Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологические аспекты аккумуляции ртути гидробионтами Байкало-Ангарской водной системы

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологические аспекты аккумуляции ртути гидробионтами Байкало-Ангарской водной системы"

На правах рукописи

005017424

Пастухов Михаил Владимирович

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АККУМУЛЯЦИИ РТУТИ ГИДРОБИОНТАМИ БАЙКАЛО-АНГАРСКОЙ ВОДНОЙ СИСТЕМЫ

03.02.08-Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск -2012

005017424

Работа выполнена в ФГБУН Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН и ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет»

Научный руководител:

Доктор биологических наук, профессор Стом Дэвард Иосифович

Научный консультант:

Доктор биологических наук, профессор Матвеев Аркадий Николаевич

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор Пыжьянов Сергей Владимирович

Доктор биологических наук, профессор Зилов Евгений Анатольевич

Ведущая организация: Национальный исследовательский Томский государственный университет

Защита диссертации состоится 24 мая 2012 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.074.07 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет», по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5; Байкальский музей им. М.М. Кожова (ауд. 219)

Отзывы просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1, биолого-почвенный факультет ИГУ. Тел./факс: (3952) 241:555; e-mail: pristavk@gmail.com

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет»

Автореферат разослан 21 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.б.н., доцент

Приставка А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1Ктуальность. В эпоху техногенеза особенно остро встает проблема загрязнения кружающей среды, связанная с эмиссией различного рода поллютантов. Среди оследних особое место занимает ртуть, обладающая чрезвычайно широким пектром и разнообразием токсического воздействия на биоту и накапливающаяся в ищевых цепях гидробионтов преимущественно в наиболее токсичной ;етилированной форме (Сухенко, 1995; Кузубова и др., 2000; Wood, 1974; WHO, 990; Lucotte et al., 1999; Boening, 2000). Результатам исследований содержания и аспределения ртути в абиотических и биотических компонентах пресноводных одоемов в последние два десятилетия посвящено большое количество публикаций Леонова 2006; Пономаренко, 2006; Cizdziel et al., 2003; Hope, Rubin, 2005; Chen, Folt, 005 и др.). Однако и в настоящее время многие проблемы, касающиеся внутренних внешних факторов, влияющих на процессы миграции, аккумуляции и рансформации ртути в гидробионтах различных трофических уровней, остаются едостаточно изученными.

Уникальной природной лабораторией для исследования поведения ртути в идросфере является единая Байкало-Ангарская водная система, включающая в себя ак естественный водоем — оз. Байкал, так и искусственные водохранилища — Гркутское и Братское, созданные на реке Ангаре. Байкал — древнейшее и лубочайшее озеро планеты, с эндемичным животным и растительным миром. )тносительно простые трофические связи в пелагической пищевой цепи Байкала, онечным звеном которой является млекопитающее - нерпа, позволяют ассматривать этот водоём как наглядную систему для изучения природных роцессов миграции и биоаккумуляции ртути в незагрязнённой водной среде. 1апротив, Братское водохранилище, одно из крупнейших водохранилищ мира, одвержено значительному техногенному загрязнению. Техногенное ртутное агрязнение Братского водохранилища является одной из серьезных экологических роблем региона (Коваль и др., 1999, 2004, 2008; Руш и др., 2007). По своим [асштабам оно сопоставимо с наиболее «громкими» случаями подобного рода в [ире (Коваль и др., 2004). Исследование особенностей переноса и аккумуляции тути гидробионтами различных трофических уровней в техногенно измененных словиях представляется особо актуальным для решения многих задач охраны кружающей среды и мониторинга ртутного загрязнения.

{ель исследований: изучить особенности и выявить закономерности аспределения, аккумуляции и миграции ртути в гидробионтах различных рофических уровней водоемов с природной и техногенно измененной средой битания.

адачп исследований:

. Провести комплексные мониторинговые работы для определения содержания тути в биотических и абиотических компонентах экосистем Братского, Иркутского одохранилищ и оз. Байкал. Сформировать базу данных по полученным материалам а период с 1998 по 2009 гг.

2. Оценить пространственно-временную динамику распределения ртути в биоте Братского водохранилища, выявить абиотические и биотические факторы, влияющие на накопление ртути гидробионтами.

3. Исследовать уровни биоаккумуляции и биомагнификации ртути в пищевых цепях Братского, Иркутского водохранилищ и оз. Байкал, установить закономерности распределения ртути в организмах рыб различных трофических статусов и байкальских тюленей.

Научная новизна и теоретическая значимость. Впервые приведены обобщенные результаты анализа ртутного загрязнения экосистемы Братского водохранилища, полученные в процессе мониторинговых наблюдений в период снижения техногенной эмиссии ртути (1998-2009 гг.). Определены уровни биоаккумуляции и биомагнификации общей ртути в пищевых цепях гидробионтов водоемов Байкало-Ангарской водной системы, в различной степени подверженных техногенному загрязнению. Выявлены абиотические и биотические факторы, влияющие на накопление ртути гидробионтами различных трофических уровней Байкало-Ангарской водной системы. Получены данные по распределению ртути в организмах рыб и байкальских тюленей в зависимости от физиологических особенностей их органов и тканей. Впервые для гидробионтов Братского водохранилища и оз. Байкал определены уровни накопления метилированной и неорганической ртути. Показана зависимость аккумуляции ртути гидробионтами от процентного содержания ее форм в объектах питания. Проведенные исследования аккумуляции, миграции и распределения ртути в пищевых цепях гидробионтов различных по техногенной нагрузке водоемов, предоставляют новую информацию для изучения биогеохимических циклов этого элемента.

Практическая значимость. Полученные в ходе мониторинговых работ данные по ртутному загрязнению компонентов экосистемы Братского водохранилища были представлены в Государственных докладах о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области за 2006-2011 гг. Составлены карты риска вылова загрязненной ртутью рыбы Братского водохранилища, которые переданы в Администрацию Иркутской области и Ангаро-Байкальское ТУ Росрыболовства. Результаты исследований были использованы при выполнении Государственного контракта "Демеркуризация цеха ртутного электролиза в г. Усолье-Сибирское Иркутской области" и при разработке Программы комплексного социально-экономического развития г. Иркутска на 2008-2020 гг. в разделе «Охрана окружающей среды и экономическая безопасность, экологическая политика». В 2007 г. получен акт внедрения материалов исследований по теме «Микроэлементы, тяжелые металлы, стойкие органические загрязнители в окружающей среде и их влияние на здоровье жителей г. Иркутска». Материалы по многолетним исследованиям ртутного загрязнения экосистемы Братского водохранилища в период снижения техногенной эмиссии ртути могут бьпъ использованы для прогнозной оценки динамики загрязнения других водных экосистем.

Защищаемые положения:

1. Снижение техногенной эмиссии ртути в Братское водохранилище (1998 г.) привело к уменьшению ее концентраций в гидробионтах Центральной и Нижней частей водоема. В Верхней части водохранилища, вследствие вторичного поступления ртути из донных осадков, в гидробионтах сохраняются концентрации ртути, превышающие фоновые и допустимые уровни.

2. В пелагической пищевой цепи оз. Байкал коэффициенты биомагнификации ртуги на разных трофических уровнях значительно отличаются и зависят от соотношения ее форм в объектах питания гидробионтов. Основную роль в распределении и удалении ртуги из организмов байкальских тюленей играют печень, почки и волосяной покров. Ртуть в печени байкальских нерп имеет наибольший коэффициент бионакопления по сравнению с другими химическими элементами.

3. В гидробионтах водоемов с различной степенью техногенной нагрузки (оз. Байкал, Иркутском и Братском водохранилищах) накопление ртути зависит от абиотических (геохимических и гидрологических показателей окружающей среды) и биотических (трофический уровень, линейно-весовые показатели, возраст, экологические и физиологические особенности гидробионтов) факторов.

Публикации. Основные положения работы изложены в 60 публикациях: 14 статей в российских и зарубежных журналах, из которых 11 входят в Перечень ВАК РФ, 1 глава в монографии, 7 Государственных докладов о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области и оз. Байкал, 39 материалов и тезисов конференций.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях различного уровня. Международные конф.: «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2006), «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Минск-Нарочь, 2007), «Проблемы экологической геохимии в XXI веке» (Минск, 2008), «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов» (Пермь, 2009), «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского» (Тамбов,2009), «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского» (Тамбов, 2010), «Проблемы экологии. Чтения памяти профессора М. М. Кожова» (Иркутск, 2010), «Spectr'atom» (Pau (France), 2009), «Goldschmidt» (Davos, 2009; Prague, 2011), «Mercury as a Global Pollutant», (Guiyang (China), 2009; Halifax, Nova Scotia (Canada), 2011). Всероссийские науч. конф.: «Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды» (Иркутск, 2007), «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (п. Борок, 2008) и др. Личный вклад автора. Постановка целей и задач исследования, отбор проб, лабораторные исследования, биологический анализ, статистическая обработка, обобщение и интерпретация результатов были выполнены лично автором или при его непосредственном участии.

Работа выполнена в ФГБУН Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН в рамках проектов НИР, Проекта 13/9 Программы РАН 13, Интеграционного

проекта СО РАН №122, гранта РФФИ 05-05-64626-а, Международного российско-

французского проекта «МегЬаВа» программы «Cytrix ЕС2СО».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5

глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 170 страницах

машинописного текста, иллюстрирована 30 рисунками и содержит 18 таблиц. Список

литературы включает 228 наименований, из которых 145 русскоязычных и 83

зарубежных.

Благодарности. Автор искренне благодарит д.б.н. Д.И. Стома и д.б.н. А.Н. Матвеева за ценные советы и поддержку, сотрудников ИГХ СО РАН неизменных участников многочисленных полевых исследований к.б.н. М.Г. Азовского и к.г.-м.н. В.И. Алиеву за помощь в отборе материала и обсуждение данной работы, аналитиков ИГХ СО РАН Л.Д. Андрулайтис и О.С. Рязанцеву, выполнивших большой объем определений ртути, сотрудников ЛИН СО РАН д.б.н. Г.И. Поповскую и к.б.н. Н.Г. Шевелеву за помощь в определении качественных и количественных характеристик планктона, зарубежных коллег: из Междисциплинарного Института Исследований Окружающей Среды и Материалов (Франция, По) - Ph.D. В.Н. Эпова, В. Перро, проф. О.Ф.К. Донара за совместные работы по изучению форм ртути; из Норвежского Университета Науки и Техники (Норвегия, Трондхайм) - Ph.D. Т. Чещельского за совместные исследования элементного состава байкальских гидробионтов. Особую признательность автор выражает инициатору и координатору данных исследований

д.г.-м.н. П.В. Ковалю

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Свойства ртути и ее поведение в окружающей среде

В главе предстазлен обзор литературных данных по свойствам, особенностям миграции, распределения и трансформации ртути в окружающей среде.

Глава 2. Объекты исследования. Материалы и методы

2.1. Характеристика водоемов и объектов исследования

В разделе описаны климатические, гидрологические и гидрохимические условия оз. Байкал, Иркутского и Братского водохранилищ. Приведена краткая биологическая характеристика видов гидробионтов Байкало-Ангарской водной системы, рассматриваемых в данной работе.

2.2. Материалы и методы исследований

В работе рассматриваются водоемы Байкало-Ангарской водной системы: не подверженные ртутному загрязнению оз. Байкал, Иркутское водохранилище и техногенно загрязненное ртутью Братское водохранилище (рис. 1).

Отбор проб воды, донных осадков, а также фито- и зоопланктона, бентоса, водных растений и рыб проводился в 1998-2009 гг. преимущественно в летний период. Образцы органов и тканей байкальских тюленей, глубоководных рыб и амфипод отбирались в весенний период в 2000-2009 гг. За весь период исследований пробы абиотических и биотических компонентов Байкало-Ангарской водной системы отобраны на 185 станции, из них 68 станций по оз. Байкал, 15 - по

Иркутскому водохранилищу, 7 - по р. Ангаре, 95 - по Братскому водохранилищу. Пробы воды для химического анализа отбирались батометром OceanTest Equipment, донных осадков - гравитационной трубкой ГОИН, планктона - сетью Джеди, бентоса - дночерпателем Петерсена, водных растений - тралами и кошками. Отлов рыб и нерпы ставными и сплавными сетями. Для оценки качественных и количественных показателей бентоса, фито- и зоопланктона дополнительно отбирались соответствующие пробы. Общий объем собранного и проанализированного материала составил: проб воды - 2150, донных отложений -1130, взвешенного вещества - 54, общего планктона - 342, фитопланктона - 153, зоопланктона - 114, бентоса - 121, водных растений - 278, органов и тканей рыб -8620 от 3854 особей, байкальских тюленей - 336 от 45 особей.

Братское иодохранилш

«СаяискхифшСт»

имггро.ч>|1%

—W-T V1 ИРКУТСКА

«Усольег

Иркутское во(. ахранилнще

50 ш

Рис. 1. Карта-схема района работ.

1 - границы водоемов; 2 - границы частей Братского водохранилища: I - Верхняя часть, II - Центральная часть, III - Нижняя часть, IV - Окинская часть.

Биологическая обработка проб проводилась по общепризнанным стандартным методикам - для планктона (Киселев, 1969, Кузьмин, 1975), для бентоса (Жадин, 1960; Методика ..., 1975), для рыб (Чугунова, 1959; Правдин, 1966).

Определение общей ртути (THg) осуществляли атомно-абсорбционным методом на анализаторе ртути РА-915+, используя приставку РП-91. Для метрологического контроля качества анализа использовали стандартные образцы: (DOLT-2, DORM-2, DOLT-3, DORM-3, ВОк-2). Дня определения форм ртути образцы гидробионтов были подвергнуты лиофильной сушке при -55° С. Концентрация метилртути (MeHg) и неорганической ртути (IHg) была определена путем микроволнового извлечения в последовательности ID-GC-ICP-MS и дериватизации водной фазы по ранее опубликованным методикам (Rodriguez et al., 2004; Monperrus et al., 2008). Определение концентраций микроэлементов проводилось методом пасс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе ICP-MS ELEMENT 2.

Определение общгй ртути в воде, донных осадках и биоте проводились в Аккредитованном Аналитическом Секторе ИГХ СО РАН (Иркутск), анализ форм ртути в гидробионтах и донных осадках проводился в Междисциплинарном Институте исследований Окружающей среде и Материалов (По, Франция).

Статистическая обработка полученных данных проводилась при помощи компьютерного пакета программы Statistica 6.0. и Excel при уровне значимости р<0,01. Достоверность полученных результатов подтверждена межлабораторным контролем (ИГХ СО РАН (Россия), IPREM (Франция), NTNU (Норвегия)), статистической обработкой, использованием международных и российских стандартных образцов и большим объемом проанализированного материала.

Глава 3. Пространственно-временная динамика ртутного загрязнения Братского водохранилища

Ртутное загрязнение Братского водохранилища, основная часть которого связана с работой цехов ртутного электролиза на химических комбинатах «Усольехимпром» (26 лет работы) и «Саянскхимпласт» (20 лет), стало одной из серьезных экологических проблем региона. Суммарное поступление ртути в окружающую среду в связи с деятельностью этих предприятий превысило 3450 т, а поступление в реку Ангару - 88 т. Основная часть ртути, поступившей в р. Ангару (>76 т), приходится на долю комбината «Усольехимпром» (Коваль и др., 2003). Более трех четвертей этой ртути захоронено в донных отложениях Верхней части водохранилища. Среднее содержание ртути в донных отложениях в 30 раз и более превосходит соответствующий показатель фонового Иркутского водохранилища. Здесь же установлены наиболее высокие концентрации ртути в гидробионтах, причем, содержание ртути в рыбе в 30-80% улова превышает уровень предельно допустимых концентраций (ГТДК). После прекращения ртутного электролиза (1998 г.) на «Усольехимпром» наметилась устойчивая тенденция снижения концентрации ртути в планктоне и рыбе Центральной и Нижней частей водоема. Однако главный участок загрязнения - Верхняя часть Братского водохранилища, по-прежнему, остается районом повышенной экологической опасности. Здесь отмечаются высокие концентрации ртути в поверхностных донных осадках (табл. 1), а ее содержание в средних слоях керна может достигать 7-8 мкг/г.

Таблица 1

Содержание общей ртути в компонентах окружающей среды исследованных водоемов

Год Вода мкг/л Поверхностный слой донных осадков, мкг/г Планктон, мкг/г Карась мкг/г Плотва мкг/г Окунь мкг/г

оз. Байкал

20052008 0.0009+0.0007 0,0005-0,0027 0.03±0.017 0,001-0,064 0.003+0.0017 0,001-0,006 - 0.0510.03 0,013-0,158 0.08Ю.058 0,0034-0,24

Иркутское водохранилище

20052008 0,0021+0.0011 0,0005-0,0067 0.04±0.02 0,001-0,054 0.007Ю.0018 0,003-0,009 0.0210.0018 0,012-0,03 0.04+0.029 0,005-0,137 0.05+0.038 0,0032-0,16

Верхняя часть Братского водохранилища

19921996* 0,036 2,9+1.11 0,7-4,60 0.510 0,200-0,650 10 0,08-4,2 М 1,0-1,5 2^5 0,9-6,0

1998 0.047+0.031 0,014-0,1600 1.5+0.85 0,2-5,0 - 0.50+0.49 0,22-1,70 0.65+0.79 0,22-2,70 1.37+0.50 0,25-2,33

1999 0.034+0.014 0,025-0,0700 1.811.38 0,35-5,0 - - 0.27+0.13 0,05-0,44 0.41+0.34 0,02-1,25

2000 0.034+0.011 0,024-0,0600 2.5+1.15 0,5-5,0 - - 0.2710.09 0,08-0,44 0.48+0.31 0,25-1,60

2001 0,008+0.0133 <0,0025-0,055 1.8+1.41 0.2-5,50 - 0.15±0.028 0,125-0,214 0.42+0.24 0,09-0,75 -

2002 0,0132±0.020 0,0014-0,080 1.7+0.93 0,31-5,0 0.284+0.07 0,080-0,360 - 2.10+0.17 0,80-3,0 0.56+0.51 0,19-2,52

2003 0,0152+0.0388 0,0008-0,250 1.6+1.24 0,20-3,80 0.720+0.52 0,160-1,280 0,09+0.08 0,01-0,32 0.28+0.09 0,05-0,40 0.58+0.42 0,19-1,40

2004 0,0039+0.0043 0,0019-0,020 2.1+0.71 0,40-3,50 0.041+0.06 0.012-0,188 0.19+0.13 0,08-0,53 0.24+0.15 0,11-0,75 0.57+0.42 0,11-1,43

2005 0,0029+0.0023 0,0006-0,0091 1.010.50 0,12-2,14 0.149+0.06 0,074-0,282 0.3610.25 0,03-1,19 0.34+0.31 0,06-1,82 0.45+0.24 0,09-1,08

2006 0,0034+0.0090 0,0005-0,0535 1.1+0.90 0,07-2,80 0.107+0.05 0,026-0,169 0.21+0.14 0,005-0,61 0.39+0.16 0,05-3 ,28 0.78+0.22 0,12-2,66

2007 0,0011+0.0008 <0,0005-0,0042 0.4Ю.34 0,03-0,97 0.092+0.091 0,012-0,280 0.25+0.15 0,01-0,72 0.38М.11 0,01-1,32 0.71Ю.17 0,009-1,94

2008 0,0067+0.015 <0,0005-0,096 0.37±0.27 0,02-1,18 0.238+0.223 0,040-0,722 0.52+0.24 0,10-1.91 1.1112.37 0,15-13,62 1.8412.46 0,28-20,9

2009 0,0049+0.0114 <0,0005-0,071 0.87±0.64 0,03-2,77 0.096+0.124 0,028-0,516 0.31+0.15 0,03-0,62 0,28+0.10 0,15-0,65 0.49Ю.27 0,21-1,34

Нижняя часть Братского водохранилища

2003 0,0063+0.098 <0,0005-0,425 0.9Ю.63 0,02-2,05 0.122±0.126 0,016-0,400 0.09Ю.05 0,01-0,16 0.22Ю.08 0,08-0,36 0.52Ю.46 0,04-1,90

2009 0.0014±0.0015 <0,0005-0,0064 0.26±0.15 0,04-0,55 0.036+0.017 0,015-0,062 0,09+0.03 0,03-0,17 0,13+0.1 0,027-0,28 0.13Ю.05 0,035-0,22

Окинская часть Братского водохранилища

2006 0.0044+0.0039 0,0005-0,015 0.16+0.146 0,002-0,45 0.091+0.047 0,017-0,161 0.31Ю.15 0,15-0,55 0.30+0.12 0,10-0,49 0.88Ю.82 0,062-4,44

2009 0,0007+0.0004 <0,0005-0,0023 0.10+0.07 0,04-0,27 0.043+0,027 0,02-0,09 0.07Ю.007 0,062-0,082 0.12Ю.05 0,036-0,23 0.28+0.29 0,042-1,16

пдк 0,01 - - 0,3 0,3 0,6

*1992-1993 гг. (Леонова и др., 2006); в числителе - среднее значение ±5Д в знаменателе - тт-тах

В настоящее время именно донные осадки становятся основным источником вторичного ртутного загрязнения экосистемы водохранилища. На верхнем участке водохранилища отмечены активно протекающие процессы сульфатредукции и повышенное поступление биодоступной органики в донные отложения (Коваль и др., 2008). Это при наличии в донных осадках более доступной для микроорганизмов сорбированной ртути должно стимулировать процесс микробиологического метилирования ртути, ее поступление в рыбу и пищевые цепи прибрежного населения. По нашим данным, порядка 86-97% ртути, содержащейся в рыбах Братского водохранилища, приходится на долю ее наиболее токсичной формы -монометилртути. Накопленные запасы ртути в донных отложениях Братского водохранилища и районах работы комбинатов «Саянскхимпласт» и «Усольехимпром» можно рассматривать как крупномасштабные экологические «мины замедленного действия». В Верхней части водоема, даже спустя 10-11 лет после резкого снижения техногенной эмиссии ртути, постоянно наблюдаются высокие концентрации ртути в планктоне, мышцах рыб (табл. 1), бентосе (от 0,03 до 0,4 мкг/г) и макрофитах (от 0,03 до 1,51 мкг/г).

Многолетние исследования ртутного загрязнения компонентов окружающей среды Братского водохранилища показали, что очищение его экосистемы от ртути, процесс растянутый во времени, на который влияют многие факторы, как природные, так и антропогенные. По нашим прогнозам, постепенное снижение концентраций ртути до безопасного уровня в компонентах окружающей среды Верхней части Братского водохранилища будет продолжаться еще не один десяток лет.

Глава 4. Влияние абиотических и биотических факторов на аккумуляцию ртути гидробионтами

Накопление ртути и других тяжелых металлов в гидробионтах различных трофических уровней зависит от комплекса внутренних и внешних факторов, находящихся в постоянной взаимосвязи и существенно влияющих друг на друга. К внутренним факторам следует отнести - питание (трофический статус), экологические и морфо-биологические характеристики гидробионтов, к внешним — гидрохимические, физико-химические и гидрологические показатели окружающей среды.

Установлено, что биогеохимическая реакция компонентов окружающей среды на изменение уровня воды в Братском водохранилище, и, как следствие, ртутного загрязнения, обладает разной степенью «инерционности». В маловодные годы концентрация ртути в воде, планктоне, водных растениях и рыбах резко возрастает (рис. 2), напротив, поверхностный слой донных осадков имеет максимальные ртутные показатели спустя год в период высокого уровня воды.

Повышение температуры воды в маловодные годы активизирует в донных осадках процессы биотического метилирования ртути, вызывая при этом увеличение уровня ее аккумуляции гидробионтами. В многоводные годы, следующие за периодами низкого уровня воды, отмечается противоположная закономерность — значительное уменьшение концентраций ртути в гидробионтах и резкое возрастание

Н$, мкг/г 0,9 -1

0,6 -

0,3

Уровень, см 800

- 600

- 400

200

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 -О— 1 -♦— 2 Г°ДЫ

ее содержания в поверхностном слое донных осадков. Большая амплитуда колебаний уровня водохранилища активизирует процессы размыва отложений и абразии

берегов, приводя к взмучиванию донных осадков и вторичному поступлению ртути в воду.

Рис. 2. Зависимость средних концентраций ртути в планктоне от уровня воды в Верхней части Братского водохранилища. 1 - Щ в планктоне, 2 -уровень воды.

В Верхней и в Окинской частях Братского водохранилища отчетливо выделяются станции с наиболее высоким содержанием ртути в планктоне (рис. ЗА). Эти станции соответствуют основным седиментационным барьерам водохранилища. Большая часть ртути, сорбированной на тонкой взвеси, выводится из водной толщи в осадок именно в барьерных участках, образуя зоны наибольшего загрязнения. Этим участкам соответствует и максимум летучих форм ртути в воде. Вторые, менее значимые, но выраженные пики содержания ртути в планктоне Верхней и Окинской частей водохранилища наблюдаются на станциях, расположенных в пограничных участках седиментационных зон (рис. ЗА). В этих районах, характеризующихся возрастанием глубин и замедлением течения, также обнаружены повышенные концентрации ртути в донных осадках. Здесь же установлено и максимальное загрязнение рыбы, что, безусловно, указывает на усиление процессов метилирования в донных осадках (рис. ЗБ). Следует отметить, что подобные пиковые повышения концентраций ртути в планктоне и рыбах отмечались на одних и тех же станциях во все годы исследований.

Верхняя ТДентральная Нижняя часть часть часть

1 - 2006 г.

2 - 2007 г.

3 - 2008 г.

Среднее

1 1ЭО

М1п-Мах

Район седиментационного геохимического барьера

1 г

'г. Усолье-Сибирское о. Конный пос. Молька пос. Балаганск

Рис. 3. Биоаккумуляция гидробионтами повышенных концентраций ртути в зонах седиментационных барьеров Братского водохранилища. (А) 1 - Hg в общем планктоне водохранилища, 2 - зоны основных седиментационных барьеров, 3 - пограничные участки седиментационных зон; (Б) накопление в мышцах окуня Верхней части водохранилища.

Качественный состав планктона Братского водохранилища значительно варьировал, меняя доминирующие группы планктона от станции к станции. Это дало возможность проследить изменения аккумуляции ртути планктонным сообществом в зависимости от общей биомассы и преобладания тех или иных групп планктонных организмов. Для этого были выбраны участки Братского водохранилища, не подверженные прямому воздействию стоков химических комбинатов, имеющие сходные содержания ртути в донных осадках и близкие гидролого-гидрохимические характеристики. Установлено, что при увеличении биомассы планктона Братского водохранилища содержание ртути в воде снижается, это происходит вследствие ее аккумуляции и абсорбции планктонными организмами (рис. 4А, Л=-0,87,/?<0,001).

0,006 1 0,2 п 100

-г 80

э 0,004 -1-1 2 „,„ Г-*, и

н м

1 0,002

02

Я о 0,16

ьа 3 0,12

с 0,08

рз

м) 0,04

X 0

0 10 20 30 0 20 40 0,03 0,08 0,13

А В планктона, 1/м3 Б В планктона, г/'м3 В Н§ в планктоне

Рис. 4. Зависимость конце ттрации ртути в воде (мкг/л) и планктоне (мкг/г) от биомассы общего планктона. В - биомасса; А - зависимость содержания ртути в воде от биомассы общего планктоне: Б - зависимость содержания ртути в планктоне от биомассы общего планктона; В -И) - зависимость содержания ртути в общем планктоне от биомассы зоопланктона (V) и фитопланктона (2)

Обнаружено, чтс увеличение биомассы планктона также влечет за собой уменьшение концентраций ртути в самом планктонном сообществе (рис. 4Б, Л=-0,85, /КО,001). Исследование показали, что в тех пробах, где по биомассе преобладал зоопланктон, отмечались повышенные концентрации ртути в общем планктоне (рис. 4В-1, /?=0,82,р<0,001) и, наоборот, с увеличением в пробах процентного содержания фитопланктона концентрация ртути уменьшалась (рис. 4В-2, #=-0,82,/КО,001). Такая закономерность объясняется более высоким трофическим уровнем зоопланктона, аккумулирующего ртуть как из воды, так и из объектов питания (в частности, фитопланктона и мелких беспозвоночных).

С увеличением доли фильтраторов в биомассе зоопланктона увеличивается и содержание ртути в общем планктоне (рис. 5А-2, Л=-0,78, /К0,001), обратная зависимость наблюдается у хищного зоопланктона (рис. 5А-1, й=0,80, /К0,001). Это связано с особенностями питания различных групп зоопланктона - фильтраторы помимо употребления в пищу фитопланктона и детрита, часто заглатывают минеральную и органическую взвесь, также сорбирующую на себе ртуть, в то время как хищный зоопланктон не фильтрует воду, а избирательно питается только мелкими беспозвоночными.

О 0,05 0,1 0,15 я планктоне

0 50 100

В диатомовых, %

0 50 100

В синезеленых, %

Рис. 5. Зависимость содержания ртути в планктоне (мкг/г) от биомассы различных групп планктона Братского водохранилища. В - биомасса; Л - зависимость содержания ртути в общем планктоне от биомассы разных групп зоопланктона: 1) фильтраторы; 2) хищный планктон; Б, В - зависимость содержания ртути в общем планктоне от биомассы диатомовых (Б) и синезеленых водорослей (В).

В отличие от зоопланктона, планктонные водоросли могут накапливать ртуть только из воды. С увеличением биомассы диатомей содержание ртути в планктоне понижается (рис. 5Б, Н=-0,74, /т<0,001). Противоположная связь наблюдается у синезеленых водорослей - при их высокой биомассе концентрации ртути в общем планктоне были повышены (рис. 5В, Я =0,73, р<0,001).

В незагрязненных экосистемах Иркутского водохранилища и оз. Байкал, а также в районах Братского водохранилища, удаленных от источников техногенного воздействия, у рыб различных трофических статусов наблюдаются значимые положительные корреляционные зависимости между уровнем накопления ртути в мышцах и биологическими показателями - длиной тела, массой и возрастом рыб. Так, например, содержание ртути в окуне Иркутского водохранилища коррелировало с длиной тела (й=0,82, р<0,0001), весом (й=0,85, р<0,0001) и возрастом (Л=0,88, р<0,00001) рыб. Напротив, подобные корреляционные связи отсутствовали у рыб из наиболее загрязненной ртутью Верхней части Братского водохранилища. Главным образом, это связано с очаговостью загрязнения ртутью донных осадков Верхней части водохранилища, а как следствие, и объектов питания рыб, а также миграцией части рыб из более чистых районов водоема. Между накоплением ртути и полом рыб корреляционных связей обнаружено не было ни в одном из исследуемых водоемов.

Пищевая диета и биотоп обитания гидробионтов в существенной мере воздействуют на уровни биоаккумуляции ртути. На примере эндемичных обитателей оз. Байкал - рогатковидных рыбах и амфиподах, показано как кардинально отличающаяся среда обитания - открытые воды и донные осадки озера, влияет на уровни накопления ртути гидробионтами в неподверженном техногенному воздействию водоеме. Глубоководные рыбы, обитающие на дне озера, накапливают ртуть на порядок больше, чем пелагические (рис. 6). Такие значительные отличия обусловлены как разными концентрациями общей ртути в воде и донных осадках, так и процессами метилирования ртути, преимущественно проходящих в анаэробных условиях на дне озера. В объектах питания пелагических рыб (зоопланктоне, пелагических амфиподах и молоди рыб) доля МеЩ заметно ниже (от 16 до 37%), чем у аналогичных глубоководных донных обитателей (от 30 до 92%), что, несомненно, сказывается и на уровне аккумуляции МеН§ рыбами из разных биотопов (рис. 6).

0,35 0,30 0,25

«

a °'20 s

t 0,15 £

ra 0,10

X

I-

0,05 0,00 -0,05

Глубоководные донные Cottoidei

MeHg (85-97%)

о Среднее ■ ±SD T~ Min-Max

Пелагические Cottoidei

iii,

MeHg (61-92%)

B.n. B.m. P.m. C-d. C.a. e.g. Lb. As.a. C.b. C.I.

Рис. 6. Биоаккумуляция общей ртути (THg) байкальскими рогатковщ.ными рыбами из различных биотопов. B.n. - Batrachocottus nikolskii, В.ш. - В. multiradiatus, L.b. - Limnocottus bergianus, As.a. - Asprocottus abyssalis, P.m. -Procottus major, C.d. - Comephorus dybowski, C.b. -C. baicalensis, C.a. - Cottocomephorus alexandrae, C.i. - C. inermis, C.g. - C. grewingkii

100 90

so

° Среднее ■ ±SD I Min-Max

Некрофаги

Глубоководные амфиподы Прибрежные амфиподы Пелагические амфиподы

Эврифаги ¡¡i Планктофаги

ТНд (0,090,19 мкг/г) ТНд (0,0080,01 мкг/г) ТНд (0,007 мкг/г)

Om.al. Om.fl.

E.vir. E.ver. M.br.

E.het.

Рис. 7. Биоаккумуляция метилртути (MeHg) в байкальских амфиподах, занимающих различные экологические ниши.

От. fl. - Ommatogammarus flams, Om.al. -О. albinus, E.vir. - Eulimnogammarus viridis, E.het. - E. heterochirus, E.ver. - E. verrucosus, M. br. - Macrohectopus branickii

Накопление ртуги байкальскими амфиподами, занимающими различные экологические ниши, прежде всего, зависит от их диеты, а, следовательно, и от их трофического уровня. Так, например, представители рода Ommatogammarus, являясь облигатными некрофагами, питаются трупами погибших животных, преимущественно рыб, которые уже содержат высокие процентные концентрации Ме^ (до 95 %), имеют самые высокие уровни биоаккумуляции ртути среди амфипод (рис. 7). В то время как, в пелагических амфиподах МасгоЬес1орш Ьгатскп обнаружены самые низкие уровни аккумуляции ртути (рис. 7), т.к. объектами питания этих ракообразных является фито- и зоопланктон, накапливающие ртуть в низких концентрациях и с малой долей Ме^ (8 и 16 %, соответственно). Таким образом, биотоп обитания, трофический уровень гидробионтов и объектов их питания являются основополагающими факторами биоаккумуляции ртути.

Глава 5. Биоаккумуляция ртути в пищевых цепях оз. Байкал и Ангарских водохранилищ

На примере однотипных пищевых цепей гидробионтов Иркутского и Братского водохранилищ исследованы закономерности биоаккумуляции ртути в водоемах, резко отличающихся по техногенной ртутной нагрузке. В обоих водохранилищах исследованы аналогичные пищевые цепи: 1) вода - фитопланктон - зоопланктон - окунь; 2) вода - фитопланктон - зоопланктон - молодь рыб - окунь; 3) донные осадки - зообентос - окунь. В фитопланктоне обоих водоемов доминировала диатомовая водоросль - Fragilaria сго1опет15, в зоопланктоне -

ВарЪта %сйеа1а и Мезосус1орз кискаШ. Из зообентоса были выбраны наиболее массовые представители амфипод — ОтеИпо1с1ез /дасг'ай«. Для расчетов использовались средние значения содержания ртути в воде, донных осадках, планктоне, молоди плотвы и одновозрастных окуней. Установлено, что коэффициенты биоконцентрации (СБ) ртути окунем относительно ее содержания в воде в Иркутском и Братском водохранилищах отличались более чем на порядок -1,бхЮ4 и 4,0*105, соответственно (рис. 8).

ВОД Ч ((1.01100025 mi л) ВОДА (0,0000043 мг/л)

I \ К ,=160(10 С ' ' \ к',=399302

Ка=2240 ; ка=4000\ Ч Ка=8372 ¡К^50т\ \

' Ка=3600 ! \ окунь > Ка=29302 ! \ «куш.

фит о план кто»,' ' У , фитопланктон/

\ I кб=4 \

\ /Кб=4,4 Ка=5120 '

Кб = 1,6 'S N /

Ч у/] молодь рыб v •'

\„г...... /Кб=13^;..........К> Ка=15814/

Кб tA

. , , молодь рыб \ / у =г ' / кб=3.1 ' ,< кб=25,3

зоопланктон 'Kg=l,l j ^д | ,оопланктоИ-Кб=1,7 f |

\о=0,64 кД9 / Ко=0,35/' зообентос

' / 1 / ,-г

А ДОННЫЕ ОСАДКИ (0,011 mi /кг) Б ДОННЫЕ ОСАДКИ (0,33 мг/кг)

Рис. 8. Особенности биоконцентации и биомагнификации общей ртути в пищевых цепях Иркутского (А) и Братского водохранилищ (Б) по данным 2008 г. Сплошными стрелками обозначены коэффициенты биомагнификации (Кб) (отношение концентраций THg хищник/жертва), пунктирными — коэффициенты биоконцентрации THg гидробионтами относительно ее содержания в воде (Ка) и донных осадках (К0)

В стабильной экосистеме Иркутского водохранилища с фоновыми содержаниями ртути во всех компонентах окружающей среды, коэффициенты биомагнификации (увеличение концентраций при трофической передаче — BMF) на всех трофических уровнях невысокие и не изменяются более чем в 4 раза. Напротив, в Братском водохранилище, находящемся под сильным воздействием техногенного ртутного загрязнения, разброс значений коэффициентов биомагнификации может быть выше одного порядка, что указывает на нестабильность экосистемы водоема. Низкие коэффициенты бентос/донные отложения (значительно меньшие 1), свидетельствуют о существующем техногенном загрязнении донных осадков неорганической ртутью, которая в существенно меньшей степени аккумулируется в биоте. Следовательно, коэффициенты биоаккумуляции ртути гидробионтами в разных пищевых цепях дают наиболее объективную биогеохимическую оценку водным экосистемам, что порой затруднительно сделать по разовым (точечным) исследованиям воды и донных отложений.

Пелагическая пищевая цепь озера Байкал, конечным звеном которой является млекопитающее - байкальская нерпа, может рассматриваться как показательная

модель процесса биотической миграции ртути в незагрязненных природных водоемах. Для оценки уровня биоаккумуляции ртути байкальскими гидробионтами в данной работе использовалась упрощенная модель трофических связей в пелагиали озера (табл. 2). Диатомовые водоросли — самые массовые представители фитопланктона Байкала относятся к первому трофическому уровню. Они служат пищей мезозоопланктону и частично макрозоопланктону (пелагическим амфиподам), которые в свою очередь являются главной составляющей диеты пелагической рыбы - малой голомянки. Питание байкальских тюленей основано на потреблении малой голомянки, занимающей около 70% в составе их пищи.

Таблица 2

Факторы биоконцентрации (CF) и биомагнификации (BMF) ртути в пелагической трофической цепи оз. Байкал

Трофический уровень Виды n THg, мкг/г IHg, % MeHg, % CFxlO5 BMF

Фитопланктон (продуцент) Aulacoseira baicalensis 4 0,0031 92 8 0,12 1,6

Мейозоопланктон (консумент 1 порядка) Epischura baicalensis 7 0,005 84 16 0,20

1Л

Макрозоопланктон (консумент 1 -2 порядка) Macrohectopus branickii 5 0,0055 69 31 0,22

5,1

Рыбы (консумент 2 порядка) Comephorus dybowski 51 0,028 25 75 1,12

11,6

Нерпа (консумент 3 порядка) Phoca sibirica 1* 0,325 17 83 13,0

*Для расчётов использовался показатель средней концентрации ртути в теле взрослых нерп; средняя концентрация Ну, в фильтрованной воде Байкала-0,00025 мкг/л (Меи1етап е! а1, 1995).

Учитывая описанные выше трофические отношения, можно утверждать, что полученные результаты свидетельствуют о слабой биомагнификации ртути на низших трофических уровнях (фитопланктон - мезозоопланктон, мезозоопланктон -макрозоопланктон) в сравнении с высшими трофическими звеньями «рыба - нерпа», где BMF достигает 11,6. Биомагнификация ртути на отрезке пищевой цепи «макрозоопланктон - рыба» существенно выше, чем на нижних трофических уровнях, но несоизмеримо меньше BMF в тюленях (табл. 2). Степень биомагнификации ртути гидробионтами с различным трофическим статусом сильно отличается, что, вероятно, связано с разным процентным содержанием MeHg в объектах питания. Вычисленный коэффициент биоконцентрации (CF = 4,0><106) для ртути в печени разновозрастных байкальских нерп (от 0,125-15 лет) демонстрирует высокую степень усвоения ртути организмом, в значительной степени превышающую выведение в ходе биологических процессов. По сравнению с ртутью, фактор концентрации других элементов в печени тюленей был значительно ниже и варьировал в промежутке от < 3,5><102 для Si, Sr, Ва до 3,5><104 для Cd (рис. 9).

500000 -

50000-

5000-

Токсичные элементы

500 J

Микроэлементы

• Макроэлементы + О Мо, 81, Бг, Ва

в! Бг Са Ва Мд Мз Ыа К №> гп А1 Си Ре Сс1 Нд

Рис. 9. Коэффициенты биоконцентрации химических элементов в печени байкальской нерпы относительно их содержания в воде оз. Байкал.

С целью определения уровня накопления ртути в различных органах и тканях разновозрастных байкальских тюленей рассмотрены три группы животных: первогодки (возраст 1-1,5 месяца), неполовозрелые (возраст 1-2 года) и взрослые 8-

летние тюлени. Полученные результаты показали сходство распределения ртути в организмах первогодков, неполовозрелых и взрослых нерп вне зависимости от типа их питания (молоко или рыба). Наименьшее накопление ртути происходит в костной ткани и подкожном жире животных (рис. 10). У всех исследованных тюленей наибольшие концентрации ртути отмечены в органах детоксикации и выделения продуктов метаболизма - печени и почках, а также в волосяном покрове. Эти органы способны аккумулировать ртуть в концентрациях, на порядки превышающих её содержание в других органах и тканях тюленей. Печень принимает на себя основную ртутную нагрузку, концентрация ртути в ней может достигать у байкальских тюленей 30 мкг/г сух. веса. Волосяной покров байкальских тюленей выполняет очень важную функцию выведения ртути из организма и дальнейшего ее удаления в период линьки. В других органах и тканях ее концентрации были невысокими и изменялись в пределах одного порядка (рис. 10).

Рис. 10. Средняя концентрация общей ртути в органах и тканях разновозрастных байкальских поленей. 1 - первогодки (1-1,5 месяца), 2 - неполовозрелые (1— 2 года), 3 - взрослые - (8 лет); П

- пища (щенки - молоко; 1-8-летние - рыба), Ж — желудок, К

- тонкий отдел кишечника, Тк -толстый отдел кишечника, Пч -печень, Кр - кровь, Сд - сердце, Л - легкие, Мо - мозг, Се -селезёнка, М - мышечная ткань, По - почки, Кт - костная ткань; Жр - подкожный жир, Ко -кожа (эпидермис + дерма), В — остевые волосы, Ск -содержимое кишечника.

0,001

Тк Пч Кр Сд Л

По Кт Жр Ко

Невысокое содержание ртути в мышечной ткани исследованных разновозрастных байкальских тюленей свидетельствует об эффективной барьерной роли печени. Этому может способствовать и активный синтез в мышцах металлотионинов - низкомолекулярных белков, которые, как известно (Каппап е1 а1., 2006), участвуют в детоксикации и регуляции уровня ртутной нагрузки.

Проведенные нами исследования не выявили существенных отличий в концентрациях ртути как у пойманных, так и найденных погибшими нерп из разных районов оз. Байкал. Учитывая, что нерпа представляет собой высшее звено трофической цепи, являясь объективным биогеохимическим показателем состояния всей экосистемы озера, можно утверждать об отсутствии существенных локальных источников загрязнения ртутью Байкала.

ВЫВОДЫ

1. Снижение техногенного поступления ртути в Братское водохранилище, после закрытия электролизного цеха предприятия «Усольехимпром» в 1998 г., не привело к полному устранению ртутного загрязнения его экосистемы. В настоящее время, зоной повышенных концентраций ртути в донных осадках, планктоне, бентосе и рыбе остается Верхняя часть водоема, протяженностью более 100 км. Во всех компонентах окружающей среды других частей водохранилища наблюдается снижение содержания ртути до уровней, близких к фоновым значениям (оз. Байкал и Иркутского водохранилище).

