Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 207-221
Распределение 137 Cs и 40 K в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море)
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-2-207-221Аннотация
Цель. Изучение распределения концентраций 137Cs и 40K в донных отложениях Балаклавской бухты, оценка скорости осадконакопления и относительного содержания биогенного вещества – цель настоящей работы.
Методы и результаты. Представлены результаты измерений концентрации 137Cs и 40K в 5 колонках донных отложений, отобранных в различных частях Балаклавской бухты. Определения активности 137Cs и 40K в пробах были выполнены на основе гамма-спектрометрического анализа. По результатам измерений исследована пространственная изменчивость концентрации 137Cs и 40K в донных отложениях, получены количественные оценки скорости седиментации. С использованием балансового уравнения получены количественные оценки относительного содержания биогенного вещества и описана его пространственная изменчивость. Представлены количественные оценки взаимосвязи результатов оценок биогенного вещества с использованием прямого и косвенного методов.
Выводы. Согласно приведенным результатам, концентрация 137Cs и 40K в верхнем 5-сантиметровом слое донных отложений изменялась по пространству в диапазонах 11–62 и 155–562 Бк/кг соответственно. Максимальные величины концентрации радионуклидов были характерны для северной части бухты, минимальные – для южной. Средняя скорость осадконакопления составила 0,50 ± 0,06 см/год. Относительное содержание биогенного вещества в осадках изменялось по пространству в пределах 30–89% и составило в среднем 46 ± 25%. Максимальные величины отмечались в южной части бухты, минимальные – в северной.
Список литературы
1. 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
2. Орехова Н. А., Овсяный Е. И., Тихонова Е. А. Органическое вещество и окислительно-восстановительные условия в донных отложениях Балаклавской бухты // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2019. Т. 5, № 3. С. 49–64.
3. 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.
4. 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
5. Поле мутности и оценка загрязнения вод Балаклавской бухты на основе гидрооптических методов наблюдений / П. Д. Ломакин [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. Вып. 26, Т. 1. С. 249–256.
6. Мирзоева Н. Ю., Гулин С. Б. , Мирошниченко О. Н. Радионуклиды стронция и цезия // Система Черного моря / Отв. ред. академик РАН А. П. Лисицын. Москва : Научный мир, 2018. С. 605–624. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018.605
7. Partitioningof Cs-137 BetweenSediment andWater fromtheBlackSea/ M. Fuhrmann [et al.] //Chemistry and Ecology. 1992. Vol. 7, iss. 1–4. P. 3–17. http://dx.doi.org/10.1080/02757549208055429
8. Buesseler K. O., Livingston H. D. Time-Series Profiles of 134Cs, 137Cs and 90Sr in the Black Sea // Sensitivity to Change: Black Sea, Baltic Sea and North Sea / Eds. E. Özsoy, A. Mikaelyan. Dordrecht : Springer, 1997. P. 239–251. (NATO ASI Series (Series 2: Environment, vol. 27)). https://doi.org/10.1007/978-94-011-5758-2_19
9. Радиоэкологический отклик Черного моря на чернобыльскую аварию / Г. Г. Поликарпов [и др.]. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. 666 с.
10. Evolution and fluxes of 137Cs in the Black Sea/Turkish Straits System/North Aegean Sea / R. Delfanti [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 135. P. 117–123. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.01.006
11. Radionuclides Assessment for the Romanian Black Sea Shelf / G. Chiroşca [et al.] // Diversity in Coastal Marine Sciences. Coastal Research Library / Eds. C. Finkl, C. Makowski. Cham : Springer, 2018. Vol. 23. P. 221–232. https://doi.org/10.1007/978-3-319-57577-3_13
12. 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. академик РАН А. П. Лисицын. Москва : Научный мир, 2018. С. 659–670. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018.659
13. Распределение 137Cs в поверхностном слое Черного моря летом 2017 года / И. И. Довгий [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 2. С. 166–175. doi:10.22449/0233-7584-2020-2-166-175
14. The approaching obsolescence of 137Cs dating of wetland soils in North America / J. Z. Drexler [et al.] // Quaternary Science Reviews. 2018. Vol. 199. P. 83–96. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2018.08.028
15. A global review of sediment source fingerprinting research incorporating fallout radiocesium (137Cs) / O. Evrard [et al.] // Geomorphology. 2020. Vol. 362. 107103. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107103
16. Гулин С. Б., Сидоров И. Г., Гулина Л. В. Биогенная седиментация в Черном море: радио- трассерное исследование // Морской экологический журнал. 2013. Т. 12, № 2. С. 19–25.
