CC BY
30
ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 550.42
ОЦЕНКА ФОНОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА АРКТО-ТУНДРОВЫХ ЛАНДШАФТОВ С УЧЕТОМ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕЙ И ТЕКУЩЕЙ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ НОВОЙ ЗЕМЛИ
Ирина Андреевна Кузнецова
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н. П. Лаверова РАН, 163000, Россия, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 23, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, тел. (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Видас Винанто Кряучюнас
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н. П. Лаверова РАН, 163000, Россия, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 23, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Николай Сергеевич Ларионов
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н. П. Лаверова РАН, 163000, Россия, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 23, кандидат химических наук, зав. лабораторией, тел. (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Дарья Дмитриевна Бедрина
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н. П. Лаверова РАН, 163000, Россия, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 23, стажер-исследователь, тел. (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Особые условия образования почв на территории архипелага Новая Земля, обусловленные уникальными географическим расположением и ландшафтом, а также риск необратимого изменения природной среды, связанный с началом строительства горно-обогатительного комбината, делают необходимым установление существующих уровней содержания элементов в почве и выявление главных факторов их формирования. При решении данных задач необходимо учитывать не только планируемую, но существующую и предшествующую хозяйственную деятельность человека на архипелаге. Целью данной работы является изучение геохимических особенностей распределения микроэлементов в аркто-тундровых почвах западного побережья Новой Земли в условиях предшествующей и текущей хозяйственной деятельности. Результатом исследования типичных аркто-тундровых почв береговой территории залива Моллера о. Южного архипелага Новая Земля стало определение «фоновых» концентраций элементов в почве: Cr - 48,5 мг/кг, Ni - 33,3 мг/кг, Pb - 7,5 мг/кг, Cu - 14,3 мг/кг, Zn - 38,9 мг/кг, Cd 0,1 мг/кг.
На основании этих данных выявлены территории с повышенным содержанием элементов, источником которых стали современная хозяйственная деятельность и артефакты таковой в прошлом. Кроме того, установлено, что концентрационные аномалии в понижениях рельефа могут быть обусловлены естественными процессами накопления элементов в геохимически подчиненных ландшафтах. Представленные результаты дополняют полученные ранее сведения о составе почв о. Южный и формируют массив базовых данных, необходимый для разработки региональных нормативов содержания элементов в почвах.
Ключевые слова: Новая Земля, тяжелые металлы, геохимические ландшафты, аркто-тундровые почвы, фоновые концентрации, антропогенное загрязнение, миграция элементов.
Геохимические ландшафты, как уникальные территориальные единицы с определенным типом миграции химических элементов, изучены на архипелаге Новая Земля относительно слабо, что связано с транспортной труднодоступно-стью района и расположением на его территории Северного (Центрального) испытательного полигона [1].
Совокупность абиотических стрессовых факторов способствует формированию на территории архипелага двух типов ландшафтов: полярных пустынь и арктических тундр, почвы которых представлены почвопленками (в неблагоприятных условиях), а также литоземами и петроземами (в условиях более мягкого микроклимата) [2]. При подпоре грунтовых вод вечной мерзлотой в отрицательных формах рельефа инициируются процессы торфо- и глееобразования [3].
В условиях медленного протекания геохимических процессов, в том числе почвообразования [4, 5], и заметного поступления загрязняющих веществ антропогенного происхождения на территорию островной Арктики [6, 7] мониторинг почвенного покрова и выявление факторов формирования его элементного состава являются особенно актуальными задачами с учетом строительства горно-обогатительного комбината на Павловском месторождении (о. Северный арх. Новая Земля) [8], которое может привести к поверхностной трансформации почв [9] на удаленных территориях.
Существующие уровни содержания микроэлементов в почве как депонирующей среде [10, 11] могут быть обусловлены как природными, так и антропогенными процессами [12], что серьезно усложняет проблему выбора точки отсчета, характеризующей чистый объект, и соответствующей фоновой концентрации [13]. Для решения данной задачи предлагается использовать фоновые концентрации для исследуемых территорий, отражающие средние статистические данные о концентрации рассеянных элементов в чистых или «условно» чистых почвах региона [14].
Цель работы - изучение геохимических особенностей распределения микроэлементов в аркто-тундровых почвах западного побережья Новой Земли в условиях предшествующей и текущей хозяйственной деятельности.
Необходимость в данном исследовании обусловлена, с одной стороны, хрупким, высокочувствительным к изменениям равновесием арктических экосистем с очень низкой скоростью восстановления, а, с другой стороны, - строительством горно-обогатительного комбината на базе месторождения свинцово-цинковых
руд Павловское о. Южный арх. Новая Земля, которое может привести к значительным изменениям элементного состава почв [15]. Полученные данные о фоновом состоянии территории могут послужить основой для оценки воздействия горно-обогатительного комбината в процессе его эксплуатации.
Территория исследования включала аркто-тундровые ландшафты побережья залива Моллера в районе метеостанции Малые Кармакулы (рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения пробных площадок в районе исследования
Отбор проб почвы осуществляли по трансектам, с учетом топографии, геоморфологии, растительного и почвенного разнообразия. Классификация почв выполнена на основе морфолого-генетического анализа строения почвенных профилей. Подготовка проб к анализу включала процедуры отделения не-разложившихся растительных остатков и инородных включений, высушивания до абсолютно-сухого состояния (при 105 °С), измельчения в шаровой мельнице РМ 100 при режиме 400 об/мин 4 минуты до фракции примерно 71 мкм.
Определение содержания элементов в пробах осуществляли методом ИСП-МС на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Aurora Elite (Bruker, Германия). Подготовка проб к анализу включала разложение образцов почвы методом кислотного вскрытия в системе автоклавной микроволновой подготовки проб «TOPwave» (Analytic Jena) в соответствии с регламентом [16].
Статистическая обработка данных произведена с помощью программного обеспечения Statistica, ver. 10 (StatSoft, Inc.). Факторный анализ главных компонент применялся в целях выявления количества и степени влияния различных параметров среды на исследуемые объекты.
Построение карт пространственного распределения элементов в почве выполнено с помощью программного обеспечения Surfer (Golden Software, LLC).
Неоднородное геоморфолого-литологическое и гидрогеологическое строение территории района исследования обуславливает контрастность факторов почвообразования и формирование целого ряда типов почв [2]. Наиболее распространенными элементами мезо- и микрорельефа являются выходы коренных пород, представляющие собой россыпи филлитового щебня, характеризующиеся хорошим дренажем при расположении сильнощебенистых отложений вдоль берегов озер и ручьев [17]. Растительное сообщество исследуемой территории представлено мохово-осоково-кустарничковой растительностью, почвенный покров носит локальный характер и сформирован почвами ствола первичного почвообразования - петроземами. Исследованные петроземы характеризуются общим морфологическим строением, в котором можно выделить подстилочно-торфяный или слаборазвитый гумусовый горизонт, залегающий на мелкоземисто-щебнистой толще, иногда непосредственно на плотной скальной породе. В средней части склонов, преимущественно в плакорных участках, локальными пятнами встречаются сухоторфяно-литоземы, диагностический горизонт которых сложен из остатков произрастающих лишайников и мхов. Широкое распространение находят литоземы серогумусовые, морфологию почвенного профиля которого составляют ограногенный подстилочно-торфяный и серогумусовый горизонты, сформированные на щебне филлитовых сланцев.
В аккумулятивных позициях ландшафтов и в условиях подпора грунтовых вод мерзлотой формируются глеевые почвы [2, 3, 18]. Признаки оглеения наблюдаются в толще материнской породы в виде сизых и ржавых пятен. На исследуемой территории выявлены серогумусовые глееватые почвы, глееземы, торфянисто-глеевые и торфяно-глеевые почвы. Генезис данных почв напрямую
зависит от особенностей рельефа, регулирующего водный режим почв: проточный режим в условиях переувлажения способствует формированию глеезе-ма, а отсутствие стока и застой влаги инициирует процесс торфонакопления (торфянисто-глеевые и торфяные почвы).
Для оценки степени существующего антропогенного воздействия на исследуемую территорию были построены карты распределения ряда элементов (О", №, Си, Zn, Cd, Pb) в верхнем, богатом органическим веществом горизонте почв (рис. 2).
»
2 Я> 1» 16
■¡г 4& ///
е)
Рис. 2. Распределение элементов в верхнем горизонте почв о. Южный арх. Новая Земля, мг/кг:
а) РЬ; б) Си; в) Zn; г) Сг; д) N1; е ) Cd
Содержание свинца (рис. 2, а) в поверхностном слое почвы на большей части исследованной территории ниже кларка земной коры (13 мг/кг [19]), кроме двух пробных площадок, подверженных антропогенному воздействию.
Распределение меди в поверхностном слое почвы представлено без учета пробной площадки 7 (входит в перечень пробных площадок рассматриваемой далее в статье трансекты) в связи с экстремально высоким содержанием меди (рис. 2, б). Содержание меди в верхнем горизонте обследованных почв лежит в диапазоне от 0 до 46 мг/кг (при кларке земной коры 68 мг/кг [19]).
Наибольшие концентрации элемента отмечаются в понижениях рельефа (пробные площадки, расположенные севернее оз. Святого, и пробные площадки, расположенные севернее оз. Реликтового) и в местах антропогенной деятельности (окрестности метеостанции), что может быть связано с биоаккумуляцией меди растениями-почвообразователями и ее аккумуляцией гумусовыми кислотами почвы [20]. Содержание цинка в пробе 7, отобранной с пробной площадки, подверженной антропогенному воздействию, превышает кларк земной коры в 1,8 раз (кларк 70 мг/кг [19]), на остальной территории его концентрации лежат в пределах 30-45 мг/кг (рис. 2, в), что близко к фоновой концентрации, установленной в 1984-1987 гг. [21].
Распределение хрома в почвах исследуемого района аналогично меди и не превышает значения кларка земной коры (122 мг/кг [19]). Наибольшие концентрации наблюдаются в районе оз. Круглое (рис. 2, г).
Распределение никеля (рис. 2, д) в поверхностном слое позволяет выделить зоны с наибольшими концентрациями: в окрестностях метеостанции, севернее оз. Реликтового и на северном побережье оз. Святого. Превышения кларка земной коры никеля (99 мг/кг [19]) не обнаружены.
Наибольшие концентрации кадмия (рис. 2, е) в почвах (свыше 0,16 мг/кг -кларка земной коры [19]) были обнаружены в зоне антропогенного воздействия - поблизости от метеостанции, и в почвах, отобранных к юго-востоку от оз. Круглое (см. рис. 2, е).
На исследуемой территории можно выделить несколько участков с максимальным содержанием элементов: первый, подверженный антропогенному воздействию (в районе расположения метеостанции), и два участка, расположенных к северу от озер Реликтовое и Святое соответственно (рис. 3). Последние два участка не подвержены прямому антропогенному воздействию и расположены в низине по отношению к прилегающим территориям, что позволяет охарактеризовать их как геохимически подчиненные ландшафты по отношению к расположенным рядом возвышенностям - геохимически автономным ландшафтам [22].
Анализ совокупности распределений элементов в поверхностном слое почвы показал, что для установления фоновых концентраций, усредненных для всех типов выявленных почв, следует проверить степень антропогенного воздействия на элементный состав почв.
Для установления степени влияния антропогенной деятельности на элементный состав почв было произведено сравнение дисперсий двух выборочных совокупностей «загрязненных» (вблизи метеостанции и линейных объектов) и «чистых» (удаленных от объектов антропогенного воздействия) почв по
критерию Фишера [23], которое показало, что содержание хрома, никеля и свинца в «загрязненных» почвах соответствует «чистым» почвам, а уровни содержания меди, цинка и кадмия значимо превышают таковые в «чистых» почвах (таблица). Сравнение выборок с помощью критерия Фишера было проведено с учетом того, что в продуктах выветривания распределение микроэлементов является нормальным [24].
Рис. 3. Участки с максимальным содержанием элементов
Данные о содержании микроэлементов в почвах Новой Земли в литературных источниках представлены для территорий заливов о. Южного: Рейнеке (юго-западная оконечность острова [21]), Амбросимова и Степового (восточное побережье) [1], и не отражают последствий хозяйственной деятельности на архипелаге (таблица).
Содержание элементов в почвах, мг/кг
Сг N1 РЬ Си гп Сё
Средние и предельные фоновые концентрации микроэлементов нечерноземного региона РФ без учета гранулометрического состава [14]
42,0 (115,0)* 19,0 (-) 20,0 (-) 13,0 (41) 38,0 (93) -
Кларки концентрации элементов в земной коре [19]
100,0 99,0 13,0 68,0 76,0 0,16
Фоновые концентрации элементов (залив Рейнеке) [20]
12,3 4,3 5,2 11,2 33,5 15,0
Содержание элементов в почвах (и породах) восточного побережья о. Южный Новой Земли (залив Абросимова) [1]
216 (238) 157 (155) 52 (20) 59 (36) 135 (91) - (-)
Содержание элементов в почвах (и породах) восточного побережья о. Южный Новой Земли (залив Степового) [1]
208 (186) 145 (154) 78 (28) 107 (54) 214 (135) - (-)
Содержание элементов в «чистых» почвах (залив Моллера)
1,9 - 97,3** 6,8 - 60,7 1,3 -18,5 1,5 - 49,7 12,1 - 65,9 0,0 - 0,8
48,5 ± 27,1(54,9 33,3 ± 17,1(36,3 7,5 ± 4,2(6,9 14,3 ± 10,6(12,0) 38,9 ± 13,5(38,9) 0,1 ± 0,2(0,0)
Содержание элементов в «загрязненных» почвах (залив Молле] ра)
5,1 - 274,6 29,5 -127,6 0,0 -1,2
- - - 43,9 ± 86,7(16,2) 59,9 ± 31,4(45,5) 0,3 ± 0,4(0,0)
Содержание элементов в почвах исследуемой трансекты
5,3 - 80,3 6,8 - 52,5 2,2 -18,5 2,2 - 274,6 14,4 -127,6 0,0 -1,2
47,3 ± 26,9(56,5) 31,5 ± 16,7(36,6) 8,6 ± 5,4(6,7)
29,9 ± 68,0(15,0) 48,4 ± 28,8(44,1) 0,2 ± 0,3(0,0)
Примечание: * - среднее фоновое значение и предельное фоновое значение (превышающее среднее фоновое значение на три стандартных отклонения [25]); ** -в числителе указаны минимальное и максимальное значения, в знаменателе - среднее значение и стандартное отклонение, в скобках - медианное значение.
