CC BY
52
ЭКОЛОГИЯ
УДК 550.4 (471.21)
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ОЗЕР СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО РАЙОНА МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ БАССЕЙНА БАРЕНЦЕВА МОРЯ
В. А. Даувальтер, Н. А. Кашулин
ФГБУН Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН
Аннотация
Проведены исследования содержания тяжелых металлов в донных отложениях озер северо-восточной части Мурманской области бассейна Баренцева моря Установлено высокое и значительное загрязнение донных отложений халькофильными элементами (главным образом Pb и Cd), которое носит глобальный характер, в отличие от приоритетных для региона загрязняющих тяжелых металлов, таких как которые характеризуются как умеренно загрязняющие. Поступление морских аэрозолей в прибрежной морской зоне оказывает влияние на формирование химического состава донных отложений, что сказалось в повышении концентраций тяжелых металлов Zn, Cd, Pb, As) в донных отложениях по направлению к побережью Баренцева моря. Ключевые слова:
донные отложения, озера, Мурманская область, тяжелые металлы, загрязнение.
THE MAIN REGULARITIES OF HEAVY METALS DISTRIBUTION FOR LAKES SEDIMENTS IN NORTHEAST PART OF MURMANSK REGION OF THE BARENTS SEA BASIN
Vladimir A. Dauvalter, Nikolai A. Kashulin
Institute of North Industrial Ecology Problems of the KSC of the RAS
THE
Keywords:
Abstract
The content of heavy metals in the Barents Sea basin lakes sediments has been researched for the northeast part of the Murmansk region. High and considerable pollution of sediments by chalcophilic elements (mainly, Pb and Cd) has been established. This pollution has global character, unlike the polluting by heavy metals (such as Ni, Cu, Co) that is typical for the region and characterized as the moderate one. The afflux of sea aerosols in the coastal sea zone has impact on formation of the sediments chemical composition that resulted in increased concentrations of heavy metals (Cu, Zn, Cd, Pb, As) in sediments towards the Barents Sea coast.
sediments, lakes, Murmansk region, heavy metals, pollution.
Введение
Условия формирования качества вод озер северовосточного района Мурманской обл. весьма специфичны и разнообразны, что обусловлено целым рядом факторов, включая климат, геологические и ландшафтные особенности территорий водосборов, близость океана и значительное влияние морских аэрозолей, низкую биологическую продуктивность. В целом это ультрапресные, ультраолиготрофные водоемы с высокой прозрачностью вод.
В северо-восточном районе Мурманской обл. встречаются два различных типа водных систем: крупные озерно-речные системы основных рек и системы многочисленных малых озер и рек. По происхождению озера делятся на две основные группы - ледниковые и тектонические.
Большинство озер относится к ледниковым, которые имеют округлую или овальную форму и небольшие глубины. Иногда встречаются запрудные озера, образовавшиеся в результате преграждения мореной какого-либо поверхностного стока воды. Ложа этих озер удлиненной формы и большой глубины. Озера тектонического происхождения расположены в глубоких котловинах, имеют вытянутую форму, сложную конфигурацию береговой линии и неровный рельеф дна.
Главные компоненты водного баланса озер: приток поверхностных вод с водосборной площади; осадки в виде дождя и снега; поверхностный сток; испарение. Для водоемов северовосточной части Мурманской обл. характерно преобладание поверхностного притока и осадков в водном балансе, роль поверхностного стока и испарения менее значительна. Для водоемов северо-восточной части, расположенных ближе к центральным районам Мурманской обл., типично преобладание поверхностного притока и стока в водном балансе, осадки близки к потерям на испарение и могут составлять 2-16 % уравненного баланса [1]. Подобные водоемы, изначально обладая высокими природными качествами, представляют собой важнейшие природные ресурсы Субарктики. Водные ресурсы играют важнейшую роль в жизни коренных народов Севера и экономике региона в целом. Однако глобальные изменения, происходящие на нашей планете, бросают серьезный вызов качеству северных водоемов. Бурный рост промышленности, начавшийся в XX и продолжающийся в XXI столетии, обусловил процессы глобального загрязнения окружающей среды.
