Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Современные процессы формирования геохимического фона донных отложений залива Петра Великого

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

Автореферат диссертации по теме "Современные процессы формирования геохимического фона донных отложений залива Петра Великого"



1 Г плп -МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, I з и и И ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

МИНАЕВА Ольга Викторовна

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОХИМИЧЕСКОГО ФОНА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАЛИВА ПЕТРА ВЕЛИКОГО.

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов.

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1993.

Работа выполнена в лаборатории новейших отложений и палеогеографии плейстоцена географического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Научный руководитель - доктор географических наук, профессор

П. А. Каплин.

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

профессор В. В. Добровольский; кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Ю. П. Баденков

Ведущая организация - Институт океанологии Российской

Академии наук имени И П. Ширшова

Зашита состоитсягт)^г<слг(4%1993 года в час. ¿Я^ин. на заседании физико-географического специализированного совета при Московском государственном университете имени М. В. Ломоноса по адресу: 119899, Москва, ГСП, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, ауд. 1807.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан

¿9 1993 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат географических наук

Т. И. Кондратьева

Актуальность. Возрастающее техногенное воздействие вызывает интенсивное загрязнение окружающей среды. Этот негативный процесс достиг масштабов, потребовавших выделения геохимии техногенеза в самостоятельное научное направление (Ферсман, 1955; Лукашев, 1991).

В последнее время для оценки уровня загрязнения окружающей среды широко используются природные индикаторы, к которым относятся и донные отложения. Содержания элементов-зар-гязнителей в этих природных объектах позволяет определить степень антропогенной нагрузки на природный комплекс и оценить экологическую опасность для человека.

Изучение современных процессов формирования геохимического фона донных отложений имеет не только теоретическое, но и практическое значение для прогноза последствий антропогенного поступления металлов на акватории заливов, подвергающихся интенсивному техногенному воздействию (под геохимическим фоном мы понимаем общую элементную характеристику генетически однородных территорий, а также начальный уровень отсчета, превышение которого указывает на изменение геохимических параметров среды в районе исследования).

Рассматриваемые в работе тяжелые металлы (РЬ, Си, Сг, Ш) относятся по классификации ЮЗ к категории особо опасных загрязнителей, поскольку способны накапливаться в трофических цепях. Их избыточное поступление в организм человека приводит к возникновению как специфических заболеваний, так и ослаблению иммунитета, росту общей заболеваемости, алерги-ческим реакциям.

Среди проблем природопользования значительное место занимают вопросы, связанные с поступлением в окружающую среду промышленных и бытовых отходов. Наибольшее распространение во всем мире имеет сброс материалов драгирования при проведении дноуглубительных работ, связанных со строительтством и эксплуатацией портов. Однако, до настоящего времени не проводилось детального узучения отдаленных последствий воздействия дампинга на аквасистемы.

Диссертационная работа выполнена на материале геохимического обследования заливов второго порядка (Амурского, Ус. сурийского и Находка) залива Петра Великого Японского моря. Исследуемые акватории окружены наиболее густонаселенными и промышленно развитыми районами Южного Приморья. На побережье Амурского залива, которому в работе уделяется наибольшее

- г -

внимание, расположен крупный город-порт Владивосток с населением около 650 тыс. человек. Природные условия рассматриваемого региона благоприятны для закрепления в донных отложениях заливов тяжелых металлов. С этим связывается повышенная опасность интенсивного загрязнения названных акваторий и необходимость контроля за процессами формирования современного геохимического фона донных осадков заливов.

Целью работы является выявление особенностей современного процесса поступления и закрепления тяжелых металлов в донных отложениях изучаемых заливов и оценка степени антропогенного воздействия, в том числе и дампинга, на рассматриваемые природные процессы.

При этом решались следующие задачи: -изучение природных условий формирования современного геохимического фона донных отложений;

-выявление пространственной изменчивости концентраций рассматриваемых металлов, в том числе и форм различной степени подвижности, в донных отложениях Амурского залива;

-анализ вертикального распределения концентраций различных форм подвижности тяжелых металлов;

-индикация основных источников поступления микроэлементов; -выявление особенностей основных миграционных процессов, формирующих современный геохимический фон донных осадков;

-определение последствий влияния дампинга на донные отложения в заливах различной степени открытости.

Изученность района иследований.

Японское море является одним из наиболее изученных морей Дальнего Востока (Грамм-Осипов, 1975; Марков,1983; Мануйлов,

1990). Вместе с тем ощущается недостаток крупномасштабных геохимических работ. Имеются сведения о распределении некоторых тяжелых металлов в донных отложениях открытой части Японского моря (Страхов, 1973), бухты Рудная . (Шулькин,

1991). Достаточно подробно с геохимической точки зрения изучен Уссурийский залив (Шулькин, 1988). Получено представление об общем содержании тяжелых металлов в донных отложениях и в водной массе Амурского залива (Мамонтова, 1979; Аникиев, 1989). Однако, в донных отложениях залива не проводилось крупномасштабное изучение содержания микроэлементов и особенно их форм различной степени подвижности.

Методика исследований.

Полевые исследования. В связи с поставленными задачами

t I

было проведено обследование Амурского залива и районов дам-пинга в Уссурийском заливе и заливе Находка. В Амурском заливе было заложено 8 основных профилей, пересекающих акваторию залива с запада на восток. Среднее расстояние между профилями 5 км , расстояние между станциями опробования - 1,5 км. В районе, испытывающем наибольшее антропогенное воздействие (вдоль восточного побережья), частота отбора проб была увеличена до 3-4 на кв. км. Всего в Амурском заливе заложено 150 станций отпробования, в Уссурийском заливе - 9, в заливе Находка - 40.

Отбор образцов производился дночерпателем из средней части ковша. Стратиграфия осадка не нарушалась, что визуально контролировалось наличием ненарушенного верхнего слоя и прямыми ходами полихет. Пробы отбирались до глубины 16 см и разделялись на горизонты через 2 см. Послойный отбор образцов позволил определить особенности вертикального распределения содержания тяжелых металлов.

Аналитическая обработка. Для оценки процессов современного накопления тяжелых металлов в донных отложениях заливоз потребовалось изучение литолого-геохимических параметров осадков. Для этого в 880 образцах был проведен гранулометрический анализ (выполнен В СОИЗИ), исследованы щелочно-кис-лотные и окислительно-восстановительные условия. Определения рН (40 определений) и еН (67 определений) проводились по стандартным методикам.

В донных отложениях исследуемых акваторий изучалось валовое содержание тяжелых металлов и их формы различной степени их подвижности. Валовое содержание элементов определялось в лаборатории Бронницкой геолого-геохимической экспедиции ИМГРЭ методом группового количественного спектрального анализа. Всего было проанализировано 700 образцов. Проводилось определение Pb, Zn, Си, Ag, Sn, Kfo,.Сг, Ni, Со, Mn.

В настоящее время не существует единой унифицированной последовательной методики выделения различных форм нахождения микроэлементов. В работе использовалась методика, разработанная а ИОАНе для восстановленных осадков, к которым относятся донные отложения Амурского залива.

Для определения наиболее подвижных форм металлов использовалась вытяжка ацетатного буфера (CH3COOHNa+CH3COOH, рН=4,7). В целях выделения металлов связанных с органическим веществом и сульфидами проводилась пятикратная обработка пе-

рекисью водорода (Н202)с последующим переводом в 5% соляную кислоту (НС1). Аналитическим окончанием являлась пламенная атомная абсорбция на AAC "Hitachi 170-80". Определялись РЬ, Zn, Си, Cd, Сг, Ni. Всего было проведено 1656 элементоопре-деления подвижных форм тяжелых металлов и 1456 элементоопре-делений металлов, связанных с органическим веществом и сульфидами.

Математико-статистическая обработка результатов. Большой объем аналитического материала, необходимость сравнения результатов потребовали применения методов математической статистики и вычисления некоторых наиболее распространенных статистических показателей (X - математическое ожидание, с- -среднее квадратическое отклонение, г - коэффициент корреляции) . В целях выделения районов с одинаковым уровнем содержания тяжелых металлов в донных отложениях применялся кластерный анализ.

Картографическое представление. В работе использовались следующие способы картографического изображения: изолиний с послойной окраской, качественного и количественного фона, локальных диаграмм.

Новизна работы заключается в том, что впервые: -была составлена детальная карта-схема литолого-геохимических обстановок накопления тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива;

-проведено крупномасштабное изучение содержания тяжелых металлов различной степени подвижности в донных осадках; -

-выявлены закономерности вертикальной дифференциации распределения значений концентраций различных форм подвижности металлов;

-на основании особенностей пространственного и вертикального распределения тяжелых металлов в донных отложениях проведено зонирование акватории Амурского залива по характеру основных миграционных процессов;

-оценены последствия воздействия дампинга на донные отложения в заливах различной степени открытости.

Практическая значимость диссертации определяется возможностью использования ее результатов при планировании и нормировании сбросов как сточных вод города Владивостока, так и материалов дноуглубительных работ. Разработана методика опробования и предлагается набор аналитических методов для выявления последствий воздействия дампинга.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации изложены на заседании геохимической комиссии МФ ГО СССР (1989), НТС лаборатории новейших отложений и палеогеографии плейстоцена географического фалакультета МГУ (1993), лаборатории геохимии ландшафта ТИГа ДВО РАН (1993). По теме диссертации опубликовано 4 статьи. Методические рекомендации, картографические материалы, фактические данные, полученные в ходе работы над диссертацией использовались в ДВНШ по гидрометеорологии и контролю окружающей среды и в ПО "Дальморгеология".

Объём и структура работы. Диссертация изложена на235 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 80 рисунков. Работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 81 наименования, в том числе и 9 на иностранных языках.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю П. А. Каплину и научному консультанту Д. К. Евдокимовой. Автор благодарен так же A.B." Поротову, Н. К. Кулиничу, О. В. Зайцеву за научные консультации и помощь в отборе образцов, Г. А. Соловьеву, Т. Г. Суховой, Е. А. Шахпеньдорян и сотрудникам лаборатории геохимии ландшафта ТИГа под руководством А. Н. Качура за помощь в проведении аналитической обработки материала.

Содержание работы.

Введение.

Рассматривается актуальность избранной темы, научная новизна и практическая ценность проведенных исследований. Кроме того, обозначаются объекты исследований, формулируется цель работы, определяются задачи, направленные на решение поставленных вопросов.

Глава

Методология и методика работы.

Сложность и многоплановость поставленных задач обуславливает широкий спектр применяемых для их решения принципов и методов исследований.

В работе использовались как общенаучные принципы: системного подхода, исторического подхода (структурно-генетический метод и метод актуализма), метод экстраполяции, математический метод (математико-статистический), химико-аналитический; так и специфические географические методы: сравнительно-географический, картографический.

Подробно рассмотриваются химико-аналитичекий и математи-ко-статистический методы, поскольку их использование в работе имеет ряд особенностей.

В донных отложениях исследуемых акваторий проводилось определение валового содержания тяжелых металлов и их форм различной степени подвижности.

Для оценки техногенного воздействия на акватории рассматриваемых заливов использовались анализы, дающие возможность определить формы металлов, контролирующих экологическую обстановку. Это подвижные, малоподвижные и валовые формы тяжелых металлов в осадках заливов.

Валовое содержание тяжелых металлов позволяет получить общую характеристику элементного фона донных отложений. Наиболее подвижные формы тяжелых металлов, включая сорбированные и связанные с карбонатами, находятятся в постоянном обмене с придонной морской водой, способны вступать в реакции ионного обмена, переходить в водную массу, доступны гидроби-онтам. Тяжелые металлы, связанные с органическим веществом и сульфидами способны оказывать не только токсическое воздействие на гидробионтов, благодаря значительной биологической доступности, но и вторично загрязнять придонные воды, вследствии того, что биотурбация и взмучивание в периоды экстремальных штормов могут приводить к изменению окислительно- восстановительных условий донных отложений, разрушению сульфидов и переходу связанных с ними форм металлов в раствор.

При рассмотрении математико-статистического метода особое внимание уделялось кластерному анализу. Отмечается, что наиболее информативные результаты получаются при нормировании по X , использовании в качестве меры сходства евклидова расстояния, проведении агломерационной иерархической процедуры по принципу "дальнего соседа".

В настоящее время нет общепризнанного показателя уровня загрязненности морских донных отложений тяжелыми металлами. Лондонская Конвенция по дамнингу (1972) определяет степень загрязнения донных осадков по отдельным металлам. Однако в реальных условиях обычно отмечается увеличение содержания нескольких металлов-токсикантов, возникают ассоциации химических элементов. Количественной мерой состояния природного комплекса является суммарный показатель загрязнения, представляющий собой аддитивную сумму превышений коэффициентов

- 7 -

концентрации над единичным (фоновым) уровнем.

Глава 2^

Характеристика района исследований.

2.1. Физико-географическая характеристика.

Рассматриваемые в работе заливы Амурский, Уссурийский и Находка являются заливами второго порядка залива Петра Великого Японского моря.

В тектоническом плане изучаемый район относится к Южно-Приморской зоне кайнозойской складчатости. История его развития показывает, что аквальные комплексы изучаемых заливов еще достаточно молоды. Формирование современной береговой линии еще не завершено, что может привести к изменению уровня природного фона тяжелых металлов в осадках заливов, вызванное интенсивным размывом берегов и понижением базиса эрозии рек, впадающих в рассматриваемые заливы. Последнее особенно важно поскольку изучаемый район соседствует с областями рудной минерализации. В донные осадки Амурского залива возможно повышенное поступление Ге, 5п, Си, Ш.

Современные донные отложения представлены пелитами и алеврито-пелитами в кутовых и центральных частях заливов и псаммитами в наиболее мористых частях.

В геоморфологическом плане берега рассматриваемых заливов относятся к типично риасовому типу. Современный подводный рельеф изучаемых акваторий представляет собой затопленную равнину, осложненную реликтовыми системами речных долин и подводной морской террасой.

Исследуемый район расположен в области муссонной атмосферной циркуляции умеренных пояса. Зимой преобладает сухая малооблачная погода с сильными ветрами северных румбов. Средняя температура января составляет -13,5°. Летом стоит теплая, пасмурная погода с моросящими дождями. Средняя температура самого теплого месяца года - августа равна +21* Основной сезон выхода тайфунов длится с июля по сентябрь. Внутренние части заливов покрываются льдом сроком до трех месяцев.

Гидродинамические особенности рассматриваемых заливов зависят от характера береговой линии, степени связи с открытым морем, рельефом дна. На большей части акватории заливов определяющим является ветровое волнение. Его направленность совпадает с направлением господствующих в каждый сезон ветров. Высота волн невелика, чаще всего наблюдаются волны

высотой менее 0,25 м (50-60%).

Рассматриваемые заливы расположены в пределах Южно-Приморского округа Северо-Японской провинции Тихоокеанской бо-реальной биогеографической области. Вблизи границы с субтропической биогеографической областью. Это определяет распространение как бореальных, арктических, так и субтропических видов живых организмов.

2. 2. Характеристика источников поступления тяжелых металлов.

Исследуемый регион расположен достаточно далеко от крупных промышленных центров, техногенное воздействие которых может существенно изменить показатели природного элементного фона, что дает возможность проследить влияние локальных источников загрязнения.

В Амурском заливе таким источником является город Владивосток. В городе расположено более 200 предприятий машиностроительной, деревообрабатывающей, рыбной, пищевой и строительной промышленности, функционируют 2 ТЭЦ, нефтебаза. Владивосток является крупной военно-морской базой. Значительную долю в промышленности города составляют производства, связанные с военно-промышленным комплексом, что затрудняет детальную характеристику основных источников загрязнения изучаемых акваторий.

Основной вклад в антропогенное поступление металлов вносят сточные воды (120 млн. куб. м в год) из которых 65% поступает без очистки, нормативно очищено только 8,1%. Основная доля (98%) сточных вод приходится на стоки промышленных предприятий. Учитывая структуру промышленности Владивостока, и опираясь на результаты исследований в других городах, можно предположить, что на акваторию Амурского залива будет происходить дополнительное поступление Ай, СсЗ, 1п, 5п, РЬ, Си, Со.

Определенный вклад в загрязнение акватории залива вносит сток реки Раздольной. Основным источником загрязнения которой является город Уссурийск. В 20 км по течению ниже города Уссурийск в воде отмечалось повышение содержания Си и Сг.

Значительный вклад в загрязнение Амурского залива и исследуемых районов Уссурийского залива и залива Находка вносят процессы сброса различных отходов (дампинг). Сброс материалов драгирования на акватории изучаемых заливов может привести к дополнительному поступлению Сс1, РЬ, Си, гп, Сг.

- 9 -Глава

Литолого-геохимические условия современного накопления тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива.

Морские осадки представляют собой сложные природные образования, формирующиеся под воздействием различных природных факторов. В результате их взаимодействия формируются основные миграционные процессы: поступление, накопление, транзит, вынос. На интенсивность этих процессов влияют: приуроченность к определенной геоморфологической позиции, гранулометрический состав, гидродинамический режим акватории, фаци-альные условия осадкообразования, геохимические условия донных отложений.

Геоморфологическое положение позволяет охарактеризовать интенсивность процесса поступления вещества, его накопление или вынос. На основе батиметрических карт и данных приводимых в литературных источниках составлена детальная схема геоморфологического районирования Амурского залива. На ее основе делается вывод о том, что в северной части залива возможно активное закрепление загрязнителей.

На основании данных гранулометрического анализа образцов донных отложений и результатов опубликованных в ряде работ (Васильев, Марков, 1974; Структура осадков ..., 1983) была составлена схема распределения типов донных отложений Амурского залива. Анализ этой схемы показывает, что на большей части залива физические характеристики донных отложений благоприятны для закрепления в них тяжелых металлов.

Гидродинамические условия оказывают существенное влияние на накопление и перераспределение вещества. Участки дна, подвергающиеся волновой переработке, расположены у берегов и занимают незначительные площади акватории Амурского залива (Орбов, 1987). В целом гидродинамические условия Амурского залива достаточно спокойны, что способствует активному закреплению тяжелых металлов в осадках залива.

Накопление элементов в донных отложениях является частью общего процесса современного осадкообразования. Акватория Амурского залива находится преимущественно в области поставки и распределения материала в тонкой взвеси (Марков, 1983).

Анализ пространственной дифференциации условий осадкообразования свидетельствует о преобладании в Амурском заливе лагунно-бухтовой группы фациальных условий, наиболее благоприятной для накопления в донных отложениях залива тяжелых

- 10 -

металлов (Структура осадков ... , 1983).

Поведение химических элементов в донных отложениях и особенности трансформации техногенных веществ определяются некоторыми геохимическими параметрами среды (окислительно-восстановительными и щелочно-кислотными условиями). Результаты наших определений рН и Е1т донных осадков показали, что на большей части залива создаются геохимические условия не благоприянтные для миграции тяжелых металлов и приводящие к их фиксации.

В результате комплексного анализа, приведенных выше природных параметров, была составлена схема литолого-геохимических обстановок современного осадконакопления тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива. Выделены четыре области. 1. Область современного поступления. Расположена в приустьевых частях и около аккумулятивных берегов (под поступлением мы понимаем активное накопление вблизи источников поставки вещества). 2. Область накопления. Занимает днища па-леодолин, террасовидные поверхности. 3. Область транзита. Выделяется на склонах различной крутизны. 4. Область современного выноса. Отмечается около абразионных берегов а также в районе морской террасы, подвергающейся в настоящее время размыву. Каждая область подразделяется на ряд зон.

Бухта Золотой Рог испытывает настолько сильное . антропогенное воздействие от расположенного на ее акватории портового комплекса и судоремонтного завода, что выделить природную составляющую накопления тяжелых металлов не представляется возможным.

Глава

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива.

Средние значения концентраций тяжелых металлов в донных 'отложениях исследуемых районов приведены в таблице 1. Доля металлов, связанных с органическим веществом и сульфидами, в осадках Амурского залива достаточно велика. Для металлов группы железа она составляет 20% от валового содержания, а для халькофильных элементов - 40-60%.

Содержание наиболее подвижных форм напротив невелико и составляет 1,5-7,6% от валовых форм. В донных отложениях районов, испятываюших техногенное давление, доля наиболее подвижных форм несколько возрастает до 10% для РЬ и 25% для 2п.

Выделяются две группы элементов, распределение содержа-

Таблица 1.

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залиЕа (мг/кг).

Средние значения концентраций металлов (мг/кг)

РЬ Си N1 Сг Мп 2п 5п Мо Аг Со

. Амурский залив * валовое содержание Су (%),п=500 44 40 32 39 30 40 65 35 125 39 ело ГО 1 5,0 42 3,0 41 0,22 61 10 42

формы, связанные с органическим веществом и сульфидами 27 22 7.1 13. 4 47 59 _ _ _

наиболее подвижные формы 2.9 1.5 0.8 0.8 8 - - - -

Шэльфовая зона Тихого океана (Страхов, 1973) 10 64 50 75 - 85 - - - 12

Кларк литосферы (Виноградов,1962) 16 43 58 83 100 83 2,5 1Д 0,07 18

а Су - коэффициент вариации, п - размер выборки.

ния которых в донных осадках Амурского залива достаточно тесно связаны между собой (значения коэффициентов корреляции больше 0,5). К первой группе относятся так называемые халь-кофильные элементы (Pb, Zn, Си, Ag) а также Sn и Мо. Вторую группу образуют элементы группы железа, в которую вместе с ним входят Mil, Со, Ni, Сг (Перельман, 1989).

Характер распределения металлов в южной части залива является общим для обеих групп. Содержание элементов всех изученных форм подвижности находится на уровне средних значений по заливу. Вертикальное распределение концентраций металлов практически равномерно.

На остальной акватории залива каждая из названных групп элементов характеризуется определенным типом пространственной и вертикальной дифференциации. В качестве примера в автореферате приведены карто-схемы распределения содержания РЬ и Ni (Бис. 1-6), как наиболее типичных элементов для своих групп.

Участки дна с повышенным содержанием халькофильных элементов приурочены к северо-восточного побережью и устью реки Раздольной. С приближением к берегу концентрайции металлов постепенно увеличиваются. Наибольшие значения отмечены в бухте Кирпичного Завода и в районе полуострова Шкота (на некотором удалении от берега), что обусловлено лиголого-геохи-мичесмким особенностями осадков, и локализацией в этом районе основных источников поступления металлов. В бухте Кипич-ного Завода основное поступление элементов происходит со сточными водами, сбрасываемыми непосредственно в названную бухту, а так же в Первую и Вторую Речки. В донных отложениях района мыса Токаревского повышенное содержание металлов связано с воздействием сброса грунтов из бухты Золотой Рог (по классификации Лондонской Конвенции по дампингу (ЛКД) осадки бухты относятся к категории умеренно-загрязненных, а на некоторых участках и к категории загрязненных грунтов).

Вертикальное распределение металлов в кутовой части характеризуется обогащением верхних слоев осадка халькофильны-ми элементами.

В центральной части залива и около полуострова Шкота формируется геохимический сероводородный барьер, на котором происходит накопление металлов (валовое содержание и формы, связаные с органическим веществом и сульфидами). В районе полуострова Шкота дампинг привел к усилению влияние геохими-

Содержание Рь в наилках Амурского залива в мг/кг

С

50 75 (оо

.Глубина ю колонки см

Содержание ЗУ Рь (мг/кг)

ТОМ

Рдс. I. Карта-схема распределения содерлгания Рь

в наилках Агдурского залива (валовое содержание).

Рис. 2. Карта-схема распределения содержания Рь

в наилках Амурского залива (формы, связанные с органическим веществом и сульфидами Условные обозначения к диаграммам см. Рис. I.

Рис. 3. Карта-схема распределения содержания Рь

в наилках Амурского задива (наиболее подвижные формы,)

Условные обозначения к диаграммам см. Рис. I.

Рис. 4. Карта-схема распределения содержания М(

в наилках Амурского залива ( валовое содержание,) Условные обозначения к диаграммам см. Рис. I.

Рис. 5. Карта-схема распределения содержания М

в наилках Амурского залива (формы, связанные с органическим веществом и сульфидами). Условные обозначения к диаграмглам см. Рис. I.

Рис. 6. Карта-схема распределения содержания N1

в наилках Амурского залива (наиболее подвижные

^ормы).

словные обозначения к диаграммам см. Рис. I.

ческого барьера, отмечается повышение концентраций наиболее подвижных форм РЬ, Си.

Характер распределения содержания халькофильных элементов свидетельствует о том, что основным источником их поступления в осадки залива являются сточные воды города Владивостока.

Иной характер распределения в донных отложениях Амурского залива у элементов группы железа. Области с повышенными содержаниями металлов расположены в северной части залива и тяготеют к устьевой области. Вертикальное распределение металлов в осадках большей части залива характеризуется значительной равномерностью или незначительными "пилообразными" колебаниями. В областях с повышенным содержанием элементов отмечено обгащение верхних слоев осадка.

В целом можно сказать, что основным источником поступления элементов группы железа в донные осадки Амурского залива являются воды реки Раздольной.

При оценке по суммарному показателю загрязнения (Геохимия окружающей среды, 1990) акватория Амурского залива относится к категории слабозагрязненных водных систем. Средний уровень загрязненности характерен для отдельных участков акватории вблизи города Владивостока, сильный - для бухты Золотой Рог.

Глава

Современные процессы формирования геохимического фона донных отложений Амурского залива.

Проведенный нами анализ структуры современного геохимического фона позволил выявить особенности основных миграционных процессов (поступление, накопление, транзит, вынос) и выделить участки акватории (области) с преобладанием того или иного процесса.

На акватории Амурского залива выделяются 4 зоны с преобладанием процессов поступления (Рис.7).

В зонах П1 и П2, расположенных в районе впадения реки Раздольной и около полуострова Песчаный, поступление металлов связано с привносом их речными водами. Отмечается незначительное превышение валового содержания халькофильных элементов (РЬ, гп, Си, 5п) над средним значением по заливу (Таблица 2). Для элементов группы железа повышение содержания металлов выражено в большей степени (2-3 раза, а для легкоподвижного Мп даже 5-6 раз). Вертикальное распределение

П— область поступления

£ область транзита область накопления область выноса

х - район дампинга

Рис. 7 Схема расположения областей с преобладающими миграционными процессами (цифрами обозначены номера зон).

Таблица 2.

Значения коэффициентов накопления тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива в зонах распространения основных миграционных процессов.

** РЬ Си 1п Зп А£ Мо Ге Мп Со N1 Сг

1* 2 3 1 2 3 1 2 3 1 1 1 2 3 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3

П1 1,5 1,1 0,3 1,6 1,2 0,3 1,5 0,7 0,6 1,3 - 1 1,3 1,4 2 3 6 1,8 2 2 2,8 2 2 0,3

П2 1,3 1,2 1,2 1,5 - 1,8 1,2 1,1 1,2 1,3 0,8 0,6 0,8 2,5 2 1,5 1,8 1,6 2 2 2,5 1,2 0,8 3,5

ПЗ 2 2 3,7 2,8 2,5 1.8 1,8 2 2,5 3 4 1 0,8 3,1 2 1,2 1,2 1 1,2 1.1 2,5 1,1 1,6 9

П4 16,6 8 2,5 11,5 4,3 - 5 4,3 1.2 8,7 12 3 2,1 1,3 1,3 0,9 0,5 1,2 1,2 0.5 2,2 1,5 1,3 10

Т1 0,8 0,5 2,5 0,6 0,6 0,7 0,6 0,8 0,7 0,7 0,8 0,8 0,3 0,4 0,4 0,5 0,4 0,5 0,3 0.5 0,3 0,3 0,5 0,3

Т2 1,1 1.2 0,9 1,1 1,1 0,8 1,2 1,2 1,1 1,8 - 1 1.5 1,6 1.1 1.9 1,4 1,5 1.1 1.1 0,6 1.3 1,2 1,1

Ш 4,5 3 5 3 2 3,6 3 2 3,5 3 5 2 1,1 2.4 3 1,4 2 1.1 1.5 1.1 2 2 1,8 5

Н2 2 2 5 2 1,5 4 2 3 4 1,5 3,5 1,3 1,2 2,8 1,2 1,1 1.3 0,7 1.3 1,2 3 1.1 1,2 5

НЗ 2 1,8 2 1,5 2 1,8 1,6 1,3 1,5 1,2 1,3 1.1 0,7 1,4 1,1 1,2 0,7 0,6 1,2 2 1,3 1,4 2 5

Н4 1.2 0,8 0,9 1.3 - - 1,1 0,7 1 0,8 0.3 0,3 1,2 - 1.1 1.2 1.3 1,1 2 1.1 1,2 2 0,5 0,4

Н5 - - - - - - 0,4 0,3 0,4 0,3 0,4 0,6 0,3 0,3 0.9 0,4 0,6 0,7 0,6 0,7 0,4 0,7 0,5 0,3

В 0,6 0,4 - - 0,3 - 0,7 0,3 0,6 0,6 0,7 0,9 0,5 1,1 0,2 0,8 0,7 0,6 0,3 0,6 0,3 0,7 0,5 0,6

* 1 - валовое содержание, 2 - формы, связанные с органическим веществом и сульфидами,

3 - наиболее подвижные формы.

** - области с преобладающими миграционными процессами (условные обозначения см. рис. 7)

всех металлов характеризуется обогащением верхних слоев осадков, особенно наилков.

Акватория бухты Золотой Рог (зона П4) испытывает интенсивную техногенную нагрузку, в результате чего в ней сформировалась специфическая область техногенного поступления.

В бухте Кирпичного Завода выделяется зона поступления ПЗ. Ее образование связано, вероятно, с совместным природным и антропогенным поступлением элементов. Отмечается двукратное увеличение содержания как халькофильных элементов, характерное для антропогенного поступления, так и валового содержания Мп и легкоподвижного Ре, свойственное природному привносу речными водами.

В Амурском заливе в области транзита выделяются две зоны, расположенные в северной части залива. В южной части залива область транзита не выявлена. Зона Т1 выделяется вблизи побережья города Владивостока. Несмотря на соседство с осо-новным источником поступления элементов, для осадков этой зоны не характерны повышенные значения концентраций металлов. Содержание элементов группы железа, связанных с органическим веществом и сульфидами, в 2 раза меньше среднего по заливу. Этот факт говорит об интенсивности процессов транзита при незначительном поступлении (антропогенное поступление названных элементов не велико).

Исключение составляет район сброса грунтов, где отмечено превышение, по сравнению со среднем уровнем, валового содержания А® в 5 раз, РЬ, Си, 2п - в 2 раза, Мо - в 1,5 раза.

Вертикальное распределение валового содержания элементов характеризуется пониженными значениями в верхних слоях осадка или незначительными незакономерными колебаниями.

Зона Т2 расположена у западного и восточного берега северной части залива. Для нее характерно незначительное превышение над средним,содержанием большинства металлов, что связано, вероятно, с их активным поступлением с берегов при плоскостном смыве, и низкой интенсивностью процессов транзита из-за выполаживания склона. Вертикальное распределение характеризуется незначительными колебаниями значений концентраций с некоторым увеличением в верхних частях осадка.

В Амурском заливе в области накопления выделяются пять зон, различающихся по источникам поступления тяжелых металлов и интенсивности процессов фиксации элементов.

В зоны Н1, Н2, НЗ происходит антропогенное поступление

металлов. В зоне Н1 оно связано с последствиями воздействия дампинга, в зоне Н2 - со стоком загрязненных вод Первой и Второй Речки, в зоне НЗ - с суммарным техногенным воздействием города Владивостока. Для этих зон характерно повышенное содержание всех рассматриваемых металлов. Вертикальное распределение элементов характеризуется увеличением содержания РЬ, Си, 2и, Ай, Мо на сероводородном геохимическом барьере, а 5п на механическом.

В зону Н4, расположенную в центре северной части залива, происходит поступление металлов в основном с водами реки Раздольной. Зафиксировано двукратное обогащение осадков валовыми Сг и N1 (по сравнению со среднем по заливу). Вертикальное распределение элементов характеризуется незначительным обогащением верхних слоев осадков.

Зона Н5 образуется в южной части залива при поступлении металлов в основном со взвесью. Значительная удаленность от основных источников поступления металлов приводит для всех рассматриваемых элементов к снижению их содержания по срав-неию со средним по заливу. В глубину осадки практически монотонны.

На подводной морской террасе, подверженной в настоящее время размыву, преобладающим является процесс выноса. Донные отложения содержат пониженные количества всех металлов по сравнению со средними по заливу. Вертикальное распределение элементов монотонно.

В целом,можно сказать, что результаты наших исследований подтвердили природную "специализацию" различных участков Амурского залива. Активная хозяйственная деятельность вносит определенные изменения в природные процессы. В бухте Золотой Рог сформировалась специфическая область техногенного поступления. В области транзита процессы самоочищения, в основном, успевают преобразовывать дополнительные антропогенное поступление металлов. Однако, при дальнейшим усилении антропогенной нагрузки возможно нарушения баланса между поступлением и транзитом, что приведет к изменению основных миграционных процессов. В зоне Т1 уже отмечены некоторые симптомы этого преобразования. Учитывая, что на большей части залива преобладают процессы поступления и накопления, крайне нежелательно дополнительное увеличение техногенного поступления тяжелых металлов.

- 21 -Глава

Влияние дампинга на формирование геохимического фона донных отложений.

Одним из источников загрязнения прибрежной зоны является сброс отходов и материалов с целью захоронения (дампинг). Особое значение приобрел сброс материалов драгирования при проведении дноуглубительных работ. Этот вид дампинга имеет повсеместное распространение, поскольку задача поддержания определенной глубины фарватера акваторий портов и подходных каналов актуальна во всем мире.

По результатам кластерного анализа валового содержания тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива точки отбора проб, расположенные вблизи места свалки грунта объединились в отдельный таксон, что свидетельствует об объективности последствий воздействия дампинга.

В донных осадках районов дампинга в изучаемых заливах отмечено увеличение содержания большинства тяжелых металлов. Во всех заливах и при расмотрении всех форм подвижности донные отложения обогащены РЬ, Си,

Влияние сброса грунтов на аквосистемы носит долговременный характер. Это фиксируется по увеличению в наиболее динамичном слое осадка, находящемся в постоянном контакте с водной массой (наилке), уровня содержания легкоподвижной формы одного из приоритетных элементов - загрязнителей (РЬ).

Исследование вертикального распределения содержания металлов всех рассматриваемых формах подвижности выявило наличие на глубине 2-6 см обогащенного горизонта, на котором происходит увеличение содержания РЬ, 5п, Си, 1п, Ай, Мо в 1,5-2,5 раза. Во время интенсивных штормов возможна мобилизация элементов из этого горизонта. Кроме того, как показал анализ района "старого" дампинга в Амурском заливе, даже при прекращении сброса грунтов, существующий на этом горизонте геохимический барьер приводит к накоплению наиболее подвижных форм металлов, создает угрозу вторичного загрязнения водной массы.

Дампинг оказывает значительное влияние на природную систему полуоткрытых заливов (Уссурийский залив). Уровень содержания подвижных форм тяжелых металлов сравним с таковым в осадках той части акватории, которая примыкает к побережью крупного промышленного центра (городу Владивостоку) и оцениваемым по классификации ЛКД как умеренно загрязненный и даже загрязненный.

- 22 - '

Воздействие дампинга на акваторию более открытого залива Находка сказывается в незначительной степени. Вероятно это связано с повышенной гидродинамической активностью района сброса грунтов.

На основе полученных выводов предложены методические рекомендации по обследованию райнов дампинга с целью определения его влияния на аквасистему. Наиболее полную картину можно получить при проведении обследования донных отложений на глубину 10-15 см с отбором образцов через 2 см. В соответствии с типом геохимических условий, формирующихся в донных отложених, необходимо проведение изучения не только валового содержания элементов, но форм их различной степени подвижности. В качестве сокращенной программы исследования может быть предложена следуюшдя схема: 1) определение валового содержания и наиболее подвижной формы тяжелых металлов (в первую очередь РЬ, 1п, Си) в наилках, 2) детальное изучение вертикального распределения валового содержания металлов, 3) определение наиболее подвижных форм на горизонте, где по валовому содержанию выявлено обогащение тяжлелыми металлами.

Заключение. •

Контроль за состоянием природных систем и их изменением иод воздействием антропогенных нарушений в настоящее время актуален во всем мире. Его невозможно осуществлять без детального анализа фонового состояния экосистем,не подверженных влиянию локальных источников загрязения. Анализ результатов экологического мониторинга показал целесообразность применения геохимических методов для решения поставленных задач.

В работе в качестве объектов наблюдений были выбраны донные отложения как компоненты экосистемы, позволяющие оценить ее сосотояние.

Рассматриваемые заливы (Амурский, Уссурийский, Находка) являются достаточно типичными примерами риасового побережья заливов втрого порядка, расположеных в умеренном муссонном климате. Наиболее близкими анологиями являются заливы юго-западного побережья полуострова Корея. Основное внимание в работе уделялось Амурскому заливу.

Анализ природных характеристик осадков Амурского залива позволил сделать вывод о том, что наибольшее накопление тяжелых металлов возможно в центре северной части залива.

- 23 -

В осадках исследуемых акваторий проводилось определение валового содержания тяжелых металлов и их форм различной степени подвижности, что позволяет наиболее полно охарактеризовать поступление, транзит и закрепления элементов в донных отложениях заливов.

Полученные нами аналитические результаты, в целом, совпадают с данными, приводимыми в литературе. При рассмотрении валового содержания металлов сравнение производилось как с кларком литосферы (Виноградов, 1962), так и со значением местного кларка (Страхов, 1973). В настоящее время нет общепринятой методики определения подвижных форм тяжелых металлов в донных отложениях и их фонового уровня содержания в морских осадках, поэтому сопоставление проводилось с результатами анализов, полученных при использовании аналогичных методик (Жариков, 1985; Лукашин, 1986).

Выявлены пространственные особенности распределения значений концентраций тяжелых металлов в донных отложениях рассматриваемых акваторий. Проанализирована вертикальная дифференциация содержания микроэлементов различных форм подвижности.

Рассмотрено влияние дампинга на процессы формирования современного геохимического фона донных отложений. Предлоге-ны методические роекомендации по контролю за уровнем содержания тяжелых металлов в районах сброса грунтов.

Основные выводы.

1. Природные условия рассматриваемых акваторий способствуют накоплению в их донных отложениях тяжелых металлов.

2. Подтверждена зависимость содержания тяжелых металлов в донных осадках заливов от литолого-геохимических обстано-вок морских отложений.

3. Полученные нами результаты позволяют считать методику и показатели, предложенные для оценки уровня загрязненности речных систем, вполне репрезентативными для характеристики загрязнения прибрежных аквасистем. Рассмотрение большего числа показателей делает полученные результаты более достоверными.

4. Использование донных отложений в качестве индшсаторов загрязненности аквасистемы тяжелыми металлами предпочтительнее по отношению к водной массе и взвеси из-за большей детальности районирования и.возможности изучения динамики заг

рязнения акватории.

5. Техногенное воздействие существенно влияет на характер современного накопления тяжелых металов. По ориентриро-вочной шкале оценки загрязненности водных систем (Геохимия окружающей среды, 1990) бухта Золотой Рог относится к категории сильно загрязненных, а отдельные участки акватории Амурского залива около побережья города Владивостока - к категории средне загрязненных водных систем.

6. По характеру пространственного и вертикального распределения выделены две группы элементов, распределение содержания которых в донных осадках Амурского залива достаточно тесно связаны между собой. К первой группе относятся РЬ, гп, Си, Ай, оп, Мо. Вторую группу образуют Ге, Мп, Со,

Сг.

7. Установлены особенности территориальной структуры содержания тяжелых металлов в донных отложениях Амурского залива. Максимальное содержание металлов отмечено в осадгах бухты Золотой Рог. Лонные отложения с повышенным уровнем содержания элементов приурочены к северо-восточному берегу залива и, в меньшей степени, к приустьевой зоне реки Раздольной. В осадках южной части залива содержание тяжелых металлов минимально.

8. Отмечена неоднородность вертикального распределения металлов. В открытой части залива оно монотонно. В районах повышенного содержания элементов верхние слои осадка, и особенно наилок, обогащены тяжелыми металлами. РЬ, Си, гп,

Мо накапливаются на сероводородном геохимическом барьере, 5п, Сг - на механическом барьере.

9. Идентифицированы основные источники поступления различных металлов. Халькофильные элементы поступают в основном со сточными водами города Владивостока, элементы группы железа с водами реки Раздольной.

10. Рассмотрены особенности процессов формирования современного геохимического фона донных отложений. Выделены участки с преобладанием основных миграционных процессов (поступление, накопление, транзит, вынос). Отмечены районы возможного развития нежелательных последствий.

11. Выявлено существенное влияние дампинга на процессы формирования современного геохимического фона донных отложений. В осадках происходит увеличение содержания элементов до уровня умеренно загрязненных, а порой и загрязненных грун-

тов. Нарушается природное вертикальное распределение металлов (на глубине 2-6 см отмечено наличие обогащенного горизонта). Последствия дампинга носят долговременных характер.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Минаева О. В. Тяжелые металлы в природных объектах ЭССР как показатели загрязнения воздушного бассейна. - М. , 1989,- 16 с. - Деп. в ВИНИТИ. 25.01.89 N 585.

2. Современное накопление тяжелых металлов в донных отложениях средней части Амурского залива.//Ландшафтно-геохимические исследования антропогенных систем. - М. , МФГО АН СССР, 1990. - С. 99-108.

3. Минаева О. В. Анализ распределения тяжелых металлов в верхних горизонтах донных отложений Амурского залива.

М. ,1992,- 13 с.-Деп. в ВИНИТИ 25.11.92 N 3346.

4. Metals in snow and some indicator plants in Estonia.// Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. , Ecology. - 1991, 1, N 2,- p. 65-71.