Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №12 (август) 2014
Разделы: Экология
Размещена 03.06.2014. Последняя правка: 11.07.2014.

Тяжёлые металлы в воде и грунтах Северного Каспия

Клишин Александр Юрьевич

Магистр экологии

Астраханский государственный технический университет

Аспирант

Научный руководитель: Федорова Надежда Николаевна, Астраханский государственный технический университет, кафедра гидробиология и общая экология, профессор, доктор.мед.наук


Аннотация:
Проанализировано содержание тяжелых металлов в воде и грунтах Северного Каспия.Установлена сезонная динамика содержания тяжелых металлов в воде Северного Каспия.Убывающие ряды содержания ТМ летом и осенью значительно отличаются.


Abstract:
A content analysis of heavy metals in water and soils of the Northern Caspian. Established seasonal dynamics of heavy metals in the water of the North Caspian. Changing series of heavy metals in the summer and autumn are significantly different.


Ключевые слова:
тяжелые металлы; Северный Каспий; концентрация

Keywords:
heavy metals; the Northern Caspian; the concentration


УДК 57:57.04:57.013

Водные системы характеризуются большим разнообразием особенностей распределения и миграции химических элементов. Гидрохимические изменения водной среды нарушают условия существования организмов, что отражается на количественных показателях и структуре популяции, а также на изменении биогеохимического фона. Экологические факторы среды играют важную роль в процессах формирования ресурсного потенциала Каспийского моря. Экосистема самой продуктивной части моря Северного Каспия находится в состоянии антропогенного напряжения, в  результате которого на этой акватории происходит изменение гидрохимического и гидрологического режима, количественного и качественного состояния ценных промысловых рыб, снижение биологической продуктивности северной части моря и всего Каспия. На фоне ухудшения качества водной  среды, обусловленного внешними природными и антропогенными факторами, и сохраняющегося нестабильного состояния морской биоты техногенная нагрузка неминуемо может привести к деградации экосистемы и невосполнимому ущербу биоте Северного Каспия. Изучение химического состава морской воды и донных отложений имеет первостепенное значение при решении вопросов, связанных с преобразованием и комплексным использованием водоёмов. Химический состав морской воды Северного Каспия отличается непостоянством как в пространстве, так и во времени и определяется поступлением громадного количества растворённых и взвешенных веществ (минеральных и органических) с речным стоком, а также процессами их трансформации в зоне смешения речных и морских вод [1]. Волга является также существенным источником загрязнения каспийских вод. Основной вклад в загрязнение вносит транзитный сток, формирующийся в верхнем и среднем течении реки. В морской среде Северного Каспия, наряду с углеводородами, загрязнителями являются тяжёлые металлы – продукты как естественного происхождения (растворенные и осадочные формы), так и привнесённые в виде компонентов промышленных отходов с речным стоком. Тяжёлыми металлами принято считать те химические вещества, которые имеют плотность выше, чем у железа, к данным веществам относятся свинец, ртуть, цинк, никель и другие металлы [2]. Металлы склонны к различным видам воздействия и преобразования окружающей среды (физические, химические, биологические). Как микроэлементы, металлы имеют большое значение в жизни рыб и других гидробионтов. Но, находясь в воде в больших количествах, оказывают отрицательное влияние на проявление жизненных процессов и вызывают физиологические и морфологические изменения [3]. Решение задач по охране и рациональному использованию морских ресурсов требует проведения постоянного мониторинга по биогеохимическим показателям, в том числе и на предмет содержания, распределения и переноса тяжёлых металлов в Северном Каспии.

Цель работы: изучить содержание тяжёлых металлов в воде и в грунтах Северного Каспия.

Материал и метод исследования: материалом для исследования послужили образцы проб воды, грунтов отобранные в естественных условиях Северного Каспия.

