1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Океанология
  4. T. 60, № 3, 2020

Океанология, 2020, T. 60, № 3, стр. 418-428

Особенности накопления макро- и микроэлементов субколлоидной фракцией донных отложений маргинального фильтра под влиянием повышенного стока р. Раздольной (Амурский залив, Японское море)

Д. М. Поляков 1, *, Н. В. Зарубина 1

1 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН
Владивосток, Россия

* E-mail: dmpol@poi.dvo.ru

Поступила в редакцию 24.10.2017
После доработки 18.10.2019
Принята к публикации 16.12.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Выявлено распределение содержания макро- (Si, Al, Fe, Mn), микроэлементов (Ga, V, W, Th, Mo, U, Be, Y, Cd), Сорг и глинистых минералов в субколлоидной фракции донных осадков маргинального фильтра р. Раздольной (почва, речные и морские отложения). Под влиянием повышенного речного стока, как результат тайфуна, зона флоккуляции, образования оксигидроксидов Fe, Mn и сорбции ионов некоторых микроэлементов (U, Be, Cd, Y) продвинулась в Амурский залив. Выявлено дополнительное увеличение содержания Si в отложениях залива связанное с биогенным накоплением, что привело к разбавлению терригенных алюмосиликатов и уменьшению содержания микроэлементов в морских осадках. Показано увеличение содержания по сравнению с речными отложениями Y на 22, Cd – на 80, U – на 110 и Mo – на 1140% в осадках станций, расположенных вблизи б. Золотой Рог, которое связано с влиянием загрязненных грунтов “старого дампинга”.

Ключевые слова: Японское море, маргинальный фильтр, макро- и микроэлементы, донные отложения, почвы

На границе реки и моря формируется биохимический барьер, названный маргинальным фильтром [13], где происходит слияние пресных речных и соленых морских вод, их взаимное разбавление, физико-химическое взаимодействие (флоккуляция, сорбция, образование оксигидроксидов Fe и Mn) и бурное развитие биологических процессов (морского планктона и зоопланктона). Химический состав осадков маргинального фильтра формируется в результате выветривания пород, смыва почвы, процессов протекающих в зоне смешения вод и влияния биоты, поэтому наилучшим образом может быть изучен на примере субколлоидной фракции, как наиболее реакционноспособной.

Вопрос о степени подвижности и миграционной способности микроэлементов Ga, Th, W, U, Y, Be и др. не может быть полностью решен без изучения их геохимии в природных водах и донных отложениях (ДО), представляющих важную среду миграции элементов в зоне гипергенеза.

Цель работы состояла в изучении динамики содержания макро- и микроэлементов в субколлоидной фракции ДО маргинального фильтра р. Раздольной, обусловленной биогеохимическими процессами под влиянием повышенного речного стока.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Почву и донные осадки (ДО) отобрали на разрезе р. Раздольная – Амурский залив в июле 2015 г. через 10 дней после прохождения тайфуна “Чан–Хом”, в результате которого за короткий промежуток времени выпало до 67 мм осадков (рис. 1). На схеме порядковые номера речных станций (Р) и почвы (П) совпадают (ст. Р1–П1 и т.д.), но станции отбора почвы не отмечены, чтобы не загромождать рисунок. Почва отобрана ручным способом в 5–7 м от берега, а ДО – с помощью дночерпателя из верхнего слоя (1–2 см) осадка. Пробы упаковывали в полиэтиленовую тару и помещали на хранение в холодильник до момента обработки.

Рис. 1.

Схема расположения станций отбора проб ДО на разрезе р. Раздольная–Амурский залив.

Соленость измеряли солемером Guildline Autosal, модель 8400В, калибровку которого провели с помощью стандартной морской воды IASPO (соленость 34.992‰). Каждую пробу воды параллельно измеряли 2–3 раза. Точность определения, в соответствии с паспортными данными прибора, составила ±0.002‰.

Методом водно-механического анализа [21] с использованием дистиллированной воды выделили субколлоидную (<0.001 мм) фракцию осадков.

Минеральный состав субколлоидной фракции ДО исследовали на дифрактометре “Дрон-2.0” с CuKα (трубка с медным анодом и характеристическим излучением меди) по методике, описанной в [24].

Определение содержания органического углерода (Cорг) проводили согласно ранее описанной методике [23].

Химическая методика пробоподготовки ДО взята из [26].

