Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Биогеохимия ртути и других рассеянных металлов в ландшафтах Среднего и Нижнего Амура

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Биогеохимия ртути и других рассеянных металлов в ландшафтах Среднего и Нижнего Амура"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ТИХООКЕАНСКИЙ ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

ТВ од

2 4 ^ЯР с>г На правах рукописи

УДК 550.7

КОТ Федор Станиславович

БИОГЕОХИМИЯ РТУТИ И ДРУГИХ РАССЕЯННЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛАНДШАФТАХ СРЕДНЕГО И НИЖНЕГО АМУРА

11.00.11. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени • кандидата географических наук

Владивосток 1995

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем ДВО РАН, г. Хабаровск

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических

наук, профессор П.В.Ивашов

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Н.К.Христофорова

доктор географических наук П.В.Елпатьевский

Ведущая организация: Дальневосточный научно-исследова-

тельский гидрометеорологический институт

Защита диссертации состоится "17" мая 1995 г. в 10-00 часов на заседании Диссертационного совета К 200.24.01 при Тихоокеанском институте географии ДВО РАН по адресу: г.Владивосток, ул.Радио, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского океанологического института.

Автореферат разослан "/¡Э" сх к /-< _1995

г. '

Ученый секретарь Диссертационного совета к.г.н.

Г.П.Скрыльник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Территория Среднего и Нижнего Амура в геологическом отношении принадлежит к в нешннм структурам Тихоокеанского рудного пояса, обладающим специфической металлогенией и составом рассеянных элементов в материнских горных породах (Смирнов, 1946). Особенности климата территории, ее орогидрографии, процессов выветривания накладываются на геохимические особенности пород и определяют степень вовлечения тех или иных рассеянных элементов в биогеохимическин цикл. Вследствие этого формируется присущий биогеохимическин фон территории, который определяет специфику функционирования геосистем разного уровня и может быть причиной ряда эндемических заболеваний и синдромов человеческого населения. Знание этих медицинских последствий может служить для разработки соответствующих реабилитационных мероприятии и рекомендаций. Уточненный биогеохимический фон, фон отдельных составляющих частей местных геосистем может послужить основой для оценки характера и степени антропогенного воздействия на среду, в частности изучением вод, водных отложений, почв, биоты. Полезным он может . оказаться и для reo- и биогеохимических изысканий на рудные ископаемые, а также для химической мелиорации сельскохозяйственных угодий.

Цель и задачи исследования. Цель работы заключалась в оценке природных фоновых концентраций ртути и других рассеянных металлов в компонентах геосистемы (мегаландшафта) Среднего и Нижнего Амура - материнских породах, почвогрунтах, поверхностных природных водах, донных отложениях и ихтиофауне, степени их вовлеченности в биологический круговорот и роли в возможном техногенном загрязнении окружающей среды.

Исходя из изложенного выше задачами работы были: I. на основе собственных и опубликованных ранее данных вывести фоновые величины содержания для возможно большего спектра рассеянных металлов в различных составляющих геосистемы (мегаландшафта) Среднего и Нижнего Амура

- материнских породах, почвогрунтах, водных средах, в т.ч. донных отложе-ннях; 2. оценить вовлечение рассеянных металлов в биогеохимический цикл на основе данных по упомянутым выше биокосным телам, а также оценкой состава ихтиофауны; 3. выделить специфические группы элементов по эксцессам содержания - избытку, либо недостатку в средах, а также возможные другие группы более сложного поведения, и на этой основе дополнить геохимическую формулу ландшафтов; 4. оценить в первом приближении возможные медико-экологические последствия фона рассеянных элементов; 5. наметить некоторые насущные задачи дальнейшего изучения биогеохимии рассеянных элементов на территории в области медицины и сельского хозяйства, а также решения вопросов, связанных с изучением антропогенного воздействия на среду, оптимальным выбором объектов тестирования, имея в особенности ввиду реальные возможности методической и аналитической базы соответствующих служб и учреждений. ,

Объекты и методы. Объектами исследования были почвогрунты, донные отложения, поверхностные воды бассейна среднего и нижнего течения Амура и зоны смешения его вод в Охотском море, метеорные воды, амурская ихтиофауна. Картосхема района исследований представлена на рис. 1. "Места отбора проб" на схеме означают полигоны более или менее массового отбора соответствующих проб и образцов. Рхугь изучалась в различных видах почв Зейско-Буреинской низменности (Волочаевский р-н), о.Славянский (Нанайский р-н), бассейнов рр.Хор и Гион, заповедниках Комсомольский и Большехехцирскнй, Опытно-производственном хозяйстве ДальНИИСХ (близ Хабаровска), а также в городских почвах Амурска и Комсомольска-на-Амуре. Была использована коллекция Л А.Матюшкиной (Лаборатория ФХПМП ИВЭП) почвенных образцов Среднеамурской низменности. Привлечены опубликованные данные по содержанию металлов в почвах бассейна и родственным почвам близлежащих территорий (Ковда, Васильевская, 1958: Костиков, Онищук, 1969; Росликова, 1969; Ивашов, 1993; Мотузова, 1993 и др.). Донные отложения отбирались по длине Амура

Рис. 1. Карта-схема района проведения работ. Условными знаками даны: В - почвенные полигоны;

"О- - стационарные поперечники отбора проб воды; © - место сбора дождевых вод; О - места отбора проб донных отложений; О - места отбора проб воды и донных отложений; районы вылова ихтиофауны; - полигоны в зоне смешения амурских вод.

в ходе 3 амурских экспедиций на участке от Благовещенска до Николаевска-на-Амуре, озерах амурской долины, малых притоках бассейна. Донные отложения зоны смешения амурских вод в Охотском море представлены образцами, отобранными на полигонах в Сахалинском заливе и на северовосточном шельфе Сахалина близ залива Пильтун. Содержание ртути в водах Амура, его притоков и озер амурской долины изучалось в ходе 3 амурских экспедиций, а также в условиях стационарных лабораторий в Хабаровске и с.Славянка. Ртуть в водах зоны смешения исследовалась в 2 морских экспедициях, а также в ходе зимних работ в Сахалинском заливе и на сахалинском шельфе. Привлечены данные по содержанию тяжелых металлов в амурской воде ВАЛудаевой (1994).

Работы проводились вне известных рудопроявлений.

Всего выполнено определении металлов и ртути отдельно соответственно в почвогрунтах - 294 и 285, в водах 603 Нё (другие металлы не определялись), донных отложениях - 1200 и 388, рыбе - 704 и 132.

Личный вклад автора состоит в проведении соответствующих работ в полевых и морских экспедиционных условиях - отборе образцов почвогрун-тов в заповедниках Большехехцирский й Комсомольский, бассейне р.Гион, вод и донных отложений в ходе амурских и морских экспедиций, тканей ихтиофауны, обработке образцов, подготовке их к анализу; - интерпретации результатов; - обобщении собственных и литературных данных. Автором выполнен весь объем работ по пробоподготовке и аналитическому определению ртути.

Научная новизна работы. В ходе шестилетних (1989-1994) полевых и стационарных исследований оценен фон широкого спектра рассеянных металлов в геосистеме Среднего и Нижнего Амура на основе сопряженного ландшафтного' подхода и адекватной территории генерализации данных. Получены материалы для уточнений особенностей данной биогеохимической провинции. Дан предварительный анализ возможных по-

следствий биогеохимнческого фона в возникновении некоторых эндемических заболеваний населения.

Сведения по биогеохимии ртути и некоторым другим металлам дня различных сред амурских ландшафтов получены впервые.

Практическое применение. Основные положения и выводы могут быть использованы: - в исследованиях на загрязнение металлами среды бассейна как в глобальном измерении, так и для отдельных составляющих - почв, водных сред, в т.ч. донных отложений, ихтиофауны; - в сельском хозяйстве для обоснования химической мелиорации почв микроэлементами; - в области медицинских рекреативных мероприятий для профилактики и лечения ряда эндемических заболеваний; - для гео- и биогеохимических поисков рудных ископаемых; в биогеохимическом районировании бассейна Амура.

Представленная диссертационная работа является составной частью тем ИВЭП ДВО РАН: 1)"Биогеохимическая индикация загрязнения окружающей среды"(Мо. гос. регистрации 01880037576) и 2)"Разработка теории и методов биогеохимической экспертизы состояния окружающей среды" (N0. гос. регистрации'01910030786), выполнявшихся в 1988-1994 годах, в которых автор был ответственным исполнителем раздела.

Материалы исследований переданы в Управление Амуррыбвод (данные по содержанию рассеянных металлов в амурской ихтиофауне, в т.ч. по расследованию причин массового замора рыбы на Нижнем Амуре в 1991 г.), Госкомприроды по Хабаровскому краю (данные по мониторингу загрязнения тяжелыми металлами почвогрунтов Большехехцирского и Комсомольского заповедников), Лабораторию медицинской экологии Института охраны материнства и детства СО АМН (данные по природному биогеохи-мнческому фону рассеянных металлов в амурских ландшафтах).

Апробация работы. Материалы автора, отдельные положения, использованные как основа данной работы представлялись на Всесоюзном симпозиуме "Ртуть в реках и водоемах" в Новосибирске (9-11 октября 1990), Всесоюзном совещании "Почвы Дальнего Востока..." (26-30 ноября 1990),

Межцународной океанологической конференции для Западной части Тихого океана в Циндао (9-14 мая 1993 г.), Международной океанологической конференции в Светлогорске (19-23 апреля 1993 г.), Международном симпозиуме "Здоровье экосистем и медицина" в Оттаве (19-23 июня 1994).

Основные защищаемые положения.

1. Особенностью природных сред ландшафтов Среднего и Нижнего Амура, составляющих часть обширной биогеохимической провинции, сформированной в пределах внешних структур Тихоокеанского рудного пояса с его характерными минерализацией и составом материнских пород, является заметное обогащение Zr, Sn, Pb, обеднение Zn, Си, Со, Ni, Сг и V. Два элемента из изученных выказали тенденцщо к накоплению в пищевой сети - Мп и Hg.

2. Развитая здесь ртутная минерализация не приводит к обогащению ландшафтных сред - почв, вод, донных отложений, а также ихтиофауны этим элементом.

3. Влияние крупных промышленных центров на природный фон металлов в почвогрунтах имеет локальный характер и отражается в основном на состоянии городских почв.

4. Интегральным и наиболее показательным отражением состава рассеянных металлов в амурских ландшафтах является состав речных (не озерных) донных отложений бассейна Амура.

5. Биогеохимический фон рассеянных металлов территории имеет ряд медицинских последствий в виде некоторых эндемических заболеваний и синдромов.

Объем н структура работы. Диссертация общим объемом 185 страниц машинописного текста имеет 29 страниц таблиц, 24 рисунков,-состоит из 6 глав, вводной части и заключения. Список литературы содержит 211 названий, из них 115 на иностранных языках (английском, шведском, немецком, французском, польском, украинском, китайском).

Публикации. По материалам исследования опубликовано 16 научных работ.

Автор искренне благодарит за большую, часто решающую помощь в работе сотрудников ИВЭП ДВО РАН П.В.Ивашова, Тен Хак Муна, С.Е.Сиротского, И.И.Неудачину, А.П.Неудачина, К.Г.Баканова, ЛА.Матюшкину, В.С.Болденкова и О.НЛеонову (НИС Гндропроекта им.СЖука), И.И.Назаренко (ИМГРЭ), Г.И.Малофееву (ГЕОХИ им. Вернадского), Е.Н.Шумилина, Н.А.Горячева (ТОЙ), С.В.Супрун (Ин-т охраны материнства и детства СО АМН), В.Б.Феонову (Союз писателей РФ), Чен Ван Фына (Ин-т охраны среды провинции Хэйлунцзян, КНР), И.С.Калабухову и С.М.Кирееву (лаборатория управления Дальгеология).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

В работе рассматриваются особенности биогеохимии рассеянных металлов как в отдельных компонентах ландшафтов Среднего и Нижнего Амура - почвогрунтах, водных средах, ихтиофауне (как части биологической пищевой сети), так и для территории в целом как целостной геосистемы на фоне ее геохимических и физико-географических особенностей. Автор опирался на основные положения геохимии ландшафтов в применении к территории такой величины, сформулированные МА.Глазовской (1964), А.И.Перельманом (1977), Н.Ф.Глазовским (1982) н др.

Глава 1. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В главе дан краткий обзор становления и развития биогеохимии рассеянных элементов в ландшафтах как дисциплины, причины бурного развития в последнее время исследований, посвященных, химическим свойствам и поведению рассеянных металлов в среде, рассмотрен глобальный цикл ртути и других металлов по современным представлениям, их техногенная опасность.

Глава 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ В главе рассматриваются в наиболее общих чертах и применительно к задачам, поставленным перед работой, геологические и физико-географические особенности территории, специфические черты выделенных здесь геохимических ландшафтов (Перельман, 1964) и биогеохимических провинций (Виноградов, 1949; Ковальский, 1960).

Как отмечает А.И.Перельман (1975) летние муссоны создают здесь обстановку, чрезвычайно благоприятную для биологического круговорота вещества, зимой же характерны условия, близкие к сибирским (сухие морозы). Однако геохимическое своеобразие ландшафтов в основном определяются особенностями летнего периода, климатические условия которого, а также реликты в растительном покрове и продукты выветривания сближают данные ландшафты с влажными субтропиками. Возможно и в геохимическом отношении они образуют группу, переходную к влажным субтропикам. Холодные и относительно малоснежные зимы способствуют сезонному промерзанию почв. В целом это создает условия, которые БА.Зимовец (1967) назвал муссонно-мерзлотным гидроморфизмом.

В 1946 С.С.Смирнов наметил контуры рудоносной структуры планетарного масштаба, приуроченной к области мезозойской и кайнозойской складчатости Тихоокеанской области, в пределах которой выделил провинцию внешней зоны ("материкового блока"), к которой следует отнести и территорию Среднего и Нижнего Амура. Здесь установлены существенные концентрации Аи, РЬ, Мо, в меньшей степени V/ и БЬ. Типичной для металлогении провинции является и Нё (Коростелев, 1968; Сазанов, 1972; Сидоренко, 1968 и др.).

В работе Ю.Г.Волохина и коллчг (1983) обсуждается химический состав материнских пород региона. Терригенные породы представленных здесь комплексов характеризуются кислым составом. Содержание рассе-

янных металлов в них хорошо соотносится с металлогеническими особенностями территории.

Глава 3. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Почвы изучались по принятым в почвоведении и геохимии ландшафтов методикам (Глазовская, 1964). При работе с образцами почв, отложений, ихтиофауны и с пробами воды для получения данных высокой степени доверительности особое внимание обращалось на методически обоснованные приемы отбора» обработки и хранения. При работе с водой применялись методики, позволяющие проводить обработку пробы и концентрирование Hg in situ даже в полевых условиях (Назаренко и др., 1983, 1987), что позволяет в значительной мере снизить опасность загрязнения пробы (как позитивного, так и негативного) во время хранения и транспортировки. Определялась растворимая и взвешенная фракции после разделения на полиядерных фильтрах (0,45 мкм). Результаты прямого аналитического определения рассеянных металлов в донных отложениях были пересчитаны на содержания в пелитовой фракции нормализацией по алюминию (Bruland et al., 1974) для редуцирования влияния гранулометрического состава в разных точках отбора и получения сравнимых данных.

Ргуть анализировалась стандартным методом атомно-абсорбционной спектрофотометрни "холодного пара" (непламенной ААС). Определялась органически связанная в водах фаза элемента (Виткун, Кравченко и др., 1979). Влажное озоление образцов почвогрунтов, донных отложений, тканей рыбы и взвешенного вещества на ядерных и бумажных беззольных фильтрах, концентратов растворенной фракции производилось по единой стандартной методике, которая дает хорошие результаты вскрытия элемента в образцах биологических и бнокосных сред при минимальных его потерях (Dumarey et al., 1987). Посуда для всех аналитических процедур обрабатывалась специальным для работы с образцами нз ртугь образом (Wong et al.,

! 983), фильтры по РА.Уса^ (1979). В каждой серии анализов неизменно производилось по меньшей мере 3 холостых определения.

Проводились интеркаллнбрационные измерения на в образцах почв, илов, растительности, концентратов из вод с лабораториями ИМГРЭ РАН и МинГЕО (г.Москва) и НИСа Гидропроекта Минводхоза РФ (г.Москва), которые дали удовлетворительные результаты.

Другие металлы определялись количественной рентгеноспектромет-рией, пламенной атомно-абсорбционной спектрофотомегтрией, а также спектральным эмиссионным методом. Контроль качества проводился с применением стандартов предприятий МинГЕО РФ и шифрованных дубликатов проб, что показало хорошие и удовлетворительные результаты.

Глобальный фон рассеянных металлов в почвогрунтах и донных отложениях оценивался с позиции • адекватной территории бассейна генерализации данных. Автор рассматривал территорию Среднего и Нижнего Амура как единую, целостную геосистему (мегаландшафт, мегаарену), в которой ее компоненты (блоки) - материнские породы, почвогрунты, донные отложения, биота связаны миграцией химических элементов. Т.е., был применен метод сопряженного ландшафтного анализа в том понимании, как это дается, например, МА.Глазовской (1988), которая трактует понятие "ландшафтно-геохимической арены" как совокупности ландшафтно-геохимических катен, ограниченных общим водосборным, а соответственно и солесборным бассейном. В зависимости от порядка водосборных бассейнов МА.Глазовская выделяет мега-, макро-, мезо- и микроарены.

Глава 4. РТУТЬ И ДРУГИЕ РАССЕЯННЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОТДЕЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ МЕГАЛАНДШАФТА 4.1. Ртуть и другие рассеянные металлы в почвогрунтах

Среднего и Нижнего Амура ( Обобщенные авторские и опубликованные данные по содержанию в бурых почв'ах бассейна рассеянных металлов представлены в табл.1, по со-

Таблица 1

Валовое содержание рассеянных металлов в почвах и донных отложениях Среднего и Нижнего Амура и сопредельных территорий, мг/кг

Горные Бурые

бурые лесные и Бурые Донные

лесные горные почвы отложения

Элемент (Большехех бурые Сихотэ- р.Амур

-цирскии лесные Алиня (Кот,

зап.) (Ивашов, (Мотузова, 1994)

! (Кот, 1993) 1993) 1990)

Бп - 10 - 12.3±10.8

РЬ 17.7±2.1 10 18.1 ±5.5 22.9±6.4

Мо - 1 - 3.1±2.8

Си 11.1±1.6 10-30 21±13 27.0±11.1

гп 56.1 ±24.4 100 143+47 55.9±36.7

V - .. 50 - 83±52

Ве - 1 - 2.3±1.1

Оа - 10-30 - 21.0±9.6

Со • 5.4±1.3 10 - 8.5±2.6

№ 9.9±2.7 10-30 - 20.0±9.1

МП - ■ 500 1441±775 575±259

Ва - 200-300 - 331±180

Сг - 10-30 - 48.2±23.1

Бг 220+82 300 - 313-±112

В - - 23±4 - ■

РЬ - - - 126±38

Нд 0.07+0.10 - 0.20±0.07 0.28±0.22

У - 1-10 - 21.3±8.1

Т| - 2000-3000 - 2950±1100

гх - 200-300 - 271±117

УЪ - 1 - 1.7±0.5

0.37+0.06 - 0.42±0.13 -

ыь - 20-50 - 11.9±5.5

держанию ртути в различных видах почв на рис.2. Сравнение со средними данными по А.П.Виноградову (I957) выявило повышенное содержание РЬ (зсларк концентрации 1.8), близкое к средним Zn(l.l), Sn(I.O), Sr, Zr(0.8), низкое Cr(0.1), Hg, Ni, Be(0.2), Mo, V, Ba, Ti(0.5), Си, Мп(О.б), Co, Ga, Cd(0.7). Сравнение с более современными обобщениями (Kloke et ah, 1984), дает несколько отличную картину - высокое содержание Sn, Pb, Си, Zn, Ga, Zr, Ti.

Оценка содержания биофильных элементов по В.В.Ковальскому (1968) говорит о значительном дефиците валовых Со, Си, Мо. .Это подтверждается и работой В.И.Росликовой (1969).

Особенности содержания рассеянных металлов в почвогрунтах автономных и транзитных участков катен хорошо соотносятся с таковыми в материнских породах и характером минерализации территории. Т.о.) содержание большей части рассеянных металлов здесь определяется особенностями состава материнских пород. Piyrb (возможно и некоторые другие металлы) представляет в этом отношении исключение - существующая в бассейне ртутная минерализация не приводит к обогащению почвогрунтов этим элементом. Содержание ртути в почвах отличается в целом низкими, обычными для незагрязненных территорий уровнями. Особенным образом ведет себя марганец, единственный из металлов (рассмотренных в работе), выявивший очень значительное накопление в верхних органогенных горизонтах (Росликова, 1969; Ивлев и др., 1971; Ивлев, Бабурин, 1972; Мотузова, 1990; Ивашов, 1993). П.В.Елпатьевский (1993) отмечает высокую степень извлечения подвижных форм марганца из родственных почв Приморья.

Сравнение содержания рассеянных металлов в бурых лесных, буро-таежных и луговых птеевых почвах с таковым в донных речных отложениях Амура (рис.3)свидетелъсгвует о наличии в мегаландшафте глобального геохимического сопряжения почвогрунтов автономных и транзитных участков катен с отложениями водотоков.

