Библиографическое описание:

Иванов М. В. Ртуть в донных осадках дальневосточных морей России // Молодой ученый. — 2013. — №3. — С. 161-165.

ВВЕДЕНИЕ

Районы Охотского, Японского морей, были выбраны для изучения, поскольку они различаются характером поступления и накопления ртути.

Котловина Дерюгина Охотского моря известна многочисленными эндогенными источниками, которые могут поставлять ртуть в морскую воду и осадки. Амурский залив Японского моря отличается от районов исследований, тем что он находится в зоне влияния атмосферного разноса антропогенной ртути из прилегающих провинций Китая. Кроме того, здесь существуют локальные источники загрязнения: выбросы неочищенных сточных вод г. Владивостока, вынос терригенной взвеси водами рек, судоходная деятельность, загрязнения побережья в местах массового отдыха.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В работе использованы пробы донных осадков, отобранные в экспедициях на НИС «Профессор Хромов» в 2005 г., НИС «Малахит» в 2004–2010 г., а так же из коллекции ТОИ ДВО РАН, полученные в рейсах НИС «Академик Несмеянов» в 1993 г., «Академик Лаврентьев» в 1996, 2002, 2009 и 2011 г., ГС «Маршал Геловани» в 1999 г., Пробы отбирались дночерпателями, гравитационными и гидростатическими трубками. Использовался анализатор ртути Ра-915+ с пиролитическими приставками РП-91С, ПИРО-915. Нижний предел обнаружения — 0,5 нг/г. Сходимость результатов 2–3 %. Стандартными образцами на ртуть служили ГСО 7183–95, СПДС-1,2,3. Внешний контроль ежегодно выполнялся в лаборатории фирмы-производителя (ООО Люмэкс, г. Санкт-Петербург).

Гранулометрический анализ части проб (n=98) выполнялся с помощью сканирующего лазерного анализатора размерности частиц AnalizetteFritch», Германия). Типизация осадков основывалась на принципе трехкомпонентной классификации по соотношению осадкообразующих фракций псаммита Ps (1–01 мм), алеврита A (0,1- 0,01 мм) и пелита Pl (<0,01 мм).

Типичный уровень содержания химического элемента, в данном случаи Hg считается среднефоновым содержанием — Сф. Его еще называют фоновым содержанием т. е. Сф=Сме. При его оценке аномальные и ураганные содержания не принимались во внимание.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Котловина Дерюгина Охотского моря характеризуется выборкой 51 пробы поверхностных донных осадков, которые подразделяются на 3 группы: 1) пробы до глубин 250 м (n=12); 2) в интервале 250–1450 м (n=22) и 3) в интервале 1450–1750 м (n=17). Содержания Hg в целом для данного полигона варьируют от 6 до 421 нг/г. При среднем и медианном содержании, соответственно 48 и 29 нг/г. Фон равен 29 нг/г (рис.1).

Рис. 1. Содержание ртути в поверхностных донных осадках котловины Дерюгина и прилегающей части Охотского моря. Точками показаны станции отбора. Изолиниями рельеф дна (м).


Низкие содержания зафиксированы для глубин до 250 метров и составляют около 12 нг/г. При увеличении глубины содержания ртути резко увеличиваются до 75 нг/г. В самой котловине Дерюгина (глубина 1450–1750 м) достигают 150 нг/г. Повышенные содержания для этого района составляют 421 нг/г. Максимальные содержания (702 нг/г) установлены в районе эндогенных источников (“Баритовые горы”) [3].

При анализе распределения ртути по колонкам было выделено несколько типов распределения. В некоторых колонках донных осадках котловины Дерюгина содержания по вертикали находятся в районе фоновых. Такие колонки характерны для восточного склона шельфа о. Сахалин и банки Кашеварова. В остальных колонках котловины Дерюгина содержания по колонке уже намного выше, и содержания сильно варьируют (25–650 нг/г) по вертикали.

В верхней части материкового склона о. Сахалин большинство колонок, сложенных диатомовыми илами, имеет очень низкие и равномерные содержания по всему разрезу. При этом изменения в вещественном составе осадков, наличие газогидратов, карбонатной минерализации, прослоев пирокластики и слоев диагенетических изменений, не сказывается существенным образом на содержания ртути. Ее средние содержания равны 15–25 нг/г, близки отмеченными в качестве фоновых для осадков Охотского моря. Исключение составляет колонка Ge99–29, в нижней части которой выявлены резко изменчивые и аномальные содержания. Максимальные концентрации ртути характерны для осадков, залегающих под слоем газогидратов, хотя ее очень высокие содержания отмечены также в некоторых горизонтах выше. В целом, вся колонка отличается более высокими содержаниями ртути, по сравнению с другими колонками, отобранными в этом районе.

