ГЕОХИМИЯ, 2015, № 3, с. 289-296
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПО ДИАТОМОВЫМ КОМПЛЕКСАМ ИЗ ОЗЕРНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ (ЕВРОПЕЙСКАЯ ЧАСТЬ РОССИИ) © 2015 г. Л. В. Разумовский, В. Л. Разумовский
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем РАН 119991 Москва, ул. Губкина, 3 e-mail: razum@aqualaser.ru Поступила в редакцию 04.03.2014 г. Принята к печати 14.07.2014 г.
Анализируется таксономическая структура диатомовых комплексов из современных озерных отложений Кольского п-ва и концентрация в них Ni. Отмечена значимая сопряженность между концентрациями Ni в поверхностных водах со степенью негативной трансформации структуры диатомовых комплексов из малых (<1 км2) и средних (1—4 км2) озер. Методом графического анализа изучены изменения таксономических пропорций в диатомовых комплексах, которые предложено использовать при комплексных палеоэкологических исследованиях на основе анализа колонок донных отложений из озер Кавказа — региона, изученного слабо. Оцениваются перспективы применения комплексного анализа колонок донных отложений, отобранных из озер различного генезиса. На основе уже полученных результатов показана наибольшая перспективность для оценки загрязнения тяжелыми металлами в результате трансграничных переносов именно малых бессточных озер.
Ключевые слова: диатомовый анализ, тяжелые металлы трансграничный перенос, горные озера.
Б01: 10.7868/80016752515030115
Озера являются традиционными объектами для экологических и климатических реконструкций. Комплексные лимнологические исследования с привлечением диатомового анализа позволяют получить наиболее достоверную картину эволюции озерных экосистем в эпоху повсеместного техногенного воздействия. Это было подтверждено широкомасштабными, комплексными исследованиями озер Кольского п-ва, на протяжении последних 30-ти лет. Вместе с тем, было показано, что диатомовый анализ имеет значительный неиспользованный информационный резерв. Наглядным подтверждением этого факта является разработанный метод графического анализа таксономических пропорций в диатомовых комплексах (Разумовский, 2004, 2012; Разумовский, Моисеен-ко, 2009).
Опыт изучения озер Кольского п-ва позволил сделать вывод, что донные отложения многих из них содержат значительные концентрации тяжелых металлов (Моисеенко, Даувальтер и др., 1997; Моисеенко, Кудрявцева и др., 2000; Моисеенко, Гашкина и др., 2006; Моисеенко, Гашкина, 2010). Это явление стало следствием атмосферного переноса от промышленных центров этого региона. По
сравнению с другими территориями Европейской части России, озера Кавказа изучены недостаточно. С точки зрения стратегических научных приоритетов, было бы обоснованно совместить изучение горных озер Кавказа с тем опытом, который получен при исследованиях, проведенных на Кольском п-ве.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Структуру и объем полученного материала составили пробы поверхностных осадков из 51 озера Кольского п-ва и колонки донных отложений (ДО) из пяти высокогорных озер Кавказа: Большого, Зеркального, Кордывач (Краснодарский край), Каркель (Карачаево-Черкесская Республика) и Донгузорун (Кабардино-Балкарская Республика).
Пробы из озер Кольского п-ва, а также колонки ДО из озер Большое и Зеркальное были отобраны стратометром ударно-замыкающего типа, колонки ДО из оз. Каракель и Донгуз-Орун — при помощи озерного бура типа "бур Несье" (№8]е, 1992).
Пробы из озер Кольского п-ва отбирались различными исследователями с 1993 по 2002 гг. (8о1оу-1еуа, 2000; Денисов, Каган и др., 2003; Разумовский, 2004; Денисов, 2007). Колонки ДО — из озер Кавказа с 2003 по 2012 гг. (Моисеенко, Разумовский и др.; 2012; Разумовский, 2012; Разумовский, Разумовский, 2013; Соломина, Калугин и др., 2013; Разумовский, Шелехова и др., 2014).
Образцы на диатомовый анализ отбирались из колонок ДО с интервалом в 1 см (в колонке ДО из оз. Донгузорун — 0.5 см). Также были отобраны пробы в интервале 0—48 см (оз. Каракель), 0—25 см (оз. Донгуз-Орун), 0—44 см (оз. Большое), 0—35 см (оз. Зеркальное), 0—19 см (оз. Кордывач). Обработка, изготовление постоянных препаратов, подсчет и идентификация створок диатомей осуществлялись по стандартным методикам (ВаИаг-Ьее, 1986; Полякова, 2010).
Отбор и анализ проб воды осуществлялся так же по стандартным методикам. Кроме того, проводился отбор проб воды на определение содержания А1, Fe, Мп, Сг, 8г, Си, N1, 2п, Сё, Со, РЬ, Аз атомно — адсорбционным методом (Моисеенко, Гашкина, 2010).
Возраст донных отложений (оз. Большое) определяли с использованием моделей изотопного датирования на основе хронологии РЬ210 в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН по стандартным методикам (Незкеу, КШаш, 1973; Renberg, 1978).
Негативные трансформации диатомовых комплексов исследовали графическим анализом (Разумовский, Моисеенко, 2009; Разумовский, 2012), т.е. для каждого диатомового комплекса определяли относительную численность всех идентифицированных таксонов видового и более низких рангов (далее в тексте — таксонов). При построении графиков по оси абсцисс откладывали число идентифицированных таксонов, а по оси ординат — их относительную численность (при выборке не менее 200 створок). Таксоны ранжировали по показателю относительной численности в сторону его уменьшения. По относительной численности таксоны разделяют на доминирующие (обычно не менее 8—10% от комплекса), сопутствующие (более 1—2%) и редкие (обычно менее 1%) группы. В результате в линейной системе координат строили исходный график или гистограмму.
В линейной системе координат были выделены два типа графиков естественной, ненарушенной структуры таксономических пропорций в диатомовых комплексах (Разумовский, Моисеенко, 2009; Разумовский, 2012). Первый из них по своим очертаниям близок к экспоненциальной зависимости и характерен для малых озер. Для озер среднего размера форма полученных графиков имеет определенное подобие с логистической зависимостью (Шитиков, Розенберг и др., 2003). При изме-
нении абиотических параметров среды оба типа графиков трансформируются. Существует третий тип распределения — линейный. Этот тип распределения таксономических пропорций характерен для переотложенных комплексов.
Три основных типа распределения таксономических пропорций соответствуют нециклическим формам зависимостей ("откликов"), которые возникают в экосистемах при их ответных реакциях на внешнее воздействие (Разумовский, Моисеенко, 2009).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При графическом анализе все исследованные озера Кольского п-ва были разделены по двум категориям размерности: с площадью водного зеркала менее 1 км2 (малые) и с площадью водного зеркала от 1 до 4 км2 (средние).
К 2007 году на Кольском полуострове были изучены современные диатомовые комплексы из 51 озера малого и среднего размера (Моисеенко, Даувальтер и др., 1997; 8о1оу1еуа, 2000; Денисов, Каган и др., 2003; Денисов, 2007; Разумовский, 2012). Из них 40 относятся к малым озерам и, соответственно, 11 — к средним. Для обеих категорий были построены единые ряды трансформации: от озер абсолютно не затронутых антропогенным воздействием до озер с крайней степенью угнетения природных сообществ. По степени трансформации малые и средние озера были разделены на 4 основные группы (Разумовский, 2012). Полученные оценочные значения (от 1 до 4) были нанесены на карту Кольского п-ва в точках расположения озер (рис. 1).
На основе полученных оценок точки расположения озер со сходной степенью трансформации диатомовых комплексов были соединены изолиниями. Если по степени своей трансформации диатомовый комплекс занимал промежуточное положение между оценочными значениями, то расположение изолиний изменялось соответствующим образом. В результате была сформирована карта оценки степени деградации природных сообществ из малых и средних озер под воздействием комплексной антропогенной нагрузки (рис. 1). Несмотря на значительную условность проведенных изолиний, связанную с разной плотностью расположения исследованных озер, полученные результаты имеют достаточно высокий уровень достоверности. Об этом свидетельствуют нижеизложенные наблюдения.
Решающий фактор негативного воздействия на природные ландшафты Кольского п-ва — это размещенные на нем промышленные производства. В основном они расположены в двух местах: г. Никель и г. Мончегорск (Моисеенко, Кудрявцева и др., 2000; Моисеенко, Гашкина, 2010). Перенос за-
Рис. 1. Карта распределения уровня негативной трансформации структуры диатомовых комплексов в озерах Кольского п-ва [10]. Цифрами обозначена степень негативной трансформации диатомовых комплексов; малыми черными кружками — расположение озер, где были изучены диатомовые комплексы; сплошными линиями — изолинии объединяющие территории со сходной степенью негативного воздействия на озерные экосистемы; большими черными кружками — города на территории Кольского п-ва; пунктирной линией — границы между государствами.
\ Норвегия £ '3-4.3 > " Финляндия ;
\ Норвегия $ 113—4
\ 3-41
грязняющих веществ имеет преимущественно атмосферный генезис. Поэтому в первую очередь сопоставление проводилось с картами уровня концентрации тяжелых металлов в озерных отложениях (Моисеенко, Гашкина, 2010). При сравнении было отмечено их заметное сходство, но не идентичность.
Отмечена значимая сопряженность между концентрациями N1 в поверхностных водах и степенью трансформации диатомовых комплексов. При концентрации от 5 до 15 мкг/л происходит "гарантированное" нарушение целостности экосистемы (Разумовский, 2012).
Кроме того, стало очевидным, что помимо прямой зависимости между деградацией природных сообществ от уровня концентрации N1, существует ряд других, не менее существенных факторов, определяющих степень негативного воздействия. Иначе говоря, два равноудаленных от источника загрязнения озера совсем не обязательно будут иметь одинаковый уровень деградации. Более того, даже одинаковый уровень концентрации загрязняющих веществ это не "гарантирует".
В первом случае (расстояние до источника загрязнения) существенную сдерживающую роль
играют морфоструктура рельефа (горы), степе
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.