Особенности распределения углеводородов в донных отложениях Стрелецкой бухты (Черное море)

Е. А. Тихонова1, К. И. Гуров2, ✉, О. В. Соловьёва1

1 Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН, Севастополь, Россия

2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: gurovki@gmail.com

Аннотация

Цель. Цель исследования – выявление особенностей пространственного и вертикального распределения углеводородов в донных отложениях и оценка вероятных источников их поступления в прибрежную портовую акваторию (на примере Стрелецкой бухты).

Методы и результаты. Пробы поверхностного слоя донных отложений (5 станций пробоотбора) и колонки морских осадков (2 колонки) были отобраны в июле 2021 г. во время совместной экспедиции отдела морской санитарной гидробиологии ФИЦ ИнБЮМ и отдела биогеохимии моря ФИЦ МГИ в рамках многолетнего мониторинга севастопольских бухт. Изучены особенности пространственного распределения в поверхностном слое осадка (0–5 см), а также проанализированы профили вертикального распределения геохимических характеристик донных отложений, углеводородов, н-алканов и отдельных диагностических индексов (маркеров). Проанализирована история накопления углеводородов на протяжении полувековой деятельности человека, проведена оценка антропогенной нагрузки на акваторию бухты.

Выводы. Состав донных отложений Стрелецкой бухты способствует накоплению углеводородов: повсеместно встречаются алеврито-пелитовые илы повышенной натуральной влажности, а среднее содержание органического углерода в поверхностном слое (5,1%) и в толще донных отложений (5,3%) значительно выше, чем в других акваториях Севастопольского региона (1,2– 3,7%). Концентрации углеводородов в донных осадках колебались в пределах 328–2175 мг/кг при среднем значении 1160 мг/кг, что превышает уровни загрязнения во многих портовых акваториях Черного моря. Концентрации исследуемых веществ увеличиваются от вершины бухты к ее кутовой части. Состав н-алканов и характер хроматограмм указывают на смешанное происхождение углеводородов с преобладанием аллохтонных (поступающих с суши) соединений, а также на присутствие н-алканов автохтонного и нефтяного происхождения. Согласно полученным данным о хронологии накопления углеводородов, максимальная антропогенная нагрузка на бухту приходилась в периоды 1967–1973 и 1985–1991 гг. Это годы интенсивного экономического развития города и роста численности населения микрорайона, прилегающего к исследуемой акватории Стрелецкой бухты. В последние годы интенсивность накопления углеводородов снижается, при этом признаки нефтяного загрязнения по-прежнему присутствуют.

Ключевые слова

донные отложения, углеводороды, н-алканы, маркеры, Стрелецкая бухта, Черное море

Благодарности

Работа выполнена в рамках тем государственных заданий: ФИЦ ИнБЮМ «Молисмологические и биогеохимические основы гомеостаза морских экосистем» (№ 121031500515-8); ФГБУН ФИЦ МГИ «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей» (FNNN-2021-0005).

Для цитирования

Тихонова Е. А., Гуров К. И., Соловьёва О. В. Особенности распределения углеводородов в донных отложениях Стрелецкой бухты (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 5. С. 671–691. EDN WOSDOE.

Tikhonova, E.A., Gurov, K.I. and Soloveva, O.V., 2023. Features of Distribution of Hydrocarbons in Bottom Sediments of the Streletskaya Bay (Black Sea). Physical Oceanography, 30(5), pp. 632-651.