Содержание элементов (Si, Fe, Mn, U, Y, Be, Cd, V, Th, Mo, Ga, W, Nb, Ta) определили методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (“Agilent 7500 – Agilent Technologies”, США). Обработку масс-спектров и расчеты содержания элементов в образцах проводили, используя программное обеспечение масс-спектрометра ChemStation (G1834B). Правильность определения концентрации элементов подтверждена результатами анализа стандартного образца Геологической службы США MAG-1 (глинистый ил из зал. Мэн). Стандартное отклонение для исследованных элементов составило ±(3–8)%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для удобства и сравнения полученных результатов создали некую последовательность станций: почвы (П1–П15, n = 15), осадков реки (Р1–Р16, n = 15, нет данных по ст. Р12) и ДО Амурского залива (А1–А14, n = 13, нет данных по ст. А3) (рис. 1). Данные по содержанию макро- и микроэлементов в отложениях на станциях представлены в табл. 1.

Таблица 1.  

Содержание макро-, микроэлементов и Сорг в субколлоидной фракции осадков на разрезе р. Раздольная–Амурский залив

Станции Содержание макро- (%), микроэлементов (мкг/г), Сорг, (%)
Si
% 		Fe
% 		Mn
% 		Ga W Mo Nb Ta Y U Th Be Cd V Al
% 		Cорг
%
П1 23.0 5.7 0.025 27.1 5.5 2.3 16.7 0.93 12.2 2.1 18.7 1.44 0.20 113.9 11.5
П2 23.6 6.1 0.047 23.5 1.9 2.6 14.9 0.80 12.2 1.8 13.9 1.60 0.22 115.3   9.9
П3 22.3 7.7 0.051 26.4 2.1 2.0 17.9 0.92 12.9 1.7 15.3 1.46 0.19 140.5 10.5 4.0
П4 21.6 6.8 0.037 26.6 3.4 1.9 15.4 0.86 12.4 1.9 16.3 1.42 0.15 124.8 10.9 3.9
П5 21.6 7.3 0.044 27.4 3.0 1.6 15.3 0.84 17.6 2.3 16.8 1.59 0.18 136.1 11.4 3.0
П6 20.8 7.7 0.045 26.3 3.2 1.8 15.1 0.82 19.5 2.3 16.1 1.61 0.17 147.2 10.9 4.0
П7 21.4 7.2 0.039 26.5 2.3 1.5 14.7 0.82 17.2 2.1 14.9 1.47 0.17 130.1 11.0 3.7
П8 21.6 8.5 0.062 26.6 2.5 1.7 15.4 0.84 20.0 2.1 16.1 1.49 0.18 156.2 11.3 2.8
П9 21.4 7.5 0.048 27.0 2.7 1.6 15.1 0.85 19.1 2.2 15.8 1.62 0.17 148.1 10.8 3.4
П10 21.5 7.5 0.049 25.1 2.0 1.9 14.7 0.84 17.7 1.9 14.6 1.53 0.17 137.2 10.5 4.2
П11 20.8 8.3 0.067 24.4 1.7 1.8 15.4 0.82 20.0 1.7 11.8 1.44 0.19 143.8 10.4 4.5
П12 21.2 6.2 0.033 25.7 2.1 1.8 14.9 0.82 17.7 1.9 13.2 1.52 0.15 121.9 – 4.2
П13 21.0 6.9 0.046 26.1 2.0 1.9 15.6 0.83 16.3 2.0 13.7 1.47 0.17 137.1 10.8 4.4
П14 21.1 6.9 0.046 26.2 2.1 2.0 15.8 0.85 21.2 2.2 11.1 1.60 0.18 132.5 10.6 3.7
П15 20.6 7.5 0.029 27.3 1.9 2.2 15.3 0.84 32.4 2.4 13.1 1.71 0.14 140.3 11.4 3.2
Р1 22.7 6.2 0.033 27.1 2.9 2.2 15.3 0.85 18.0 2.3 16.9 1.41 0.17 113.1 11.6 3.2
