ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2008, том 418, № 5, с. 665-669
ГЕОХИМИЯ
УДК 550.47:556.54
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ В СНЕЖНО-ЛЕДЯНОМ ПОКРОВЕ БЕЛОГО МОРЯ
© 2008 г. И. А. Немировская
Представлено академиком А.П. Лисицыным 29.01.2007 г. Поступило 31.01.2007 г.
В Белом море снежно-ледяной покров существует около полугода, и здесь на площади всего водосбора идет накопление вещества, вымывающегося из атмосферы снегом (локального, регионального и глобального) [1]. Весной, при таянии снега, весь этот исходный материал попадает в реки. В отличие от дождя, который уходит в почву или стекает с поверхности льдов, снег сохраняется на поверхности почвы и дрейфующих льдов и таким образом фиксирует все атмосферные выпадения за снежный период года [2]. Физические факторы, такие как температура воздуха, орография берега, приливно-отливные течения и ветер, определяют начало формирования припая и время его существования [3]. Молодой лед, образующийся в прибрежной зоне, может захватывать осадочный материал эрозии берегов, речного стока и донных отложений [1]. Содержащиеся в снеге и льдах химические элементы переносятся льдами из прибрежных областей в открытые районы. С целью изучения загрязненности снежно-ледяного покрова Белого моря было исследовано распределение органических соединений (в том числе нефтяных и пирогенных углеводородов -УВ) в губе Чупа (Кандалакшский залив, район биостанции Картеш, 26 марта-8 апреля 2004 г.) и в устье р. Северная Двина (март 2005, 2006 гг.). Работы проводили в межведомственных экспедициях по проекту "Система Белого моря" (руководитель проекта академик А.П. Лисицын). Изучение поведения природных и антропогенных органических соединений в снежно-ледяном покрове практически никогда не проводилось [4, 5], главное внимание уделялось механическим, оптическим и биологическим свойствам льда [1, 3, 6].
При отборе и анализе проб соблюдали меры, необходимые для предотвращения загрязнения. Из растопленных проб снега и льда взвесь выделяли фильтрацией на стекловолокнистые фильтры вР/Р. Липиды экстрагировали хлороформом.
Концентрацию липидов (до колоночной хроматографии на силикагеле) и алифатических УВ -АуВ (после колоночной хроматографии на силикагеле) определяли ИК-методом. Содержание и состав полициклических ароматических УВ (ПАУ) в устье р. Северная Двина определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, а в пробах, отобранных в губе Чупа, - методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спек-трометрией (прибор "Agilent 6890N", оборудованный автосемплером "Agilent 7683") и масс-селек-тивным детектором MSD 5973N (анализ проведен в ПИНРО Л.И. Киреевой). Содержание органического углерода определяли методом сухого сожжения. Детали методики описаны в [4].
На льду губы Чупа содержание органических соединений в снежно-ледяном покрове (табл. 1) изменялось, мкг/л: Сорг от 283 до 8390, липидов от 90 до 621, АУВ от 80 до 309. Во льду на станции 6, наиболее приближенной к берегу, в растворенной форме концентрации АУВ колебались в интервале 118-327 мкг/л, т.е. значительно превышали ПДК для нефтяных УВ (50 мкг/л). Для сравнения, в северной части Баренцева моря содержание АУВ в снеге составило в среднем 18 мкг/л, а в районе поднятия Менделеева - 5 мкг/л [5].
Концентрации органических соединений увеличивались к границе лед-вода и в нижних слоях керна льда были в 2.3-15 раз выше, чем в подледной воде (табл. 1). Такое распределение липидов и АУВ является типичным как для припайных, так и паковых льдов в Арктике и Антарктике [4, 5]. Барьерная зона вода-лед даже при низких температурах остается активной биологической средой, в которой происходит развитие ледовой флоры [3, 6]. Из-за перепада температуры между подледной водой и льдом происходит развитие ледовых микроводорослей. При торошении видно, что нижняя часть многих льдов окрашена в буро-коричневый цвет. Высокая слоистость и пористость льдов создают условия для аккумулирования здесь не только планктонных организмов, но и органических соединений во взвешенной форме. Поэтому в толще припайного льда наблюдается синхронное изменение концентраций органиче-
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва
Таблица 1. Распределение взвеси и органических соединений во взвеси в снежно-ледяном покрове (губа Чупа, зима 2004 г.)
Объект Горизонт, см Взвесь мг/л С орг Липиды АУВ % от Сорг
мкг/л липиды АУВ
Станция 1
Снег 0-2 0.63 282.6 89.5 80.2 31.7 28.4
2-3 0.24 423.8 176.8 129.8 41.7 30.6
Лед 0-18 1.05 972.0 252.3 150.6 26.0 15.5
18-29 1.33 728.0 137.0 123.0 18.8 16.9
29-31 13.40 5566.7 490.9 263.6 8.8 4.7
Станция 2
Снег 1.72 585.0 257.8 209.3 44.1 35.8
Лед 0-9 1.13 608.0 92.1 60.2 15.2 9.9
9-18 1.30 1670.6 352.0 180.0 21.1 10.8
18-28 1.07 860.0 201.9 59.1 23.5 6.9
29-30 26.30 8390.0 621.2 309.1 7.4 3.7
Вода 1 м 0.86 320.0 84.7 20.0 26.5 6.2
Станция 3
Лед 0-9 3.47 625.7 299.5 271.6 47.9 43.4
9-18 1.80 402.9 228.8 206.3 56.8 51.2
18-28 3.57 1546.7 282.5 150.4 18.3 9.7
28-30 24.20 6573.3 496.3 471.2 7.6 7.2
Вода 1 м 0.81 140.0 63.0 54.9 45.0 39.2
Станция 5
Лед 0-11 1.83 382.0 168.5 171.4 44.1 44.9
10-31 1.10 654.1 99.2 37.5 15.2 5.7
31-52 0.53 296.7 52.4 41.3 17.6 13.9
32-55 4.80 1825.0 468.2 337.0 25.7 18.5
Вода 1 м 0.50 317.1 244.7 144.9 77.2 45.7
Станция 6
Лед 0-20 1.50 438.9 90.7 62.5 20.7 14.3
20-40 1.73 808.0 344.0 299.2 42.6 37.0
Примечание. Номера станций возрастают при приближении к берегу.
ских соединений и взвеси: г(Сорг-лип) = 0.83; г(Сорг-АУВ) = 0.67; г(лип-АУВ) = 0.88; г(Сорг-взвесь = 0.97; г(лип-взвесь)=0.786; г(АУВ-взвесь) = = 0.703.
Содержание ПАУ также увеличивается от поверхности к нижней части льда: от 86 до 347 нг/л (рис. 1). Так же, как и АУВ, их концентрации оказались значительно выше, чем во льдах фоновых арктических районов, что может свидетельствовать об активной аккумуляции ПАУ ледовой взвесью. Для сравнения концентрация ПАУ в ледовой взвеси двухлетнего льда в районе желоба Франц-Виктория не превышала 110 нг/л, а поднятия Менделеева - 54 нг/л [5].
Антропогенные ПАУ, представленные преимущественно продуктами высокотемпературного пиролиза органического вещества - перикон-денсированные (пирен - П, бенз(а)пирен - БП, бенз(§Ы)перилен - БПЛ и т.д.), в акваториях с их постоянными поступлениями превалируют над ПАУ, которые образуются в природных процессах (фенантрен - Ф, хризен - ХР) [7]. Считается, что повышенные концентрации пирена и флуо-рантена (ФЛ) могут возникать под влиянием атмосферного переноса антропогенных ПАУ [8, 9]. Пирен из-за малой устойчивости разлагается даже при низких температурах [7]. Поэтому в составе ПАУ обычно доминирует наиболее стабильный полиарен - флуорантен, который оказался
ПЛ Б(а)П Б(е)П Б(к)ФЛ Б(б)ФЛ ХР Б(а)АН П ФЛ АН Ф ДБТ ФЛУ АЦ
ст. 6 верх П ст. 6 низ П ст. 1 верх П ст. 1 низ
о
10
20
30
40
50 нг/л
Рис. 1. Состав ПАУ ледовой взвеси (губа Чупа, зима 2004 г.). АЦ - аценафтен, ФЛУ - флуорен, ДБТ - дибензтиофен, Ф - фенантрен, АН - антрацен, ФЛ - флуорантен, П - пирен, Б(а)АН - бенз(а)антрацен, ХР - хризен, Б(б)ФЛ -бенз(б)флуорантен, Б(к)ФЛ - бенз(к)флуорантен, Б(е)П - бенз(е)пирен, Б(а)П - бенз(а)пирен, ПЛ - перилен.
доминирующим среди ПАУ различных морских объектов, в том числе и льда [4]. Последнее подтверждает его значительное природное распространение, а высокие концентрации флуорантена могут быть обусловлены не только антропогенным влиянием, но и трансформацией состава ПАУ при атмосферном переносе и в морской среде. При непосредственных пирогенных поступлениях отношение ФЛ/(ФЛ + П) < 0.5. В частности, в арктических аэрозолях отношение ФЛ/(ФЛ + П) составило 0.29 над о. Нарвал (Аляска), 0.48-0.49 над мысом Барроу (Аляска) и 0.63 над о. Элесмер (Канада) [8, 9]. В отсутствие пирогенных поступлений отношение (П + БП)/(Ф + ХР), как правило, не превышает 1, а в акваториях с постоянными поступлениями загрязняющих веществ может достигать 20 [4].
В снежно-ледяном покрове губы Чупа отношение (П + БП)/(Ф + ХР) изменялось в интервале 0.79-1.43 и наряду с довольно высокими значениями отношения ФЛ/(ФЛ + П) = 0.61-0.80 может свидетельствовать о незначительном поступлении пирогенных соединений в этот район. Причем, если на станции 1 более высокая величина отношения (П + БП)/(Ф + ХР) приурочена к верхней части керна льда (соответственно 0.93 и 0.79), то на прибрежной станции 6 - к нижней (соответственно 1.17 и 1.43), что может указывать на концентрирование пирогенных полиаренов льдами не только из атмосферы, но в большей степени при образовании льда из морской воды.
Исследование снежно-ледяного покрова в устьевой зоне р. Северная Двина было проведено
в 2005 г. в районе от г. Новодвинск до о. Мудьюг-ский в Двинском заливе. Согласно полученным данным, содержание органических соединений оказалось еще более высоким, чем в губе Чупа: максимумом для липидов 1742.8 и для АУВ 119.0 мкг/л (рис. 2). При этом в снеге их содержание было значительно выше, чем во льдах и подледной во-
0 200 400 600 800 1000 1200 14001600
мкг/л
Рис. 2. Распределение АУВ в снежно-ледяном покрове в устье р. Северная Двина (март 2005 г.). 1 - растворенные, 2 - взвешенные.
де. Последнее может свидетельствовать об их атмосферном поступлении в составе аэрозолей. В поверхностном слое льда также установлены более высокие их концентрации по сравнению со слоем лед-вода, в котором обычно концентрируется основное количество органических соединений во взвеси. Зависимость между распределением взвеси и органических соединений во взвеси отсутствовала: г(липиды-взвесь) = -0.03; г(АУВ-взвесь) = 0.19, что может указывать на более сложные связи между этими параметрами. Концентрации АУВ в воде как в растворенной, так и во взвешенной формах достигали величин, превышающих ПДК для нефтяных УВ (до 1743 мкг/л в снеге и до 1858 мкг/л в воде). Это, очевидно, связано с аварией на Архангельском целлюлозно-бумажном комбинате (АЦКБ), где была прорвана дамба из шлаков золы. Шлаки тонкозернисты, имеет низкую плотность, поэтому легко поднимаются ветром в воздух. Высокие конце
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.