17. 40K in the Black Sea: a proxy to estimate biogenic sedimentation / S. B. Gulin [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. 2014. Vol. 134. P. 21–26. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.02.011
18. Turekian K. K., Wedepohl K. H. Distribution of the Elements in Some Major Units of the Earth’s Crust // Geological Society of America Bulletin. 1961. Vol. 72. P. 175–192. http://dx.doi.org/10.1130/0016-7606(1961)72[175:DOTEIS]2.0.CO;2
19. 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. https://doi.org/10.1016/0016-7037(64)90129-2
20. Burnett W. C. Trace Element Geochemistry of Biogenic Sediments from the Western Equatorial Pacific // Pacific Science. 1975. Vol. 29, iss. 2. P. 219–225. URL: http://hdl.handle.net/10125/954 (date of access 20.02.2021).
21. Геохимия литогенеза в условиях сероводородного заражения (Черное море). Новосибирск : Наука, 1988. 194 с.
22. Rudnick R. L., Gao S. Composition of the Continental Crust // The Crust: Treatise on Geochemistry / Eds. R. L. Rudnick, H. D. Holland, K. K. Turekian. Oxford : Elsevier-Pergamum, 2003. Vol. 3. P. 1–64. http://dx.doi.org/10.1016/b0-08-043751-6/03016-4
23. Robert C. M. Global Sedimentology of the Ocean: An Interplay between Geodynamics and Paleoenvironment. Amsterdam : Elsevier Science, 2008. 487 p. (Developments in Marine Geology, vol. 3).
24. Recent sedimentation in the Black Sea: New insights from radionuclide distributions and sulfur isotopes / M. Yücel [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2012. Vol. 66. P. 103–113. doi:10.1016/j.dsr.2012.04.007
25. Currie L. A. Limits for qualitative detection and quantitative determination. Аpplication to radiochemistry // Analytical Chemistry. 1968. Vol. 40, iss. 3. P. 586–593. https://doi.org/10.1021/ac60259a007
26. Маркелов М. В., Голосов В. Н., Беляев В. Р. Изменение скорости аккумуляции наносов на поймах малых рек в центре Русской равнины // Вестник Московского университета. Се- рия 5. География. 2012. № 5. С. 70–76.
27. Smith H. G., Blake W. H. Sediment fingerprinting in agricultural catchments: A critical re-examination of source discrimination and data corrections // Geomorphology. 2014. Vol. 204. P. 177–191. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.08.003
28. The challenges and opportunities of addressing particle size effects in sediment source fingerprinting: A review. / J. P. Laceby [et al.] //Earth-Science Reviews. 2017. Vol. 169, iss. 2. P. 85–103. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.04.009
29. Фомин В. В., Репетин Л. Н. Численное моделирование ветровых течений и распространения примеси в Балаклавской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 4. С. 43–58.
30. Sawhney B. L. Selective Sorption and Fixation of Cations by Clay Minerals: A review // Clays and Clay Minerals. 1972. Vol. 20. P. 93–100. https://doi.org/10.1346/CCMN.1972.0200208
31. Comans R. N. J., Haller M., De Preter P. Sorption of cesium on illite: Non-equilibrium behavior and reversibility // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1991. Vol. 55, iss. 2. P. 433–440. https://doi.org/10.1016/0016-7037(91)90002-M
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 207-221
Distribution of 137 Cs and 40 K in the Bottom Sediments of the Balaklava Bay (the Black Sea)
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-2-207-221Abstract
Purpose. The aim of the work is to study spatial variability of the 137Cs and 40K concentrations in the bottom sediments of the Balaklava Bay, and to estimate the sedimentation rate and relative content of the biogenic fraction.
Methods and Results. The results of the 137Cs and 40K concentration measurements in 5 columns of the bottom sediments sampled in various parts of the Balaklava Bay are represented. Activity of 137Cs and 40K in the samples was determined by the gamma spectrometric analysis. Based on the measurement data, spatial variability of the 137Cs and 40K concentration fields in the bottom sediments was studied, and the sedimentation rate was quantitatively estimated. Application of the balance equation provided quantitative estimates of the relative biogenic fraction content; its spatial variability was described. Quantitative estimates of the relationship between the biogenic fraction estimates resulted from use of the direct and indirect methods are represented.