Список литературы

  1. Тихонова Е. А., Котельянец Е. А., Волков Н. Г. Характеристика загрязнения донных отложений прибрежной акватории Севастополя на примере Стрелецкой бухты (Черное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. Вып. 1. С. 74–80. doi:10.22449/2413-5577-2018-1-74-80
  2. Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алёмов С. В. Санитарно-биологические аспекты экологии севастопольских бухт в ХХ веке. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. 185 с.
  3. Санитарно-биологические исследования в прибрежной акватории региона Севастополя / Под общей ред. О. Г. Миронова. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. 192 с.
  4. Санитарно-биологические исследования прибрежных акваторий Юго-Западного Крыма в начале ХХI века / О. Г. Миронов [и др.]. Симферополь : Ариал, 2018. 276 с.
  5. Оценка экологического состояния севастопольских бухт Черного моря по основным химическим и микробиологическим критериям / С. И. Рубцова [и др.] // Морской экологический журнал. 2013. T. 12, № 2. С. 38–50.
  6. Hydrocarbons composition of sea bottom sediments (Balaklava Bay, Black Sea) / O. V. Soloveva [et al.] // International Journal of Environmental Science and Technology. 2023. Vol. 20. P. 2405–2416. https://doi.org/10.1007/s13762-022-04167-y
  7. Осадчая Т. С. Нефтяные углеводороды в донных осадках прибрежных акваторий г. Севастополя (Чёрное море) // Сборник научных трудов SWORLD. 2013. Т 43, № 3. С. 30–36. EDN RFOHDX.
  8. Углеводороды в водах и донных осадках Черного моря / И. А. Немировская [и др.] // Система Черного моря. Москва : Научный мир, 2018. Гл. 9.1. С. 677–705.
  9. Тихонова Е. А. Органическое вещество донных отложений Крымского и Кавказского побережий (Азовское и Черное моря) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. Вып. 3. С. 52–67. doi:10.22449/2413-5577-2021-3-52-67
  10. Spatial distribution and composition of aliphatic hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons and hopanes in superficial sediments of the coral reefs of the Persian Gulf, Iran / A. Ranjbar Jafarabadi [et al.] // Environmental Pollution. 2017. Vol. 224. P. 195–223. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.01.080
  11. Shirneshan G., Bakhtiari A. R., Memariani M. Identifying the source of petroleum pollution in sediment cores of southwest of the Caspian Sea using chemical fingerprinting of aliphatic and alicyclic hydrocarbons // Marine Pollution Bulletin. 2017. Vol. 115, iss. 1–2. P. 383–390. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.12.022
  12. The effects of two free-floating plants (Eichhornia crassipes and Pistia stratiotes) on the burrow morphology and water quality characteristics of pond loach (Misgurnus anguillicaudatus) habitat / J. Wang [et al.] // Aquaculture and Fisheries. 2018. Vol. 3, iss. 1. P. 22–29. https://doi.org/10.1016/j.aaf.2017.12.001
  13. Petroleum and PAH contamination of the Black Sea / J. W. Readman [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2002. Vol. 44, iss. 1. P. 48–62. doi:10.1016/s0025-326x(01)00189-8
  14. Commendatore M. G., Esteves J. L. Natural and anthropogenic hydrocarbons in sediments from the Chubut River (Patagonia, Argentina) // Marine Pollution Bulletin. 2004. Vol. 48, iss. 9–10. P. 910–918. doi:10.1016/j.marpolbul.2003.11.015
  15. First investigation of seasonal concentration behaviors and sources assessment of aliphatic hydrocarbon in waters and sediments from Wadi El Bey, Tunisia / I. Gdara [et al.] // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 2020. Vol. 78, iss. 1. P. 1–19. doi:10.1007/s00244-019-00669-y
  16. Основные результаты комплексных исследований в Азово-Черноморском бассейне и Мировом океане (Юбилейный выпуск). Керчь : Изд-во ЮгНИРО, 2008. 195 с.
  17. Основные источники загрязнения морской среды Севастопольского региона / Е. И. Овсяный [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2001. Вып. 2. С. 138–152.
  18. Люцарев С. В. Определение органического углерода в морских донных отложениях методом сухого сожжения // Океанология. 1986. Т. 26, вып. 4. С. 704–708.
  19. Забегаев И. А., Шульгин В. Ф., Орехова Н. А. Применение инструментальных методов анализа донных отложений для экологического мониторинга морских экосистем // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2021. Т. 7 (73), № 4. С. 242–254.
