Геохимия, 2022, T. 67, № 10, стр. 1013-1028

Влияние стоков апатит-нефелинового производства на биогеохимические процессы в арктическом горном озере

В. А. Даувальтер a*, Д. Б. Денисов a, З. И. Слуковский ab

a Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН
184209 Мурманская обл, Апатиты, Академгородок, 14а, Россия

b Институт геологии Карельского научного центра РАН
185910 Республика Карелия, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11, Россия

* E-mail: v.dauvalter@ksc.ru

Поступила в редакцию 15.02.2021
После доработки 18.04.2021
Принята к публикации 16.05.2021

Аннотация

В Хибинском щелочном массиве с его апатит-нефелиновыми месторождениями сосредоточены крупнейшие в мире запасы фосфатного сырья, разработка которых ведется уже более 90 лет. В результате многолетних гидрохимических и гидробиологических исследований самого крупного озера Хибинского щелочного массива Большой Вудъявр установлено, что поступление стоков апатит-нефелинового производства привело к кардинальным изменениям естественных биогеохимических процессов. В воде озера, значительно возросла минерализация, величина pH, доля щелочных металлов и ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ в ионном составе, содержание соединений азота и фосфора. В толще воды оз. Б. Вудъявр прослеживается четкая вертикальная гидрохимическая стратификация вследствие распределения потоков воды в разных слоях от двух главных притоков. Сообщества фитопланктона и их количественные показатели в оз. Б. Вудъявр существенно отличаются от условно-фоновых, природно олиготрофный водоем в настоящее время соответствует мезотрофному статусу. В составе фитопланктона доминируют диатомовые водоросли, отмечено наличие видов цианобактерий, способных вызывать цветение и токсичное загрязнение воды озера. Сезонная динамика фитопланктона характеризуется одним ярко выраженным июльским максимумом. На развитие фитопланктона большое значение оказывают величина pH, содержание Si и ${\text{NH}}_{4}^{ + },$ определенную стимулирующую роль выполняет Cd. Биогеохимические условия, определяющие экологическое состояние водоема, формируются под влиянием двух основных факторов – антропогенного загрязнения стоками апатит-нефелинового производства и уровнем развития продукционных процессов.

Ключевые слова: Арктика, антропогенная нагрузка, загрязнение, горные озера, фитопланктон, цветение воды, хлорофилл “a”

Список литературы

  1. Алекин О.А. (1970) Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 444 с.

  2. Барабанов А.В., Калинина Т.А., Киселев А.А., Краснобаев А.И. (1999) Гигант в Хибинах. М.: Руда и металлы, 287 с.

  3. Виноградова А.А., Котова Е.И., Топчая В.Ю. (2017) Атмосферный перенос тяжелых металлов в районы Севера Европейской территории России. География и природные ресурсы. (1), 108-116.

  4. ГОСТ 17.1.3.07–82 (2010) Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков // Контроль качества воды: Сб. ГОСТов. М.: Стандартинформ.

  5. Давыдов Д.А., Шалыгин С.С. (2009) Цианопрокариоты планктона озера Большой Вудъявр (Кольский п-ов) Биологическое разнообразие северных экосистем в условиях изменяющегося климата: тезисы докл. междун. науч. конф. Апатиты: Изд-во K&M, 36-37.

  6. Даувальтер В.А. (2020) Геохимия озер в зоне влияния Арктического железорудного предприятия. Геохимия. 65(8), 797-810.

  7. Dauvalter V.A. (2020) Geochemistry of Lakes in a Zone Impacted by an Arctic Iron-Producing Enterprise. Geochem. Int. 58(8), 933-946.

  8. Даувальтер В.А., Денисов Д.Б., Дину М.И., Слуковский З.И. (2022) Биогеохимические особенности функционирования малых арктических озер Хибинского горного массива в условиях изменения климата и окружающей среды. Геохимия 67 (6), 559–575.

  9. Dauvalter V.A., Denisov D.B., Dinu M.I., Slukovskii Z.I. (2022) Biogeochemical Features of Functioning of Small Arctic Lakes of the Khibiny Mountains under Climatic and Environmental Changes. Geochem. Int. 60 (6), 560–574.

  10. Денисов Д.Б. (2010) Экологические особенности водорослевых сообществ разнотипных субарктических водоемов. Вестник Кольского научного центра РАН. (1), 48-55.

  11. Денисов Д.Б., Кашулин Н.А., Терентьев П.М., Валькова С.А. (2009) Современные тенденции изменения биоты пресноводных экосистем Мурманской области. Вестник МГТУ. 12(3), 525-538.

  12. Денисов Д.Б., Валькова С.А., Кашулин Н.А. (2016) Экологические особенности перифитона и зообентоса водных экосистем Хибинского горного массива (Кольский полуостров). Вестник МГТУ. 19(1/2), 165-175.

  13. Денисов Д.Б., Валькова С.А., Кашулин Н.А. (2018) Водорослевые сообщества и макрозообентос водных экосистем Хибинского горного массива (Кольский полуостров). Вестник Кольского научного центра РАН. 10(1), 23-35.

  14. Каныгина А.В. (1939) Гидробиологическое и гидрохимическое исследование озера Большой и Малый Вудъявр. Апатиты: Кольская научно-исследовательская база АН СССР, 206 с. (Фонды ФИЦ КНЦ РАН, № 105).

  15. Кашулин Н.А., Денисов Д.Б., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кашулина Т.Г., Малиновский Д.Н., Вандыш О.И., Ильяшук Б.П., Кудрявцева Л.П. (2008) Антропогенные изменения водных систем Хибинского горного массива (Мурманская область). В 2 ч. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, ч. 1. 250 с., ч. 2. 282 с.

  16. Кашулин Н.А., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кудрявцева Л.П., Терентьев П.М., Денисов Д.Б., Валькова С.А. (2010) Аннотированный экологический каталог озер Мурманской области (Восточная часть. Бассейн Баренцева моря). В 2 ч. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, ч. 1. 249 с., ч. 2. 128 с.

  17. Кашулин Н.А., Беккелунд А., Даувальтер В.А., Петрова О.В. (2019) Апатитовое горно-обогатительное производство и эвтрофирование арктического озера Имандра. Арктика: экология и экономика. 35(3), 16-34.

  18. Китаев С.П. (2007) Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск, Изд-во Карельского НЦ РАН, 394 с.

  19. Лозовик П.А., Галахина Н.Е. (2017) Изменение химического состава воды системы р. Кенти в результате техногенного влияния. Труды Карельского научного центра РАН. (3), 21-35.

  20. Методы экологических исследований водоемов Арктики (2019) / С.С. Сандимиров [и др.]. Мурманск: Изд-во МГТУ, 180 с.

  21. Минеева Н.М. (2004) Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. М.: Наука, 156 с.

  22. Моисеенко Т.И. (2015) Влияние геохимических факторов водной среды на биоаккумуляцию металлов в организме рыб. Геохимия. (3), 222-233.

  23. Moiseenko T.I. (2015) Impact of geochemical factors of aquatic environment on the metal bioaccumulation in fish. Geochem. Int. 53(3), 213-223.

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

  25. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А. (2015) Формирование химического состава вод Мурманской области в условиях функционирования горнорудных и металлургических производств. Арктика: экология и экономика. 20(4), 4-13.

  26. Моисеенко Т.И., Дину М.И., Гашкина Н.А., Кремлева Т.А., Хорошавин В.Ю. (2020) Геохимические закономерности распространения элементов в водах озер арктических регионов. Геохимия. 65(6), 521-532.

  27. Moiseenko T.I., Dinu M.I., Gashkina N.A., Kremleva T.A., Khoroshavin V.Y. (2020). Geochemical features of elements distributions in the lake waters of the Arctic region. Geochem. Int. 58 (6), 613-623.

  28. Никаноров А.М. (2001) Гидрохимия. СПб.: Гидрометеиздат, 444 с.

  29. Павлова А.С., Кашулин Н.А., Денисов Д.Б., Терентьев П.М., Кашулина Т.Г., Даувальтер В.А. (2019) Распределение химических элементов между компонентами экосистемы арктического озера Большой Вудъявр (Хибины, Мурманская область). Сибирский экологический журн. (3), 348-366.

  30. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений (1992) / В.А. Абакумов [и др.]. СПб.: Гидрометеоиздат, 318 с.

  31. Сулименко Л.П., Кошкина Л.Б., Мингалева Т.А., Светлов А.В., Некипелов Д.А., Макаров Д.В., Маслобоев В.А. (2017) Молибден в зоне гипергенеза Хибинского горного массива. Мурманск: Изд-во МГТУ, 148 с.

  32. Терентьев П.М., Кашулин Н.А., Зубова Е.М. (2017) Роль европейской корюшки Osmeruseperlanus (Linnaeus) в структуре ихтиофауны бассейна оз. Имандра (Мурманская область). Труды ЗИН. 321(2), 228-243.

  33. Ферсман А.Е. (1968) Наш апатит. М.: Наука, 136 с.

  34. Cheng J., Qiu H., Chang Z., Jiang Z., Yin W. (2016) The effect of cadmium on the growth and antioxidant re-sponse for freshwater algae Chlorella vulgaris. Springer Plus. 5(1290).

  35. Determination of photosynthetic pigments in sea water (1996) / Rep. of SCOP-UNESCO Working Group 17. Paris: UNESCO, 9-18.

  36. Domingues R.B., Barbosa A.B., Sommer U., Galvão H.M. (2011) Ammonium, nitrate and phytoplankton interactions in a freshwater tidal estuarine zone: potential effects of cultural eutrophication. Aquat. Sci. 73, 331-343.

  37. Gregurek D., Melcher F., Pavlov V.A., Reimann C., Stumpf E.F. (1999) Mineralogy and mineral chemistry of snow filter residues in the vicinity of the nickel-copper processing industry, Kola Peninsula, NW Russia. Miner. Petrol. 65, 87-111.

  38. Guiry M.D., Guiry G.M. (2021) AlgaeBase. World-wide electronic publication. National University of Ireland, Galway, URL: http://www.algaebase.org (дата обращения 21.01.2021).

  39. Intercomparison–2016 (2016) 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, 72 p.

  40. Karlson B., Cusack C., Bresnan E. (2010) Microscopic and molecular methods for quantitative phytoplankton analysis. Intergovernmental Oceanographic Commission Manuals and Guides 55. Paris: UNESCO, 114 p.

  41. Kashulin N.A., Dauvalter V.A., Denisov D.B., Valkova S.A., Vandysh O.I., Terentjev P.M., Kashulin A.N. (2017) Selected aspects of the current state of freshwater resources in the Murmansk Region, Russia. J. Environ. Science and Health, Part A. 52(9), 921-929.

  42. Lane T.W., Saito M.A., George G.N., Pickering I.J., Prince R.C., Morel F.M.M. (2005) A cadmium enzyme from a marine diatom. Nature. 435, 42.

  43. Masmoudi S., Nguyen-Deroche N., Caruso A., Ayadi H., Morant-Manceau A., Tremblin G. (2013) Cadmium, Copper, Sodium and Zinc Effects on Diatoms: from Heaven to Hell – a Review. Cryptogamie, Algologie. 34(2), 185-225.

  44. Moiseenko T.I., Dinu M.I., Gashkina N.A., Kremleva T.A. (2019) Aquatic environment and anthropogenic factor effects on distribution of trace elements in surface waters of European Russia and Western Siberia // Environ. Res. Lett. 14, 065010.

  45. Moiseenko T.I., Gashkina N.A., Dinu M.I., Kremleva T.A., Khoroshavin V.Yu. (2020) Water Chemistry of Arctic Lakes under Airborne Contamination of Watersheds // Water 12, 1659.

  46. Mu W., Chen Y., Liu Y., Pan X., Fan Y. (2018) Toxicological effects of cadmium and lead on two freshwater diatoms. Environ. Toxicol. Pharmacol. 59, 152-162.

  47. Standard method for examination for water and wastewater (1999). 20-th Edition (Eds. Clescerl L.S., Greenberg A.E., Eaton A.D.). Washington: American Public Health Association USA, 2671 p.

  48. Xu Y., Feng L., Jeffrey P.D., Shi Y., Morel F.M.M. (2008) Structure and metal exchange in the cadmium carbonic anhydrase of marine diatoms. Nature. 452, 56-61.

Дополнительные материалы отсутствуют.