ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 743-755
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ ^
УДК 551.465
ЛИГНИН И ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОСАДКАХ КАНДАЛАКШСКОГО ЗАЛИВА БЕЛОГО МОРЯ
© 2004 г. В. И. Пересыткин1, В. Н. Лукашин1, А. Б. Исаева1, Р. Прего2
1Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия 2Институт морских исследований, Виго, Испания Поступила в редакцию 12.05.2003 г., после доработки 04.01.2004 г.
Рассмотрен химический состав верхнего слоя осадков (0-1см) в кутовой части, губах Колвица и Княжая, а также в глубоководной части Кандалакшского залива. Показано, что дисперсные илы богаче Бе, Сорг и тяжелыми металлами, чем пески. Наиболее высокие концентрации этих элементов обнаружены в осадках в зонах смешения речных и морских вод. Корреляционные зависимости показывают хорошую связь Р, 7п, Cd и Си с железом, РЬ и Си - с органическим углеродом. Очень высокие концентрации РЬ в кутовой части Кандалакшского залива свидетельствуют о техногенном загрязнении осадков. Лигнин вносит заметный вклад в формирование органического вещества в осадках. Состав лигнина донных осадков Кандалакшского залива определяется составом лигнина почв и аэровзвесей. Ванилиновые и сиреневые структуры преобладают в молекулярном составе лигнина донных осадков. Их источник - хвойная растительность, почвы и мхи. Соотношения определенных типов фенольных соединений указывают на загрязнение верхнего слоя донных осадков техногенным лигнином. Свинец и медь хорошо коррелируются с техногенным лигнином.
ВВЕДЕНИЕ
Белое море, несмотря на небольшие размеры, является одним из наиболее интересных морских бассейнов для исследования широкого спектра океанологических вопросов. Кандалакшский залив, крупнейший залив Белого моря, представляет собой важный объект для изучения биогеохимических процессов взаимодействия суши и моря. Положение Кандалакшского залива за Полярным кругом, связь с бассейном Северного Ледовитого океана определяют довольно суровые климатические условия. Это выражается в низких средних температурах и продолжительности зимнего сезона (6-7 мес.). Наличие крупных промышленных объектов в кутовой части залива (г. Кандалакша, порт, нефтебаза) делает его интересным также для исследования техногенного влияния на экосистему залива и находящегося в нем заповедника с уникальным сочетанием фауны и флоры. В настоящее время экологическая обстановка в заливе продолжает ухудшаться (по исследованиям 1996-2002 гг.) в связи со строительством новых технологических объектов: расширение порта, нефтебазы, прокладки нового фарватера для проводки большегрузных нефтеналивных судов.
Характерной особенностью гидрологического режима Кандалакшского залива являются мощные приливно-отливные течения и обильное его питание талыми и речными водами, что играет значительную роль в поступлении терригенного и антропогенного органического вещества (ОВ) в воду и донные отложения залива. Значение кли-
матического фактора оказывает существенное влияние на экосистему залива, так как увеличение загрязнения при низких температурах связано с замедлением процессов окисления и микробиологической утилизацией промышленных отходов. Процессы загрязнения в некоторых частях залива продолжают превалировать над процессами самоочищения, так как море (морская биота) не в состоянии утилизировать поступающие загрязнители. Увеличивающееся с каждым годом поступление токсичных веществ приводит к ухудшению кислородного режима залива. Это приводит к угнетению фотосинтеза в верхних слоях за счет доминирующего расхода растворенного кислорода на реакции окисления органических составляющих. Беспрерывно возрастающее загрязнение моря углеводородами (УВ), их составными компонентами и производными в настоящее время превратилось в один из неблагоприятных экологических факторов.
Среди соединений, поступающих в Кандалакшский залив с береговыми сбросами, высокую опасность для экосистемы представляют тяжелые металлы, а также ароматические соединениями (лигнин и его производные фенолы). В этой связи особую актуальность приобретают исследования, направленные к выяснению чувствительности к фенольному (антропогенному) загрязнению различных объектов окружающей морской среды. Фенолы и лигнин, а также тяжелые металлы, попадающие в большом количестве в морскую среду, могут вредить жизнедеятельности биоценозов, начиная с расстройства жизнедеятельности
Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб донных осадков в Кандалакшском заливе Белого моря.
организма и кончая гибелью целых популяций. Накопление этих вредных веществ наиболее опасно для бентической области моря, являющейся зоной накопления органических веществ.
На границе вода-грунт, в зоне обитания зоо-бентоса и многих промысловых рыб, протекают физико-химические и биохимические процессы, имеющие принципиальное значение в формировании химических параметров и продуктивности донных осадков Белого моря [1].
Кандалакшский залив Белого моря и его куто-вые части являются эталонами развития и прогноза возникновения аноксии в полярных экосистемах. Аноксия возникает в донных осадках в результате поступления повышенных содержаний органического вещества (ОВ) - ключевого компонента, на окисление которого расходуется кислород иловых и придонных вод. Органическое вещество поступает на дно с различными источниками природного и антропогенного характера. В связи с этим особую актуальность приобретают измерения, позволяющие оценить количество ОВ и его компонентов, поступающих на дно водоема. Одними из таких компонентов ОВ являются нефтяные углеводороды, фенольные соединения и лигнин.