Р2 23.5 5.3 0.024 25.2 3.0 2.3 16.1 0.86 18.0 1.9 17.3 1.20 0.18 110.1 10.8 –
Р3 21.9 7.5 0.042 28.2 3.5 1.5 15.5 0.90 11.9 2.2 20.1 1.43 0.19 133.3 11.5 2.9
Р4 23.1 5.9 0.025 28.7 3.7 3.0 17.5 0.99 12.1 2.4 20.9 1.54 0.15 111.1 11.6 –
Р5 22.1 7.4 0.043 28.1 2.8 1.9 15.6 0.89 12.0 2.4 20.4 1.51 0.20 139.1 11.7 2.7
Р6 23.3 6.0 0.024 28.8 3.3 2.2 17.2 0.93 13.7 2.5 20.7 1.48 0.17 116.3 11.7 –
Р7 22.7 5.8 0.024 27.1 3.5 1.8 17.2 0.94 13.3 2.3 21.3 1.47 0.16 111.5 11.6 –
Р8 23.0 7.4 0.032 27.5 3.1 2.1 15.6 0.87 11.3 2.8 21.0 1.65 0.18 127.7 11.4 2.6
Р9 22.3 7.4 0.035 28.2 3.5 1.5 16.2 0.89 18.1 2.9 23.2 1.67 0.15 132.9 11.5 2.7
Р10 22.8 7.3 0.035 27.6 3.1 1.7 15.3 0.83 23.9 3.2 21.8 1.66 0.13 128.7 11.5 2.5
Р11 22.6 6.8 0.024 27.4 2.9 1.7 15.8 0.88 15.0 2.8 21.7 1.44 0.15 111.5 11.3 3.0
Р13 22.0 7.3 0.032 28.3 3.8 1.4 15.7 0.91 32.5 4.7 24.1 1.85 0.17 124.7 11.7 2.6
Р14 21.9 7.4 0.041 28.0 3.4 1.5 15.7 0.90 37.6 4.9 23.8 2.19 0.29 123.7 11.5 2.6
Р15 22.5 6.9 0.035 27.7 3.2 1.6 15.5 0.88 32.2 4.2 23.2 1.83 0.20 116.2 11.5 2.6
Р16 22.3 7.7 0.030 27.3 3.2 2.1 15.8 0.89 34.2 3.6 23.7 1.73 0.18 131.5 11.4 2.6
А8 22.4 6.9 0.028 26.5 2.6 4.3 14.8 0.84 25.7 5.0 23.4 1.63 0.20 119.0 11.9  2.6.
А9 23.3 6.2 0.022 25.5 2.5 6.0 14.2 0.79 23.7 4.3 21.6 1.37 0.14 108.7 11.4 3.0
А7 22.6 6.9 0.024 29.6 2.2 5.7 15.5 0.92 29.8 5.5 23.9 1.98 0.20 137.3 11.9 2.6
А6 22.7 6.4 0.022 27.5 2.1 8.0 15.9 0.86 19.0 4.6 21.6 1.65 0.17 114.6 11.5 2.7
А5 22.1 6.1 0.024 26.3 2.0 6.8 14.7 0.81 21.7 4.3 18.7 1.55 0.20 113.2 11.2 3.2
А10 23.6 6.1 0.021 25.2 2.4 9.2 14.2 0.79 14.6 3.3 20.0 1.35 0.19 109.7 10.9 3.5
А11 23.2 5.9 0.022 22.7 1.9 9.7 12.6 0.70 16.0 3.7 17.7 1.30 0.15 105.3 10.7 3.7
А12 23.1 6.2 0.022 24.2 1.9 7.6 13.7 0.74 17.5 4.0 18.8 1.39 0.17 116.6 10.9 3.6
А13 22.8 6.4 0.022 24.8 1.7 6.7 13.8 0.75 17.8 4.5 18.6 1.38 0.15 124.6 11.1 3.5
А14 22.7 6.2 0.021 22.7 1.7 5.5 13.1 0.69 14.0 3.1 16.4 1.10 0.13 111.8 10.4 4.9
А1 23.8 4.9 0.021 24.1 1.5 26.4 13.3 0.72 17.3 4.9 15.8 1.62 0.30 109.3 10.2 3.9
А2 23.8 5.6 0.021 24.5 1.8 9.6 13.8 0.75 18.3 4.0 17.0 1.50 0.23 110.9 10.2 3.8
А4 23.5 5.5 0.022 24.6 1.9 7.3 14.0 0.78 17.2 3.4 17.5 1.39 0.20 105.8 10.4 3.7

Минеральный состав осадков

Субколлоидная фракция почвы, речных и морских ДО сформирована в основном гидрослюдами (ГС), смектитами (СМ) и хлоритом (ХЛ), средние количество которых представлено в табл. 2 и согласуется с ранее полученными результатами [24].

Таблица 2.  

Диапазон изменений и средние содержания макро- и микроэлементов, глинистых минералов и Сорг в субколлоидной фракции донных отложений на разрезе река–море

Элементы Содержание макро- (мас. %) – и микроэлементов (мкг/г), глинистых минералов и Сорг (%)
почва
(П1–П15)
n = 15 		река
(Р1–Р16)
n = 15 		залив
(А1–А4, А10–А14) n = 8 		река
(Р1–Р7)
n = 7 		зона смешения
(Р8–А6)
n = 12
Ga $\frac{{23.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 27.3{\text{*}}}}{{26.1{\text{**}}}}$ $\frac{{25.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 28.8}}{{27.7}}$ $\frac{{22.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 25.2}}{{24.1}}$ –
27.6 		$\frac{{25.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 29.6}}{{27.6}}$
W $\frac{{1.74{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 5.51}}{{2.35}}$ $\frac{{2.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.8}}{{3.26}}$ $\frac{{1.50{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.41}}{{1.85}}$ –
3.24 		$\frac{{2.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.80}}{{2.97}}$
Mo $\frac{{1.52{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.55}}{{1.88}}$ $\frac{{1.42{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 3.03}}{{1.89}}$ $\frac{{6.45{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 26.35}}{{10.25}}$ –
2.13 		$\frac{{1.40{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 8.00}}{{3.13}}$
Nb $\frac{{14.72{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 16.73}}{{15.39}}$ $\frac{{15.34{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 17.54}}{{16.0}}$ $\frac{{12.57{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 14.18}}{{13.56}}$ –
16.34 		$\frac{{14.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 16.2}}{{15.5}}$
Ta $\frac{{0.80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.93}}{{0.84}}$ $\frac{{0.83{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.99}}{{0.89}}$ $\frac{{0.69{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.79}}{{0.74}}$ –
0.91 		$\frac{{0.79{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.92}}{{0.87}}$
Al $\frac{{9.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.5}}{{10.8}}$ $\frac{{10.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.7}}{{11.5}}$ $\frac{{10.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.1}}{{10.6}}$ –
11.5 		$\frac{{11.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.9}}{{11.5}}$
Si $\frac{{20.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 23.6}}{{21.5}}$ $\frac{{21.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 23.5}}{{22.6}}$ $\frac{{22.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 23.8}}{{23.3}}$ –
22.8 		$\frac{{21.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 23.3}}{{22.6}}$
Y $\frac{{12.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 21.8}}{{18.3}}$ $\frac{{11.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 37.58}}{{20.3}}$ $\frac{{14.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 18.32}}{{16.59}}$ –
14.14 		$\frac{{11.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 34.2}}{{25.3}}$
U $\frac{{1.70{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.42}}{{2.04}}$ $\frac{{1.89{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 4.88}}{{3.0}}$ $\frac{{3.26{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 4.91}}{{3.86}}$ –
2.29 		$\frac{{2.80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 5.5}}{{4.00}}$
Th $\frac{{11.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 18.66}}{{14.48}}$ $\frac{{16.88{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 24.07}}{{21.3}}$ $\frac{{15.80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 20.00}}{{17.73}}$ –
19.66 		$\frac{{21.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 23.9}}{{22.75}}$
Be $\frac{{1.42{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.71}}{{1.54}}$ $\frac{{1.19{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.19}}{{1.60}}$ $\frac{{1.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.62}}{{1.38}}$ 1.43 $\frac{{1.44{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.19}}{{1.72}}$
Cd $\frac{{0.14{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.22}}{{0.17}}$ $\frac{{0.13{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.29}}{{0.18}}$ $\frac{{0.13{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.30}}{{0.19}}$ –
0.17 		$\frac{{0.13{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.29}}{{0.18}}$
V $\frac{{113.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 156.2}}{{136.5}}$ $\frac{{110.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 139.1}}{{122.1}}$ $\frac{{105.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 124.6}}{{111.8}}$ –
119.2 		$\frac{{108.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 137.3}}{{123.0}}$
Fe $\frac{{5.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 8.5}}{{7.3}}$ $\frac{{5.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.7}}{{6.8}}$ $\frac{{4.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.2}}{{5.9}}$ –
6.3 		$\frac{{6.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.7}}{{7.1}}$
Mn $\frac{{0.025{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.067}}{{0.046}}$ $\frac{{0.024{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.041}}{{0.032}}$ $\frac{{0.021{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.022}}{{0.021}}$ – 0.031 $\frac{{0.022{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.041}}{{0.030}}$
Сорг 3.8 2.7 3.8 2.9 2.7
ГС 58 57 58 – 57
СМ 14 18 12 – 19
ХЛ 28 27 30 – 25

  * Диапазон изменения содержания элементов. ** Среднее содержание элемента.

