих веществ / В. Н. Егоров [и др.] // Морской экологический журнал. 2013. Т. XII, № 4. С. 5–26.
  20. Оценка скорости седиментации и осадконакопления в прибрежных и глубоководных акваториях Черного моря с использованием природных и антропогенных (чернобыльских) радионуклидов / Н. Ю. Мирзоева [и др.] // Система Черного моря. М. : Научный мир, 2018. С. 659–670. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018
  21. Малахова Л. В. Полихлорированные бифенилы и органический углерод в донных отложениях Севастопольской и Балаклавской бухт (Черное море) // Морской экологический журнал. 2013. Т. 12, № 1. С. 52–58.
  22. Содержание хлорорганических соединений в компонентах экосистемы реки Черной и оценка их выноса в Севастопольскую бухту в зимний сезон 2020 года / Л. В. Малахова [и др.] // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2020. № 5. С. 7–14. doi:10.17513/mjpfi.13061
  23. Копытов Ю. П., Минкина Н. И., Самышев Э. З. Уровень загрязненности воды и донных отложений Севастопольской бухты (Черное море) // Системы контроля окружающей среды. 2010. № 14. С. 199–208.
  24. Минкина Н. И., Самышев Э. З., Копытов Ю. П. Многолетние изменения уровня загрязнения и развития планктона в Севастопольской бухте // Системы контроля окружающей среды. 2015. № 1 (21). С. 82–93.
  25. Buat-Menard P., Chesselet R. Variable influence of atmospheric flux on the trace metal chemistry of oceanic suspended matter // Earth and Planetary Science Letters. 1979. Vol. 42, iss. 3. P. 399–411. http://dx.doi.org/10.1016/0012-821X(79)90049-9
  26. Виноградов А. П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. 1962. № 7. C. 555–571.
  27. Sedimentary and geochemical characterization and provenance of the Portuguese continental shelf soft-bottom sediments / R. Martins [et al.] // Journal of Marine Systems. 2012. Vol. 91, iss. 1. P. 41–52. doi:10.1016/j.jmarsys.2011.09.011
  28. Barbieri M. The Importance of Enrichment Factor (EF) and Geoaccumulation Index (Igeo) to Evaluate the Soil Contamination // Journal of Geology & Geophysics. 2016. Vol. 5, iss. 1. 1000237. doi:10.4172/2381-8719.1000237
  29. Salomons W., Förstner U. Metals in the Hydrocycle. Berlin ; Heidelberg : Springer, 1984. 352 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-69325-0
  30. Arsenic, trace metals, and organic micro contaminants in sediments from the Pechora Sea, Russia / D. H. Loring [et al.] // Marine Geology. 1995. Vol. 128, iss. 3–4. P. 153–167. https://doi.org/10.1016/0025-3227(95)00091-C
  31. Reimann C., de Caritat P. Intrinsic flaws of element enrichment factors (EFs) in environmental geochemistry // Environmental Science and Technology. 2000. Vol. 34, iss. 24. P. 5084–5091. https://doi.org/10.1021/es001339o
  32. Bloundi M. K., Duplay J., Quaranta G. Heavy metal contamination of coastal lagoon sediments by anthropogenic activities: the case of Nador (East Morocco) // Environmental Geology. 2009. Vol. 56, iss. 5. P. 833–843. https://doi.org/10.1007/s00254-007-1184-x
  33. Heavy metal contamination in western Xiamen Bay sediments and its vicinity, China / L. Zhang [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2007. Vol. 54, iss. 7. P. 974–982. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2007.02.010
  34. Lee C.-L., Fang M.-D., Hsieh M.-T. Characterization and distribution of metals in surficial sediments in Southwestern Taiwan // Marine Pollution Bulletin. 1998. Vol. 36, iss. 6. P. 464–471. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(98)00006-X
  35. Taylor S. R. Abundance of chemical elements in the continental crust: A new table // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1964. Vol. 28, iss. 8. P. 1273–1285. doi:10.1016/0016-7037(64)90129-2
  36. Development and evaluation of sediment quality guidelines for Florida coastal waters / D. D. Macdonald [et al.] // Ecotoxicology. 1996. Vol. 5, iss. 4. P. 253–278. https://doi.org/10.1007/BF00118995
  37. Acevedo-Figueroa D., Jiménez B. D., Rodríguez-Sierra C. J. Trace metals in sediments of two estuarine lagoons from Puerto Rico // Environmental Pollution. 2006. Vol. 141, iss. 2. P. 336–342. doi:10.1016/j.envpol.2005.08.037
  38. Müller G. Schwermetalle in den Sedimenten des Rheins: Veranderungen seit 1971 // Umschau in Wissenschaft und Technik. 1979. Vol. 79, no. 24. P. 778–783.
  39. Ruiz F. Trace metals in estuarine sediments from the southwestern Spanish coast // Marine Pollution Bulletin. 2001. Vol. 42, iss. 6. P. 481–489. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(00)00192-2
  40. Лисицын А. П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 1994. Т. 34, № 5. С. 735–747.
  41. Орехова Н. А., Вареник А. В. Современный гидрохимический режим Севастопольской бухты // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 134–146. doi:10.22449/0233-7584-2018-2-134-146
  42. Gurov K. I., Kurinnaya Yu. S., Kotelyanets E. A. Features of accumulation and spatial distribution of microelements in bottom sediments of the Crimea coastal regions // Processes in GeoMedia–Volume III / T. Chaplina (ed.). Cham : Springer, 2021. P. 119–130. (Springer Geology). https://doi.org/10.1007/978-3-030-69040-3_12
  43. Математическое моделирование ветрового волнения в Севастопольской бухте / Д. В. Алексеев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 1. С. 75–84.

Скачать статью в PDF-формате