Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Трансформация форм ртути и процессы ее миграции в экосистемах Килийской дельты р. Дунай и устьевого взморья

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Трансформация форм ртути и процессы ее миграции в экосистемах Килийской дельты р. Дунай и устьевого взморья"

Г; Л 9 О

государственный комитет ссср ' 110 гдцрсмегеорсшогш и контролю 11рлгсдасй сещщ ' гщрохйжчесгйй институт.

На правах рукописи

КОЗЛОВА . • . .

Светлана Ивановна

УДК 546.49 : 54-116 : 574.9 : ь£6.ь45 (282.243.76т)

ТРАНСФОРМАЦИЯ £ОРМ РТУТИ И ПРОЦЕССЫ ЕЕ ШТЛЩИ В ЭКОСИСТЕМАХ КУЛЯИСКСП даш Р.ДУНАГ. И УСТЬЕВОГО ВЗМОРЬЯ

ii .00.07. - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геогргфкческих наук

РОСТОВ-на-ДОНУ -

1990

Работа выполнена в Одесском филиале Института биологии южных морей им. А.О.Ковалевского АН УССР

Научный руководитель: лауреат Государственной премии, г доктор географических, наук

Бронфман А.М.

Официальные оппоненты - доктор географических чаук,

профессор Хрустал ев Ю.П. . кандидат химических наук, старший научный сотрудник Лапин И.А. .

Ведущая организация: Институт гидробиология АН УССР

Защита состоится Ж Об 1990 г. в ■ /V часов

на заседании специализированного совета при

.Гидрохимическом институте Госкомгвдромета СССР по адресу 344090, г. Ростов-на-Дону, проспект Стачки, 198. -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке гидрохимического института. ^ .

Автореферат разослан . О 1990 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат химических наук Л.Б.Бражнико:

и 1

, Общая характеристика работы

--'-—МаУальнзсть теш.

Ртуть лгикется одним из сшыс .пркорятегякх загризяяищах везет вследствие её внсокой токсичности, способности к бноаккуцг-зцшг и высокого уровня её техно^яльности. Поэтому нзучот-:в зако-змерностей распределения, накопления и перекоса ртути а ко.япокен-ах водных экосистем, трансформации её форм а направления потоков агрецип в сопредельных средах, получение кэдачесг'Бокзнх характеристик пространственного распределения ртути з водоемах и водото-ах, подвергавшихся усиленном т.ехпогенной нагрузке, изучение прососов трансформация и миграции ртути, поступающей в море с речни.! током и др. является чрезвычайно важным.

Проведение подобных исследований весьма актуально для совет-кого участка р. Дуная, где суммируется весь гидрохимический (в т. . загрязняющих веществ) и гидрологический сток роки, зкноенмил в ерное море. Помимо получения новая научных данных, раешпря.ЗчИХ редставления о биогеохпиаческнх особенностях к закономерностях-играции ртути в рекз-и её устьевом взморье, актуальность райотп аределяется соотоегстексм её конечное целей Постановлении ЦК. КПСС Совмина СССР "О 'мерах яо предотврацеия.о загрязлекил бассейнов.. ерного и Азовского морей (1У7С г). Полученные результаты глогут- -< ыть использованы при .решении вопросов долговременного и токсичес- 4 и безопасного использования тод р. Дуная д-ы. хозяицтозшго-бктово-о водоснабжения и орошения.

Цель и задачи исследований. Основное целы работы являлось зученяе простраиокзеннз-вреысшшх закономерностей распредеденпд онценграции ртути з воде и донных отохеуых, трансформации её орм к процессов миграции в экосистемах КцддИской дельты р. ¿$кааг ё устьевого взморья, а тага® • в -сопредельных: средах.

В ооновяке задачи входило:

1. Разработать методику определения ртути в гидробионтах, звеиенном ^¿щесгзе, -дойных отложениях.

2. Исследовать особенности сезонного .распределения а зыяяагь. сновнне закономерности пространственно-временной изменчивости кси-ентрации форм ртути в воде и доюшх отло::-;еник.х р. Дуизй. ■

3. Изучает распределение содервпшя ртути а гидройионтах раз-ях трофических уровней, •

4. Исследовать'особенности пространатвеино-ярр'меккой диначякк ояценграции форм ртути з воде ;: докяых оглашениях устьевою взкор&л.

5. Установить основные тенденции миграця». ртути в различных формах в системе водосборный бассейн - река-поре.

6. Оценить ежегодное, поступление ртути в Черное море с речным стоком через рукава Китайской дельты, а также установить направление потоков её миграции в-.компонентах экосистем р. Дунай и её,устьевого взморья.

Информационная основа работы. Основу Е..сприментальной части работа состазклк результата выполненных автором 7~леткнх (1975 1985 гг) исследований пространственно-временной динамики концентрации ртути в экосистемах ¿йишйскэй дельты р. Дунай и сопредельных средах (почва, атмосферные осадки, атосфс~ииИ воздух), ¿сего отобрано л проанализировано более двух тысяч проб (ьода, донные отлокения, гидробюнты и др.), анализы виполнялись в двух-трех повторностях. Выполнено более 4700 определений. Кроме того были привлечены данные по расходу воды, скорости течения, колй-чеотву- атмосферных осадков, пространственно-временной динамике концентрации основных ионов, значений рН, биомассы бактерио- и • фитопланктона, активности продукця'онно-деструкционных процессов и другие материалы, опубликованные в литературе.

Научна?! новизна работы. В ойгчм плане новизна выполненных исследований состоит в тол, что впервые проведено комплексное ¡к следование'з'аноаогйеряосгей миграция ртути в системе водосборный бассейн - река - устьевое взморье и предложен методический подход к проведений исследований для прогностической оценки качества вод водоемов к водотоков.

Б числе конкретных методических и прикладных результатов, которые впервые получены в par,шах настоящего исследования, наиб лее существенными являются следующие:

- Установлены основные закономерности пространственно-временной изменчивости концентрации форм ртути в воде рукавов Киля ской дельты р. Дукай и её зашсимость от гидрологического режяк реки и гидрометеорологических условий водосборного бассейна. •

- Предложен методический подход к изучению особенностей щ страяственло-времеяной изменчивости содержания ртути в-донлш: с докеяиях и к опроделенк.о направлени ' штоков её миграции на бис геохимическом барьере вода - донные отложения.

' - Выполнена количественная оценка содержал; г ртути в рааш них компонентах водных экосистем Кияийской дельты и устьевого ззморьл, установлены основные закономерности распределения в ш

ртути и напра:.:ение потоков её миграции.

- /становлеш! основные заico. лдерьостк гранс^эрглацин форм ртути в комплексной гсэх;1г.п"тзскоil барьерной зоне смоиениа. ре-чних и морских вод.

- Сделана оценка кздхггества ргуп: поступающей па устьеь о взморье с водными стоком через рукава Кплийской дельты р. ДунаЛ и её потерь в о;:огоох::;.'лчсскол барьерной золе река - г.ира,

П рактп ч о с кал i\o н : ; о с т ь. Материал ядаиегсл основой для зкзло-го-экономйчьсккх щенок опасности, котору.с представлю г загр. иение ртулэ вода р. Дунай для различных форм *эся«стасшю2 дйя-телы сти на Советском участке peí;:; {промышленное ;i xoüjúícteci:-но-бытезое водоснабжение, орлеане, рыболовство, рекреация а в лрилегаящзх районах Черного моря. Лолученкае результаты tioiyr быть кезользовага: яря разработке соответствуй:;: а'еррптэрЕ&дьягк схем охраны природы н научных основ различное водоохранные мероприятий, а такке систем мониторинга загрязнения речл;-*:, зегуар-ны>: и мороках вод тлкелилк г.:еталламЕ.

Практическая значимость работы подтверждаете^ использованием полученных заключений :: рекомендации при оценке сгсологичеохск последствий строительства водохозяйственного комплекса Дунай -Днестр - Днепр.

Апробация работы. Основное результата работы доложены и об-сузде..л на: -.ерзом а втором ¿сесогзшг сиимзкуиах "Проблем;; аналитики воды" (Одесса, 1981, IS82 гг), втором мездунаро, ном симпозиуме по геохимии приро&.яое вод (Ростов-на-Дону, 1982 г), I/ Всесоюзном совещании "¡,Ь;грац: i загрязняющих веществ в почвах г из г чв в сопредельные среды" (Обнинск, 1283 г), республиканской конференции "Экология и рациональное использование природных ресурсов южных регионов Украины" '.Севастополь, 1984 г), состой и седьмой Всесоюзны: школах по морокой г могш (Гелендкик, 11:34, 1988 гг), Всесоюзном соврати "Охрана природной ерздн море!', я устьев рек" (Владивосток, 1986 г), II Всесоюзном совещании "Современные метод., морских геологически.- ксследоъг ий" (Светлогорск, 1987 г), XXIX Всесоозном гидрохимическом совещании (Ростов-ка--Дону, 1987 г), Втором Международном Тихоокеанское симпозиуме (Находка, 1988 г).

Структура работы. Диссерта состоит из: владения, пяти глав, выводов.

Изложена на 200 стран, дах машинописного текста. Со.-отсза?

о

26 рисунков, 39 таблиц- , список литературы включает 253 найме кованая, из пах 106 на иностранных язиках.

Дубликащит. Оснош-me положения диссертации опубликованы б 18 работах.

Оскоьлое содержание работы •

Первач глава представляет собой аналитический обзор лятерг турных' данкнх, касающихся £чзяческих, химических и -оксичесях свойсте ртути, источников её поступления в окружающую среду, в том числе з водные объекты, распределения её содерессния в вода экосистемах cJohobu;: и шпактше. районов. Каиболе0 детально рассмотрены форма нахождения . :ути в компонентах водных экосистем а тше основные зг-ономерностк и процессы, определяющие трака формаеё фор,! при миграции в речных и морских водах.

lio второй хлаве на основе литератур!.. х источников дана ха ктерис1*лса ¡"отологических и ¡лорфометрических особенностей рай она исследований, ед гидрологического и гидрохимического реки иов, а-также приведены оощяе сведения с биоценозах Кили2с'со?! д льты р. -Дунай. ■

ü тротьей главе описан методический подход к исследования закономерностей миграции ртутя в речных sк0C!•lCтeмa,; и" в перехо ном зоне оистемн река - море, а такке t :тоды анализа миграцион якл форм ртутя. Обоснована необходимость' исследования простраь вешм-времоякой изменчивости концентрации форм ртути в воде в вчсимосм от гидрометеорологических условий ыдосборного басое на я гидрологического рсякма реши Отмечена ва-кность изучения даиднодириодяой {ыеягэдэваа, сезок' ая), так и короткопериодяо! (межсуточная, суточная) изменчивости.

Для выявления на-равления потоков миграции птути предаож« проводить комплексное*изучение распределения концентрации рту; в вошояентах водных экосистем (вода,-взвешенное вещество, до] ные отложения, гидроби яты) я е сопредельных средах (почва, а с^ерные осадки, атмосферный воздух) в основные фазы гидрологи1 кого цикла реки, обращая особое внимание на трансформации фор ртути на бпогеохимяческях барьерах и в барьер ;нх зонах.

В главе дана характеристика станций и разрез "в, на. котор получен '-атериал для исследований, а-также; описаны методики а литяческого определения ртути в объектах, исследований.

. Аналитическое определение концентрации форт 'растворенной ти проводили непосредственно в ходе экспедиций. Содержание рт

з донных отложениях, гядробионтрх, взвешенном вещество и др. ана-шзировали в стационарных услозпях. Для определения ртути нспо-шзован метод нспламенпоГ; атоь'но-абсорбцкокной спектрофотометр!«!, 'аботы проводились на готоиетрэ конструкции »взикэ-Хпмкчесюго шетитута /Л УССР (<¿XK AI! jCC?). Технический характеристики Qov'O-¡етрометра: чувствительность I-I0"3 акт, предела определений >10"^ - !.wtr, относительная погрешность 2,5-7,С,".. Ко ожи-

дает вариации не превышает 15;''.

Хощейтрац».^ расгзорсшасс ¿.орм ртути определял:! но методике ¡азраОотаяной в ФХИ АН j'CC?. Для определения _.?ути во взвешенном юществе, почвах, донных оттол.енлях, гпдробяонтах автором била >азработаиа методика подготовки проб к анализу основанная на мок-юм сайгшш! исследуемых образе з. Объект;: исследования были-разуты на три тру или: первая - зззгкеккос вещество, донние отломс-vi и почвы с низким содир.;:аш:ем органического вецества; вторая -13веаекное вещество, донные отделения, почвы с высоким содерма-:ием органического вещества, едда ле отнесены дойные отломенпя одермащие сульфиды; третья - биологические объекты растительно-о к животного происхождения.

Объекты первой группы хореи? разлагается разбавленной (3:2) месью серной и азотной кислот (2:1) в присутствии 30% раствора ередкел водорода (пергидроля) при нагревании. Для объектов зто-ой группы полнота .разложения достигаете, при обработке проб сме-ь:о концентрированных сер'">2 к азотной кисло? (1:1), азотной кон-ентрирозанной глслотой в сочетании с пергидролем и пермангаНатом алия.

для биологических объектов -учиие результаты получены при спользоваш.я для разложения их тканей смеси концентрированных ерной я азотной кислот (2:1), разбавленной (4:1) серной кислоты пергидроля в соотношении 2:1 , .соответственно,с последующем до-авлением перманганата дллия, пергидроля и термической'обработок. Дд~ предотвращения потерь ртути, вследствие её летучести эдготовка проб к аяамзу проводи'юя в иод Je с обратит холодиль-иком, представляющим соб-й стеклянную трубку (длина - 200, диа-зтр 15 C¡) со шлифом, оттянутым з к"1ллл,'р диаметрой 0,5 ш. По--з окончания процедуры разложения проба должна бить бесцветной прозрачной. Правильность получаемых результатов проверена при яализе.стандартных образцо; почв, глубне. картофеля, зерен шие-вды, злаковой травосмеси. Коэффициент вариации не превьд зт аксимальное стандартное отклонение едпннчкого определения - 10

и четверток главе рассмотрены основные закономерности прос-транствешо-времошоц изменчивости концентрации ртути в экосис-' темах Килийскоа дельты р. Дунай.

лстанодлеио, что рояэвиам источником поступления ртути в чо-ДУ р. Дунай является, поверхностный сток. Это подтверждается сопоставлением значении среднегодовых расходов воды и среднегодовой концентрация ртути в воде р. Дунай (р„с. I). ¡Ъсле маловодного периода концентрация ртути резко возрастает, г""0 является следствием её поступления с водосборного бассейна с поверхностях*! стоком. Сезонная двнагчка концентрации ртути в почве (ряс. 2! подтверждает, что в маловодный период в водосборном бассейне про-пехо^чт накопление ртути.

Основной .прекос ртути в р. Дунай (70-95$) происх дит во взвеае :юй йорие, концентрация которой в иериод исследований сос-.лвлкла 0,1,-1,24 мгд'/дц3' (табл. I). Сезонная динамика концентраций взвешенной фарш ; (Пдвзв) характеризуется минимальными значениями в период летней ' .ехе»и (0,04-0,20 мкг/дм3),. максимальными - во время зимнего паводка (0,20-1,24 мкг/дм3). Удельная концентрация ртути во взвешенном веществе (Нд^д) возрастает от весенне-летнего половодья к зимней меаени на порядок и более. Это объясняется сезонной изменчивостью концентрация и качественного состава (содержание С0рГ. пелитовой фракции, железа и др.) взвешенного материала и источников его постухления в воду реки (поверхностный с.эк, абразия берегов, вынос незакрепленных донных от; олений, детритообразонание, биопродуцированпе и т.д.). Нормализация удельной концентрации р^ути во взвешенном веществе по содержании в ней фракции с диаметром частиц менее 0,01 мм

* НЭ лоа: = %- ' где Н9абс " концентрация ртути, пол:

ченная при анализе пробн взвешенного вещества или донных отложений; X - огаосд'гелнье содержание в них С0рГ или фракции с диаметром частиц менее 0,01 мм в процентах) показала, что наябол' высокое содержанке ртутя в пелитовой фракции взвешенного вещества соответствуют периодам зимней межени (5,0-£,5 мкг/г) и зимне го паводка, после длительного маловодного период. (3,4-5,0 .мкг/ .¡но значения (1,3-1,5 ккг/г) отмечены в период весенне-летнего половодья (рис. 3). £го объясняется тем, что ь период з мне2 мекени, в качества источника взвешенного материала, возрао тает роль детрита ч бактеряоплакктона (Баимакова 1965), увеличи вается улельаал концентрация аелеза ьо взвешенном веществе и от

й

ая ""

2« 150 »0 50

то ш т газ tsa^ «д. Рис. I. Среднегодовые значения расхода воды (I) и концентрация Hgoö (¿) в р. Дунай

cm im o8M «« 05.12. и» оч.гц ew Рис..2. Динамика концентрации %а6cW к %нор;^2> в ЕОТве Килийской дельты р. Дунай

На, кг/г икг/д** >.око

еш озг» ows от

05SI 15-ti • о1

га.З. Динамика конгэнтрадий вза(1), удельной конценгра-

м н5ноем в- взв0си (2)' тбостй (3), расхода воды ' ) в Хиляйском рукзве р.Ду-й в I98Q-I384 гг.

Нд,нг/дм»

ик,гса.

HtC

Ol Ob Л.10 05 05 OS 1» Ol OS 08 11' mo ' тг

Ряс.4. Сезонная динамика концентрации (I), %-орг (2) . р

-Hg не0рГ(3) в Кклийском рукзво р. Дунай

■• Таблица

Сезонное распределение концентрации ■ ртути в различных формах в ледэ рукавов Шшзйской дельты р. Дунай в 1980-1984 гг.

.Расход вода,-! '¡(¡УХНРСТ.Ъ, | Растворенная ртуть Бзвешекна, : ртуть Отилсит. ^-ЙТ« "Г

тис,м3/с' . ! иг/дм3 1 раств. ; ЙЗоОЩ, 1 мкг/дм3 ¡относит. ■ ]содер2. !НЭорг., % I мкг/да3 | - - 1 мкг/г . .

Г 2 ! 3 ! 4 ! 5 Б ! 7 С

13-15.оз.ао г. 3,8 . 61,78 0,05-0,07 44-57 0,13-0,28' '1.9-3,7 77'

7 и 0,06 ьи и,¿и 2,8

13-19.03,61 Х.' 5,5 184-240 208 0,04-0.06 0,05 . 1 50-62 'Ш 0,19-0,22 . 0,23 1.0-1.1 '1,0' 85

'¿2.03-29.04,30 г. 7.03- 6.04.84 г. . ' 3,8-5,2 50-205 ■ .: 0,04-0,06 и,и£ : 52-65 Ь9 0,06-0,22 0,7-3,0 75

3,6-5,о . 54-743 0,050-0,07 ■ 0,06 ■ 0,28-1,24 - 0,58 0,6-4,0 ' 1,9 , 95

0 -16.06,80 г. 7,9 •239-280 '¿ЬЬ 0,02-0,04 "и,из " 33-10 Т8Г-. 0,09-Ю'12 и,И ■ 0,3-0,4 ''0,4'. 78

■ 17-20.05.31 Г. ' . • 6,6 144-476 306 . 0,03-0,04 0,04 40-50 43 0,18-0,21 .0,20 : . 0,4-1,3 0,8 91

.26.05-22.05;Б2 г. 5,2-4,2 ; ■ 44-113 0.02-0,04 • 20-46 0,13-0,26 2,3-3,7 87

21 . 0.03 • 32 • ..0,17. . 2,8.

г ТЛ АО' ЯП' п'. . . 5.5 - 130-250 0,05-0,06 48-56 ЦП 0,09-0,16 п.тз 0,5-0,7 ■0.6 74

___I_! ' 2

15-18.08.81 г. 3,8.

'23-27.08,82' г. ' 3,2

■ 25-29.07.83 Г. ... . 2,7

; .г

5-3.07.8(1 г. . 3,6

27-29.10.80 г. ' 4,8

22-27.11.81 г. . 4,2

22-29.11.82 г. ' 2,4

[-9.12.83 -г. '1,6

з. ! 4 ! 5 ! 6 ! 7 ■ !

44-87 0,44-0,06 52-66 0,10-0,16 • 1,8-3,9

. .54 0,05 , . 60 . 0,12 2,3

31-64 0,03-0,06 56-58 0,11-0,20 3,0-4,4

. ■ 50., 0,05 . 57 . .0,17 3,4 .

. 29-58 ' 0,04-0,05 • 0,04-0,08 1,з-г,о

47, 0,05 - 0,07 1,6.

93-162 0,04-0,07 0,22-0,35 1,8-3,1

108 - ..0,055. . .0,32 . 2,5

" 86-180 0,05-0,06 50-60 0,15-0,22 1,3-1,8

.125 . ,0,05 .. 59 \ . .0,19 . 1,5

58-85 ■ 0,04-0,05- 57-72 0,23-0,26 2,8-3,9

75 -. .0,04 .63. 0,24. .2,9. •'

24-53 0,05-0,07 57-60 0,12-0,20 2,5-5,4

..39. . .о,ос ; 60 . .0,14 .3,8..

7-34 0,05-0,07 . - 0,04-0,34 5,4-18,1

- 14- : — ■ 0,02 ■ .......... ' ' 0;12 • 10,1-

!

75

73 56 86 73 85 75 67

^ршзчашц»: лад чертой дайн пределы колебаний концентраций в выборке, под чертой - средние значения. .

носительное содержание фракции менее 0,001 мм. Как следствие, увеличивается сорбционная емкость взвеси и, соответственно, содержание в чей^ртути. £ зимний паводок происходит вынос ртути с водос-.борной площади. В период весенне-летнего половодья основным источником взвешенного материала являются абразия берегов и ;ынос незакрепленных донных отложений, имеющих низкие содержания ртути.

Установлено, что наиболее значительная внутрясез.иная (меясу-точная) изменчивость концентрации Новзв (более 200$) наблюдается в период зимнего паводка, ко.да поступление ртути с поверхностным, стоком, в связи с разнообра аем гидрометеорологических условий на водосборной площади, происходит не одновременно. При-устойчивых средних расходах воды, в медень и во второй фазе весенне-летнего половодья амплитуда меясуточных колебаний концентраций Ндвзв не превышает 30$.

Внутрисуточная динамика концентрации Ндвзв имеет характер суточного цикла, с минимальной концентрацией Ндвзв в 3 часа, максимальной - в 15-18 часов. Причиной обнаруженной тенденц .и могут быть суточные ритмы первичного биопродуцирования и, соответственно, изменение значений рЕконтролирующих направление процессов , •сорбции-десорбции, соосаздекяя-растаорения ртути на взвешенном веществе.

. Пространственное распределение концентрации Ндв^ характеризуется снижением её значений от истока к устью водотока в среднем на 25$. Максимальный градиент концентраций (до 50%) наблюдался в теплый период года при средних расходах воды, минимальный - во время межени. период высокого половодья, вследствие выноса незакрепленных дончых отложений, концентрация НдБЗВ в устье главных рукавов в"отдельных случаях превышала её концентрацию в истоке.

Установлена неоднородность вертикального распределения Ндвзв в водной толще, Максимальное содержание ртути во-взвешенном веществе наблюдается на глубине О/) Н л придонном горизонте второстепенных водотоков, что объясняется неоднородностьа распределения* по глубине пелптовой составляющей взвешенного материала.-

Пространственно-временная динамика, концентрации растворенной ртути ХНд^щ) в рукавах Кшшйской дельты определяется в основном изменчивостью концентрации её органической формы (Н9дрГ), на кото-руа'приходится 20-70$ от содержания НдРбщ Срио.4, табл. I). Низкие . концентрация Н^щ и Нд^р в период весенне-летнего половодья сб-ы сндются разбавляющим' действием незагрязненных водных масс, образующихся при таянии снега и льда в горах. Высокие - во время зимних

паводков, летней и осенне-зимней межени, сагэаны с поступлением ртути с поверхности водосбора я с актяЕяостьз биологических и биохимических процессов в речкой воде. Обнаружена правд связь иатз концентрациями НЗэрГ» растворенного я взвылешпгэ оргаяическсо вещества и биомассой Зактерио- к .фитопланктона (Башакоза Х235,К87, Иванов 1587). Установлено, что концентрация ПЗорг з°зрастаэг на 2-20% на профиле рукавов от истока к устаз и на 15-20,"! в придонном горизонте по оглашав» к поверхностному, что является следствием трансформации йоры растворенной ртути в процессе её миграции с рукавах лидийской дельты.

Простраяствекно-времеякг: изменчивость концентрации ртути (0,05-1,67 мкг/г) в донных отложениях (ДО) советского участка р. Дунай определяется различиями в и-. гранулометрическом составе л • содержания органического вещества. Нормализация концентрации ртуть в ДО по содержания в них С0рГ или фракции с диаметром частиц ^ 0,01 ш устранила ото различие и позволила определить основные тенденции пространственно-временной изменчивости коп '.еятрацик в них ртути, /стаяозлеко,'что в маловодный год в ДО происходит снижение концентрации ЙЗнорм'в среднем на 50$ по отношении к её значении.! в предшествующем году. С увеличением ^одообеспеченности концентрация Hg^pj в ДО резко возрастает (более чем на 200/6). Это подтверждает греддоложение о доминирующей роли поверхностного стока в качестве источника-поступления' ртути в р. Дунай. Сезонная изменчи-■ •воеть концентраций Нд^^ в 10 внутридельтавых озер имеет характер цикла, в котором в зимний период концентрация Н9н0рИ возрастает на 50-605»,' в летний - снгаается на 35-40$. Наиболее вероятнш . объясне .яем является активное детр..«¡образование в осенне-зимний . период и, связанное с ним, наноп^е.-ие ртути в ДО. Активизация уи-зико-химаческих и биологических процессов в теплый период года способствует уменьшению содержания в них ртути. Б системе исток -устье водотока концентрация Нднорм снижается в ДО главных рукавов > ■ на 3-8, в. второстепенных. - на 12-20%, -что• может быть следствием различной активности билико-хшянеских, биологических я биохимических процессов.на'биогеохимическом барьере вода — ДО. Подтверждением трансформации ртути при диагенетиче ком преобразовании ДО я ее рем Зилазацш в'придояяую.воду служит снижение ца 15-40$ концентрации Н9а0^м в шшшх слоях (20-25 ид) - ДО и повышенные концентра-лдаи Н^дрр в воде придонного .оризонта.

- Зааную роль в трансформации и перераспределении ртути „ компонентах экосистемы Килийской дельты нгра.от гидробиоятн. Они на-

капливают ртуть по трофической цепи до величии превышающих преде-■ льно-допусткмне концентрации (0,5 мкг/г). Наиболее высокие содержания отмечены в придонных хищных рыбах и раках (максимальные концентрации ртути в сомах и раках из оз.. Лимба составляли 1,65 и 1,3-1 мкг/г скрои массы, соответственно). • .-

Сравнение концентрации ртути в аелитовой фракции современной паводковой взвеси (1,3-5,0 мкг/г), донных отложений (0,$-1,4 мкг/г) я фоновой концентрации, за которую принято содержание ртути в осадочных глинистых отложениях (0,4 мкг/г) свидетельствует об антропогенном привяосе загрязнений в бассейн р. Дунай.

В пятой главе дана характеристика биогеохимической барьерной зоны, которой является устьевое взморье р. Дунай. Рассмотрены .процессы трансфордации форд ртути в четырех подзонах, на-которые, в соответствии с соленостью и протекающими в них процессами, разбита зона смешения речных И морских вод (табл. 2).

Ъ подзоне I '(район транзита речных вод и первоначального их смешения до изогалины 2-3°/оо) распределение концентрации ртут: в основном определяется механическим осаждением взвешенного материала, а также электролитической коагуляцией глинистых частиц и органического материала. Потери взЕеси при седиментации составляют 3577% и определяются сезоном и её исходной концентрацией в речных водах. Концентрация 1!^взв снижается на 15-50/2. Дифференциация гранулометрического и минерального состава взвешенных частиц приво- . дат к повышение удельной концентрации ртути во взвешенном веществе на 50-250£, Снйаеьие концентрация Нд^ и Н^^ на 10-20 и 2040$ соответственно и увеличение (5-15?;) концентрации тролируется процессами коагуляции я бактериальной деструкции органического вещества, десорбция ртути со' взвеси и образования хлоркомплексов. -

¿ подзоне П (соленость 2-3 - 6-8°/оо) мутность сгш;аетея на 25-90/1, концентрация 'Нзвзв на 30-$0%, и на 10-40 и 35-

65$, соответственно. Одновременно происходит увеличение концентрации Нз£еорг на 20-35^ от исходного её содержания в речной воде. Удельная концентрация "ртути во, взвеси возрастет в 1,5-4,5 раза.

Основными процессами, ответственным? за трансформацию и перераспределение форм ртути в этой подзоне является: сед;шеитация, хсоагуляция и флоккулящ'Л глинистых чьстяц и органического материала, десорбция Нд с речной взвеси я образование её хлоркомплексоч.

На третьем (гндрофронтально?.?) отапе смешэии • .речных и морс-

э

ки;: вод (подзола ¡2, соленость от 6 ? до 10-12 /оо) погори взвенен-

ного материала, по отношению я исходного содержание в речной воде составляют 60-97$, Ндвав - 45-90£, Но£бщ - 35-65^, Нд^рг - 60-80%.

Удельная концентрация ртути во взвешенном веществе повышается в 2-8 раз. Ведущими-факторами, определяющими геохимическое поведение ртути в этой подзоне, -являются коагуляция, флоккуляция и биофильтрация, приводящие к укрупнению взвешенного материала и его седиментации, а также соосаадение ртути с вновь образованным взвешен- . нш веществом.

В подзоне ТУ; где заканчивается трансформация речных вод в морские (соленость от 10-12 до 14-17°/оо), концентрация взвешенного материала, Ндвзв, Нд^щ снижается, по отношению к их значениям в речной воде, на 83-98, 70-95 и 45-60$, соответственно. Основную роль в трансформации ртути в этой подзоне играют биологические и биохимические процессы (биосорбции, биофильтрации, биодеградации и др.), Обширная область пониженных концентраций форм ртути, которую мы здесь наблэдаем, может быть связана, кроме того, о восстановлением растворенных форм ртути в элементную в период активного фотосинтеза. Не исключено также образование летучей диметилртути в результате процессов биометилироваиия при высоких значениях рН среди, активизации которых; способствует присутствие фитопланктона.

В вертикальном распределении концентрации ртути отмечена тенденция к её снижении, от поверхности к дну, однако при этом наблю-д, 'зтся увеличение удельной концентрации ртути во взвешенном веществе в слое ~качка плотности, который является барьером для тонких взвешенных частиц, а также повышение концентрации Ндраотв в придонных слоях воды.

Содержание ртути в верхнем (1-2 С1 ) слое донных отложений устьевого взморья составляет 0,03-1,3 мкг/г. Особенности пространственного распределения ртути определяются в основном распределением литолсгическях типов осадков. Песок содержит 0,03-0,05 мкг/г ртути. С увеличением содержания мелко-дисперсной фракции её содержание возрастает. Максимальные значения (1,0-1,3 мкг/г) отмечены в зоне глинистого ила, расположенной в пределах границ подзон П и Ш. Из этого следует, что- здесь происходит основная разгрузка ртути, поступающей со стоком р. Дунай. С удалением в море и уменьшением содержания в -донных отложениях глинистой фракции и органического вещества.содержание ртути снижается. После нормализации содержания ртути в донных отложениях по содержанию в них пелитовой фракция или С0рГ установлено, что поток ртути, поступающей со стоком- р. Дунай, направлен на юг и юго-восток, в соответствии с преоб-

Таблица 2

Сезонное распределение концентрации взвешенного вещества и ртути в различных формах в системе река - тор

• ■ ! ! июнь ,! 1980 . ! август-1380 ! ноябрь ! 1980 . ! март ! ! 1981 ! март ! 1983. ! дек брь ! . 1983 ! май 1984. ! язль ! 1985 ! ишь I 1985 !Сред-!нее

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6 ! 7 ! 8 ! 9 ! 10 ! II

• Мутность, мг/да ,3

килчйсяйй рукав 260 220 110 240 38,8 11,6 291,6 108 -571 207,7

Подяонр I 64; 23;0 87 ; 40;0 - ' 75,1 68,0, 88 '36,7 18,7 57,0 - - 34,6 32,0 149,6 ■ 26,0 Б2,5 25,3

Подзона'П 30 42 41,2 36 15,2 8,7 ■ 2°.,5 82 34,7 „

: 11,0 19,0 37,0 - Т 15,0 41,3 75,0 — . 21,0" 14,0 76,7 и

.Подзона 8,4 12,2 18,1 18,3 15,0 9,2 ' 14,2 13,0 16,8 22,8

3,0 5;5 16,4- 7,6 • ' 40,8 79,3 4,У 12,0 2,3 11,0

Подзш« 1У 4,2 1,9 8 3 7,5 ' н2взв 6,4 17,4 нг/да3 •» • 4,5 38,8 7.5 2.6 4,0 ' 3,7 5,8 2,8

Килийский рукав 120 -140 200 250 180 120 1680 . 320 ■1000 446

Подзона I' 89 ' 74,0 120 ' 86,0 170 85,0 195 78,0 150 84,0 ' - - Т56 д 49,0 770 ' 77,0. 230 51,6

Подзона, П 53 • • 46,0 100 '"71,0. 140. -70,0 . - 88_ • 35,0 . 143 120,0 - 121 : .'40.0 480 48,0 ' 161 36,1

Подзона Ш 30250,0 50 35,7 НО 55,0 69 27,6 140 77,7 160 133,3 194 - 11,5 90 28,1 138 13,8 109 . 34,4

I ! _2 ! 3_! _4

Подзона 1У - 21 15,0 ■18 24,0

Килийокий рукав 0,4 0,6 1,8

Подзона I 1,4 1.4 2,4

Подзона Ц 1,8 . 2,4 ' 3,4

Подзона Ш 3,С 4,2.- 0,0

Подзона 17 - 5,0 5,8

¡СглнЗскяа • рукав 30 • 55 60

Подзона I . 28 50 52

93,0 £0,0 87,0

Газона :Д 23 У и, 15 Е270 45 ТоТи

Подзона 1: I о ■ 13270 40 38. ' П273

Подзз/.а Ь 12 ' 25 33

40,0 41,7 ' •55 ,'0

- Зч 00 82 . 22 - 44,5

18, Ь 50,0 4,S 6,S 10,0

н9 взв » шг/г

1,0 4,9 10,4 5,8 3,0 1,8 3,3

2,2 8,0 - - 4,5 5,1 3;6

2,4 - 16,4 - 5,4 5,8 5,4

3,Ь 3,3 17,4 13,7 7,0 8,2 8,1

- 13,3 10,3 5,5 ■ 4,4 4,4 7,2

щ раств.общ. , нг/да3

50 СО СО 70 55 СЗ 5G

•40 53 . - - 47 50 47

80,0 88,3 85,0 83,S

30 CÜ7Ö 48 Ьи,и ■Í3 7TTÜ - 42 7TJ73 . 47 43 7Ü,Ö

22 44, U 38 • Б373 31 о27П 39 -3577 •■3i öTTD 32 .5773

- 31 27 ' 30' 23 28 26

_51,6 45,0 43,0 42,0 44,4 46,4

Распределение концентрации ртути и направление потоков её миграции в экосистемах Килийской дельты р. Дунай и её приустьевой зоны

Концентрация ртути в почва, гздройиоктах, р -- 'с дон них отложеядях дана в шг/г '

лццад'дкм направлением точений. Повышенное содержание растворенной ртути в придонном слое зоды свидетельствует о еО решбклиьйции из донных отломений з хоме их дпагенетнческого преобразования. Наиболее активное поступление ртути из дэшш* эглэкензй 5 прпдонну.р воду • Глодается летом и осень.:, в период активизации биохимических процессов.

Таким образом приустьевая, зона р. Дуная является комплексно"; биогеохямкчеекзй баръзраэ* '¿оной, вшыча:дей в скйл горизонтальные (зона смешения речки:: и морских вод), вертикальные (слои пик-ноклК'.а, зоны контакта вода - дяо, вода - атмосфера) к азтопомнкё (вода -•биововесь) барьеры я барьерные зоны. Процессы, протекающие в них, приводят к преимущественному удалении выносимой' рекой ртути из водкой толди в донкые отлокекпя з узкой полосе зоны смешения речных п морских вод. Однако сравнение концентрация ртути в растворенной л взвезенной ¿орме на морской границе системы река -морз я у центральной части Черного моря показывает, что они превышает их з 1,5-2 и 2-5 раз соответственно. Из этого следует,.что сток Дуная оказывает существенное влияние на формирование качества воды северо-западной части Черного мот.

Результаты многолетних исследований, а ташке имеющиеся многочисленные данные наблюдения стационарной сети гидрометслумбы " СССР позволяет в первом приближении оценить ежегодное поступление ртути: на поверхность водосборного бассейна с атмосферными осад-' ками (54-62 т), в вершзну К..лийской дельты (35 т, 'з^том числе 6 т в растворенной, 29 - во взвешенной формах), в район устьевого взморья (28 т, в том числе около 6 т в растворенной, 22 - во взвешенной формах). Примерно 7 г ртути з год остается а экосистема^", дельты, где происходит её последующая трансформация и перераспределение в элементах экосистем. Распределение содержания ртути и направление потоков её миграции з элементах экосистем Килзйской дельты р. Дунай, её приустьевой золя л в сопредельных средах представлено на рис. 5.

_ "ВЫВОДЫ

I. Концентрация ртутя в воАе и ДО советского участка р.Дунай (от устья р. Прут до морского края Килийской дельты) характеризуются большой степенью изменчивости (Ь,09-1,о0_мкг/да3 и 0,05-1,'67 мкг/г, соответственно), как во. времени,-так и в пространстве. Установлено, что главными факторами, контролирующими' временную (ме~-годовуа, сезонную, межсуточную,, суточную) и про стране тва ннуз дина-'

мику концентрации ртути в воде являются (в порадке убывания значимости): среднегодовая водообеспеченность и гидрометеорологические условия в водосборном бассейне, фаза гидрологического цикла и "её гидрологический режим, гидродинамические и морфометрические характеристики водотоков, содержание растворенного и взвешенного органического вещества, активность биологических процессов.

2. Характер и особенности дина;тики концентрации ртути в почве, воде,.ДО свидетельствуют, что основным источником её поступления в р. Дунай является поверхностный сток с территории водосборного бассейна.

3. Доминирующей формой «шграции ртути в воде р. Дунай (70-95$) является взвепенная. Установлено,.что главными факторами, определяющими пространственно-временную динамику концентрации Ндвзв (0,04-1,28 мкг/дм3) являются - изменчивость концентрации взвешенных веществ (7-740 мг/дм3) и удельной концентрации р"ути во взвеси (0,4-10,1 мкг/г), Величина диапазона, в котором варьирует копдент-рация растворенной дзормы ртути (0,02-0,07 мкг/дм3) в основном контролируется изменчивостью концентрации её органической формы, составляющей 20-70/5 от содержания Диапазоны колебания концентраций Нд^еорг и Нд^рр, зафиксированные наблюдениями в водотоках Килийской дельты р. Дунай, равны соответственно 0,013-0,030 и 0,004-0,045 мкг/дм3. Максимальные концентрации НдБЗВ (0,28-1,24 мкг/дм3)

(0,05-0,07 мкг/дм3) наблюдались в р. Дунай в период зимнего паводка, минимальные - Но,,.,,, (0,04-0,08 мкг/дм3) в ле'нюю меР / Ксо^ жень, "Нд^щ (0,02-0,04 мкг/дм ) в период весенне-летнего половодья.

4. Килийская дельта р. Дунай является комплексной баогеохимической -барьерной зоной. 3 её водотоках в результате действия физических, физико-химически^ и биохимических процессов происходит изменение форсл миграции ртути, в том числе: а)на 2-20$ увеличивается концентрация Нд^рГ в поверхностном слое от истока 'к устьа и на 15-20/» в придонной воде; б) в среднем на 25% снижается концентрация НдБЗВ в системе исток - устье водотока; в) наблюдается накопление ртути' в догных отложениях (до 1,67 мкг/г сухой массы) и в гидро-бионтах (до величин в 2-3 раза превышающих ЦДК х хищных рыбах & ракгх)1

. 5. Большой диапазон колебания содержания ртути в донных отложений:. советской части р. Дунай (от устья р. Прут до морского края дельты) определяется.разнообразием их литологических типов. После нормализации концентрации ртути в ДО, пс относительному содержанию в них фракции менее 0,01 мл или С , установлено, чти меггодовая

дин&ишка содержания ртутк в ДО контролируется гидрометеорологической обстановкой в водосборном бассейне. В маловодный год концентрация НдИОрЦ в устьевых водотоках снижается в среднем на по отношению к предшествующему гс.,у и возрастает более чем на 2003 в период, следующий за маловодны,!.

В сезонной г пространственной ;зменчивости концентрации Ндн0р1 определявшую роль играет гидродинамические характеристики водотоков и биологические процессы (биоаккумуляция, биодеградация, биотурбация и др.), которые контролируют направление потоков миграции ртути в системе вода - ДО.

6. Расчеты показали, что с ручным стоком в вершин''' Килийской дельтг р. Дунай ежегодно выносится в среднем 28,8 т ртути во взвешенной форме и 6,6 т в растворенной. В пределы устьевого взморья поступает в среднем около 22 т ртути во взвеиеш-юй форме и 6 т в растворенной. Примерно 7 т остается в экосистемах Килийской дельты, в основном в форм, связанной с донными отложениями.

7. Устьевое взморье р. Дунай является комплексной биогеохимической барьерной зоной. В ней в соответствие о соленостью и био-геохишчесшш процессами выделены 4 подзоны, в которых последовательно происходит измензние фор! миграция ртути и её удаление из

в дной толщи в дойные отложения. В результате трансформации речных вод в морские, концентрация Ндвзв и Нд^ снижается на 76-95 и 45-т60$ от их первоначального содержания в речной воде и составляет на заключительном этапе смешения речных и мооских вод 0,02-0,08 и •0,01-0,03 мкг/дм3 соответственно. Концентрация ртути в ДО изменяется от 0,03 до 1,32 мкг/г сухой массы и контролируется содержанием в них С0рГ и пелитовой фракции. Максимальные концентрации наблюдаются в районе преимущественного расположения гидрофронт' (подзона Ш).

Трансформация форм ртути в ходе диагенеза донных отложений в условиях нарастающего эвтрофирования прибрежных вод, может быть серьезным источником вторичного загрязнения годных масс наиболее токсичными соедин .ниямя органической ртум в результате в результате поступления их из ДО в придонные слои вод^.

8. Установлено, что основной поток ртути, поступающей в Черное море со стоком р. Дунай направлен на иг и юго-восток, в соответствия с преобладающими направлениями течений.

Материалы диссертации опубликова ы в 18 работах. Из них наиболее полнг отражают методическую часть и результаты следующие:

1. К злова С.И., Зелюкова 10. ü., Полуэктов Н.С. Зависимость содержания ртути в реке Дунай от гидрологического режима и её распределение в экосистемах реки и приустьевой зоны Черного коря // Мат. ."Экология и рациональное использование природных ресурсов ¡Сигаго региона Украины". Севастополь, IS84. Рук. деп. ii'LMTii 8 окт. 1284 г. & 6611-84. - 1984. - С. 85-92.

2. Дкдоранко Т.О., Зелюкова Ю.В., Полуэктов Н.С.,. Козлова С.И. Изучение содержания ртути в природных объектах методом непламенной атомно-абсорбциониой спектрофотометрии // Мат. "Экология к рациональное использование природных ресурсов Южного региона ./крайни. Севастополь, 1984. Рук. деп. в 2ИШТИ 8 окт. IS84 Й 6611-84. - 1984. - С. 43-18.

3. Kozlova 3.1. Die Паша und Seitvsr^nderlicKieit des Queck silber-gehaLta in мазь.г des ICiliJaialtas von. Donau // XXY Konferenz HAU, Septenbei? 19P5, Bratislava, G chechosloviücai- 19S5.--

P. 65-69»

4. Козлова С.И., Зелюкова Ю.З. Содержание, трансформация и миграция ртути в экосистемах дельты Дуная // Труды Iii Бсес.совещ. но изучению миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Обнинск, июнь IS83. - Д. - IS85. - С. 180-184.

5. Козлова С.И., Кулебакяна Д.Г., Зелшова В.В. Содержание ртути в воде, взвешенном веществе и донных отложениях устьевой зоны р.- Дунай // Водные ресурсы. - 1985. - ü I. il. 155-159. KoüIovü 5.1. Ehe f te of mercury entering the ¿¡lack Sea with Daaube river run-off// 2nd Pacific Sympoaium oi Marine Scier, ceo. lb-19 August, lgBf. Nakhodka.- Vladivostok.- 1988.-P. 1+5-146.

7, Козлова С.И. Пространственная и временная изменчивость -распределения ртути в Китайской дельте Дуная // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. - Д.: Гидрометеоиздат. - 198а. -Вкл. 5. - С. 236-252.

8. Козлова С. И. Mcnoj. зованяе изотерм адсорбции для определения сорбдаонкой, емкости взвоыешого чещества эстуа^ных и морских, вод // Д лЛ СССР. - 1989. - Т. 305. № 6. - С. 1469-1472.