Природные и антропогенные вещества, в том числе и соединения лигнина - фенолы, поступают в моря главным образом с речным стоком, эоловыми выносами и в результате загрязнения природных вод (речных, прибрежных, морских) стоками промышленных предприятий. В то же время лигнин является характерным компонентом наземных растений и может служить показателем генезиса ОВ в морских объектах (вода, взвесь,
донные осадки). Некоторые типы фенолов не синтезируются ни наземной, ни морской биотой, а являются исключительно соединениями антропогенного происхождения [19].
Лигнин и фенолы в донных осадках подвергаются трансформации с образованием продуктов (ме-таллоорганических и т.д.), весьма устойчивых к биодеградации по сравнению с другими компонентами живого ОВ. В геологических условиях происходит постепенное преобразование лигнина, приводящее в конечном итоге к накоплению в донных осадках конденсированных ароматических структур [6, 16].
Целью настоящей работы является исследование количественного и качественного распределение тяжелых металлов, фенолов и лигнина в верхнем слое донных осадков Кандалакшского залива Белого моря. Особое внимание было уделено исследованию распределения этих соединений в кутовой части и губах залива.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материал для настоящего исследования был получен в экспедиции, проведенной в рамках проекта ЮТА8-1881 с 15 по 24 июня 2000 г. в Белом море на э/с "Картеш" [8]. Пробы донных осадков (верхний слой 0-1 см) отбирались дночерпателем в эстуариях малых рек и в центральной глубоководной части Кандалакшского залива (табл. 1, рис. 1). Отбор осадков из дночерпателя проводился чистым титановым шпателем из центральной части прибора для предотвращения загрязнения от стенок. Осадки были описаны, высушены в сушильном шкафу при температуре 60°С и упакова-
ЛИГНИН И ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Таблица 1. Местоположение станций отбора осадков и описание осадков
№ станции
Широта, Долгота, Глубина,
северная восточная м
Описание осадков
85
86
Приустьевой район впадения р. Нива (кутовая часть Кандалакшского залива)
67°08.92' 67°07.45'
32°22.95' 18 0-1 Ил алевритово-пелитовый с примесью песка зеленова-
то-коричневый, окисленный.
32°24.76' 45 0-1 Ил пелитовый с примесью песка темно-оливковый,
0-0.2 - зеленовато-коричневый окисленный наилок
Приустьевой район впадения р. Колвица
91 67°04.24' 32°47.98' 36 0-1 Ил алевритово-пелитовый с примесью песка зеленовато-коричневый, окисленный.
92 67°04.43' 32°51.46' 65 0-1 Ил пелитовый с примесью песка темно-оливковый, 0-0.1 - коричневый окисленный наилок
93 67°04.93' 32°56.41' 25 0-1 Ил пелитовый с примесью песка жидкий, коричневый, окисленный
Приустьевой район впадения р. Княжая
100 66°52.63' 32°30.14' 25 0-1 Песок мелкозернистый с примесью алевритово-пели-тового материала зеленовато-серый, 0-0.3 коричневый окисленный наилок
101 66°52.64' 32°27.05' 22 0-1 Ил алевритово-пелитовый с примесью песка зеленовато-серый, 0-0.1 коричневый окисленный наилок
102 66°52.26' 32°24.35' 7 0-1 Песок среднезернистый серый с большим количеством раковинного материала размером более 5 мм, плохо сортированный
112 66°54.60' 32°36.15' 37 0-1 Ил алевритово-пелитовый с примесью песка бурый разжиженный, окисленный, ниже зеленовато-серый
Глубоководная часть Кандалакшского залива
132 66°32.96' 33°49.10' 290 0-1 Ил пелитовый с примесью песка темно-серый, 0-0.3 - темно-коричневый окисленный наилок
141 66°26.55' 34°19.55' 290 0-1 Ил пелитовый с примесью песка темно-серый, 0-0.3 - темно-коричневый окисленный наилок
Район Терского берега
49 65°51.66' 38°50.27' 65 0-1 Песок крупнозернистый серо-зеленовато-коричневый хорошо сортированный
ны в герметичные пластиковые контейнеры для последующей обработки в береговой лаборатории. В Институте океанологии пробы были от-квартованы, просеяны через сито с ячейками 1 мм2, растерты и розданы на разные виды анализа.
Анализ основных химических элементов - Si, Al, а также P проводился фотометрическим методом из навески 1 г, воспроизводимость результатов ± 2% [7, 9]. Правильность анализа контролировалась стандартными образцами донных осадков СДО-1 и СДО-2 [3].
Анализ микроэлементов и железа выполнен в Лаборатории морских биогеохимических исследований Института морских исследований (Виго, Испания) методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Разложение образцов осуществлялось в те-флоновых бомбах [10]. Анализ проводился с использованием графитовой кюветы на спектрофотометре Varían 220. Правильность анализа
контролир
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.