Введение
В последнее время из-за сложившейся в Крымском регионе ситуации в результате современной хозяйственной деятельности изменения состояния экосистемы Азово-Черноморского бассейна обусловлены не только естественными природными факторами, но и возросшим антропогенным прессом (Петренко и др., 2015). Наряду с существующими проблемами (Петренко и др., 2015): загрязнение рек водосборного бассейна, поступление недостаточно очищенных производственно-бытовых стоков, морская газодобыча и эксплуатация биологических ресурсов, – в настоящее время интенсифицировался процесс использования акватории морским транспортом (особенно в акватории Керченской переправы), рекреацией и гидротехническим строительством (в частности, Керченского моста). А с учетом того, что Азово-Черноморский бассейн является внутренним водоемом с ограниченной ассимиляционной емкостью, такого рода антропогенные нагрузки, в конечном счете, могут привести к катастрофическим последствиям для его экосистемы.
Известно (Гуров и др., 2015), что одним из наиболее информативных объектов при экологическом мониторинге акваторий, особенно прибрежных, являются донные отложения. Поступающие в водоем на протяжении продолжительного времени загрязняющие вещества аккумулируются в донных осадках, являясь индикатором экологического состояния прибрежных экосистем и своеобразным интегральным показателем уровня загрязненности водных объектов. Кроме того, они активно участвуют в круговороте веществ и энергии и являются средой обитания многочисленных бентосных групп организмов.
Как максимально репрезентативные при экологической оценке качества исследуемых акваторий были выбраны прибрежные районы, в которых наиболее активна антропогенная деятельность, способствующая формированию в них особых экосистем Черного моря (Гуров и др., 2015). Изучение физических и химических свойств донных отложений Черноморского бассейна, а также процессов, проходящих в системе «вода – взвешенное вещество – донные осадки», является важной частью общей системы мониторинга прибрежных акваторий (Гуров и др., 2015). Для достаточно изученного Азовского моря, с учетом его замкнутости, небольшой глубины и усиленной антропогенной нагрузки, мониторинговые исследования являются едва ли не единственным способом принятия решений о сохранении его биопродуктивности.
Таким образом, целью работы стало исследование содержания в донных отложениях Азово-Черноморского бассейна (включая районы северо-западного шельфа, Южного берега Крыма (ЮБК), Керченского пролива, юго-западной части Азовского моря) хлороформ-экстрагируемых веществ (ХЭВ), нефтяных углеводородов (НУ), тяжелых металлов (ТМ).
Материалы
Пробы отбирались во время 83-го рейса НИС «Профессор Водяницкий» (январь – февраль 2016 г.) по сетке станций (рис. 1), расположенных вдоль крымского побережья Черного и Азовского морей. Глубина на точках отбора донных отложений в Черном море составляла от 24 до 83 м, за исключением глубоководной ст. 20 (1040 м). На станциях 16–19, расположенных в акватории Азовского моря, глубины не превышали 9–18 м.
Рис. 1. Схема расположения станций отбора проб во время 83-го рейса
НИС «Профессор Водяницкий»
Fig. 1. Scheme of the location sampling stations during the 83 th voyage
of SRS «Professor Vodyanitsky»
Донные отложения отбирали с помощью автоматического коробчатого дночерпателя (Box corer) с площади 25 × 25 см и дночерпателя «Океан-50». Для анализа использовали верхний 5 см слой. Все пробы упаковали в специальные контейнеры и маркировали. Всего отработано 11 проб в черноморской акватории (ст. 2–15, 20, 21) и 4 – в азовской (ст. 16–19).
Методы
В свежеотобранных пробах донных отложений на борту судна проводили измерение величин pH и Eh pH-метром-термометром «Нейтрон-pH». В лабораторных условиях осадки высушивали до воздушно-сухого состояния, растирали в ступе и часть пробы просеивали через сита с диаметром ячеек 0.25 мм для определения концентраций НУ и ХЭВ; для ТМ – через нейлоновое сито 0.071 мм. В подготовленных таким образом пробах определяли общее количество ХЭВ – весовым методом, НУ – методом инфракрасной спектрометрии на спектрофотометре ФСМ-1201 (Руководство…, 1977), валовое содержание металлов As, Cr, Co, Ni, Pb, Zn, V, Sr и оксидов металлов TiO2, MnO, Fе2O3 – методом рентгенофлуоресцентного анализа с применением спектрометра «Спектроскан Макс-G» (Методика…, 2002). Все полученные результаты для концентраций ХЭВ и НУ пересчитывали на 100 г воздушно-сухого донного осадка (возд.-сух. д. о.).
Построение градуировочных характеристик для ТМ проводили с использованием аттестованных образцов состава почвы: чернозема типичного (комплект СЧТ), дерново-подзолистой супесчанной почвы (комплект СДПС), красноземной почвы (комплект СКР), а также почвы серозема карбонатного (комплект ССК). Для проверки правильности построения градуировочных характеристик использовали контрольные образцы (Методика…, 2002) – государственные стандартные образцы ДСЗУ 163.1-98 и ДСЗУ 163.2-98.
В настоящее время не существует ПДК для содержания ТМ в морских донных отложениях. Поэтому концентрации микроэлементов в донных осадках обычно сравниваются либо с их кларками, либо с фоновыми значениями для изучаемых морских систем (Митропольский и др., 1982; Методика…, 2002). Корреляционный анализ проведен в программе MS Excel 2003.
Результаты
По полученным данным содержание ХЭВ в донных отложениях Черного моря колеблется в пределах от 10 до 110 мг/100 г возд.-сух. д. о., НУ на большинстве станций соответствовало следовым значениям (менее 5 мг/100 г) – от 1.7 до 10 мг/100 г. В Азовском море данные показатели несколько выше: для ХЭВ – от 107 до 187 мг/100 г, что соответствует III уровню загрязнения, тогда как НУ находились в тех же пределах, что и в Черном море (от 6.9 до 10.2 мг/100 г).
Наибольшие значения (табл. 1) содержания ТМ (цинка, кобальта, хрома) (44 % проб) в донных отложениях Черного моря отмечено на ст. 7, при этом количество стронция и мышьяка близко к максимальным значениям, отмеченным на предпроливной ст. 15. Максимальное количество стронция зафиксировано на ст. 15, что, скорее всего, связано с типом грунтов (ракушняк с примесью песка), а цинка – на ст. 21, в акватории канализационного коллектора г. Ялты. Тогда как свинец зафиксирован лишь на ст. 12 в районе Карадага. Минимальное содержание цинка, кобальта, хрома, ванадия и стронция отмечено на ст. 2 в акватории Каламитского залива, мышьяка – в заповедной акватории Карадага, никеля – в донных осадках ст. 15 перед входом в Керченский пролив.
Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в донных отложениях Черного и Азовского морей
| Элемент, мг/кг | Пределы колебаний | Среднее значение | Содержание в осадках шельфа* | |
| минимум | максимум | |||
Черное море |
||||
| Zn мг/кг | 50.1 | 144.0 | 81.0 | 48 |
| Ni, мг/кг | 24.7 | 49.0 | 40.1 | 42 |
| Co, мг/кг | 35.0 | 164.7 | 71.0 | 14 |
| Cr, мг/кг | 84.0 | 178.8 | 124.3 | 45–90 |
| V, мг/кг | 58.1 | 324.7 | 162.1 | 90 |
| As, мг/кг | 8.6 | 130.4 | 57.4 | 5 |
| Sr, мг/кг | 200.0 | 3085.0 | 666.1 | 300 |
| TiO2, % | 0.606 | 1.618 | 0.987 | 0.6–0.8 |
| Fе2O3, % | 3.161 | 10.350 | 6.298 | 5.08 |
| MnО, % | 0.028 | 0.056 | 0.041 | 0.38 |
Азовское море |
||||
| Zn мг/кг | 84.0 | 195.2 | 117.2 | 48 |
| Ni, мг/кг | 45.0 | 54.4 | 48.1 | 42 |
| Co, мг/кг | 30.8 | 300.3 | 115.5 | 14 |
| Cr, мг/кг | 103.7 | 259.7 | 155.2 | 45-90 |
| V, мг/кг | 98.6 | 421.3 | 200.3 | 90 |
| As, мг/кг | 0.5 | 60.7 | 42.2 | 5 |
| Sr, мг/кг | 174.6 | 433.0 | 276.2 | 300 |
| TiO2, % | 0.796 | 2.195 | 1.225 | 0.6–0.8 |
| Fе2O3, % | 5.292 | 16.060 | 8.612 | 5.08 |
| MnО, % | 0.053 | 0.083 | 0.073 | 0.38 |
Примечание. * – данные о концентрациях по: Митропольский и др., 1982, Добровольский, 2003.
В Азовском море на большинстве станций полученные значения превышали таковые для черноморской акватории, в частности, на ст. 16 зафиксированы максимальные содержания ТМ в исследованном регионе. Минимальная концентрация ТМ отмечена на ст. 17 (50 % показателей), цинка и никеля – на ст. 19, а мышьяка – на ст. 18.