  20. Zakaria M. P., Bong C.-W., Vaezzadeh V. Fingerprinting of petroleum hydrocarbons in Malaysia using environmental forensic techniques: a 20-year field data review // Oil Spill Environmental Forensics Case Studies / Eds. S. A. Stout, Z. Wang. Elsevier, 2018. Chapter 16. P. 345–372. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-804434-6.00016-1
  21. Немировская И. А. Нефть в океане (загрязнение и природные потоки). М. : Научный мир, 2013. 432 с.
  22. Bouloubassi I., Saliot A. Investigation of anthropogenic and natural organic inputs in estuarine sediments using hydrocarbon markers (NAH, LAB, PAH) // Oceanologica Acta. 1993. Vol. 16, iss. 2. P. 145–161.
  23. Composition and distribution of aliphatic hydrocarbon compounds and biomarkers in seafloor sediments from offshore of the Leizhou Peninsula (South China) / Y. Gao [et al.] // ACS Omega. 2021. Vol. 6, iss. 50. P. 34286–34293. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03529
  24. Evaluation of anthropogenic inputs of hydrocarbons in sediment cores from a tropical Brazilian estuarine system / T. R. Silva [et al.] // Microchemical Journal. 2013. Vol. 109. P. 178–188. https://doi.org/10.1016/j.microc.2012.02.012
  25. Commendatore M. G., Esteves J. L., Colombo J. C. Hydrocarbons in Coastal Sediments of Patagonia, Argentina: Levels and Probable Sources // Marine Pollution Bulletin. 2000. Vol. 40, iss. 11. P. 989–998. doi:10.1016/s0025-326x(00)00042-4
  26. Sources and distribution of aliphatic and polyaromatic hydrocarbons in sediments of Jiaozhou Bay, Qingdao, China / X.-C. Wang [et al.] // Marine Pollution Bulletin. Vol. 52, iss. 2. P. 129–138. doi:10.1016/j.marpolbul.2005.08.010
  27. An n-alkane proxy for the sedimentary input of submerged/floating freshwater aquatic macrophytes / K. J. Ficken [et al.] // Organic Geochemistry. 2000. Vol. 31, iss. 7–8. P. 745–749. doi:10.1016/S0146-6380(00)00081-4
  28. Meyers P. A. Organic geochemical proxies of paleoceanographic, paleolimnologic, and paleoclimatic processes // Organic Geochemistry. Vol. 27, iss. 5–6. P. 213–250. http://doi.org/10.1016/S0146-6380(97)00049-1
  29. Eglinton G., Hamilton R. J. The distribution of alkanes // Chemical Plant Taxonomy / Ed. T. Swain. London ; New-York : Academic Press, 1963. Chapter 8. P. 187–217.
  30. Source apportionment of sedimentary hydrocarbons in the Segara Anakan Nature Reserve, Indonesia / A. D. Syakti [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2013. Vol. 74, iss. 1. P. 141–148. http://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2013.07.015
  31. An analysis of organic matter sources for surface sediments in the central South Yellow Sea, China: Evidence based on macroelements and n-alkanes / S. Zhang [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2014. Vol. 88, iss. 1–2. P. 389–397. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2014.07.064
  32. Poynter J., Eglinton G. Molecular composition of three sediments from hole 717C: the Bengal Fan // Proceedings of the Ocean Drilling Program / Eds. J. R. Cochran, D. A. V. Stow [et al.]. College Station, TX, 1990. Vol. 116 : Scientific Results. P. 155–161. https://doi.org/10.2973/odp.proc.sr.116.151.1990
  33. Bush R. T., McInerney F. A. Influence of temperature and C4 abundance on n-alkane chain length distributions across the central USA // Organic Geochemistry. 2015. Vol. 79. P. 65–73. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2014.12.003
  34. Bush R. T., McInerney F. A. Leaf wax n-alkane distributions in and across modern plants: Implications for paleoecology and chemotaxonomy // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2013. Vol. 117. P. 161–179. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.04.016
  35. Bourbonniere R. A., Meyers P. A. Anthropogenic influences on hydrocarbon contents of sediments deposited in eastern Lake Ontario since 1800 // Environmental Geology. 1996. Vol. 28, iss. 1. P. 22–28. doi:10.1007/S002540050074
  36. Bray E. E., Evans E. D. Distribution of n-paraffins as a clue to recognition of source beds // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1961. Vol. 22, iss. 1. P. 2–15. https://doi.org/10.1016/0016-7037(61)90069-2
