Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 591-609
Тяжелые металлы в донных осадках шельфа северовосточной части Черного моря в современный период
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-591-609Аннотация
Цель. Цель исследования – изучение накопления тяжелых металлов в слое 0–2 см донных осадков шельфа северо-восточной части Черного моря за период 2000–2020 гг.; выявление участков дна моря, подверженных повышенной антропогенной нагрузке, путем комплексной оценки степени их загрязнения с учетом гранулометрического состава.
Методы и результаты. Пробы донных отложений отбирались ежегодно (2000–2020 гг.) из поверхностного слоя (0–2 см) на одних и тех же станциях сетки наблюдений, что обеспечило высокую репрезентативность исследования. Обнаруженные концентрации металлов сравнивались с их содержанием в земной коре и фоновыми значениями. Оценивались динамика и тенденции содержания отдельных металлов в донных осадках шельфа за весь период наблюдений. Введено понятие средней характерной концентрации элемента, показан порядок ее расчета. Проведен анализ загрязнения донных осадков с учетом средней характерной концентрации элемента в различных гранулометрических типах донных отложений за весь период наблюдений. Выявлено увеличение среднего содержания свинца, цинка и хрома от начала периода наблюдений к 2020 г., обнаружена сезонная динамика содержания этих элементов на всей обследованной акватории (а также железа на отдельных участках).
Выводы. Обнаружены неоднократные случаи превышения концентраций свинца, марганца и хрома над их содержанием в земной коре, единичные – для цинка и меди. Определены тенденции изменения содержания отдельных металлов в обследованных донных осадках: концентрация свинца увеличилась в 1,2 раза, цинка – в 1,6 раза, хрома – в 2 раза, концентрации железа, марганца и меди – практически неизменны. Показана сезонная динамика содержания цинка, хрома, свинца и железа. Для ряда металлов обнаружены случаи превышения абсолютного содержания над средней характерной концентрацией. Определены районы, подверженные антропогенной нагрузке, выявлены места возможного локального поступления в водоем контролируемых элементов. Во временно́м разрезе наиболее загрязненными оказались донные осадки, отобранные в 2019 г.
Список литературы
1. 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. doi:10.15393/j1.art.2016.5283
2. Heavy metals in soils and plants of the don river estuary and the Taganrog Bay coast / T. M. Minkina [et al.]. // Eurasian Soil Science. 2017. Vol. 50, iss. 9. P. 1033–1047. https://doi.org/10.1134/S1064229317070067
3. Gurov K., Kotelyanets E. Estimation of the trace metals accumulation in bottom sediments and their connection with the granulometric composition // 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018 : proceedings. Sofia : STEF92 Technology Ltd., 2018. Vol. 18, book 3.2. P. 1127–1134. doi:10.5593/sgem2018/3.2/S15.143
4. Митропольский А. Ю., Безбородов А. А., Овсяный Е. И. Геохимия Черного моря. Киев.: Наука, 1982. 144 с.
5. Христофорова Н. К. Биоиндикация и мониторинг загрязнения вод тяжелыми металлами. Л. : Наука, 1989. 192 с.
6. Методика выполнения измерений массовых долей алюминия, бария, ванадия, железа, кобальта, магния, марганца, меди, мышьяка, никеля, свинца, стронция, титана, хрома, цинка и серы (общей) в пробах почв и донных отложений пресных и морских водных объектов методом рентгенфлуоресцентного анализа (ФР.1.31.2006.02634) // Практическое руководство по химическому анализу элементов водных экосистем. Приоритетные токсиканты в воде, донных отложениях, гидробионтах / Под ред. Т. О. Барабашина. Ростов н/Д : Мини Тайп, 2018. С. 46–60. URL: http://azniirkh.vniro.ru/wpcontent/uploads/2018/12/Sbornik-metodik-1-213.pdf (дата обращения: 01.10.2021).
7. Методическое обеспечение мониторинга загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна / Т. О. Барабашин [и др.] // Водные биоресурсы и среда обитания. 2018. Т. 1, № 3–4. С. 9–27. doi:10.47921/2619-1024_2018_1_3-4_9
8. Виноградов А. П. Геохимия океана : Избранные труды. М. : Наука, 1989. 220 с.
9. Новиков М. А., Жилин А. Ю. Характер распределения тяжелых металлов в донных отложениях Баренцева моря (по результатам статистического анализа) // Вестник КРАУНЦ. Науки о земле. 2016. № 1, вып. № 29. С. 78–88.
10. Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2015. М. : Наука, 2016. 184 с.
11. Папина Т. С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода - взвешенное вещество - донные отложения речных экосистем : аналитический обзор. Новосибирск, 2001. 58 с. (Серия: Экология ; вып. 62).
12. Содержание токсикантов в глубоководном и прибрежных районах Черного моря у Крымского полуострова в весенне-осенний период 2019 года / [Т. О. Барабашин и др.] // Труды ВНИРО. М., 2020. Т. 181. С. 187–205. doi:10.36038/2307-3497-2020-181-187-205
13. Геоэкология Черноморского шельфа Украины / В. А. Емельянов [и др.]. Киев : Академпериодика, 2004. 293 с.
14. Котельянец Е. А., Коновалов С. К. Распределение тяжелых металлов в донных отложениях Феодосийского залива // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. Вып. 17. С. 171–175.
15. Тяжелые металлы в геолого-экологической системе донных отложений континентального склона Черного моря / В. А. Емельянов [и др.] // Геологiя i кориснi копалини Свiтового океану.2018. № 2. С. 105–113.
16. 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
17. Геология Азовского моря / Е. Ф. Шнюков [и др.]. Киев : Наукова Думка, 1974. 247 с.
18. Хрусталев Ю. П. Закономерности осадконакопления во внутриконтинентальных морях аридной зоны. Л. : Наука, 1989. 261 с.
19. Хрусталев Ю. П. Основные проблемы геохимии седиментогенеза в Азовском море / Апатиты : Мурм. мор. биол. ин-т КНЦ РАН : Кол. науч. центр Рос. акад. наук, 1999. 247 с.
20. Влияние физико-химических характеристик донных осадков Севастопольской бухты на распределение микроэлементов на примере бухт Севастополя / А. С. Романов [и др.] // Экология моря. 2007. Вып. 73. С. 85-90
21. Геохимические характеристики донных отложений акватории Каламитского залива Черного моря / К. И. Гуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 5. С. 69-80.
22. Орехова Н. А., Овсяный Е. И. Органический углерод и гранулометрический состав литоральных донных отложений бухты Ласпи (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 3. С. 287–299. doi:10.22449/0233-7584-2020-3-287-299
23. Новый подход к оценке загрязненности донных отложений Азовского моря / И. Г. Корпакова [и др.] // Экологический вестник научных центров ЧЭС. 2005. № 2. С. 45–53.
24. Экосистема Азовского моря: антропогенное загрязнение / А. А. Кленкин [и др.]. Краснодар, 2007. 324 с.
25. Койчубеков Б. К., Сорокина М. А., Мхитарян К. Э. Определение размера выборки при планировании научного исследования // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 4. С. 71–74.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 591-609
Heavy Metals in the Bottom Sediments of the Black Sea Northwestern Shelf in Recent Years
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-591-609Abstract
Purpose. The study is aimed at investigating metal accumulation in the 0–2 cm layer of the bottom sediments of the Black Sea northwestern shelf over 2000–2020, and at identifying the sea bottom areas subjected to the increased anthropogenic load through comprehensive assessment of the degree of their pollution taking into account their granulometric composition.
Methods and Results. The bottom sediments were sampled annually from the 0–2 cm depth at the same stations. The detected metal concentrations were compared with their content in the Earth crust and the background values. The dynamics and trends of the individual metals’ content in the shelf bottom sediments were assessed for the whole period of observations. The notion of the average characteristic concentration of an element is introduced; the procedure for its calculation is represented. The pollution of bottom sediments was analyzed with the regard for the element average characteristic concentration in the bottom sediments of various granulometric types. Increase in the average content of lead, zinc and chromium was revealed from the beginning of the observation period to 2020. The seasonal dynamics of these elements was found in the whole water area under study (as well as the iron content at some areas).
Conclusions. Multiple cases of the lead, manganese and chrome concentrations exceeding their content in the Earth crust were recorded; as for zinc and copper, such cases were few and sporadic. The tendencies in variation of the bottom sediments content were determined: the average long-term values of the lead concentration increased by 1.2 times, those of zinc – by 1.6 times, and those of chrome – by 2 times; the concentrations of iron, manganese and copper remained essentially the same. Seasonal dynamics of the zinc, chromium, lead and iron content was shown. For a number of metals, the cases when their absolute content exceeded their average characteristic concentration in the corresponding type of the bottom sediments had been found. The regions subjected to a multifaceted anthropogenic load were identified; the areas of possible local inflow of the monitored elements were revealed. The bottom sediments sampled in 2019 were the most polluted.
References
1. Tikhonova E. A., Kotel'yanets E. A., Solov'eva O. V. Otsenka urovnya zagryazneniya donnykh otlozhenii krymskogo poberezh'ya Chernogo i Azovskogo morei // Printsipy ekologii. 2016. № 5. S. 56–70. doi:10.15393/j1.art.2016.5283
2. Heavy metals in soils and plants of the don river estuary and the Taganrog Bay coast / T. M. Minkina [et al.]. // Eurasian Soil Science. 2017. Vol. 50, iss. 9. P. 1033–1047. https://doi.org/10.1134/S1064229317070067
3. Gurov K., Kotelyanets E. Estimation of the trace metals accumulation in bottom sediments and their connection with the granulometric composition // 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018 : proceedings. Sofia : STEF92 Technology Ltd., 2018. Vol. 18, book 3.2. P. 1127–1134. doi:10.5593/sgem2018/3.2/S15.143
4. Mitropol'skii A. Yu., Bezborodov A. A., Ovsyanyi E. I. Geokhimiya Chernogo morya. Kiev.: Nauka, 1982. 144 s.
5. Khristoforova N. K. Bioindikatsiya i monitoring zagryazneniya vod tyazhelymi metallami. L. : Nauka, 1989. 192 s.
6. Metodika vypolneniya izmerenii massovykh dolei alyuminiya, bariya, vanadiya, zheleza, kobal'ta, magniya, margantsa, medi, mysh'yaka, nikelya, svintsa, strontsiya, titana, khroma, tsinka i sery (obshchei) v probakh pochv i donnykh otlozhenii presnykh i morskikh vodnykh ob\"ektov metodom rentgenfluorestsentnogo analiza (FR.1.31.2006.02634) // Prakticheskoe rukovodstvo po khimicheskomu analizu elementov vodnykh ekosistem. Prioritetnye toksikanty v vode, donnykh otlozheniyakh, gidrobiontakh / Pod red. T. O. Barabashina. Rostov n/D : Mini Taip, 2018. S. 46–60. URL: http://azniirkh.vniro.ru/wpcontent/uploads/2018/12/Sbornik-metodik-1-213.pdf (data obrashcheniya: 01.10.2021).
7. Metodicheskoe obespechenie monitoringa zagryazneniya vodnykh ob\"ektov Azovo-Chernomorskogo basseina / T. O. Barabashin [i dr.] // Vodnye bioresursy i sreda obitaniya. 2018. T. 1, № 3–4. S. 9–27. doi:10.47921/2619-1024_2018_1_3-4_9
8. Vinogradov A. P. Geokhimiya okeana : Izbrannye trudy. M. : Nauka, 1989. 220 s.
9. Novikov M. A., Zhilin A. Yu. Kharakter raspredeleniya tyazhelykh metallov v donnykh otlozheniyakh Barentseva morya (po rezul'tatam statisticheskogo analiza) // Vestnik KRAUNTs. Nauki o zemle. 2016. № 1, vyp. № 29. S. 78–88.
10. Kachestvo morskikh vod po gidrokhimicheskim pokazatelyam. Ezhegodnik 2015. M. : Nauka, 2016. 184 s.
11. Papina T. S. Transport i osobennosti raspredeleniya tyazhelykh metallov v ryadu: voda - vzveshennoe veshchestvo - donnye otlozheniya rechnykh ekosistem : analiticheskii obzor. Novosibirsk, 2001. 58 s. (Seriya: Ekologiya ; vyp. 62).
12. Soderzhanie toksikantov v glubokovodnom i pribrezhnykh raionakh Chernogo morya u Krymskogo poluostrova v vesenne-osennii period 2019 goda / [T. O. Barabashin i dr.] // Trudy VNIRO. M., 2020. T. 181. S. 187–205. doi:10.36038/2307-3497-2020-181-187-205
13. Geoekologiya Chernomorskogo shel'fa Ukrainy / V. A. Emel'yanov [i dr.]. Kiev : Akademperiodika, 2004. 293 s.
14. Kotel'yanets E. A., Konovalov S. K. Raspredelenie tyazhelykh metallov v donnykh otlozheniyakh Feodosiiskogo zaliva // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2008. Vyp. 17. S. 171–175.
15. Tyazhelye metally v geologo-ekologicheskoi sisteme donnykh otlozhenii kontinental'nogo sklona Chernogo morya / V. A. Emel'yanov [i dr.] // Geologiya i korisni kopalini Svitovogo okeanu.2018. № 2. S. 105–113.
16. 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
17. Geologiya Azovskogo morya / E. F. Shnyukov [i dr.]. Kiev : Naukova Dumka, 1974. 247 s.
18. Khrustalev Yu. P. Zakonomernosti osadkonakopleniya vo vnutrikontinental'nykh moryakh aridnoi zony. L. : Nauka, 1989. 261 s.
19. Khrustalev Yu. P. Osnovnye problemy geokhimii sedimentogeneza v Azovskom more / Apatity : Murm. mor. biol. in-t KNTs RAN : Kol. nauch. tsentr Ros. akad. nauk, 1999. 247 s.
20. Vliyanie fiziko-khimicheskikh kharakteristik donnykh osadkov Sevastopol'skoi bukhty na raspredelenie mikroelementov na primere bukht Sevastopolya / A. S. Romanov [i dr.] // Ekologiya morya. 2007. Vyp. 73. S. 85-90
21. Geokhimicheskie kharakteristiki donnykh otlozhenii akvatorii Kalamitskogo zaliva Chernogo morya / K. I. Gurov [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2014. № 5. S. 69-80.
22. Orekhova N. A., Ovsyanyi E. I. Organicheskii uglerod i granulometricheskii sostav litoral'nykh donnykh otlozhenii bukhty Laspi (Chernoe more) // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 3. S. 287–299. doi:10.22449/0233-7584-2020-3-287-299
23. Novyi podkhod k otsenke zagryaznennosti donnykh otlozhenii Azovskogo morya / I. G. Korpakova [i dr.] // Ekologicheskii vestnik nauchnykh tsentrov ChES. 2005. № 2. S. 45–53.
24. Ekosistema Azovskogo morya: antropogennoe zagryaznenie / A. A. Klenkin [i dr.]. Krasnodar, 2007. 324 s.
25. Koichubekov B. K., Sorokina M. A., Mkhitaryan K. E. Opredelenie razmera vyborki pri planirovanii nauchnogo issledovaniya // Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii. 2014. № 4. S. 71–74.
