Статья опубликована в №12 (август) 2014
Разделы: Экология
Размещена 03.06.2014. Последняя правка: 11.07.2014.
Просмотров - 3679

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

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.

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.

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