Conclusions. According to the obtained results, the 137Cs and 40K concentrations in the upper 5 cm layer of bottom sediments varied in space from 11 to 62 and from 155 to 562 Bq/kg, respectively. The maximum radionuclide concentrations were characteristic of the northern part of the bay, the minimum ones – of its southern part. The sedimentation average rate was 0.51 ± 0.06 cm/year. Relative biogenic fraction content in the sediments varied in space from 30 to 89% and averaged 46 ± 25%. The maximum values were observed in the southern part of the bay, the minimum ones – in the northern part.
References
1. Organicheskoe veshchestvo i granulometricheskii sostav sovremennykh donnykh otlozhenii Balaklavskoi bukhty (Chernoe more) / N. A. Orekhova [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2018. T. 34, № 6. C. 523–533. doi:10.22449/0233-7584-2018-6-523-533
2. Orekhova N. A., Ovsyanyi E. I., Tikhonova E. A. Organicheskoe veshchestvo i okislitel'no-vosstanovitel'nye usloviya v donnykh otlozheniyakh Balaklavskoi bukhty // Uchenye zapiski Krymskogo federal'nogo universiteta imeni V. I. Vernadskogo. Biologiya. Khimiya. 2019. T. 5, № 3. S. 49–64.
3. Ovsyanyi E. I., Kotel'yanets E. A., Orekhova N. A. Mysh'yak i tyazhelye metally v donnykh otlozheniyakh Balaklavskoi bukhty (Chernoe more) // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2009. № 4. S. 67–80.
4. Zagryaznyayushchie veshchestva v donnykh otlozheniyakh Balaklavskoi bukhty (Chernoe more) / E. A. Kotel'yanets [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 5. S. 469–480. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-469-480
5. Pole mutnosti i otsenka zagryazneniya vod Balaklavskoi bukhty na osnove gidroopticheskikh metodov nablyudenii / P. D. Lomakin [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2012. Vyp. 26, T. 1. S. 249–256.
6. Mirzoeva N. Yu., Gulin S. B. , Miroshnichenko O. N. Radionuklidy strontsiya i tseziya // Sistema Chernogo morya / Otv. red. akademik RAN A. P. Lisitsyn. Moskva : Nauchnyi mir, 2018. S. 605–624. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018.605
7. Partitioningof Cs-137 BetweenSediment andWater fromtheBlackSea/ M. Fuhrmann [et al.] //Chemistry and Ecology. 1992. Vol. 7, iss. 1–4. P. 3–17. http://dx.doi.org/10.1080/02757549208055429
8. Buesseler K. O., Livingston H. D. Time-Series Profiles of 134Cs, 137Cs and 90Sr in the Black Sea // Sensitivity to Change: Black Sea, Baltic Sea and North Sea / Eds. E. Özsoy, A. Mikaelyan. Dordrecht : Springer, 1997. P. 239–251. (NATO ASI Series (Series 2: Environment, vol. 27)). https://doi.org/10.1007/978-94-011-5758-2_19
9. Radioekologicheskii otklik Chernogo morya na chernobyl'skuyu avariyu / G. G. Polikarpov [i dr.]. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2008. 666 s.
10. Evolution and fluxes of 137Cs in the Black Sea/Turkish Straits System/North Aegean Sea / R. Delfanti [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 135. P. 117–123. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.01.006
11. Radionuclides Assessment for the Romanian Black Sea Shelf / G. Chiroşca [et al.] // Diversity in Coastal Marine Sciences. Coastal Research Library / Eds. C. Finkl, C. Makowski. Cham : Springer, 2018. Vol. 23. P. 221–232. https://doi.org/10.1007/978-3-319-57577-3_13
12. Otsenka skorosti sedimentatsii i osadkonakopleniya v pribrezhnykh i glubokovodnykh akvatoriyakh Chernogo morya s ispol'zovaniem prirodnykh i antropogennykh (Chernobyl'skikh) radionuklidov / N. Yu. Mirzoeva [i dr.] // Sistema Chernogo morya / Otv. red. akademik RAN A. P. Lisitsyn. Moskva : Nauchnyi mir, 2018. S. 659–670. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018.659
13. Raspredelenie 137Cs v poverkhnostnom sloe Chernogo morya letom 2017 goda / I. I. Dovgii [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 2. S. 166–175. doi:10.22449/0233-7584-2020-2-166-175
14. The approaching obsolescence of 137Cs dating of wetland soils in North America / J. Z. Drexler [et al.] // Quaternary Science Reviews. 2018. Vol. 199. P. 83–96. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2018.08.028
15. A global review of sediment source fingerprinting research incorporating fallout radiocesium (137Cs) / O. Evrard [et al.] // Geomorphology. 2020. Vol. 362. 107103. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107103
16. Gulin S. B., Sidorov I. G., Gulina L. V. Biogennaya sedimentatsiya v Chernom more: radio- trassernoe issledovanie // Morskoi ekologicheskii zhurnal. 2013. T. 12, № 2. S. 19–25.
