CC BY
82
УДК 546.49+574 (470.22) DOI: 10.33396 / 1728-0869-2019-4-10-17
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РТУТИ В ПРИРОДНЫХ И УРБАНИЗИРОВАННЫХ СРЕДАХ
КАРЕЛИИ
© 2019 г. А. В. Горбунов, С. М. Ляпунов, Б. В. Ермолаев
ФГБУН «Геологический институт Российской академии наук», г. Москва
Цель работы - изучение накопления ртути в основных естественных природных и урбанизированных средах Карелии и оценка возможных источников поступления ртути в организм человека. Методы. Был произведен отбор образцов почв, растительности, воды поверхностных водотоков, донных отложений и представителей биоты (рыбы). Всего было отобрано около 200 образцов. Анализ отобранного материала проводился методом атомной абсорбции с «холодным» паром. На основании этого анализа были построены графики распределения ртути в почве, листьях березы, сфагновых мхах и лишайниках в генеральном направлении профиля юго-запад - северо-восток. Результаты. Показано, что уровни накопления ртути в почве и растительности в исследованных городах не превышают принятых в России нормативов и близки к фоновым. Также близки к фоновым и значения концентрации ртути в воде и донных отложениях. Изучены статистические данные о потреблении рыбы населением г. Петрозаводска и г. Мед-вежьегорска. Отмечено принципиальное различие в структуре потребления рыбы населением этих городов. Оценена концентрация ртути в мышцах рыб, наиболее потребляемых в Петрозаводске и Медвежьегорске. Расчет поступления ртути показал, что существует 3-кратная разница в годовом поступлении ртути в организм человека за счет различий в структуре потребления рыбы в этих городах. Выводы. Внешние факторы не приводят к повышению концентрации ртути в основных естественных природных и урбанизированных средах Карелии. Высокая концентрация ртути в биологических материалах у людей в Медвежьегорском районе обусловлена особенностью рациона питания местного населения - преобладанием в рационе питания хищных пресноводных рыб (щука, окунь, судак), выловленных непосредственно в Онежском озере.
Ключевые слова: ртуть, природные и урбанизированные среды, накопление, организм человека, рыба
DISTRIBUTION OF MERCURY IN NATURAL AND URBAN ENVIRONMENTS OF KARELIA,
NORTHWEST RUSSIA
A. V. Gorbunov, S. M. Lyapunov, B. V. Ermolaev
Geological Institut, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Purpose. We studied accumulation of mercury in the main natural and urban environments of Karelia, Northwest Russia, and assessed potential sources of mercury in a human body. Methods. A total of 200 samples of soil, vegetation, water, surface water, sediments and fish were collected. An analysis of samples was carried out by cold steam atomic absorption method. Diagrams of mercury distribution in soil, birch leaves and lichens were created. Data on fish consumption by the population of Petrozavodsk and Medvezhyegorsk are studied. The concentration of mercury in fish muscles most consumed in Petrozavodsk and Medvezhyegorsk was estimated. Results. Levels of mercury accumulation in soil and vegetation in the studied settings do not exceed the standards adopted in Russia. The same was observed for mercury concentration in water and sediments. Calculation of mercury intake showed that there is a 3-fold difference in the annual intake of mercury in the human body due to differences in the structure of fish consumption in these cities. Summary. External factors do not lead to higher concentrations of mercury in the main natural and urban environments of Karelia. High concentration of mercury in biological samples of pregnant women in the Medvezhyegorsk district is due to the peculiarities of the diet of the local population - the predominance in the diet of freshwater fish (pike, perch, pike perch) caught directly in the Onega lake.
Key words: mercury, natural and urban environments, accumulation, human body, fish
Библиографическая ссылка:
Горбунов А. В., Ляпунов С. М., Ермолаев Б. В. Распределение ртути в природных и урбанизированных средах Карелии // Экология человека. 2019. № 4. С. 10-17.
Gorbunov A. V., Lyapunov S. M., Ermolaev B. V. Distribution of Mercury in Natural and Urban Environments of Karelia, Northwest Russia. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2019, 4, pp. 10-17.
Ртуть и ее соединения являются высокотоксичным, кумулятивным ядом, поражающим кроветворную, ферментативную, нервную системы и почки [10, 16]. Ртуть относится к числу элементов, постоянно присутствующих в окружающей среде и живых организмах [5, 15]. Метилированная форма ртути из-за большей растворимости в жирах легко проходит через биологические мембраны, проникает через плаценту и воздействует на развивающиеся эмбрион и плод [12]. При поступлении в организм
из окружающей среды ртуть распределяется по органам и субклеточным структурам, больше всего она обнаруживается в крови, печени, почках и головном мозгу. При остром отравлении ртутными соединениями вследствие поражения почек наступает полное прекращение мочеотделения, в организме накапливаются вредные вещества, усугубляющие тяжелое состояние, что приводит к смертельному исходу через 5—6 дней. Выделение ртути из организма осуществляется различными путями, но очень медленно: через
желудочно-кишечный тракт (18—20 %), почками (40 %), слюнными железами (20-25 %). ФАО и ВОЗ установлена недельная безопасная доза поступления общей ртути — 5 мкг на килограмм массы человеческого тела (метилртути — 3,3 мкг/кг), токсическое действие возникает при поступлении 0,4 мг/сутки. В бытовых условиях основные пути воздействия ртути на человека связаны с парами ртути, в несколько меньшей степени с поступлением с продуктами питания и питьевой водой [10]. Уровень поступления ртути в организм человека зависит от природных и антропогенных факторов: атмосферных выпадений в результате общей дегазации земной коры и океанов, вулканической деятельности, а также наличия промышленности, связанной с использованием ртути в технологическом процессе.
Республика Карелия является одним из немногих регионов России, где природная среда находится в достаточно хорошем состоянии. Относительно небольшое количество технических предприятий, отсутствие значительных месторождений полезных ископаемых и малая плотность населения оказывают небольшую нагрузку на городскую и природную среду. Согласно Государственному докладу о состоянии окружающей среды Республики Карелия за 2014 год [4] воздействия антропогенной ртути на природную среду Карелии не зафиксировано. Тем не менее в 2016 году под эгидой ВОЗ был проведен биомониторинг женщин-рожениц из перинатальных центров Республики Карелия (координатор проекта И. Н. Ильченко). В результате проведения этих исследований было выявлено, что концентрация ртути в волосах беременных женщин и пуповинной крови, полученной при родах в роддомах Медвежьегор-ского района, значительно превышают биологическую норму, а в некоторых случаях превышают и токсичный порог (в максимальных значениях) [11]. Так, например, средняя концентрация ртути в биоматериалах беременных женщин в Медвежьегорске, Пиндушах и Повенце в 3—3,5 раза выше, чем в Петрозаводске и городах юго-запада Карелии. Такое различие позволяло предположить, что существует местный, или региональный, источник, воздействие которого привело к появлению аномально высоких концентраций ртути в биологических материалах беременных женщин Медвежьегорского района. Поиск источника этого воздействия не входил в вышеупомянутую программу биомониторинга человека. Это могли быть атмохимические выпадения природного или антропогенного характера, эоловый разнос твердых техногенных отходов, сброс техногенных или бытовых сточных вод в озера — источники водоснабжения, и т. д.
Целью настоящей работы было изучение уровня концентрации ртути в основных природных и урбанизированных средах южных и центральных районов Карелии и оценка на основании полученных данных возможных источников поступления ртути в организм человека в Медвежьегорском районе.
Методы
Отбор образцов проводился в течение летнего сезона 2017 года на территории восьми городов Карелии — Олонца, Питкяранты, Сортавалы, Суоярви, Петрозаводска, Медвежьегорска, Пиндушей и Повен-ца. Отбирались образцы основных транспортирующих и депонирующих сред — почвы, воды поверхностных водотоков, донных отложений. В качестве индикаторов загрязнения атмосферного воздуха в городских условиях использовались листья березы повислой Betula pendula, в естественных природных условиях для этой же цели использовался сфагновый мох Sphagnum и лишайник Cladonia rangiferina (ягель, «олений мох»). В естественных природных условиях отбор образцов проводился в генеральном направлении юго-запад — северо-восток с шагом 30—50 км. В Ладожском и Онежском озерах производился вылов рыбы — окуня, судака, щуки и леща. Расположение точек отбора образцов показано на рис 1.
Рис. 1. Схема отбора образцов
Почва. В городах и поселках образцы почвы отбирались из расчета один образец на 1 км2 площади города (в Петрозаводске образцы отбирались на набережной и в центральной части города). В естественных природных условиях образцы отбирались с шагом 30—50 км на расстоянии не менее 300 м от дороги. Шаг отбора варьировал в достаточно широком диапазоне. Общее направление профиля отбора юго-запад — северо-восток. Пробы отбирались пластиковым инструментом на площадке 5*5 м с глубины 5—10 см методом конверта. Объединенную пробу составляли путем смешивания пяти точечных проб, отобранных на одной площадке. Масса объединенной пробы составляла 0,5—0,8 кг [2, 7, 9]. Пробы высушивались при комнатной температуре и ситовались до крупности зерна 1 мм. Истирание образцов не проводилось.
Растительность. Одновременно с отбором проб почвы на тех же площадках отбирались образцы растительности. На территории городов и городских поселений в качестве образцов растительности использовались листья березы. Отбор осуществлялся с ветвей, расположенных на высоте 1,7—2,0 м от поверхности земли. В естественных природных условиях отбирались сфагновые мхи (Sphagnum) и лишайники (Cladonia rangiferina). Отбор образцов мхов и лишайников проводился в достаточно высоких (высокие кочки, небольшие возвышенности) местах. Мхи и лишайники — наименее требовательные к минеральному питанию болотные растения. Они довольствуются минеральными веществами, которые поступают на поверхность почвы из атмосферы, используя осмотическое давление. Это означает, что они одновременно поглощают все содержащиеся в атмосферных осадках вещества, не обладая механизмами освобождения от них. Именно поэтому они эффективно адсорбируют микроэлементы, включая тяжелые и токсичные металлы, из атмосферного воздуха и являются прекрасными индикаторами состояния окружающей среды. Отбирались части ветви мха или лишайника, которые соответствовали 3-летнему росту растения (примерно 5 см от конца ветви). Отмывание образцов не проводилось. Пробы высушивались при t = 20 °C до постоянного веса и измельчались. Масса образцов в воздушно-сухом состоянии составляла 15—20 г.
Вода, донные отложения. При отборе проб воды и донных отложений определялась степень загрязнения ртутью воды в пределах территории исследуемых городов, вблизи мест с активной антропогенной деятельностью или в местах слабого водообмена — в заливах, заводях, затонах. Посуда, используемая при отборе проб, обрабатывалась 10 % раствором азотной кислоты, тщательно промывалась водопроводной водой, нейтрализовалась 2 % раствором бикарбоната натрия и 3—4 раза промывалась дистиллированной водой [3, 8]. Перед забором проб сосуды ополаскивались не менее трех раз отбираемой водой, пробы воды объемом не менее 200 см3 отбирали в емкости из стекла. Отбиралась поверхностная вода на расстоянии 2—5 м от береговой линии, там же отбирались пробы донных отложений с глубины 1,0—1,5 м. Для определения общего (валового) содержания ртути сразу после отбора пробы воды подкисляли концентрированной азотной кислотой, из расчета 3,5—4 см3 концентрированной HNO3 на 1 дм3 пробы. Поскольку в нашем случае анализ отобранных образцов проводился спустя 15—30 суток после отбора, кроме азотной кислоты добавляли 5 % раствор марганцовокислого калия до розовой окраски пробы (4 — 5 см3 на 1 дм3 пробы). В табл. 1 приведены координаты и характеристики точек отбора образцов воды и донных отложений.
Рыба. В течение июля 2017 года в Ладожском и Онежском озерах проводился отлов окуня, щуки, судака и леща. В основном отлов производился непо-
Таблица 1
Координаты точек отбора образцов воды и донных отложений
Координата точки отбора Характеристика места отбора
С. Ш. З. Д.
60.980.322 32.957.443 Слияние р. Олонки и р. Мегрега, г. Олонец
61.135.894 32.492.140 Ладожское оз. устье р. Тулоксы
61.490.380 31.599.798 Ладожское оз. устье р. Уксунйоки
61.571.169 31.458.986 Ладожское оз. наб. г. Питкяранта
61.700.168 30.689.546 Ладожское оз. г. Сортавала, зал. Ляппяярви
61.873.715 31.615.744 Оз. Уксуярви
62.172.715 32.272.936 Оз. Салонъярви
62.085.950 32.362.384 Оз. Суоярви наб. г. Суоярви
62.156.265 32.362.384 Оз. Суоярви
61.859.009 33.239.644 Оз. Сямозеро
61.812.573 34.330.666 Онежское оз. наб. г. Петрозаводск
62.959.186 34.272.842 Оз. Крестовое Лампи
62.901.915 34.456.267 Онежское оз. наб. г. Медвежьегорск
62.907.158 34.562.116 Онежское оз. пос. Пиндуши
62.839.311 34.821.119 Онежское оз. пос. Повенец
Примечание. С. Ш. — северная широта, З. Д. - западная долгота.
средственно участниками данного проекта, частично недостаток рыбы восполнялся покупкой у местных рыбаков. Образцы отбирались в полиэтиленовые пакеты типа зип-лок, очищались от внешних загрязнений и промывались дистиллированной водой. Для длительной транспортировки образцы замораживались при температуре —20 0С. При подготовке к анализу рыбу размораживали и помещали в эмалированные кюветы, после этого вырезали с левой стороны, начиная от спинного плавника до начала ребер, вдоль тела 2—4 г скелетных мышц. Весь инструмент и стеклянную посуду мыли 5—10 % азотной кислотой и ополаскивали дистиллированной водой.
Анализ образцов. Образцы почвы, донных отложений и растительности высушивались при 1 = 20 °С до постоянного веса. Образцы рыбы поступали на анализ с естественным процентом влажности. Определение концентрации ртути проводилось методом атомной абсорбции с «холодным» паром в лаборатории ГИН РАН (Москва). Использовался анализатор ртути «Юлия-5К» (НПО «Метрология», Россия). Контроль качества результатов анализа проводили с помощью анализа «холостых» проб, стандартных и контрольных образцов биологических материалов, аттестованных на содержание ртути. Использовались стандартные образцы состава — 1АЕА-407, 1АЕА-452, 1АЕА-436. Перечисленные стандарты анализировались в ходе рутинного анализа совместно с исследуемыми пробами. Предел определения концентрации ртути в образцах почвы, растительности, донных отложений и рыбы составлял 0,1 мкг/кг (ррЬ), для образцов воды — соответственно 0,01 мкг/л (ррЬ).
Статистическая обработка полученных данных проводилась стандартными методами при помощи программы МтИаЬ 16.
Результаты
В табл. 2 приведены данные о концентрации ртути, кислотности почвы и зольности в восьми городах Карелии. Кислотность почв в городах изменяется от сильно кислой почвы (рН = 2,9) до нейтральной (рН = 7,2), средние значения кислотности расположены в диапазоне средне — слабокислые (рН = 4,82—6,1).
Таблица 2
Концентрация ртути в почве и растительности в городах Карелии, воздушно-сухой вес, мкг/кг (ррЬ)
Объект Почва Лист березы
Место отбора Кислотность рН Концентрация Hg Зольность, % Концентрация Hg
г. Олонец, п=5 6,08 (5,8-6,3) 37 (27-57) 4,2 (4,054,29) 23 (16-37)
г. Питкяран-та, п=5 5,48 (4,3-6,7) 81 (41-180) 4,09 (4,014,15) 20 (15-20)
г. Сортавала, п=7 5,49 (5,0-6,6) 99 (31147/7500) 4,66 (4,354,98) 18 (12-22)
г. Суоярви, п=5 6,1 (3,1-7,2) 89 (52175) 3,56 (3,224,05) 19 (12-27)
г. Петрозаводск, п=9 4,82 (2,9-5,9) 489 (97-1074) 4,37 (3,9-4,67) 13 (11-16)
г. Медве-жьегорск, п=7 5,26 (4,1-6,1) 98 (27285) 4,69 (4,574,75) 20 (14-29)
г. Пиндуши, п=5 6,05 (5,8-6,4) 21 (16-30) 4,15 (3,98-4,26) 16 (12-18)
г. Повенец, п=5 5,42 (4,3-6,5) 61 (17-107) 2,95 (2,663,05) 11 (9-13)
Запов. Кивач, фон (т. №12) 4,4 25,3 2,93 11
В среднем содержание ртути в почве в пределах допустимой концентрации (ПДК = 2 100 мкг/кг (ppb)), однако в г. Сортавала в одной точке, отобранной в сквере на берегу залива Ляппяярви, отмечено превышение концентрации ртути над ПДК в 3,6 раза, фоновые значения превышены в 296 раз. При этом следует отметить, что в образце растительности, отобранном в этой же точке, превышения концентрации ртути не обнаружено. Видимо, имеет место точечная аномалия, связанная с бытовым загрязнением ртутью. Следует отметить также высокую концентрацию ртути в почве Петрозаводска (C Hg max = 1 074 ppb, CHg med = 489 ppb). Эти значения не превышают ПДК, но значительно превышают фоновые. Важным фактором, позволяющим получить представление о степени техногенного загрязнения атмосферного воздуха, является зольность растительности. Зольность характеризует осаждение на поверхность листьев аэрозольной составляющей атмосферного воздуха и газопоглотительную способность растений. Следовательно, зольность является прямым индикационным признаком загрязнения атмосферы, отражающим общее количество аэрозолей в атмосферном воз-
духе. Нормальные значения зольности для листьев березы находятся в диапазоне 3—6 %. Зольность листьев, отобранных в заповеднике Кивач, принятом нами за фон, составляет 2,93 %. Зольность листьев, отобранных в городах, находится в пределах нормы: 3-4,9 %.
В табл. 3 приведены данные о концентрации ртути в почве, мхах и лишайниках, отобранных в естественных природных условиях, а также значения кислотности почв и зольности мхов и лишайников. Следует отметить, что почвы, представленные в табл. 3, относятся к кислым или сильно кислым, что существенно отличает их от почв, отобранных в городах (см. табл. 2), концентрация ртути практически во всех представленных образцах существенно ниже значения ПДК. Зольность мхов и лишайников может варьировать в значительных пределах (в некоторых случаях до 30 %) в зависимости от состояния атмосферного воздуха. Данные, представленные в табл. 3, показывают, что зольность мхов и лишайников в среднем находится в пределах нормы. Концентрация ртути также не представляется аномально высокой.
Таблица 3
Концентрация ртути в почве, мхах и лишайниках Карелии,
воздушно-сухой вес, мкг/кг
Точка отбора Почва Мох сфагнум Лишайник
Кислотность рН Концентрация Hg Зольность, % Концентра-ция Hg Зольность, % Концентра-ция Hg
1 3,5 25 2,62 87 3,17 62
2 3,8 65 6,94 102 3,25 88
3 3,7 200 5,71 107 4,31 100
4 3,7 290 7,15 106 3,36 95
5 4,1 47 7,07 77 2,88 53
6 4,1 80 2,83 48 1,01 26
7 3,1 111 2,6 81 1,07 25
8 3,8 46 9,89 146 4,63 121
9 4,2 33 3,21 58 2,32 45
10 2,7 101 5,84 112 1,67 44
11 3,1 105 5,15 122 3,56 109
12* 4,4 25,3 3,07 42 1,06 25
13 3,8 63,2 2,23 58 1,12 38
14 3,3 45,1 2,98 45 1,98 31
15 2,9 44,1 3,67 42 2,01 33
16 4,1 44,2 3,39 57 2,31 42
17 4,9 19,5 5,16 64 1,79 29
18 3,9 22,3 3,45 51 2,18 25
Примечание. * - заповедник Кивач (фон).
Для почвы, листьев березы, мхов и лишайников были рассчитаны значения коэффициента концентрации Кс:
Кс = К1/Щ,
где: К — концентрация ртути в 1-м образце; К — концентрация ртути в фоновом образце (в нашем
случае в образцах почвы и растительности из заповедника Кивач).
На рис. 2 показано распределение значений Кс для почвы и листьев березы в городах Карелии. Распределение Кс показывает, что в наибольшей степени загрязнены почвы Петрозаводска — в них средняя концентрация ртути почти в 20 раз больше, чем в фоновом образце. Следует отметить, что аномалия ртути относится только к почве, в листьях березы повышенной концентрации ртути не обнаружено, корреляция между концентрацией ртути в почве и концентрацией в листьях березы отсутствует (г = —0,428, р = 0,291). Это позволяет предположить, что: а) ртуть в почве Петрозаводска находится в труднодоступной для растительности форме; б) поскольку концентрация ртути в листьях березы практически равна фоновой, атмохимическое воздействие ртути на урбанизированную среду Петрозаводска отсутствует.
Следует особо отметить, что в городах Медвежье-горского района (Медвежьегорск, Пиндуши, Повенец) концентрация ртути в почве и растительности равна фоновым значениям или близка к ним.
Рис. 2. Распределение концентрации ртути в почве и растительности в восьми городах Карелии
На рис. 3 представлены графики распределения Кс Hg в почве, мхах и лишайниках в естественных природных условиях по общему профилю юго-запад — северо-восток (точки 1 — 18). Эти графики показывают, что наибольшая концентрация ртути в почве, мхах и лишайнике характерна для южных районов (точки 3, 4, 7), а на северо-востоке, т. е. в Медвежьегорском районе, Кс ^ равен 1 или близок к ней
В табл. 4 приведены данные об уровне кислотности и концентрации ртути в воде и донных отложениях рек и озер Карелии (координаты точек отбора образцов приведены в табл. 1). ПДК ртути для вод хозяйственно-бытового назначения равно 0,005 мг/л (5 мкг/л). Данные, приведенные в табл. 4, показывают, что концентрации ртути в воде городов Карелии не превышают значения ПДК для данного типа водоемов. Более того, эти значения не превышают и значение ПДК для питьевой воды — 0,0005 мг/л (0,5 мкг/л). Концентрация ртути в
Рис. 3. Распределение концентрации ртути в почве, мхах и лишайниках
донных отложениях находится в пределах 7 40 мкг/ кг (в Медвежьегорске — 116 мкг/кг), что в среднем ниже или равно аналогичной концентрации в почве. Следует отметить, что повышенная концентрация ртути в донных отложениях в Медвежьегорске соответствует минимальной концентрации ртути в воде. Оценка кислотности воды показывает, что вода рек Олонки и Мегрега и вода в устье р. Уксунйоки при впадении в Ладожское озеро является слабо кислой. Воду Ладожского, Онежского озер и озер Ууксуярви,
Таблица 4
Концентрация ртути и значение рН в воде озер Карелии
Концентрация ^
Место отбора образца Донные отл. мкг/ кг(ррЬ) Вода мкг/л (ррЬ) Кислотность рН воды
Слияние р. Олонки и р. Мегрега, г. Олонец 8,3 0,021 5,02 (4,855,12)
Ладожское оз. устье р. Тулоксы 7,1 0,016 7,09 (7,017,15)
Ладожское оз. устье р. Уксунйоки 22 0,054 5,01 (4,615,33)
Ладожское оз. наб. г. Питкяранта 12 0,024 7,89 (7,857,92)
Ладожское оз. г. Сортавала, зал. Ляппяярви 32 0,056 7,92 (7,718,12)
Оз. Ууксуярви 28 0,039 7,53 (7,317,72)
Оз. Салонъярви 19 0,065 7,78 (7,657,9)
Оз. Суоярви наб. г. Суоярви 19 0,088 7,89 (7,857,93)
Оз. Суоярви 16 0,039 7,68 (7,657,71)
Оз. Сямозеро 12 0,035 8,08 (8,018,22)
Онежское оз. наб. г. Петрозаводск 41 0,039 6,33 (6,296,37)
Оз. Крестовое Лампи 6,2 0,022 6,2 (6,186,22)
Онежское оз. наб. г. Медвежьегорск 116 0,017 7,91 (7,887,95)
Онежское оз. пос. Пиндуши 37 0,039 7,68 (7,627,73)
Онежское оз. пос. Повенец 59 0,025 7,47 (7,427,51)
Салонъярви, Суоярви, Сямозера и Крестовое-Лампи можно охарактеризовать как нейтральную.
Обсуждение результатов
Концентрация ртути в почве, растительности, воде поверхностных водотоков, используемых в качестве источников питьевой воды, а также в донных отложениях, не превышает значения ПДК (за исключением одной пробы почвы в г. Сортавала). Во всех обследованных городах концентрация ртути в этих средах равна фоновым значениям или незначительно отличается от них. Исключение составляют почвы Петрозаводска, где значения концентрации ртути не превышают ПДК, но значительно превышают фоновые значения, что объясняется повсеместным использованием компостов в скверах и на газонах города. Графики, построенные по значениям КсН§ в почве и растительности (рис. 2, 3), показывают, что максимальные значения концентрации ртути в этих средах характерны для южных районов Карелии, а при продвижении к северу равны или приближаются к 1 как в городских, так и в естественных природных условиях. Это совершенно не согласуется с данными биомониторинга человека [11], где при продвижении к северо-востоку значительно увеличивается концентрация ртути в биологических материалах беременных женщин. Этот факт позволяет нам утверждать, что высокая концентрация ртути в биоматериалах беременных женщин в Медвежьегорском районе не связана с какими-либо внешними воздействиями.
В настоящее время все больше исследователей приходят к убеждению, что основным путем поступления ртути (при отсутствии техногенного воздействия) в организм человека является поступление ее с пищей, в частности с рыбой [1, 13, 14, 17]. Накопление ртути в рыбе напрямую зависит от поступления ртути в водоемы и в Карелии обусловлено в основном природными факторами. После поступления в водоем преобразование ртути происходит по трем основным направлениям: она восстанавливается до элементарного состояния и улетучивается в атмосферу; образует прочные нерастворимые соединения (сульфиды) и откладывается в донных отложениях; сорбируется на поверхности бактериальных мембран и переходит в ртутьорганическое соединение (ме-тилртуть). Метилртуть, накапливаясь в обитающих в воде организмах — растениях, бентосе, животных, в конечном итоге концентрируется в верхних звеньях трофической пищевой цепи — рыбе [18].
С учетом всего вышеизложенного высокая концентрация ртути в биологических материалах беременных женщин в Медвежьегорском районе, видимо, обусловлена особенностью рациона питания местного населения. В качестве города сравнения для Медвежьегорска был использован Петрозаводск, где концентрация ртути в биоматериалах минимальна. Изучение статистических данных показало практическую идентичность потребления
как продуктов питания, так и объема потребления рыбы в этих городах (около 28 кг/год на человека). Однако изучение структуры потребления рыбы населением в этих городах показало значительные различия [6]. В дополнение к литературным данным о структуре потребления рыбы в процессе проведения настоящей работы в этих городах был проведен анонимный блиц-опрос местных жителей (по принципу случайной выборки). Результаты этих исследований представлены на рис. 4. Как показывают приведенные графики, существует принципиальная разница в потреблении рыбы в этих городах. В Петрозаводске структура потребления рыбы практически не отличается от средней по России. В основном это потребление недорогих морских сортов рыбы — сельди, минтая, лососевых, трески. В Медвежьегорске и поселках городского типа — Пиндушах и Повенце акцент потребления рыбы смещен в сторону пресноводных хищников — окуня, судака, щуки, которые вылавливаются непосредственно в Онежском озере.
Треска
о Щука
и
* о Судак
«
Окунь пресн.
ю и
3 % Сельдь
ч
а Скумбрия
и иг
Треска
ё
С — Минтай
1 Лососевые
и
Сельдь
0 2 4 6 8 10 12 14 16 %
Рис. 4. Структура потребления рыбы в городах Петрозаводске и Медвежьегорске
В табл. 5 приведены данные о концентрации ртути в мышцах рыб, потребляемых в Петрозаводске и Медвежьегорске. Они показывают, что максимальные значения концентрации ртути в мышцах окуня, судака и щуки, выловленных в Онежском озере, либо превышают значения ПДК 0,5 мг/кг (500 ррЬ), либо близки к этим значениям. Принимая во внимание эти данные, а также данные, представленные на рис. 4, было рассчитано годовое поступление ртути в организм среднего жителя Петрозаводска и Медвежьегорска. Проведенные расчеты показали, что в Петрозаводске в организм человека при потреблении рыбы поступает в среднем 2,41 мг ртути в год (максимум — 4,31 мг). В Медвежьегорске эти значения составляют соответственно 7,8 и 12,4 мг в год, т. е. поступление ртути в организм человека в Медвежьегорске в 3 раза выше, чем в Петрозаводске, что вполне согласуется с данным по биомониторингу человека в Медвежьегорском районе [11].
Таблица 5
Концентрация ртути в мышцах рыбы (с учетом влажности),
мкг/кг (ррЬ)
Онежское оз.
Щука, п=11 376 (310-523)
Окунь, п=12 269 (100-461)
Судак, п=12 282 (154-407)
Лещ, п=3 59 (53-66)
Морская рыба [12]
Сельдь, n=5 17 (10-27)
Лососевые, п=13 185 (59-380)
Минтай, n=10 40 (16-56)
Треска, n=13 34 (21-46)
Скумбрия, п=11 154 (55-261)
Выводы
• Анализ данных, приведенных в нашей работе, показывает, что внешние факторы не приводят к повышению концентрации ртути в основных естественных природных и урбанизированных средах Карелии.
• Высокая концентрация ртути в биологических материалах беременных женщин в Медвежьегорском районе обусловлена особенностью рациона питания местного населения — преобладанием в рационе питания хищных пресноводных рыб (щука, окунь, судак), выловленных непосредственно в Онежском озере.
• Данная проблема может быть характерна для населения всех северных и северо-восточных районов России, где традиционно в рационе питания преобладает рыба местного вылова. Фактически это постоянное, в течении всей жизни человека, поступление малых доз ртути, что может приводить к накоплению ртути в организме вплоть до токсичного порога.
Работа выполнена в рамках Государственной темы ГИН РАН №0135-2015-0019.
Полевые работы выполнены за счет личных средств участников проекта.
Благодарности
Авторы выражают свою глубокую благодарность коллегам и друзьям, оказавшим неоценимую помощь в проведении данной работы, — Г. А. Грановской и Н. А. Чу-гунову. Отдельно свою признательность авторы выражают Духанину А. С. за теплый прием и предоставление базы для полевых работ.
Авторство
Горбунов А. В. внес основной вклад в концепцию и дизайн исследования, подготовил первый вариант статьи; Ляпунов С. М. существенно переработал и окончательно утвердил присланную в редакцию рукопись; Ермолаев Б. В. внес определяющий вклад в анализ и интерпретацию данных, существенно переработал статью на предмет важного интеллектуального содержания.
Горбунов Анатолий Викторович - ORCID 0000-0001-7794-100X; SPIN 1279-0204
Ляпунов Сергей Михайлович - ORCID 0000-0002-95324387; SPIN 7250-0308
Ермолаев Борис Владимирович - ORCID 0000-0001-9072-312X; SPIN 2249-0209
Список литературы
1. Горбунов А. В., Ляпунов С. М., Окина О. И, Шешу-ков В. С. Оценка поступления малых доз ртути в организм человека с продуктами питания // Экология человека. 2017. № 10. С. 16-20.
2. ГОСТ Р 53123-2008 (ИСО 10381-5:2005). Качество почвы. Отбор проб. Часть 5. Руководство по изучению городских и промышленных участков на предмет загрязнения почвы. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2009, с. 48.
3. ГОСТ Р 51593-2000. Вода питьевая. Отбор проб. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2010, с. 9.
4. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Карелия в 2014 г. / Министерство по природопользованию и экологии Республики Карелия; редкол.: А. Н. Громцев (гл. ред.) и др. Петрозаводск, 2014. 272 с.
5. Лыжина А. В., Бузинов Р. В., Унгуряну Т. Н., Гудков А. Б. Химическое загрязнение продуктов питания и его влияние на здоровье населения Архангельской области // Экология человека. 2012. № 12. С. 3-9.
6. Майорова А. С., Болгов А. Ф. Рынок рыбной продукции в Республике Карелия. // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2012. № 2. С. 57-61.
7. МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. Методические указания. М.: Минздрав России, 1999, с. 13.
8. ПНД Ф 12.1:2:2.2:2.3:3.2-03. Методические рекомендации. Отбор проб почв, грунтов, донных отложений и т. д. М., 2014, с14.
9. РД 52.18.156-99. Методические указания. Охрана природы. Почвы. СПб.: Гидрометиздат, 2000, с. 13.
10. Янин Е. П. Ртуть в России: ресурсы, производство, потребление // Ртуть. Проблемы геохимии, экологии, аналитики: сб. науч. трудов. М., ИМГРЭ, 2005. С. 5-34.
11. Boyarskaya T., Hchenko I., Lyapunov S., Okina O. Exposure to mercury and weight-growth characteristics of the newborns in republic of Karelia, Russia // European Journal of Public Healh. 2017. Vol. 27. Suppl 3. P. 28.
12. Clarkson T. W., Magos L. The toxicology of mercury and its chemical compounds // Crit. Rev. Toxicol. 2006. Vol. 36. P. 609-620.
13. Gorbunov Anatoly V., Ermolaev Boris V., Lyapu-nov Sergey M., Frontasyeva Marina V., Pavlov Sergey S. Estimation of Mercuri Intake from Consumption of Fish and Seafood in Russia // Food and Nutrition Sciences. 2016. Vol. 7. P. 516-523. Published Online June 2016 in SciRes. http://www.scirp.org/journal/fns
14. Gorbunov A. V., Lyapunov S. M., Okina O. I., Frontasyeva M. V., Pavlov S. S. Nuclear and Related Analytical Techniques in Ecology: Impact of Geoecological Factors on the Balance of Trace Elements in the Human Organism // Physics of Particles and Nuclei. 2012. Vol. 43, N 6. P. 783-824.
15. Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester: John Wile and Sons, 1994, 401 p.
16. Noelle E. Selin, Elsie M. Sunderland, Christopher D. Knightes, and Robert P. Mason. Sources of Mercury Exposure for U. S. Seafood Consumers: Implications for Policy // Environ Health Perspect. 2010 Jan. Vol. 118 (1). P. 137-143.
17. Passos C. J., Mergler D., Lemire M., Fillion M., Guimaraes J.R. Fish consumption and bioindicators of inorganic mercury exposure // Sci Total Environ. 2007. Vol. 373 (1). P. 68-76.
18. Passos C. J., Mergler D. Human mercury exposure
and adverse health effects in the Amazon: a review // Cad Saude Publica. 2008. Vol. 24. P. 503-520.
References
1. Gorbunov A. V., Lyapunov S. M., Okina O. I, Sheshukov V. S. Evaluation of small doses of mercury in the human body with food. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2017, 10, pp. 16-20. [In Russian]
2. GOSTR 53123-2008 (ISO 10381-5:2005). Quality of soil. Sampling. Part 5. Guidelines for the study of urban and industrial sites for soil pollution. Moscow, Standartinform Publ., 2009, p. 48. [In Russian]
3. GOST R 51593-2000. Drinking water. Sampling. Moscow, Standartinform Publ., 2010, p. 9. [In Russian]
4. State report on the state of the environment of the Republic of Karelia in 2014. Ministry of natural resources and ecology of the Republic of Karelia 2014, ed. A. N. Gromtsev, Petrozavodsk, 2014, 272 p. [In Russian]
5. Lyzhina A. V., Buzinov R. V., Unguryanu T. N., Gudkov A. B. Chemical contamination of food and its impact on population health in Arkhangelsk region. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2012, 12, pp. 3-9. [In Russian]
6. Maiorova A. S., Bolgov A. F. The market of fish products in the Republic of Karelia. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta [Cientific notes of Petrozavodsk State University]. 2012, 2, pp. 57-61. [In Russian]
7. MU 2.1.7.730-99. Hygienic assessment of soil quality in residential areas. Methodical instructions. Moscow, 1999, p. 13. [In Russian]
8. PND F 12.1:2:2.2:2.3:3.2-03. Methodical recommendations sampling of soils, soils, bottom deposits, etc. Moscow, 2014, p. 14. [In Russian]
9. RD 52.18.156-99. Methodical instructions. Nature protection. Soils. Saint Petersburg, Gidrometizdat, 2000, p. 13.[In Russian]
10. Yanin E. P. Rtut' v Rossii: resursy, proizvodstvo, potreblenie [Mercury. Problems of Geochemistry, Ecology, Analytics]. In: Rtut'. Problemy geokhimii, ekologii, analitiki. Sb. nauchnykh trudov [Mercury. Problems of geochemistry, ecology, analysts]. Collection of proceedings. Moscow, 2005, pp. 5-34.
11. Boyarskaya T., Ilchenko I., Lyapunov S., Okina O. Exposure to mercury and weight-growth characteristics of the newborns in republic of Karelia, Russia. European Journal of Public Healh. 2017, 27 (3), p. 28.
12. Clarkson T. W., Magos L. The toxicology of mercury and its chemical compounds. Crit. Rev. Toxicol. 2006, 36, pp. 609-620.
13. Gorbunov Anatoly V., Ermolaev Boris V., Lyapunov Sergey M., Frontasyeva Marina V., Pavlov Sergey S. Estimation of Mercuri Intake from Consumption of Fish and Seafood in Russia. Food and Nutrition Sciences. 2016, 7, pp. 516-523. Published Online June 2016 in SciRes. http://www.sdrp. org/journal/fns.
14. Gorbunov A. V., Lyapunov S. M., Okina O. I, Frontasyeva M. V., Pavlov S. S. Nuclear and Related Analytical Techniques in Ecology: Impact of Geoecological Factors on the Balance of Trace Elements in the Human Organism. Physics of Particles and Nuclei, 2012, 43 (6), pp. 783-824.
15. Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester, John Wile and Sons, 1994, 401 p.
16. Noelle E. Selin, Elsie M. Sunderland, Christopher D. Knightes, and Robert P. Mason. Sources of Mercury Exposure for U. S. Seafood Consumers: Implications for Policy. Environ Health Perspect. 2010 Jan, 118 (1), pp. 137-143.
17. Passos C. J., Mergler D., Lemire M., Fillion M., Guimaraes J. R. Fish consumption and bioindicators of inorganic mercury exposure. Sci Total Environ. 2007, Feb. 1, 373 (1), pp. 68-76.
18. Passos C. J., Mergler D. Human mercury exposure and adverse health effects in the Amazon: a review. Cad Saude Publica. 2008, 24, pp. 503-20.
Контактная информация:
Горбунов Анатолий Викторович - старший научный сотрудник ФГБУН «Геологический институт Российской академии наук»
Адрес:119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7
E-mail: [email protected]