Обсуждение
Известно, что береговая полоса морского шельфа подвержена углеводородному загрязнению больше других фаций. Постоянное поступление аллохтонного материала из различных источников приводит к их концентрированию в донных отложениях. А характер пространственного распределения загрязняющих веществ, в частности тяжелых металлов, обусловлен комплексом природных и техногенных факторов. И в первую очередь наличием, мощностью и режимом функционирования источников загрязнения.
Исследованные нами в рамках 83-й экспедиции НИС «Профессор Водяницкий» донные отложения соответствовали характерным для Крымского региона илистым осадкам с примесью ракушняка и песка, которые в значительной степени аккумулируют как природное органическое вещество, так и соединения аллохтонного происхождения. На некоторых станциях (ст. 9, 14, 16, 18, 20) был отмечен слабый запах сероводорода. Измельченность материала на черноморских станциях, слагающего донный осадок, закономерно увеличивалась с глубиной.
Активная реакция среды в донных отложениях Черного моря была слабощелочной, показатель рН колебался в пределах 7.53–7.82 (рис. 2), за исключением ст. 2 в районе Евпатории, где значение рН повышалось до 8.42, что, скорее всего, связано с типом осадков и близостью рекреационной зоны.
Рис. 2. Физико-химические показатели рН (A) и Еh (Б) донных отложений
Fig. 2. Physical and chemical parameters pH (A) and Еh (Б) in the sea bottom sediments
Окислительно-восстановительный потенциал непосредственно зависит от гранулометрического состава донных осадков (Миронов и др., 1992). Восстановительными условиями среды (отрицательным Eh) обладали донные отложения на двух станциях (ст. 16 – мелководная станция в Азовском море (11 м) и ст. 20 – самая глубоководная станция в Черном море (1040 м)) с показателями Eh -165 и -174 мВ соответственно (см. рис. 1). При этом морские грунты на ст. 16 отличались присутствием большого количества разложившейся органики и резким запахом сероводорода. Он также был отмечен и на ст. 20. Большинство донных осадков крымского побережья Черного моря имели окислительные условия среды: Eh = +82 … +210 мВ, за исключением ст. 5 со слабовосстановительными условиями (Eh = +3 мВ) в районе м. Тарханкут, что, по данным Миронова и др. (1992), является характерным для данного региона. Донные отложения Азовского моря имели слабовосстановленные условия среды (Eh = +1 … +44 мВ), за исключением, как было отмечено ранее, ст. 16. Данные условия способствуют накоплению углеводородов, т. к. при низком окислительно-восстановительном потенциале среды замедлены процессы преобразования битумоид.
Известно, что величина Eh зависит от рН. Для получения сравнимых данных в исследуемых донных осадках с различной величиной рН нами рассчитан показатель водородного потенциала (рис. 3) по формуле У. И. Кларка (rH2 = Eh/29 + 2рН) (Ганжара, 2001).
Рис. 3. Показатель водородного потенциала (rH2) донных отложений Черного и Азовского морей: I – окислительные процессы, II – преимущественно окислительные процессы, III – преимущественно восстановительные процессы, IV – восстановительные процессы
Fig. 3. Indicator of the hydrogen potential (rH2) in the sea bottom sediments of the Black and Azov Seas: I – oxidation processes, II – predominantly oxidation processes, III – predominantly restorative processes, IV – restorative processes
Существует градация (Ганжара, 2001), в соответствии с которой при rH2 выше 27 преобладают окислительные процессы, при 22–25 – восстановительные, а ниже 20 – интенсивные восстановительные. В нашем случае данный показатель на исследуемых станциях выше 27 не зафиксирован, что указывает на низкий уровень преобладания окислительных процессов. Восстановительные реакции характерны для донных отложений ст. 7, а на остальных rH2 < 20, т. е. происходят интенсивные восстановительные процессы (см. рис. 3).
Концентрация ХЭВ в донных осадках Черного моря колебалась от 10 до 110 мг/100 г возд.-сух. д. о. (рис. 4). Минимальные значения отмечены в акватории м. Ай-Тодор, а максимальные – на глубоководной ст. 20 и вблизи Ялтинского канализационного коллектора (ст. 21). Данные значения были практически идентичны и составили 110 и 106 мг/100 г соответственно. Полученные показатели в соответствии с концентрациями ХЭВ, по Миронову и др., (1986), относятся к III уровню загрязнения, хотя и близки к нижней его границе. Однако это свидетельствует о поступлении аллохтонных углеводородов в исследуемую акваторию. При этом содержание НУ в воде, по данным отдела морской санитарной гидробиологии (ОМСГ) Института морских биологических исследований (ИМБИ), на ст. 20 близко к 0. Это акватория открытого моря, где доминируют волновое перемешивание, и морская среда в зависимости от метеоусловий может стать непоказательной для подобного рода анализа. Что касается акватории в районе коллектора, то и в придонном, и в поверхностном слоях воды зафиксированы НУ. И хотя их концентрация была ниже ПДК, все же можно говорить о наличии источника поступления НУ в данном районе. Более высокие значения ХЭВ были отмечены в донных осадках Азовского моря, где они достигали 187 мг/100 г, а также на ст. 15 (72 мг/100 г) на входе в Керченский пролив со стороны Черного моря. Данные показатели можно объяснить большим объемом антропогенной нагрузки.
Рис. 4. Концентрация ХЭВ в донных отложениях крымского побережья
Fig. 4. Сoncentration of CES in the sea bottom sediments of the Crimean coast
Если же сравнивать полученные данные с материалами прошлых лет, то концентрации ХЭВ в донных отложениях вдоль побережья Крыма являются характерными для региона (Миронов и др., 1992). Однако, например, на ст. 12 в акватории Карадага ранее было отмечено содержание от 11 до 14 мг/100 г, тогда как нами – 16 мг/100 г. При этом ранее в литературных данных указывалось, что по сравнению с 1976 г. показатели завышены. То есть можно говорить, что повышенные (относительно 1976 г.) уровни ХЭВ сохраняются. При этом в целом донные осадки не загрязнены нефтепродуктами.
Для донных осадков Азовского моря максимальные зафиксированные значения (187 мг/100 г) соответствуют полученным нами в 2010 г. (186 мг/100 г) (Тихонова, Гусева, 2012). В целом концентрации ХЭВ не превышали отмеченных ранее и характерных для исследуемого района (для ракушняков – 20 мг/100 г, для пелитовых илов – до 230 мг/100 г (Миронов, 1996)). Полученные данные о характеристиках донных отложений соответствуют ранее описанным результатам и их можно характеризовать как природно-чистые (Крыленко, Крыленко, 2013; Тихонова и др., 2015).
Что касается нефтяного загрязнения, то оно минимально в акватории как Черного, так и Азовского морей. В основном на большинстве исследованных станций отмечены следовые количества (до 5 мг/100 г) (рис. 5). Однако в морских грунтах Азовского моря в 2010 г. лишь на 65 % обследованных станций концентрация НУ в донных осадках составляла менее 5 мг/100 г (Тихонова, Гусева, 2012), тогда как в настоящее время нами отмечены количества выше следовых на 100 % станций. Но данный уровень нефтяного загрязнения не превышал величин, характерных для чистых и слабозагрязненных акваторий Черного моря.
Рис. 5. Концентрация НУ в донных отложениях крымского побережья
Fig. 5. Сconcentration of OH in the sea bottom sediments of the Crimean coast
Максимальные значения НУ зафиксированы на ст. 15 (10.3 мг/100 г) при входе в Керченский пролив и на ст. 16 (10.2 мг/100 г) в Азовском море, что является закономерным для данной судоходной акватории. Если ранее в период 2007–2010 гг. (Тихонова, Гусева, 2012) отмечено некоторое снижение концентрации ХЭВ и НУ, то в настоящее время нами получены более высокие значения данных показателей. В причерноморском районе Керченского пролива содержание ХЭВ составило 72 мг/100 г, тогда как в 2010 г. – 30.2 мг/100 г; НУ – 10.3 мг/100 г, а в 2010 г. – 3.4 мг/100 г. То есть зафиксированные концентрации ХЭВ и НУ в 3 раза больше по сравнению с данными 2010 г. Это говорит о современных процессах накопления нефтяного загрязнения, связанных с хроническим поступлением нефтепродуктов в воды пролива и предпроливья.
Процентное содержание (рис. 6) НУ от ХЭВ колебалось в пределах от 1 до 31 %. Наибольшая доля НУ отмечена на ст. 5 и ст. 7, что говорит о том, что присутствующие углеводороды попали вследствие антропогенного воздействия. Это подтверждается и данными по концентрации НУ в поверхностном слое морской воды (данные ОМСГ ИМБИ), где в районах природоохранных объектов, в акватории м. Тарханкут отмечено превышение ПДК, а в районе м. Айя содержание нефтепродуктов было на уровне санитарной нормы. В акваториях других заповедников и заказников зафиксированы следовые количества НУ. Также хочется отметить, что в донных осадках Азовского моря соотношение НУ и ХЭВ одинаково на всех исследованных станциях и составляет 6 %.
