Современные концентрации тяжелых металлов в компонентах морской экосистемы как фоновый уровень мониторинга нефтегазовых разработок на шельфе Баренцева моря

ИЛЬИН Г.В.
Мурманский морской биологический институт РАН

Освоение месторождений нефти и газа на шельфе, транспорт нефтепродуктов даже при хорошей организации всех технологических процессов не исключает возможности ухудшения качества морской среды и состояния биоты. В числе разнообразных загрязняющих веществ (нефтяных углеводородов. ПАУ, ПХБ), попадающих в морскую среду от техногенных источников, оказываются также тяжелые металлы и микроэлементы. Негативное воздействие хозяйственной деятельности на локальных участках может быстро распространяться в морской среде, как это показано на примере дрейфа нефтяных пятен (Зуев. Ильин. 1996). II при анализе загрязненности активно мигрирующих гидробионтов. в частности рыб, единство большой морской экосистемы проявляется с особой четкостью.

Современный фон концентрации тяжелых металлов и микроэлементов в компонентах экосистемы моря сформирован суммарным воздействием материкового, стока металлов, эолового переноса, адвекции трансокеаническими течениями (Ильин, 2001). Увеличение их содержания в среде может произойти за счёт техногенного воздействия. Поступая в организм гидробионтов, металлы способны аккумулироваться в печени, почках, в мышцах и при увеличении концентрации приводить к их патологии.

Таким образом, учитывая рыбохозяйственное значение Баренцева моря, контроль содержания тяжёлых металлов в среде и в организмах гидробионтов, должен стать одним из основных компонентов комплексного мониторинга.

Южная часть Баренцева моря испытывает значительное влияние Кольского полуострова на уровень содержания металлов в воде и донных отложениях. Территория полуострова изобилует железными, медно-никелевыми, редкоземельными рудными провинциями- вследствие чего в пресноводном стоке повышен природный фон содержания меди, марганца, никеля, железа, алюминия (Даувальтер, 1998). В устьевых участках рек Печенга, Кола, Патсойоки концентрация Fe, Mn, Zn, Си в 60 % наблюдений превышают 2-6 ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов (Перечень..., 1999: Состояние..., 2001). В восточных районах, в реках Териберка. Воронья, Иоканьга, качество вод характеризуется высоким содержанием цинка (до 3.5 ПДК), меди (1-7 ПДК) и железа (2-8 ПДК).

Центральная зона моря подвержена влиянию вод Нордкапского и Мурманского прибрежного течений, переносящих загрязняющие вещества от североевропейских источников. В этой же части более выражено влияние атмосферного переноса металлов. Поступление металлов в море с аэрозолями имеет сезонную изменчивость, связанную с изменениями атмосферной циркуляции, циклами таяния и становления плавучего ледяного покрова. Зимой, с усилением южной составляющей атмосферного переноса, концентрация металлов в аэрозолях возрастает в 2-5 раз по сравнению с летом (Матишов. Голубева. 1998).

Тяжелые металлы и микроэлементы в воде. В настоящее время тяжелые металлы, в целом, не создают высоких концентраций в воде. За исключением железа и меди, низкие концентрации сохраняются как в поверхностном слое, так и в нижележащих слоях воды. Однако распределение металлов на акватории неравномерно. Наиболее выраженной мозаичностью характеризуется распределение железа, свинца, кобальта, меди.

Для кобальта и марганца характерно повышение концентраций в прибрежной зоне. В обогащении прибрежных вод этими металлами определяющее значение имеет материковый сток (Матишов. Кренева и др.. 2003).

В распределении меди выделяются два ареала повышенной концентрации, близкой к ПДК (5.0 мкг/л) - прибрежная зона и акватория полярной фронтальной зоны. В прибрежном ареале концентрация меди определяется влиянием берегового стока. В зоне полярного фронта на северной периферии Центрального желоба увеличение меди летом могло быть вызвано таянием ледового покрова, аккумулировавшего зимой атмосферные выпадения.

На фоне низких концентраций других металлов, содержание железа и в поверхностном, и в придонном слоях воды в летний период превышает ПДК для рыбохозяйственных водоемов (50 мкг/л).

Ртуть и кобальт содержатся в воде большей части акватории в концентрациях ниже порога обнаружения. Значимые концентрации этих элементов были отмечены в водах Кольского залива, т.е. в районе интенсивного техногенного воздействия. В устьевой части залива содержание ртути варьировало от 0 до 0.057 мкг/л. В воде внутренних участков в единичных пробах обнаруживались высокие концентрации ртути, до 4.0 мкг/л. Концентрация кобальта в воде изменялась в диапазоне 0.05-0.98 мкг/л. В отличие от ртути, наиболее высокое содержание кобальта прослежено в устьевой части залива.

Можно отметить тенденцию роста концентрации ртути в паводковый период, вызываемый весенним таянием снега или осенними дождями. Рост концентрации кобальта больше заметен в период становления ледового покрова на пресноводных водотоках, в меженный период. Можно предположить, что поступление ртути в море происходит за счет смыва атмосферных выпадений с территории водосбора. Поступление кобальта, по-видимому, осуществляется большей частью за счет дренирования почвенных слоев при изменении водного баланса и окислительно-восстановительных условий в почве.

Мышьяк, в морской воде обнаруживался в количествах на порядок ниже ПДК. Наиболее высокие концентрации этого элемента отмечались в прибрежных районах.

Содержание металлов в донных осадках отражает экологические тенденции продолжительного периода

Тяжелые металлы и микроэлементы в донных отложениях. Содержание металлов в донных осадках отражает экологические тенденции продолжительного периода. Однако в прибрежье, при небольших глубинах, в накоплении металлов велика роль периодических и постоянных течений, перемывающих и переотлагающих осадок, транспортирующих минеральные и органические примеси, поступающие с береговым стоком.

Практически все металлы в донных отложениях концентрируются по отношению к водной среде. Железо, кадмий, свинец, цинк, хром, медь, никель и мышьяк объединяет общая закономерность распределения, характеризующаяся локализацией максимальных концентраций в осадках Центрального желоба. Данная закономерность отмечалась и ранее и имеет, по-видимому, устойчивый характер (Ильин. Петров. 1994; Плотицына и др.. 2002).

Для высокотоксичной ртути и кобальта характерна противоположно направленная тенденция распространения. В осадках Центрального желоба отмечено низкое содержание этих элементов, по сравнению с осадками Мурманского мелководья и прибрежной зоны. Наибольший уровень накопления ртути наблюдался в осадках Кольского залива - до 0.2 мкг/г сухого осадка в устьевой части. В отложениях других хозяйственно используемых бухт - Мотовском заливе и пр.. уровень накопления ртути местами составил 0.10 мкг/г.

В формировании закономерности накопления меди, никеля, цинка, хрома и мышьяка большую роль, по-видимому, играет атмосферный перенос и выпадение аэрозолей на поверхность плавучего льда. В хозяйственно используемых Мотовском и Кольском заливах, в отличие от других участков прибрежной зоны, также отмечены высокие концентрации этих элементов. Концентрация меди в осадках отдельных частей этих заливов достигала 40.0-45.9 мкг/г, никеля - до 40.4 мкг/г, хрома - 35-40.6 мкг/г сухого осадка.

В осадках прибрежной зоны большую роль в локализации ареалов повышенного накопления металлов играют пресноводные водотоки, формирующие зоны геохимических барьеров и интенсивной седиментации. Железо, марганец, никель и хром в повышенных количествах накапливались в осадках области распространения стока Печоры.

Накопление микроэлементов в тканях гидробионтов. Попав в морскую среду, микроэлементы включаются в биогеохимические циклы. Техногенное увеличение их концентрации в среде, вызванное разливом буровых растворов или других технологических субстанций, обусловливает переход микроэлементов в разряд токсических веществ и их аккумулятивному накоплению в организмах гидробионтов. В связи с этим возникает вопрос, каким образом этот фон микроэлементов отражается на загрязнении гидробионтов, в том числе рыбы, которая составляет основу биоресурсов Баренцева моря.

Проведенные Мурманским морским биологическим институтом в течение ряда лет исследования дают представления о некоторых закономерностях накопления тяжелых металлов в тканях различных групп гидробионтов в Баренцевом море.

Кишечнополостные сестонофаги обладают способностью концентрировать в себе металлы в несколько раз больше, чем другие бентосные животные. Обитающие в Печорском море Alcyonidium disMforme (Briozoa), Actinia sP., Spongia sP. накопили хром, свинец, кобальт, марганец, мышьяк и железо в больших количествах, чем другие беспозвоночные. Максимальные концентрации этих металлов обнаружены в тканях сестонофагов из района распространения пресноводного стока р. Печоры: РЬ - 0.51; Сг - 4.8; Со - 1.5: Мп - 133: As - 2.56 мг/ кг сырой массы.

Иглокожие (Ophyiura sarsi, Stegohyiura nodosa, Asterias rubens, Strongylocentrotus droebachiensis) в этом же районе избирательно накапливают цинк и олово. Особи этих же видов, обитающие западнее, в зоне распространения вод Беломорского течения, в относительно повышенных концентрациях накапливают кадмий и ртуть (до 0.06 мг/кг и 0.16-0.17 мг/кг сырой массы соответственно).

В мышцах рыб содержание никеля, хрома, кобальта ниже пределов обнаружения применяемыми методами анализа. Накопление свинца, кадмия и ртути варьирует в очень узком диапазоне и. очевидно, в большей степени соответствует природному фоновому уровню. Наиболее контрастные различия между донными и пелагическими видами можно заметить по содержанию цинка. Мойва, сайда, сельдь накапливают его вдвое больше, чем другие виды. Некоторые донные виды рыб, преимущественно бентосного типа питания: зубатки, камбала-ерш и пинагор, обладают свойством накапливать ртуть, медь и цинк в больших количествах, чем другие виды. Повышенным накоплением этих металлов выделяется также и креветка. На примере группы иглокожих, объяснение этому нужно искать не только в характере питания, но и в расположении районов обитания выловленных особей, в условиях среды.

Пространственные различия в накоплении металлов на примере трески представлены на рисунке. Рыбы, выловленные в восточных промысловых районах, в большей степени накапливали медь и очень мало ртути. Для прибрежных районов характерно повышенное накопление всех металлов, особенно ртути и свинца. Для западных окраин моря и в целом для вод атлантического происхождения характерно относительно высокое содержание в мышцах трески мышьяка.

Пелагические рыбы - сайка, мойва, навага, обитающие в восточной области моря, практически не отличаются по накоплению микроэлементов в своих тканях. Донные рыбы, обитающие в районе перспективных нефтяных месторождений, к примеру, арктический шлемоносный бычок, накапливают в гораздо больших концентрациях хром, никель и железо. Этот более оседлый донный вид больше зависит от экологического состояния среды района, по сравнению с пелагическими рыбами. Другие демерсальные рыбы: камбала-ерш, морская камбала и треска, выловленные в Колгуевском районе, отличаются относительно повышенным накоплением ртути в тканях.

Другим примером территориальной дифференциации в накоплении тяжелых металлов гидробионтами может быть камчатский краб. Практически все тяжелые металлы накапливаются в мышцах краба в значительно большем количестве, чем в других промысловых гидробионтах. Повышенный уровень концентрации металлов объясняется тем, что крабы выловлены в прибрежной зоне, близкой к источникам техногенного загрязнения - Кольский и Мотовский заливы. Для крабов, обитающих в Кольском заливе, особенно характерно повышенное накопление ртути и свинца. В Мотовском заливе крабы накапливают мышьяк и медь.

В юго-восточной части моря обитает другой вид крабов. Hyas araneus. В Печорском море, в его мышцах преимущественно накапливаются медь и олово. А экземпляры, выловленные близ о. Колгуев, выделяются так же аномально высоким содержанием ртути в тканях - 1.31 мг/кг сырой массы.

Таким образом, существует мало изученная проблема антропогенного сброса микроэлементов в Баренцево море. Стало очевидным, что отдельные виды рыб и гидробионтов обладают избирательностью в накоплении металлов, а пространственная неоднородность аккумуляции микроэлементов гидробионтами может отражать степень антропогенного пресса на участки морской акватории. Дополнительная техногенная нагрузка, обусловленная развитием нефтегазового комплекса на акватории Баренцева моря может привести к росту концентраций металлов в рыбах на уровне отдельных рыболовных районов. Для обеспечения эффективного процесса комплексного мониторинга тяжёлые металлы следует рассматривать как одно из основных направлений исследования.

Литература
Даувальтер В.А. Тяжелые металлы в донных отложениях озерно-речной системы оз. Инари -р. Пасвик // Водные ресурсы. 1998. Т. 25, № 4. С. 494-500.
Зуев А.Н., Ильин Г.В. Оценка вероятности загрязнения акватории и побережья юго-восточной части Баренцева моря при разливе нефти в районе Приразломного месторождения // Экосистемы, биоресурсы и антропогенное загрязнение Печорского моря. Апатиты. 1996. С. 136-146.
Ильин Г.В., Петров B.C. Исследования содержания тяжелых металлов в грунтах // Экологические исследования зоны промышленного освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения на шельфе Баренцева моря. Препр. Апатиты: КНЦ РАН. 1994. С. 44-48.
Ильин Г.В. Современные уровни химического загрязнения промысловой ихтиофауны // Экология промысловых видов рыб Баренцева моря. Апатиты: КНЦ РАН. 2001. С. 196-217.
Матишов Г.Г. Голубееа Н.И. Химические примеси в снежном покрове Печорского и Карского морей // Биология и океанография Карского и Баренцева морей (по трассе Севморпути). Апаптиты. 1998. С. 430-440.
Матишов Г.Г., Кренева СВ., Мураеенко В.М., Шнаркоеекии И.А., Ильин Г.В., Биотестирование и прогноз изменчивости водных экосистем при антропогенном загрязнении. Апатиты: КНЦ РАН. 2003. 468 с.
Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М.: Изд- во ТОО «Мединор». 1995. 189 с.
Плотицына Н.Ф.,Киреева Л.И., Шаляпина Т.Н., Зимовейскова ТА. Голубееа ТА. Состояние загрязнения экосистемы Баренцева моря // Нефть и газ арктического шельфа 2002 г. Перспективы сегодня и завтра. Тезисы конференции. Мурманск. 13-15 ноября 2002 г. Секция 5. Геоэкология.
Состояние окружающей природной среды Мурманской области в 2000 г. Мурманск: МИП-999. 2001. 186 с.

Материалы международной конференции "Нефть и газ арктического шельфа - 2004"

Еще статьи на тему "металлы":

Новые решения Металл Профиль по герметизации

Жизненный путь металлочерепицы

Вся правда о металлочерепице