Аккумуляция и миграция элементов в Арктических наземных и водных экосистемах в зоне влияния выбросов точечного источника загрязнения

Владимир Андреевич Даувальтер, Николай Александрович Кашулин, Vladimir Dauvalter, Nikolai Kashulin

Аннотация


По результатам многолетних исследований проведен анализ распределения элементов (Ni, Сu Co, Zn, Cd, Pb, Cr, As, Hg, Fe, Mn, Al, Na, K, Ca, Mg, Sr) в различных звеньях наземных и водных экосистем в зоне влияния выбросов горно-металлургического комбината «Печенганикель», который является локальным источником повышенных концентраций тяжелых металлов в верхних горизонтах почвы, поверхностных водах и донных отложениях водоемов. Отмечено увеличение содержания щелочных и щелочноземельных металлов вблизи комбината, что проявилось в эффекте подщелачивания. Значения pH воды озер и водных вытяжек подстилки и органогенного слоя почвы растут по мере приближения к комбинату. Для большинства исследуемых элементов отмечена закономерность увеличения содержания в звеньях водных и наземных экосистем в направлении: вода водоемов – подстилка – органогенный слой почвы – донные отложения водоемов. Тяжелые металлы, накопленные в наземных экосистемах (в почвах и растениях) территории водосборов за 80-летний период деятельности горно-металлургического комплекса, будут загрязнять водоемы еще не один десяток лет вследствие длительного периода самоочищения почв.



Ключевые слова


вода, донные отложения, озера, почва, загрязнение, тяжелые металлы

Полный текст:

PDF

Литература


Базова М. М. Особенности формирования элементного состава вод Кольского Севера в условиях функционирования горнорудных производств // Геохимия. 2017. № 1. С. 92–106. doi: 10.7868/S0016752517010022.

Гашкина Н. А., Моисеенко Т. И. Пространственно-временные закономерности изменения химического состава вод озер под влиянием выбросов медно-никелевых производств: прогноз закисления // Геохимия. 2016. № 12. С. 1122–1137. doi: 10.7868/S0016752516120037.

Даувальтер В. А. Загрязнение донных отложений водосбора реки Пасвик тяжелыми металлами // Геоэкология. 1997. № 6. С. 43–53.

Даувальтер В. А. Тяжелые металлы в донных отложениях озерно-речной системы озеро Инари – река Пасвик // Водные ресурсы. 1998. Т. 25, № 4. С. 494–500.

Даувальтер В. А. Закономерности осадконакопления в водных объектах Европейской Субарктики (природоохранные аспекты проблемы): автореф. дис. докт. геогр. наук. М., 1999. 52 с.

Даувальтер В. А. Геоэкология донных отложений озер. Мурманск: Изд-во Мурманского гос. техн. ун-та, 2012. 242 с.

Даувальтер В. А., Ильяшук Б. П. Условия образования железо-марганцевых конкреций в донных отложениях озер в пределах Балтийского кристаллического щита. Геохимия. 2007. № 6. С. 680–684.

Даувальтер В.А., Кашулин Н.А. Поток тяжелых металлов (Ni и Cu) на водосборе субарктического озера // Сибирский экологический журнал. 2014. № 4. С. 503-514.

Даувальтер В. А., Кашулин Н. А. Основные закономерности распределения тяжелых металлов в донных отложениях озер северо-западной части Мурманской области и приграничной территории сопредельных стран // Вестник Кольского НЦ РАН. 2015. № 1. С. 101–112.

Даувальтер В. А., Кашулин Н. А., Денисов Д. Б. Тенденции изменения содержания тяжелых металлов в донных отложениях озер Севера Фенноскандии в последние столетия // Труды Карельского НЦ РАН. 2015. № 9. С. 62–75. doi: 0.17076/lim40.

Даувальтер В. А., Кашулин Н. А., Сандимиров С. С. Тенденции изменений химического состава донных отложений пресноводных Субарктических и Арктических водоемов под влиянием природных и антропогенных факторов // Труды Кольского НЦ РАН. 2012. № 2. С. 54–87.

Демина Л. Л., Будько Д. Ф., Алексеева Т. Н., Новигатский А. Н., Филиппов А. С., Коченкова А. И. Особенности распределения микроэлементов в процессах раннего диагенеза донных осадков Белого моря // Геохимия. 2017. № 1. С. 107–112. doi: 10.7868/S0016752517010058.

Евдокимова Г. А., Калабин Г. В., Мозгова Н. П. Содержание и токсичность тяжелых металлов в почвах зоны воздействия воздушных выбросов комбината “Североникель” // Почвоведение. 2011. № 2. С. 261–268.

Евдокимова Г. А., Мозгова Н. П., Корнейкова М. В. Содержание и токсичность тяжелых металлов в почвах зоны воздействия газовоздушных выбросов комбината “Печенгоникель” // Почвоведение. 2014. № 5. С. 625–631. doi: 10.7868/S0032180X14050049.

Елпатьевский П. В. Геохимия миграционных потоков в природных и природно-техногенных системах. М.: Наука, 1993. 253 с.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.

Кашулин Н. А., Сандимиров С. С., Даувальтер В. А., Терентьев П. М., Денисов Д. Б. Экологический каталог озер Мурманской области. Северо-западная часть Мурманской области и приграничной территории сопредельных стран. В 2 ч. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2009. Ч. 1. 226 с. Ч. 2. 262 с.

Крючков В. В., Макарова Т. Д. Аэротехногенное воздействие на экосистемы Кольского Севера. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1989. 96 с.

Лукина Н. В., Никонов В. В. Биогеохимические циклы в лесах Севера в условиях аэротехногенного загрязнения. В 2 ч. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1996. Ч. 1. 213 с. Ч. 2. 192 с.

Моисеенко Т. И., Родюшкин И. В., Даувальтер В. А., Кудрявцева Л. П. Формирование качества вод и донных отложений в условиях антропогенных нагрузок на водоемы арктического бассейна (на примере Кольского Севера). Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1996. 263 с.

Моисеенко Т. И., Даувальтер В. А., Родюшкин И. В. Механизмы круговорота природных и антропогенных металлов в поверхностных водах Субарктики // Водные ресурсы. 1998. Т. 25, № 2. С. 231–243.

Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.

Слуковский З. И., Ильмаст Н. В., Суховская И. В., Борвинская Е. В., Гоголев М. А. Геохимическая специфика процесса современного осадконакопления в условиях техногенеза (на примере оз. Ламба, Петрозаводск, Карелия) // Труды Карельского НЦ РАН № 10. 2017. С. 45–63. DOI: 10.17076/lim618.

Яхнин Э. Я., Томилина О. В., Деларов Д. А. Атмосферные выпадения тяжелых металлов и их влияние на экологическое состояние почв // Экологическая химия. 1997. Т. 6, № 4. С. 253–259.

Blais J. M., Duff K. E., Laing T. E., Smol J. P. Regional contamination in lakes from the Noril'sk region in Siberia, Russia // Water, Air, Soil Pollut. 1998. Vol. 95. P. 1–16. doi:10.1023/A:100505932.

Cernic M., Federer P., Borcovec M., Sticher H. Modelling of heavy metal transport in a contaminated soil // J. Environ. Qual. 1994. Vol. 23. P. 1239–1248.

Current State of Terrestrial Ecosystems in the Joint Norwegian, Russian and Finnish Border Area in Northern Fennoscandia. Working Paper of the Finnish Forest Research Institute N 85. Eds. Derome J., Myking T., Aarestad P. A., 2008. 98 p.

Dauvalter V. Heavy metals in lake sediments of the Kola peninsula, Russia // Sci. Tot. Environ. 1994. Vol. 158. P. 51–61. doi: 10.1016/0048-9697(94)04214-8.

Dauvalter V. Heavy metal concentrations in lake sediments as an index of freshwater ecosystem pollution // Disturbance and recovery in Arctic lands: an ecological perspective (Ed. Crawford R.M.M.). Dordrecht, the Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1997. P. 333–351.

Dauvalter V., Rognerud S. Heavy metals pollution in sediment of the Pasvik River drainage // Chemosphere. 2001. Vol. 42, N 1. P. 9–18. doi: 10.1016/S0045-6535(00)00094-1.

