CC BY
4УДК 550.46 Хозяйственная деятельность и гидросфера
ВАК 04.00.02 Геохимия
Динамика накопления тяжелых металлов донными осадками водоема в зоне влияния ТЭЦ
Dynamics of heavy metals accumulation by bottom sediments of the water body in the TPP impact area
Стародымова Д.П.1, Шевченко В.П.1, Кокрятская Н.М.2, Алиев Р.А.3
Dina P. Starodymova1, Vladimir P. Shevchenko1, Natalia M. Kokryatskaya2, Ramiz A. Aliev3
1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН (Москва, Россия) 2Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН (Архангельск, Россия) 3Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
(Москва, Россия)
Представлены результаты исследования содержания тяжелых металлов в донных осадках (ДО) малого озера, расположенного вблизи Архангельской ТЭЦ. В 1970-2010 гг. содержание ряда тяжелых металлов возрастало, а позже оно уменьшилось, вероятно, в результате перехода ТЭЦ на использование в качестве топлива природного газа вместо мазута. Загрязнение ДО озера тяжелыми металлами является умеренным.
Ключевые слова: озерные осадки; атмосферный перенос; техногенное загрязнение; тяжелые металлы; эмиссии ТЭЦ
Введение
Атмосферный перенос - важный путь поступления рассеянного осадочного вещества и микроэлементного загрязнения в океаны, моря и озера (Church et al., 1990). Озерные отложения промышленно развитых регионов хорошо изучены в отношении накопления таких тяжелых металлов (ТМ) как Cu, Ni, Zn, Pb и др. (Gelinas et al., 2000; Smol, 2002; Dauvalter et al., 2010; Gashkina et al., 2015), которые поступают в результате атмосферного переноса.
Донные отложения (ДО) озер, как правило, аккумулируют все виды загрязнений, поэтому могут служить естественными архивами и используются для реконструкции экологической обстановки прошлого (Johansson et al., 1995). Уникальной особенностью озерных отложений является то, что скорость накопления донных осадков в них в десятки, а иногда и сотни раз выше, чем в прилегающих морях, то есть разрешение
© Стародымова Д.П., Шевченко В.П., Кокрятская Н.М., Алиев Р.А., 2023
стратиграфических методов здесь гораздо выше, чем в морях (Smol, 2002; Wolfe et al., 2004; Шевченко и др., 2012; Shevchenko et al., 2022). Исследования озерных осадков для оценки истории поступлений загрязняющих веществ в результате хозяйственной деятельности человека регулярно проводятся на территории Мурманской области и Республики Карелия (Dauvalter et al., 2010; Rognerud et al., 2013; Слуковский, Даувальтер, 2020). Зачастую в таких работах исследуется влияние техногенного загрязнения от объектов металлургической промышленности, транспортной инфраструктуры и предприятий топливно-энергетического комплекса. В работе (Slukovskii, 2023) было показано, что в озерных осадках, подверженных влиянию выбросов ТЭЦ, отмечаются экстремально высокие содержания ванадия, однако в отношении других металлов влияние выбросов ТЭЦ на озерные осадки остается малоизученным. Архангельская ТЭЦ была запущена в 1970 г., а в 2011 г. в результате модернизации произошел переход на использование природного газа в качестве топлива вместо мазута (Состояние..., 2016).
Материалы и методы
ДО безымянного озера были отобраны 11.03.2021 г. с глубины 1,5 м (64°34,875' с.ш., 40°38,876' з.д.) с помощью ударной прямоточной грунтовой трубки (Aquatic Research Instruments). Расстояние до Архангельской ТЭЦ от озера составляет 2,5 км (рис. 1). Одновременно было отобрано несколько кернов длиной от 9 до 24 см. Сразу после отбора керны ДО были последовательно разделены на слои толщиной 13 см. Колонки 9 и 15 см были разделены на слои по 1 см и проанализированы на содержание гамма-активных радионуклидов и элементный состав соответственно, а колонка 24 см - на слои по 3 см и проанализирована на содержание общего и органического углерода. Все отобранные пробы помещали в полиэтиленовые пакеты, из которых для предотвращения окисления проб максимально отжимался воздух.
Рис. 1. Схема расположения Архангельской ТЭЦ и изученного озера Fig. 1. Schematic map of Arkhangelsk CHPP and the studied lake
Определение общего (Собщ) и органического (Сорг) углерода проводили с использованием анализатора элементного состава (однореакторный вариант, конфигурационный набор CHN) EuroEA3000 (Eurovector, S.p.A., Италия). При определении Сорг содержащийся в пробе в виде карбонатов неорганический углерод предварительно переводили в диоксид углерода обработкой 20%-ной соляной кислотой с последующей промывкой пробы водой до нейтральной реакции. Диапазон измерения массовой доли элемента составляет от 0,01 до 100%. Среднее квадратичное отклонение случайной составляющей погрешности измерений составляло 0,3%.
Разложение образцов производили смесью концентрированных кислот (HCIO4, HF, HNO3, HCl, H3BO3) в открытой системе. Для контроля дрейфа приборов использовали внутренний стандарт (In). Аналогичным образом были обработаны холостые образцы и стандарты ST-2a CRM № 8671-2005 (траппы) и BHVO-2 (базальты). Для определения элементного состава применялись методы оптико-эмиссионной спектроскопии (ИСП-ОЭС) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Для атомно-эмиссионного определения использовали спектрометр «iCAP-6500» фирмы «Thermo Scientific» (США). Для ИСП-МС использовали масс-спектрометр «Х-7» фирмы «Thermo Elemental» (США). Этими методами были измерены концентрации следующих элементов: Na, Mg, Al, P, S, K, Ca, Ti, Mn, Fe (ИСП-ОЭС) Li, Be, B, Sc, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Nb, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, РЗЭ, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Bi, Th и U (ИСП-МС).
Относительное стандартное отклонение для всех элементов, определенных методом ИСП-ОЭС, не превышало 0,2 при измерении содержания этих элементов до 5*ПО и 0,1 при измерении содержания более 5*ПО, где ПО - предел обнаружения. Относительное стандартное отклонение для всех элементов, измеренных ИСП-МС, не превышало 0,3 при измерении содержания этих элементов до 5*ПО и не превышало 0,15 при измерении содержания >5*ПО.
С целью измерения радиоактивности высушенные образцы ДО массой ~1-8 г помещали в контейнер стандартной геометрии и измеряли спектр гамма-излучения на детекторе HPGe GEM-C5060P4-B (Ortec) в течение ~ 90 000 с. Радиоактивность 210Pb определяли по гамма-линии 46,5 кэВ, 137Cs - по линии 661,6 кэВ. Для калибровки эффективности использовались стандартные материалы IAEA 447 (мох-почва) и IAEA 448 (почва с нефтяного месторождения). Спектры обрабатывались с помощью программы SpectraLine, Россия. Активность 226Ra, определенная по гамма-линии 214Bi 609 кэВ, была ниже предела обнаружения во всех образцах (<30 Бк/кг). Поэтому все 210Pb считались неравновесными.
Определение скорости седиментации проводилось в соответствии с моделью постоянной начальной концентрации (Krishnaswamy et al., 1971; Robbins, Edgington, 1975; Aliev et al., 2007), в которой предполагается, что постоянны как скорость седиментации, так и удельная активность осажденного материала. Для датирования по 210Pb мы использовали верхнюю часть вертикального профиля, в которой изменение активности 210Pb наиболее выражено. Вертикальный профиль техногенного 137Cs использовался в качестве дополнительного подтверждения датировки.
Для оценки источников поступления вещества были рассчитаны коэффициенты обогащения (КО) относительно среднего состава земной коры (Rudick, Gao, 2003) по формуле:
КО = (ЭлШ)образец / (ЭлШ)з. к.,
где Эл/Al - это отношение содержания элемента и алюминия в образце и земной коре (з.к.) соответственно. Низкие значения КО (ниже 3) говорят о преимущественно литогенном источнике поступления элемента.
Для оценки уровня загрязнения озер тяжелыми металлами были рассчитаны коэффициент загрязнения (Cf) (Hakanson, 1980) и индекс геоаккумуляции (Igeo) (Müller, 1979) в ДО по следующим формулам:
Cf = C он, Igeo = log2(Cx/1,5C,OH),
где Сх - это содержания ТМ в исследуемом слое ДО, а Сфон - в фоновом (доиндустриальном) прослое, за который мы приняли прослой 14-15 см. Значения Cf > 1 и Igeo > 0 свидетельствуют об антропогенном загрязнении.
Математическая обработка полученных данных включала в себя вычисление коэффициента корреляции Пирсона, а также анализ методом главных компонент (МГК), который был выполнен с помощью программы Statistica7.
Результаты
Донные отложения озера около ТЭЦ представлены в основном пелито-алевритовым илом, цвет которого постепенно меняется от коричневого в верхней части колонки до темно-серого в нижней.
Доля Сорг в общем содержании углерода составляет в среднем 64,3%, она остается стабильно высокой в пределах первых 12 см (74-86% от Собщ) и незакономерно изменяется в нижележащих слоях отложений (от 14 до 74%), что может свидетельствовать о его неравномерном поступлении в ДО. На горизонте 12-15 см количество Сорг уменьшается до 1,76%.
8 12 16 20 40 80 120 0.12 0.18 0.24 0.28 0.36 0.44 10 12 14
Al203, Copr% V, мкг/г Cd, мкг/г Sb, мкг/г Pb, мкг/г
Рис. 2. Вертикальное распределение АЬОз, Сорг, V, Cd, Sb и Pb в донных осадках
Fig. 2. Vertical distribution of АЬОз, ^rg, V, Cd, Sb and Pb in bottom sediments
В толще ДО происходит закономерное убывание Собщ и Сорг в направлении сверху вниз - от 17,4 до 10,5% и от 12,9 до 5,4% соответственно. Наоборот, содержание AhO3
75
увеличивается с глубиной от 8,4 до 10,4% (рис. 2). Аналогичное вертикальное распределение характерно для №а, Mg, К, Ca, Т^ Fe, а также для ряда микроэлементов (У, Co, Ga, Rb, Sr, Y, Cs и пр.). Для V, № и других микроэлементов характерно распределение с ярко выраженным пиком содержаний на глубинах 1-3 см (рис. 2). Содержание V меняется в диапазоне от 58,1 до 110, № - от 27,5 до 44,7, а РЬ - от 10,4 до 13,5 мкг/г. Расчет коэффициентов корреляции Пирсона показал, что для группы элементов Мп, Со, Rb, Sr, Y, редкоземельные элементы есть значимые корреляции с алюминием, при существующей значимой отрицательной корреляции с Сорг. Для S, №, 2п, As, Мо, Сё, Sb, РЬ, Б^ и выявлены значимые положительные корреляции с ванадием (рис. 3).
0,5
к
t о
е; ш о. о.
о *
-0,5
а)
Ï
¥
Г"
Г"^-1 I I Ш I Ш I I
I'
гт
оо с m > о
и с и .Q >- отз-аго-ай
^ 3
S "
<3 5?
и
1,00
0,50
к s
I 0,00
. .
о
-0,50
-1,00
б)
I-----1
I
1
I
ИIПИПIIIIII
ОО с ш > о ^ LL. и
з отз-Q л .а ¡5
F 3
£ ^ о П5
и ^ и
1
Рис. 3. Значения коэффициентов корреляции Пирсона между элементами и (а) Al и (б) V. Критические значения коэффициента корреляции для выборки такого размера составляет 0,64 (при p=0,01)
Fig. 3. Pearson correlation coefficients between elements and (a) Al and (b) V. The critical values of the correlation coefficient for a dataset is 0,64 (for p=0,01).
Скорость седиментации, оцененная по 210Pb, составляет 0,83 мм в год. Оценка подтверждается распределением 137Cs с максимумом примерно ~ 30-35 лет назад (рис. 4), что соответствует времени аварии на Чернобыльской АЭС. При такой скорости
осадконакопления возраст верхних 15-см слоя донных осадков озера составляет порядка 180 лет.
LQ
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
г 137Cs
1 i j
ii
1 ■ ll
1 1 1 i i
L i i 11 - i
10
см
Рис. 4. Распределение радионуклида 137Cs в донных осадках озера.
Fig. 4. Distribution of the radionuclide 137Cs in lake sediments.
Метод главных компонент позволил выделить два основных фактора, которые в сумме внесли около 85% в общую дисперсию (48,6 и 37,2% соответственно) (рис. 5). ГК1 имеет наибольшие положительные нагрузки на следующие элементы: S, V, Zn, Mo, Cd, As, U, Ni, Sb, Pb, Bi (рис. 5). ГК2 имеет положительные нагрузки практически для всех элементов кроме Сорг и Cu. Наибольшие значения ГК1 получены для верхнего интервала ДО 0-5 см, где содержания элементов с положительными нагрузками этого фактора наиболее высоки. ДО из прослоев глубже 5 см располагаются вдоль проекции оси ГК2, что можно трактовать как линию смешения между литогенным и органогенным веществом.
Рис. 5. Результаты анализа методом главных компонент: (а) нагрузки двух первых главных компонент на элементы; (б) значения главных компонент для разных образцов
Fig. 5. Results of principal component analysis: (a) loadings of the first two principal components on the elements; (b) principal component values for different samples
0
2
4
6
8
Обсуждение
Распределение ТМ в колонке ДО является типичным для малых озер севера России и мира. Подобные закономерности распределения Pb и Cd были выявлены на территории Мурманской и Архангельской областей, Республики Карелия, скандинавских стран и др. (Hakanson, 1980; Johansson et al., 1995; Моисеенко и др., 1997; Dauvalter et al., 2010; Шевченко и др., 2012, 2021; Rognerud et al., 2013; Стародымова и др., 2016). Основным механизмом поступления этих металлов в окружающую среду является атмосферный перенос, как от локальных, так и удаленных источников эмиссий (Виноградова, Котова, 2016, 2018; Vinogradova et al., 2017).
Ранее отмечалось, что повышенное накопление V в ДО озер происходит преимущественно в городах или вблизи населенных пунктов, что связано с эмиссиями ТЭЦ, которые работают на мазуте или на угле, а за пределами городов избыточного накопления V не выявлено (Slukovskii, 2023). В отличие от других ТМ, которые могут переноситься на существенно большие расстояния, V может служить индикатором локального загрязнения от ТЭЦ и даже быть использован для датировки ДО, поскольку маркирует начало работы ТЭЦ.
Увеличение содержаний V и других элементов, которые имеют значимые коэффициенты корреляции между собой, происходит приблизительно начиная с 1970-х гг. ХХ в., что совпадает с началом работы Архангельской ТЭЦ. Некоторое снижение содержаний этих элементов происходит в верхнем слое, период образования которого составляет порядка 12 лет, что совпадает со временем перехода ТЭЦ на природный газ.