Содержание элементов в почвах и породах восточного побережья о. Южный Новой Земли значительно выше такового в почвах западного и юго-западного побережий.
Сравнение фоновых концентраций, полученных в 1984-1987 гг., с новыми данными позволяет отметить один порядок средних значений для элементов РЬ, Си, гп, значительный рост значений для Сг и N1, а также резкое снижение содержания Сё. Интерпретацию полученных результатов усложняет тот факт, что данные, представленные в отчете геологической партии 1984-1987 гг., получены методами спектрального полуколичественного и спектрозолотометрическо-го анализов и могут нести в себе большую погрешность по сравнению с современными методами определения содержания элементов в почвах.
Сравнение полученных средних концентраций элементов со средними и предельными фоновыми концентрациями микроэлементов в почвах нечерноземного региона Российской Федерации показало превышение средних фоновых концентраций Сг, N1, Си в «чистых» почвах, предельные фоновые концентрации Си и 7п были превышены в «загрязненных» почвах.
Средние концентрации всех элементов, кроме Сё в «загрязненной» почве, ниже соответствующих значений кларков земной коры.
Геохимический ряд для фоновой территории можно представить следующим образом: Сг48,5>7пз8,9~№зз,з>Си14,з>РЬ7,5>>Сё0д.
Для более подробного рассмотрения влияния антропогенного воздействия на содержание и распределение элементов в почвах была заложена почвенно-геоморфологическая трансекта, которая проходит через естественные и антропогенно-преобразованные ландшафты (см. рис. 1, точки 1-10). Трансекта простирается с запада на восток и сформирована 10 почвенными профилями, заложенными на двух противоположных склонах сопки (рис. 4). Сопка сложена пермскими сланцевыми породами и представляет собой вытянутую с севера на юг возвышенность с округлой вершиной, почвенный покров которой представлен преимущественно петроземами (профили № 1-6, 9), а на склоне к ручью -глееземом (профиль № 10). На бровке холма расположены площадные антропогенные объекты - развалины бывшего поселения, на которых сформировались молодые слаборазвитые почвы - урбаноземы (профили № 7, 8).
0 250 500 750 1000
Расстояние от береговой линии. м
1234567R 9 10
Условные обозначения: М - море, А - автодорога, Т - трубопровод ГСМ; почвенные горизонты: □ - гумусовый слаборазвитый горизонт; □ - подстилочно-торфяной горизонт; I 1 - плотная порода; II III II - материнский горизонт; U-I-I - глеевый горизонт; 1+ +1 - урбик
Рис. 4. Схема расположения и строение почвенных профилей почвенно-геоморфологической трансекты
Распределение элементов по горизонтам почв пробных площадок представлено на рис. 5.
123456789 10 Номер пробной площадки а)
123456789 10 Номер пробной площадки б)
«
§
Я £ Си
и ^
О
20 -15 -10 -5 -0
I. 1.1
3001
I П111ТН
г
123456789 10 Номер пробной площадки
125 1
1ПП11Я
123456789 10 Номер пробной шгошадки
д)
Г
123456789 Номер пробной площадки
1,2 1
ь
1— ] шш
123456789 10 Номер пробной шгошадки
е)
Почвенные горизонты: I I - гумусовый слаборазвитый или подстилочно-торфяной горизонт; I I плотная порода или материнский горизонт, или глеевый горизонт, или урбик в зависимости от профиля (см. рис. 1)
Рис. 5. Профильное распределение в почвенно-геоморфологической трансекте:
а) Сг; б) N1; в) РЬ; г) Си; д) гп; е) Сё
Характер распределения Си по горизонтам почв и пробным площадкам схож с распределением N1 и может быть связан как с антропогенным воздействием (наблюдаются повышенные концентрации Си и N1 вблизи трубопровода и автодороги - площадки 1, 2, 4, 5; в горизонте урбик площадок 7, 8), так и с водным режимом почв (вымывание элементов вниз по склону к площадке 10).
Для РЬ, Си, 7п и Сё характерно накопление в верхнем, богатом органическим веществом горизонте [26, 27]. Максимальное содержание данных элементов в подстилочно-торфяном горизонте пробной площадки 7 объясняется интенсивным антропогенным загрязнением данной площадки, а именно - протечкой трубопровода ГСМ [28]. Следы антропогенной деятельности прослеживаются также и на площадках 1, 2 (свалка бочек из-под топлива, разрушающееся судно), 4, 5 (течь топливного провода), 7 и 8 (развалины построек, металлолом) (рис. 6). В верхнем горизонте перечисленных площадок содержание РЬ, Си, 7п выше, чем в верхних горизонтах площадок 3 и 9. Несмотря на отсутствие источников антропогенного воздействия, наблюдается повышенное содержание элементов в почве площадки 9, что может быть объяснено процессами миграции элементов с почвенной влагой вниз по склону.
а) б) в)
Рис. 6. Следы антропогенной деятельности на пробных площадках:
а) 1 и 2; б) 4 и 5; в) 7 и 8
Исследование типичных аркто-трундовых почв побережья залива Моллера позволило установить уровни содержания элементов, характерных для «чистых» и «загрязненных» почв, что существенно дополняет полученные ранее сведения о составе почв о. Южный и формирует массив базовых данных, необходимый для разработки региональных нормативов содержания элементов в почвах.
Установлено, что существенное влияние на формирование элементного состава почв оказывают антропогенные артефакты прошлой хозяйственной деятельности, сопутствующие очагам повышенного содержания элементов в почве. Высокие концентрации элементов в почвах данных территорий свидетельствуют о низкой скорости процесса их самовосстановления.
Исследование незагрязненных почв позволило установить значительное влияние сопряженности ландшафтов на элементный состав почв: наиболее высокое содержание элементов обнаружено в подчиненных ландшафтах.
В целом, можно констатировать, что повышенные концентрации элементов в отдельных случаях могут быть обусловлены как антропогенным влиянием, так и естественными процессами накопления элементов в геохимически подчиненных ландшафтах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Геохимические особенности арктотундровых ландшафтов восточного побережья Новой Земли / А. А. Усачева, И. Н. Семенков, А. Ю. Мирошников, В. В. Крупская, С. В. За-кусин // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. - 2016. - № 6. - С. 87-95.
2. Новая Земля: Природа. История. Археология. Культура. Кн. 1: Природа / под ред. П. В. Боярского: Тр. МАКЭ. - М., 1998. - 280 с.
3. Эволюция островных и материковых территорий Европейского сектора Арктики под влиянием природных и антропогенных факторов / Н. С. Ларионов, В. В. Кряючунас, С. А. Иг-ловский, Н. С. Горбова, И. А. Кузнецова, А. А. Любас, Н. Г. Скютте, Т. В. Романис, Д. Д. Бедри-на : отчет о НИР. - Архангельск, 2016. - 187 с.
4. Евсеев А. В. Арктические тундровые почвы о. Айон // Почвоведение. - 1982. - № 1. -С. 31-38.
5. Печуров Л. В. Шпицберген. - М. : Мысль, 1983. - 124 с.
6. Петрига А. А., Горюнова Н. В. Состав снега в импактных районах Арктики на примере поселков залива Ис-фьорд архипелага Шпицберген // Вестник науки и образования. -2016. - № 2 (14). - С. 106-110.
7. Демешкин А. С. Геоэкологическая оценка состояния природной среды в районе расположения российского угледобывающего рудника Баренцбург на архипелаге Шпицберген : дис. ... канд. геол. наук. - Санкт-Петербург, 2015. - 181 с.
8. Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области за 2015 год / под ред. С. В. Маслова : доклад. - Архангельск, 2016. - 432 с.
9. Жарников В. Б., Николаева О. Н., Сафонов В. В. Техногенная трансформация земель и ее показатели в системе мониторинга // Вестник СГУГиТ. - 2013. - № 2 (22). - С. 36-43.
10. Deposition and migration of atmospheric Pb in soils from a forested silicate catchment today and in the past (Strengbach case): Evidence from 210Pb activities and Pb isotope ratios / P. Stille, L. Pourcelot, M. Granet, M.-C. Pierret, F. Gueguen, Th. Perrone, G. Morvan, F. Chabaux // Chemical Geology. - 2011. - Vol. 289. - P. 140-153.
11. Wuana R. A., Okieimen F. E. Heavy metals in contaminated soils: a review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation // IISRN Ecology. - 2011. - Vol. 2011. - P. 1-20.
12. Evseev A. V., Krasovskaya T. M. Toxic metals in soils of the Russian North // Journal of Geochemical Exploration. - 2017. - Vol. 174. - P. 128-131.
13. Безносиков В. А., Лодыгин Е. Д., Кондратенок Б. М. Оценка фонового содержания тяжелых металлов в почвах европейского северо-востока России // Почвоведение. - 2007. -№ 9. - С. 1064-1070.
14. Чернова О. В., Бекецкая О. В. Допустимые и фоновые концентрации загрязняющих веществ в экологическом нормировании (тяжелые металлы и другие химические элементы) // Почвоведение. - 2011. - № 9. - С. 1102-1113.
15. Estimate of heavy metals in soil and streams using combined geochemistry and field spectroscopy in Wan-sheng mining area, Chongqing, China / L. Song, J. Jian, D.-J. Tan, H.-B. Xie, Z.-F. Luo, B. Gao // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. -2015. - Vol. 34. - P. 1-9.
16. М-02-902-157-10. Методика измерений массовой доли элементов Al, As, B, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Ca, Cu, Fe, Hg, Li, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni. P, Pb, S, Sb, Sn, Sr, Ti, V, Zn, Zr в подготовленных пробах почв методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с помощью спектрометра ICPE-9000. - М. : ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИМ», 2010. - 31 с.
17. Минеральный состав почв и донных осадков заливов архипелага Новая Земля / В. В. Крупская, А. Ю. Мирошников, О. В. Доржиева, С. В. Закусин, И. Н. Семенков, А. А. Усачева // Океанология. - 2017. - Т. 57, № 1. - С. 238-245.
18. Геохимическая структура и радиационное состояние прибрежных ландшафтов заливов Карского моря Новой Земли / Н. П. Лаверов, В. И. Величкин, А. Ю. Мирошников, В. В. Крупская, Эн. Э. Асадулин, И. Н. Семенков, А. А. Усачева, С. В. Закусин, Е. В. Терская // Доклады АН. -Т. 467. - № 3. - 2016. - С. 342-346.
19. Гринвуд Н. Н., Эрншо А. Химия элементов. Т. 2. - М.: Бином, 2008. - 666 с.
20. Тяжелые металлы в арктических почвах западного побережья архипелага Шпицберген / В. В. Кряучюнас, С. А. Игловский, Е. В. Шахова, А. В. Малков // Экология человека. - 2014. - № 9. - С. 11-12.
21. Космофотографическое картирование масштаба 1 : 500 000 островов Вайгач и Новая Земля: отчет партии № 4 о работах, проведенных в 1984-1987 гг. Кн. 1.- М. : МОМКАГЭ. АЭРОГЕОЛОГИЯ, 1988. - 277 с.
22. Кузнецов А. Е., Градова Н. Б. Научные основы экобиотехнологии. - М. : Мир, 2006. - 504 с.
23. Родинков О. В., Бокач Н. А., Булатов А. В. Основы метрологии физико-химических измерений и химического анализа. - СПб. : ВВМ, 2010. - 133 с.
24. Ильин В. Б. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов в южной части Западной Сибири. - Новосибирск : Наука, 1974. - 388 с.
25. Мотузова Г. В. Почвенно-химический экологический мониторинг. - М. : Изд-во МГУ, 2001. - 86 с.
26. Исследование сорбционных свойств гуминовых кислот по отношению к Cd(II) и Pb(II) / И. А. Кузнецова, К. Г. Боголицын, Н. С. Ларионов, Т. А. Бойцова, И. А. Паламарчук, А. С. Аксенов // ИВУЗ. Лесной журнал. - 2012. - № 1. - С. 146-150.
27. Structure and physical-chemical properties of humic adds of oligotrophic peat bog of Arkhangelsk region / I. Kuznetsova, K. Bogolitsyn, N. Larionov, T. Boytsova, I. Palamarchuk, A. Aksenov// Ekologia Bratislava. - 2014. - Т. 33. - № 1. - P. 1-8.
28. Бондалетова Л. И., Новиков В. Т., Алексеев Н. А. Расчет выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлоагрегатах котельных : метод. пособие по выполнению практических занятий. - Томск : Изд. ТПУ, 2000. - 39 с.
Получено 08.11.2017
© И. А. Кузнецова, В. В. Кряучюнас, Н. С. Ларионов, Д. Д. Бедрина, 2018
SOILS OF ARCTIC TUNDRA'S LANDSCAPES: BACKGROUND STATE UNDER CURRENT AND PRECEDING ECONOMIC DEVELOPMENT (BY THE EXAMPLE OF WESTERN COAST OF NOVAYA ZEMLYA ARCHIPELAGO'S YUZHNUI ISLAND)
Irina A. Kuznetsova
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, 163000, Russia, Arkhangelsk, 23
Severnoy Dvinu Emb., Ph. D., Senior Researcher, phone: (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Vidas V. Kriauchiunas
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, 163000, Russia, Arkhangelsk, 23
Severnoy Dvinu Emb., Ph. D., Leading Researcher, phone: (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Nikolay S. Larionov
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, 163000, Russia, Arkhangelsk, 23
Severnoy Dvinu Emb., Ph. D., Head of the Laboratory, phone: (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Dariya D. Bedrina
N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, 163000, Russia, Arkhangelsk, 23 Severnoy Dvinu Emb., Research Assistant, phone: (8182)28-76-96, e-mail: [email protected]
Being essential for establishing concentrations of elements in soils and indicating major factors of soils' development within Novaya Zemlya archipelago, special conditions for soil buildup are based on a unique geographical position and landscape, as well as on the start of construction of mining and processing plant at the archipalago. While trying to study those, one should take into account planned, current and preceding anthropogenic activities within the territory. The aim of the present paper is to study the geochemical peculiarities of the microelements' distribution within arctic tundra soils of the western coast of Novaya Zemlya archipelago's Yuzhnui island. The result of the study is the evaluation of background concentration of elements in the soils: Cr - 48,5 mg/kg, Ni - 33,3 mg/kg, Pb - 7,5 mg/kg, Cu - 14,3 mg/kg, Zn - 38,9 mg/kg, Cd - 0,1 mg/kg.
Based on the presented data, territories of high concentrations of elements are indicated. The source of the elements flow is ongoing activities and the ones in the past. Furthermore, it's revealed that anomaly concentrations within topographic lows may happen due to the natural flow of elements to geochemically affluent landscapes. Presented study fills up the data on soil composition of Yuzhnui island and forms the database, needed for a development of specific regional threshold concentrations of elements in the soils.
Key words: Novaya Zemlya archipelago, heavy metals, geochemical landscapes, arctic tundra soils, background concentrations, anthropogenic pollution, migration of elements.
REFERENCES
1. Usacheva, A. A., Semenkov, I. N., Miroshnikov, A. Yu., Krupskaya, V. V., & Zakusin, S. V. (2016). Geochemical features of Arctic tundra landscapes of the Novaya Zemlya eastern coast. Vestnik Moskovskogo Universiteta: S. 5, Geografiya [Bulletin of Moscow University: S. 5, Geography], 6, 87-95 [in Russian].
2. P. V. Boyarskiy (Ed.). (1998). Novaya Zemlya: Priroda. Istoriya. Arheologiya. Kultura&: Kn 1, Priroda [Novaya Zemlya: Nature. History. Archeology. Culture: B. 1, Nature]. Moscow [in Russian].
Вестник CTyTuT, Tom 23, № 1, 2018
3. Larionov, N. S., Kriauchunas, V. V., Iglovskiy, S. A., Gorbova, N. S., Kuznetsova, I. A., Lyubas, A. A., Skyutte, N. G., Romanis, T. V., & Bedrina D. D. (2016). Evolyutsiya ostrovnyih i materikovyih territoriy Evropeyskogo sektora Arktiki pod vliyaniem prirodnyih i antropogennyih faktorov [Evolution of the island and continental territories of the European Arctic sector under the influence of natural and anthropogenic factors]. Arkhangelsk [in Russian].
4. Evseev, A. V. (1982). Arctic tundra soils of Aion island. Eurasian Soil Science. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1, 31-38 [in Russian].
5. Pechurov, L. V. (1983). Spitsbergen. Moskow: Myisl Publ. [in Russian].
6. Petriga, A. A., & Goryunova, N. V. (2016). Composition of snow in impact regions of the Arctic using the example of the Isfjord Gulf communities of the Spitsbergen archipelago. Vestnik nauki i obrazovaniya [Bulletin of Science and Education], 2(14), 106-110 [in Russian].
7. Demeshkin, A. S. (2015). Geoekologicheskaya otsenka sostoyaniya prirodnoy sredyi v rayone raspolozheniya rossiyskogo ugledobyivayuschego rudnika Barentsburg na arhipelage Shpitsbergen [Geoecological assessment of the state of the natural environment in the area of the location of the Russian coal mining Barentsburg mine in the Svalbard archipelago]. Candidat's thesis. St. Petersburg [in Russian].
8. S.V. Maslov (Ed.). (2016). Sostoyanie i ohrana okruzhayushchej sredy Arkhangelskoj oblasti za 2015 god [The state and environmental protection in Arkhangelsk region in 2015]. Arkhangelsk [in Russian].
9. Zharnikov, V. B., Nikolaeva, O. N., Safonov, V. V. (2013). Technogenic transformation of land and its indicators for monitoring. VestnikSGGA [VestnikSSGA], 2(22), 36-43 [in Russian].
10. Stille, P., Pourcelot, L., Granet, M., Pierret, M.-C., Gueguen, F., Perrone, Th., Morvan, G., & Chabaux, F. (2011). Deposition and migration of atmospheric Pb in soils from a forested silicate catchment today and in the past (Strengbach case): Evidence from 210Pb activities and Pb isotope ratios. Chemical Geology, 289, 140-153.
11. Wuana, R. A. & Okieimen, F. E. (2011). Heavy metals in contaminated soils: a review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation. IISRNEcology, 2011, 1-20.
12. Evseev, A. V. & Krasovskaya, T. M. (2017). Toxic metals in soils of the Russian North. Journal of Geochemical Exploration, 174, 128-131.
13. Beznosikov, V. A., Lodygin, E. D., & Kondratenok, B. M. (2007). Assessment of background concentrations of heavy metals in soils of the northeastern part of European Russia. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 9, 1064-1070 [in Russian].
14. Chernova, O. V. & Beketskaya, O. V. (2011). Permissible and background concentrations of pollutants in environmental regulation (heavy metals and other chemical elements). Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 9, 1102-1113 [in Russian].
15. Song, L., Jian, J., Tan, D.-J., Xie, H.-B. , Luo, Z.-F., & Gao, B. (2015) Estimate of heavy metals in soil and streams using combined geochemistry and field spectroscopy in Wan-sheng mining area, Chongqing, China. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 34, 1-9.
16. M-02-902-157-10. (2010). Method for measuring the mass fraction of the elements Al, As, B, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Ca, Cu, Fe, Hg, Li, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni. P, Pb, S, Sb, Sn, Sr, Ti, V, Zn, Zr in prepared samples of soils using atomic-emission spectrometry with inductively coupled plasma using an ICPE-9000 spectrometer. Moskow: GICI SI FGUP "VNIIM" Publ. [in Russian].
17. Krupskaya, V. V., Miroshnikov, A. Yu., Dorzhieva, O. V., Zakusin, S. V., Semenkov, I. N., & Usacheva, A. A. (2017). Mineral composition of soils and bottom sediments of the bays of the Novaya Zemlya Archipelago. Okeanologiya [Oceanology], 57(1), 238-245 [in Russian].
18. Laverov, N. P., Velichkin, V. I., Miroshnikov, A. Yu., Krupskaya, V. V., Asadulin, N. E., Semenkov, I. N., Usacheva, A. A., Zakusin, S. V. & Terskaya, E. V. (2016). Geochemical structure and radiation state of coastal landscapes of the Kara Sea Gulfs of Novaya Zemlya. Doklady Akademii nauk [Reports of the Academy of Sciences], 467(3), 342-346 [in Russian].
19. Greenwood, N. N., & Ernsho, A. (2008). Himiya elementov: T. 2 [Chemistry of elements: Vol. 2]. Moscow: Binom Publ. [in Russian].
20. Kryauchyunas, V. V., Iglovsky, S. A., Shakhova, E. V., & Malkov, A. V. (2014). Heavy metals in the arctic soils of the western coast of Svalbard archipelago. Ekologiya cheloveka [Human Ecology], 9, 11-12 [in Russian].
21. Kosmofotograficheskoe kartirovanie masshtaba 1 : 500 000 ostrovov Vaygach i Novaya Zemlya: otchet partii №4 o rabotah, provedennyih v 1984-1987 gg.: Kniga 1 [Cosmphotographic mapping of the scale of 1 : 500 000 islands of Vaigach and Novaya Zemlya: a report of the party number 4 on the work carried out in 1984-1987: Book 1]. (1988). Moscow: MOMKAGE. Aerogeology [in Russian].
22. Kuznetsov, A. E., & Gradova, N. B. (2006). Nauchnyie osnovyi ekobiotehnologii [Scientific basis of ecobiotechnology]. Moscow: Mir Publ. [in Russian].
23. Rodinkov, O. V., Bokach, N. A., & Bulatov, A. V. (2010). Osnovyi metrologii fiziko-himicheskih izmereniy i himicheskogo analiza [Basics of metrology of physical and chemical measurements and chemical analysis]. St. Petersburg: VVM Publ. [in Russian].
24. Ilyin, V. B. (1974). Biogeohimiya i agrohimiya mikroelementov v yuzhnoy chaste Zapadnoy Sibiri [Biogeochemistry and agrochemistry of microelements in the southern part of Western Siberia]. Novosibirsk: Nauka Publ. [in Russian].
25. Motuzova, G. V. (2001). Pochvenno-himicheskiy ekologicheskiy monitoring [Soil-chemical ecological monitoring]. Moscow: Moscow University Publ. [in Russian].
26. Kuznetsova, I. A., Bogolytsyn, K. G., Larionov, N. S., Boytsova, T. A., Palamarchuk, I. A., & Aksenov, A. S. (2012). Investigation of the sorption properties of humic acids with respect to Cd (II) and Pb (II). Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Lesnoj zhurnal [News of Higher Educational Institutions. Forest Journal], 1, 146-150 [in Russian].
27. Kuznetsova, I., Bogolitsyn, K., Larionov, N., Boytsova, T., Palamarchuk, I., & Aksenov, A. (2014). Structure and physical-chemical properties of humic asids of oligotrophic peat bog of Arkhangelsk region. EkologiaBratislava, 33(1), 1-8.
28. Bondaletova, L. I., Novikov, V. T., & Alekseev, N. A. (2000). Raschet vyibrosov zagryaznyayuschih veschestv pri szhiganii topliva v kotloagregatah kotelnyih [Calculation of emissions of pollutants during fuel combustion in boilers of boiler houses]. Tomsk: TPU Publ. [in Russian].
Received 08.11.2017
© I. A. Kuznetsova, V. V. Kriauchiunas, N. S. Larionov, D. D. Bedrina, 2018