17. 40K in the Black Sea: a proxy to estimate biogenic sedimentation / S. B. Gulin [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. 2014. Vol. 134. P. 21–26. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.02.011
18. Turekian K. K., Wedepohl K. H. Distribution of the Elements in Some Major Units of the Earth’s Crust // Geological Society of America Bulletin. 1961. Vol. 72. P. 175–192. http://dx.doi.org/10.1130/0016-7606(1961)72[175:DOTEIS]2.0.CO;2
19. 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. https://doi.org/10.1016/0016-7037(64)90129-2
20. Burnett W. C. Trace Element Geochemistry of Biogenic Sediments from the Western Equatorial Pacific // Pacific Science. 1975. Vol. 29, iss. 2. P. 219–225. URL: http://hdl.handle.net/10125/954 (date of access 20.02.2021).
21. Geokhimiya litogeneza v usloviyakh serovodorodnogo zarazheniya (Chernoe more). Novosibirsk : Nauka, 1988. 194 s.
22. Rudnick R. L., Gao S. Composition of the Continental Crust // The Crust: Treatise on Geochemistry / Eds. R. L. Rudnick, H. D. Holland, K. K. Turekian. Oxford : Elsevier-Pergamum, 2003. Vol. 3. P. 1–64. http://dx.doi.org/10.1016/b0-08-043751-6/03016-4
23. Robert C. M. Global Sedimentology of the Ocean: An Interplay between Geodynamics and Paleoenvironment. Amsterdam : Elsevier Science, 2008. 487 p. (Developments in Marine Geology, vol. 3).
24. Recent sedimentation in the Black Sea: New insights from radionuclide distributions and sulfur isotopes / M. Yücel [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2012. Vol. 66. P. 103–113. doi:10.1016/j.dsr.2012.04.007
25. Currie L. A. Limits for qualitative detection and quantitative determination. Application to radiochemistry // Analytical Chemistry. 1968. Vol. 40, iss. 3. P. 586–593. https://doi.org/10.1021/ac60259a007
26. Markelov M. V., Golosov V. N., Belyaev V. R. Izmenenie skorosti akkumulyatsii nanosov na poimakh malykh rek v tsentre Russkoi ravniny // Vestnik Moskovskogo universiteta. Se- riya 5. Geografiya. 2012. № 5. S. 70–76.
27. Smith H. G., Blake W. H. Sediment fingerprinting in agricultural catchments: A critical re-examination of source discrimination and data corrections // Geomorphology. 2014. Vol. 204. P. 177–191. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.08.003
28. The challenges and opportunities of addressing particle size effects in sediment source fingerprinting: A review. / J. P. Laceby [et al.] //Earth-Science Reviews. 2017. Vol. 169, iss. 2. P. 85–103. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.04.009
29. Fomin V. V., Repetin L. N. Chislennoe modelirovanie vetrovykh techenii i rasprostraneniya primesi v Balaklavskoi bukhte // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2005. № 4. S. 43–58.
30. Sawhney B. L. Selective Sorption and Fixation of Cations by Clay Minerals: A review // Clays and Clay Minerals. 1972. Vol. 20. P. 93–100. https://doi.org/10.1346/CCMN.1972.0200208
31. Comans R. N. J., Haller M., De Preter P. Sorption of cesium on illite: Non-equilibrium behavior and reversibility // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1991. Vol. 55, iss. 2. P. 433–440. https://doi.org/10.1016/0016-7037(91)90002-M