По данным Слуковского З.И. (Slukovskii, 2023) средние содержания ванадия в верхнем 10-см слое ДО озер, расположенных в пригороде Архангельска, составляет от 30 до 46 мкг/г. Наибольшее содержание ванадия (228 мкг/г) было выявлено в озере, расположенном в пригороде на расстоянии 20 км от ТЭЦ. В целом, данные по содержанию ванадия в ДО малых озёр Архангельской области показали небольшое обеднение этим элементом относительно среднего состава земной коры, однако небольшое увеличение содержаний в верхних частях колонок. По сравнению с ДО озер фоновых районов Кольского полуострова и Скандинавии, ДО озера около Архангельской ТЭЦ обогащены V и Cr, но по других ТМ находятся на фоновом (или ниже фонового) уровне (рис. 6).
Рис. 6. Сопоставление содержаний тяжелых металлов в донных осадках озер: (1) озеро у ТЭЦ в Архангельске, слой 1-2 см (данная работа); (2) фоновые районы южной Норвегии (Rognerud et al., 2000); (3) фоновые районы Кольского полуострова (Rognerud et al., 2013). Fig. 6. Comparison of heavy metal contents in lake sediments: (1) lake near the thermal power plant in Arkhangelsk, 1-2 cm layer (this paper); (2) background areas of southern Norway (Rognerud et al., 2000); (3) background areas of the Kola Peninsula (Rognerud et al., 2013).
Коэффициенты обогащения практически для всех изученных элементов не превышают значения 3, а значит, состав изученных ДО близок к среднему составу верхней части континентальной земной коры. Повышенные значения КО получены для кадмия и серы, что свидетельствует о дополнительном антропогенном источнике поступления этих элементов.
Значения коэффициентов загрязнения (таблица) в прослое 1-2 см свидетельствуют об умеренном уровне загрязнения такими элементами, как V, Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Sb, Pb. В то же время значения индекса геоаккумуляции показывают только умеренное загрязнение V и Ni. Умеренный уровень антропогенного загрязнения, несмотря на близость к ТЭЦ, был также выявлен в работе (Slukovskii, 2023). Коэффициенты обогащения практически для всех изученных элементов не превышают значения 3, а значит изученные ДО близки к среднему составу земной коры. Повышенные значения КО получены для кадмия и серы, что свидетельствует о дополнительном источнике поступления этих элементов. Таким образом, поступление выбросов ТЭЦ в окружающую среду зависит не только от расстояния, но также и от преобладающих ветров. Другой причиной умеренного обогащения ДО озера ТЭЦ может быть существенный (по сравнению с атмосферной поставкой) вклад литогенного вещества, которое поступает с водосбора озера за счет размыва почв.
Таблица. Значения геохимических индексов: коэффициент загрязнения (Cf), индекс геоаккумуляции (Igeo), коэффициент обогащения (КО), вычисленные для слоя осадков 1-2 см
Table. Values of geochemical indices: contamination factor (Cf), geoaccumulation index (Igeo), enrichment
factor (EF) calculated for 1-2 cm sediment layer
Элемент V Cr Co Ni Cu
Cf 1-2 1,81 1,22 1,03 1,62 1,40
Igeo 0,27 -0,29 -0,54 0,11 -0,10
КО 1,88 1,12 0,95 1,57 1,55
Элемент Zn As Cd Sb Pb
Cf 1-2 1,26 1,55 1,48 1,32 1,25
Igeo -0,25 0,05 -0,02 -0,19 -0,26
КО 2,15 2,30 3,94 1,69 1,29
Выводы
Донные осадки (ДО) водоемов хранят в себе ценную информацию об условиях, существовавших в водоеме и на его водосборе, могут быть использованы как для оценки современного состояния воздушной и водной среды, так и для реконструкции поступления загрязняющих веществ от антропогенных источников.
Средняя скорость осадконакопления в малом озере около Архангельской ТЭЦ составляет 0,83 мм/год. Накопление донных осадков в точке исследований происходило в течение последних 180 лет. Увеличение содержания V, № и многих других металлов в ДО в этом месте датируется приблизительно 1970-ми гг. прошлого века, что совпадает с началом работы Архангельской ТЭЦ, на которой использовался мазут в качестве топлива. В то же время в самой верхней части слоя донных осадков (который был сформирован в последние 12 лет) происходит снижение содержания этих элементов, что совпадает по времени с модернизацией ТЭЦ и переходом на использование в качестве топлива природного газа в 2011 г. (за 10 лет до отбора колонки ДО). На глубинах более 5 см происходит уменьшение содержания этих элементов. Таким образом, выбросы ТЭЦ оказали влияние на распределение целого ряда тяжелых металлов: V, №, 2п, Мо, Сё, As, Sb, РЬ, Б^ И.
Содержания тяжелых металлов (Ni, Cu, Zn, Cd, Pb) находятся на уровне и ниже, чем в ДО фоновых районов Норвегии и Кольского полуострова. Содержания V в верхней части колонки ДО озера у ТЭЦ выше, чем в озерах пригорода Архангельска, а также Кольского полуострова. В то же время, исходя из значений геохимических индексов, загрязнение донных осадков изученного озера находится на умеренном уровне.
Авторы выражают благодарность Белорукову С.К., Лохову А.С., Чупакову А.В. и Яковлеву А.Е. за помощь в отборе кернов донных осадков и В.К. Карандашеву за выполнение многоэлементного анализа. Исследования проведены в рамках госзадания № FMWE-2021-0016.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Список литературы
1. Виноградова А.А., Котова Е.И. Вклады источников Европы в загрязнение свинцом и кадмием северных районов Европейской России // Живые и биокосные системы. 2018. №23. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-23/article-2 (дата обращения: 03.11.2023).
2. Виноградова А. А., Котова Е. И. Металлы в атмосферных осадках и в водах озер на Северо-Западе России // Экологическая химия. 2016. Т. 25, №1. С. 52-61.
3. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Геохимическая миграция элементов в субарктическом водоеме (на примере озера Имандра). - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1997. - 127 с.
4. Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Особенности накопления свинца, сурьмы и кадмия в отложениях малых озер юга Карелии // Труды Карельского научного центра РАН. 2020. №4. С. 75-94. DOI: https://doi.org/10.17076/lim1198
5. Состояние окружающей среды в муниципальном образовании «Город Архангельск» в 2015 г. -Архангельск, 2016 - 72 с.
6. Стародымова Д.П., Шевченко В.П., Кокрятская Н.М., Алиев Р.А., Бычков А.Ю., Забелина С.А., Чупаков А.В. Геохимия донных осадков малого озера (водосбор Онежского озера, Архангельская область) // Успехи современного естествознания. 2016. №9. С. 172-177. URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36139 (дата обращения: 03.11.2023).
7. Шевченко В.П., Алиев Р.А., Бобров В.А., Гордеев В.В., Горюнова Н.В., Демина Л.Л., Замбер Н. С., Коробов В.Б., Котова Е.И., Кузнецов О.Л., Макаров В.И., Новигатский А.Н., Покровский О.С., Попова С.А., Романенко Ф.А., Стародымова Д.П., Субетто Д.А., Филиппов А.С. Эоловый материал в природных архивах // Лисицын А.П. (отв. ред.), Немировская И.А. (ред.). Система Белого моря. Т. II. Водная толща и взаимодействующие с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера - М.: Научный мир, 2012. -С. 70-107.
8. Шевченко В.П., Стародымова Д.П., Алиев Р.А., Кокрятская Н.М., Чупаков А.В. Геохимия донных осадков малых озёр водосбора Двинского залива Белого моря // Труды X Международной научно-практической конференции «Морские исследования и образование (MARESEDU-2021)». Т. III. - Тверь: ООО «ПолиПРЕСС», 2021. - С. 180-183.
9. Aliev R.A., Bobrov V.A., Kalmykov S.N., Melgunov M.S., Vlasova I.E., Shevchenko V.P., Novigatsky A.N., Lisitzin A.P. Natural and artificial radionuclides as a tool for sedimentation studies in the Arctic region // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2007. V. 274. P. 315-321. DOI: https://doi.org/10.1007/s10967-007-1117-x
10. Church T.M., Arimoto R., Barrie L.A., Dulac F., Jickells T.D., Mart L., Sturgess W.T., Zoller W.H. The long-range atmospheric transport of trace elements. A critical evaluation // Knap A.H., (Ed.) The Long-range Atmospheric Transport of Natural and Contaminant Substances. - Dordrecht, Netherlands: Kluwer, 1990. - P. 3758. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-009-0503-0_3
11. Dauvalter V.F., Dauvalter M.V., Kashulin N.A., Sandimirov S.S. Chemical composition of bottom sedimentary deposits in lakes in the zone impacted by atmospheric emissions from the Severonikel plant // Geochem. Int. 2010. V. 48. P. 1148-1153. DOI: https://doi.org/10.1134/S0016702910110091
12. GashkinaN.A., Tatsii Yu.G., Udachin V.N., AminovP.G. Biogeochemical indication of environmental contamination: a case study of a large copper smelter // Geochem. Int. 2015. V. 53. P. 253-264. DOI: https://doi.org/10.1134/S0016702915030076
13. Gelinas Y., LucotteM., Schmit J.-P. History of the atmospheric deposition of major and trace elements in the industrialized St. Lawrence Valley, Quebec, Canada // Atmos. Environ. 2000. V. 34. P. 1797-1810. DOI: https://doi.org/10.1016/S1352-2310(99)00336-2
14. Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach // Water Res. 1980. V. 14. P. 975-1001. DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1354(80)90143-8
15. Johansson K., Andersson A., Andersson T. Regional accumulation pattern of heavy metals in lake sediments and forest soils in Sweden // Sci. Total Environ. 1995. V. 160/161. P. 373-380. DOI: https://doi.org/10.1016/0048-9697(95)04370-G
16. Krishnaswamy S., Lal D., Martin J.M., MeybeckM. Geochronology of lake sediments // Earth Planet. Sci. Lett. 1971. V. 11. P. 407-414. DOI: https://doi.org/10.1016/0012-821X(71)90202-0
17. Müller G. Schwermetalle in den sedimenten des Rheins - Veränderungen seit 1971 // Umsch Wiss Tech. 1979. V. 79. P. 778-783
18. Robbins J.A., Edgington D.N. Determination of recent sedimentation rates in Lake Michigan using Pb-210 and Cs-137 // Geochim. Cosmochim. Acta. 1975. V. 39. P. 285-304. DOI: https://doi.org/10.1016/0016-7037(75)90198-2
19. Rognerud S., Dauvalter V.A., FjeldE., Skjelkväle B.L., Christensen G., Kashulin N. Spatial trends of trace-element contamination in recently deposited lake sediment around the Ni-Cu smelter at Nikel, Kola Peninsula, Russian Arctic // AMBIO. 2013. V. 42. P. 724-736. DOI: https://doi.org/10.1007/s13280-013-0384-8
20. Rognerud S., Hongve D., Fjeld E., Ottesen R.T. Trace metal concentrations in lake and overbank sediments in southern Norway // Environ. Geol. 2000. V. 39, №7. P. 723-732. DOI: https://doi.org/10.1007/s002540050486
21. Shevchenko V.P., Starodymova D.P., Vorobyev S.N., AlievR.A., Borilo L.P., Kolesnichenko L.G., Lim A.G., Osipov A.I., Trufanov V.V., Pokrovsky O.S. Trace elements in sediments of two lakes in the valley of the middle courses of the Ob River (Western Siberia) // Minerals. 2022. V. 12. P. 1497. DOI: https://doi.org/10.3390/min12121497
22. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Holland H.D., Turekian K.K. (Eds.) Treatise on Geochemistry. V. 3. - Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2003. - P. 1-64.
23. Slukovskii Z. Vanadium in modern sediments of urban lakes in the North of Russia: natural and anthropogenic sources // Marine Pollution Bulletin. 2023. V. 197. P. 115754. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2023.115754
24. Smol J.P. Pollution of Lakes and Rivers: A Paleoenvironmental Perspective. - London, Great Britain: Arnold, 2002. - 208 p.
25. Vinogradova A., Kotova E., Topchaya V. Atmospheric transport of heavy metals to regions of the Northof the European territory of Russia // Geography and Nat. Resources. 2017. V. 38, №1. P. 78-85. DOI: https://doi.org/10.1134/S1875372817010103
26. Wolfe A.P., Miller G.H., Olsen C.A., Forman S.L., Doran P.T., Holmgren S.U. Geochronology of high latitude lake sediments // Pienitz R., Douglas M.S.V., Smol J.P. (Eds.) Long-term Environmental Change in Arctic and Antarctic Lakes. - Dordrecht, Netherlands: Springer, 2004. - P. 19-52. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2126-8_2
Статья поступила в редакцию 08.11.2023; после доработки: 07.12.2023; принята к публикации 12.12.2023
Сведения об авторах
Стародымова Дина Петровна - к.г.-м.н., старший научный сотрудник, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия (Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia); d.smokie@gmail.com; ORCID - http://orcid.org/0000-0001-6983-1724
Шевченко Владимир Петрович - к.г.-м.н., ведущий научный сотрудник, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия (Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia); vshevch@ocean.ru; ORCID - http://orcid.org/0000-0002-9045-297X
Кокрятская Наталья Михайловна - к.г.-м.н., заведующая лабораторией, Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова УрО РАН, Архангельск, Россия (Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Arkhangelsk, Russia); nkokr@yandex.ru; ORCID - http://orcid.org/0000-0002-0619-7241
Алиев Рамиз Автандилович - к.х.н., начальник лаборатории, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия (National Research Center "Kurchatov Institute", Moscow, Russia); ramiz.aliev@gmail.com; ORCID - http://orcid.org/0000-0002-4150-928X
Корреспондентский адрес: 117997, Российская Федерация, Москва, Нахимовский проспект, 36.
Dynamics of heavy metals accumulation by bottom sediments of the water
body in the TPP impact area
Dina P. Starodymova1, Vladimir P. Shevchenko1, Natalia M. Kokryatskaya2, Ramiz A. Aliev3
1Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences (Moscow, Russia) 2N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research the Ural Branch RAS (Arkhangelsk, Russia) 3National Research Center "Kurchatov Institute " (Moscow, Russia)
The results of the study of heavy metals content in bottom sediments (BS) of a small lake located near Arkhangelsk TPP are presented. In 1970-2010 the content of a number of heavy metals increased, and later it decreased, probably as a result of the changeover of the TPP to the use of natural gas instead of fuel oil. Contamination of the BS of the lake with heavy metals is moderate.
Keywords: lake sediments; atmospheric transport; anthropogenic pollution; heavy metals; TPP emissions.
References
1. Aliev R.A., Bobrov V.A., Kalmykov S.N., Melgunov M.S., Vlasova I.E., Shevchenko V.P., Novigatsky A.N., Lisitzin A.P. Natural and artificial radionuclides as a tool for sedimentation studies in the Arctic region. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2007. V.274. P. 315-321. DOI: https://doi.org/10.1007/s10967-007-1117-x
2. Church T.M., Arimoto R., Barrie L.A., Dulac F., Jickells T.D., Mart L., Sturgess W.T., Zoller W.H. The long-range atmospheric transport of trace elements. A critical evaluation. Knap A.H., (Ed.) The Long-range Atmospheric Transport of Natural and Contaminant Substances. Kluwer, Dordrecht, Netherlands, 1990. P. 3758. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-009-0503-0_3
3. Dauvalter V.F., Dauvalter M.V., Kashulin N.A., Sandimirov S.S. Chemical composition of bottom sedimentary deposits in lakes in the zone impacted by atmospheric emissions from the Severonikel plant. Geochem. Int. 2010. V.48. P. 1148-1153. DOI: https://doi.org/10.1134/S0016702910110091
4. Gashkina N.A., Tatsii Yu.G., Udachin V.N., Aminov P.G. Biogeochemical indication of environmental contamination: a case study of a large copper smelter. Geochem. Int. 2015. V.53. P. 253-264. DOI: https://doi.org/10.1134/S0016702915030076
5. Gelinas Y., Lucotte M., Schmit J.-P. History of the atmospheric deposition of major and trace elements in the industrialized St. Lawrence Valley, Quebec, Canada. Atmos. Environ. 2000. V.34. P. 1797-1810. DOI: https://doi.org/10.1016/S1352-2310(99)00336-2
6. Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach. Water Res. 1980. V.14. P. 975-1001. DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1354(80)90143-8
7. Johansson K., Andersson A., Andersson T. Regional accumulation pattern of heavy metals in lake sediments and forest soils in Sweden. Sci. Total Environ. 1995. V.160/161. P. 373-380. DOI: https://doi.org/10.1016/0048-9697(95)04370-G
8. Krishnaswamy S., Lal D., Martin J.M., Meybeck M. Geochronology of lake sediments. Earth Planet. Sci. Lett. 1971. V.11. P. 407-414. DOI: https://doi.org/10.1016/0012-821X(71)90202-0
9. Moiseenko T.I., Dauval'ter V.A., Rodyushkin I.V. Geohimicheskaya migraciya elementov v subarkticheskom vodoeme (na primere ozera Imandra) [Geochemical migration of elements in a subarctic water body (on the example of Lake Imandra)].: Izd-vo KNC RAN, Apatity, 1997. 127 p. (in Russ.)
10. Müller G. Schwermetalle in den Sedimenten des Rheins—Veränderungen seit 1971. Umsch Wiss Tech. 1979. V.79. P. 778-783
11. Robbins J.A., Edgington D.N. Determination of recent sedimentation rates in Lake Michigan using Pb-210 and Cs-137. Geochim. Cosmochim. Acta. 1975. V.39. P. 285-304. DOI: https://doi.org/10.1016/0016-7037(75)90198-2
12. Rognerud S., Dauvalter V.A., Fjeld E., Skjelkvale B.L., Christensen G., Kashulin N. Spatial trends of trace-element contamination in recently deposited lake sediment around the Ni-Cu smelter at Nikel, Kola Peninsula, Russian Arctic. AMBIO. 2013. V.42. P. 724-736. DOI: https://doi.org/10.1007/s13280-013-0384-8
13. Rognerud S., Hongve D., Fjeld E., Ottesen R.T. Trace metal concentrations in lake and overbank sediments in southern Norway. Environ. Geol. 2000. V.39, №7. P. 723-732. DOI: https://doi.org/10.1007/s002540050486
14. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust. Holland H.D., Turekian K.K. (Eds.) Treatise on Geochemistry. V. 3. Elsevier, Amsterdam, Netherlands, 2003. P. 1-64.
15. Shevchenko V.P., Aliev R.A., Bobrov V.A., Gordeev V.V., Goryunova N.V., Demina L.L., Zamber N.S., Korobov V.B., Kotova E.I., Kuznecov O.L., Makarov V.I., Novigatskij A.N., Pokrovskij O.S., Popova S.A.,
Romanenko F.A., Starodymova D.P., Subetto D.A., Filippov A.S. Eolovyj material v prirodnyh arhivah [Aeolian material in natural archives]. Lisitsyn A.P. (ed.), Nemirovskaya I.A. (eds.) Sistema Belogo morya. T. II. Vodnaya tolshcha i vzaimodejstvuyushchie s nej atmosfera, kriosfera, rechnoj stok i biosfera [The White Sea System. Vol.
II. Water column and interacting with it atmosphere, cryosphere, river flow and biosphere]. Nauchniy Mir, Moscow, 2012. P. 70-107. (in Russ.)
16. Shevchenko V.P., Starodymova D.P., Aliev R.A., Kokryatskaya N.M., Chupakov A.V. Geohimiya donnyh osadkov malyh ozyor vodosbora Dvinskogo zaliva Belogo morya . [Geochemistry of bottom sediments of small lakes of the catchment area of the Dvinsky Bay of the White Sea]. Trudy X Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Morskie issledovaniya i obrazovanie (MARESEDU-2021)». T. III [Proceedings of the X International Scientific and Practical Conference "Marine Research and Education (MARESEDU-2021)". VOL.
III.]. LLC "PolyPRESS", Tver, 2021. P. 180-183.] (in Russ.)
17. Shevchenko V.P., Starodymova D.P., Vorobyev S.N., Aliev R.A., Borilo L.P., Kolesnichenko L.G., Lim A.G., Osipov A.I., Trufanov V.V., Pokrovsky O.S. Trace elements in sediments of two lakes in the valley of the middle courses of the Ob River (Western Siberia). Minerals. 2022. V.12. P. 1497. DOI: https://doi.org/10.3390/min12121497
18. Slukovskii Z. Vanadium in modern sediments of urban lakes in the North of Russia: natural and anthropogenic sources. Marine Pollution Bulletin. 2023. V.197. P. 115754. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2023.115754
19. Slukovskij Z.I., Dauval'ter V.A. Osobennosti nakopleniya svinca, sur'my i kadmiya v otlozheniyah malyh ozer yuga Karelii [Features of Pb, Sb, Cd accumulation in sediments of small lakes in the south of the Republic of Karelia]. Trudy Karel'skogo nauchnogo centra RAN [Transactions of Karelian Research Centre of Russian Academy of Sciences]. 2020. №4. P. 75-94. DOI: https://doi.org/10.17076/lim1198 (in Russ.)
20. Smol J.P. Pollution of Lakes and Rivers: A Paleoenvironmental Perspective. Arnold, London, Great Britain, 2002. 208 p.
21. Sostoyanie okruzhayushchej sredy v municipal'nom obrazovanii «Gorod Arhangel'sk» v 2015 g. [The state of the environment in the municipal formation "City of Arkhangelsk" in 2015]. Arhangel'sk, 2016. 72 p. (in Russ.)
22. Starodymova D.P., Shevchenko V.P., Kokryatskaya N.M., Aliev R.A., Bychkov A.Yu., Zabelina S.A., Chupakov A.V. Geohimiya donnyh osadkov malogo ozera (vodosbor Onezhskogo ozera, Arhangel'skaya oblast') [Geochemistry of bottom sediments of a small lake (catchment area of Lake Onega, Arkhangelsk region)] // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Advances of modern natural science]. 2016. №9. P. 172-177. URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36139.] (date of reference: 03.11.2023) (in Russ.)
23. Vinogradova A. A., Kotova E. I. Metally v atmosfernyh osadkah i v vodah ozer na Severo-Zapade Rossii [Metals in atmospheric precipitation and lake waters in the North-West of Russia] // Ekologicheskaya himiya [Ecological Chemistry]. 2016. V.25. №1. P. 52-61. (in Russ.)
24. Vinogradova A., Kotova E., Topchaya V. Atmospheric transport of heavy metals to regions of the Northof the European territory of Russia. Geography and Nat. Resources. 2017. V.38, №1. P. 78-85. DOI: https://doi.org/10.1134/S1875372817010103
25. Vinogradova A.A., Kotova E.I. Vklady istochnikov Evropy v zagryaznenie svincom i kadmiem severnyh rajonov Evropejskoj Rossii [Contributions of European sources to lead and cadmium pollution in the northern regions of European Russia]. Zhivye i biokosnye sistemy [Living and Biocos Systems]. 2018. №23. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-23/arti-cle-2 (date of reference: 03.11.2023) (in Russ.)
26. Wolfe A.P., Miller G.H., Olsen C.A., Forman S.L., Doran P.T., Holmgren S.U. Geochronology of high latitude lake sediments. Pienitz R., Douglas M.S.V., Smol J.P. (Eds.) Long-term Environmental Change in Arctic and Antarctic Lakes. Springer, Dordrecht, Netherlands, 2004. P. 19-52. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2126-8_2
ССЫЛКА:
Стародымова Д.П., Шевченко В.П., Кокрятская Н.М., Алиев Р.А. Динамика накопления тяжелых металлов донными осадками водоема в зоне влияния ТЭЦ // Экология гидросферы. 2023. №2 (10). С. 72-83. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/396
Starodymova D.P., Shevchenko V.P., Kokryatskaya N.M., Aliev R.A. Dynamics of heavy metals accumulation by bottom sediments of the water body in the TPP impact area. Hydrosphere Ecology. 2023. №2 (10). P. 72-83. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/396
DOI - https://doi.org/10.33624/2587-9367-2023-2(10)-72-83 EDN - JNPYUO
