CC BY
5Секция 3. СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, ПРОБЛЕМЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ, ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ
УДК 628.394.17:546(268.45)
Е.А. Горбачева, А.М. Лаптева
Полярный филиал Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ПИНРО им. Н. М. Книповича), Мурманск, 183038 e-mail: gorbach@pinro.ru
СОДЕРЖАНИЕ МЕТАЛЛОВ И МЫШЬЯКА В ВОДЕ НА РАЗРЕЗЕ «КОЛЬСКИЙ МЕРИДИАН» (БАРЕНЦЕВО МОРЕ)
Изучено содержание микроэлементов (Cu, Ni, Zn, Co, Cd, Hg и As) в воде на станциях стандартного разреза «Кольский меридиан» в различные сезоны 2020-2021 гг. (осень, зима и весна). Показано, что концентрации всех изученных металлов и мышьяка на акватории исследований не превышали рыбохозяй-ственные ПДК. В районах распространения вод Прибрежной ветви Мурманского течения (ст. 1-3) наблюдалось наиболее высокое содержание в воде Ni, в Центральной ветви Нордкапского течения (ст. 8-10) -As. Концентрации в воде на разрезе «Кольский меридиан» всех микроэлементов, за исключением цинка, статистически значимо различались осенью, зимой и весной 2020-2021 гг. Более высокое содержание Cu и Hg в воде на разрезе «Кольский меридиан» отмечали осенью, Cd - весной. Концентрации Co в воде на акватории исследований весной были ниже, чем осенью и зимой. В прибрежье средняя концентрация Ni в воде весной 2021 г. превышала таковую, зарегистрированную в этом районе зимой 2021 г., в 3,5 раза.
Ключевые слова: загрязнение, морская вода, тяжелые металлы, мышьяк, Баренцево море, разрез «Кольский меридиан».
E.A. Gorbacheva, АМ. Lapteva
Polar Branch of the Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography (PINRO named after N.M. Knipovich), Murmansk, 183038 e-mail: gorbach@pinro.ru
METALS AND ARSENIC CONTENT IN THE WATER OF THE KOLA SECTION (THE BARENTS SEA)
The paper studies the content of microelements (Cu, Ni, Zn, Co, Cd, Hg, and As) in the water of the Kola Section during different seasons of 2020-2021 (autumn, winter and spring). It is shown that the concentrations of all of the studied metals and arsenic in the research area did not exceed the Russian standard. The study revealed a highest content of Ni in the Murman Coastal Current (stations 1-3) and a highest content of As in the Central branch of the North Cape Current (stations 8-10). Differences in the concentrations of all of the microelements, except zinc, in the Kola Section were found to be statistically significant in autumn, winter and spring of 2020-2021. The content of Cu and Hg in the water of the Kola Section was higher in autumn and the content of Cd was higher in spring. Concentration of Co in the study area was lower in spring than in autumn and winter. Mean concentration of Ni in the coastal areas was 3.5 times higher in spring of 2021 than in winter of 2021.
Key words: pollution, seawater, heavy metals, arsenic, Barents Sea, Kola Section.
Металлы относятся к естественным компонентам морской среды. В живых организмах они входят в состав ферментов, витаминов, регулируют деятельность гормонов, участвуют в процессах фотосинтеза, дыхания, синтеза РНК и ДНК, фосфорном, липидном и углеводном обменах
и т. д. В небольших концентрациях многие металлы способны оказывать стимулирующее воздействие на многие функции живых организмов. Вместе с тем повышенное содержание металлов в морской среде опасно для гидробионтов и может приводить к снижению продуктивности экосистем. Концентрации металлов в воде морей и океанов изменяются в весьма широком диапазоне из-за наличия источников загрязнения, влияния различных гидрографических факторов, биологической продуктивности [1].
Стандартный разрез «Кольский меридиан» расположен в центральной части Баренцева моря по меридиану 33°30'. Разрез пересекают воды Прибрежной (ст. 1-3) и Основной (ст. 3-7) ветвей Мурманского и Центральной ветви Нордкапского течений (ст. 8-10) [2]. На разрезе на протяжении многих лет проводятся комплексные наблюдения за изменениями океанографических и гидрохимических характеристик водных масс, состоянием планктона и бентоса, а также изучается загрязнение морской среды.
Цель наших исследований: изучить содержание металлов и мышьяка в воде Баренцева моря на стандартном разрезе «Кольский меридиан» в различные сезоны 2020-2021 гг.
Материалом для исследований являлись пробы воды, отобранные в рейсах № 115, 116 и 117 НИС МК-0102 «Вильнюс» в 2020-2021 гг. в Баренцевом море в рамках выполнения госзадания. При отборе и хранении проб воды руководствовались ГОСТ 31861-2012 [3]. Карта-схема расположения станций отбора проб представлена на рис. 1.
Концентрации металлов (Cu, Zn, Ni, Co, Cd, Hg) и As в морской воде определяли методами пламенной и не пламенной атомно-абсорб-ционной спектрофотометрии. Анализ проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре с ртутно-гидридной приставкой фирмы Shimadzu, модель АА-6800, в соответствии с методическими указаниями [4-6].
Статистический анализ результатов исследований выполняли в программе Statistica 13 (StatSoft, Inc.). Для проверки гипотезы о нормальности распределения данных применяли критерий Шапиро - Уилка. При сравнении концентраций металлов в водах течений (Прибрежной и Основной ветвей Мурманского и Центральной ветви Нордкапского) и в различные сезоны года использовали непараметрические методы: критерий Краскела - Уоллиса и ^-критерий Манна - Уитни. При применении критериев Шапиро - Уилка, Краскела - Уоллиса уровень статистической значимости (р) составил 0,05, U-критерия Манна - Уитни - 0,017 (с учетом трех попарных сравнений [7]).
Результаты исследований содержания металлов в воде на стандартном разрезе «Кольский меридиан» представлены в таблице.
Содержание металлов в воде на разрезе «Кольский меридиан» в 2020-2021 гг.
Район Концентрация, мкг/л
Cu Zn Ni Co Cd As Hg
I 0,11-0,87 0,32-33,8 0,05-0,99 < 0,001-0,37 < 0,001-0,64 < 0,001-0,09 < 0,001-0,02
II 0,11-1,23 0,32-28,5 < 0,001-0,99 < 0,001-0,43 < 0,001-0,17 < 0,001-0,54 < 0,001-0,05
III 0,24-1,35 1,5-15,76 0,02-0,35 < 0,001-0,26 < 0,001-0,056 0,008-0,72 < 0,001-0,06
ПДКрыбохоз. 5 50 10 5 10 10 0,1
Примечание. I - Прибрежная ветвь Мурманского течения, II - Основная ветвь Мурманского течения, III - Центральная ветвь Нордкапского течения.
Согласно полученным данным концентрации металлов и мышьяка в воде на разрезе «Кольский меридиан» изменялись в достаточно широком диапазоне и не превышали рыбохозяйствен-ные ПДК [8]. Из-за склонности к бионакоплению и высокой токсичности для живых организмов
18° 2-1° 311° 36° 42° 48° Я° 60° 66°
w
18° 24° 30° 36° 42° 48° 54° 60° 66°
Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб воды в Баренцевом море
наиболее опасным для Арктики считается загрязнение И§ и Cd (наряду с РЬ) [9]. В период исследований максимальная концентрации Cd, зарегистрированная в воде на стандартном разрезе «Кольский меридиан», оказалась более чем на порядок ниже рыбохозяйственной ПДК. Вместе с тем в районах распространения вод Основной ветви Мурманского и Центральной ветви Норд-капского течений содержание И§ в воде на некоторых станциях достигало 0,04-0,06 мкг/л, что лишь на 40-60% ниже рыбохозяйственной ПДК для этого металла. Антропогенными источниками Cd и И§ являются деятельность промышленных предприятий, горение угля, сжигание коммунально-бытовых отходов, сточные воды и т. д. [9].
Статистический анализ полученных данных показал, что распределение всех изученных металлов и мышьяка в воде на акватории исследований отличалось от нормального (критерий Шапиро - Уилка: р = 0,000-0,018). Сравнение с помощью критерия Краскела - Уоллиса районов распространения вод Прибрежной (ст. 1-3) и Основной (ст. 3-7) ветвей Мурманского и Центральной ветви Нордкапского (ст. 8-10) течений показало статистически значимые различия по содержанию в воде N1 и Л8 (р = 0,009 и 0,005 соответственно) и отсутствию статистически значимых различий по Си, 2п, Со, Cd и И§ (р = 0,48-0,92). Причем на разрезе «Кольский меридиан» в водах Прибрежной ветви Мурманского течения содержание N1 оказалась статистически значимо выше, чем в водах Основной ветви Мурманского и Центральной ветви Нордкапского течений (^-критерий Манна - Уитни: р = 0,01 и 0,007 соответственно) (рис. 2, а). В водах Центральной ветви Нордкапского течения концентрации мышьяка статистически значимо превышали таковые в водах Прибрежной и Основной ветвей Мурманского течения (^-критерий Манна -Уитни: р = 0,003 и 0,004 соответственно) (рис. 2, б).
И Медиана П 25-75% I Мин-Макс
Рис. 2. Содержание М (а) и Лз (б) в воде (мкг/л) на разрезе «Кольский меридиан» (I - Прибрежная ветвь Мурманского течения, II- Основная ветвь Мурманского течения, III - Центральная ветвь Нордкапского течения)
Более высокое содержание N1 в воде на участках распространения вод Прибрежной ветви Мурманского течения, по сравнению с более удаленными от Кольского п-ова районами, может быть обусловлено как антропогенными, так и природными факторами. На Кольском п-ове расположены предприятия ОАО «Кольская горно-металлургическая компания» (комбинаты «Пе-ченганикель» и «Североникель»), являющиеся источником эмиссии тяжелых металлов, среди которых приоритетными являются Си и N1. Никель и медь могут поступать в прибрежье западного Мурмана со стоком рек и ручьев из районов, прилегающих к производственным площадкам горно-металлургических предприятий, а также в результате атмосферных выпадений. Кроме того, металлы, в том числе никель, могут переноситься в прибрежные районы Кольского п-ова вместе с атлантическими водами Прибрежной ветви Мурманского течения. Среди природных факторов, обусловивших увеличение содержание N1 в прибрежье Кольского п-ова, следует отметить поставку из гаек габбро-диабазов, часто встречающихся на побережье, либо дренируемых реками [10].
Транспорт вместе с теплыми атлантическими водами Центральной ветви Нордкапского течения от берегов Северной Европы и атмосферный перенос, вероятно, являются основными источниками поступления As в воду на наиболее удаленных от берега станциях разреза «Кольский меридиан». Следует отметить, что величина антропогенного загрязнения воздуха металлами над арктическими районами варьирует от года к году из-за межгодовых вариаций в процессах циркуляции атмосферы [11].
В наших исследованиях были получены данные о концентрациях металлов в воде осенью (сентябрь 2020 г.), зимой (февраль 2021 г.) и весной (май 2021 г.). Влияние фактора «сезон» оказалось статистически значимо для содержания в воде всех микроэлементов (критерий Краскела -Уоллиса: р = 0,000-0,029), за исключением цинка (р = 0,63). Попарное сравнение выборок с помощью ^-критерия Манна - Уитни показало, что содержание Си и ^ в воде на разрезе «Кольский меридиан» осенью было статистически значимо выше, чем зимой (р = 0,000) и весной (р = 0,000). Концентрации Сd в воде весной статистически значимо превышали таковые, зарегистрированные на акватории исследований осенью и зимой (^-критерий Манна - Уитни: р = 0,000). Содержание Со в воде весной оказалось статистически ниже, чем осенью и зимой (^-критерий Манна - Уитни: р = 0,000 и 0,016 соответственно).
Известно, что металлы поступают в Баренцево море в результате переноса водами течений, вследствие атмосферных выпадений, вместе с материковым стоком и при абразии берегов. Наблюдаемое увеличение содержания некоторых металлов в воде на разрезе «Кольский меридиан» весной и осенью может быть обусловлено рядом факторов. Весной из-за таяния льда, например, возрастает вклад атмосферы в загрязнение вод Баренцева моря металлами и особенно в прибрежных районах [12]. Талые воды Кольской части водосборного бассейна Баренцева моря несут в себе до 53% массы выбросов № в Мурманской области и только 15% меди [13]. По данным наших исследований, весной 2021 г. средняя концентрация № в районах распространения вод Прибрежной ветви Мурманского течения (ст. 1-3) оказалась в 3,5 раза выше таковой, зарегистрированной на этой акватории зимой 2021 г. Кроме того, в весеннее половодье и осенний паводок наблюдается основное эрозионное разрушение русел рек на водотоках Мурманской области и содержание взвешенного вещества в стоке с побережья в эти сезоны года существенно возрастает [14], что также может быть одной из причин увеличения весной и осенью концентраций
в воде металлов в наименее удаленных от Кольского п-ова районах моря. Не исключены и сезонные вариации содержания металлов в водах теплых течений, поступающих в Баренцево море.
Таким образом, содержание Си, №, 2п, Со, Cd, ^ и As в воде на станциях стандартного разреза «Кольский меридиан» в 2020-2021 гг. не превышало рыбохозяйственные ПДК. В районах распространения вод прибрежной ветви Мурманского течения наблюдались более высокие концентрации в воде М, Центральной ветви Норкапского течения - As. Концентрации в воде на разрезе «Кольский меридиан» всех микроэлементов, за исключением цинка, статистически значимо различались осенью, зимой и весной 2020-2021 гг.
Литература
1. ИзраэльЮ.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. - М.: Флинта, 2009. - 529 с.
2. Воды Баренцева моря: структура, циркуляция, изменчивость / В.К. Ожигин, В.А. Ившин, А.Г. Трофимов, А.Л. Карсаков, М.Ю. Анциферов. - Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2016. - 260 с.
3. ГОСТ 31861-2012 Вода. Общие требования к отбору проб. - М.: Стандартинформ, 2013. - 32 с.
4. ПНД Ф 14.1:2:4.140-98. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы и хрома в пробах питьевых, природных и сточных вод методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомиза-цией (утв. ФБУ «ФЦАО» 21.11.2013) - М.: Росприроднадзор, 2013. - 24 с.
5. РД 52.10.243-92. Руководство по методам химического анализа морских вод. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - 264 с.
6. РД 52.24.377-2008. Руководящий документ. Массовая концентрация алюминия, бериллия, ванадия, железа, кадмия, кобальта, марганца, меди, молибдена, никеля, свинца, серебра,
хрома и цинка в водах. Методика выполнения измерений методом атомной абсорбции с прямой электротермической атомизацией проб (утв. Росгидрометом 25.08.2008) - Ростов н/Д.: Росгидромет, ГУ ГХИ, 2008. - 32 с.
7. Гржибовский А.М. Анализ трех и более независимых групп количественных данных // Экология человека. - 2008. - № 3. - С. 50-58.
8. Приказ Минсельхоза России «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» № 552 от 13.12.2016.
9. Загрязнение Арктики. - Осло: АМАП, 2002. - 111 с.
10. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Северо-Карско-Баренцевоморская. Лист S-(35), 36 - Мурманск. Объяснительная записка. - Санкт-Петербург: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2007. - 281 с.
11. Виноградова А.А., Иванова Ю.А. Перенос воздушных масс и загрязнений к арктическим островам России (1986-2016 гг.): долговременные, межгодовые и сезонные вариации // Геофизические процессы и биосфера. - 2017. - Т. 16, № 4. - С. 5-20.
12. Виноградова А.А., Котова Е.И., Иванова Ю.А. Тяжелые металлы и черный углерод в атмосфере над акваторией Баренцева моря: концентрации и потоки на поверхность // Система Баренцева моря / Под ред. академика А.П. Лисицына. - М.: ГЕОС, 2021. - С. 142-152.
13. Состояние окружающей природной среды Мурманской области в 2000 г. - Мурманск: ООО «МИП-999», 2001. - 186 с.
14. Митяев М.В., Герасимова М.В. Сток воды, взвешенных веществ и интенсивность эрозии на Мурманском побережье // Известия РАН. Серия географическая. - 2018. - № 1. - С. 111-128.