2. В маловодные годы концентрации ртути в гидробионтах различного трофического уровня резко увеличиваются и снижаются в поверхностном слое донных отложений. В многоводные годы наблюдается обратная тенденция. В районе основного седиментационного барьера Братского водохранилища, где происходят динамичные процессы выведения ртути из воды в донные осадки и вторичного ее поступления в водную среду, установлены наибольшие уровни накопления ртути гидробионтами.

3. Накопление ртути планктоном зависит как от значений биомассы общего планктона, так и от преобладания по биомассе тех или иных групп фито- и зоопланктона. У рыб оз. Байкал и Иркутского водохранилища выявлены позитивные корреляционные зависимости накопления ртути от их биологических показателей (длины, массы тела и возраста). В наиболее загрязненных участках Братского водохранилища такие корреляции нивелируются вследствие очаговости распределения ртути в донных осадках и миграции рыб из чистых районов.

4. Коэффициенты биоаккумуляции и биомагнификации ртути в пищевых цепях гидробионтов являются показателями ртутного загрязнения водоемов. Коэффициент биоаккумуляции ртути в окуне относительно ее содержания в воде загрязненного ртутью Братского водохранилища на порядок выше, чем для незагрязненного Иркутского (4,0*105 и 1,6*104, соответственно). Обратная закономерность наблюдается в аккумуляции ртути бентосом по отношению к донным осадков - 0,21 и 1,2, соответственно.

5. Наибольшая степень биомагнификации ртути в пелагической пищевой цепи оз. Байкал происходит на высших ступенях ее трофического переноса (рыбы —> нерпа). Уровень биоаккумуляции ртути гидробионтами пелагической пищевой цепи зависит от процентного содержания MeHg в объектах питания. У байкальской нерпы наибольшая аккумуляция ртути осуществляется в печени и почках. Эффективным механизмом элиминации ртути из организмов тюленей является её выведение в волосяной покров и удаление в период линьки. Коэффициент биоаккумуляции ртути в печени тюленей имеет наибольшие значения (4,0X106) по сравнению с аналогичными коэффициентами для других химических элементов.

Список основных публикаций по теме диссертации

Статьи в изданиях перечня ВАК РФ

1. Grosheva E.I., Voronskaya G.I., Pastukhov M.V. Trace element bioavailability in Lake Baikal // Aquatic Ecosystem Health and Management, 2000. - № 3. - p. 229234.

2. Ciesielski Т., Pastukhov M.V., Fodor Р., Bertenyi Z., Namiesnik J., Szefer P. Relationships and bioaccumulation of chemical elements in Baikal seal (Phoca sibirica) II Environmental Pollution, 2006. - V. 139. -№ 2. - P. 372-384.

3. Пастухов M.B., Матвеев A.H., Юрьев A.JI., Рыдов И.С. Некоторые черты биологии промысловых рыб Братского водохранилища в современный период // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН, 2007. - V. 2. - № 54. - С. 123-126.

4. Коваль П.В., Пастухов М.В., Бутаков Е.В., Азовский М.Г., Удодов Ю.Н. Ртуть в экосистеме Братского водохранилища и экологические последствия ртутного загрязнения. // Бюллетень МОИП, Отдел биологический, 2008. - Т. 113. - Вып. 4. - 80-87.

5. Пастухов М.В., Гребенщикова В.И., Шевелева Н.Г. Биогеохимические особенности накопления ртути планктоном Братского водохранилища (Прибайкалье) // Проблемы региональной экологии, 2009. - №1. - С. 42-47.

6. Шевелева Н.Г., Пастухов М.В. Зоопланктон Братского водохранилища в 20062007 гг. // Бюллетень МОИП, Отдел биологический, 2009. - Т. 114. - Вып. 6. - С. 9-14.

7. Ciesielski Т., Pastukhov M.V., Szefer Р., Jenssen В.М.. Bioaccumulation of mercury in the pelagic food chain of the Lake Baikal II Chemosphere, 2010. - V. 78. - № 11.— P. 1378-1384.

8. Азовский М.Г., Пастухов M.B., Гребенщикова В.И. Уровень накопления ртути в водных растениях как показатель загрязнения водоемов // Вода: химия и экология, 2010. - № 8. - С. 20-24.

9. Perrot V., Epov V.N., Pastukhov M.V., Grebenshchikova V.l., Zouiten C., Sonke J.E., Husted S., Donard O.F.X., Amouroux D. Tracing Sources and Bioaccumulation

of Mercury in Fish of Lake Baikal - Angara River Using Hg Isotopic Composition // Environmental Science & Technology, 2010. - V. 44. -№ 21. - P. 8030-8037.

10. Пастухов M.B., Эпов B.H., Чещельский Т., Алиева В.И., Гребенщикова В.И. Распределение и аккумуляция ртути в байкальской нерпе // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология», 2011. -Т.4.-№ 1.-С. 56-66.

11. Алиева В.И., Бутаков Е.В., Пастухов М.В., Андрулайтис Л.Д. Особенности техногенного загрязнения и формы переноса ртути в Братском водохранилище // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2011. -№ 5. -С. 431-438.

Статьи

12. Цыпылова H.A., Тайсаев Т.Т., Коваль П.В., Пастухов М.В., Андрулайтис Л.Д. Техногенное загрязнение ртутью рыб Осинского залива Братского водохранилища, экологический мониторинг // Вестник Бурятского государственного университета, 2008. - № 4. — С. 23-27.

13. Пастухов М.В., Гребенщикова В.И. Биоиндикация ртутного загрязнения Братского водохранилища // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология», 2008. - Т. 1. - № 2. - С. 132-135.

14. Юрьев А.Л., Пастухов М.В., Перминова С.А., Санникова А.И., Сергеева A.C., Самусёнок И.В. Биологическая характеристика окуневых рыб верхнего участка Братского водохранилища в современный период // Известия Иркутского государственной) университета. Серия «Биология. Экология», 2010. - Т. 3. - № 3,-С. 52-61.

Монографии

15. Коваль П.В., Бутаков Е.В., Виноградова Т.П., Пастухов МЗ., Удодов Ю.Н. Ртуть в биогеохимическом цикле Братского водохранилища и экологические последствия ртутного загрязнения / Глава в монографии «Изменение окружающей среды и климата, природные и связанные с ними техногенные катастрофы». - М.: ИФЗ РАН, 2008. - Т. IV. - С. 99-121.

Мат ериалы и т езисы конференций

16. Пастухов М.В., Андрулайтис Л.Д, Рязанцева О.С. Накопление и распределение ртути в органах и тканях рыб различного трофического статуса // Материалы Всерос. конф. «Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды» (24-30 сентября). - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2007. -С. 219-223.

17. Пастухов М.В., Гребенщикова В.И., Шевелева Н.Г. Оценка накопления ртути разными группами планктона Братского водохранилища // Материалы Всерос. конф. «Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды» (2430 сентября). - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2007. - С. 214218.

18. Пастухов М.В., Шевелева Н.Г., Поповская Г.И. Биоаккумуляция ртути планктоном Братского водохранилища // Материалы Ш Междунар. науч. конф. «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (17-22 сентября). - Минск: Изд-во БГУ, 2007. - С. 333-334.

19. Пастухов М.В., Гребенщикова В.И., Шевелева Н.Г., Алиева В.И. Биогеохимические аспекты ртутного загрязнения планктона Братского водохранилища (Иркутская область) // Материалы III Всерос. конф. по водной токсикологии «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (11-16 ноября). - Борок: Изд-во ИБВВ, 2008. - С. 70-74.

20. Пастухов М.В., Гребенщикова В.И., Андрулайтис Л.Д., Рязанцева О.С., Азовский М.Г. Биоаккумуляции ртути рыбами Братского водохранилища // Материалы III Всерос. конф. по водной токсикологии «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (11-16 ноября). - Борок: Изд-во ИБВВ, 2008,- С. 66-70.

21. Пастухов М.В., Гребенщикова В.И, Рязанцева О .С., Алиева В.И. Биоаккумуляция ртути в пищевых цепях окуня Иркутского и Братского водохранилищ // Материалы П Междунар. науч.-практ. конф. «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов» (26-28 мая). - Пермь: Изд-во «Книжный формат», 2009. - Т. II. - С. 335-340.

22. Алиева В.И., Пастухов М.В., Гребенщикова В.И. Оценка ртутного загрязнения воды и донных отложений Братского водохранилища // Материалы Междунар. конф. «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского» (3-4 июня). - Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2010.-Т. 1.-С. 14-19.

23. Epov V.N., Pastukhov М., Perrot V., Donard O.F.X., Grebenshchikova V.I., Tessier E., Monperrus M. and Amouroux D. Hg concentration, speciation and isotopic composition in biological samples from the Lake Baikal - Angara River ecosystem // 9th International Conference on Mercury as a Global Pollutant (Guiyang, China, June 7-12), 2009.-P. 39.

24. Grebenshchikova V.I., Pastukhov M.V. Mercuiy in biochemical cycle of the Bratsk reservoir and Program of demercurization of chlor-alkali production in Baikal region, Russia // 9th International Conference on Mercury as a Global Pollutant (Guiyang, Chin, June7-12), 2009. -P. 81-82.

25. Perrot V., Epov V.N., Pastukhov M.V., Tessier E., Grebenshchikova V.I., Sonke J., Donard O.F.X. and Amouroux D. Accumulation, speciation et isotopie du Hg dans le reseau trophique du Lac Baikal, Russie // SPECTR'ATOM 2009 (Pau, France May 11-14), 2009.-P. 132.

26. Epov V.N., Pastukhov M.V., Perrot V., Tessier E., Grebenshchikova V.I., Sonke J., Amouroux D., and Donard O.F.X. Speciation and isotopic signatures of Hg in the Lake Baikal - Angara River food-web // Goldschmidt (Davos, Switzerland, June 2126). - Geochimica et Cosmochimica Acta Supplement, 2009 - V. 73 - P. A334.

27. Пастухов М.В., Алиева В.И. Ртуть в пелагической трофической цепи озера Байкал // Тезисы докл. Междунар. конф. «Проблемы экологии. Чтения памяти профессора М. М. Кожова» (20-25 сентября). - Иркутск: Изд-во ИГУ, 2010. - С. 447.

28. Пастухов М.В., Ciesielski Т., Эпов В.Н., Гребенщикова В.И., Алиева В.И. Биоаккумуляция ртути в байкальской нерпе (Phoca sibirica) и ее трофической цепи // Материалы Междунар. симпозиума «Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты» (7-9 сентября). — М.: Изд-во Типографии Россельхозакадемии, 2010. - С. 304—309.

29. Alieva V.I., Pastufchov M.V., Epov V. N., Perrot V. Geochemical barrier of the Bratsk water reservoir (Russia) and its role in the migration of anthropogenic mercury // 10th International Conference on Mercury as a Global Pollutant (Nova Scotia, Canada, July 24-29), 2011. - P. 7.

30. Epov V.N., Pastukhov M.V., Perrot V., Husted S., Alieva V.I., Amouroux D., Grebenshchikova V.l. and Donard O.F.X. Comparison of mercury bioacumulation within a trophic-web for pristine and anthropogenically contaminated aquatic ecosystems // Goldschmidt (Prague, August 14-19). - Mineralogical Magazine, 2011. -V. 75. -№3. -P. 814.

Подписано в печать 12.04 2012. Формат 60x80 1/16. Бумага писчая белая. Печать RIZO. Уел печ.л.1.6. Отпечатано в типографии Института Земной коры СО РАН Тираж 150 экз. Заказ № 900

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Пастухов, Михаил Владимирович, Иркутск

61 12- 3/996

ФГГБ^У ипоТ Ге°ХИМИИ ИМ' АЛ1' "инофадова СО РАН ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет»

на правах рукописи ^_А

ПАСТУХОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

экологические аспекты аккумуляции ртути гидробиоитами

байкало-ангарской водной системы

Специальность 03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Стом Д. И.

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Матвеев А.Н.

Иркутск, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА РТУТИ И ЕЕ ПОВЕДЕНИЕ......................................................

В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ.........................

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Д^ТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ..................Ц

2-1. Характеристика водоемов и объектов исследования...................................."\д

2.1.1. Природные условия Байкало-Ангарской водной системы ...............................19

2.1.2. Краткая биологическая характеристика рассматриваемых в работе...............

гидробионтов............................

2.2. Методы и объекты исследования.......................................................................28

2.2.1. Районы работ. Отбор проб и пробоподготовка................ГГГГ................49

2.2.2. Биологический и химический анализ................

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА................................

РТУТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БРАТСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА... 62

3.1. Общая характеристика ртутного загрязнения Приангарья....................... "62

3.2. Ртуть в абиотических компонентах экосистемы............................ ..............64

3.2.1. Концентрации и распределение ртути в воде....................... .....................64

3.2.2. Формы переноса ртути в воде..................

3.2.3. Ртуть в донных отложениях.....

.......................................................... ^

3.3. Накопление и распределение ртути в гидробионтах.......................72

3.3.1. Планктон..........................

3.3.2. Водные растения................................................................72

3.3.3. Зообентос.....................................................^

3.3.4. Рыбы..................................................................................................................................

............................................................................................................................................32

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ АБИОТИЧЕСКИХ И БИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ............

НА АККУМУЛЯЦИЮ РТУТИ ГИДРОБИОНТАМИ........................................................99

4.1. Абиотические факторы

..............................................................................................

4.2. Биотические факторы

..............................................................................................................................................................107

ГЛАВА 5. БИОАККУМУЛЯЦИЯ РТУТИ В ПИЩЕВЫХ ЦЕПЯХ

ОЗ. БАЙКАЛ И АНГАРСКИХ ВОДОХРАНИЛИЩ.................................... ш

5.1. Поведение ртути в гидробионтах водоемов, в различной степени.................

подверженных техногенному воздействию....................

5.1.1. Аккумуляция ртути в однотипных пищевых цепеях Иркутского и Братского водохранилищ......

....................................................................................................121

5.1.2. Сравнительная характеристика накопления и распределение ртути в органах

и тканях окуня Иркутского и Братского водохранилищ......................................... ш

5.2. Биоаккумуляция ртути в пелагической трофической цепи оз. Байкал .............132

5.2.1. Биомагнификация и биоконцентрация ртути....................................................j35

в пелагической пищевой цепи оз. Байкал......................................................j

5.2.2. Особенности распределения и аккумуляции ртути в органах и тканях.........

байкальских тюленей

.................................................................................................137

5.2.3. Биоконцентрация ртути и других химических элементов в печени

байкальских тюленей, корреляционные зависимости накопления ртути 143

выводы.............

........................................................................................................148

ЛИТЕРАТУРА.......

.......................................................................................................150

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В эпоху техногенеза особенно остро встает проблема загрязнения окружающей среды, связанная с эмиссией различного рода поллютантов. Поступающие вещества, особенно в индустриальных районах зачастую становятся главными техногенными факторами, негативно влияющими на естественное развитие водных экосистем. Основную опасность представляет загрязнение нефтепродуктами, хлорорганическими соединениями и тяжелыми металлами. Среди последних особое место занимает ртуть, обладающая чрезвычайно широким спектром и разнообразием токсического воздействия на биоту и накапливающаяся в пищевых цепях гидробионтов преимущественно в наиболее токсичной метилированной форме (Сухенко, 1995; Кузубова и др 2000-Wood, 1974; WHO, 1990; Lucotte et al., 1999; Boening, 2000). Результатам исследований содержания и распределения ртути в абиотических и биотических компонентах пресноводных водоемов в последние два десятилетия посвящено большое количество публикаций (Леонова 2006; Пономаренко, 2006; Cizdziel et al 2003; Hope, Rubin, 2005; Chen, Folt, 2005 и др.). Однако и в настоящее время многие проблемы, касающиеся внутренних и внешних факторов, влияющих на процессы миграции, аккумуляции и трансформации ртути в гидробионтах различных трофических уровней, остаются недостаточно изученными.

Уникальной природной лабораторией для исследования поведения ртути в гидросфере является единая Байкало-Ангарская водная система, включающая в себя как естественный водоем - оз. Байкал, так и искусственные водохранилища -Иркутское, Братское и Усть-Илимское, созданные на реке Ангаре. Разнообразие ландшафтов, климатических, гидрохимических и гидрологических факторов позволяет использовать эти водоемы как модельные объекты для изучения биогеохимических циклов ртути в условиях с различным уровнем техногенного воздействия. Байкал - древнейшее и глубочайшее озеро планеты, с эндемичным животным и растительным миром. Относительно простые трофические связи в пелагической пищевой цепи Байкала, конечным звеном которой является млекопитающее - байкальский ттолень, а также относительное постоянство химического состава вод озера позволяют рассматривать этот водоём как

и

наглядную систему для изучения природных процессов миграции биоаккумуляции ртути в незагрязнённой водной среде. Напротив, Братское водохранилище, одно из крупнейших долинных водохранилищ мира, подвержено значительному техногенному загрязнению. В его бассейне сосредоточен основной индустриальный и аграрный потенциал, а также население Иркутской области. Техногенное ртутное загрязнение Братского водохранилища является одной из серьезных экологических проблем региона (Коваль и др., 1999, 2004, 2008; Руш и др., 2007). По своим масштабам оно сопоставимо с наиболее «громкими» случаями подобного рода в мире (Коваль и др., 2004), такими как Минамата (Takizawa, 1979), старательская добыча золота в Амазонии (Lacedra, Salomons, 1991), Павлодарский химический комбинат (Панин, Хлыстун, 2000) и другие. Исследование особенностей переноса и аккумуляции ртути гидробионтами различных трофических уровней в техногенно измененных условиях представляется особо актуальным для решения многих задач охраны окружающей среды и мониторинга ртутного загрязнения.

Цель исследований: изучить особенности и выявить закономерности

распределения, аккумуляции и миграции ртути в гидробионтах различных

трофических уровней водоемов с природной и техногенно измененной средой обитания.

Задачи исследований:

1. Провести комплексные мониторинговые работы для определения содержания ртути в биотических и абиотических компонентах экосистем Братского, Иркутского водохранилищ и оз. Байкал.

2. Оценить пространственно-временную динамику распределения ртути в биоте Братского водохранилища, выявить абиотические и биотические факторы, влияющие на накопление ртути гидробионтами.

3. Исследовать уровни биоаккумуляции и биомагнификации ртути в пищевых цепях Братского, Иркутского водохранилищ и оз. Байкал, установить закономерности распределения ртути в организмах рыб различных трофических статусов и байкальских тюленей.

Научная новизна и теоретическая значимость. Впервые приведены обобщенные результаты анализа ртутного загрязнения экосистемы Братского водохранилища, полученные в процессе мониторинговых наблюдений в период снижения техногенной эмиссии ртути (1998-2009 гг.). Определены уровни биоаккумуляции и биомагнификации общей ртути в пищевых цепях гидробионтов водоемов Байкало-Ангарской водной системы, в различной степени подверженных техногенному загрязнению. Выявлены абиотические и биотические факторы, влияющие на накопление ртути гидробионтами различных трофических уровней Байкало-Ангарской водной системы. Получены данные по распределению ртути в организмах рыб и байкальских тюленей в зависимости от физиологических особенностей их органов и тканей. Впервые для гидробионтов Братского водохранилища и оз. Байкал определены уровни накопления метилированной и неорганической ртути. Показана зависимость аккумуляции ртути гидробионтами от процентного содержания ее форм в объектах питания. Проведенные исследования аккумуляции, миграции и распределения ртути в пищевых цепях гидробионтов различных по техногенной нагрузке водоемов, предоставляют новую информацию для изучения биогеохимических циклов этого элемента.

Практическая значимость. Полученные в ходе мониторинговых работ данные по ртутному загрязнению компонентов экосистемы Братского водохранилища были представлены в Государственных докладах о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области за 2006-2011 гг. Составлены карты риска вылова загрязненной ртутью рыбы Братского водохранилища, которые переданы в Администрацию Иркутской области и Ангаро-Байкальское ТУ Росрыболовства. Результаты исследований были использованы при выполнении Государственного контракта "Демеркуризация цеха ртутного электролиза в г. Усолье-Сибирское Иркутской области" и при разработке Программы комплексного социально-экономического развития г. Иркутска на 2008-2020 гг. в разделе «Охрана окружающей среды и экономическая безопасность, экологическая политика». В 2007 г. получен акт внедрения материалов исследований по теме «Микроэлементы, тяжелые металлы, стойкие органические загрязнители в окружающей среде и их влияние на здоровье жителей г. Иркутска». Материалы по

многолетним исследованиям ртутного загрязнения экосистемы Братского водохранилища в период снижения техногенной эмиссии ртути могут быть использованы для прогнозной оценки динамики загрязнения других водных экосистем.

Защищаемые положения:

1. Снижение техногенной эмиссии ртути в Братское водохранилище (1998 г.) привело к уменьшению ее концентраций в гидробионтах Центральной и Нижней частей водоема. В Верхней части водохранилища, вследствие вторичного поступления ртути из донных осадков, в гидробионтах сохраняются концентрации ртути, превышающие фоновые и допустимые остаточные концентрации.

2. В пелагической пищевой цепи оз. Байкал коэффициенты биомагнификации ртути на разных трофических уровнях значительно отличаются и зависят от соотношения ее форм в объектах питания гидробионтов. Основную роль в распределении и удалении ртути из организмов байкальских тюленей играют печень, почки и волосяной покров. Ртуть в печени байкальских нерп имеет наибольший коэффициент бионакопления по сравнению с другими химическими элементами.

3. В гидробионтах водоемов с различной степенью техногенной нагрузки (оз. Байкал, Иркутском и Братском водохранилищах) накопление ртути зависит от абиотических (геохимических и гидрологических показателей окружающей среды) и биотических (трофический уровень, линейно-весовые показатели, возраст, экологические и физиологические особенности гидробионтов) факторов.

Публикации. Основные положения работы изложены в 60 публикациях: 14 статей в российских и зарубежных журналах, из которых 11 входят в Перечень ВАК РФ, 1 глава в монографии, 7 Государственных докладов о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области и оз. Байкал, 39 материалов и тезисов конференций.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях различного уровня. Международные конференции: «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2006), «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная

трансформация, качество воды» (Минск-Нарочь, 2007), «Проблемы экологической геохимии в XXI веке» (Минск, 2008), «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов» (Пермь, 2009), «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского» (Тамбов,2009), «Проблемы экологии в современном мире в свете учения В.И. Вернадского» (Тамбов, 2010), «Проблемы экологии. Чтения памяти профессора M. М. Кожова» (Иркутск, 2010), «Spectr'atom» (Pau (France), 2009), «Goldschmidt» (Davos, 2009; Prague, 2011), «Mercury as a Global Pollutant», (Guiyang (China), 2009; Halifax, Nova Scotia (Canada), 2011). Всероссийские научные конференции: «Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды» (Иркутск, 2007), «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (п. Борок, 2008) и др.

Личный вклад автора. Постановка целей и задач исследования, отбор проб, лабораторные исследования, биологический анализ, статистическая обработка, обобщение и интерпретация результатов были выполнены лично автором или при его непосредственном участии.

Работа выполнена в ФГБУН Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН в рамках проектов НИР, Проекта 13/9 Программы РАН 13, Интеграционного проекта СО РАН №122, гранта РФФИ 05-05-64626-а, Международного российско-французского проекта «MerLaBa» программы «Cytrix ЕС2СО».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, иллюстрирована 30 рисунками и содержит 18 таблиц. Список литературы включает 228 наименований, из которых 145 русскоязычных и 83 зарубежных.

Благодарности. Автор искренне благодарит д.б.н. Д.И. Стома и д.б.н. А.Н. Матвеева за ценные советы и поддержку, сотрудников ИГХ СО РАН неизменных участников многочисленных полевых исследований к.б.н. М.Г. Азовского и к.г,-м.н. В.И. Алиеву за помощь в отборе материала и обсуждение данной работы, аналитиков ИГХ СО РАН Л.Д. Андрулайтис и О.С. Рязанцеву, выполнивших большой объем определений ртути, сотрудников ЛИН СО РАН д.б.н. Г.И. Поповскую и к.б.н. Н.Г. Шевелеву за помощь в определении качественных и

количественных характеристик планктона, зарубежных коллег: из Междисциплинарного Института Исследований Окружающей Среды и Материалов (Франция, По) - Ph.D. В.Н. Эпова, В. Перро, проф. О.Ф.К. Донара за совместные работы по изучению форм ртути; из Норвежского Университета Науки и Техники (Норвегия, Трондхайм) - Ph.D. Т. Чещельского за совместные исследования элементного состава байкальских гидробионтов. Особую признательность автор

выражает инициатору и координатору данных исследований д.г.-м.н. П.В. Ковалю

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА РТУТИ И ЕЕ ПОВЕДЕНИЕ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

В условиях современной техногенной нагрузки и попытки минимизировать ее воздействие на окружающую среду, большое внимание уделяется процессам, определяющих пути поступления, закономерности распределения, аккумуляции и форм миграции большого количества элементов, как в организме биологических объектов, так и в среде их обитания. Наибольшее количество работ посвящается неэссенциальным элементам (свинец, кадмий, мышьяк, ртуть), которые представляют наибольшую опасность для живых организмов, вследствие своей чрезвычайной токсичности (Мур, Раммамурти, 1987; Сает и др., 1990; Моисеенко и др., 2006; Моисеенко, 2009; Немова, 2005; Walker et al., 2001). Природа этих элементов имеет в больших случаях антропогенное происхождение, их попадание в окружающую среду происходит со сточными водами и атмосферными выбросами промышленных предприятий, дождевыми смывами с загрязненных промышленных и сельскохозяйственных площадей и т.д.

Ртуть относится к группе элементов, которые с одной стороны считаются сильно токсичными, а с другой стороны достаточно широко распространенными (Wood, 1974), встречающийся в небольших концентрациях во всех компонентах окружающей среды. Наибольшие природные концентрации ртути связаны с дегазацией земной коры, включая зоны ртутной минерализации. Примером могут служить горячие флюиды (содержание ртути достигает 100-200 мкг/дм3), участвующие в формировании таких месторождений и рудопроявлений ртути, как Сульфер-Банк, Стимбот, Монте-Амиата в США, Ньява в Новой Зеландии и др., а в конденсате из Маунтовского вулкана (Камчатка) концентрация ртути составляет 70 мкг/дм3 (Уайт, 1970; Сауков, 1972).

Ртуть принадлежит ко II группе Периодической системы, порядковый номер - 80, атомная масс 200,6 единиц и удельный вес 13,55 кг/дм3. Помимо элементарного состояния (Hg(0)) ртуть существует и в одновалентном (Hg(I)), и двухвалентном (Hg(II)) состояниях, причем в природной среде соединения (Hg(II)) встречаются значительно чаще, чем (Hg(I)). Важной геохимической особенностью ртути является то, что испарение последней происходит даже при температуре

ниже точки ее замерзания (-39°С), за счет чего создается «ртутная атм