De Vries W., Banker D. J. Manual for calculating critical load of heavy metals for soils and surface water // Report of DLO Winland Staring Centre, Wageningen (The Neterlands), 1996. N 114. 133 p.

Fridland A. J., Craig B. M., Miller E. K., Herrick G. T., Siccama T. G., Johnson A. N. Decreasing lead levels in the forest floor of the northeastern USA // AMBIO. 1992. Vol. 21. P. 400–430.

Gregurek D., Melcher F., Pavlov V. A., Reimann C., Stumpf E. F. Mineralogy and mineral chemistry of snow filter residues in the vicinity of the nickel-copper processing industry, Kola Peninsula, NW Russia // Miner. Petrol. 1999. Vol. 65. P. 87–111. doi: 10.1007/BF01161578.

Miller E. K., Fridland A. J. Lead migration in forest soil. Response to changing atmospheric inputs // Environ. Sci. Technol. 1994. Vol. 28. p. 662–672. doi: 10.1021/es00053a020.

Moiseenko T. I., Kudryavtseva L. P., Rodyushkin I. V., Dauvalter V. A., Lukin A. A., Kashulin N. A. Airborne contaminants by heavy metals and aluminium in the freshwater ecosystems of the Kola subarctic region (Russia) // Sci. Tot. Environ. 1995. Vol. 160/161. P. 715–727.

Palmer G. R., Dixit S. S., Macarthur J. D., Smol J. P. Elemental analysis of lake sediment from Sudbery, Canada, using particle-induced X-ray emission // Sci. Tot. Environ. 1989. Vol. 87/88. P. 141–156.

Reimann C., Banks D., Bogatyrev I., de Cariat P., Kashulina G., Niskavaara H. Lake water geochemistry on the western Kola Peninsula, north-west Russia // Appl. Geochem. 1999. Vol. 14. P. 787–805. doi: 10.1016/S0883-2927(99)00006-2.

Rognerud S., Dauvalter V. A., Fjeld E., Skjelkvåle B. L., Christensen G., Kashulin N. Spatial Trends of Trace-Element Contamination in Recently Deposited Lake Sediment Around the Ni–Cu Smelter at Nikel, Kola Peninsula, Russian Arctic // AMBIO. 2013. Vol. 42, N 6. P. 724–736. doi: 10.1007/s13280-013-0384-8.

Semkin R. G., Kramer J. R. Sediment geochemistry of Sudbury area lakes // Can. Mineral. 1976. Vol. 14. P. 73–90.

References

Bazova M. M. Osobennosti formirovaniya elementnogo sostava vod Kol’skogo Severa v usloviyakh funktsionirovaniya gornorudnykh proizvodstv [Specifics of the elemental composition of waters in environments with operating mining and ore-processing plants in the Kola North]. Geokhimiya [Geochem. Int.]. 2017. Vol. 55, no. 1. P. 131–143. doi: 10.1134/S0016702917010025

Dauvalter V. A. Zagryaznenie donnykh otlozhenii vodosbora reki Pasvik tyazhelymi metallami [Pollution of bottom sediments of the Pasvik river basin with heavy metals]. Geoekologiya [Geoecology]. 1997. No. 6. P. 43–53.

Dauvalter V. A. Zakonomernosti osadkonakopleniya v vodnykh ob’ektakh Evropeiskoi Subarktiki (prirodookhrannye aspekty problemy) [The patterns of sedimentation in water bodies of the European Subarctic (environmental aspects of the problem)]: DSc (Dr. of Geogr.) thesis. Moscow, 1999. 52 p.

Dauvalter V. A. Geoekologiya donnykh otlozhenii ozer [Geoecology of bottom sediments of lakes]. Murmansk: MGTU, 2012. 242 p.

Dauvalter V. A., Ilyashuk B. P. Usloviya obrazovaniya zhelezo-margantsevykh konkretsii v donnykh otlozheniyakh ozer v predelakh Baltiiskogo kristallicheskogo shchita [Conditions of formation of ferromanganese nodules in the bottom sediments of lakes in the Baltic Shield]. Geokhimiya [Geochem. Int.]. 2007. Vol. 45, no. 6. P. 615–619. doi: 10.1134/S0016702907060092

Dauvalter V. A., Kashulin N. A. Potok tyazhelykh metallov (Ni i Cu) na vodosbore subarkticheskogo ozera [Flow of heavy metals (Ni and Cu) in the catchment area of a Subarctic lake]. Sibirskii ekologicheskii zhurnal [Contemporary Problems Ecol.]. 2014. Vol. 7, no. 4. P. 375–383. doi: 10.1134/S1995425514040027

Dauvalter V. A., Kashulin N. A., Denisov D. B. Tendentsii izmeneniya soderzhaniya tyazhelykh metallov v donnykh otlozheniyakh ozer Severa Fennoskandii v poslednie stoletiya [Tendencies in the content change of heavy metals in lake sediments in N orthern Fennoscandia over the last centuries]. Trudy KarNTs RAN [Trans. KarRC RAS]. 2015. No. 9. P. 62–75. doi: 0.17076/lim40

Demina L. L., Bud’ko D. F., Alekseeva T. N., Novigatskii A. N., Filippov A. S., Kochenkova A. I. Osobennosti raspredeleniya mikroelementov v protsessakh rannego diageneza donnykh osadkov Belogo morya [Partitioning of trace elements in the process of early diagenesis of bottom sediments in the White Sea]. Geokhimiya [Geochem. Int.]. 2017. Vol. 55, no. 1. P. 144–149. doi: 10.1134/S0016702917010050

Elpat'evskii P. V. Geokhimiya migratsionnykh potokov v prirodnykh i prirodno-tekhnogennykh sistemakh [Geochemistry of migration flows in natural and naturaltechnogenic systems]. Moscow: Nauka, 1993. 253 p.

Evdokimova G. A., Mozgova N. P., Kalabin G. V. Soderzhanie i toksichnost’ tyazhelykh metallov v pochvakh zony vozdeistviya vozdushnykh vybrosov kombinata Severonikel’ [The content and toxicity of heavy metals in the soils affected by aerial emissions from the Severonikel Enterprise]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2011. Vol. 44, no. 2. P. 237–244. doi: 10.1134/S1064229311020037

Evdokimova G. A., Mozgova N. P., Korneikova M. V.

Soderzhanie i toksichnost’ tyazhelykh metallov v pochvakh zony vozdeistviya gazovozdushnykh vybrosov kombinata Pechenganikel’ [The content and toxicity of heavy metals in the soils affected by aerial emissions from the Pechenganikel plant]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2014. Vol. 47, no. 5. P. 504–510. doi: 10.1134/S1064229314050044

Gashkina N. A., Moiseenko T. I. Prostranstvenno-vremennye zakonomernosti izmeneniya khimicheskogo sostava vod ozer pod vliyaniem vybrosov mednonikelevykh proizvodstv: prognoz zakisleniya [Character of spatiotemporal variations in the chemical composition of lake water under the influence of emission from copper – nickel plants: prediction of acidification]. Geokhimiya [Geochem. Int.]. 2016. Vol. 54, no. 12. P. 1079–1093. doi: 10.1134/S001670291612003X

Kabata-Pendias A., Pendias H. Mikroelementy v pochvakh i rasteniyakh [Microelements in soils and plants]. Moscow: Mir, 1989. 439 p.

Kashulin N. A., Sandimirov S. S., Dauvalter V. A., Terent’ev P. M., Denisov D. B. Ekologicheskii catalog ozer Murmanskoi oblasti. Severo-zapadnaya chast’ Murmanskoi oblasti i prigranichnoi territorii sopredel’nykhstran [Ecological catalog of the lakes of the M urmansk region. The North-Western part of the Murmansk region and the border area of the neighboring countries]. Apatity: KNC RAN, 2009. Part 1. 226 p. Part 2. 262 p.

Kryuchkov V. V., Makarova T. D. Aerotekhnogennoe vozdeistvie na ekosistemy Kol’skogo Severa [Aerotechnogenic impact on the ecosystems of the Kola North]. Apatity: KNC RAN, 1989. 96 p.

Slukovskii Z. I., Il’mast N. V., Sukhovskaya I. V., Borvinskaya E. V., Gogolev M. A. Geokhimicheskaya spetsifika protsessa sovremennogo osadkonakopleniya v usloviyakh tekhnogeneza (na primere oz. Lamba, Petrozavodsk, Kareliya) [The geochemical specifics of modern sedimentation processes on the bottom of a small lake Lamba under technogenic impact]. Trudy KarNTs RAN [Trans. KarRC RAS]. 2017. No. 10. P. 45–63. doi: 10.17076/lim618

Yakhnin E. Ya., Tomilina O. V., Delarov D. A. Atmosfernyevypadeniya tyazhelykh metallov i ikh vliyanie na ekologicheskoe sostoyanie pochv [Atmospheric precipitation of heavy metals and their effect on the ecologicalstate of soils]. Ekologicheskaya khimia [Ecol. Chem.]. 1997. Vol. 6, no. 4. P. 253–259.

Blais J. M., Duff K. E., Laing T. E., Smol J. P. Regional contamination in lakes from the Noril’sk region in Siberia, Russia. Water, Air, Soil Pollut. 1998. Vol. 95. P. 1–16. doi: 10.1023/A:100505932

Cernic M., Federer P., Borcovec M., Sticher H. Modelling of heavy metal transport in a contaminated soil. J. Environ. Qual. 1994. Vol. 23. P. 1239–1248.

Current State of Terrestrial Ecosystems in the Joint Norwegian, Russian and Finnish Border Area in Northern Fennoscandia. Working Paper of the Finnish Forest Research Institute. 2008. No. 85. 98 p.

Dauvalter V., Rognerud S. Heavy metals pollutionin sediment of the Pasvik River drainage. Chemosphere. 2001. Vol. 42, no. 1. P. 9–18. doi: 10.1016/S0045-6535(00)00094-1

De Vries W., Banker D. J. Manual for calculating critical

load of heavy metals for soils and surface water.

Report of DLO Winland Staring Centre, Wageningen (The Neterlands), 1996. No. 114. 133 p.

Fridland A. J., Craig B. M., Miller E. K., Herrick G. T., Siccama T. G., Johnson A. N. Decreasing lead levels in the forest floor of the northeastern USA. AMBIO. 1992. Vol. 21. P. 400–430.

Gregurek D., Melcher F., Pavlov V. A., Reimann C., Stumpf E. F. Mineralogy and mineral chemistry of snow filter residues in the vicinity of the nickel-copper processing industry, Kola Peninsula, NW Russia. Miner. Petrol. 1999. Vol. 65. P. 87–111. doi: 10.1007/BF01161578

Intercomparison 1630: pH, Conductivity, Alkalinity,NO3-N, Cl, SO4, Ca, Mg, Na, K, TOC, Al, Fe, Mn, Cd, Pb, Cu, Ni and Zn. ICP Waters report 129/2016. Oslo: Norwegian Institute for Water Research, Report No. 7081, 2016. 72 p.

Miller E. K., Fridland A. J. Lead migration in forest soil. Response to changing atmospheric inputs. Environ. Sci. Technol. 1994. Vol. 28. P. 662–672. doi: 10.1021/es00053a020

Palmer G. R., Dixit S. S., Macarthur J. D., Smol J. P. Elemental analysis of lake sediment from Sudbery, Canada, using particle-induced X-ray emission. Sci. Tot. Environ. 1989. Vol. 87/88. P. 141–156.

Reimann C., Banks D., Bogatyrev I., de Cariat P., Kashulina G., Niskavaara H. Lake water geochemistry on the western Kola Peninsula, north-west Russia. Appl. Geochem. 1999. Vol. 14. P. 787–805. doi: 10.1016/S0883-2927(99)00006-2

Rognerud S., Dauvalter V. A., Fjeld E., Skjelkvale B. L., Christensen G., Kashulin N. Spatial Trends of Trace-Element Contamination in Recently Deposited Lake Sediment Around the Ni– Cu Smelter at Nikel, Kola Peninsula, Russian Arctic. AMBIO. 2013. Vol. 42, no. 6. P. 724–736. doi: 10.1007/s13280-013-0384-8

Semkin R. G., Kramer J. R. Sediment geochemistry of Sudbury area lakes. Can. Mineral. 1976. Vol. 14. P. 73–90.

Skogheim O. K. Rapport fra Arungenprosjektet. Oslo:As-NLH, 1979. No. 2. 7 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/lim744

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2018