Основным глинистым минералом, входящим в состав субколлоидной фракции почвы, речных и морских ДО, являются гидрослюды, в состав которых могут входить различные микроэлементы (Be, Mo, W, U, Th, V, Y, Cd и др.).

Почва (станции П1–П15)

Для удобства построения графиков содержание элементов представили в виде отношения Сi/Ср, где Сi содержание элемента в осадках i станции и Ср среднее содержание элемента в речных (станции Р1–Р7) ДО, что позволило выявить динамику накопления различных элементов в ДО на разрезе река–море.

Высокое среднее содержание Fe (7.5), Mn (0.05) и Сорг (3.8%) в почве (станции П6–П11) может характеризовать болотистые почвы [7], при этом среднее содержание Fe и Mn в почве меньше (табл. 1, 2). Этим же почвам (станции П6–П11) присуще более высокое среднее содержание Y (18.62), Be (1.51), V (139.6 мкг/г) по сравнению со средним содержанием в ДО реки (станции Р1–Р7), что может являться результатом сорбции на оксигидроксидах Fe и Mn (табл. 2).

Среднее содержание Si в почве 21.5 мас. % меньше по сравнению со средним содержанием 22.8 мас. % в ДО реки (табл. 2), что связано с большим количеством СМ в речных ДО [24].

Содержание Сорг в почве (3.8%) больше по сравнению с речными (2.9%) отложениями (табл. 2). Зависимости между накоплением исследованных микроэлементов и Сорг в составе почвы не обнаружено. Можно предположить, что растения при жизни, если и накапливают исследованные микроэлементы, то в незначительном количестве.

Речные отложения (станции Р1–Р7)

Этим ДО свойственно наименьшее содержание Fe (6.3%), Сорг (2.9%) при среднем содержании Mn 0.031%, которое на 7, 7 и 3% соответственно меньше по сравнению со средним содержанием в ДО станций Р1–Р16 (табл. 2).

Диапазон величины Сi/Ср для элементов в речных ДО (станции Р1–Р7) от 0.75 до 1.12, кроме Y – 1.27 (станции Р1и Р2).

Отложения зоны смешения (станции Р8–А6)

Повышенное содержание Al (11.5–11.3%) по сравнению со средним содержанием в почве (10.9%) свойственно основной массе речных (кроме ст. Р2) и части морских ДО (например, ст. А8 – 11.9%), которые при этом характеризуются малым средним содержанием Сорг (2.7%, станции Р1–Р16) по сравнению со средним (3.8%) содержанием в почве. Подобное распределение Al и Сорг в ДО реки является результатом формирования органоминеральных флоккул в составе речной взвеси с последующей их седиментацией (рис. 3, табл. 1, 2).

Микроэлементы в процессе гипергенеза переносятся, в основном, во взвешенной форме и в незначительном количестве в растворе [9, 16, 25]. Уран в различных реках мира представлен несколькими формами: растворенной (в пределах 10–8–10–5 г/л) благодаря окислению и образованию подвижных комплексных ионов ${\text{UO}}_{2}^{{2 + }}$ [10] и взвешенной (в пределах (0.8–2.5) × 10–4%) [4].

Среднее содержание V и W в субколлоидной фракции рек Днепр, Дунай, Кубань, Риони, Чорох составило 0.0118 и 0.0074 мас. %. Содержание V в растворе этих рек – от 0.64 до 2.10 мкг/г. Часть V переходит в раствор благодаря окислению и образованию подвижных комплексных ионов ${\text{VO}}_{4}^{{3 - }}$ [27]. Во взвеси мигрирует от 80.4 до 97.8%, а в растворе от 2.0 до 19.6% от общего содержания V [15].

Содержание Be в подземных водах Кольского п-ва от 0.0001 до 0.0005 мг/л [11].

Содержание Cd в осадках Амурского залива равно 6.3 мкг/г [2], а в растворе нижнего течения р. Раздольная – 0.011 мкг/л [3].

Средняя концентрация Y и Th во взвеси рек – 13.8 и 4.6 мкг/л, а в растворе 0.043 и 0.10 мкг/л [14].

Молибден – подвижный элемент, который в гипергенных условиях сравнительно легко переходит в раствор, что ведет к преобладанию растворенной формы в речных водах [19]. Среднее содержание Mo в субколлоидной фракции взвесей рек Днепр, Дунай, Кубань, Риони, Чорох составило 1.4 мкг/л, а в растворе вод этих рек – 0.10–0.53 мкг/л. Во взвеси мигрирует от 33.1 до 75.0%, а в растворе – от 25 до 66.9% от общего содержания Mo [15].