Луг.пойм. Луг.подб. К-н-А

Торф.гл. Бур.лесн. Амурск

мин.

ср.

макс.

Рис. 2. Ртуть в почвах Среднеамурской низменности.

Сокращениями даны: Луг.пойм. - луговые пойменные глеевые, Торф.гп. - торфяные глеевые, Пуг.подб, - луговые подбелы гпееватые, К-н-А - городские почвы Комсомольска-на-Амуре, Амурск - городские почвы Амурска.

10000

н

л

0) «

о и

1000; 100; 10 1 0.1 0.01

ГГ*

1>

\

Йп Мо Хп Ве Со Мп Сг ЕЪ П УЬ РЬ Си V ва № Ва Эг Нй 2г

| | Бп.п. —ДО ■ Лг.п.

Рис. 3. Сравнительное содержание рассеянных металлов в бурых лесных (Бл.п.), луговых гпеевых (Пг.п.) почвах и амурских донных отложениях.

Работамн в Комсомольском и Большехехцирском заповедниках, расположенных в непосредственной близости соответственно от Комсомольска-на-Амуре и Хабаровска, не обнаружено видимого влияния этих промышленных центров на общее содержание тяжелых металлов в почвогрунтах. Т.о., хозяйственная деятельность здесь в отношении почвенного покрова обнаруживает себя в основном в пределах городской черты. Так, изучение городских почв на ртуть обнаружило значительное загрязнение этим элементом в Комсомольске-на-Амуре и, вплоть до концентраций, свидетельствующих об опасном уровне загрязнения среды, в Амурске.

4.2. Ртуть и другие рассеяпиыс металлы в поверхностных водах амурского бассейна и зоны смешения Найденные содержания р1ути (а по данным ВА.Чудаевой (1993) и некоторых других рассеянных металлов) в природных водах бассейна - речных, озерных, метеорных отличаются уровнями, характерными для практически чистых, незагрязненных водных сред. Так, содержание растворенной фракции в Амуре составило 9(5-72) нг/л (55 - 70% которой оказалось связано с органическим веществом) и 60(12-165) нг/л во взвеси, содержание в водах озер амурской долины - 1-6 нг/л в растворе и 92-120 нг/л во взвеси, содержание в муссонных дождевых водах (фильтрованных) по наблюдениям в Хабаровске - 8-10 нг/л при максимуме в одной пробе - 68 нг/л. Природная ртуть в водах мигрирует большей частью со взвесью - около 87% общего содержания, и органически связанных растворенных фракций - 9%, с растворенной неорганической фракцией - около 4% элемента. Т.о., существующая здесь ртутная минерализация не сказывается непосредственным образом на величинах содержания и формах элемента в водах.

Близкие уровни концентраций ртути в речных и муссонных дождевых водах территории позволяют предположить здесь известную роль в геохимическом обороте этого элемента явления рециркуляции.

Концентрации ртути однако могут увеличиваться очень значительно -

на 1-2 порядка во время паводков - до 530(51-810) нг/л в растворе и 495(110-

/

<

t

1070) нг/л во взвеси (высокий паводок в июле-августе 1993). При этом увеличивается доля элемента в растворенной, не связанной с органическим веществом фазе (до 31% в июле-августе 1993), доля взвешенной ртути уменьшается (до 48%). Причем, явление имеет одинаковую степень развития в водах Амура, малых притоков и озер и в районах, практически не подверженных антропогенному воздействию.

На территории бассейна (в т.ч. китайской части) р'азвиты виды хозяйственной деятельности, связанные с эмиссией ртути в среду, что имеет следствием, в частности, смену фазового состояния элемента в водах - увеличивается доля взвешенной составляющей - вероятно как следствие увеличения общей мутности, а значит и сорбционной.емкости водной массы. Заметного абсолютного увеличение ее содержания (как и других металлов (Чудаева, 1993)) в водах ниже крупных промышленных центров не отмечено.

В зоне смешения амурских вод с морскими происходит активная седиментация взвешенной фазы элемента, в то время как растворенная испытывает значительные колебания содержания. В более мористой части зоны смешения концентрации ртути стабилизируются на низких, характерных для внутренних морей уровнях. Содержание в водах Сахалинского залива составило 7(<1-Зб) нг/л в растворе и 12(<1-62) во взвеси, в водах Охотского моря соответственно З-б и 4-5 нг/л.

4.3. Ртуть и другие рассеянные металлы в донных отложениях р.Амур

и зоны ее смешения Донные отложения Амура имеют специфические черты состава рассеянных металлов (табл.1, рис.4) - они обогащены рядом элементов - прежде всего Sn (кларк концентрации в сравнении с данными по Turekian and Wedepohl (1961) составил 2.1) и Zr(1.7), а также РЬ (1.2) и Мо(1.2). Ряд элементов найден в значительном дефиците - Ni (0.3), V, Cr, Со(0.5), Си, Ва, Zn, Ti, Yb(0.6), Hg, Mn, Th(0.7). Эти особенности, как уже отмечалось в разделе 4.1, очень хорошо соотносятся с содержанием металлов в зональных бурых лесных и горных бурых лесных почвах автономных и транзитных участков

(

катен (рис.3), с особенностями содержания рассеянных металлов в материнских породах и характером минерализации территории. Донные отложения отличаются большим постоянством характера распределения рассеянных металлов, чем почвогрунты. Они являются наиболее инте1ральным отражением геохимических особенностей слагающих территорию ландшафтных образований, reo- и биогеохимических процессов в них. Как отметил А.И.Перельман (1975), "река, ее пойма и дельта составляют особый геохимический ландшафт, сопряженный не столько с ландшафтами соседних склонов и водоразделов, сколько с ландшафтами всего бассейна, расположенного выше по течению реки."

Распределение рассеянных металлов по глубине кернов амурских донных отложений показывает их более или менее значительную активность в процессах постседиментационного диагенеза, а значит и лабильность в среде, в том числе и тех, которые чаще принято считать пассивными мигрантами в ландшафтах. В верхнем горизонте отложений относительно накапливаются Си, Hg, Zr, Ni, Со, С г, Sr, Th, U, что может свидетельствовать о тесной ассоциации этих металлов с органическим веществом (Cato, 1977) и/либо нахождение в формах, накапливающихся на кислородном геохимическом барьере. В горизонте накопления марганцевых стяжений склонны концентрироваться Ni, Со, Ва, в горизонте окисления железа - и,и Th. К накоплению в восстановительной обстановке тяготеют V и Ва.

Заметно отличаются по составу металлов донные отложения озер амурской долины. Более высокая трофность, наличие восстановительных и слабовосстановительных фаций обуславливает особенности процессов, которые приводят к относительному существенному увеличению доли ли-тофильных элементов. Ртуть здесь по-видимому активно выходит из фаций глеевой обстановки (явление широко известное для водоемов) - се концентрации здесь составляют в среднем 0.025(<1-9) мг/кг, т.е. на порядок ниже, чем в речных отложениях.

Содержание рассеянных металлов в донных отложениях зоны смешения рАмур в Охотском море, сложенных преимущественно терригенным материалом амурского выноса (Петелин, 1961; Петелин, Остроумов, 1961; Мурдмаа, 1961), в значительной мере также отражает геохимические особенности территории Среднего и Нижнего Амура. На геохимическом барьере зоны смешения водную толщу оставляет большая часть взвешенного 5п(70-80%) и органического вещества(50-90%), значительная часть V и Мп(30-60%), ТЬ и Хп(до 50%), связанных по-видимому с наиболее грубыми фракциями взвеси. Крупноалевритовая фракция успешно преодолевает барьер. Пелитовая фракция отложений зоны смешения обогащена Zr, РЬ, Мо, обеднена Мп, Zn, №, и, Со, Зп, V, Т«, ТИ.

Использование некоторых рассеянных элементов как геохимических индикаторов позволило выделить в отложениях Сахалинского залива фации, отражающие долговременные тенденции в динамике водных масс (К-гаа-Ога^ 1972) акватории - сапропельную (чрезвычайно замедленный водообмен - сильно восстановительные условия среды) и копрокольную (слабовосстановительные условия) в центральной и восточной части, а также зону высокой подвижности вод, совпадающую с морским противотечением, в западной части акватории.

Корреляционный анализ содержания рассеянных металлов с основными несущими матрицами (органическим веществом, алюмосиликатами, железомарганцевыми соединениями) позволил предположить некоторые черты фракционного состава рассеянных металлов в донных отложениях. Наиболее тесная корреляция найдена для рассеянных металлов с . органическим веществом (Мп, РЬ, Ве, У, Т|, УЬ, N13, Аб, Сг, Бс), и Мп (Аб, П, Ве, Сг, 7л1у N1), Бс, У, Со, РЬ, №). Связь с А1 выявлена для Бс, "Л, Сг. 4.4, Ртуть и другие рассеянные металлы в амурской ихтиофауне Автором выполнена рекогносцировочная работа по оценке содержания рассеянных металлов в ихтиофауне Амура, результаты которой дают некоторое общее представление по проблеме. Содержание рассеянных ме-

таллов в мышечной тканн амурской ихтиофауны в статистической обработке дано в табл.2 и на рис.5. Мышечная ткань оказалась обогащена Мп и Zr, а также "Л и йг, отдельные особи бентоядных и хищных видов также и llg (вплоть до превышения ПДК - 0,5 мг&г живого веса). Наиболее "чистыми" оказались ткани травоядного леща белого, кеты и калуги. Для марганца и ртути, при их обычных содержаниях в почвах и отложениях, таким образом, можно предположить явление накопления в пищевой сети территории.

Обнаружено явление интенсивного обогащения жаберных тканей рыб А1 и Ре, вплоть до летальных уровней, во время массового замора рыбы в низовьях Амура во время прохождения высоких паводков.

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ БИОГЕОХИМИЧЕСКОГО ФОНА РАССЕЯННЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛАНДШАФТАХ СРЕДНЕГО И НИЖНЕГО АМУРА

Обобщение особенностей биогеохимического фона территории выявило 3 специфичные группы рассеянных металлов: I) избыточных - Zr, Бп, РЬ; 2) дефицитных - Zn, Си, №, Со, V, Сг; 3) склонных к накоплению в пищевой сети - Мп и Нз. Работами сотрудников Института охраны материнства и детства СО АМН (Супрун, 1993) в крови детского населения Хабаровского края, как городского, так и сельского проживания, обнаружены аномально высокие количества марганца, свинца, а также лития. Приближенная оценка связи некоторых эндемических заболеваний и синдромов с естественным фоном рассеянных металлов в амурских ландшафтах дана в табл.3.

Глава б. ИЗУЧЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛАНДШАФТОВ АМУРСКОГО БАССЕЙНА ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Полученные фоновые величины были применены для предварительной оценки степени антропогенного воздействия на содержание рассеянных (тяжелых) металлов в водах, донных отложениях и почвах территории. Так,

Таблица 2

Содержание рассеянных металлов в мышечной ткани амурской ихтиофауны,

мг/кг живого веса

А! Ре Мп № Т| Мо Тх Си 2п нд вг

X 30 100 12.5 1.9 7.0 3 1.7 0.75 17.5 0.07 4.4

Б 30 60 6.2 1.4 1.9 2 0.8 0.65 23.0 0.05 1.8

Су 100 60 50 74 27 67 47 87 131 71 41

Среднее по разным данным

М* 20 42 2.1 2.9 ДО 2 Г* 0.1*3 39.3 0.10 2.1^

М* - осредненные мировые данные для пресноводной ихтиофауны (Морозов и др., 1978)

*г- по А.П.Лисицину (Справочник по геохимии, 1975)

*3 - по Н.чШ.Вои/еп'у (1966) для морских и сухопутных животных

по Дж.В.Муру и С.Рамамурти (1987) для незагрязненных водоемов не превышает 1 мг/кг

Таблица 3

Соотношение некоторых эндемических синдромов и заболеваний с фоном рассеянных металлов в ландшафтах Среднего и Нижнего Амура

Заболевания (синдромы) Агент (ко-агент)

Анемии -Си, -со, -гп, +рь

Низкий рост Усиление диабета

Дисфункции центральной и периферической нервной системы +РЬ (установлено для Забайкалья)

Эндемический зоб -Си, -и, +Мп

Рак желудка +гг (установлено лишь статистически)

Минамата (бассейн р.Сунгари) +Нд антропогенная

? +Нд антропогенная (г.Амурск)

Кариес +Мп, -Р

? Бесплодие ? Расстройства нервной системы +Мп

? Сердечно-сосудистые расстройства -V

? Атеросклероз -Сг

? -№

Примечание. Обозначены:- дефицит,"+" - избыток элемента в среде,

"?" - неустановленные возможные явления.

по очень приближенной оценке автора в Амур с городскими стоками только Хабаровска за год попадает растворенных металлов в % от природного выноса их из бассейна Н§ около 10, Си - 40, Н1 - 50, Сс1 - 70 и РЬ - 75. Явным образом это находит отражение прежде всего в донных отложениях Амура и городских почвах. Заметного обогащения вод шгже крупных промышленных центров отмечено не было.

При изучении загрязнения среды тяжелыми металлами эффективным объектом являются донные отложения водотоков. Они обладают рядом существенных преимуществ, что при достаточной методической базе может позволить работать даже в относительно скромно оборудованных лабораториях.

Для количественной оценки степени обогащения (загрязнения) отложений тяжелыми металлами автором применено вычисление коэффициента обогащения (ЕР) средних найденных фоновых величин. Величина ЕР показала заметное обогащение отложений ниже Хабаровска Си, Эп, Оа, №, Сг, Бг и Zr, ниже Амурского-Комсомольского-на-Амуре промышленного узла Си, Та, РЬ, №, ЫЬ, У, и, ТЬ, Ав, ва, Со, Сг, Мо, V, Ы, ЯЬ, Бг, Ва, И, УЬ, Ве. Был применен также метод расчета коэффициента 1оео (Ми11ег, 1979), который в упрощенном виде (Веейшк е1 а!., 1982) вычисляется по формуле: 1сео = Си/Вы, где Си - содержание элемента в пелитовой фракции, Вм - фоновое содержание в осадочных породах. Величина 1оео свидетельствует об обогащении отложений ниже Хабаровска Бп, Шэ, Ва, УЬ, РЬ, Мо, ниже Амурска - , Ил, Си, РЬ, Ва, У, УЬ, ТЬ, и, №>, ниже Комсомольска-на-Амуре - Н§, 2л, РЬ, Со, ЛЬ, Ве, ТЬ, V, №>, Сг, Оа, но особенно Мо и и. Величина коэффициента для некоторых металлов в отложениях по длине Амура представлена на рис.6.

Автором был проведен также регрессионый анализ для элементов, обнаруживших как аномальное, так и фоновое содержание (СаЮ, 1977) в амурских ландшафтах. Выявить аномалию можно также коррекцией содержания элемента по несущей матрице(процедура нормализации). Нор-

Eg esss РЬ ши zn

ЕШ1 Sn GZZD Mo sss и

с. 6. Величина коэффициента Igeo для амурских донных отложений по длине реки.

¡2222 валовое KS53 нормализованное —•*— Сорг.

ис. 7. Валовое и нормализованное по органическому веществу одержание ртути в донных отложениях по длине Амура.

Сокращениями даны: ¡.X. и н.Х. — соответственно выше и ниже Хабаровска, (.А. и н.А. - выше и ниже Амурска, (.К-н-А — ниже Комсомольска-на-Амуре, 'стье - "приустьевая зона.

мализация содержания по органическому веществу (Ьаг^юпе, 1985) обнаружила наиболее значительное обогащение отложений этим элементом ниже Хабаровска (рис. 7).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сопряженное рассмотрение металлогении, содержания рассеянных металлов в осадочных материнских породах, почвогрунтах, донных отложениях, ихтиофауне позволило автору для ландшафтов рассматриваемой территории выделить 3 специфические группы элементов: 1) дефицитных -Си, №, Со, V, Сг, 2) избыточных Zг, Эп, РЬ, 3) склонных к накоплению в пищевой сети - Мп и Н§.

Особенности бногеохимического фона территории являются причиной (одной из причин) ряда заболеваний и синдромов эндемического характера - анемий, дисфункций периферической и центральной нервной системы, возможно некоторых сердечно-сосудистых (как атеросклероз), стоматологических и онкологических заболеваний и других, что может быть уже сейчас отчасти подкреплено рядом работ.

Вероятно можно говорить о существовании обширной биогеохимической провинции, частью которой во всяком случае является территория Среднего и Нижнего Амура. Дополненную геохимическую формулу которой по А.И.Перельману (1964) можно представить следующим образом:

(О) N. Р, К, 2л1, Си, Со,№, Сг, V ...

Н-Ге ---------------------------------------------

Ът, Яп, РЬ (Мп) (Нб) ...

Для оценки антропогенного загрязнения ландшафтов и водных объектов территории рассеянными (тяжелыми) металлами оптимальным объектом тестирования, при существующей материальной и методической базе соответствующих учреждений и ведомств, по мнению автора являются донные отложения, а также почвогрунты.

По материалам диссертации автором опубликованы работы:

1. Кот Ф.С. К вопросу о миграции ртути в природных водах в условиях развития ртутной минерализации в районах многолетней мерзлоты //Тез. Всес. симп. "Ртуть в реках и водоемах", 9-11 окт. 1990, Новосибирск, с.301.

2. Кот Ф.С. Биогеохимия микроэлементов в ландшафтах бассейна р.Адыча // Биогеохимические ореолы рассеяния тяжелых металлов в природных и техногенных экосистемах Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН СССР, 1991, с.91-99.

, 3. Кот Ф.С., Неудачина И.И. Биогеохимия природных вод Адычан-ского нагорья II Биогеохимическая индикация природных и техногенных концентраций химических элементов в окружающей среде. Владивосток: ДВО РАН, 1992,с.99-114.

4. Кот Ф.С. Поведение тяжелых металлов в системе вода-органо-минеральные донные отложения р.Адыча II Биогеохимическая индикация природных и техногенных концентрации химических элементов в окружающей среде. Владивосток: ДВО РАН, 1992, с.115-120.

5. Кот Ф.С. Особенности бногеохимического фона тяжелых металлов в мегаландшафте Среднего и Нижнего Амура II Мат. юбилейным датам: 25-летию Ин-та водных и экологических проблем ДВО РАН (1968-1993)и 85-летию его первого директора чл.-корр. АН СССР А.С-Хоментовского. Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН, 1993, с.89-90.

6. Кот Ф.С. Оценка уровней содержания тяжелых металлов в ихтиофауне Нижнего Амура // Биогеохимическая экспертиза состояния окружающей среды. Владивосток: Дальнаука, 1993, с.! 00-106.

7. Кот Ф.С. Ртуть в водах Нижнего Амура и зоне смешения II Биогеохимическая экспертиза состояния окружающей среды. Владивосток: Даль-наука, 1993, с. 106-115.

8. Кот Ф.С. Тяжелые металлы в донных отложениях Среднего и Нижнего Амура И Биогеохимическая и экологическая оценка техногенных экосистем бассейна р.Амур. Владивосток: Дальнаука, 1994, с. 123-135.

9. Кот Ф.С., Мапошкнна Л А. Ртуть в почвах Среднеамурской низменности. Оценка валового содержания // Биогеохимические и экологические исследования природных и техногенных экосистем Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука (в печати).

10. Кот Ф.С. Особенности биогеохимического фона рассеянных металлов в ландшафтах Среднего и Нижнего Амура // Биогеохимические и экологические исследования природных и техногенных экосистем Дальнего Востока, Владивосток: Дальнаука (в печати).

11. Anikiev V.V., Dudarev О.Р., Goiyachev NA., Kot F.S., Shumilin E."N. et al. Biogeocheraistry of elements in the outflow region of the Amur River in the Sea of Okhotsk // Proc. Int. Conf. 'The Arctic Estuaries and Adjacent Seas: Bio-geochemical Processes and Interaction with Global Change, Svetlogorsk, Russia, 19-23 April, 1993. Kaliningrad, !993,pp.2-3.

12. Goiyachev NA. and Kot F.S. Heavy metals in sediments of the Sak-halinski Bay //Proc. 7th JECSS/PMS (Japan and East China Seas Study / Pacific Marginal Seas), 9-14 May, 1993, Qtngdao, China, P-36.

13. Kot F.S. Mercury in water environments of the vent at Paramushir I. (the Kuril Range) II Proc. 7th Japan and East-China Seas Study / Pacific Marginal Seas, 9-14 May, 1993, Qingdao-China, P-34.

14. Kot F.S. Mercury in natural waters and ichthyofauna of the Amur River watershed and its mixing zone II Proc. 7th Japan and East-China Seas Study / Pacific Marginal Seas, 9-14 May, 1993, Qingdao-China, P-35.

15. Ganin G.N., Kot F.S., Dedov A.V. and Adnagulov E.V. Biological monitoring of protected territories in the Russian Far East II Proc. 3d European Conf. on Ecotoxicology, Zürich, Switzerland, 28-31 August, 1994. P-7.22.

16. Kot F.S. Special features of the Amur River Megalandscape trace metals biogeochemica! background and the problem of endemic diseases // Proc. 1st Int. Symp. "Ecosystem Health & Medicirie / Integrating Science, Policy and Management", 19-24 June 1994, Ottawa, Ontario, Canada.

Jm i^" . С