ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЛИМНОСИСТЕМ АРКТИКИ
|
Аннотация 3
Ключевые слова: 3
Введение 4
Апробация работы 8
Глава 1. Территория и объекты исследования 11
1.1. Территория исследования 11
1.2. Объекты исследования 15
Глава 2. Материалы и методы исследования 19
2.1. Полевой этап работ 19
2.2. Лабораторная подготовка проб донных отложений 19
2.3. Методы химического анализа проб донных отложений и снега 21
Глава 3. Результаты исследований донных отложений озер Мурманской области 24
3.1. Валовое содержание металлов и металлоидов в донных отложениях озер 24
3.2. Результаты расчетов статистических эколого-геохимических индексов Igeo и PLI .36
3.3. Анализ состава и строения техногенных частиц снежного покрова оз. Среднего. ...39
3.4. Анализ форм нахождения тяжелых металлов и металлоидов 41
3.5. Результаты оценки степени риска для водной экосистемы с помощью показателя
вероятности вторичного загрязнения воды (RAC) 44
3.6. Результаты исследования состава и строения гуминовых кислот озерных донных
отложений 44
Глава 4. Обсуждение результатов и выводы 47
4.1. Дискуссия 47
4.2. Выводы 53
Список использованной литературы 55
Ключевые слова: 3
Введение 4
Апробация работы 8
Глава 1. Территория и объекты исследования 11
1.1. Территория исследования 11
1.2. Объекты исследования 15
Глава 2. Материалы и методы исследования 19
2.1. Полевой этап работ 19
2.2. Лабораторная подготовка проб донных отложений 19
2.3. Методы химического анализа проб донных отложений и снега 21
Глава 3. Результаты исследований донных отложений озер Мурманской области 24
3.1. Валовое содержание металлов и металлоидов в донных отложениях озер 24
3.2. Результаты расчетов статистических эколого-геохимических индексов Igeo и PLI .36
3.3. Анализ состава и строения техногенных частиц снежного покрова оз. Среднего. ...39
3.4. Анализ форм нахождения тяжелых металлов и металлоидов 41
3.5. Результаты оценки степени риска для водной экосистемы с помощью показателя
вероятности вторичного загрязнения воды (RAC) 44
3.6. Результаты исследования состава и строения гуминовых кислот озерных донных
отложений 44
Глава 4. Обсуждение результатов и выводы 47
4.1. Дискуссия 47
4.2. Выводы 53
Список использованной литературы 55
Аннотация
В работе проведена комплексная оценка уровня аккумуляции ряда наиболее опасных элементов-загрязнителей окружающей среды (V, Co, Sn, Ni, Cr, Mn, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn), а также исследование их подвижности и потенциальной биодоступности в ДО малых озер Мурманской области (г. Мурманска, г. Кировска, п-ова Рыбачий). Донные отложения исследованных озер Мурманской области оказались значительно обогащены (как по сравнению с кларковыми значениями, так и фоновыми) рядом металлов, в зависимости от приоритетных источников их поступления: для городских водоемов (г. Мурманск и г. Кировск) - Cd, Pb, Sb, Zn, Cu, V и Ni, а для условно-фонового озера, расположенного на п-ове Рыбачий, - Ni и Си. . Поступление большинства поллютантов связано как с деятельностью основных промышленных и хозяйственных объектов Мурманской области (горнопромышленные предприятия, ТЭЦ, угольный порт, транспортная инфраструктура), так и влиянием глобального атмосферного переноса поллютантов в Арктические области РФ. Анализ форм нахождения ТМ показал, что они преимущественно ассоциированы с устойчивыми соединениями, например, с первичными минералами или труднорастворимыми техногенными соединениями (шлак, штейн, пыль). Также показана существенная роль гумусового вещества, которым богаты осадки озер региона, в связывании проанализированных металлов и металлоидов.
Ключевые слова: Арктика, донные отложения, озера, тяжелые металлы, гуминовые кислоты, Мурманская область.
Загрязнение водной среды - одна из важнейших экологических проблем современности (Моисеенко и Гашкина, 2010). Аквальные экосистемы урбанизированных и горнопромышленных территорий подвержены интенсивному антропогенному влиянию. Природные водные объекты многих городов, в частности малые озера, активно используются населением в хозяйственных и рекреационных целях. В ряде населенных пунктов Арктической зоны РФ озера становятся ключевыми объектами водоснабжения и являются частью традиционного быта и культуры коренных народов Севера. Проблему загрязнения водной среды в высокоширотных областях осложняют уязвимость и низкая восстановительная способность пресноводных экосистем. Кроме того, возрастающий уровень промышленного освоения Арктической зоны приобретает характер перенасыщенности источников загрязнения на относительно ограниченной территории.
Тяжелые металлы (ТМ) являются опасными загрязнителями окружающей среды из- за их потенциальной токсичности для живых организмов и способности к биоаккумуляции. Более того, исследования показывают, что благодаря атмосферному переносу данные поллютанты могут мигрировать на значительные расстояния от источника выбросов (Moiseenko et. al., 2010; Vinogradova et. al., 2017; Bartnicki, 1994; Krachler et. al., 2006; McConnell & Edwards, 2008; Pacyna et. al., 2001). В донных отложениях (ДО) озер, расположенных в зоне активного техногенеза, отмечаются повышенные, по сравнению с природными (фоновыми), содержания химических элементов, в частности, тяжелых металлов (Jernstrom et. al., 2010; Kuwae et. al., 2013; Dauvalter & Kashulin, 2010). Изучение процессов накопления и миграции ТМ в различных природных средах является необходимой частью эколого-геохимических исследований для оценки степени, а также динамики антропогенного воздействия на экосистемы.
С геохимической точки зрения состав донных отложений озер является интегральными показателями экологического состояния водной экосистемы. Осадки служат конечной депонирующей средой вещества в системе «водосборная площадь - акватория озера», отражающей ее гидрохимические и геохимические особенности. Послойный химический анализ ненарушенной толщи ДО позволяет реконструировать динамику поступления элементов, включая потенциально токсичные, в экосистему озера. Более того, при изменениях физико-химических параметров среды, в том числе вследствие антропогенной деятельности, ДО могут становиться источниками вторичного загрязнения водоема. ТМ в донных отложениях изучаются геоэкологами в двух аспектах: валовое содержание и содержание их форм нахождения (Курилов и др., 2007; Опекунов и др., 2012; Li et. al., 2001). Валовое содержание ТМ показывает общее геоэкологическое состояние водоемов территории, также его значения необходимы для последующего определения региональных фоновых концентраций элементов. Однако полностью оценить потенциальную опасность высоких содержаний поллютантов на основе анализа только валового содержания ТМ нельзя. Потенциальное токсическое действие химических элементов зависит от их форм нахождения, а также типа связи с минеральными и органическими фазами-носителями. Для характеристики подвижности элементов используются понятия легкодоступные, умеренно доступные и труднодоступные формы (Tessier, 1979; Курилов и др., 2007; Ladonin & Karpukhin, 2011; Moore et. al., 2015). Чем легче с помощью химических реагентов извлекается форма, тем мобильнее и потенциально опаснее она для экосистемы. Среди фаз-накопителей ТМ основную роль играют гумусовые вещества и глинистые минералы, а также гидратированные оксиды Mn и Fe. Наиболее подвижные формы ТМ первоочередно вовлекаются в биогеохимические циклы. В то же время, органическое вещество (гумусовые кислоты) и гидратированные оксиды Mn и Fe способны образовывать с металлами устойчивые соединения. Анализ всего спектра форм ТМ в ДО озер позволяет оценить их миграционную способность в системе, проанализировать вклад отдельных компонентов осадка в накопление данных химических элементов, а также спрогнозировать способность ДО к закреплению дополнительного количества ТМ в условиях увеличения интенсивности техногенной нагрузки. В работе также уделено внимание исследованию гуминовых кислот как матрице-накопителю микроэлементов в донных отложениях озер. Гуминовые кислоты являются превалирующей фракцией гумусового вещества (Stevenson, 1985). Комплексообразующая способность гуминовых кислот зависит от их элементного состава и молекулярного строения, поэтому изучение данного аспекта важно для комплексной геохимической оценки озерных экосистем. Такой подход позволяет сделать адекватную эколого-геохимическую оценку состояния водного объекта, что является особенно актуальной задачей для аквальных систем, находящихся в условиях постоянного антропогенного воздействия на территориях с развитой урабанизационной и горнопромышленной инфраструктурой.
Значительный вклад в исследования поверхностных вод и ДО Российской части Европейской субарктики внесен сотрудниками Института географии РАН (Федорова, 1964), МГУ (Евсеев и Красовская, 1996), Института озероведения РАН (Большие озера Кольского полуострова, 1976; Озера различных ландшафтов Кольского полуострова, 1974), Института биологии Коми НЦ РАН (Зверева, 1969; Власова, 1988), ИПЭС КНЦ РАН (Моисеенко и др., 1996; 1997), но изучению геохимии осадконакопления уделялось недостаточное внимание. В настоящий момент озера Мурманской области продолжают комплексно изучаются сотрудниками Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, в том числе, геохимические особенности донных отложений (Даувальтер, 2012; Кашулин и др., 2012(а), (б); Мазухина и др., 2020). На территории самого города Мурманска находятся около 20 озер, испытывающих антропогенное влияние различной интенсивности. Большая часть водоемов активно используется населением в рекреационных целях, однако данные об экологическом состоянии водных объектов существенно ограничены. В данной работе в рамках совместных работ ИППЭС КНЦ РАН и СПбГУ автором впервые комплексно оценен весь спектр форм ТМ в донных отложениях озер Мурманской области, а также исследованы элементный состав и строение гуминовых кислот.
Более того, в ходе комплексных исследований в настоящей работе впервые изучены морфология и химический состав техногенных частиц, отобранных из снежного покрова одного из озер Мурманска. Это позволило установить их источник, а также химические формы, в составе которых металлы попадают в водные объекты города. Ранее подобные исследования атмосферных осадков и техногенных частиц проводились в других районах региона (Gregurek et. al., 1999; Даувальтер и др., 2009; Слуковский и Даувальтер, 2019; Опекунов и др., 2020).
Цель работы - комплексная оценка уровня аккумуляции ряда наиболее опасных элементов-загрязнителей окружающей среды (V, Co, Sn, Ni, Cr, Mn, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn), а также исследование их подвижности и потенциальной биодоступности в ДО малых озер Мурманской области (г. Мурманска, г. Кировска, п-ова Рыбачий).
В задачи исследования включены следующие аспекты:
1) оценка уровня накопления тяжелых металлов в ДО озер Кольского полуострова (валовое содержание) в сравнении с природным (фоновым) уровнем
2) анализ степени загрязнения озерных ДО с помощью статистических показателей
3) выявление основных форм нахождения тяжелых металлов в ДО
4) оценка устойчивости соединений металлов с компонентами донных отложений, а также исследование состава и строения гуминовых кислот ДО как фазы-накопителя металлов
5) исследование химического состава и морфологии техногенные частиц промышленной пыли, отобранной из снежного покрова одного из городских озер г. Мурманска
6) оценка временной трансформации соединений тяжелых металлов в толще современных ДО озер
Апробация работы
Статьи в рецензируемых журналах Web of Science and Scopus
1. Slukovskii Z., Dauvalter V., Guzeva A., Denisov D., Cherepanov A., Siroezhko E. 2020. The Hydrochemistry and Recent Sediment Geochemistry of Small Lakes of Murmansk, Arctic Zone of Russia. Water 12, 1130.
2. Slukovskii Z. I., Guzeva A. V., Dauvalter V. A., Udachin V. N., Denisov D. B. 2020. Uranium Anomalies in Recent Sediments of Lakes from the Northern Part of the Murmansk Region, Arctic. Geochemistry International 65 (12), 1231-1236.
3. Guzeva A., Slukovskii Z., Dauvalter V., Denisov D. 2021. Trace elements fractions in sediments of urbanised lakes of the Arctic zone of Russia. Environmental monitoring and assessment. DOI: 10/1007/s10661-021-09166-z
4. Guzeva A., Krylova E., Fedorova I., 2021. Environmental aspects of molecular
composition of humic acids isolated from lake sediments of the permafrost-affected area of the Arctic. Polish Polar Research. DOI: 10.24425/ppr.2021.137142
Статьи в рецензируемых журналах ВАК (РИНЦ):
1. Гузева А.В., Слуковский З.И., Денисов Д.Б., Черепанов А.А., Даувальтер В.А.
2019. Подвижные формы тяжелых металлов в донных осадках озер города Мурманска. Труды Кольского научного центра РАН 6 (1), 70-77 .
2. Слуковский З.И., Гузева А.В. 2019. Поиск техногенных частиц в снеге города Мурманска (первые данные). Труды Кольского научного центра РАН 6 (1), 222-226.
3. Гузева А.В., Федорова И.В. 2020. Формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях озер о. Самойловский, дельта р. Лены. Труды КарНЦ РАН. Серия: Лимнология 9, 18-29.