Изучение содержания тяжёлых металлов в пробах проводилось методом атомно-абсорбционной спектрометрии  на спектрофотометре «Hitachi 180-50». Содержание тяжёлых металлов в воде и грунтах Северного Каспия определяли в 44,8º – 45,0º с.ш., 47,8º – 48,2º в.д. Сбор проб был осуществлён в летний и осенний периоды года. Было проанализировано 48 образцов воды, 133 образца грунтов. Результат исследования: осредненные по станциям концентрации тяжёлых металлов в грунтах в летний период составили для цинка – 7,18 мкг/г, хрома – 33,65 мкг/г, кадмия – 0,23 мкг/г, меди – 3,5 мкг/г, никеля – 12,5 мкг/г, свинца – 5,0 мкг/г, ртути – 0,02 мкг/г, мышьяка – 2,4 мкг, в осенний период составили для цинка – 2,3 мкг/г, хрома – 12,23 мкг/г,  кадмия – 0,15 мкг/г, меди – 1,43 мкг/г, никеля – 7,15 мкг/г, свинца – 3,18 мкг/г, ртути – 0,013 мкг/г, мышьяка – 2,16 мкг/г. По содержанию цинка, хрома, кадмия, меди, никеля, свинца, ртути и мышьяка в грунтах можно составить следующие убывающие ряды: в летний период – Cr > Ni > Zn > Pb > Cu > As >Cd > Hg, в осенний период – Cr > Ni > Pb > Zn > As > Cu > Cd > Hg. Осредненные по станциям концентрации тяжелых металлов в морской воде в подповерхностном горизонте в летний период составили для кадмия – 0,25 мг/л, меди – 4,97 мг/л, никеля – 1,7 мг/л, свинца – 1,14 мг/л, ртути – 0,016 мг/л, цинка – 6,96 мг/л, железа – 80,55 мг/л, марганца – 5,01 мг/л, бария – 11,51 мг/л. Средние по станциям концентрации тяжёлых металлов в морской воде в придонном горизонте в летний период составили для кадмия – 0,23 мг/л, меди – 4,84 мг/л, никеля – 1,63 мг/л, свинца – 1,14 мг/л, ртути – 0,013 мг/л, цинка – 6,72 мг/л, железа – 81,8 мг/л, марганца – 4,78 мг/л, бария – 10,69 мг/л. 

Осредненные по станциям концентрации тяжелых металлов в подповерх-ностном горизонте (глубина составляет 0,5 м) в осенний период составили для кадмия – 0,35 мг/л, меди – 2,20 мг/л, никеля – 2,54 мг/л, свинца – 1,48 мг/л, ртути – 0,021 мг/л, цинка – 2,93 мг/л, железа – 33,15 мг/л, марганца – 1,29 мг/л, бария – 7,58 мг/л. Средние по станциям концентрации тяжелых металлов в придонном горизонте в осенний период, составили для кадмия – 0,37 мг/л, меди – 2,15 мг/л, никеля – 2,23 мг/л, свинца – 1,43 мг/л, ртути – 0,015 мг/л, цинка – 2,85 мг/л, железа – 31,03 мг/л, марганца – 1,41 мг/л, бария – 7,28 мг/л. Убывающие ряды содержания тяжёлых металлов летом и осенью в подповерхностном горизонте значительно меняются: в летний период – Fe > Ba > Zn > Mn > Cu > Ni > Pb > Cd > Hg, в осенний период – Fe > Ba > Zn > Ni > Cu > Pb > Mn > Cd > Hg. Так же выявлены убывающие ряды содержания тяжёлых металлов в придонном горизонте, летом и осенью убывающие ряды отличны: в летний период – Fe > Ba > Zn > Cu > Mn > Ni > Pb > Cd > Hg, а в осенний период – Fe > Ba > Zn > Ni > Pb > Mn > Cd > Hg. В Северном Каспии в течение периода наблюдений гидрохимического состава морской воды и грунтов выявлено, что в летний период в различных горизонтах происходит увеличение концентрации ТМ, а в осенний период – уменьшение. Распределение и миграция металлов в водных системах контролируется преимущественно характером грунтов и водной массы. Интенсивность поступления микроэлементов из грунтов зависят от физической структуры и химической природы последних, определяющих в свою очередь силу связи с ними химических элементов. Элементарный состав грунтов отражает биогеохимическую ситуацию конкретного субрегиона биосферы, то есть зависит от состава материнских пород и почв, климата рельефа местности, свойств воды, жизнедеятельности гидробионтов и других факторов. Поэтому содержание микроэлементов в грунтах различных водоёмов сильно изменяются. В целом, временная изменчивость содержания тяжёлых металлов в воде подтверждает существующее представление о том, что их концентрация в водах Северного Каспия увеличивается при восстановительных условиях, формирующихся на границе «вода и грунт», что благоприятствует переходу металлов из донных отложений в воду, и уменьшается при преобладании в водной толще окислительных условий, способствующих осаждению металлов из воды на дно. Максимальное содержание железа, меди, никеля было обусловлено проникновением водных масс с повышенным содержанием указанных металлов с севера в центральную часть.