В центральной части котловины почти повсеместно выявлено значительное увеличение содержаний в голоценовых отложениях и особенно в их верхнем горизонте, сложенном диатомовыми илами с возрастом до 6–8 тыс. лет. Среднее содержание ртути в этом горизонте изменяется весьма значительно. В нижележащих верхнеплейстоценовых отложениях содержания ртути значительно ниже и отличаются относительно малой изменчивостью при средних ее содержаниях 35–40 нг/г. В некоторых колонках в верхнеплейстоценовых отложениях отмечаются существенные вариации содержаний ртути, обусловленные, вероятно, различиями в вещественном составе осадков, например, включениями песчаных прослоев турбидитов.

Повышенные и аномальные содержания ртути в позднеплейстоценовых отложениях характерны только для колонок Ge99–36 и 9310 из района “Баритовых гор”. В них голоценовые осадки отсутствуют и на поверхность дна выходят позднеплейстоценовые отложения. Они отличаются наличием аутигенной баритовой и карбонатной минерализациями, причем в колонке 9310 она проявлена более интенсивно

В наших исследованиях мы столкнулись с несколькими формами ртути, которые характеризуются максимумами выхода при температуре 250–290 0С для физически сорбированной формы, 331–320 0С для хемосорбированной, и 350–410 0С для сульфидной. В основном в донных осадках котловины Дерюгина ртуть присутствует в сульфидной форме, исключение составляет колонка Ge99–29, где можно предполагать 3 формы нахождения ртути. В пробах с высоким содержанием ртути из котловины Дерюгина термограмма выхода ртути для различных горизонтов колонки донных осадков различна. Это связанно с неоднородность донных осадков. В колонке LV29–103 в интервале 280–330 см и 890–940 см анализировался пирит, при анализе его кривая термограммы ведет себя неустойчиво. В интервале 890–940 см максимум выхода приходится на 450 0С, ртуть так же находится в сульфидной форме. Колонка 9310 характеризуется присутствием физически сорбированной и хемосорбированной формы ртути, что видно из термограммы, где кривая свой максимум достигает не резко, как, например, в пробах Амурского залива.

Для оценки степени близости распределения и влияния отдельных элементов на общий химический состав изученных проб был выполнен корреляционный и R-факторный анализ массива данных (94 пробы). Диаграммы в пространстве первого и второго R-фактора иллюстрируют обособление отдельных элементов (Si, Сорг, и 2 полиэлементные ассоциации. Основу ассоциации составляет марганец, имеющий положительные корреляционные связи не только с ртутью, но и с другими микроэлементами (Ba, Zn, Ni).

Амурский залив Японского моря. Он характеризуется выборкой 103 пробы поверхностных донных осадков, которые подразделены на 4 группы: 1) пробы до глубин 20 м (n=57); 2) в интервале 20–50 м (n=62); 3) пробы c глубин более 50 м (n=14) и 4) пробы прибрежной части в зоне прямого влиянию города Владивосток (n=17). Содержания Hg в целом для этого района варьируют от 6 до 145 нг/г (без аномальных содержаний). При среднем и медианном содержаниях 48 и 13 нг/г соответственно. За фоновые содержания приняты значения медианы для совокупности проб, которые находятся на глубинах более 50 м. Фон равен 13 нг/г (рис.2).

В поверхностных донных осадках Амурского залива содержания варьируют от 10 до 550 нг/г. Максимальные ее содержания получены для осадков в районах выхода неочищенных сточных вод г. Владивостока (р. Вторая речка, р. Первая речка). Содержания Hg в этих местах превышают фоновые в 10–20 раз. Максимальные содержания данного металла нами установлены в радиусе 300–500 м от места сброса сточных вод р. Вторая речка. Сравнение содержаний ртути в донных осадках, опробованных в 1987 г., и проб, отобранных в 2004 г. показало, что содержания ртути в пробах 2004 г. в 1.5 раза ниже, чем в пробах 1987 г. Это связано с уменьшением интенсивности хозяйственной деятельности после 1988 г. В период 1988–2000 г.г. сброс сточных вод за счет перепрофилирования и сокращения общего числа предприятий-загрязнителей снизился в 6 раз.

Минимальные содержания ртути выявлены для осадков, которые расположены южнее острова Попова и бухты Перевозной. В этих районах нет крупных населенных пунктов и промышленности.


Рис. 2. Содержание ртути в поверхностных донных осадках Амурского залива Японского моря. На врезке показаны содержания ртути по глубине колонок по профилю А-Б.


Содержание ртути зависит от гранулометрического состава осадков. Как и для других районов исследований, повышенные содержания ртути характерны для пелитовой фракции. Имеются данные о поставке ртути в Амурский залив водами р. Раздольной, но в ее распределении в поверхностных осадках это выражено слабо. Предположительно здесь сказывается наличие твердого стока реки, в результате чего загрязнение осадков выявляется только при изучении их конкретных фракций [2].

В центральной части Амурского залива, выделяется район с низким содержанием ртути, здесь преобладают пески мелкозернистые. На этом фоне обычное для морских отложений обогащение ртутью тонкозернистых осадков по сравнению с песчаными и алевритовыми проявляются локально на участках со слабым антропогенным накоплением -например, на юге Амурского залива, где в осевой части залегают пелитовые осадки с содержанием ртути 50–100 нг/г. а вдоль западного берега — пески с содержанием 20–40 нг/г [2]. Не исключено, что донные осадки могут быть загрязнены за счет глобального загрязнения ртутью из Юго-Восточных промышленных районов Азии.

Анализ распределения ртути по колонкам донных осадков выявили весьма сильные вариации ее концентраций, как результат антропогенного поступления, и высокой скорости осадконакопления. Содержания Hg в колонках донных осадков колеблется от 10 до 550 нг/г. В колонках донных осадков в Амурском заливе выделилось два слоя. Верхний слой, отражающий “техногенный” период накопления осадков и нижний, сложенный незагрязненными (10–50 нг/г) осадками. В зависимости от скорости и длительности седиментации мощность верхнего (загрязненного) слоя может достигать до 30 см (станции возле г. Владивостока). При сопоставлении геохимии верхних и нижних слоев колонок, выявилось, что поверхностные осадки практически всей акватории Амурского залива в той или иной степени загрязнены ртутью. В колонках, отобранных в районе бухты Перевозной и района п-ова Песчаный, содержания уже намного меньше и составляют около 20–40 нг/г

Колонки, отобранные в районе Первой и Второй речки, показательны максимальными содержаниями ртути (около 300 нг/г). В них на глубину до 20 см содержания ртути составляют от 100 до 150 нг/г. Можно говорить о том, что донные осадки здесь испытали существенное антропогенное влияние за последние 100 лет. Также в этих районах поступает около 60 процентов неочищенных сточных вод г. Владивостока. Здесь содержания выше фона в 10–20 раз. На интервале 20–30 см содержания ртути в толще осадков составляет 50 нг/г. Это уже намного меньше, но все же они считаются загрязненными. Средние содержания по колонкам (A40, М5) подверженным антропогенному поступлению составляет около 75 нг/г.

Профиль А-Б в Амурском заливе (рис. 2) свидетельствует, что загрязненный слой осадков прослеживается поперек всей верхней части залива. Содержания ртути в нем уменьшаются при удалении от г. Владивостока вглубь залива. Мощность этого слоя составляет около 15–30 см по всему разрезу, что примерно соответствует средней скорости осадконакопления 3–6 мм/год, согласно рассчитанным скоростями по 210Pb.

При анализе поверхностных осадков станции М13 (Амурский залив) установлено, что ртуть находится в сульфидной форме, хотя и нельзя исключать и другие формы нахождения ртути. Нам не удалось выявить другие формы нахождения ртути в осадках Амурского залива.

Для оценки степени близости распределения и влияния отдельных элементов на общий химический состав изученных проб был выполнен R-факторный анализ массива данных (36 проб). Элементы в пространстве двух факторов, в зависимости от величины факторов разделились на две группы. Уровни концентраций металлов из первой группы (Mn-Mg-Al-Ni-Co-Fe), имеющие тесную связь с Fe и Al, формируются под влиянием речного стока и, как правило, тесно связаны с фракционным составом осадков. Элементов второй группы (Hg-Pb-Cu) в меньшей мере связано с фракционным составом осадков и отражает преимущественное поступление этих элементов с хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками г. Владивостока. Таким образом, в первой группе объясняется терригенное происхождение элементов Al, Co, Fe, Mn, Ni, которые являются типичными компонентами в составе морских осадков. Вторая группа, включающий Hg, Zn, Cu и Pb отражает антропогенное воздействие на акваторию залива, так как в эту группу входит Pb, известный трассер техногенного загрязнения окружающей среды.