4. Guzeva A.V., Slukovskii Z.I., Myazin V.A. 2020. Geochemical features of lakes located in an urbanised area of the Russian Arctic (Murmansk region). Limnology and Freshwater Biology 4, 511-512.
5. Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A. Vanadium as an indicator of the impact of fuel oiled thermal power plants on the environment: paleolimnological reconstructions. Limnology and Freshwater Biology 4, 513-514.
6. Слуковский З.И., Гузева А.В.. Григорьев В. А., Даувальтер В.А., Мицуков А. С.
2020. Палеолимнологическая реконструкция техногенного воздействия на экосистему оз.
Большой Вудъявр (Кировск, Мурманская область, Артика): новые геохимические данные.
Экология урбанизированных территорий 4, 96-107.
Представление результатов на российских и международных конференциях:
1. The trace metals in the lake bottom sediments of the delta Lena, Samoylov Island / Guzeva A.V., Fedorova I.V. - Students in Polar and Alpine Research Conference (SPARC) 2019", Brno, the Czech Republic 4-8 April 2019
2. Fedorova I., Dmitriev V., Shestakova E., Guzeva A., Alekseeva N. 2019. Nonadditive parameters of arctic aquatic ecosystems // 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM2019, 9 - 11 December, 269-276.
3. Тяжелые металлы в современных отложениях оз. Большой Вудъявр: уровень накопления и формы нахождения / Гузева А. В., Слуковский З. И., Даувальтер В. А. Мицуков А. С. Труды международной молодежной научной конференции. Том XIX / Под ред. В. В. Куриленко - СПб: СПбГУ, 2019. - с. 121-124.
4. Adaptation of the Arctic limnosystems to the climate change / Fedorova I., Shestakova, E., Bobrov N., Guzeva A., Alekseeva N., Pashovkina A., Dvornikov Y. Реферат от 2019 AGU Fall Meeting, Сан-Франциско, Соединенные Штаты Америки 2019.
5. Lead In Sediments of Lakes of Arctic Urban Area (Murmansk Region, Russia) / Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A., Denisov D.B., Cherepanov A.A - The International Symposium on Arctic Research (ISAR) - Arctic research: the decade past and the decade future. 2-6 March, 2020 / Abstracts / Tokyo, 2020.
6. Geochemical features of sediments of the lakes located in the Lena Delta, the Russian Arctic / A.V. Guzeva, I. V. Fedorova, N.K. Alekseeva, S. Evgrafova. Procces. Focus Siberian Permafrost - Terrestrial Cryosphere and Climate Change International Symposium Institute of Soil Science - Universitat Hamburg 23 - 27 March 2020. - p.38 - стендовый доклад
7. Geochemical features and molecular composition of humic acids isolated from lake sediments of the Lena delta / A.V. Guzeva, I. V. Fedorova, E.A. Krylova - Terrestrial Cryosphere and Climate Change International Symposium Institute of Soil Science - Universitat Hamburg 24-25 March 2021 - стендовый доклад
Работа выполнена в рамках следующих проектов:
1. Грант РФФИ №18-05-60291 «Адаптация арктических лимносистем к быстрому
изменению климата»
2. Грант РФФИ №18-05-00897 «Формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях малых озер Северо-Запада России с различной техногенной нагрузкой и геохимической спецификой территории водосбора»
3. Грант Президента Российский Федерации № МК-462.2019.5
4. Грант РНФ №19-77-10007 Экологическая оценка и прогноз устойчивого функционирования водных экосистем урбанизированных территорий Арктической зоны
В работе проведена комплексная оценка уровня аккумуляции ряда наиболее опасных элементов-загрязнителей окружающей среды (V, Co, Sn, Ni, Cr, Mn, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn), а также исследование их подвижности и потенциальной биодоступности в ДО малых озер Мурманской области (г. Мурманска, г. Кировска, п-ова Рыбачий). Донные отложения исследованных озер Мурманской области оказались значительно обогащены (как по сравнению с кларковыми значениями, так и фоновыми) рядом металлов, в зависимости от приоритетных источников их поступления: для городских водоемов (г. Мурманск и г. Кировск) - Cd, Pb, Sb, Zn, Cu, V и Ni, а для условно-фонового озера, расположенного на п-ове Рыбачий, - Ni и Си. . Поступление большинства поллютантов связано как с деятельностью основных промышленных и хозяйственных объектов Мурманской области (горнопромышленные предприятия, ТЭЦ, угольный порт, транспортная инфраструктура), так и влиянием глобального атмосферного переноса поллютантов в Арктические области РФ. Анализ форм нахождения ТМ показал, что они преимущественно ассоциированы с устойчивыми соединениями, например, с первичными минералами или труднорастворимыми техногенными соединениями (шлак, штейн, пыль). Также показана существенная роль гумусового вещества, которым богаты осадки озер региона, в связывании проанализированных металлов и металлоидов.
Ключевые слова: Арктика, донные отложения, озера, тяжелые металлы, гуминовые кислоты, Мурманская область.
Загрязнение водной среды - одна из важнейших экологических проблем современности (Моисеенко и Гашкина, 2010). Аквальные экосистемы урбанизированных и горнопромышленных территорий подвержены интенсивному антропогенному влиянию. Природные водные объекты многих городов, в частности малые озера, активно используются населением в хозяйственных и рекреационных целях. В ряде населенных пунктов Арктической зоны РФ озера становятся ключевыми объектами водоснабжения и являются частью традиционного быта и культуры коренных народов Севера. Проблему загрязнения водной среды в высокоширотных областях осложняют уязвимость и низкая восстановительная способность пресноводных экосистем. Кроме того, возрастающий уровень промышленного освоения Арктической зоны приобретает характер перенасыщенности источников загрязнения на относительно ограниченной территории.
Тяжелые металлы (ТМ) являются опасными загрязнителями окружающей среды из- за их потенциальной токсичности для живых организмов и способности к биоаккумуляции. Более того, исследования показывают, что благодаря атмосферному переносу данные поллютанты могут мигрировать на значительные расстояния от источника выбросов (Moiseenko et. al., 2010; Vinogradova et. al., 2017; Bartnicki, 1994; Krachler et. al., 2006; McConnell & Edwards, 2008; Pacyna et. al., 2001). В донных отложениях (ДО) озер, расположенных в зоне активного техногенеза, отмечаются повышенные, по сравнению с природными (фоновыми), содержания химических элементов, в частности, тяжелых металлов (Jernstrom et. al., 2010; Kuwae et. al., 2013; Dauvalter & Kashulin, 2010). Изучение процессов накопления и миграции ТМ в различных природных средах является необходимой частью эколого-геохимических исследований для оценки степени, а также динамики антропогенного воздействия на экосистемы.
С геохимической точки зрения состав донных отложений озер является интегральными показателями экологического состояния водной экосистемы. Осадки служат конечной депонирующей средой вещества в системе «водосборная площадь - акватория озера», отражающей ее гидрохимические и геохимические особенности. Послойный химический анализ ненарушенной толщи ДО позволяет реконструировать динамику поступления элементов, включая потенциально токсичные, в экосистему озера. Более того, при изменениях физико-химических параметров среды, в том числе вследствие антропогенной деятельности, ДО могут становиться источниками вторичного загрязнения водоема. ТМ в донных отложениях изучаются геоэкологами в двух аспектах: валовое содержание и содержание их форм нахождения (Курилов и др., 2007; Опекунов и др., 2012; Li et. al., 2001). Валовое содержание ТМ показывает общее геоэкологическое состояние водоемов территории, также его значения необходимы для последующего определения региональных фоновых концентраций элементов. Однако полностью оценить потенциальную опасность высоких содержаний поллютантов на основе анализа только валового содержания ТМ нельзя. Потенциальное токсическое действие химических элементов зависит от их форм нахождения, а также типа связи с минеральными и органическими фазами-носителями. Для характеристики подвижности элементов используются понятия легкодоступные, умеренно доступные и труднодоступные формы (Tessier, 1979; Курилов и др., 2007; Ladonin & Karpukhin, 2011; Moore et. al., 2015). Чем легче с помощью химических реагентов извлекается форма, тем мобильнее и потенциально опаснее она для экосистемы. Среди фаз-накопителей ТМ основную роль играют гумусовые вещества и глинистые минералы, а также гидратированные оксиды Mn и Fe. Наиболее подвижные формы ТМ первоочередно вовлекаются в биогеохимические циклы. В то же время, органическое вещество (гумусовые кислоты) и гидратированные оксиды Mn и Fe способны образовывать с металлами устойчивые соединения. Анализ всего спектра форм ТМ в ДО озер позволяет оценить их миграционную способность в системе, проанализировать вклад отдельных компонентов осадка в накопление данных химических элементов, а также спрогнозировать способность ДО к закреплению дополнительного количества ТМ в условиях увеличения интенсивности техногенной нагрузки. В работе также уделено внимание исследованию гуминовых кислот как матрице-накопителю микроэлементов в донных отложениях озер. Гуминовые кислоты являются превалирующей фракцией гумусового вещества (Stevenson, 1985). Комплексообразующая способность гуминовых кислот зависит от их элементного состава и молекулярного строения, поэтому изучение данного аспекта важно для комплексной геохимической оценки озерных экосистем. Такой подход позволяет сделать адекватную эколого-геохимическую оценку состояния водного объекта, что является особенно актуальной задачей для аквальных систем, находящихся в условиях постоянного антропогенного воздействия на территориях с развитой урабанизационной и горнопромышленной инфраструктурой.
Значительный вклад в исследования поверхностных вод и ДО Российской части Европейской субарктики внесен сотрудниками Института географии РАН (Федорова, 1964), МГУ (Евсеев и Красовская, 1996), Института озероведения РАН (Большие озера Кольского полуострова, 1976; Озера различных ландшафтов Кольского полуострова, 1974), Института биологии Коми НЦ РАН (Зверева, 1969; Власова, 1988), ИПЭС КНЦ РАН (Моисеенко и др., 1996; 1997), но изучению геохимии осадконакопления уделялось недостаточное внимание. В настоящий момент озера Мурманской области продолжают комплексно изучаются сотрудниками Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, в том числе, геохимические особенности донных отложений (Даувальтер, 2012; Кашулин и др., 2012(а), (б); Мазухина и др., 2020). На территории самого города Мурманска находятся около 20 озер, испытывающих антропогенное влияние различной интенсивности. Большая часть водоемов активно используется населением в рекреационных целях, однако данные об экологическом состоянии водных объектов существенно ограничены. В данной работе в рамках совместных работ ИППЭС КНЦ РАН и СПбГУ автором впервые комплексно оценен весь спектр форм ТМ в донных отложениях озер Мурманской области, а также исследованы элементный состав и строение гуминовых кислот.
Более того, в ходе комплексных исследований в настоящей работе впервые изучены морфология и химический состав техногенных частиц, отобранных из снежного покрова одного из озер Мурманска. Это позволило установить их источник, а также химические формы, в составе которых металлы попадают в водные объекты города. Ранее подобные исследования атмосферных осадков и техногенных частиц проводились в других районах региона (Gregurek et. al., 1999; Даувальтер и др., 2009; Слуковский и Даувальтер, 2019; Опекунов и др., 2020).
Цель работы - комплексная оценка уровня аккумуляции ряда наиболее опасных элементов-загрязнителей окружающей среды (V, Co, Sn, Ni, Cr, Mn, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn), а также исследование их подвижности и потенциальной биодоступности в ДО малых озер Мурманской области (г. Мурманска, г. Кировска, п-ова Рыбачий).
В задачи исследования включены следующие аспекты:
1) оценка уровня накопления тяжелых металлов в ДО озер Кольского полуострова (валовое содержание) в сравнении с природным (фоновым) уровнем
2) анализ степени загрязнения озерных ДО с помощью статистических показателей
3) выявление основных форм нахождения тяжелых металлов в ДО
4) оценка устойчивости соединений металлов с компонентами донных отложений, а также исследование состава и строения гуминовых кислот ДО как фазы-накопителя металлов
5) исследование химического состава и морфологии техногенные частиц промышленной пыли, отобранной из снежного покрова одного из городских озер г. Мурманска
6) оценка временной трансформации соединений тяжелых металлов в толще современных ДО озер
Апробация работы
Статьи в рецензируемых журналах Web of Science and Scopus
1. Slukovskii Z., Dauvalter V., Guzeva A., Denisov D., Cherepanov A., Siroezhko E. 2020. The Hydrochemistry and Recent Sediment Geochemistry of Small Lakes of Murmansk, Arctic Zone of Russia. Water 12, 1130.
2. Slukovskii Z. I., Guzeva A. V., Dauvalter V. A., Udachin V. N., Denisov D. B. 2020. Uranium Anomalies in Recent Sediments of Lakes from the Northern Part of the Murmansk Region, Arctic. Geochemistry International 65 (12), 1231-1236.
