Тяжелые металлы в компонентах ландшафта Азовского моря

Так в мелководных районах Таганрогского залива маршруты проводились на фелюге «Гроза», в то время как в более глубоководных – на судне ММД «БГК-244» (рис. 2.13). Наземные маршруты выполнялись на автотранспорте. При необходимости отбора проб на мелководье использовались маломерные суда. В ходе научно-исследовательских работ производился отбор проб воды, взвешенного вещества, донных отложений, и почв (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Объемы выполненных работ

Всего обработано 313 проб, количество определений физико-химических параметров составило 408, тяжелых металлов – 1799, органического вещества – 43. Проведено синхронное определение физико-химических характеристик поверхностного и придонного слоев воды во время ветровой активности и относительного безветрия.

2.4.1. Методика отбора и подготовки проб

В ходе экспедиционных работ пробы воды отбирались с борта судна в придонном и поверхностном горизонтах в соответствии с требованием руководства (ИСО 5667–2-1991) с помощью десятилитрового батометра Нискина. Перед отбором тара предварительно обрабатывалась азотной кислотой (HNO

) разбавленной 1:1, затем дистиллированной водой. Пробы воды для определения свинца, меди, цинка, и кадмия консервировались 1 мл концентрированной азотной кислоты (HNO

) марки «о.с.ч.», а для Hg разведенной 1:1 бидистиллированной водой двадцатипроцентным раствором K

Cr

O

. в азотной кислоте марки «о.с.ч.».

Отбор проб донных осадков (рис. 2.14) осуществлялся в соответствии с требованиями (ГОСТ 17.1.5.01–80). Отложения отбирались с помощью грунтовой трубки конструкции ГОИН длиной 1 м, а при невозможности ее использования (в случае с песчаными и ракушечными отложениями) – с помощью дночерпателя «Океан-0,025» (Федоров и др., 2007). Отметим, что ранее различными организациями и ведомствами в Азовском море отбирался с помощью дночерпателя только самый верхний слой донных осадков, что не способствовало сохранению его структуры, а также исключало возможность изучения распределения и поведения ингредиентов по разрезу донных отложений.

Рис. 2.14. Колонка донных отложений

С целью последующего анализа донные отложения разделялись послойно, через каждые 5 см. Была применена оригинальная методика разделения проб ситовым методом без использования химических реактивов на гранулометрические фракции (Федоров и др., 1998, 2003), за основу которой приняты двухчленная и трехчленная классификации. Использование этой методики позволило исключить вероятность потери тяжелых металлов в ходе их последующего определения. Пробы весом около 50 г помещались в пластиковые пакеты и хранились в холодильнике до проведения анализа. Производилось визуальное описание литологического состава донных отложений, а на отдельных станциях определялся их гранулометрический состав. Необходимо отметить, что, несмотря на активную гидрометеорологическую обстановку во время летнего рейса, существенных изменений в распределении донных осадков не наблюдалось.

В дельте реки Дон был произведен отбор проб почв и донных отложений, который осуществлялся по поперечным профилям, включающим в себя участки на надпойменной террасе, пойме и русловой части реки (рис. 2.15).

Отмечено, что в прирусловой части поймы проток дельты Дона, как правило, залегают пески и супеси. Притеррасная часть поймы характеризуется развитием легких и тяжелых суглинков, в некоторых местах она почти полностью сложена тяжёлыми суглинками и глинами с незначительными прослойками песков в основании. Пробы отбирались из горизонтов 0–5 см и 5–15 см и так же, как донные отложения, до анализа хранились при низких температурах в пластиковых пакетах.

Рис. 2.15. Схема расположения участков отбора проб по поперечному профилю исследуемых проток дельты Дона и его геологическое строение:

1 – надпойменная терраса, 2 – притеррасный участок поймы, 3 – прирусловой участок поймы, 4 – русло реки (отбор донных отложений)

В ходе работ было отмечено, что в структуре почвенного покрова преобладали луговые, лугово-болотные, болотные, аллювиально-луговые и аллювиальные почвы. Содержание гумуса в верхнем горизонте (0–5 см) варьировало от 2 % на заболоченных почвах до 4–6 % в аллювиально-луговых глинистых и суглинистых.

2.4.2. Методика определения физико-химических параметров, содержания микроэлементов и органического вещества в пробах

В 2006 г. на каждой станции проведено вертикальное зондирование температуры, солености, О

, рН, Eh от поверхности до дна СТДО

рНеН-зондом «Гидролаб». Процент насыщения воды кислородом рассчитывался с помощью таблиц Грина-Кэррита. Все определения производились синхронно. В большинстве случаев для определения окислительно-восстановительного потенциала и водородного показателя использовались лицензированные приборы иономеров фирмы «Экотест-2000».

Определение металлов в нефильтрованных (валовая форма) и фильтрованных (растворенная форма) пробах выполнялось атомно-абсорбционным методом с электротермической атомизацией проб по методике (Д 52.24.377–95), в лабораториях гидрохимического института, ГОИНа и Ростовского государственного университета. Измерения выполнялись на АА-спектрометре «КВАНТ-Z.ЭТА». Определение валового содержания ртути были проведены атомно-абсорбционной спектроскопией методом холодного пара аналитиком А. М. Аникановым по методикам (РД 52.24.479–95), детально описанной в работах (Федоров и др., 2003; Аниканов, Федоров, 2010; Овсепян, Федоров, 2011). Содержание ТМ во взвеси (объемная концентрация) определялось расчетным путем по разности между валовой и растворенной формой. Удельная концентрация ТМ (в мкг/г с.м. или нг/г с.м.) во взвешенном веществе рассчитывалась (косвенный метод) с учетом его содержания в воде (в мг/л) и/ или определялось в нем напрямую (прямой метод) (РД 52.24.671– 2005). Для расчета использовалась формула К

= (К

/С

)•1000, где К

– объемное содержание тяжелых металлов во взвешенном веществе (мкг/л), а С

– концентрация взвеси в воде. Ранее для ртути (Fedorov, 2003; Федоров, Доценко, 2010) было определено, что в большинстве случаев содержание металла, определяемого прямым методом, было несколько выше установленного расчетным путем. Это свидетельствовало о том, что часть Hg во взвешенном веществе не мобилизуется в обычных условиях водоемов и водотоков, поскольку жестко связана с его органоминеральным комплексом. Следовательно, с эколого-токсикологической точки зрения ртуть, содержащаяся в структуре органоминеральной матрицы, не представляет опасности для живых организмов водных объектов и при получении статистически достоверного количества данных, эта доля может быть вычтена из её валового содержания в донных отложениях.

Анализ донных отложений на содержание тяжелых металлов проводился в межкафедральной лаборатории геолого-географического факультета Южного федерального университета. Определение металлов велось эмиссионным спектральным количественным анализом, проводившимся с помощью спектрографа PGS-2 и микрофотометра MD-100. В изучаемых пробах определялись концентрации марганца, свинца, хрома, никеля, меди, мышьяка и цинка. При этом погрешности определения, полученные на основании сравнений с эталонами, для Mn составили 20 мкг/г, для Cu – 2 мкг/г, для Pb, Zn и Ni – 3 мкг/г, а для для Cr и As – 1 мкг/г.

В процессе подготовки к анализу пробы высушивались в духовом шкафу и измельчались, в процессе чего почти вся содержащаяся в них ртуть должна была улетучиться. Поэтому и определение ртути в донных отложениях и почвах, а также анализ полученных результатов проводился отдельно по методике ПНД Ф 16.1:2.24– 2000. Определение в почвах содержания меди осуществлялось атомно-абсорбционным методом в региональном лабораторном центре «Южгеология».

Содержание растворенной и взвешенной форм органического вещества в водной толще определялось с помощью высокотемпературного анализатора органического углерода ТОС-5000А, в соответствии с руководством (2004). Органическое вещество донных отложений определялось методом Тюрина в модификации ЦИНАО и пересчитывалось на органический углерод (С

) (ГОСТ 26213–91; Тюрин, 1951) в межкафедральной лаборатории геолого-географического факультета Южного федерального университета (РГУ).

Глава 3. Характеристика физико-химических параметров ландшафта Азовского моря

Условия существования водных и донных биоценозов зависят не только от качества и количества органического вещества и биогенных компонентов, но и от таких факторов, как окислительно-восстановительный потенциал и водородный показатель, которые формируют «сумму жизни» гидробионтов. Для оценки воздействия повышенных содержаний тяжелых металлов (ТМ) на экосистему моря важно также знать преимущественные формы их нахождения и миграции. В свою очередь последние, тесно связаны с температурой, соленостью и физико-химической обстановкой (Eh и pH) в водной толще и на границе раздела вода – дно, которые контролируются динамикой водных масс, содержанием взвешенного вещества, составом растворенных газов, а также скоростью седиментации и ресуспензирования верхнего слоя донных осадков. В работе проведен анализ и обобщение оригинальных данных по температуре воды, солености, содержанию кислорода, значениям Eh и pH в поверхностном и придонном слое воды на станциях мониторинга в периоды ветровой активности и стагнации водных масс (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Физико-химические параметры во время ветровой активности и относительного безветрия

1 – поверхностный горизонт воды

2 – придонный горизонт воды

По данным, приведенным в таблице 3.1, были построены карты изменения физико-химических параметров по акватории Азовского моря.

3.1. Температурный режим вод Азовского моря

Как указывалось в работах (Цурикова, Шульгина, 1964; Федоров, Предеина, 2000; Воловик и др., 2010), температура воды является важным океанографическим и гидрохимическим фактором, оказывающим влияние на жизнедеятельность биоты и течение биохимических процессов в водной среде и донных отложениях. Согласно многолетним данным, средняя температура поверхностного слоя воды Азовского моря в июле во время относительного безветрия однородна по всей акватории и составляет 24–25°С (Цурикова, Шульгина, 1964).

Анализ данных, полученных во время летнего рейса 2006 г. показал, что в поверхностном слое воды (рис. 3.1 а) температура изменялась от 22,86°C до 25,05°C, а в среднем составила 23,6°С. Зона с наибольшими температурами приурочена к устью реки Дон, отмечается снижение к центральной части Таганрогского залива. Распределение температур в заливе носит мозаичный характер. Области относительно низких температур наблюдались на станциях, расположенных в районе г. Ейска и Темрюк, а также зоны смешения вод залива и собственно моря. В центральной части собственно моря отмечается область с температурами 23,66°С–23,79°С, что несколько выше, чем в прилегающих областях, в которых интервал значений составил 22,86°С–23,36°С.