Скорей всего это связано с наличием крупной ТЭЦ г. Владивостока в районе Первой речки, которая использует уголь, мазут и другие нефтепродукты с 1960 годов. Она использует местный уголь, в котором содержание ртути составляет около 700 нг/г. После сжигания Hg попадает в атмосферу, далее в морскую воду и донные осадки Амурского залива. Во Владивостоке преобладают ветра северо-западного направления. Разнос ртути и других тяжелых металлов от ТЭЦ составляет около 5–7 км. Большую роль в поставке ртути в залив играют сточные воды г. Владивостока. В районах сброса (ст. Чайка, р. Вторая речка, р. Первая речка) содержания ртути в морской воде определялись различными авторами. Содержание Hg в морской воде в этих районах 21 нг/л [1]. В водотоках (ст. Чайка, Вторая речка) установлено содержание Hg более 20 нг/л. При среднем содержании для залива около 2 нг/л.

Тяжелые металлы, как и ртуть, являются, индикатором антропогенной нагрузки на донные осадки. Вариации содержаний тяжелых металлов в донных осадках по некоторым колонкам так же подобны изменениям содержаний ртути, хотя степень обогащения или загрязнения осадков, намного меньше, чем для ртути.

ВЫВОДЫ

В окраинных морях северо-восточной Азии, рассмотренных в данной работе, присутствуют антропогенные и природные источники ртути, оказывающие влияние на содержания ртути в донных осадках.

Концентрации Hg в донных осадках котловины Дерюгина Охотского моря находятся в интервале 15–600 нг/г. Минимальные содержания характерны для восточного шельфа о. Сахалин. Максимальные характерны для района “Баритовых гор” и факела “Обжирова”. Распределение ртути по колонкам донных осадков неравномерно для этих районов. В районе склона о. Сахалин содержания ртути не превышают фоновые (около 50 нг/г).

Максимальные содержания ртути в донных осадках Амурского залива определяются антропогенным характером поступления от г. Владивостока. Распределение содержания ртути в донных осадках неравномерно и изменяется в диапазоне 15 до 550 нг/г. Относительно низкие содержания получены для южной части Амурского залива. Установлен приповерхностный максимум в колонках донных осадков, прилегающих к г. Владивосток.

Hg в донных осадках исследуемых морей присутствует в сульфидной форме. Только в колонке донных осадках станции Ge99–29 (котловина Дерюгина) ртуть может находиться не только в сульфидной, но физически сорбированной и хемосорбированной форме.

Ртуть в донных осадках коррелирует с другими химическими элементами. В Амурском заливе хорошие корреляционные связи ее с такими тяжелыми металлами как Co, Cu, Pb. В котловине Дерюгина Hg коррелирует с Mn, Zn, Ni, Cu, Ba.

Значительный вклад в загрязнение ртутью донных осадков Амурского залива вносят неочищенные сточные воды г. Владивостока.

Влияние вещественного состава донных осадков на содержания ртути выражается в приуроченности минимальных содержаний к песчаным осадкам. По мере увеличения содержаний в донных осадках глинистого материала концентрации ртути возрастают. Илы по сравнению с песчаными осадками содержат в 2–6 раза больше ртути.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП “Мировой океан”, ДВО РАН грант (13-III-B-07–010) и РФФИ (грант 12–05–91167-ГФЕН_а).

Автор благодарит Аксентова К. И. за предоставления дополнительных проб донных осадков для изучения. Автор выражает искреннюю благодарность и признательность А. С. Астахову за ценные советы, конструктивные замечания и пожелания при обсуждении рукописи.


Литература:

  1. Аксентов К. И. Ртуть в абиотических компонентах экосистемы залива Петра Великого // Современное состояние и тенденции изменения природной среды залива Петра Великого Японского моря. М.: ГЕОС, 2008. С. 173–184.

  2. Аксентов К. И., Астахов А. С. Антропогенное загрязнение ртутью донных осадков залива Петра Великого //Вестн. ДВО РАН. 2009. № 4. С. 115–121.

  3. Астахов А. С., Валлман К., Иванов М. В. и др. Распределение ртути и скорость ее накопления в верхнечетвертичных отложениях котловины Дерюгина Охотского моря // Геохимия. 2007. Т. 45. № 1. С. 54–70.

Основные термины: донных осадках, содержания ртути, донных осадков, поверхностных донных, поверхностных донных осадках, Амурского залива, донных осадках котловины, распределения ртути, колонках донных осадков, осадках котловины Дерюгина, содержаний ртути, поверхностных донных осадков, формы нахождения ртути, донных осадках Амурского, осадках Амурского залива, см содержания ртути, колонкам донных осадков, содержанием ртути, ртутью донных осадков, Охотского моря

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle