PT - JOURNAL ARTICLE
AU - Рюмина, А. А.
AU - Тищенко, П. Я.
AU - Шкирникова, Е. М.
AU - Горячев, В. А.
AU - Семкин, П. Ю.
AU - Недашковский, А. П.
TI - Тяжелые металлы в донных осадках мелководных бухт залива Петра Великого
DP - 2023-04-11
SO - https://rep.herzen.spb.ru/publication/816
AB - Введение Значительная часть тяжелых металлов, поступающих с материковым стоком, аккумулируется в донных осадках прибрежных акваторий. По этой причине химический состав донных осадков прибрежной зоны несет важную информацию об их поступлении в морскую среду. Одним из факторов, определяющим накопление и распределение тяжелых металлов в донных осадках, являются органические вещества, как поступающие с терригенным стоком, так и аутогенного происхождения, в частности, образующиеся при функционировании фитобентоса. Целью данной работы является исследование вертикального распределения металлов (Pb, Zn, Ni, Cu, Mn) и органического углерода в донных осадках трех мелководных бухт залива Петра Великого, две из которых (Воевода и Новгородская) имеют значительные площади, покрытые морской травой Zostera Marina L. (далее в тексте ZM), в третьей (залив Угловой) морские травы практически отсутствуют. Регион исследований, объекты и методы Бухта Воевода и залив Угловой являются мелководными бассейнами второго порядка Амурского залива, а бухта Новгородская - бассейн второго порядка залива Посьета. Площадь исследуемых бассейнов равна 4, 31 и 42 км2 для бухт Воевода, Новгородская и залива Угловой, соответственно. Глубины большей части бухт менее 5 м, а для залива Угловой максимальная глубина 3,6 м. Бухты Воевода и Новгородская являются местом развития марикультуры (выращивание мидий, гребешка, трепанга), а залив Угловой подвергается сбросу коммунальных стоков. Для каждого из бассейнов, отбор донных осадков осуществляли прямоточной геологической трубкой (1 м) в двух местах. На всех станциях перед взятием керна проводили подводное фотографирование дна. После взятия керна, трубку с керном помещали в теплоизоляционный тубус и доставляли в лабораторию, где керн фотографировали. Каждый керн был разделен на 7-9 интервалов опробования по 8-10 см каждый и на 3 фракции в зависимости от размера частиц. Гранулометрический анализ выполнялся на лазерном анализаторе частиц Analysette 22 NanoTec (Fritsch, Германия). Пробы естественной влажности гомогенизировались. Для создания дисперсионной среды применяли поверхностно-активное вещество ПАВ-901 (Fritsch, Германия). Калибровка анализатора размера частиц осуществлялась с использованием сертифицированного стандарта F-500 (Fritsch, Германия). Оценку скорости осадконакопления в пробах донных отложений проводили на основе измерения содержания искусственного радионуклида 137Cs. Скорость оценивается по глубине залегания максимума концентрации 137Cs, который соответствует времени наиболее интенсивных испытаний ядерного оружия, 1963 г. Измерение содержания 137Cs в образцах донных осадков выполнены на гамма-спектрометре с детектором из сверхчистого германия GEM150 (диаметр кристалла 88,5 мм, высота 99,8 мм), с цифровым многоканальным анализатором DSPEC jr 2.0 (ORTEC, США). Органический углерод в твердой фазе осадков был измерен на анализаторе TOC-VCPN с приставкой для сжигания твердых проб SSM_5000А производства Shimadzu (Япония). Калибровку прибора проводили с помощью стандартов СДО-3 «известковый ил», ГСО 1758-80, точность оценивали из параллельных измерений, она составляла  3%. Результат дан как процентное содержание углерода в сухом осадке. Содержание металлов в пробах определялось методом атомноабсорбционной спектрометрии на аппарате Shimadzu AA-3600. Подготовку проб к атомно-абсорбционному определению элементов проводили в соответствии с методикой количественного химического анализа почв «Методика измерений валового содержания кадмия, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, хрома и цинка в почвах, донных отложениях, осадках сточных вод и отходах методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии» (ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-2002). Результаты и обсуждение Для бухт Воевода и Новгородской были подняты керны темно-серого, почти черного, цвета с характерным запахом сероводорода. В заливе Угловой осадки были серого цвета, чрезвычайно тонкодисперсные и однородные. Гранулометрический анализ для поверхностного, среднего и нижнего горизонта кернов из исследуемых бухт показал, что псаммитовая фракция присутствует во всех образцах из бухты Воевода (от 1,39 % до 17,1 %) и в поверхностном слое для бухты Новгородской (3,64 %). Алевриты преобладают для бухты Воевода. В образцах из бухты Новгородской в поверхностном слое преобладает алевритовая фракция (73,98 %), но с увеличением глубины керна начинает повышаться содержание пелитовой фракции. В образцах из залива Углового пелитовая фракция преобладает (от 54,83 % до 73,04 %). Скорость осадконакопления в пробах донных осадков была оценена из измерений активности техногенного радионуклида 137Cs по глубине керна (максимальная активность соответствует времени наиболее интенсивных испытаний ядерного оружия, 1963 г.). Ранее скорость осадконакопления в северной части Амурского залива была определена с помощью радиоизотопа 210Pb и оказалась равной 7.2 мм/год [1] и 3.6 - 5.2 мм/год [2]. Полученные ранее результаты, хорошо согласуются с нашими оценками. Для бухты Воевода скорость осадконакопления составляет 8 мм/год, для бухты Новгородской 7 мм/год, а для залива Углового же это значение составляет 3 мм/год. Исходя из этой информации, можно сделать выводы о возрасте исследуемых донных осадков. Возраст нижнего слоя исследуемых осадков для бухты Новгородской - 120 лет, для бухты Воевода - 90 лет, для залива Углового - 296 лет. Вертикальные профили органического вещества (Cорг,% ) в сухом осадке в бухтах Воевода, Новгородской и заливе Угловой представлены на рис. 1. Открытые и сплошные символы на рисунке соответствуют донным осадкам, на которых, соответственно, присутствует ZM и отсутствует. Из рисунка следует, что, содержание органического углерода выше в донных осадках, покрытых лугами ZM. В донных осадках свободных от ZM, в пределах верхних 40 см происходит уменьшение содержания органического углерода, а потом оно с глубиной не меняется для всех исследуемых бассейнов. Более резкое уменьшение Cорг наблюдается в верхних горизонтах для осадков, покрытых ZM, что, повидимому, обусловлено более активной кажущейся деградацией органического вещества в верхнем слое осадков. Концентрации меди и цинка в бухте Воевода существенно больше в керне, взятом в зарослях ZM. Уменьшение их концентрации с глубиной, по нашему мнению, обусловлено употреблением органического вещества детритофагами (инфауной) в пищу. В результате этого процесса в верхней части донных отложений, тяжелые металлы переходят из донных осадков в организмы детритофагов и накапливаются в них. Свинец по вертикальному профилю распространен хаотично. Для никеля заметны небольшие колебания в концентрациях. Наибольшие концентрации марганца обнаружены в бухте Новгородской. Большое содержание марганца может быть обусловлено не только аллохтонным стоком, но и тем, что он является типоморфным элементом [3, 4]. Для образцов, отобранных в бухте, Воевода, обнаружена линейная зависимость между концентрацией металлов и содержанием органического углерода. Эту корреляционную связь можно объяснить физиологическими особенностями ZM. В ее листьях синтезируется полисахарид - зостерин. Это вещество является природным лигандом по отношению к тяжелым металлам. При отмирании травы органокомплексы обогащают донные осадки микроэлементами и органическим углеродом. Выводы 1. Для бухты Воевода скорость осадконакопления составляет 8 мм/год, для бухты Новгородской - 7 мм/год, а для залива Углового - 3 мм/год; 2. Наибольшее содержание цинка и меди наблюдалось в образцах из бухты Воевода, где распространены луга ZM. Это может быть связано с высокими коэффициентами биологического накопления в гидробионтах, с последующим их поступлением в донные отложения с детритом; 3. Содержание свинца, для всех акваторий находится примерно в одном диапазоне; 4. Никель, чаще всего поступающий в водные экосистемы с аллохтонным поверхностным стоком в составе высокодисперсных частиц взвесей, распределен в исследуемых кернах практически равномерно; 5. Большое содержание марганца может быть обусловлено не только аллохтонным стоком, но и тем, что он является типоморфным элементом. Наибольшие его концентрации обнаружены в бухте Новгородской; 6. В бухте Воевода обнаружена линейная зависимость между концентрацией цинка, свинца, меди и никеля и содержанием органического углерода.