Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 511, № 1, стр. 93-97

Быстрые климатические изменения наиболее чутко проявляются в арктическом регионе. Наблюдаемое потепление создает перспективы для освоения территорий высоких широт и интенсификации эксплуатации Северного Морского пути, что неизбежно приведет к поступлению загрязняющих веществ в прибрежные акватории и накоплению их в донных отложениях. Так же донные отложения являются ретроспективным интегрированным показателем изменения окружающей среды. Одним из опасных поллютантов является ртуть, оказывающая нейротоксическое воздействие. Геологи оценили содержание ртути в почве в областях вечной мерзлоты и обнаружили, что в ней содержится примерно в два раза больше ртути, чем в остальной почве, а также океанах и атмосфере, вместе взятых [1]. При таянии вечной мерзлоты возможно дополнительное поступление ртути в арктические морские экосистемы. Обширные области восточной Сибири заняты вечной мерзлотой, которая в настоящее время деградирует, и тем самым талый материал может выноситься в акваторию шельфа. Гумификация и таяние вечной мерзлоты приводят к увеличению содержания самой токсичной и биодоступной формы ртути в морской воде – метильной [2]. Количество метильной формы зависит от общего количества ртути. В отсутствие прямых наблюдений оценку динамики поступления ртути возможно провести лишь по донным отложениям.

В нашей работе поставлена цель оценить геохимический фон ртути в донных отложениях, т.е. те концентрации, которые были накоплены в доиндустриальный период. Для этого были выбраны керны донных отложений, которые продатированы радиоизотопным методом на основе свинца-210 (рис. 1). Определение ртути выполнено на атомно-абсорбционном спектрометре РА915М с пиролитической приставкой ПИРО915+. Элементный состав определялся рентген-флюоресцентным методом на спектрометре Delta DPO 2000 Olympus. Точность определения элементов проверялась по международным стандартам донных отложений HISS-1, MESS-4, PACS-3, BCR-277. Органический углерод определялся в Центре коллективного пользования ДВГИ ДВО РАН на атомно-абсорбционном спектрометре “Shimadzu” TOC-L с приставкой для анализа твердых проб SSM-5000A. Для полученных аналитических данных была выполнена z-стандартизация и проведена обработка основными статистическими методами (корреляционный, кластерный и факторный анализы).

Рис. 1.

Карта-схема района исследований. 1 – станции отбора донных отложений; 2 – поверхностные течения; 3 – зона интенсивного судоходства [3]; 4 – вынос реками и приливно-отливными течениями промышленных, портовых, военных отходов, сточные воды; 5 – повсеместное развитие ледового комплекса [4].

Изучаемые керны донных отложений сложены в основном алеврит-пелитовыми частицами, доля песка увеличивается в отложениях, распространенных на внутреннем шельфе в зонах влияния крупных рек (Лена, Индигирка, Колыма). Окисленный слой (от коричневого до светло-коричневого) залегает в поверхностных горизонтах мощностью от первых сантиметров на внутреннем шельфе и до 30‒50 см на внешнем шельфе и склоне. Доля биогенных компонентов (диатомовые, радиолярии, спикулы губок) возрастает в донных отложениях Чукотского моря. Современные скорости осадконакопления на внутреннем шельфе составляют 0.15‒0.20 см/год, на внешнем шельфе и глубоководных частях уменьшаются до 0.02‒0.05 см/год [5–8].

Распределение ртути и других химических элементов представлено в табл. 1. Наблюдается тренд увеличения концентраций ртути в донных отложениях от внутреннего (глубина менее 50 м) шельфа к склону. Фоновые концентрации ртути в донных отложениях внутреннего шельфа изучаемых морей находится на уровне 20‒32 мкг/кг. Исключение составляют донные отложения внутреннего шельфа юго-восточной части моря Лаптевых (станции LV83-29 и LV83-32) (рис. 1), концентрации ртути в которых составляют 38‒39 мкг/кг. Здесь обнаружены железомарганцевые образования, что говорит о специфических геохимических условиях, в которых ртуть может дополнительно сорбироваться гидроокислами железа и марганца. Данный факт требует отдельного изучения. Донные отложения внешнего шельфа (от 50 до 200 м) характеризуются повышенным уровнем ртути с концентрациями 40‒56 мкг/кг, при этом максимальная концентрация (66 мкг/кг) обнаружена в Восточно-Сибирском море. Глубоководные отложения опробованы на склонах морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, где концентрации ртути составили 32‒34 и 41‒50 мкг/кг соответственно (табл. 1).

На основе статистического анализа были выделены ассоциации химических элементов (рис. 2), отражающие векторы геохимической дифференциации осадочного процесса. Первый фактор объясняет 26% дисперсии, который сформирован положительными значениями Zn, Hg, Cu, Fe и отрицательными Zr, Sr. Данный фактор можно интерпретировать как субширотную зональность – изменение фациальных условий от прибрежных со значимым содержанием грубозернистых фракций до глубоководных илов (“красных глин”). Второй фактор объясняет 23% общей дисперсии и сформирован положительными значениями Al, K, Ti, Y, Nb и отрицательными Ca. Данный фактор отражает субмеридиональную зональность – уменьшение влияния терригенного материала, выносимого крупными сибирскими реками и увеличение доли биогенных морских компонентов в направлении с запада на восток (от моря Лаптевых к Чукотскому морю). Выделенные кластеры дополняют результаты факторного анализа по интерпретации литолого-геохимической дифференциации осадочного материала (рис. 2). Кластер I соответствует фациям донных отложений с преобладанием песчанистой фракции. Кластер II отражает влияние выносов терригенного материала различных геологических провинций бассейна реками Лена, Яна, Индигирка и абразии коренных пород побережья. Кластер III трудно однозначно интерпретировать, вероятно, его выделение на основе элементов, отражающих биогенные компоненты (С_орг, P, Mg), и серы, связано с перераспределением органического материала и процессами раннего диагенеза. Кластер IV образован элементами, отражающими хемогенную глубоководную седиментацию. Как видно из рис. 2, ртуть участвует в формировании фактора 1 и входит в ассоциацию элементов кластера IV, а также дополнительно имеет значимые положительные корреляции с Al и Rb. Следовательно, на концентрирование ртути в донных отложениях доиндустриальной эпохи влияли сорбционные процессы на гидроокислах марганца и железа, и глинистых минералах. В то же время наблюдается отсутствие корреляции ртути с органическим углеродом, что, возможно, связано с его различным генезисом. Для моря Лаптевых превалирует терригенный источник. В то же время, в Чукотском море возрастает доля морского планктоногенного органического материала [4]. Распределение по гранулометрическим фракциям указывает на аккумуляцию ртути в тонкодисперсных фракциях (<2 и 2‒8 мкм) с концентрациями 60‒80 мкг/кг. В  песчанистых фракциях концентрации минимальны и соответствуют уровню 4‒12 мкг/кг.

Рис. 2.

Результаты статистической обработки аналитических данных.

Для Чукотского моря существуют оценки фоновых концентраций ртути, сделанные другими исследователями. Согласно этим исследованиям, фоновые концентрации ртути находятся на уровне от 29 мкг/кг [9] до 37 мкг/кг [10]. В двух коротких кернах, отобранных в каньоне Геральд (Чукотское море), концентрации ртути в фоновых горизонтах находятся на постоянном уровне и составляют 40 и 45 мкг/кг [11].

На основе представленных данных следует, что уровень фоновых концентраций ртути зависит от литолого-фациальных условий осадконакопления. При этом для внутреннего шельфа, на который предполагается большее антропогенное воздействие в будущем, концентрации ртути имеют малую изменчивость и находятся на уровне 20‒30 мкг/кг. Проведенные исследования создают предпосылки для пересмотра и разработки новых нормативов для санитарно-гигиенической оценки компонентов окружающей среды в инженерных изысканиях и экологическом мониторинге.