Для Арктических и Субарктических регионов все большую актуальность приобретает проблема оценки последствий долговременного аэротехногенного загрязнения водоемов, расположенных как в импактных зонах промышленных предприятий, так и в фоновых районах. Надо отметить, что территория восточной части Мурманской обл. не подвержена серьезному прямому антропогенному воздействию, связанному с деятельностью металлургических и горнодобывающих комплексов. Однако в силу особенностей циркуляции атмосферы в Северном полушарии в приполярные области переносится большая часть атмосферных загрязнений, выбрасываемых промышленными предприятиями из более южных индустриально развитых регионов. Выбрасываемые в атмосферу вещества способны переноситься воздушными потоками на большие расстояния, их выпадение приводит к медленному накоплению на территории водосборов и непосредственно в водоемах.
Кумулятивное загрязнение водоемов долгоживущими загрязняющими веществами сопровождается процессами закисления, которое определяется количеством кислотных осадков, выпадающих на территорию водосбора, продолжительностью их воздействия; геохимическими особенностями региона, гидрохимией и морфологией водоемов и др. Озера северо-восточной части Мурманской обл. наиболее чувствительны к закислению вследствие бедного ионного состава и низкой буферной емкости, т. е. обладают небольшим запасом соединений, способных нейтрализовать поступление кислотных соединений.
Особенности формирования химического состава донных отложений озер северо-востока Кольского полуострова
Геологическое строение района весьма однообразно. Вся его северная часть от морского побережья и несколько южнее сложена гранитами. Коренные кристаллические породы скрыты под тонкой подушкой тундрового почвенно-растительного покрова и часто выходят на поверхность, обнажая кислые гранитогнейсовые породы, что обусловливает низкую щелочность поверхностных вод. На остальной территории преобладают олигоклазовые граниты. Ближе к центральным районам коренные породы покрыты четвертичными отложениями (морена и песчаные флювиогляциальные отложения) и продуктами болотных образований; обнажения коренных пород встречаются реже, что создает иные условия формирования качества вод.
Тектоника северо-восточного района проявилась, как и на всем Кольском п-ове, в виде различных по глубине и длине линейных разломов и сбросовых впадин, которые имеют меридиональное и широтное направление. Тектонические разломы в настоящее время заняты
реками, впадины - озерами. Нередко впадины приобретают лопастную форму.
Поверхность исследуемого района представляет собой плато высотой 200-250 м. Общий уклон поверхности идет с юга на север. Абсолютные высоты с отметками более 300 м, которые встречаются в южной части этой зоны, понижаются до 100 м и менее на севере, где граница резко обозначена крутым, обрывистым гранитным берегом Баренцева моря. Здесь глубоко в сушу вдаются многочисленные губы, в которые впадают рассматриваемые в данной работе реки и их водосборные площади.
Поверхность прибрежной части всхолмлена отдельными возвышенностями различной площади и округлой формы с относительным превышением над окружающей местностью от нескольких до 20-30 м. Встречаются также поднятия в виде вытянутых гряд с более мягкими формами очертаний и меньшими относительными отметками. Они чередуются с плоскими межгрядовыми понижениями, как правило, заболоченными. В местах выхода на поверхность коренных пород образуются громадные глыбы гранитов. Чаще всего они приурочены к районам тектонических разломов. На относительно ровных и слабо всхолмленных участках иногда встречается масса разбросанных гранитных обломков различных размеров.
Центральная часть района является наиболее расчлененной, с амплитудой колебания высот до 100 м. Здесь расположены крупнейшие впадины, занятые озерами. Озера, как правило, узкие, вытянутые, ориентировка их имеет три четко выраженных направления. В западной части района - преимущественно северо-западное направление, на востоке - меридиональное и северо-восточное.
Облик южной части района заметно меняется, поверхность выполаживается. Начинают преобладать относительно ровные и сильно заболоченные пространства. Обнажения коренных пород встречаются реже. Их выходы наблюдаются в основном в переломах речных русел. Небольшие речки имеют слабо выраженные долины, берега густо поросли осокой и ивой. Часто встречается крупнобугристый болотный комплекс.
Для северной части характерны примитивные тундровые почвы с различной степенью оподзоленности. В условиях значительного увлажнения бедные растворимыми веществами подзолистые почвы очень мало минерализованы. Подзолистые почвы встречаются небольшими пятнами в речных долинах, в местах развития лесотундровых ассоциаций. Южнее, где рельеф менее расчленен, распространены болотные почвы, хотя и здесь встречаются примитивные тундровые почвы, приуроченные к возвышенным и более расчлененным местам. Коэффициент заболоченности в этом районе составляет 17 %.
В прямой связи с почвами описываемого района находится развитие растительного покрова, который представлен различными комплексами тундровой и таежной растительности. В северных прибрежных районах вдоль побережья Баренцева моря тянется ернико-кустарничковая тундра шириной 20-30 км. Южнее она замещается комплексами лесов, лесотундры и болотной растительности. Леса состоят в основном из ели, сосны и березы. Здесь же находятся отдельные мерзлотные торфяные бугры. На устьевых участках рек на относительно небольших пространствах встречается березово-лишайниковое лесотундровое криволесье, растущее на склонах долин и поверхности речных террас. Однако березовое редколесье занимает сравнительно незначительные площади, составляя 7 % территории района. К таким участкам относится ледниковая терраса на побережье, поверхность которой после образования почвенного покрова довольно густо поросла березой. В тех местах, где террасу пересекают небольшие водные потоки, развита пышная и разнообразная травянистая растительность [2].
Климат северо-восточной части Кольского п-ова находится под смягчающим влиянием Баренцева моря. Благодаря этому температура воздуха зимой на побережье близка к соответствующим значениям температуры воздуха в районах, расположенных на 10° южнее (например Ленинградская обл.), и вследствие более сглаженных форм рельефа в данном районе климат отличается меньшей территориальной изменчивостью. При удалении вглубь полуострова рельеф местности меняется и влияние моря довольно быстро исчезает, термический режим становится несколько суровее и продолжительнее на 1 месяц [1].
Гидрохимические параметры наряду с климатическими, географическими, ландшафтными и геологическими условиями конкретных водосборов определяют природное состояние водных экосистем. Загрязнение водных объектов, вызывая физико-химические изменения состояния воды, приводит к нарушению экологического баланса системы. Изучение уровней содержания загрязняющих веществ и закономерностей перераспределения элементов при движении потока загрязненных вод является необходимым условием для обоснованного прогнозирования качества природных вод.
Данная территория не испытывает серьезного антропогенного влияния. Химический состав поверхностных вод северо-восточной части Кольского п-ова определяется в основном атмосферным выпадением ионов и выветриванием, а также ионообменной реакцией на водосборной площади. Процессы, происходящие на водосборной площади, влияют на химический состав стоков в водоемы.
На формирование химического состава озер северо-восточной части Мурманской обл. в значительной степени влияет близость незамерзающего Баренцева моря. Процесс формирования химического состава поверхностных вод начинается с момента выпадения морских аэрозолей и осадков на поверхность водосбора. С удалением от береговой черты к центральным районам Кольского п-ова количество морских аэрозолей, выносимых атмосферными осадками, заметно уменьшается. По мере удаления от побережья происходит закономерное снижение минерализации воды, уменьшение ионов хлора и натрия в поверхностных водах [3].
Материалы и методы
Данная статья написана на основе научно-исследовательских работ Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН, начатых в 1989 г. и продолжающихся до настоящего времени, включая инженерно-экологические изыскания, например, для строительства Северной приливной электростанции в районе губы Долгая-Восточная Баренцева моря [4], месторождения Федоровые тундры [5] и т. д. Статья является продолжением предыдущей, касающейся оценки экологического состояния озер северо-запада Мурманской обл. и приграничного района Финляндии, Норвегии и России [6]. В статье обобщены результаты исследований донных отложений (ДО) 23 озер, расположенных на 6 водосборных площадях побережья Баренцева моря восточной части Мурманской обл., включающих основные реки, мелкие речные бассейны и межбассейновые пространства (рис. 1, табл. 1).
Таблица 1
Перечень исследуемых озер восточной части Мурманской области (Баренцево море), в которых
отобраны колонки ДО
№№ водосбора и озера Название озера Водосбор реки Высота н. у. м., м Площадь, км2 Площадь водосбора, км2 Максимальная глубина, м Расстояние до моря, км
1 2 3 4 5 6 7 8
30-1 Зеленецкое Ручей б/н 36.2 0.55 4.83 14.0 2.3
33-4 Безымянное Воронья 194.3 0.11 6.73 1.8 170.7
33-5 190.1 То же 190.1 0.08 1.00 2.9 170.1
33-6 190.4 » 190.4 0.06 1.78 3.0 169.0
33-7 199.4 » 199.4 0.12 1.60 2.5 172.2
33-8 Ластъявр » 176.1 0.67 4.44 3.0 164.7
33-9 Шаръявр » 173.0 0.14 15.30 7.0 162.7
Окончание таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7 8
33-10 Верхний Цагаявр Воронья 172.0 0.08 16.70 2.0 162.5
33-11 Нижний Цагаявр То же 171.4 0.81 383.20 2.0 161.6
33-13 Олекчъявр » 167.2 1.48 48.80 4.5 163.9
36-1 1 -е Титовское Ручей б/н 4.6 0.67 19.80 20.5 2.3
36-2 2-е Титовское То же 10.7 0.20 17.70 8.2 3.4
36-3 3-е Титовское » 37.2 0.34 16.20 43.3 4.3
37-16 Долгое Териберка 53.9 0.72 7.50 3.5 9.5
38-1 Долгое-7 Ручей б/н 47.6 0.33 1.61 10.0 4.0
38-4 Долгое-2 То же 37.0 0.69 10.60 33.0 0.9
38-5 Долгое-1 » 33.0 0.05 10.90 3.2 4.0
38-6 Долгое-5 » 78.0 0.06 0.27 6.0 1.2
38-7 Долгое-6 » 97.0 0.06 0.32 3.0 0.3
38-9 Долгое-14 » 75.0 0.06 2.62 2.5 6.5
39-1 Коровье Долгая 128.7 1.51 8.22 6.0 12.3
39-2 Долгое-11 То же 148.1 0.21 2.59 4.0 9.0
39-6 Долгое-13 » 99.0 0.10 0.52 3.0 6.6
ПРИМЕЧАНИЕ. Указаны номер водосбора (рис. 1), название озера, водосбор реки, высота над уровнем моря, площади озера и водосбора, максимальная глубина и расстояние до моря.
Рис. 1. Карта-схема размещения водосборов озер восточной части Мурманской обл. (Баренцево море)
В основном исследовались малые озера площадью от 0.05 до 1.5 км2 с малыми глубинами, только 5 озер глубже 10 м (максимальная глубина у оз. Третье Титовское - 43.3 м). Озера находятся на высоте от 4.6 до 200 м н. у. м. Площади водосбора озер также меняются в широких
пределах - от 0.3 до 380 км2. Географические условия их расположения весьма разнообразны. Ландшафты изменяются от лесных до горных и прибрежных тундр. Исследуемые озера водосбора Баренцева моря, в которых были отобраны образцы ДО, делятся на две группы: 1 -озера прибрежной зоны (на расстоянии от 0.3 до 12.3 км от береговой линии), 2 - озера центральной части Кольского п-ова (160-170 км от Баренцева моря). Из них 14 озер принадлежит к первой группе, 9 озер - ко второй. Влияние морских аэрозолей, помимо гидрохимии водоемов, также сказывается на химическом составе ДО, поэтому две вышеназванные группы озер рассматривались отдельно.
Для оценки экологического состояния озер производился отбор колонок ДО и определение содержания тяжелых металлов (ТМ) в центре коллективного пользования ИППЭС КНЦ РАН. Методика отбора проб ДО и их химического анализа подробно описана ранее [7, 8].
Результаты и их обсуждение
При оценке аккумуляции и распределения химических элементов в ДО озер водосбора Баренцева моря, как и в предыдущей статье [6], рассматривались четыре аспекта: 1) фоновые концентрации элементов; 2) их вертикальное распределение в толще ДО; 3) концентрации элементов в поверхностных ДО; 4) значения коэффициента и степени загрязнения, которое создано ТМ, накопленными в ДО.
Фоновые концентрации тяжелых металлов
При подсчете интенсивности загрязнения очень важно иметь достоверные значения фоновых концентраций. Вместе с тем не существует метода, который мог бы учесть все факторы, влияющие на фоновые концентрации. Фоновые значения определялись в образцах, отобранных из самых глубоких слоев колонок ДО (обычно более 20 см) и отложившихся более 200 лет тому назад, которые характеризуют период до любого заметного загрязнения [9].
Средние фоновые концентрации ТМ в ДО озер прибрежной зоны выше, чем в озерах центральной части Кольского п-ова - As в 3 раза, РЬ и Со в 2.5 раза, Cd в 2 раза, Щ, № и Zn в полтора раза (табл. 2). Вероятно, помимо геохимических особенностей территории водосборов озер и увеличения интенсивности выветривания в прибрежной зоне, это связано с влиянием морских аэрозолей на химический состав ДО.
Таблица 2
Средние, минимальные, максимальные фоновые концентрации ТМ (в мкг/г сухого веса) и стандартное отклонение в ДО озер прибрежной зоны (числитель) и озер центральной части
Кольского полуострова (знаменатель)
Значение Си № Zn Со Cd РЬ As Щ
Среднее 16.7 16.1 20.2 13.6 86 56 11.4 4.8 0.27 0.13 5.28 2.07 2.57 0.90 0.026 0.016
Минимальное М 3.7 М 5.0 16 17 40 1.6 0.02 0.03 0.93 0.53 0.95 0.63 0.007 0.008
Максимальное 36.6 87.1 37.5 29.7 194 139 26.7 9.6 2.10 0.25 12.85 5.30 6.77 1.18 0.053 0.024
Стандартное отклонение 10.3 26.8 ОО 100 Ю | 9 49 36 7.0 2.5 0.53 0.07 3.36 1.43 2.29 0.21 0.016 0.007
Средние по Мурманской обл. [10] 27 27 96 13 0.23 4.4 3.2 0.035
Средние по северо-западу Мурманской обл. [6] 35 34 105 18 0.26 4.6 4.2 0.044
Для большинства ТМ (№, Zn, РЬ), а также металлов, содержащихся в значительных количествах в морской воде и, следовательно, в морских аэрозолях (№, К, Mg, Sr), отмечено увеличение содержания в фоновых слоях ДО по мере приближения к побережью моря (рис. 2). Вместе с тем, зафиксировано увеличение содержания ^ и значений потерь при прокаливании по мере удаления от побережья моря.
В основном средние фоновые концентрации изучаемых металлов в ДО водоемов водосбора Баренцева моря меньше, чем в водоемах северо-запада Мурманской обл. и приграничного района Финляндии, Норвегии и России [6], и меньше средних фоновых концентраций в малых озерах Мурманской обл. [10], кроме Cd и РЬ в озерах прибрежной зоны. Фоновые концентрации ТМ в ДО исследуемых озер находятся в широком диапазоне (величины стандартного отклонения по большинству металлов сопоставимы со средними значениями), что отражает значительные вариации в геохимии коренных и четвертичных пород и покрывающих их почв, а также интенсивность влияния морских аэрозолей в зависимости от расстояния от побережья, формы рельефа, т. е. в целом условий формирования химического состава ДО озер.
Рис. 2. Распределение величин потерь при прокаливании и концентраций металлов в фоновых слоях ДО исследуемых озер по мере удаления от побережья Баренцева моря
Вертикальное распределение элементов в донных отложениях
Концентрации элементов в фоновых слоях ДО служат маркером, по которому можно судить об интенсивности изменений в аккумуляции металлов на территории водосбора и их последующей седиментации на дно водоема, поэтому установленные в данной работе величины фоновых концентраций металлов в ДО имеют очень большую экологическую и геохимическую ценность. При исследовании вертикального распределения металлов в толще ДО возможно восстановить историю событий, происходивших на территории водосбора конкретного озера, с установлением источника поступления элементов.
Как было сказано выше, территория водосборов исследуемых водоемов не испытывает серьезного антропогенного влияния, озера не получают прямые сбросы загрязняющих веществ. Поступление элементов в водоемы происходит за счет выветривания подстилающих горных пород и атмосферного осаждения. В прибрежной зоне большое влияние оказывает также поступление морских аэрозолей, которое, в силу муссонного характера ветров, усиливается в летние месяцы, когда водоемы не имеют ледяного покрова и преобладают ветры с севера на юг, т. е. от моря в направлении водосборов озер.
В ДО исследуемых водоемов выявлено увеличение содержания ТМ по направлению к поверхности ДО (рис. 3). Вследствие незначительных скоростей осадконакопления наиболее загрязненными ТМ являются, как правило, верхние 1-3 см ДО. Практически во всех озерах отмечается загрязнение ДО халькофильными элементами, в первую очередь РЬ и Cd (в 14 и 11 озерах соответственно из 14 озер прибрежной зоны и во всех 9 озерах центральной части Мурманской обл.). К сожалению, не во всех озерах определялись концентрации ^ и As, но там, где они определены, концентрации также увеличиваются по направлению к поверхности ДО (рис. 3). Таким образом, подтвердился результат исследований химического состава ДО озер водосбора Белого моря в пределах Мурманской обл., когда было установлено увеличение концентраций халькофильных элементов Cd, РЬ и As) в поверхностных слоях ДО
в большинстве водных объектов вне зависимости от того, испытывают они аэротехногенную нагрузку или принимают сточные воды промышленных предприятий [11]. Эти халькофильные элементы в последние десятилетия приобрели статус глобальных загрязняющих элементов [12].
Снижение содержания РЬ в поверхностном 1-сантиметрововом слое ДО зафиксировано в большинстве исследуемых озер (рис. 3). Возможно, основная причина этого снижения содержания РЬ - запрещение производства этилированного бензина вначале в США и европейских странах (в 1980-е гг.), а затем и в России (1990-е гг.) [13]. Подобная тенденция снижения содержания РЬ в поверхностном слое ДО отмечена также в озерах северо-запада Мурманской области и приграничного района между Россией, Норвегией и Финляндией [6].
Распределение элементов в поверхностном слое донных отложений
В поверхностном 1-сантиметровом слое ДО некоторых озер установлено увеличение концентраций (по сравнению с фоновыми содержаниями) приоритетных для Мурманской обл. загрязняющих ТМ, главными источниками поступления которых являются горнометаллургические комбинаты «Североникель» и «Печенганикель» - М, Си, Со, Zn (в 12, 10, 8 и 5 озерах прибрежной зоны и в 7, 6, 5 и 6 озерах центральной части Кольского п-ова соответственно). Отмеченное увеличение не достигает масштабов загрязнения, зафиксированного в озерах северо-запада Мурманской обл. и приграничного района Финляндии, Норвегии и России [6], но в некоторых озерах это увеличение многократное. Можно предположить, что при благоприятных погодных условиях воздушные выбросы горнометаллургических комбинатов могут достигать высоких слоев тропосферы, мигрировать на значительные расстояния (до 100 км) и достигать территории водосборов исследуемых озер.
Среднее содержание большинства ТМ в поверхностном слое ДО озер прибрежной зоны выше, чем в озерах центральной части Кольского п-ова - № и Си в 1.5 раза, Cd в 2 раза, РЬ в 2.5 раза, Со более чем в 4 раза (табл. 3). Исключение составляют Zn и Щ, средние концентрации которых в озерах центральной части Кольского п-ова в 1.5 раза выше. В целом концентрации ТМ в поверхностном слое ДО исследуемых озер подобны содержаниям, отмеченным в озерах северо-западной части Мурманской обл., удаленных на расстояние около 100 км от горно-металлургических комбинатов [6]. В исследуемых озерах было отмечено уменьшение содержания большинства ТМ в поверхностном слое ДО по мере удаления от побережья Баренцева моря (рис. 4), что можно связать с влиянием морских аэрозолей на формирование химического состава современных ДО. Для щелочных и щелочноземельных металлов подобной закономерности, как в фоновых слоях ДО, отмечено не было.
Рис. 3. Вертикальное распределение концентраций ТМ (мкг/г сухого веса) в ДО исследуемых озер северо-восточного района Мурманской области бассейна Баренцева моря
Коэффициент и степень загрязнения донных отложений озер
Для оценки геоэкологического состояния поверхностных вод определялись величины коэффициента и степени загрязнения [14], как это было сделано в предыдущей статье [6]. Коэффициент загрязнения (С/) подсчитывался как частное от деления концентрации элемента в поверхностном сантиметровом слое ДО к фоновому значению. Степень загрязнения (Са) определялась как сумма коэффициентов загрязнения для всех загрязняющих ТМ.
При оценке состояния придерживались следующей классификации С/: С^ < 1 -низкий; 1 < С^ < 3 - умеренный; 3 < С^ < 6 - значительный; С^ > 6 - высокий коэффициент загрязнения. Аналогично, при характеристике степени загрязнения, слагаемой коэффициентами загрязнения отдельных элементов, из расчета, что суммируются значения коэффициентов загрязнения по 8 элементам (№, Си, Со, Zn, Cd, РЬ, As, Щ), придерживались классификации: Cd < 8 - низкая; 8 < Cd < 16 - умеренная; 16 < Са < 32 - значительная; Са > 32 - высокая степень загрязнения, свидетельствующая о серьезном загрязнении.
Таблица 3
Средние, минимальные, максимальные концентрации ТМ (в мкг/г сухого веса) и стандартное отклонение в поверхностном слое (0-1 см) ДО озер прибрежной зоны (числитель) и озер центральной части Кольского полуострова (знаменатель)
Значение Си № Zn Со Сё РЬ As Щ
Среднее 23.5 15.7 32.9 20.4 100 151 26.0 5.7 0.65 0.32 36.8 15.2 5.03 1.64 0.039 0.056
Минимальное 62 6.1 10.9 11.4 27 21 50 3.0 0.04 0.05 26 6.6 1.55 1.19 0.025 0.018
Максимальное 41.8 52.3 49.1 36.8 200 487 147 12.7 4.11 0.73 136 39.5 8.16 1.99 0.053 0.091
Стандартное отклонение 11.1 14.4 11.3 8.9 58 151 36.6 3.0 1.05 0.20 36.6 10.2 3.19 0.30 0.010 0.026
Рис. 4. Распределение величин потерь при прокаливании и концентраций основных загрязняющих элементов в поверхностном слое (0-1 см) ДО исследуемых озер по мере удаления от побережья Баренцева моря
В исследуемых озерах отмечено уменьшение значений коэффициента загрязнения халькофильными элементами по мере удаления от побережья Баренцева моря (рис. 5).
Анализ величин коэффициентов загрязнения приоритетных для Мурманской обл. ТМ не выявил определенных закономерностей, за исключением № - значения С№ увеличиваются с удалением от побережья (величина достоверности аппроксимации довольно значительна). Не было выявлено определенных закономерностей в распределении величины степени загрязнения (Сё) с удалением от побережья (рис. 5).
Наибольшие величины коэффициента загрязнения отмечены для РЬ - высокие значения С/ь имеет почти половина из исследуемых озер как в прибрежной зоне, так и в центральной части Кольского п-ова. Существенное загрязнение также вызывают другие исследуемые халькофильные элементы (Сё, As) - величины коэффициентов загрязнения этими
элементами для более чем половины озер относятся к значительным и высоким по классификации Л. Хокансона [14]. Приоритетные для Мурманской обл. загрязняющие ТМ в преобладающем большинстве озер имеют умеренные величины коэффициента загрязнения.
Рис. 5. Распределение величин коэффициента загрязнения (С/) ТМ и степени загрязнения (Са) исследуемых озер по мере удаления от побережья Баренцева моря
Таким образом, практически во всех исследуемых озерах зафиксировано загрязнение ДО халькофильными элементами различной степени, от умеренной до высокой, причем не всегда это напрямую связано с точечными источниками загрязнения. Хотя по зависимостям показателя коэффициента загрязнения от удаления от побережья Баренцева моря можно предположить, что перенос морских аэрозолей может являться одним из источников поступления халькофильных элементов. В ранних работах (например [11, 15]) было также установлено, что загрязнение халькофильными элементами в основном носит глобальный характер в отличие от других ТМ, таких как М, Си, Со, Zn, загрязнение которыми в воде и ДО озер явно проявляется в радиусе нескольких десятков километров от источников загрязнения.
Заключение
Водоемы северо-восточной части Мурманской области бассейна Баренцева моря, несмотря на значительную удаленность от промышленных объектов и населенных пунктов, испытывают довольно значительное загрязнение. Подтверждена выявленная ранее проведенными исследованиями глобальность загрязнения ДО водоемов халькофильными элементами, так как практически во всех исследуемых озерах отмечается загрязнение верхних 1-3 см ДО этими высокотоксичными элементами, в первую очередь РЬ и Cd. В прибрежной зоне большое влияние на формирование химического состава ДО оказывает поступление морских аэрозолей, которое, в силу муссонного характера ветров, усиливается в летние месяцы, когда водоемы не имеют ледяного покрова и превалирует направление ветров с севера на юг, т. е. от моря в направлении водосборов озер. Это влияние сказалось в повышении концентраций ТМ в поверхностном слое ДО по направлению к побережью Баренцева моря. Почти половина исследуемых озер характеризуется высокими значениями коэффициента загрязнения РЬ. Величины коэффициентов загрязнения другими исследуемыми халькофильными элементами (Cd, As) для более чем половины озер относятся к значительным и высоким по
классификации Л. Хокансона. Приоритетные для Мурманской обл. загрязняющие ТМ (№, Си, Со) в преобладающем большинстве исследуемых озер дают умеренные величины коэффициента загрязнения. В целом пятая часть исследуемых озер загрязнена в высокой степени, треть озер - в
значительной, а остальные озера - в умеренной степени, что свидетельствует о серьезном влиянии на экосистемы водоемов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ресурсы поверхностных вод СССР // Т. С. Антонова и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. Т. 1. 316 с. 2. Водно-энергетические ресурсы Кольского полуострова. М.; Л.: АН СССР, 1958; 1960. 3. Аннотированный экологический каталог озер Мурманской области (Восточная часть. Бассейн Баренцева моря): в 2 ч. / Н. А. Кашулин и др. Апатиты: кНц РАН, 2010. Ч. 1. 249 с.; ч. 2. 128 с. 4. Инженерно-экологические изыскания для строительства Северной приливной электростанции в районе губы Долгая-Восточная Баренцева моря: отчет о НИР по проведению экологических изысканий в районе губы Долгая-Восточная Баренцева моря. Апатиты: ИППЭС КНЦ РАН, 2008. 169 с. 5. Инженерно-экологические изыскания территории месторождения "Федорова тундра" (Кольский полуостров) (Обоснование инвестиций). Апатиты: ИППЭС КНЦ РАН, 2007. 151 с. 6. Даувальтер В. А, Кашулин Н. А. Основные закономерности распределения тяжелых металлов в донных отложениях озер северозападной части Мурманской области и приграничной территории сопредельных стран // Вестник Кольского научного центра РАН. 2015. № 1. С. 101-112. 7. Даувальтер В. А. Геоэкология донных отложений озер. Мурманск: Изд-во Мурманского гос. техн. ун-та, 2012. 242 с. 8. Даувальтер В. А., Кашулин Н. А. Химический состав донных отложений системы реки Пасвик в условиях глобального и локального загрязнения // Вестник Кольского научного центра РАН. 2014. № 2. С. 103-117. 9. Даувальтер В. А. Закономерности осадконакопления в водных объектах Европейской Субарктики (природоохранные аспекты проблемы): дис. ... докт. геогр. наук. Апатиты, 1999. 399 с. 10. Некоторые аспекты современного состояния пресноводных ресурсов Мурманской области / Н. А. Кашулин и др. // Вестник МГТУ. 2013. Т. 16, №1. С. 98-107. 11. Даувальтер В. А. Халькофильные элементы (Hg, Cd, Pb, As) в донных отложениях водных объектов водосбора Белого моря в пределах Кольского полуострова // Геохимия. 2006. № 2. С. 237-240. 12. Pacyna J. M., Pacyna E. G. An assessment of global and regional emissions of trace elements to the atmosphere from anthropogenic sources worldwide // Environ. Rev. 2001. Vol. 4. P. 269-298. 13. Trace metal pollution in eastern Finnmark, Norway and Kola Peninsula, Northeastern Russia as evidences by studies of lake sediment / S. A. Norton, P. G. Appleby, V. Dauvalter, T. S. Traaen // NIVA-Report 41/1996. Oslo, 1996. 18 p. 14. Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control - a sedimentological approach // Water Res. 1980. Vol. 14. P. 975-1001. 15. Даувальтер В. А., Кашулин Н. А. Халькофильные элементы (Hg, Cd, Pb, As) в озере Умбозеро, Мурманская область // Водные ресурсы. 2010. Т. 37, № 4. С. 461-476.
Сведения об авторах
Даувальтер Владимир Андреевич - доктор географических наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБУН Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН;
e-mail: [email protected]
Кашулин Николай Александрович - доктор биологических наук, профессор, зав. лабораторией водных экосистем, зам. директора по научной работе ФГБУН Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН; e-mail: [email protected]
Information about the Author
Vladimir A. Dauval'ter - Dr. Sci. (Geogr.), Professor, major scientific researcher of the Institute of North Industrial Ecology Problems of the KSC of the RAS; e-mail: [email protected]
Nikolay A. Kashulin - Dr. Sci. (Biol.), Professor, head of Laboratory on Aquatic Ecosystems, vice-director on science of the Institute of North Industrial Ecology Problems of the KSC of the RAS; e-mail: [email protected]
Библиографическое описание статьи
Даувальтер В. А.. Основные закономерности распределения тяжелых металлов в донных отложениях озер северо-восточного района Мурманской области бассейна Баренцева моря В. А. Даувальтер, Н. А. Кашулин // Вестник Кольского научного центра РАН. - 2016. - № 1 (24). - С. 69-80.
Bibliographic Description
Vladimir A. Dauvalter, Nikolai A. Kashulin. The Main Regularities of Heavy Metals Distribution for Lakes Sediments in the Northeast Part Of Murmansk Region of the Barents Sea Basin. Herald of the Kola Science Centre of the RAS. 2016, vol. 1 (24), pp. 69-80.
