Тяжелые металлы в донных осадках Севастопольской бухты

Как и следовало ожидать, илы Севастопольской бухты значительно больше загрязнены тяжелыми металлами. Содержание никеля, титана, хрома, меди, свинца в илах Севастопольской бухты значительно выше, чем в иловых отложениях Карадага, что по нашему мнению, связано в основном с антропогенным загрязнением акватории Севастопольской бухты. 

Анализ данных приведенных в работе [8] показал, что микроэлементы попадают в донные осадки в результате процессов седиментации и оказываются аккумулированными поровыми и внутренними водами, карбонатами, глинистыми минералами, органическим материалом, гидроксидами Fe, оксидами Mn, сульфидами, силикатами, компонентами биоты. Важным фактором, влияющим на адсорбционную способность ионов тяжелых металлов, является размер частиц осадка. Распределение гранулометрических фракций в поверхностном слое донных осадков Севастопольской бухты определяется морфометрическими и гидрологическими факторами.

Согласно представлениям [8] тяжелые металлы в донных осадках присутствуют, главным образом, в трех формах: в виде хорошо растворимых соединений в поровых водах, в адсорбированном виде и в виде  нерастворимых соединений неорганической природы (сульфидов, оксидов, гидроксидов и др.)  и нерастворимых органо-минеральных соединений.

Характерной особенностью меди является способность сорбироваться на взвешенных веществах и частицах донных осадков путем адсорбции на поверхности гидроксидов Fe и Mn, участвовать в процессах ионного обмена с глинистыми минералами и взаимодействовать с высокомолекулярными органическими соединениями. Содержание меди на выходе из бухты по данным [8] составляет 780-1880мг/кг, наши измерения показали, что в образце №1 отобранном на выходе из бухты содержание меди составляло 600мг/кг, а несколько далее вглубь бухты концентрация увеличилась до 1000 мг/кг. Учитывая, что в районе заповедной зоны горного массива Карадаг, в которой антропогенная составляющая загрязнения является минимальной, а содержание меди составляет 40 – 50 мг/кг, повышенное содержание меди в донных осадках Севастопольской бухты связанно с антропогенным влиянием.

Учитывая, что обработка  донных осадков хлороформом практически не влияет на содержание меди в образце, с нашей точки зрения, медь концентрируется в минеральной и органической компонентах осадка. В образце №2 при общем содержании меди 1000 мг/кг, после удаления углеводородной фракции его содержание не изменилось, а после удаления гуматов снизилось до 500 мг/кг. В тоже время экстракция щелочным раствором уменьшила содержание меди в образце. Можно допустить, что медь поглощается не только глинистой компонентой, но и органическими соединениями содержащими гуминоподобные полимеры. Наша точка зрения не является однозначной и требует дополнительных исследований. В реальных условиях процессы,  накладываясь один на другой, затрудняют интерпретацию полученных экспериментальных данных. Медь характеризуется как слабо подвижный элемент. В целом она проявляет себя как типично техногенный металл.

Содержание цинка  в иловых отложениях Севастопольской бухты на порядок больше, чем в иловых отложениях Карадага, причем значительное количество находится как в хлороформной фракции, так и во фракции органических веществ основным компонентом которых являются гуматы. Повышенное содержание цинка в донных отложениях Севастопольской бухты, по мнению [8], связано с функционированием морского флота и в частности с использованием цинка и олова в противообрастающих красках содержащих полимерный материал, растворяющийся в углеводородах. Учитывая высокую комплексообразующую активность гуминовых веществ ко многим многозарядным катионам, в том числе цинка, мы не исключаем возможность образования органоминеральных комплексов. В целом распределение Zn,  как и Cu, носит ярко выраженный техногенный характер.

В отличие от цинка и меди загрязнение донных осадков свинцом и никелем мало зависит от содержания в них органических соединений, при этом их природа мало влияет на это загрязнение.

Загрязнение осадков соединениями хрома и никеля в основном связано с антропогенной деятельностью. В отличие от вышеназванных элементов, содержание марганца в донных отложениях Севастопольской бухты меньше чем в относительно чистых отложениях Карадага. Это мы связываем с его геохимическими особенностями.

Ведущую роль в распределении марганца играют внутриводоёмные процессы. Учитывая, что,  Севастопольская бухта является заливом эстуарного типа, в процессе взаимодействия распресненных вод, которые сформировались в бухте (соленость 16-17.5рμ.), с более солеными водами открытой части Черного моря, значительная часть марганца выпадает в осадок. Поэтому его содержания в количестве 250 – 300 мг/кг приурочены к району выхода из бухты. По мнению [8] при определенных гидрологических ситуациях марганец выносится из Южной бухты и, попадая в качественно иные окислительно-восстановительные условия района выхода из бухты, переходит в нерастворимые формы, повышая концентрацию Mn в донных осадках. По нашим данным количество марганца в донных осадках практически не зависит от  количества в них органических веществ.

Выводы: 

- Органическое  вещество в донных осадках  у выхода из Севастопольской бухты преимущественно представлено гуминоподобным веществом. Содержание  углеводородов в  донных осадках, значительно меньше общего содержания органических веществ и составляет 6-7% от их общего содержания.

- Загрязнение донных осадков свинцом, хромом, медью, цинком и оловом в основном, связано с антропогенной деятельностью в районе бухты.

- Содержание марганца в донных осадках у выхода из Севастопольской бухты невелико и соизмеримо с количеством марганца в осадках прибрежной зоны Карадагского заповедника. Низкое содержание марганца в донных осадках, у выхода из Севастопольской бухты связано с осаждением марганецсодежащих веществ и обусловлено внутриводоемными процессами.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Миронов О.Г., Кирюхина Л.Н., Алемов  С.В.,Санитано-биологические аспекты  экологии Севастопольской бухты  в ХХ веке.  Севастополь 2003.С.29-41.

2. Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Дивавин И. А. Санитарно-биологические исследования в

Чёрном море – С-Пб: Гидрометеоиздат. – 1992. – 115 с.

3. Митропольский А. Ю., Безбородов  А. А., Овсяный Е. И. Геохимия Чёрного моря. - Киев:

Наук. думка, 1982. – 144 с.

4. Виноградова Н. Н. Донные отложения Сенежского водохранилища и их влияние на его

экологическое состояние // Водные ресурсы. – 2001 – 28, № 1 – С. 82 – 87.

5. Павлова Е. В., Овсяный Е. И., Гордина  А. Д. Современное состояние и тенденции изменения экосистемы Севастопольской бухты / Акватория и берега Севастополя: экосистемные процессы и услуги обществу. – Севастополь: Аквавита, 1999. – С. 94.

6. А. С. Романов, Н. А. Орехова, О. Г. Игнатьева, С. К. Коновалов, Е. И. Овсяный.,  Влияние  физико-химических характеристик  донных осадков на распределение микроэлементов на примере бухт Севастополя(Черное море).-С 85-90.

7. Г.С. Фомин., А.Г. Фомин, Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам, Москва, Издательство «Протектор»,2001.- 304с.

8. Е. И. Овсяный, А. С. Романов, О. Г. Игнатьева Распределение тяжелых металлов в поверхностном слое донных осадков Севастопольской бухты (Черное море), Морской гидрофизический институт НАНУ, Севастополь, Украина, Морськой екологический журнал, № 2, Т. II. 2003.С.88-93.

 

 

 

 

 

 

Резюме: В статті розглядається природа органічних та мінеральних речовин в донных осадах Севастопольскої бухти. Донні осади, на виході з бухти, істотно забруднені важкими металами. Показано, що кількість важких металів в донних осадах визначається мінеральним складом та природою органічних речовин. Мінеральний склад донних відкладень переважно представлений високодисперсним кальцитом та кварцем, з незначними домішками глинистих мінералів, а органічні речовини переважно - гумусом з незначною кількістю в углеводнів.

 

UDC [504:551.462.32] (262, 5)

HEAVY METALS IN BOTTOM SEDIMENTS OF SEVASTOPOL BAY

Kadoshnikov V.M., Shkapenko V.V., Pisanskaja I.R., Gorlytzkii B.O., Smirnova J.D.

Summary: It is described in the article the interrelation of bottom sediments contamination with heavy metals and the quantity of organic matter. Bottom sediments are represented with highly-dispersed calcite and quartz together with admixtures of clay minerals. Organic matter of bottom sediments mainly consists of humic substances, and nonpolar hydrocarbons.

It is shown that the contamination level of bottom sediments in the Sevastopol bay is much higher than in the area of the Karadag Nature Reserve. Hydrocarbons content in bottom sediments at the exit from the Sevastopol bay is much less than the total content of organic matter. Main quantity of organic substances in bottom sediments is presented as humus, a part of which is in the form of humic acids. Low content of hydrocarbons in the examined samples is caused by transformation of oil hydrocarbons into humus.

The content of copper and zinc is correlated with the quantity of humus and the main amounts of these elements are bound in the form of organic complexes. Contamination of sediments by lead and chromium are mainly associated with income of these elements with fuel hydrocarbons and are concentrated in the locations of the Navy. Increased levels of zinc and lead in bottom sediments in the area of ships dislocation is caused by fuel hydrocarbons and zinc-containing anti-fouling paints. The content of manganese in bottom sediments near the outlet from the Sevastopol bay is small and is comparable with the amount of manganese in bottom sediments of the Karadag Nature Reserve coastal zone. Low content of manganese in bottom sediments near the outlet from the Sevastopol bay is connected with deposition of manganese in bottom sediments and is driven by inner-basin processes. Low manganese content at the outlet of the bay is related to the fact that, under certain hydrological situations manganese is removed from the South bay and, while getting into a qualitatively different redox conditions in the outlet part of the bay, is transformed into insoluble forms, contributes to increasing of manganese concentrations in the sediments inside the bay.

Наши авторы

 

Кадошников Вадим Михайлович - с.н.с. ИГОС НАН и МНС Украины,

03680, г. Киев-142, пр. Палладина, 34а.

Шкапенко Виктория Викторовна – аспирант  ИГОС НАН и МНС Украины, Киев, etn@rambler.ru

Грлицкий Борис Александрович – д-р. геол.-минерал. наук, зав. отд. геохимии техногенеза ИГОС НАН и МНС Украины, Киев, etn@rambler.ru

Писанская Ираида Романовна м.н.с. ИГОС НАН и МНС Украины, Киев

Смирнова Юлия Дмитриевна – канд. Биол. Наук, зав.лаб КГПрЗ. 98188, Феодосия, п. Курортное. Проспект науки, 19, (АР. Крым)