Между содержанием ХЭВ и НУ также отмечена слабая корреляционная зависимость в донных отложениях Азово-Черноморской акватории (r = 0.5), тогда как при высоких их концентрациях в морских грунтах портовых акваторий эта зависимость более тесная (Рубцова и др., 2013).
Рис. 6. Процентное содержание НУ от ХЭВ
Fig. 6. Percentage of OH from CES
Таким образом, учитывая полученные данные по содержанию ХЭВ, НУ, а также физико-химические показатели донных отложений, можно резюмировать, что в настоящее время (2016 г.) донные осадки открытого черноморского побережья Крыма обладают свойствами, типичными для морских грунтов исследованного региона, что свидетельствует о благополучном состоянии исследованных акваторий в целом. Донные отложения Черного моря менее загрязнены органическими веществами (I–II уровень), чем Азовского моря (III уровень). Исключение в черноморской акватории составили глубоководная ст. 20 и ст. 21 вблизи ялтинского канализационного коллектора. При этом полученные значения ХЭВ находились на нижней границе III уровня. В целом отмечена тенденция к постепенному увеличению ХЭВ в акватории черноморского побережья, однако при этом донные осадки не загрязнены нефтепродуктами.
На поступление и существование загрязняющих веществ техногенной природы в илистые донные отложения с примесью детрита указывают высокие концентрации в них и других поллютантов. Максимальные значения таких микроэлементов, как цинк, никель, кобальт и хром, зафиксированы на мелководной ст. 16 в Азовском море, где морской грунт был представлен как раз илами с большим количеством ХЭВ. Максимальное содержание Zn, которое составило 195 мг/кг, превышает его среднюю концентрацию (140 мг/кг) в донных отложениях шельфовой зоны (Митропольский и др., 1982). Ранее (Котельянец, Коновалов, 2012) содержание данного элемента в районе предпроливной зоны Керченского пролива (ст. 15) составляло 90 мг/кг, тогда как в настоящее время – почти в 2 раза меньше (51.2 мг/кг). С учетом того, что цинк является «универсальным загрязнителем», входящим в состав техногенных потоков почти всех источников (Емельянов и др., 2004), то в этой антропогенно-нагруженной акватории он фиксировался повсеместно (Совга и др., 2008). По данным авторов (Котельянец, Коновалов, 2012), минимальное содержание Zn в донных отложениях Керченского пролива по сравнению с 2005 г. увеличилось в 1.5 раза, хотя его максимальное содержание в 2007 и 2008 гг. не превышало показателей 2005 г. То есть можно говорить о неравномерном распределении данного элемента в указанной акватории. В Черном море зафиксировано превышение содержания Zn в донных отложениях шельфовой зоны на ст. 7, на остальных станциях средняя концентрация составила 73.97 мг/кг, что почти в 2 раза меньше относительно содержания в шельфе моря.
На 100 % станций в Азовском море отмечено превышение содержание Ni (с максимальным значением на ст. 16 – 54.41 мг/кг), средних концентраций в осадках шельфа (42 мг/кг) (Емельянов и др., 2004). Как известно, никель способен накапливаться в донных отложениях, в непосредственной близости от основных источников поступления (Мур, Рамамурти, 1987). Как указано в работе (Никаноров, 1989), накопление Ni в донных отложениях, особенно прибрежной зоны, коррелирует с активностью промышленных и бытовых источников загрязнения. В Черном море отмечено превышение данного показателя на 36 % станций, с максимальными показателями на ст. 7 (46 мг/кг) и ст. 21 (49 мг/кг). На предпроливной ст. 15, так же как и для цинка, зафиксировано некоторое снижение концентрации никеля (25 мг/кг против 37 мг/кг (Котельянец, Коновалов, 2012)). Слабая зависимость отмечена между концентрациями цинка и никеля в донных отложениях и ХЭВ (r = 0.5).
На всех исследованных станциях азово-черноморского побережья отмечено превышение концентраций кобальта над средними значениями для шельфа – 14 мг/кг (Митропольский и др., 1982). Повышенное содержание Со в верхнем слое донных отложений имеет место на ст. 7 (165 мг/кг), ст. 8 (122 мг/г), максимальное содержание данного микроэлемента (300 мг/кг) определено на ст. 16, что в 21 раз превышает его среднее содержание.
Распределения хрома и кобальта соответствуют друг другу. И концентрация Cr, так же как и Со, на всех станциях превышает средние значения шельфа (45–90 мг/кг), за исключением черноморской ст. 2, где его концентрация близка к верхней границе нормативных величин (84 мг/кг). Обычно рост содержания Cr характерен для мест скопления плавсредств и в акваториях портов (Емельянов и др., 2004). Максимальное содержание хрома (260 мг/кг) определено на ст. 16. Максимальная концентрация данного металла превышает ориентировочные ПДК почти в 2.5 раза.
Повышенные концентрации ванадия в основном приурочены к прибрежным районам моря. Практически на всех станциях, кроме ст. 2, содержание V превышает значения данного элемента в шельфовой зоне Черного моря (Митропольский и др., 1982). Максимальная концентрация в Азовском море также отмечена на ст. 16 (421.3 мг/кг), а в Черном море – на ст. 7 (324.7 мг/кг).
Согласно Митропольскому и др., 1982, содержание мышьяка в верхнем слое донных отложений Черного моря от 0 до 130.4 мг/кг. Полученные данные соответствуют отмеченным ранее, однако нижний предел несколько выше – 8.6 мг/кг. Средние величины в Черном море больше, чем в Азовском, – 55.4 и 42.2 мг/кг соответственно. При этом на ст. 2, 12, 18 концентрация As была ниже предела обнаружения методом РФА (< 20 мг/кг). В то же время, согласно Перельман (1989), кларк мышьяка составлял 1 мг/кг, и поэтому исследованные пробы донных отложений Крымского региона можно считать обогащенными данным элементом, за исключением ст. 2, 12, 18. Максимальное содержание мышьяка в предпроливной зоне Керченского пролива характеризует антропогенную нагрузку на данную акваторию, возможно, в связи с влиянием дампинга в этом районе.
Концентрация стронция в черноморских донных отложениях колеблется в пределах 200 (ст. 2) – 647.4 (ст. 8) мг/кг, за исключением ст. 15, где было отмечено максимальное содержание – 3085 мг/кг, которое, возможно, связано с большей способностью мелкодисперсных осадков к накоплению различных контаминантов (Лукьянов и др., 2011). С учетом того, что, по Перельман (1989), кларк составляет 510 мг/кг, в Черном море величины выше данного показателя отмечены на 36 % станций, тогда как в Азовском не превышали его на 100 % станций.
В донных отложениях исследуемых акваторий концентрация свинца была ниже предела обнаружения методом РФА (Методика…, 2002). Однако в районе заповедника «Карадаг» он обнаружен, хотя и в минимальных концентрациях. Тем не менее, по данным Суровой, Кузнецовой (2002), в 2000 г. в пробах воды из источников Гяур-Чешме в Долине Роз, а также в пробах колодезной воды на территории биостанции было обнаружено превышение концентрации свинца более чем в 10 раз (ПДК 0.1 мг/л), тогда как исследования 2001 г. в пресной и морской водах не выявили его. То есть источник Pb является непостоянным. Но, несмотря на наличие данного вида загрязнения, в настоящее время Карадаг по сравнению с другими участками Черного моря характеризуется полнотой и разнообразием донных гидробионтов (Киселёва и др., 2002).
Среднее содержание Mn в донных отложениях Черного моря составило 0.041 %, максимум (0.056 %) был определен на глубоководной ст. 20, в Азовском – 0.073 % при максимуме 0.083 % на ст. 18. Но концентрация данного элемента существенно меньше его фоновых значений в донных осадках Черного моря (Митропольский и др., 1982).
Пространственное распределение Ti и Fe характеризуется минимальными концентрациями в акватории Каламитского залива (ст. 2) и повышенными в прибрежной акватории м. Айя (ст. 7), предпроливной части Черного (ст. 15) и Азовского морей (ст. 16). Среднее содержание Ti составляет в Черном море 0.987 %, а максимальное (1.618 %, ст. 7) на 39 % выше и превышает среднее на 36 % станций. В Азовском море концентрация Ti фактически на всех станциях выше его содержания в осадках шельфа. Тогда как содержание Fe в Азовском море, так же как и Ti, превышает предельные значения. В Черном море данные показатели несколько ниже. Что касается оксидов титана, если сравнивать с кларком титана в земной коре (0.56 %) (Чертко, Чертко, 2008), то в морских грунтах на всех станциях содержание оксидов титана выше. Титан накапливается преимущественно с железом и корреляционная зависимость между TiO2 и Fе2O3 высокая (r = 0.97).
Процессы аккумуляции ТМ в донных отложениях обусловлены многими факторами, интенсивность которых зависит от химического, гранулометрического их состава, рН, Eh среды и др. Соотношение окислительно-восстановительных процессов при этом является одним из ведущих факторов. Однако проведенный нами анализ зависимости концентрации ТМ в морских осадках и водородного показателя корреляционной связи не выявил (r < -0.4), тогда как для ХЭВ отмечена обратная зависимость (r = -0.75). При этом можно отметить, что на станциях с максимальными концентрациями ТМ отмечены отличные от других параметры Eh (ст. 7 в Черном море и ст. 16 в Азовском). На глубоководной ст. 20 такое явление не прослеживается.
По данным Мур, Рамамурти (1987), можно выделить соединения, в форме которых ТМ локализуются в донных отложениях. Например, основные запасы цинка ассоциированы с оксидами железа и марганца. Т. С. Папина (2001) и Т. А. Кремлёва с соавт. (2014) также считают, что основными путями накопления тяжелых металлов в донных осадках являются их соосаждения с гидроксидами железа и марганца.
В целом по показателям загрязнения ТМ в Азовском море на большинстве станций полученные значения превышали таковые для черноморской акватории. В акватории Черного моря по степени загрязненности грунтов выделяются донные отложения ст. 7, тогда как в Азовском – ст. 16. Но если в последнем регионе это закономерно с учетом уровня антропогенной нагрузки и природных условий (малые глубины, гранулометрический состав и т. д.), то для акватории заказника «Мыс Айя» это не является характерным. По-видимому, увеличение концентрации ТМ в донных осадках связано с техногенным загрязнением, привносимым субмаринной разгрузкой загрязненных подземных вод (Юровский и др., 2012). В районе м. Айя находятся подводные выходы грунтовых вод, ориентировочный суммарный дебит источников которых – 1915 м3/сутки (Иванов и др., 2008). Дело в том, что в данных областях возникают геохимические барьеры, способствующие накоплению токсических веществ в системе «вода – порода». Широко известны примеры такого накопления тяжелых металлов в донных отложениях у о. Лонг-Айленд (США) (Юровский и др., 2012).
Заключение
- В настоящее время донные осадки открытого черноморского побережья Крыма, в соответствии с содержанием ХЭВ и физико-химическими показателями, обладают свойствами, типичными для морских донных отложений. Это свидетельствует о благополучном состоянии исследованных акваторий в целом. Донные отложения Черного моря относятся к I–II уровням загрязнения по концентрации ХЭВ, за исключением глубоководных участков и акватории вблизи ялтинского канализационного коллектора, при этом полученные значения находятся на нижней границе III уровня, тогда как для Азовского моря характерен III уровень. В целом можно говорить о тенденции к постепенному увеличению содержания ХЭВ в акватории черноморского побережья, но при этом донные осадки не загрязнены нефтепродуктами.
- Полученные концентрации ТМ свидетельствуют о том, что их содержание изменяется в широких диапазонах и зоны их повышенных значений не всегда определяются близостью к источнику загрязнения. В Азовском море на большинстве станций полученные концентрации ТМ превышали таковые для черноморской акватории, в частности, на некоторых полигонах зафиксировано их максимальное содержание в исследованном регионе. Концентрации Zn, Co и Cr, V превышают их естественное содержание в осадках шельфа во всех исследованных районах (за исключением акватории Каламитского залива), а Ni – в акватории Азовского моря, что указывает на наличие источников антропогенного загрязнения.
Библиография
Ганжара Н. Ф. Почвоведение . М.: Агроконсалт, 2001. 392 с.
Гуров К. И., Овсяный Е. И., Котельянец Е. А., Коновалов С. К. Факторы формирования и отличительные особенности физико-химических характеристик донных отложений Балаклавской бухты (Черное море) // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 4. С. 51–58.
Добровольский В. В. Основы биогеохимии . М.: Academia, 2003. 397 с.
Емельянов В. А., Митропольский А. Ю., Наседкин Е. И. и др. Геоэкология Черноморского шельфа Украины . К.: Академпериодика, 2004. 143 c.
Иванов В. А., Прусов А. В., Юровский Ю. Г. Субмаринная разгрузка подземных вод у м. Айя (Крым) // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2008. № 3. С. 65–75.
Киселёва Г. А., Кулик А. С., Гаджиева В. В. Зооценоз цистозиры района Карадагского заповедника // Заповедники Крыма. Биоразнообразие на приоритетных территориях: 5 лет после Гурзуфа: Материалы 2-й научной конференции. Симферополь, 2002. С. 58–60.
Котельянец Е. А., Коновалов С. К. Тяжелые металлы в донных отложениях Керченского пролива // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 4. С. 50–60.
Кремлёва Т. А., Шавнин А. А., Паничев С. А. Характер распределения микроэлементов в донных отложениях с низким содержанием органического вещества в озерах Западной Сибири // Вестник Тюменского государственного университета. Химия. 2014. № 5. С. 26–35.
Крыленко М. В., Крыленко В. В. Научное обеспечение сбалансированного планирования хозяйственной деятельности на уникальных морских береговых ландшафтах и предложения по его использованию на примере Азово-Черноморского побережья // Отчет по НИР. 2013. Т. 7. Азовское море / Южное отделение Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН. Геленджик, 2013. С. 1157.
Лукьянов С. А., Лебедев А. А., Шварцман Ю. Г. Гранулометрический состав донных отложений и его распределение в устьевой зоне р. Северной Двины // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия: Естественные науки. 2011. № 2. С. 13–19.
Методика выполнения измерений массовой доли металлов и оксидов металлов в порошковых пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа, регламентированная в документе М049-П/02 . СПб.: ООО «Спектрон», 2002. 16 с.
Миронов О. Г. Санитарно-биологическая характеристика Азовского моря // Гидробиологический журнал. 1996. Т. 32. № 1. С. 61–67.
Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Дивавин И. А. Санитарно-биологические исследования в Черном море / АН УССР, Ин-т биологии южных морей. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. 115 с.
Миронов О. Г., Миловидова Н. Ю., Кирюхина Л. Н. О предельно допустимых концентрациях нефтепродуктов в донных осадках прибрежной зоны Черного моря // Гидробиологический журнал. 1986. Т. 22. № 6. С. 76–78.
Митропольский А. Ю., Безбородов А. А., Овсяный Е. И. Геохимия Черного моря . К.: Наукова думка, 1982. 114 с.
Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах : Пер. с англ. М.: Мир, 1987. 310 с.
Никаноров А. М. Гидрохимия . Л.: Гидрометиздат, 1989. 351 с.
Папина Т. С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода – взвешенное вещество – донные отложения речных экосистем : Аналитический обзор. Сер. Экология. Вып. 62 / ГПНТБ СО РАН; ИВЭП СО РАН. Новосибирск, 2001. 58 с.
Перельман А. И. Геохимия . М.: Высшая школа, 1989. 528 с.
Петренко О. А., Жугайло С. С., Авдеева Т. М. Результаты многолетних исследований уровня загрязнения морской среды Азово-Черноморского рыбохозяйственного бассейна // Труды ЮгНИРО. 2015. Т. 53. С. 4–18.
Рубцова С. И., Тихонова Е. А., Бурдиян Н. В., Дорошенко Ю. В. Оценка экологического состояния севастопольских бухт по основным химическим и микробиологическим критериям // Морск. экол. журн. 2013. № 2. Т. ХII. С. 38–50.
Руководство по методам химического анализа морских вод / Под ред. С. Г. Орадовского. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 118–131.
Совга Е. Е., Башкирцева Е. В., Степаняк Ю. Д. Экологическое состояние акватории Керченского пролива до катастрофических событий ноября 2007 г. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2008. № 17. С. 184–193.
Сурова Н. А., Кузнецова Е. Ю. Исследование антропогенного загрязнения природных экосистем Карадага // Материалы 2-й научной конференции «Заповедники Крыма. Биоразнообразие на приоритетных территориях: 5 лет после Гурзуфа». Симферополь, 2002. С. 146–148.
Тихонова Е. А., Бурдиян Н. В., Соловьёва О. В., Дорошенко Ю. В. Химические и микробиологические показатели донных отложений Керченского пролива после аварии судна «Волгонефть-139» // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. М.: ВНИИОЭНГ, 2015. № 4. С. 12–16.
Тихонова Е. А., Гусева Е. В. Динамика нефтяного загрязнения донных осадков и прибрежных наносов Керченского пролива после аварийного разлития мазута в ноябре 2007 г. // Современные рыбохозяйственные и экологические проблемы Азово-Черноморского региона: Материалы 7-й междунар. научн. конференции. Керчь, 2012. Т. 1. С. 253–255.
Чертко Н. К., Чертко Э. Н. Геохимия и экология химических элементов: Справочное пособие . Минск: Издательский центр БГУ, 2008. 140 с.
Юровский Ю. Г., Юровская Т. Н., Прусов А. В. Проблемы оценки экологического состояния донных отложений и субмаринная разгрузка подземных вод // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. Вып. 26 (1). С. 58–63.
© 2011 - 2024