  37. Cranwell P. A. Chain-length distribution of n-alkanes from lake sediments in relation to postglacial environmental change // Freshwater Biology. 1973. Vol 3, iss. 3. P. 259–265. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.1973.tb00921.x
  38. Sediment and soil organic matter source assessment as revealed by the molecular distribution and carbon isotopic composition of n-alkanes / R. Mead [et al.] // Organic Geochemistry. 2005. Vol. 36, iss. 3. P. 363–370. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2004.10.003
  39. Органическое вещество и гранулометрический состав современных донных отложений Балаклавской бухты (Черное море) / Н. А. Орехова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 6. C. 523–533. doi:10.22449/0233-7584-2018-6-523-533
  40. Окислительно-восстановительные условия и характеристики донных отложений бухт Севастопольского региона / Ю. С. Куринная [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. Вып. 1. С. 42–54. doi:10.22449/2413-5577-2022-142-54
  41. Загрязняющие вещества в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море) / Е. А. Котельянец [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 469–480. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-469-480
  42. Немировская И. А., Онегина В. Д., Коновалов Б. В. Углеводороды во взвеси и осадках различных районов российского сектора Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 4. С. 48–60. doi:10.22449/0233-7584-2017-4-48-60
  43. Bieger T., Abrajano T. A., Hellou J. Generation of biogenic hydrocarbons during a spring bloom in Newfoundland coastal (NW Atlantic) waters // Organic Geochemistry. 1997. Vol. 26, iss. 3–4. P. 207–218. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(96)00159-3
  44. Потурай В.А. Органическое вещество и молекулярно-массовое распределение углеводородов в анненских термальных водах (Дальний Восток, Россия) // Геология и геофизика. 2022. Т. 63, № 10. С. 1352–1368. EDN TITPJR. doi:10.15372/GiG2021150
  45. Peters K. E., Walters C. C., Moldowan J. M. The Biomarker guide. Cambridge : Cambridge University Press, 2004. Vol. 1 : Biomarkers and Isotopes in the Environment and Human History. 1115 p. doi:10.1017/CBO9780511524868
  46. Bourbonnière R. A., Meyers P. A. Sedimentary geolipid records of historical changes in the watersheds and productivities of Lakes Ontario and Erie // Limnology and Oceanography. 1996. Vol. 41, iss. 2. P. 352–359. https://doi.org/10.4319/lo.1996.41.2.0352
  47. Jeng W.-L. Higher plant n-alkane average chain length as an indicator of petrogenic hydrocarbon contamination in marine sediments // Marine Chemistry. 2006. Vol. 102, iss. 3–4. P. 242–251. https://doi.org/10.1016/j.marchem.2006.05.001
  48. Yusoff H. B., Assim Z. B., Mohamad S. B. Aliphatic hydrocarbons in surface sediments from South China Sea off Kuching division, Sarawak // The Malaysian Journal of Analytical Sciences. 2012. Vol. 16, iss. 1. P. 1–11.
  49. Fagbote O. E., Olanipekun E. O. Characterization and Sources of Aliphatic Hydrocarbons of the Sediments of River Oluwa at Agbabu Bitumen Deposit Area, Western Nigeria // Journal of Scientific Research and Reports. 2013. Vol. 2, iss. 1. P. 228–248. doi:10.9734/JSRR/2013/3063
  50. Lü X., Zhai S. The distribution and environmental significance of n-alkanes in the Changjiang River estuary sediments // Acta Sientiae Circumstantiae. 2008. Vol. 28, iss. 6. P. 1221–1226. URL: https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/hjkxxb200806030 (date of access: 13.10.2023).
  51. Identification of natural, anthropogenic and petroleum hydrocarbons in aquatic sediments / J. K. Volkman [et al.] // Science of the Total Environment. 1992. Vol. 112, iss. 2–3. P. 203–219. doi:10.1016/0048-9697(92)90188-x
  52. Ten Haven H. L. Applications and limitations of Mango’s light hydrocarbon parameters in petroleum correlation studies // Organic Geochemistry. 1996. Vol. 24, iss. 10–11. P. 957–976. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(96)00091-5
  53. Овсяный Е. И., Гуров К. И. Исследование органического углерода и карбонатности в донных осадках шельфа южного побережья Крыма // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 1. С. 62–72. doi:10.22449/0233-7584-2016-1-62-72
  54. 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 / Отв. ред. А. П. Лисицын. Москва : Научный мир, 2018. Глава 7.5. С. 659–670. doi:10.29006/978-5-91522-4734.2018.659

Скачать статью в PDF-формате