Повышение железа и цинка в морской воде в исследуемом районе было обусловлено проникновением в центральную часть исследуемого района в поверхностном слое опресненных вод, в пределах которого концентрация указанных элементов была выше, чем в остальных районах. Повышение бария в воде отличалось от поведения других металлов, но обнаруживалось сходство с изменениями солёности морской воды в исследуемом районе (при опреснении вод концентрация бария в донных отложениях снижалась, при осолонении – увеличивалась). В осенней период повышение концентраций некоторых тяжелых металлов в Северном Каспии объясняется увеличением их содержания в зоне конвергенции вод, обусловленной антициклонической циркуляции и приуроченной к центральной части исследуемого района.

Процесс обмена металлами между водой и грунтами идёт в обратном направлении. Эти факты ещё раз подтверждают, что в окислительных условиях происходит осаждение металлов из воды в грунты. Вывод: Установлена сезонная динамика содержания тяжелых металлов в воде Северного Каспия, которая характеризуется тем, что в летний период в изученных слоях концентрация металлов составляет для железа – 80,55 мг/л, бария – 11,51 мг/л и цинка – 6,96 мг/л, а осенью концентрации тяжелых металлов в воде изученных горизонтов значительно снижаются по сравнению с летним периодом и составляют в среднем для железа – 32,1 мг/л, бария – 7,43 мг/л и цинка – 2,89 мг/л. Концентрация изученных тяжелых металлов в грунтах в осенний период уменьшается по сравнению с летом.  Концентрация металлов в летний период составляет для цинка – 7,18 мкг/г, хрома – 33,65 мкг/г и никеля – 12,5 мкг/г, а осенью – для цинка 2,3 мкг/г, никеля – 7,15 мкг/г и хрома – 12,23 мгк/г. Изменение содержания ТМ в грунтах соответствует временным изменениям их концентраций в воде. Убывающие ряды содержания ТМ летом и осенью отличаются и выглядят следующим образом: летом – Ni > Zn > Pb > Cu;  осенью – Ni > Pb > Zn> Cu. Результаты проведенных наблюдений позволяет сделать заключение, что для водных экосистем Северного Каспия, характерен специфический гидрохимический, гидрологический режим, обусловленный сочетанием природных и антропогенных факторов.

Библиографический список:

1. Азаренко А.В. Многолетняя изменчивость гидрологических характеристик в глубинных слоях Каспийского моря // Океанология. – М., 2001. – Т. 3., Вып. 1. – С. 49-59.
2. Алекин А.Т, Ляхин В.П. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной опасности по международным стандартам: Энциклопедический справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Проректор, 1984. – 312 с.
3. Алиев Н.К., Абдурахманов Г.М., Мунгиев А.А. и др. Экологические проблемы бассейна Каспия. – Махачкала: Дагпресс, 1997. – 160 с.




Рецензии:

10.07.2014, 7:24 Ященко Ирина Германовна
Рецензия: Исследования, приведенные в статье очень важны и актуальны, особенно для столь хрупкой экосистемы, как Каспий, которая испытывает огромные антропогенные воздействия в связи с добычей углеводородов всеми прибрежными государствами. Автором сделано много анализов, взято много проб как воды, так и грунта. Данные лучше воспринимались, если бы были оформлены в виде таблиц, видимо такая попытка была, потому что в тексте есть упоминание на таблицу 5, которую в тексте мы не увидели, также нет и первых 4 таблиц. Хорошо бы представить графики изменения концентрации тяжелых металлов во времени, промониторить данные по годам. Привести ПДК для тяжелых металлов, чтобы можно было сравнить пагубность их влияния на качество воды и рыбные ресурсы. Сравнить данные о концентрациях металлов в воде Волги. Тогда выводы будут более обоснованными и важными. Использовать более современную литературу. После доработки статья может быть опубликована.

11.07.2014 2:02 Ответ на рецензию автора Клишин Александр Юрьевич:
Спасибо, статья доработана!

1.09.2014, 16:41 Воробьёв Сергей Александрович
Рецензия: Материалы, представленные в статье актуальны и представляют научную ценность. Проанализирован большой объем, полученной в процессе экспериментальных исследований, информации. Сформулированные выводы позволяют оценить процессы миграции различных видов тяжелых металлов в районе исследования. Имеющиеся в статье недочеты (слишком общее название, отсутствие анализа исследуемой проблемы в научной литературе, использование устаревших источников в библиографическом списке) не уменьшают научной значимости полученных результатов исследования. Статья рекомендуется к печати.

11.03.2015, 19:20 Аскарходжаев Нодир Ахмедович
Рецензия: Работа носит научно-исследовательский характер, имеет большой теоретический интерес и практическую ценность что не мало важно.Статью рекомендую к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх