Читать онлайн Ирина Доценко, Анна Михайленко - Тяжелые металлы в компонентах ландшафта азовского моря
У берегов,Где крепь кремней,Где солнце кинуло поводья, -Атакой взмыленных конейСвоё ты гонишь половодье.И в шуме волн, где бьёшься ты,Взрывая грудь,Вздымая смерчи, -Скользнули водные путиОт Мариуполя до Керчи.Петр Шамов, 1929
Введение
Природные условия в Азовском море всегда были исключительно благоприятны. Климатические условия в регионе, мелководность водоема, обилие питательных веществ и другие характеристики делали Азовское море одним из самых биологически продуктивных и богатых рыбными ресурсами водоемов в мире. Однако современный этап его развития отличается сокращением биоресурсов, снижением биоразнообразия. В комплексе причин, обусловливающих эти процессы, не последнюю роль играет снижение качества водной среды, связанное в частности с ее загрязнением.
К числу наиболее значимых в экологическом отношении поллютантов, поступающих в акваторию Азовского моря, относятся тяжелые металлы (ТМ). Эти элементы активно участвуют в биогеохимических процессах изучаемой экосистемы и во многом их контролируют. В своей основной массе они имеют как природное, так и антропогенное происхождение. В содержаниях, не превышающих ПДК (предельно допустимые концентрации в растворенной форме), они не представляют угрозы для существования гидробионтов. В случае превышения этого порогового значения находящиеся в воде ТМ могут оказать токсическое воздействие на водные организмы. Для оценки воздействия на гидробионты важно знать не только концентрации металлов, но и преимущественные формы их нахождения и миграции. В свою очередь последние тесно связаны с соленостью и физико-химической обстановкой на границе раздела вода – донные отложения, которые контролируются динамикой водных масс, содержанием взвешенного вещества, а также скоростью седиментации и ресуспензирования верхнего слоя осадков.
Сгонно-нагонные ветры восточных и западных румбов, характеризующиеся быстрой изменчивостью во времени и по акватории, ураганы, приводящие к штормовой обстановке, изменению уровня моря, поступлению микроэлементов из донных отложений при их взмучивании, а также при развитии береговой и донной абразии могут существенно ухудшить экологическую ситуацию в Азовском море. Наводнения, возникающие при штормовых нагонах, нередко приводят к затоплению обширных участков побережья и причиняют серьезный ущерб хозяйственным комплексам. При сгонах уменьшаются глубины в портах, на барах и судоходных каналах, что осложняет навигационную обстановку. Знание режимных характеристик уровня необходимо при проектировании и эксплуатации гидротехнических, портовых и береговых сооружений, проведении геологической разведки и других видов изысканий в прибрежной зоне и в открытом море. Кроме того, определенную роль в процессе изменения экологической обстановки могут играть пыльные бури на прилегающих территориях, которые зачастую имеют исключительную силу и переносят на дальние расстояния большие объемы твердых частиц.
Важность изучения распределения, миграции, трансформации и осаждения тяжелых металлов была подчеркнута в работах сотрудников кафедры физической географии, экологии и охраны природы Института наук о Земле ЮФУ (бывший РГУ), Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Южного научного центра РАН, Азовского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и др. В настоящее время актуальность подобных исследований не только сохраняется, но и постоянно растет. Следует отметить, что ранее, несмотря на обширные и разносторонние исследования известных российских ученых, синхронных и комплексных исследований Азовского моря при различной гидрометеорологической обстановке не проводилось. В то же время учет особенностей распределения и поведения тяжелых металлов во время сгонно-нагонных явлений, может внести коррективы в существующую методику мониторинга Азовского моря. В основу монографии положены результаты по комплексному изучению воды, взвешенного вещества, донных отложений и почв, физико-химических условий и уровней концентраций приоритетных тяжелых металлов (ртуть, медь, цинк, кадмий, свинец) в компонентах ландшафта Азовского моря.
Целью работы явилось изучение распределения и поведения тяжелых металлов в компонентах ландшафта Азовского моря. В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
Установление особенностей изменения физико-химических параметров в поверхностном и придонном слоях воды Азовского моря при различной ветровой обстановке.
Изучение закономерностей пространственного распределения концентраций тяжелых металлов в воде и взвешенном веществе Азовского моря.
Исследование распределения различных миграционных форм ТМ в воде и взвешенном веществе как компонентах ландшафта Азовского моря.
Анализ распределения ТМ по площади акватории, а также по вертикальному разрезу донных отложений.
Изучение почв дельты реки Дон как источника поступления ТМ в донные отложения.
Была применена комплексная методика изучения компонентов ландшафта Азовского моря, включающая определение физико-химических характеристик, синхронный отбор проб воды, взвешенного вещества, донных отложений с последующим определением в них содержания тяжелых металлов; выявлено изменение окислительно-восстановительного потенциала и водородного показателя на границе раздела компонентов ландшафта «вода – донные отложения» и дано объяснение их асинхронному поведению; впервые разработана и реализована модель, демонстрирующая поведение объемного содержания ТМ во взвешенном веществе и их удельных концентраций в зависимости от содержания взвеси в воде Азовского моря; доказано существование тесной связи между содержанием ртути и органического вещества в донных отложениях Азовского моря.
Работа содержит оригинальный фактический материал, полученный в результате ряда комплексных экспедиционных работ, проводимых сотрудниками кафедры физической географии, экологии и охраны природы Института наук о Земле Южного федерального университета (бывший РГУ), в том числе авторами. Работы проводились в период с 1995 по 2014 гг. Использованы результаты анализов проб воды, донных отложений и взвешенного вещества на содержание таких микроэлементов, как ртуть, медь, свинец, кадмий, хром, никель, марганец и цинк. Обобщено более 2500 данных, проведено 2250 оригинальных определений содержания тяжелых металлов, органического вещества и физико-химических параметров.
Авторы выражают глубокую благодарность доц., к.г.н. А. Н. Кузнецову, к.г.н. Д. Н. Гарькуше., с.н.с, д.г.-м.н. Л. Л. Деминой, к.г.н. В. О. Хорошевской за ценные советы и полезную дискуссию, преп. М. Е. Трофимову за ряд предоставленных фотографий. Авторы признательны всем участникам комплексных экспедиций 2006 г., в особенности проф., д.г.н., В. В. Сапожникову, а также всему коллективу кафедры физической географии, экологии и охраны природы Института наук о Земле Южного федерального университета.
Глава 1. Обзор физико-географических и экологических особенностей азовского Моря
Азовское море – одно из самых небольших из всех морей мира, относящееся к системе Средиземного моря Атлантического океана. Расположено на юге Европейской территории России, между 45°17` и 47°17` с. ш. и 34°49` и 39°18` в. д. При относительно небольшой длине (360 км) и наибольшей ширине по меридиану (175 км) занимает площадь около 38 тыс. км>2. Общий объем моря – 290 км>3. Оно является полузамкнутым внутренним водоемом, в своей южной части сообщающимся с Черным морем через Керченский пролив. Протяженность береговой линии составляет 1530 км. Для этого моря характерны небольшие глубины, так максимальная – 14 м, а средняя – около 7 м (Гидрометеорология…, 1991). Азовское море подразделяется на две основные части – собственно море, его еще называют открытым, и Таганрогский залив или эстуарий площадью 5600 км². Длина залива составляет 140 км, а ширина в зоне смешения с открытой часть собственно моря – 31 км. Средняя глубина эстуария – 4,9 м, а его объем – 25 км³.
Будучи одним из внутриконтинентальных морей Понто-Каспийской группы, оно оставалось практически полностью изолированным от Мирового океана со времени исчезновения океана Тетис. А это, в совокупности с другими природными особенностями (малыми размерами, мелководностью, большим притоком терригенного материала), определило формирование уникальной экосистемы, во многом непохожей на другие (Хрусталёв, 1989).
1.1. Геолого-геоморфологическое строение
Азовское море расположено в зоне контакта Русской и Скифской платформ, а также Азово-Кубанского предгорного прогиба. Это обусловило небольшие глубины и пологий рельеф дна водоема. В северной части моря в пределах Русской платформы, в качестве элемента первого порядка, выделяется южный склон Украинского щита (Собакарь, 1964; Лебедев, Собакарь,1962). Частью его является Азовский выступ, который расположен на востоке водоема. Скифская платформа занимает большую часть основания моря, в ее пределах выделены следующие структуры: Азовский вал, Северо-Азовская депрессионная зона, Сивашская депрессия, а также южный склон эпигерцинской платформы (Маловицкий, 1964). На юге данная платформа переходит в молодую геологическую структуру – Индоло-Кубанский прогиб.
На востоке и юго-востоке Азовского моря береговая линия пересекает Азово-Кубанский предгорный прогиб, переходящий к югу в мегантиклинорий Большого Кавказа. В рельефе она представлена низменной равниной, поэтому восточное побережье является низким. Подводный береговой склон здесь формируют отложения песка, ила и детрита (Хрусталёв и др., 2000).
В северо-восточной части Азовского моря располагается самая мелководная его часть – Таганрогский залив. Его северные и южные берега являются абразионными. На многих их участках развиваются оползневые процессы. Клифы северного побережья сложены неогеновыми глинами и известняками-ракушечниками, южного – четвертичными глинами и суглинками. Зона прибоя у их основания покрыта узкими пляжами (до 10 – 15 м в ширину) из ракуши, песка и гравия. Местами встречаются бенчи, лишённые осадочного чехла (Хрусталёв, 1989). Для Таганрогского залива, как и Азовского моря в целом, характерно наличие песчаных кос, в числе которых Петрушинская, Кривая, Беглицкая, Ляпина (на севере), Очаковская, Чумбурская, Сазальницкая, Глафировская, Ейская, Долгая (на юге). Глафировская и Ейская косы обособляют очень мелкий Ейский лиман, в котором глубины не превышают 1 м. На северном побережье залива в результате затопления морем устья реки Миус образовался Миусский лиман. Для дельты Дона, простирающейся на 340 км>2, характерны песчано-илистые и аллювиальные отложения.
В пределах акватории Азовского моря выделяются следующие типы Новоазовских донных отложений: пелитовые (глинистые) и мелкоалевритовые илы, крупные алевриты, мелкозернистые пески, ракуша.
Наибольшее распространение получили терригенные отложения от крупнозернистых песков до пелитовых илов. Биогенные осадки имеют ограниченное развитие. Особенно большую роль они играют в восточной и северо-восточной частях собственно Азовского моря, где отмечаются максимальные для водоема значения биомассы и продуктивности биоценозов. Преобладающие по площади распространения пелитовые илы занимают глубоководную часть моря (более 10 м), представляющую собой область активной аккумуляции тонкодисперсного материала. В виде локальных пятен эти илы встречаются и на меньших глубинах, на участках, защищенных от активного волнового воздействия аккумулятивными формами, а также в глубоководной части Таганрогского залива. Мелкоалевритовые илы кольцом опоясывают акваторию Азовского моря, пространственно тяготея к области со слабой аккумуляцией. Крупные алевриты, в основном, накапливаются на взморье Дона. Донные отложения практически повсеместно в виде примеси содержат обломки раковин моллюсков (Шнюков и др., 1976; Хрусталев, 1989; Федоров и др., 1998; Экологический атлас…, 2011).
Похожие книги