3. Guzeva A., Slukovskii Z., Dauvalter V., Denisov D. 2021. Trace elements fractions in sediments of urbanised lakes of the Arctic zone of Russia. Environmental monitoring and assessment. DOI: 10/1007/s10661-021-09166-z
4. Guzeva A., Krylova E., Fedorova I., 2021. Environmental aspects of molecular
composition of humic acids isolated from lake sediments of the permafrost-affected area of the Arctic. Polish Polar Research. DOI: 10.24425/ppr.2021.137142
Статьи в рецензируемых журналах ВАК (РИНЦ):
1. Гузева А.В., Слуковский З.И., Денисов Д.Б., Черепанов А.А., Даувальтер В.А.
2019. Подвижные формы тяжелых металлов в донных осадках озер города Мурманска. Труды Кольского научного центра РАН 6 (1), 70-77 .
2. Слуковский З.И., Гузева А.В. 2019. Поиск техногенных частиц в снеге города Мурманска (первые данные). Труды Кольского научного центра РАН 6 (1), 222-226.
3. Гузева А.В., Федорова И.В. 2020. Формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях озер о. Самойловский, дельта р. Лены. Труды КарНЦ РАН. Серия: Лимнология 9, 18-29.
4. Guzeva A.V., Slukovskii Z.I., Myazin V.A. 2020. Geochemical features of lakes located in an urbanised area of the Russian Arctic (Murmansk region). Limnology and Freshwater Biology 4, 511-512.
5. Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A. Vanadium as an indicator of the impact of fuel oiled thermal power plants on the environment: paleolimnological reconstructions. Limnology and Freshwater Biology 4, 513-514.
6. Слуковский З.И., Гузева А.В.. Григорьев В. А., Даувальтер В.А., Мицуков А. С.
2020. Палеолимнологическая реконструкция техногенного воздействия на экосистему оз.
Большой Вудъявр (Кировск, Мурманская область, Артика): новые геохимические данные.
Экология урбанизированных территорий 4, 96-107.
Представление результатов на российских и международных конференциях:
1. The trace metals in the lake bottom sediments of the delta Lena, Samoylov Island / Guzeva A.V., Fedorova I.V. - Students in Polar and Alpine Research Conference (SPARC) 2019", Brno, the Czech Republic 4-8 April 2019
2. Fedorova I., Dmitriev V., Shestakova E., Guzeva A., Alekseeva N. 2019. Nonadditive parameters of arctic aquatic ecosystems // 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM2019, 9 - 11 December, 269-276.
3. Тяжелые металлы в современных отложениях оз. Большой Вудъявр: уровень накопления и формы нахождения / Гузева А. В., Слуковский З. И., Даувальтер В. А. Мицуков А. С. Труды международной молодежной научной конференции. Том XIX / Под ред. В. В. Куриленко - СПб: СПбГУ, 2019. - с. 121-124.
4. Adaptation of the Arctic limnosystems to the climate change / Fedorova I., Shestakova, E., Bobrov N., Guzeva A., Alekseeva N., Pashovkina A., Dvornikov Y. Реферат от 2019 AGU Fall Meeting, Сан-Франциско, Соединенные Штаты Америки 2019.
5. Lead In Sediments of Lakes of Arctic Urban Area (Murmansk Region, Russia) / Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A., Denisov D.B., Cherepanov A.A - The International Symposium on Arctic Research (ISAR) - Arctic research: the decade past and the decade future. 2-6 March, 2020 / Abstracts / Tokyo, 2020.
6. Geochemical features of sediments of the lakes located in the Lena Delta, the Russian Arctic / A.V. Guzeva, I. V. Fedorova, N.K. Alekseeva, S. Evgrafova. Procces. Focus Siberian Permafrost - Terrestrial Cryosphere and Climate Change International Symposium Institute of Soil Science - Universitat Hamburg 23 - 27 March 2020. - p.38 - стендовый доклад
7. Geochemical features and molecular composition of humic acids isolated from lake sediments of the Lena delta / A.V. Guzeva, I. V. Fedorova, E.A. Krylova - Terrestrial Cryosphere and Climate Change International Symposium Institute of Soil Science - Universitat Hamburg 24-25 March 2021 - стендовый доклад
Работа выполнена в рамках следующих проектов:
1. Грант РФФИ №18-05-60291 «Адаптация арктических лимносистем к быстрому
изменению климата»
2. Грант РФФИ №18-05-00897 «Формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях малых озер Северо-Запада России с различной техногенной нагрузкой и геохимической спецификой территории водосбора»
3. Грант Президента Российский Федерации № МК-462.2019.5
4. Грант РНФ №19-77-10007 Экологическая оценка и прогноз устойчивого функционирования водных экосистем урбанизированных территорий Арктической зоны
Донные отложения исследованных озер Мурманской области оказались значительно обогащены (как по сравнению с кларковыми значениями, так и фоновыми) рядом металлов, в зависимости от приоритетных источников их поступления: для городских водоемов (г. Мурманск и г. Кировск) - Cd, Pb, Sb, Zn, Cu, V и Ni, а для условно-фонового озера, расположенного на п-ове Рыбачий, - Ni и Си. Нижние слои донных осадков большинства изученных озер урбанизирвованной территории (доиндустриальный период) характеризуются умеренным уровнем загрязнения или же вовсе отсутствием антропогенной нагрузки. Поступление большинства поллютантов связано как с деятельностью основных промышленных и хозяйственных объектов Мурманской области (горнопромышленные предприятия, ТЭЦ, угольный порт, транспортная инфраструктура), так и влиянием глобального атмосферного переноса поллютантов в Арктические области РФ.
Анализ форм нахождения ТМ показал, что они преимущественно ассоциированы с устойчивыми соединениями, например, с первичными минералами или труднорастворимыми техногенными соединениями (шлак, штейн, пыль). Приоритетные загрязнители (например, V и Ni) поступают в окружающую среду от антропогенных источников в виде малорастворимых твердофазных оксидов, что показано в результате исследований состава и строения техногенных частиц снежного покрова одного из озер Мурманска. Данный факт может оказывать существенное влияние на подвижность поллютантов в экосистемах.
Показана существенная роль гумусового вещества, которым богаты осадки озер региона, в связывании проанализированных металлов и металлоидов. Гумусовые кислоты служат буферной субстанцией, снижающей потенциальную токсичность поступающих от природных и антропогенных источников металлов. В молекулярном строении ГК обнаружены функциональные кислород-содержащие группы, которые способны связывать катионы металлов в устойчивые комплексы. Сравнительно невысокая относительная мобильность большинства элементов даже в самых загрязненных слоях озерных осадков говорит о высокой буферности отложений и их еще не исчерпанной способности связывать загрязнители в устойчивые комплексы.
Однако в то же время, химическим элементам, имеющим значительные превышения валового содержания над природным фоном территории, следует уделять особое внимание при дальнейшем эколого-геохимическом мониторинге озер Мурманской области. Высокие концентрации токсичных металлов создают серьезную потенциальную опасность для водной экосистемы, так как миграционная способность токсичных металлов может существенно возрастать при изменениях физико-химических параметров среды, особенно в условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки на регионы Арктической зоны.
Анализ форм нахождения ТМ показал, что они преимущественно ассоциированы с устойчивыми соединениями, например, с первичными минералами или труднорастворимыми техногенными соединениями (шлак, штейн, пыль). Приоритетные загрязнители (например, V и Ni) поступают в окружающую среду от антропогенных источников в виде малорастворимых твердофазных оксидов, что показано в результате исследований состава и строения техногенных частиц снежного покрова одного из озер Мурманска. Данный факт может оказывать существенное влияние на подвижность поллютантов в экосистемах.
Показана существенная роль гумусового вещества, которым богаты осадки озер региона, в связывании проанализированных металлов и металлоидов. Гумусовые кислоты служат буферной субстанцией, снижающей потенциальную токсичность поступающих от природных и антропогенных источников металлов. В молекулярном строении ГК обнаружены функциональные кислород-содержащие группы, которые способны связывать катионы металлов в устойчивые комплексы. Сравнительно невысокая относительная мобильность большинства элементов даже в самых загрязненных слоях озерных осадков говорит о высокой буферности отложений и их еще не исчерпанной способности связывать загрязнители в устойчивые комплексы.
Однако в то же время, химическим элементам, имеющим значительные превышения валового содержания над природным фоном территории, следует уделять особое внимание при дальнейшем эколого-геохимическом мониторинге озер Мурманской области. Высокие концентрации токсичных металлов создают серьезную потенциальную опасность для водной экосистемы, так как миграционная способность токсичных металлов может существенно возрастать при изменениях физико-химических параметров среды, особенно в условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки на регионы Арктической зоны.
Содержание ВКР — ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЛИМНОСИСТЕМ АРКТИКИ
Выдержки из ВКР — ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЛИМНОСИСТЕМ АРКТИКИ