Геохимические характеристики и особенности пространственного распределения тяжелых металлов и микроэлементов в донных отложениях Азовского моря

К. И. Гуров1, Е. А. Котельянец1, Ю. С. Гурова1, ✉, О. В. Степаньян2

1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

2 Южный научный центр Российской академии наук, Ростов-на-Дону, Россия

✉ e-mail: gurova@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Оценка геохимических характеристик (гранулометрический состав, содержание органического и неорганического/карбонатного углерода) и их влияния на особенности пространственного распределения тяжелых металлов в поверхностном слое донных отложений в южной и центральной частях Азовского моря – цель настоящей работы.

Методы и результаты. В работе использованы данные, полученные в ходе экспедиционных работ на НИС «Профессор Водяницкий» в 2019–2020 гг. Отбор проб поверхностного слоя отложений (0–5 см) осуществлялся дночерпателем Петерсона (площадь захвата 0,1 м2). На основе анализа данных о гранулометрическом составе донных отложений в поверхностном слое Азовского моря были оценены закономерности пространственного распределения фракций: гравийной (10–1 мм), песчаной (1–0,1 мм), алеврито-пелитовой (0,1–0,05 мм) и пелито-алевритовой (< 0,05 мм). Наличие и степень антропогенного загрязнения отложений тяжелыми металлами оценивались путем расчета различных индексов загрязнения (CF, Igeo, PLI, Cdeg), в том числе величины средней характерной концентрации, нивелирующей влияние типа осадков. Полученные результаты показали, что донные отложения Азовского моря образованы преимущественно пелито-алевритовыми илами (в среднем 77 %) с фрагментарными включениями песчаного материала (в среднем 5 %) и на отдельных станциях – преобладающей долей ракушечного детрита (в среднем 18 %). Содержание органического углерода изменялось от 0,6–1,9 % в гравийно-песчаных отложениях до 2,6–3,1 % в отложениях алеврито-пелитовых илов со средним значением 2,0 % (n = 15). Преобладающими среди определяемых микрокомпонентов поровых вод были восстановленные формы железа и марганца. Отмечено, что в среднем для всех определяемых микроэлементов (за исключением Sr и Mn) получены отрицательная корреляция с гравийной и песчаной фракциями, а также содержанием карбонатного углерода и положительная корреляция с долей илистого материала, вкладом пелитовой фракции и содержанием органического углерода.

Выводы. С использованием современных натурных данных о геохимических характеристиках донных отложений подтверждено, что основными факторами процесса осадконакопления в Азовском море являются абразия берегов, биогенная седиментация и особенности рельефа дна. Полученные оценки содержания микроэлементов в донных отложениях характеризуют их как преимущественно незагрязненные и умеренно загрязненные. Превышение кратности средней характерной концентрации и средний уровень загрязнения (по индексу Igeo) наблюдался для Сr, Cu и Zn.

Ключевые слова

Азовское море, донные отложения, гранулометрический состав, органический углерод, тяжелые металлы, индексы загрязнения, средняя характерная концентрация, индекс геоаккумуляции

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение от 24 апреля 2024 г. № 075-15-2024-528 на реализацию КНП по приоритетным направлениям научно-технологического развития). Авторы выражают благодарность И. А. Забегаеву за помощь в определении содержания органического и карбонатного углерода. Данные для анализа химического состава поровых вод взяты из банка океанографических данных МГИ.

Информация об авторах

Гуров Константин Игоревич, научный сотрудник, отдел биогеохимии моря, ФГБУН ФИЦ МГИ (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат географических наук, ORCID ID: 0000-0003-3460-9650, Scopus Author ID: 57200248245, ResearcherID: L-7895-2017, SPIN-код: 5962-7697, gurovki@gmail.com

Котельянец Екатерина Александровна, научный сотрудник, отдел гидрофизики шельфа, ФГБУН ФИЦ МГИ (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат географических наук, ORCID ID: 0009-0007-1921-3566, Scopus Author ID: 36059344400, ResearcherID: ААА-8699-2019, SPIN-код: 4390-5829, plistus@mail.ru

Гурова Юлия Сергеевна, научный сотрудник, отдел биогеохимии моря, ФГБУН ФИЦ МГИ (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат географических наук, ORCID ID: 0000-0002-9826-4789, Scopus Author ID: 57964475800, ResearcherID: AAB-5628-2019, SPIN-код: 9777-8929, gurova@mhi-ras.ru

Степаньян Олег Владимирович, заведующий лабораторией прикладной океанографии, ведущий научный сотрудник, ФГБУН ФИЦ ЮНЦ РАН (344006, Россия, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, д. 41), доктор биологических наук, ORCID ID: 0000-0003-4774-4835, SPIN-код: 6344-5427, step@ssc-ras.ru

Для цитирования

Геохимические характеристики и особенности пространственного распределения тяжелых металлов и микроэлементов в донных отложениях Азовского моря / К. И. Гуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2026. Т. 42, № 3. С. 382–401. EDN TPLFYQ.

Gurov, K.I., Kotelyanets, E.A., Gurova, Yu.S. and Stepanyan, O.V., 2026. Geochemical Characteristics and Features of Spatial Distribution of Heavy Metals and Microelements in the Sea of Azov Bottom Sediments. Physical Oceanography, 33(3), pp. 420-438.

Список литературы

  1. Фракционирование и определение форм тяжелых металлов в донных отложениях Азовского моря / П. И. Курилов [и др.] // Журнал аналитической химии. 2009. Т. 64, № 7. С. 757–765. EDN KMLPSN.
  2. Матишов Г. Г. Геоморфологические особенности шельфа Азовского моря // Вестник Южного научного центра РАН. 2006. Т. 2, № 1. С. 44–48. EDN KVYSSX.
  3. Формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях Азовского моря / П. И. Курилов [и др.] // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2007. № 9. С. 58–62. EDN IBKLBX.
  4. Catsiki V.-A., Florou H. Study on the behavior of the heavy metals Cu, Cr, Ni, Zn, Fe, Mn and 137Cs in an estuarine ecosystem using Mytilus galloprovincialis as a bioindicator species: the case of Thermaikos gulf, Greece // Journal of Environmental Radioactivity. 2006. Vol. 86, iss. 1. P. 31–44. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2005.07.005
  5. 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. https://doi.org/10.23885/2500-0640-2017-13-1-44-58
  6. Effects of heavy metals on sex inversion of the mussel Mytilus galloprovincialis Lam., 1819 in coastal zone of the Black Sea / N. S. Chelyadina [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2022. Vol. 185. Part A. 114323. EDN QVRSGR. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.114323 (в РИНЦ № 3)
  7. Березина Н. А., Петухов В. А. Оценка качества донных отложений Финского залива по составу мейобентоса в сочетании с биотестированием и химическим анализом // Океанология. 2023. Т. 63, № 3. С. 405–417. EDN SRMJFR. https://doi.org/10.31857/S0030157423030024
  8. Хрусталев Ю. П. Основные проблемы геохимии седиментогенеза в Азовском море. Апатиты : Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра РАН, 1999. 247 с.
  9. Буфетова М. В., Егоров В. Н. Загрязнение свинцом воды и донных отложений Таганрогского залива и открытой части Азовского моря в 1991–2020 годах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 2. С. 105–119. EDN PFVZIY. https://doi.org/10.29039/2413-5577-2023-2-105-119
  10. Assessment of Heavy Metal Contamination of Seawater and Sediments Along the Romanian Black Sea Coast: Spatial Distribution and Environmental Implications / E. Ristea [et al.] // Sustainability. 2025. Vol. 17, iss. 6. 2586. EDN AMSAVG. https://doi.org/10.3390/su17062586
  11. Lithogenic and anthropogenic contributions of trace metal(oid)s in coastal sediments near the Port of Trieste (northern Adriatic Sea): A geochemical normalisation approach based on regional background values / S. Covelli [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2025. Vol. 214. 117774. EDN AZYDRI. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2025.117774
  12. Chemical composition of Eastern Black Sea aerosol – Preliminary result / İ. Balcılar [et al.] // Science of The Total Environment. 2014. Vol. 488–489. P. 422–428. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.12.023
  13. Санин А. Ю., Строков А. А., Терзкий П. Н. Оценка влияния природных процессов на содержание тяжелых металлов в воде Онежского озера // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2020. Т. 65, № 1. С. 146-171. EDN QFIFON. https://doi.org/10.21638/spbu07.2020.108
  14. Early diagenetic processes in recent sediments of the Gulf of St-Lawrence: phosphorus, carbon and iron burial rates / P. Louchouarn [et al.] // Marine Geology. 1997. Vol. 139, iss. 1–4. P. 181–200. EDN AHMQTZ. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(96)00110-7
  15. Петренко О. А., Жугайло С. С., Авдеева Т. М. Результаты многолетних исследований уровня загрязнения морской среды Азово-Черноморского рыбохозяйственного бассейна // Труды Южного научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии. 2015. Т. 53. С. 4–18. EDN VKNQSL. 16, Федоров Ю. А., Доценко И. В., Михайленко А. В. Поведение тяжелых металлов в воде Азовского моря во время ветровой активности // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2015. № 3. С. 108–112. EDN UMDPBX.
  16. 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. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-5-512-529
  17. 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
  18. Spatial distribution, ecological risk assessment and source identification for heavy metals in surface sediments from Dongping Lake, Shandong, East China / Y. Wang [et al.] // CATENA. 2015. Vol. 125. P. 200–205. https://doi.org/10.1016/j.catena.2014.10.023
  19. 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.
  20. Baseline values for heavy metals in agricultural soils in an European Mediterranean region / C. Micó [et al.] // Science of The Total Environment. 2007. Vol. 378, iss. 1–2. P. 13–17. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2007.01.010
  21. Bonten L. T. C., Römkens P. F. A. M., Brus D. J. Contribution of Heavy Metal Leaching from Agricultural Soils to Surface Water Loads // Environmental Forensics. 2008. Vol. 9, iss. 2–3. P. 252–257. https://doi.org/10.1080/15275920802122981
  22. 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. EDN LMDZEJ. https://doi.org/10.1016/S0012-8252(00)00008-8
  23. Михайленко А. В., Федоров Ю. А., Доценко И. В. Тяжелые металлы в компонентах ландшафта Азовского моря. Таганрог : Издательство Южный федеральный университет, 2018. 214 с. EDN VSPZVE.
  24. Тяжелые металлы в экосистеме Азовского моря / И. В. Кораблина [и др.] // Вопросы рыболовства. 2018. Т. 19, № 4. С. 509–521. EDN YNJXDN
  25. Тихонова Е. А. Органическое вещество донных отложений крымского и кавказского побережий (Азовское и Черное моря) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. № 3. С. 52–67. EDN KLNVFH. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2021-3-52-67
  26. Буфетова М. В. Влияние седиментационных процессов на динамику содержания соединений кадмия в воде и донных отложениях Азовского моря в 1991–2020 годах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2024. № 2. С. 122–136. EDN RRZLMA.
  27. 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. EDN WEAKHB.
  28. Буфетова М. В. Оценка поступления и элиминации тяжелых металлов в Таганрогский залив Азовского моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. № 2. С. 78–85. EDN ZYLSDZ. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2019-2-78-85
  29. Буфетова М. В. Оценка способности взвесей Азовского моря концентрировать тяжелые металлы // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 1. С. 55–65. EDN YCNWRI. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2022-1-55-65
  30. Экосистема Азовского моря: антропогенное загрязнение / A. A. Кленкин [и др.]. Краснодар : ООО «Просвещение-Юг», 2007. 324 с. EDN TWOKGD.
  31. Тихонова Е. А., Котельянец Е. А., Соловьёва О. В. Оценка уровня загрязнения донных отложений крымского побережья Черного и Азовского морей // Принципы экологии. 2016. № 5. С. 56–70. EDN YKVGJJ.
  32. 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. Том 7, № 4. С. 242–254. EDN ZRWWTI.
  33. Brendel P. J., Luther G. W. III. Development of a Gold Amalgam Voltammetric Microelectrode for the Determination of Dissolved Fe, Mn, O2, and S(-II) in Porewaters of Marine and Fresh Water Sediments // Environmental Science and Technology. 1995. Vol. 29, iss. 3. P. 751–761. https://doi.org/10.1021/es00003a024
  34. Simultaneous measurement of O2, Mn, Fe, I-, and S (–II) in marine pore waters with a solid-state voltammetric microelectrode / G. W. Luther III [et al.] // Limnology and Oceanography. 1998. Vol. 43, iss. 2. P. 325–333. https://doi.org/10.4319/lo.1998.43.2.0325
  35. Contamination and ecological risk assessment of heavy metals in water and sediment from hubs of fish resource river in a developing country / M. M. Ali [et al.] // Toxin Reviews. 2021. Vol. 41, iss. 4. P. 1253–1268. EDN WEEXZR. https://doi.org/10.1080/15569543.2021.2001829
  36. Skorbiłowicz M., Sidoruk M. Assessment of Heavy Metal Content and Identification of Their Sources in Bottom Sediments and Various Macrophyte Species of the Narew River (Poland) // Minerals. 2025. Vol. 15, iss. 1. 8. EDN ORAULJ. https://doi.org/10.3390/min15010008
  37. Trace elements pollution in surface sediment of the Sea of Marmara coastal and transition water / L. Bat [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2025. Vol. 218. 118067. EDN OOHPIM. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2025.118067
  38. Radionuclides and heavy metals in the Kerch Strait sediments: Spatial distribution, fluxes and pollution loads / K. I. Gurov [et al.] // Continental Shelf Research. 2025. Vol. 285. 105386. EDN SXVBIY. https://doi.org/10.1016/j.csr.2024.105386
  39. 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
  40. Müller G. Schwermetalle in den Sedimenten des Rheins-Veränderungen seit 1971 // Umschau. 1979. Vol. 79. P. 778–783.
  41. 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
  42. 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, iss. 1. P. 566–575. EDN CBIAAU. https://doi.org/10.1007/BF02414780
  43. Закономерности литохимии и палинологии современных донных отложений Азовского моря / Г. Г. Матишов [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. 2006. Т. 2, № 4. С. 38–51. EDN KVYTNH
  44. Литология и биостратиграфия голоценовых отложений Азовского моря: итоги 15-летних исследований / Г. Г. Матишов [и др.] // Наука Юга России. 2019. Т. 15, № 3. С. 24–34. EDN FVZSPU. https://doi.org/10.7868/S25000640190303
  45. Матишов Г. Г. Сейсмопрофилирование и картирование новейших отложений дна Азовского моря // Вестник Южного научного центра РАН. 2007. T. 3, № 3.С. 32–40. EDN KWMJOH. https://doi.org/10.23885/1813-4289-2007-3-3-32-40
  46. Матишов Г. Г. Геоморфологические особенности шельфа Азовского моря // Вестник Южного научного центра РАН. 2006. Т. 2, № 1. С. 44–48. EDN KVYSSX.
  47. Артюхин Ю. В. Перестройки береговой зоны Азовского моря как фактор некоторых исторических событий ХVIII–ХХ вв. // Историко-географический сборник. Краснодар : ООО «Картика», 2007. Вып. 1. С. 313–328.
  48. Матишов Г. Г., Артюхин Ю. В. Проблемы изучения берегов морей и задачи научного обеспечения их освоения (к 100-летию профессора В. П. Зенковича) // Вестник Южного научного центра РАН. 2010. Т. 6, № 2. С. 21–27. EDN NUIFOT.
  49. Студеникина Е. И., Толоконникова Л. И., Воловик С. П. Микробиологические процессы в Азовском море в условиях антропогенного воздействия. Москва : Наука, 2002. 167 с.
  50. Закономерности распределения Сорг в донных отложениях российской части Азовского моря / Ю. А. Федоров [и др.] // Океанология. 2009. Т. 49, № 2. С. 229–236. EDN IYNWHI.
  51. 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. EDN XWVHWX. https://doi.org/10.1134/S0030157418050106
  52. Формирование зон экологического риска в прибрежных акваториях Керченского пролива / К. И. Гуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 6. С. 637–654. EDN MEJENQ. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-6-637-654
  53. Орехова Н. А., Коновалов С. К. Кислород и сероводород в верхнем слое донных отложений Черного моря // Система Черного моря. Москва : Научный мир, 2018. С. 543–559. EDN LOVBGU. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018.542
  54. Gurov K. I., Kurinnaya Y. 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. Springer Geology. Cham : Springer, 2021. Vol. 3. P. 119–130. (Springer Geology Series ; vol. 3). EDN TURZBO. https://doi.org/10.1007/978-3-030-69040-3_12

Файлы

Полный текст

JATS XML

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.