Накопление тяжелых металлов и распределение областей техногенных нагрузок в Балаклавской бухте: результаты многолетних исследований

К. И. Гуров✉, Е. А. Котельянец, Ю. С. Гурова

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: gurovki@gmail.com

Аннотация

Цель. Оценка пространственного распределения концентраций тяжелых металлов в донных отложениях и расположения областей техногенных нагрузок в Балаклавской бухте в 2005–2019 гг. с использованием различных геохимических коэффициентов – цель настоящего исследования.

Методы и результаты. Проанализированы пробы поверхностного слоя донных отложений (0–5 см), отобранные в 2005, 2015, 2018 и 2019 гг. с помощью дночерпателя Петерсона. Валовое содержание элементов определялось методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием спектрометра «Спектроскан Макс-G». Для оценки вклада антропогенных источников в загрязнение донных отложений относительно фонового содержания металлов в прибрежной зоне шельфа Крымского п-ова использовались такие показатели, как уровень концентрации элемента в отложениях и индексы суммарного загрязнения, а также коэффициент обогащения и индекс геоаккумуляции. Согласно оценкам степени загрязнения донных отложений Балаклавской бухты в 2005–2019 гг., уровень загрязнения изменялся от низкого для таких элементов, как V, Cr и Ni, до высокого для Cu, Zn и Pb. Наиболее загрязненные участки отмечены для северного бассейна в его центральной и кутовой частях. Донные отложения в южном бассейне Балаклавской бухты на протяжении исследуемого периода времени оставались незагрязненными.

Выводы. Показано, что повышенный уровень загрязнения донных отложений в северном бассейне бухты является результатом комплексного воздействия природных и антропогенных факторов. Однако локализация загрязнения на территориях, расположенных вблизи источников коммунально-ливневых стоков и стоянок яхт, позволяет сделать вывод о том, что антропогенный вклад превышает естественный, а увеличение значений изучаемых индексов и параметров свидетельствует о том, что этот вклад со временем только растет.

Ключевые слова

Балаклавская бухта, донные отложения, тяжелые металлы, индексы загрязнения, коэффициент обогащения, индекс геоаккумуляции

Благодарности

Работа выполнена в рамках тем государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ FNNN-2024-0016 «Исследование пространственно-временной изменчивости океанологических процессов в береговой, прибрежной и шельфовой зонах Черного моря под воздействием природных и антропогенных факторов на основе контактных измерений и математического моделирования» и FNNN-2025-0001 «Мониторинг концентрации СО2 в поверхностном слое вод и атмосфере во внутренних морях России».

Для цитирования

Гуров К. И., Котельянец Е. А., Гурова Ю. С. Накопление тяжелых металлов и распределение областей техногенных нагрузок в Балаклавской бухте: результаты многолетних исследований // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 3. С. 310–330. EDN JARMVN.

Gurov, K.I., Kotelyanets, E.A. and Gurova, Yu.S., 2025. Accumulation of Heavy Metals and Distribution of the Areas of Technogenic Loads in Balaklava Bay: Results of Long-Term Research. Physical Oceanography, 32(3), pp. 326-346.

Список литературы

  1. Dynamics and diagenesis of trace metals in sediments of the Changjiang Estuary / L. Duan [et al.] // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 675. P. 247–259. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.190
  2. Spatial Distribution, Ecological Risk Assessment, and Source Identification of Metals in Sediments of the Krka River Estuary (Croatia) / N. Cukrov [et al.] // Sustainability 2024. Vol. 16, iss. 5. 1800. https://doi.org/10.3390/su16051800
  3. Матишов Г. Г., Буфетова М. В., Егоров В. Н. Нормирование потоков поступления тяжелых металлов в Азовское море по оценкам интенсивности седиментационного самоочищения вод // Наука Юга России. 2017. Т. 13, № 1. С. 44–58. EDN YHEZQD.
  4. Ledin M. Accumulation of metals by microorganisms – processes and importance for soil systems // Earth-Science Reviews. 2000. Vol. 51, iss. 1–4. P. 1–31. https://doi.org/10.1016/S0012-8252(00)00008-8
  5. Sarah G., Amal Raj S. Heavy Metal Bioaccumulation in Sediment and Benthic Biota // Heavy Metals – Recent Advances / Ed. B. A. Almayyahi. London : IntechOpen, 2023. P. 1–15. https://doi.org/10.5772/intechopen.110015
  6. Комплексный мониторинг вод Балаклавской бухты (Черное море) в период 2000–2007 гг. / Н. П. Ковригина [и др.] // Морской экологический журнал. 2010. Т. 9, № 4. С. 62–75. EDN TMJYAF.
  7. Ломакин П. Д., Попов М. А. Океанологическая характеристика и оценка загрязнения вод Балаклавской бухты. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. 218 с.
  8. Мухаметов С. С., Кондратьев С. И. Экстремальные значения гидрохимических параметров в водах Балаклавской бухты в феврале 2015 г. // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2018. № 5. С. 14–21. EDN YMCBUT.
  9. Кубряков А. И., Попов М. А. Моделирование циркуляции и распространение загрязняющей примеси в Балаклавской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 3. С. 49–61. EDN YUFCJN.
  10. Фомин В. В., Репетин Л. Н. Численное моделирование ветровых течений и распространения примеси в Балаклавской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 4. С. 43–58. EDN YUHIZF.
  11. Фомин В. В., Полозок А. А. Режим ветрового волнения в районе Балаклавской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 2. С. 53–67. EDN GJZQMA. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2020-2-53-67
  12. Факторы формирования и отличительные особенности физико-химических характеристик донных отложений Балаклавской бухты (Черное море) / К. И. Гуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 4. С. 51–58. EDN VDUWHL.
  13. 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. EDN VNVPHL. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2018-6-523-533
  14. Загрязняющие вещества в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море) / Е. А. Котельянец [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 469–480. EDN GLPOSX. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-469-480
  15. Тихонова Е. А., Котельянец Е. А., Гуров К. И. Содержание органических веществ и тяжелых металлов в донных отложениях Балаклавской бухты (Чёрное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. № 3. C. 82–89. EDN WTMDTK. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2019-3-82-89
  16. Гуров К. И., Фомин В. В. Математическое моделирование динамики гранулометрического состава донных отложений Балаклавской бухты под воздействием ветрового волнения // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 1. С. 85 –97. EDN YNYJMV. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-1-85-97
  17. Кременчуцкий Д. А., Гуров К. И. Распределение Cs и K в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 207–221. EDN YQGGLC. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-2-207-221
  18. 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
  19. Concentration and distribution of hydrophobic organic contaminants and metals in the estuaries of Ukraine / R. M. Burgess [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2009. Vol. 58, iss. 8. P. 1103–1115. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2009.04.013
  20. 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 / Ed. T. Chaplina. Cham : Springer Geology. 2021. P. 119–130. https://doi.org/10.1007/978-3-030-69040-3_12
  21. Bat L., Ӧzkan E. Y., Oztekin H. C. The contamination status of trace metals in Sinop coast of the Black Sea, Turkey // Caspian Journal of Environmental Sciences. 2015. Vol. 13, iss. 1. P. 1–10.
  22. Кораблина И. В., Барабашин Т. О., Каталевский Н. И. Тяжелые металлы в донных осадках шельфа северовосточной части Черного моря в современный период // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 5. С. 591–609. EDN POFJWM. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-591-609
  23. Assessment of heavy metal pollution in marine sediments from southwest of Mallorca island, Spain / P. A. R. Ardila [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2023. Vol. 30. P. 16852–16866. https://doi.org/10.1007/s11356-022-25014-0
  24. Soliman N. F., Nasr S. M., Okbah M. A. Potential ecological risk of heavy metals in sediments from the Mediterranean coast, Egypt // Journal of Environmental Health Science and Engineering. 2015. Vol. 13. 70. https://doi.org/10.1186/s40201-015-0223-x
  25. Dynamics of trace metals in a shallow coastal ecosystem: insights from the Gulf of Gabès (southern Mediterranean Sea) / S. Chifflet [et al.] // AIMS Environmental Science. 2019. Vol. 6, iss. 4. P. 277–297. https://doi:10.3934/environsci.2019.4.277
  26. Youssef M., El-Sorogy A. Environmental assessment of heavy metal contamination in bottom sediments of Al-Kharrar lagoon, Rabigh, Red Sea, Saudi Arabia // Arabian Journal of Geosciences. 2016. Vol. 9. 474. https://doi.org/10.1007/s12517-016-2498-3
  27. Zhang J., Gao X. Heavy metals in surface sediments of the intertidal Laizhou Bay, Bohai Sea, China: Distributions, sources and contamination assessment // Marine Pollution Bulletin. 2015. Vol. 98, iss. 1–2. P. 320–327. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2015.06.035
  28. Fukushima K., Saino T., Kodama Y. Trace metal contamination in Tokyo Bay, Japan // Science of the Total Environment. 1992. Vol. 125. P. 373–389. https://doi.org/10.1016/0048-9697(92)90402-E
  29. Bothner M. H., Buchholtz ten Brink M., Manheim F. T. Metal concentrations in surface sediments of Boston Harbor: Changes with time // Marine Environmental Research. 1998. Vol. 45, iss. 2. P. 127–155. https://doi.org/10.1016/S0141-1136(97)00027-5
  30. An overview of toxicant identification in sediments and dredged materials / K. T. Ho [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2002. Vol. 44, iss. 4. P. 286–293. https://doi.org/10.1016/S0025-326X(01)00251-X
  31. A comparative study of heavy metal concentration and distribution in deposited street dusts in a large and a small urban area: Birmingham and Coventry, West Midlands, UK / S. Charlesworth [et al.] // Environment International. 2003. Vol. 29, iss. 5. P. 563–573. https://doi.org/10.1016/S0160-4120(03)00015-1
  32. Contamination assessment of copper, lead, zinc, manganese and nickel in street dust of Baoji, NW China / X. Lu [et al.] // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 161, iss. 2–3. P. 1058–1062. https://doi. org/10.1016/j.jhazmat.2008.04.052
  33. Chon H.-T., Kim K.-W., Kim J.-Y. Metal contamination of soils and dusts in Seoul metropolitan city, Korea // Environmental Geochemistry and Health. 1995. Vol. 17, iss. 3. P. 139–146. https://doi.org/10.1007/BF00126082
  34. Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach // Water Research. 1980. Vol. 14, iss. 8. P. 975–1001. https://doi.org/10.1016/0043-1354(80)90143-8
  35. Problems in the Assessment of Heavy-Metal Levels in Estuaries and the Formation of a Pollution Index / D. L. Tomlinson [et al.] // Helgoländer Meeresuntersuchungen. 1980. Vol. 33. P. 566–575. http://dx.doi.org/10.1007/BF02414780
  36. Muller G. Schwermetalle in den Sedimenten des Rheins: Veranderungen seit 1971 // Umschau. 1979. Vol. 79. P. 778–783.
  37. Овсяный Е. И., Котельянец Е. А., Орехова Н. А. Мышьяк и тяжелые металлы в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2009. № 4. С. 67–80. EDN WHCBON.
  38. Bantan R. A., Al-Dubai T. A., Al-Zubieri A. G. Geo-environmental assessment of heavy metals in the bottom sediments of the Southern Corniche of Jeddah, Saudi Arabia // Marine Pollution Bulletin. 2020. Vol. 161. Part A. 111721. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111721
  39. Ecological risk evaluation in bottom-surface sediments and sub-surface water in the subtropical Meghna estuarine system / S. Bin Habib [et al.] // Heliyon. 2021. Vol. 7, iss. 11. e08324. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08324
  40. Zoller W. H., Gladney E. S., Duce R. A. Atmospheric Concentrations and Sources of Trace Metals at the South Pole. Science. 1974. Vol. 183, iss. 4121. P. 198–200. https://doi.org/10.1126/science.183.4121.198
  41. Ecological risk assessment and distribution of potentially harmful trace elements in lake sediments of Songnen Plain, NE China / R. Liu [et al.] // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 163, iss. 10. P. 117–124. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.07.037
  42. Mehlhorn P., Newman B., Haberzettl T. Comparison of Different Normalisers for Identifying Metal Enrichment of Sediment: A Case Study from Richards Bay Harbour, South Africa // Sustainability of Southern African Ecosystems under Global Change / Eds. G. P. von Maltitz, G. F. Midgley, J. Veitch, C. Brümmer, R. P. Rötter, F. A. Veihberg, M. Veste. Cham : Springer, 2024. P. 787–814. (Ecological Studies Series ; vol. 248). https://doi.org/10.1007/978-3-031-10948-5_27
  43. Analysis of Spatial Variability of River Bottom Sediment Pollution with Heavy Metals and Assessment of Potential Ecological Hazard for the Warta River, Poland / J. Jaskuła [et al.] // Minerals. 2021. Vol. 11, iss. 3. 327. https://doi.org/10.3390/min11030327
  44. Historical reconstruction of trace element concentrations and fluxes in a tropical coastal lagoon (Mexican Pacific) derived from 210Pb radiochronology / J. F. Ontiveros-Cuadras [et al.] // Continental Shelf Research. 2021. Vol. 213. 104315. https://doi.org/10.1016/j.csr.2020.104315
  45. Zhang J., Liu C. L. Riverine Composition and Estuarine Geochemistry of Particulate Metals in China – Weathering Features, Anthropogenic Impact and Chemical Fluxes // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 6. P. 1051–1070. https://doi.org/10.1006/ecss.2001.0879
  46. Essien J. P., Antai S. P., Olajire A. A. Distribution, Seasonal Variations and Ecotoxicological Significance of Heavy Metals in Sediments of Cross River Estuary Mangrove Swamp // Water, Air, and Soil Pollution. 2009. Vol. 197, iss. 1–4. P. 91–105. https://doi.org/10.1007/s11270-008-9793-x
  47. Salomons W., Förstner U. Metals in the Hydrocycle. Berlin, Heidelberg : Springer-Verlag, 1984. 352 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-69325-0
  48. Özşeker K., Erüz C., Terzi̇ Y. Evaluation of toxic metals in different grain size fractions of sediments of the southeastern Black Sea // Marine Pollution Bulletin. 2022. Vol. 182. 113959. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113959
  49. Analysis of heavy metals in sediments with different particle sizes and influencing factors in a mining area in Hunan Province / W. Que [et al.] // Scientific Reports. 2024. Vol. 14. 20318. https://doi.org/10.1038/s41598-024-71502-3
  50. Abdallah M. A. M. Accumulation and distribution of heavy metals in surface sediments from the continental shelf adjacent to Abu Qir Bay, Egypt, as a function of grain size // Geo-Marine Letters. 2023. Vol. 43. 2. https://doi.org/10.1007/s00367-022-00743-w

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.