Введение к работе
Актуальность темы. Б настоящее время загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) приобрело глобальный характер. Среди тяжелых металлов свинец и ртуть являются приоритетньши. Их негативное воздействие на животные и растительные организмы, а также основные источники и пути поступления в водоемы и водотоки земного шара, общие закономерности накопления и рассеивания хорошо изучены. Тем не менее, в связи с разнообразием климатических, гидрологических, лигологических и техногенных условий каждый из водных объектов характеризуется своей динамикой поступления загрязіипоших веществ и специфическими чертами аккумуляции и рассеивания ТМ. Большую актуальность имеет изучение геохимических особенностей свинца и ртути в зоне смешения "река-море", которым фактически является Таганрогский залив. Последний может выполнять функции как фильтра, так и барьера, пропускающего или задерживающего тяжелые металлы на пути транзита из р.Дон в Азовское море. В барьерных зонах смешения "река-море" происходит трансформация минерального и органического вещества, которая сопровождается изменением различных форм миграции свинца и ртути в воде. Значительная часть данных элементов адсорбируется на взвеси и затем переходит в донные отложения. В свою очередь, верхний слой последних, вследствие изменения гидродинамических и физико-химических условий среды, что весьма характерно для Таганрогского залива, способен вновь перейти в придонную воду и вызвать вторичное загрязнение. Таким образом, геохимическая роль донных отложений двояка, поскольку они могут как депонировать свинец и ртуть, а, следовательно, способствовать самоочищению воды от этих элементов, так и десорбировать их, тем самым ухудшая качество воды.
ПДК на содержание свинца и ртути в донных отложениях не разработаны, а использование ПДК этих элементов для почв представляется не корректным. Несмотря на выполненные ранее геохимические исследования донных отложений Таганрогского залива и Азовского моря, до настоящего времени
отсутствовали работы, посвященные детальному изучению распределения свинца и ртути в отдельных гранулометрических фракциях и органическом веществе, а также по разрезу донных отложений и акватории залива. Кроме того, последняя информация о загрязнении донных отложений Таганрогского залива и Азовского моря датирована 1991 г, а приведенные результаты касаются в основном акватории моря. В то же время данные по уровню и характеру загрязнения Таганрогского залива весьма ограничены.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование эколого-геохимических особенностей накопления свинца и ртути в донных отложениях Таганрогского залива и юго-восточной части Азовского моря по площади и глубине. Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:
-
Произвести детальные исследования общего содержания свинца и ртути в донных отложениях Таганрогского залива и юго-восточной части Азовского моря и закономерности их распределения.
-
Исследовать пространственно-временную динамику загрязнения донных отложений свинцом и ртутью и её связь с природными и антропогенными факторами и процессами.
-
Выявить зоны повышенных концентраций свинца и ртути в донных отложенияхТаганрогского залива.
-
Изучить общее содержание свинца и ртути в различных гранулометрических фракциях и их влияние на распределение содержания этих элементов в донных отложениях.
-
Выявить геохимические особенности распределения свинца и ртути по разрезу донных отложений, изучить взаимосвязи их концентраций с содержанием метана.
-
Определить природный геохимический фон содержания свинца и ртути в донных отложениях Таганрогского залива.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Впервые изучены особенности распределения свинца и ртути по глубине донных отложений Таганрогского залива.
-
Получены данные о пространственно-временной динамике содержания свинца и ртути в донных отложениях.
-
Исследованы зависимости между содержанием свинца и ртути, с одной стороны, и содержанием "физической глины", "физического песка" и "ракушечного материала" в донных отложениях, с другой, а также между концентрациями этих элементов.
-
Установлен факт обеднения ртутью верхнего слоя донных отложений по отношению к слою, расположенному гипсометрически ниже, и предложен механизм, объясняющий это явление.
-
Впервые выявлены закономерности изменения содержания свинца и ртути в "физической глине", "физическом песке" и "ракуше".
Фактический материал. Для достижения цели и поставленных задач были проведены в период с 1995 по 1998 гг. четыре комплексные экспедиции. Камеральная обработка и аналитические определения производились при финансовой поддержке РФФИ (проекты №№ 00-15-98603, 00-05-65128).
Пробы отбирались с борта судна "Гидрофизик" с помощью трубки конструкции Государственного океанографического института, в основном на станциях сети Росгидромета (Донская устьевая станция).
Содержание свинца и ртути определялось в поверхностном (глубина 0-5 см) и приповерхностном (5-Ю см) слоях донных отложений. На отдельных реперных станциях (порт Таганрог и центральная часть залива) было изучено содержание ртути по разрезу донных отложений на глубину более 60 см. Из центральной части керна донных отложений каждой литологической разности производился отбор проб для гранулометрического и атомно-абсорбционного анализов. Всего было произведено 323 анализа на содержание свинца и ртути. Шестьдесят три пробы были разделены на гранулометрические фракции: «физическую глину», «физический песок», «ракушечный материал» и
органическое вещество. В выделенных фракциях сделано 37 анализов для определения концентрации в них свинца и ртути.
В некоторых колонках донных осадков, количество которых составило более 30, выполнены определения содержания метана.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Всероссийской школе-семинаре «Промышленная Экология» (Роетов-на-Дону, Абрау-Дюрсо, 1998 г.), третьей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Санкт-Петербург, 1998 г.), 15 юбилейном симпозиуме по геохимии изотопов (Москва, 1998 г.), на совместном заседании сотрудников нескольких лабораторий Гидрохимического института и геолого-географического факультета РГУ, кафедре геоэкологии и прикладной геохимии геолого-географического факультета РГУ, кафедре экологии и природопользования биолого-почвенного факультета РГУ.
По теме диссертации опубликовано б работ.
Практическая значимость. Выполненные исследования имеют природоохранное значение, поскольку они направлены на совершенствование системы мониторинга и контроля качества воды Таганрогского залива и Азовского моря, как уникальных природных и хозяйственных объектов. Материалы работы используются в лаборатории изотопного мониторинга качества вод Гидрохимического института при разработке рекомендаций.
Основные защищаемые положения:
-
Зависимость между содержанием "физической глины", с одной стороны, и свинцом и ртутью, с другой, носит сложный характер, на который оказывают влияние как собственно содержание указанных ТМ в ней, так и степень их концентрации в донных отложениях.
-
Между общим содержанием свинца и ртути в донных отложениях корреляционной зависимости не выявлено, что объясняется различием основных
источников их поступления и геохимическими особенностями накопления и рассеивания.
3. Донные отложения Таганрогского залива характеризуются
повышенными фоновыми концентрациями ртути по сравнению с другими
районами земного шара.
-
В верхнем слое донных отложений содержатся более низкие концентрации ртути, чем в нижележащем слое, в то время как содержание свинца распределено относительно равномерно по изученным слоям. Это объясняется гидрологическими особенностями Таганрогского залива и геохимическими особенностями поведения этих элементов на границе раздела -"вода - донные отложения".
-
Повышенные концентрации свинца и ртути приурочены к зонам постоянного антропогенного воздействия на воду и донные отложения (городские агломерации, порты, свалки).
-
В зонах перманентного загрязнения донных отложений выявлено синхронное увеличение концентраций ртути и метана; для свинца такая закономерность не обнаружена.
Объем работы. Диссертация изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 16 таблиц, состоит из введения, шести глав, заключения и списка использованной литературы.
Автор искренне благодарен своему руководителю - д.г.н., профессору Федорову Ю.А., а также, кг-м.н. Хансиваровой Н.М. - за оказанную методическую помощь в разработке методики и методологии разделения донных осадков на фракции. За полезные советы и конструктивную критику выражаю глубокую признательность дх-м.н. Хрусталеву Ю.П., д.г-м.н. Закруткину В.Е., Д.Г-М.Н. Коробкину В.И., Д.6.Н. Валькову В.Ф., д.б.н. Лебедевой Н.В., к.г-м.н. Ищенко А.А. Автор считает также своим долгом поблагодарить академика РАН Матишова Г.Г. за проявленное внимание к представленной работе и научные консультации.