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.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle