Содержание к диссертации
Введение
1 Краткая физико-географическая характеристика района исследований 10
1.1 Физико-географические особенности 10
1.2Климат 11
І.3 Термохалинньїе условия. 16
1.4Общая характеристика седиментационных процессов 26
1.5Поведение тяжелых металлов на биогеохимических барьерах «вода- взвесь-донные отложения» 33
2 Основные характеристики донных биологических сообществ и условия их функционирования 39
2.1 Главные бентические сообщества. Мидия, как наиболее показательный представитель донной фауны 39
2. 2Условия функционирования мидии. Районы распространения, биопродуктивность, биомасса 46
2.3 Фильтрационный потенциал мидии 59
3 Геохимия тяжелых металлов на исследуемых акваториях. Формы нахождения, миграционные потоки 65
3.1 Источники поступления: природные, антропогенные 65
3.2 Распределение тяжелых металлов в воде, иловых водах, донных отложениях. Основные закономерности, количественные показатели ...72
3.3 Взвешенное вещество, его количественное распределение, вещественный и химический состав 98
4 Концентрации тяжелых металлов в организмах мидии 115
4.1 Тяжелые металлы в мягких тканях мидии 115
4.2 Тяжелые металлы в створках мидии 123
4.3 Размерные (возрастные) категории моллюсков и концентрации тяжелых металлов 131
4.4 Закономерности географического распределения концентраций тяжелых металлов в телах и створках мидий исследуемой акватории 148
5 Количественная оценка осаждения тяжелых металлов мидией Mytilus Galloprovincialis 161
5.1 Накопление тяжелых металлов в телах и створках мидии как важнейшее звено в их биогеохимическом круговороте 162
5.2 Участие мидии в формировании своеобразия геохимического фона исследуемых акваторий 163
5.2.1 Оценка роли мидий в осаждении тяжелых металлов в экосистемах исследуемых акваторий 165
5.2.2 Влияние метаболитов мидии на геохимический фон акваторий 166
Заключение 174
- Термохалинньїе условия.
- 2Условия функционирования мидии. Районы распространения, биопродуктивность, биомасса
- Распределение тяжелых металлов в воде, иловых водах, донных отложениях. Основные закономерности, количественные показатели
- Тяжелые металлы в створках мидии
Введение к работе
*
По числу видов моллюски являются одним из самых обширнейших
видов беспозвоночных, причем наибольшим количественным
vi" распространением отличаются двустворчатые моллюски. Особенно
изобилуют двустворчатые моллюски в прибрежной части морских акваторий (до глубины 100-200м), где по биомассе и плотности поселения эти организмы составляют большую часть обитающей здесь фауны. Мидии, в том числе Mytilus Galloprovinsialis в пределах шельфовой части Черного моря образуют своеобразный прибрежный пояс, давая скопления с весьма значительной биомассой. Так, в северо-западной части моря поселения этого
районе оцениваются от 2,6 до 9,7 млн.т. Учитывая мощный фильтрационный потенциал Mytilus Galloprovincialis (поселение мидий на 1м
[Я профильтровывает в течение суток от 50 до 250 м воды), а также
*&S выполняемую этими животными огромную работу по концентрированию
химических элементов, в том числе тяжелых металлов необходимо отметить большое значение жизнедеятельности мидии в функционировании морских акваторий и процессах осадкообразования. Изучение химического состава Mytilus Galloprovinsialis, их мягких и скелетных тканей представляет огромный биогеохимический интерес, особенно в пределах северо-западной части Черного моря, испытывающей значительное и разнообразное антропогенное воздействие, последствиями которого, прежде всего, является загрязнение акватории. С этой точки зрения, исследования содержания тяжелых металлов в телах и створках мидии имеют большое практическое значение. Являясь весьма распространенным видом, этот моллюск может использоваться в качестве биоиндикатора экологического состояния морской среды. Это особенно важно для исследуемых акваторий, которые являются перспективными для развития управляемых морских хозяйств и
марикультуры.
5 Цель работы: Установить закономерности распределения тяжелых металлов в телах и створках мидии и роль этого моллюска в процессах осаждения тяжелых металлов в шельфовой части Черного моря, а также в Азовском море. Задачи:
Исследовать географические закономерности распределения концентраций ТМ в мягких и скелетных тканях мидий северо-западного шельфа Черного моря.
Определить средние концентрации ТМ в телах и створках мидий (Mytilus Galloprovincialis Lam.) шельфовой зоны Черного моря и Азовского моря и их динамику, а также установить закономерности распределения концентраций в моллюсках разных размерных групп.
Сравнить концентрации ТМ в компонентах морской среды северозападного шельфа Черного моря с содержанием в мягких тканях и раковинах мидий.
Выявить наиболее показательные районы влияния жизнедеятельности моллюсков на геохимический фон акватории с учетом ареалов наибольшего распространения мидийных сообществ.
Посредством расчетов и статистического анализа дать количественную оценку осаждения ТМ черноморской мидией.
Научная новизна:
Детально рассмотрено распределение содержания ТМ в телах и створках Mytilus Galloprovincialis разного размера исследуемых акваторий и проведен сравнительный анализ.
Рассчитаны ряды аккумуляции ТМ в телах и створках мидий.
В распределении концентраций ТМ в онтогенезе мидии обнаружен
эффект запаздывания формирования максимума величин в створках
мидии, по отношению к максимуму в мягких тканях.
Выполнен картографический анализ закономерностей географического распределения концентраций ТМ в организмах моллюсков северозападного шельфа Черного моря.
Произведен расчет объемов осаждения ТМ во всех изучаемых районах вследствие жизнедеятельности мидии.
Практическая значимость заключается в использовании результатов работы для оценки экологического состояния морских акваторий по величине концентрации ТМ в организмах мидии (биоиндикация загрязнения). Важность исследований несомненна еще и с точки зрения безопасности использования мидии, являющейся объектом промысла в качестве продукта питания.
Апробация работы проводилась на Конференциях аспирантов и соискателей РГУ (1999, 2000), Научно-практической Конференции «Лиманчик. Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Лиманчик, 2004), 4 European Meeting on Enviromental Chemistry; Plymouth, England, 10-13 December 2003, a также на расширенном заседании кафедры физической географии, экологии и охраны природы геолого-географического факультета Ростовского госуниверситета (Ростов-на-Дону, 2004). Фактический материал:
В основу исследования положены данные о содержании ТМ в мидиях,
отобранных в пределах северо-западного и северо-восточного шельфа
Черного моря в 1979-1999, в Азовском море в 1985-2003гг. в ходе
проведения экспедиционных работ. Автор принимала непосредственное
участие в ряде полевых работ, а также подготовке проб к анализу.
Большинство проб подвергалось атомно-абсорбционному анализу. Часть
была отдана на внешний контроль, подвергалась количественному и
полуколичественному спектральному анализу в Проектном Геологическом
объединении «Донбассгеология» (комплексная лаборатория АГРЭ) и
лаборатории АзНИИРХа (установка УСА-6), а также
рентгенофлуоресцентному анализу (при использовании спектрометра 3270Е
7
RIGAKU (Япония)) лаборатория АзНИИРХа. Общее количество
проанализированных проб моллюсков мидий составляет 1073 экз. Защищаемые положения:
Во всех районах исследования последовательности соотношения
концентраций ТМ в телах и створках Mytilus Galloprovincialis в основном
имеют большое сходство. Обнаруженные незначительные отличия
наблюдаются лишь в отдельных размерных группах организмов.
В телах и створках моллюсков концентрации тяжелых металлов в основном
характеризуются либо относительно равномерным распределением, либо
снижением при увеличении размера особей.
В распределении концентраций ТМ в онтогенезе мидий четко
регистрируется эффект запаздывания формирования максимума, а именно в
мягких тканях наибольшие величины характерны для размерных групп 21-
30 мм и 31-40мм, а в створках - в 41-50мм и 51-60мм.
Роль популяции мидии в осаждении ТМ наиболее значительна на шельфе
Черного моря. Здесь в результате функционирования мидийных сообществ
ежегодно осаждается до нескольких десятков тысяч тонн железа, марганца,
десятков (сотен) тонн меди, ванадия и титана, никеля, до десяти тонн
свинца, нескольких тонн молибдена.
Личный вклад автора:
Отбор материала и подготовка проб к анализу.
Обобщен и проанализирован массив информации о концентрациях тяжелых металлов в телах и створках мидий Азовского моря и шельфовой части Черного моря.
Для всех исследуемых акваторий построены графики зависимости концентрации тяжелых металлов в телах и створках мидий от их размера в разные годы.
Построены компьютерные картосхемы пространственного
распределения средних концентрации тяжелых металлов в водной толще
(поверхностном и придонном слоях), взвешенном веществе
8 (поверхностного и придонного слоев), тотальном планктоне, иловых водах, донных отложениях, в телах и створках мидий северо-западной части Черного моря.
Проведен анализ закономерностей распределения концентраций тяжелых металлов в телах и створках мидии, а также компонентах морской среды северо-западного шельфа Черного моря.
Выполнен расчет осаждения тяжелых металлов популяциями мидий в исследуемых акваториях, в том числе в пределах искусственных плантаций.
Методика исследования:
В основу исследования положены данные о содержании ТМ в мидиях,
отобранных в пределах северо-западного и северо-восточного шельфа
Черного моря в 1979-1999, в Азовском море в 1985-2003гг. в ходе
проведения экспедиционных работ. Автор принимала непосредственное
участие в ряде полевых работ, а также подготовке проб к анализу.
Большинство проб подвергалось атомно-абсорбционному анализу. Часть
была отдана на внешний контроль, подвергалась количественному и
полуколичественному спектральному анализу в Проектном Геологическом
объединении «Донбассгеология» (комплексная лаборатория АГРЭ) и
лаборатории АзНИИРХа (установка УСА-6), а также
рентгенофлуоресцентному анализу (при использовании спектрометра 3270Е
RIGAKU (Япония)) лаборатория АзНИИРХа. Общее количество
проанализированных проб моллюсков мидий составляет 1073 экз. Схема станций отбора проб представлена на рис. 1
1*
і.'
и4 Он <
Термохалинньїе условия.
Многолетнее плановое распределение температуры и солености можно схематически представить следующим образом. Зимой вся северная часть района, кроме Кинбурнского пролива, ежегодно замерзающего, покрывается льдом один раз в 5-7 лет. В этом случае температура воды на поверхности понижается до 1, ay дна составляет 0,1. Зимой адвекция лиманных вод ускоряет замерзание в придельтовых районах за счет распреснения воды. Однако, увеличение вертикального градиента солености в придонном слое образуется зона более теплой воды. Вместе с тем, привнос теплых и соленых вод из глубоководной части моря приводит к тому, что даже в очень холодные годы в южной части акватории лед не образуется. Температура здесь у дна снижается до 1,0 - 1,4, а на поверхности - до 0,6 - 0,7.
В весенние месяцы наблюдается постепенное повышение температуры воды, начинающееся от устьевых областей рек и уже в апреле образуется тонкий слой прогретой до 7 на севере и до 9 на юге и у берегов и распресненной воды. К середине мая температура воды на поверхности достигает 13-15 практически на всей акватории, а у дна сохраняются низкие температуры 5-6. Изменения величины солености зависят от вариаций стока. Волны половодья из Днепровского лимана идут двумя путями: вдоль северного побережья на запад до Одессы и от Кинбурнского пролива к югу до косы і Тендра и о.Джарылгач. Из Днестровского лимана волна половодья распространяется на северо-восток, восток и юго-восток вплоть до Днестровской банки. В период половодья выделяются два типа распределения солености. Во время «распресненного» типа вся акватория северо-западной части Черного моря к северо-западу от линии Тендровская коса — о.Змеиный занята водой с соленостью 12-14 %о. Восточнее и южнее этой линии соленость достаточно быстро повышается и составляет 18 - 18,6%о (1953г.).
При «осолоненном» типе распределения половодья (1954г.), поверхностная вода с соленостью более 18%о занимает всю восточную часть акватории, а трансформированная Дунайская вода с соленостью 13-14 %о « распространяется тремя языками: на северо-восток к Днестровскому лиману, на восток и на юго-восток. Днепровско-Бугская вода с соленостью 13-14 %о распространяется в юго-западном направлении до травера маяка Бурнас. В конце лета уменьшается соленость лиманной воды. Поверхностная вода занимает слой 10-30 м и отделена от придонной воды резким термоклином. В северной части района температура воды составляет 20-22 , а в южной - 22-24. Распределение солености характеризуется вариациями от 18%о в Каламитском районе, до 10-27%о, вблизи гидрологических фронтов. Охлаждение поверхностных вод начинается в сентябре. В это время происходит перестройка полей температуры и солености с образованием ячеек-круговоротов диаметром 20-70 миль циклонического и антициклонического характера. Однако они довольно мелкомасштабны, и в целом можно говорить о равномерном понижении температуры по направлению к северо-востоку с 17 до 14 , а соленость также плавно снижается к дельтам Днепра и Дуная от 17,8 до 13-14%о.
Температурный режим водных масс Азовского моря характеризуется следующими чертами. Среднегодовая температура у северных берегов и в Таганрогском заливе составляет 12,1-12,6 , у южных 13,4 и в Керченском проливе 13,8. Наиболее высокие средние месячные температуры поверхностного слоя воды наблюдаются в июле во всех районах моря. Так в открытой части моря температура воды достигает 20-25, а у берегов и в Таганрогском заливе в некоторые годы достигает 30. Летом при устойчивой, тихой погоде разность температур поверхностного и придонного слоя воды несущественна. Но уже с октября по май температура воды у дна выше, чем у поверхности. Разница достигает 5, а иногда 10. Наибольшая разность температуры воды на поверхности наблюдается в апреле-мае. В Таганрогском заливе эта разность доходит до 9,5, а в открытом море (в центральной части) до 7,5-9. Изменение средних месячных температур в течение года крайне неравномерно. Годовая температура воды в центральной части Азовского моря достигает 27,5, а в Таганрогском заливе 28,5. Зимой воды Азовского моря сильно охлаждаются. Абсолютные минимумы температуры воды равны температуре ее замерзания. В различных районах моря они отличаются, что определяется величиной солености. Например, в устье Дона температура замерзания воды колеблется от 0 до -0,1, в Таганрогском заливе от 0 до 0,5, у северного и восточного побережья от -0,4до -0,8., в Керченском проливе от -0,6 до -0,8 . Повсеместно в прибрежной зоне устанавливается широкий ледяной припай. Центральная часть и Керченский пролив покрываются плавучими льдами. Лед удерживается в течение 4-4,5 месяцев, однако Азовское море относится к водоемам с неустойчивым ледяным покровом. За зи ний период льдообразование и полное исчезновение льда может наблюдаться 6-11 раз. Очищение моря от ледяного покрова начинается в феврале-марте (в южной части акватории), а иногда в марте-апреле. В марте температура воды заметно повышается, особенно в мелководных районах. Наиболее низкие температуры воды сохраняются в центральных и западных частях моря. В этот период от северного побережья и особенно из Таганрогского залива охлажденная в осенне-зимние месяцы вода распространяется к юго-западу, обусловливая весенне-летний прогрев поверхностных слоев воды и значительные контрасты температуры в западной части моря. В июле-августе температурные различия исчезают, и в море устанавливается в среднем 24-25. Во второй половине августа эта неоднородность температуры нарушается вследствие неравномерного охлаждения - более быстрого у берегов и мелководий и замедленного в открытом море.
2Условия функционирования мидии. Районы распространения, биопродуктивность, биомасса
Мидия черноморская (Mutilus Galloprovinsialis) входит в семейство митилид (Mytilidae) широко распространена в пределах шельфа Черного и в Азовском морях. Во внешнем облике, как и у всех представителей семейства, у мидии явно выражена анизомиария: задний адуктор значительно больше переднего. Эта «неравномускульность» связана с прикрепленным образом жизни, и с этим же связан сильный сдвиг макушки к переднему, суженному и приостренному краю раковины. Раковина мидии, как и у других представителей двустворчатых моллюсков, включает в себя соединяемые эластичным лигаментом две створки. Каждая из них состоит из внешнего органического слоя - периостракума, окрашенного в темный, часто иссиня-черный цвет; и основной части, образуемой карбонатом кальция и небольшим содержанием органического вещества.
Масса створок мидии составляет от 30 до 47% от общей, при этом тело моллюска составляет 19-31%, а полостная жидкость - 28-45%. Мидии имеют очень хорошо развитый биссусный аппарат. Нога у этого моллюска небольшая, часто пальцевидной формы. Содержание органики в скелетах моллюсков довольно незначительно, так согласно данным О.А. Бессонова (1971), в скелетах моллюсков Азовского моря содержание органики составляет от 3,78 до 5,16% от общего веса организмов, а содержание кальцита во внешнем слое раковины доходит до 18-20%, в то время как внутренний слой раковины состоит из арагонита. Все элементы раковины образуются в результате секреции эпителиальных клеток мантии (Золотарев, 1989). Согласно общим представлениям, минеральная и органическая части раковины секретируются в экстрапаллиальной жидкости, которая находится между мантией моллюска и его раковиной. Эта жидкость содержит растворенные пептиды, кислые и нейтральные полисахариды, ионы различных химических элементов. В результате полимеризации под действием особых ферментов на внутренней поверхности створки образуется органическая матрица, которая представляет собой сложный комплекс органических веществ. Органическая матрица играет существенную роль на различных стадиях биоминерализации, контролируя расположение центров кристаллизации и последующий рост агрегатов карбоната кальция.
На рост карбонатного скелета мидии существенное влияние оказывают экологические условия среды обитания, в частности температура, приливно- отливной режим, фотопериодичность и некоторые другие. Экологические факторы определяют те изменения процессов кальцификации, в результате которых появляется периодичные элементы раковины, слои роста. В состав неорганической части скелета мидии входит помимо кальция ряд других химических элементов - Mg, Sr, Ва, Na, Fe, Mn, Си и другие. Такие элементы как Mg и Sr изоморфно замещают Са в кристаллической решетке карбоната. Другие связаны не только с карбонатом, но и с органической частью раковины. Содержание элементов-примесей контролируется минералогическим составом раковин и физиологическими особенностями моллюсков. Количество элементов-примесей в карбонате зависит от скорости его наращивания, размеров и продолжительности жизни моллюска. В целом химический состав мидий характеризуется следующими величинами в %: влажность- до 84,2, белок - 10,3, углеводы - 3,5, жир - 0,8, минеральные элементы — 1,3. (Горомосова, 1969). С возрастом содержание влаги в теле возрастает, а белка и минеральных солей - понижается. Кроме того, наблюдается сезонная изменчивость содержания этих веществ в мидиях.
Так, высокое содержание белка отмечается весной (апрель-май) и осенью (август-сентябрь), высокое содержание углеводов - июль-август, кроме того, отмечено снижение содержания жира от весны к осени с зимним максимумом. Понижение содержания белка совпадает с периодами размножения (удаление белков из тела с половыми продуктами и энергетикой, затраченной на созревание половых продуктов). Плодовитость мидии крайне велика: одна самка близкого вида Mytilus edulis дает от 12 до 15 млн. яиц за сезон, причем наиболее интенсивно размножаются мидии 2-4 летнего возраста. Примерно через 12 часов после оплодотворения появляются личинки. Через 10 суток личинка уже имеет раковину. При длине 0,2-0,3 мм велигер оседает на дно. Некоторое время молодой моллюск ползает по дну, после чего, выбрав подходящее место, прикрепляется биссуснами нитями. За 10 месяцев моллюск достигает в размере 30-35мм, а, согласно данным С.А. Горомосовой, к 2-летнему возрасту мидии достигают размера 50-60мм, в 3-4 года имеют размеры в 70-80мм. Средняя продолжительность жизни этого моллюска в северозападной части Черного моря составляет 7-8 лет, к этому времени моллюск вырастает до 140мм, однако, имеются сведения о том, что черноморская мидия может достигать возраста 28 лет (Золотарев, 1989). Мидия по способу питания является типичным неподвижным сестенофагом, т.е. пищей мидиям служит планктон, органический детрит и личинки разных беспозвоночных животных. Одна особь мидии способна в течение суток уловить до 100 тыс. микроскопических организмов, а объем пищевого материала за это время составляет более 40 мм.
Наличие корма является основным биотическим фактором распространения мидии, однако в высокопродуктивных районах Азовского моря этот фактор не является лимитирующим. Мидии имеют множество врагов среди морских рыб, птиц, млекопитающих. Мидиевые банки сильно страдают от камбал, осетровых. Однако, самый постоянный их враг - крупные морские звезды. Одна звезда средней величины ежедневно съедает 1-2 мидии длиной до 20мм. Морские звезды особенно охотно используют в качестве пищи именно мидий, поскольку у них в месте выхода биссусного аппарата имеется незначительный зазор между створками, достаточный для проникновения морской звезды, таким образом, морским звездам не требуется прилагать определенные усилия, чтобы открыть створку. Охотятся на этих моллюсков также крабы и хищные брюхоногие моллюски - рапаны (Rapana Thomasiana). Одна рапана может съедать несколько мидий в сутки, с последующим перерывом до 4-12 суток. Суточная потребность рапаны в мидиях может достигать 0,2-3,1% их собственного веса (в зависимости от размера).
Кроме того, рапаны могут съедать мидий размером больше собственного. Исследования показывают, что этот хищный моллюск размером 25-35мм могут съесть мидию размером 37,5мм, размером 35-45мм - 63,5мм, размером 60-70мм - 81мм, 80-90мм - 85мм. (Иванов, Руденко, 1969). Наиболее активно рапаны охотятся на мидий при температуре 21,8-23,7. Моллюск Mutilus Galloprovinsialis сильно изменчив, и образует несколько подвидов, обитающих на разных грунтах. Так, в северо-западной части Черного моря этот вид беспозвоночных встречается на различных грунтах - от каменистых (чаще всего), до мягких, илистых и на различных глубинах - от уреза воды до 80 см (Жизнь животных, 1988). В Азовском море мидия преимущественно развивается на песчано-ракушечных осадках, встречается на крупных илах и илистых песках, а так же на границе алевритовых и глинистых илов. С точки зрения питания более благоприятны рыхлые глинистые отложения, обеспечивающие вертикальный (вверх) поток взвеси, насыщенной микроэлементами и органикой. Основные биоценозы мидии в Азовском море распространены на периферии зоны транзита и накопления грубообломочного материала (чтобы не подвергнуться механическому разрушению, или захоронению и вместе с тем получить необходимое для питания количество питательных веществ и микроэлементов). Наиболее значительные поселения мидии в Азовском море сосредоточены в пределах ракушечных банок, Керченского предпроливья и в заливах северной части моря. Так, в Обиточном, Бердянском и Казантипском заливах биомасса бентоса может достигать 500г/м2 именно за счет расселения мидии (Хрусталев, Ивлиева, 1998). По мнению И.О.
Распределение тяжелых металлов в воде, иловых водах, донных отложениях. Основные закономерности, количественные показатели
Для северо-западного шельфа Черного моря автором построены компьютерные схемы распределения концентраций ТМ в компонентах морской среды, а также телах и створках мидий. Их анализ позволил выявить ряд закономерностей, которые представлены ниже. Тяжелые металлы в воде исследуемой акватории Железо - один из самых сложных по распределению элементов. Это объясняется разными причинами, в том числе активным участием этого металла в биогенном цикле и формами нахождения в среде, которые сильно отличаются по своим химическим свойствам и активности миграции. В северо-западной части Черного моря в поверхностном слое воды содержание железа варьирует от 6,3 мкг/л до 87 мкг/л при средних значениях равных 28,17 мкг/л. Предельно допустимые концентрации железа для рыбохозяйственных водоемов составляет 50 мкг/л, однако в пределах исследуемой акватории фиксируются локальные участки, на которых эта величина превышена почти в два раза. Самые высокие величины (50-87 мкг/л), характерны для узкого участка центральной зоны шельфа протянувшегося от акватории, достаточно близко примыкающей к дунайскому взморью по направлению к Тендровской косе, а также вблизи северо-западного побережья полуострова Тарханкут и недалеко от Одесской банки (рис.5).
С глубиной среднее содержание железа немного увеличивается и составляет 34,74 мкг/л (подобная закономерность отмечается не только для этого элемента, но и для многих других). В придонном слое водной толщи на большей части акватории отмечаются концентрации железа от 10 до 50 мкг/л. Зон максимальных значений содержания железа несколько. Одна из них расположена в центральной части района и имеет субмеридиональное простирание (концентрация здесь составляет 72,2 мкг/л), вторая, подобно распределению этого металла в поверхностном слое воды, характерна для северо-западного побережья полуострова Тарханкут (96,0 мкг/л), третья локализуется севернее устья Дуная (79,8 мкг/л) (рис. 13). Железо в водной толще (придонном слое) северо-восточного шельфа Черного моря содержится в концентрации, близкой той, что была отмечена для северо-западного шельфа и варьирует от 34,1 на большей части до 68,6 мкг/л в отдельных районах, в частности для Лазаревской. В воде Азовского моря содержание этого металла имеет концентрации, близкие отмеченным для северо-западной части Черного моря, и варьируют от 5 до 84 мкг/л. Максимальные значения зафиксированы для глубоководной части моря, в то время как для прибрежной зоны характерны низкие показатели. Низкие значения содержания железа в водной толще Таганрогского залива обусловлены активным потреблением железа фитопланктоном (особенно диатомовыми водорослями). Поверхностный слой водной толщи моря характеризуется пониженными концентрациями железа по сравнению с придонным, что объясняется, с одной стороны, частичным переходом элемента из поровых растворов в придонный слой водной толщи, а, с другой стороны, регенерацией остатков фитопланктона (Хрусталев, 1999).
Средние значения содержания марганца в водной толще северозападной части Черного моря составляют 7,23 мкг/л.. В поверхностном слое воды концентрация растворенных форм марганца изменяется в пределах 0,1 мкг/л до 20 мкг/л, при средних значениях - 1- 5мкг/л. Локальные участки повышенных содержаний этого металла простираются в устье Днепровско-Бугского лимана (15,9 мкг/л), восточнее устья Днестровского лимана (14,4 мкг/л) и восточнее авандельты Дуная (15,8мкг/л). Самые высокие значения для поверхностного слоя воды характерны для центральной части Каркинитского залива (20мкг/л) и юго-восточнее дельты Дуная (в открытой части моря до 20 мкг/л) (рис. 6). В придонном слое водной толщи на большей части исследуемой акватории уровень концентрации марганца варьирует от 5мкг/л до 10 мкг/л. Районы максимальных значений в придонном слое по большей части совпадают с таковыми для поверхностного слоя, при незначительном смещении этих районов к северу. Так, вблизи дельты Дуная уровень концентрации марганца достигает 25,8мкг/л, Днепра - 23,0 мкг/л. А тот максимум, который отмечался для поверхностного слоя в районе юго-восточнее дельты Дуная, в придонном слое не фиксируется (рис.14). Для распределения марганца по всей водной толще характерна следующая особенность — с увеличением глубины среднее содержание его увеличивается. Объясняется это тем, что марганец активно участвует в биологическом круговороте, усваивается фито- и зоопланктоном и поступает на дно при отмирании живых организмов, а также за счет коагуляции и осаждения сгустков марганца. Впоследствии в результате диагенетических преобразований донных отложений и миграции химических элементов в системе «донные отложения - вода», происходит обогащение марганцем придонного слоя водной толщи. Концентрации и основные особенности их распределения для марганца в воде северо-восточного шельфа аналогичные тем, что зафиксированы в северо-западной части моря.
В водной толще Азовского моря марганец содержится в концентрациях до 33 мкг/л, как в поверхностном слое, так и в придонном. Средние значения составляют 6-8 мкг/л, что примерно соответствует средним концентрациям на северо-западном шельфе. Причины высоких концентраций марганца в придонном слое водной толщи те же, что и в случае с железом, и, кроме того, дополнительным фактором служит интенсивный переход элемента из донных отложений в водную толщу в процессе диагенеза осадков на ранней стадии его развития. Характер распределения концентрации марганца в водной толще всей акватории аналогичен распределению железа, т.е. максимальная величина фиксируется в центральной части водоема, минимальная - на периферии. Характерной особенностью изменения концентрации элемента в воде моря в течение 30 лет (с1969г) является ее снижение, что можно рассматривать как негативный симптом, поскольку это явление может спровоцировать уменьшение продуктивности фитопланктона и зообентоса. Ванадий в поверхностном слое воды имеет концентрации 0,47 мкг/л. Самые значительные концентрации характерны для дельты Дуная (2 мкг/л), а также для северной, прибрежной части акватории (до 0,7 мкг/л в устье Днепровско-Бугского лимана) и восточной части Каркинитского залива (до 1,4 мкг/л). Центральная часть шельфа также характеризуется несколько повышенными значениями содержания ванадия в поверхностном слое воды, составляющими 0,7 мкг/л (рис.7). Придонный горизонт отличается более высокими значениями концентрации ванадия, средние показатели составляют 0,54 мкг/л. вариации значений довольно значительны от следов до 1,9 мкг/л. Акватория с наибольшими значениями простирается от Кинбурнской косы к югу до границ шельфа, резко расширяясь в южной части (рис.15). В водной толще Азовского моря ванадий содержится в концентрациях, превышающих таковые, отмеченные для северо-западной части Черного моря, и варьируют от 2,38мкг/л - в Обиточном заливе до 3,39 - 3,74мкг/л - в Казантипском и заливах северного Приазовья, что превышает ПДК (1 мкг/л). В целом, наибольшие концентрации характерны для Таганрогского залива, наименьшие - для южной части моря. Характер вертикального распределения ванадия в воде довольно сложен и зависит от сезона, в частности, летом концентрация ванадия в поверхностном слое водной толщи превышает концентрацию в придонном слое воды.
Тяжелые металлы в створках мидии
Поступление какого-либо элемента в скелетную ткань моллюсков может осуществляться как через пищевые пути, так и в результате прямого захвата (адсорбции) из воды (Биогеохимия океана, 1983). Содержание металлов в раковинах мидии представляет большой биогеохимический интерес. Во-первых, эти исследования позволяют проанализировать пути миграции, преобразование химических элементов в процессе жизнедеятельности моллюсков, во-вторых, охарактеризовать количественные показатели объемов поступления металлов в донные отложения после отмирания моллюсков вместе с раковинным материалом. Частота встречаемости тяжелых металлов в раковинах мидии исследуемых акваторий различна. Так, железо, марганец и медь имели встречаемость всех образцах раковинного материала шельфа Черного и Азовского морей. Ванадий - во всех раковинах мидий шельфовой части Черного моря, однако частота его встречаемости в створках мидий Азовского моря составила 57%. Титан зафиксирован во всех пробах створок мидий северо-восточного шельфа Черного моря и Азовского моря, в то время как для раковин мидий северо-западной части Черного моря встречаемость этого металла не превысила 50%. Никель имел встречаемость во всех пробах раковин мидий Азовского моря и северо-восточного шельфа, а в створках моллюсков северо-западной части Черного моря только в 20% случаев. Встречаемость молибдена и свинца в скелетных тканях мидий северовосточного шельфа, северо-западного шельфа и Азовского моря соответственно составила 0%, 50%, 32% (Мо), 10%, 84%, 71% (РЬ). Концентрации тяжелых металлов в скелетных тканях мидии исследуемых акваторий, как уже было отмечено, в подавляющем большинстве случаев значительно ниже, чем в телах (таблица 10). Анализ таблицы позволяет, как и для содержания тяжелых металлов в телах мидий, выстроить последовательности убывания концентрации элементов в раковинах для разных лет отбора проб всех исследуемых акваторий. Так, для северо-западной части Черного моря эти последовательности выглядят следующим образом: 1979г. Mn Fe V Си; 1980г. Fe Мп Ті V Си Ni; 1981г. Fe Mn V Си; 1983г. Fe Мп Ті Си Ni Pb Используя осредненные данные таблицы можно определить порядок убывания содержания элементов в раковинах мидии северо-западной части Черного моря. Выглядит он следующим образом: Fe Мп Ті V Си Ni Pb Мо. Таким образом, как и в случае с величинами концентрации в телах моллюсков, наибольшими значениями содержания в створках мидии отличаются Fe и Мп, а наименьшими - Pb и Мо.
Раковинный материал мидий северо-восточного шельфа Черного моря характеризуется несколько другой последовательностью убывания концентрации металлов: Fe Ті Мп Ni Си V Pb Mo Концентрации металлов в створках мидий, отобранных на станциях м. Б.Утриш и Лазаревской, как видно из таблицы, разнятся, и их динамика по годам отличается. Так, для створок мидий со станции м.Б. Утриш, концентрации таких металлов как Fe, Mn, Ni, Pb в 1994-95гг были ниже, чем в 1985г, a Ni, Си - наоборот выше. В раковинах мидий со станции Лазаревская — Fe, Mn, V, Pb обнаруживают повышение концентрации от 1994-96гг к 1999 году, в то время как Ni, Си- снижение. В целом, для северо-восточного шельфа Черного моря для Fe и Мп характерны наиболее высокие концентрации в створках мидий со станции Лазаревская по сравнению с концентрацией в створках моллюсков, отобранных по остальной части северо-восточного шельфа, в том числе со станции м. Б.Утриш. Кроме того, данные таблицы свидетельствуют о том, что в пределах северовосточного шельфа Черного моря на станции Лазаревская активнее накапливается в створках мидий Fe, Mn, Pb, Ті и Mo, в то время как для мидий со станции м. Б.Утриш отмечены более значительные концентрации V, Ni и Си. Анализ соотношения концентрации исследуемых металлов с содержанием ртути в створках мидии в пределах северо-восточного шельфа Черного моря позволяет сделать вывод о том, что этот токсичный элемент содержится в раковинах мидии в среднем в пределах 0,86 мкг/ (Федоров, Денисов, 2002). Эта величина превышает содержание молибдена, но ниже чем концентрация какого-либо другого металла.
Содержание тяжелых металлов в створках мидий Азовского моря, согласно осредненным сведениям, представленным в таблице, в целом характеризуется такой последовательностью: Fe Ті Mn Си Pb V Mo Ni. Динамика концентрации металлов в створках мидий Азовского моря свидетельствует о том, что для всех исследуемых тяжелых металлов характерно увеличение концентрации от 1985г. к 2003г. Таким образом, анализ всех последовательностей убывания концентрации металлов в створках мидий позволяет сделать вывод о то, что наибольшими значениями содержания характеризуются такие элементы, как Fe, Mn, Ті наименьшими для шельфа Черного моря- Pb, Mo, для Азовского моря - Mo и Ni. Общее сопоставление концентрации металлов в раковинах мидий всех исследуемых акваторий позволяет сделать вывод о том, что моллюски Азовского моря имеют большие концентрации Fe, Ті, Mo и Pb, мидии северо-западной части Черного моря - Мп и V, северо-восточной части Черного моря - Ni и Си. Чтобы определить приоритетность концентрации металлов в створках мидий был произведен расчет соотношения содержания железа, характеризующегося максимальными величинами, с концентрациями остальных металлов. Расчет выполнен для всех акваторий, что позволило в дальнейшем соотнести между собой эти сведения. Полученные данные представлены в таблице 11:
Сведения таблиц указывают, что величины соотношения концентрации таких металлов в телах и створках как Мп, V, Си схожие значения. Для Ті и РЬ зафиксировано изменение знака соотношения, т.е. в 2003 г. величины их содержания в створках больше, чем в телах. В то же время для содержания в створках и телах Ni и Мо характерны наиболее динамичные величины. Сравнительный анализ величин содержания тяжелых металлов в створках мидий Азовского моря позволил сделать вывод о том, что все исследуемые металлы характеризуются более высокими концентрациями в 2003г., по отношению к 1985г. Причем для таких групп металлов, как Ті, V, Pb и Мп, Си замечены относительно схожие темпы увеличения концентрации от 1985г. к 2003г. Для того чтобы еще раз подтвердить данные о том, какие металлы наиболее активно концентрируются в телах и створках моллюсков всех исследуемых районов проведен сравнительный анализ соотношения концентраций железа с концентрацией остальных металлов.