В устьевых областях рек при смешении пресных речных с солеными морскими водами до 80–90% Fe и Mn флоккулируют, что обусловлено нейтрализацией заряда коллоидных частиц под воздействием значительных концентраций сильного электролита – хлористого натрия [36]. Коллоидные формы микроэлементов образуются, как правило, вследствие адсорбции их растворенных форм на коллоидных частицах оксигидроксидов Fe, Mn [18, 25], глинистых минералах, гумусовых веществах и т.д. [30, 32, 36]. Так V адсорбируется на поверхности аморфных гидроксидов Fe и Mn в количестве 1.1–23.3% [12].

Содержание Fe и Mn в ДО зоны смешения (станции Р8–А6) изменяется от 6.2 до 7.4% и от 0.022 до 0.041%, что выше по сравнению со средним содержанием для ДО реки. Среднее содержание Mn одинаково. Увеличение содержания этих элементов в ДО зоны смешения связано с дополнительным формированием оксигидгоксидов Fe и Mn. Выявлено повышенное содержание редких элементов (Be, Y, U, Th) по сравнению со средним содержанием в ДО станций Р1–Р7, что является результатом сорбции на оксигидроксидах Fe и Mn (табл. 1, рис. 2, 3). Динамика накопления исследованных элементов в ДО свидетельствует, что зона смешения пресных и соленых морских вод охватила как речную, так и северную часть морской зоны разреза. Содержание Fe и Mn в ДО станций зоны смешения в целом больше по сравнению со средним содержанием в ДО станций Р1–Р7 (до зоны смешения), что соответствует величине отношений для Fe 1.2–1.3 и Mn–1.2–1.7 (рис. 2) и согласуется с [22].

Рис. 2.

Распределение содержания элементов Y (1), Fe (2), U (3), Mn (4), СМ (5) в субколлоидной фракции ДО на разрезе река–море, нормализованные по отношению к среднему содержанию (Сi/Ср) элементов в речных осадках.

Увеличение речного стока в результате тайфуна способствовало активному проникновению пресной речной воды в северную часть залива и дальнейшему протеканию процессов флоккуляции и формирования оксигидроксидов Fe, Mn. Повышенный речной сток не оказал влияния на ДО вдоль береговой черты г. Владивостока (станции А1–А4), в которых содержание Fe (4.9–5.6 мас. %) и Mn (0.0205–0.0216 мас. %) меньше по сравнению с речными отложениями.

В зоне смешения вод установлено как консервативное, так и неконсервативное поведение микроэлементов: так ионы V адсорбировались на оксигидроксидах Fe и Mn [27], а извлечение Ga из раствора не наблюдалось [15]. Отмечалось удаление значительных количеств растворенного U [31, 35], но и демонстрировалось его консервативное поведение [29].

В отложениях зоны смешения (станции Р9, Р10, Р14, Р16) определено содержание U (2.9, 3.2, 4.9, 3.6 мкг/г), Be (1.67, 1.66, 2.19, 1.73 мкг/г), Y (18.1, 23.9, 37.6, 34.2 мкг/г), Cd (0.15, 0.13, 0.29, 0.18 мкг/г), Fe и Mn выше (табл. 1) по сравнению со средним содержанием (U – 2.29, Be – 1.43, Y – 14.14, Cd – 0.17 мкг/г) в ДО реки (ст-анции Р1–Р7), кроме содержания Cd в ДО станций Р-9 и Р-10. Содержание элементов в этих отложениях соответствует величине отношений: U – 1.22–2.40, Y – 0.80–2.66, Cd – 0.76–1.66, Be – 0.96–1.53 (рис. 2, 3).

Рис. 3.

Распределение содержания Cd (1), Fe (2), Th (3), Be (4) в субколлоидной фракции донных отложений на разрезе река–море, нормализованные по отношению к среднему содержанию (Ci/Cр) элементов в речных осадках.

Значительное увеличение содержания элементов в ДО зоны смешения вод связано с протекающими процессами сорбции их ионных форм на оксигидроксидах Fe и Mn, что способствовало увеличению содержания по сравнению с содержанием в ДО станций Р1–Р7 до 53 (Be), 140 (U), 166% (Y).

Гидроксид Mn(IV) обладает более сильными адсорбционными свойствами по отношению к ионам Cd2+, чем гидроксид железа(III) [33]. Косвенно это подтверждается совпадением наибольшего содержания Cd (0.29 мкг/г) и Mn (0.0410%) в осадках ст. Р14. Содержание Cd в отложениях этой станции по сравнению со средним содержанием в речных ДО увеличилось на 71%.

Диапазон содержания Th в отложениях станций Р8–А6 (21.0–24.1 мкг/г) выше по сравнению со средним содержанием в ДО реки на 7–124%. Величина отношения составила 1.07–2.36 (рис. 3). Увеличение содержания Th в речных осадках связано с количеством СМ (5–18%) выше среднего, что наиболее характерно для ДО ст. Р14, где определено наибольшее содержание этого элемента и СМ (33%). До 80% Th сорбируется на поверхности частиц размером от 1 до 100 мкм [34]. Повышенное содержание Th и характер его накопления в ДО зоны смешения дает основание полагать, что ионы этого элемента способны дополнительно сорбироваться на СМ.

В отложениях зоны смешения определен диапазон содержания Nb (15.3–16.2 мкг/г), Ta (0.79–0.92 мкг/г), W (2.1–3.8 мкг/г) и их среднее содержание (табл. 2). Наиболее значительное содержание этих элементов выявлено в отложениях ст. Р14 – Nb (15.73), Ta (0.9) и W (3.38 мкг/г). Для осадков этой станции характерно количество ХЛ (40%) выше среднего.

Принято считать, что Mo относится к числу подвижных элементов в геологических процессах, поэтому в гипергенных условиях он сравнительно легко переходит в раствор. Преобладающая форма переноса Mo в речных водах – растворенная [19]. Среднее содержание Mo в субколлоидной фракции взвесей рек Днепр, Дунай, Кубань, Риони, Чорох составило 1.4 мкг/г, а в растворе вод этих рек – 0.10–0.53 мкг/л [15].

Распределение содержания Mo в ДО отличается от других элементов на разрезе река – море. Наибольшее содержание этого элемента выявлено в ДО залива (станции А1–А4 и А10–А14) при среднем содержании 10.25 мкг/г (табл. 2).

Необходимо отметить, что содержание Mo в почве и речных ДО колеблется от 1.5 (ст. П7) до 3.0 (ст. Р4), что в среднем составило 1.9 мкг/г. Mo относится к числу биофильных элементов [5], поэтому значительное увеличение содержания в осадках зоны смешения в его морской части (в 2–4 раза по сравнению со средним содержанием в почве и речных ДО) может быть связано с прижизненным накоплением планктоном и зоопланктоном [6].

Осадки залива

Выявлено высокое содержание некоторых исследованных элементов (Mo, U, Y, Be, Cd) в осадках ст. А1 (табл. 1) по сравнению со средним содержанием в речных отложениях, для которых величина отношений Сi/Ср составила 12.4 (Mo), 2.1 (U), 1.8 (Cd), 1.2 (Y), 1.13 (Be) (рис. 2, 5), что соответствует увеличению содержания Be на 13, Y – 22, Cd – 80, U – 110 и Mo – 1140%. Эти отложения характеризуются малым содержанием Fe (4.9) и Mn (0.0205 мас. %). Осадки расположены вблизи б. Золотой Рог (порт г. Владивостока) в районе “старого дампинга” [20], куда с 1970 по 1983 г. вывозился грунт из б. Золотой Рог. В составе грунтов были определены высокие содержания тяжелых металлов, нефтяных углеводородов и золы, оставшейся после сжигания каменного угля в топках пароходов, в состав которого входили микроэлементы (Ga, Be, Mo, Y и др.) [28]. Можно полагать, что высокое содержание некоторых микроэлементов в ДО (станции А1–А5), расположенных вдоль береговой черты г. Владивостока, связано с разносом грунтов из “старого дампинга”.

Рис. 4.

Распределение содержания элементов Fe (1), Al (2), Cорг (3) в субколлоидной фракции донных отложений на разрезе река–море, нормализованные по отношению к среднему содержанию (Ci/Cр) элементов в речных осадках.

Рис. 5.

Распределение содержания Nb (1), Ga (2), Ta (3) в субколлоидной фракции донных отложений на разрезе река–море, нормализованные по отношению к среднему содержанию (Сi/Ср) элементов в речных осадках.

Элементы, не подверженные антропогенному накоплению, характеризуются малым содержанием, так в осадках ст. А1 определено незначительное содержание W, Th, V (табл. 1). Содержание Nb и Ta в ДО залива меньше по сравнению со средним содержанием в ДО реки (табл. 2), поэтому величина отношения Сi/Ср находится в диапазоне 0.42–0.54 (W), 0.81–0.94 (Th, V), 0.77–0.97 (Nb, Ta), что свидетельствует об уменьшении содержания элементов в ДО залива по сравнению с речными ДО (рис. 3, 5).

Повышенное содержание Si по сравнению со средним содержанием в ДО залива определено в отложениях станций А1–А4 и А10 (23.5–23.8 и 23.6 мас. %) (табл. 1, 2). Дополнительный привнос Si в ДО залива может быть связан с его биогенным накоплением благодаря диатомовым водорослям [8, 37], на что косвенно указывает высокое содержание Сорг, среднее содержание которого в отложениях станций А9–А12 составило 3.5, а в осадках станций А1–А4 – 3.8%. Дополнительное биогенное накопление Si в отложениях залива ведет к уменьшению содержания исследованных микроэлементов, входящих в состав алюмосиликатов.

Определено высокое содержания Сорг (3.5–4.9%) практически во всех ДО залива (табл. 1) по сравнению со средним содержанием в речными ДО, при наибольшем содержании в ДО ст. А14 (4.9%). Содержание Сорг в ДО залива увеличилось на 21–69% (ст. А14) по сравнению со средним содержанием для речных ДО. Содержание Mo в ДО залива (5.5–26.4 мкг/г) существенно увеличилось (158–1139%) по сравнению со средним содержанием в речных (2.13 мкг/г) ДО (табл. 1, 2), поэтому величина отношения составила 2.58–12.39. Повышенное содержание Mo в ДО залива связано с прижизненной аккумулирующей функцией этого элемента из раствора морским планктоном и зоопланктоном [1, 6] последующим отмиранием, седиментацией и биохимической переработкой в гумусовое вещество ДО [17]. Это косвенно подтверждается ранее введенной величиной Сп, которая характеризует биохимически слабо переработанную органику, наибольшая величина которой характерна для осадков залива [23]. Накопление содержания Mo и Сорг в морских ДО связано с антропогенной составляющей, вызванной присутствием высокого содержания Mo в осадках “старого дампинга” (ст. А1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Болотистым почвам свойственно повышенное содержание микроэлементов (Y, Be, V), как результат сорбции на оксигидроксидах Fe и Mn.

Увеличение речного стока (тайфун) способствует проникновению пресных вод в северную и центральную части Амурского залива и обеспечивает расширение зоны смешения вод, протекание процессов флоккуляции, образования оксигидроксидов Fe, Mn. Выявлено увеличение содержания Y, U, Be (на 166, 140, 53% соответственно) в ДО зоны смешения по сравнению со средним содержанием в ДО реки (до зоны смешения), благодаря процессам сорбции на оксигидроксидах Fe и Mn.

Выявлено накопление биогенного Si в ДО залива, которое привело к разбавлению терригенного материала и уменьшению содержания микроэлементов, входящих в состав глинистых минералов.

Определено увеличение содержания микроэлементов (Y на 22, Cd на 80, U на 110, Mo на 1140%) в ДО, непосредственно примыкающих к б. Золотой Рог, что связано с антропогенными факторами (разнос грунта со “старого дампинга”).

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках госзадания ТОИ ДВО РАН (проект № АААА-А17-117030110033-0) при финансовой поддержке РФФИ (грант № 15-05-02667).

Список литературы

  1. Аллауэй В.Х. микроэлементы в биологических системах // Физические методы анализов следов элементов. М.: Мир, 1967. 268 с.

  2. Аникиев В.В., Перепелица С.А., Шумилин Е.Н. Оценка влияния антропогенных и природных источников на пространственное распределение тяжелых металлов в донных отложениях залива Петра Великого (Японское море) // Геохимия. 1993. № 9. С. 1328–1340.

  3. Аникиев В.В., Горячев Н.А., Лапин И.А.и др. Поведение тяжелых металлов при смешении речных и морских вод. Влияние гуминовых и фульвовых кислот на миграцию Fe, Mn, Zn, Cu, Cd и Pb в эстуарии р. Раздольная – Амурский залив // Геохимия. 1991. № 11. С. 1642–1651.

  4. Батурин Г.Н., Коченов А.В. Миграция урана в реках и время его пребывания в водах Мирового океана, морей и озер // Геохимия. 1969. № 6. С. 715–723.

  5. Геохимия молибдена и вольфрама. М.: Наука, 1971. 128 с.

  6. Демина Л.Л. Количественная оценка роли живого вещества в геохимической миграции микроэлементов в океане // Геохимия. 2015. № 3. С. 234–251.

  7. Добрицкая Ю.М. Определение валового содержания марганца в почвах и растениях. Методы определения микроэлементов в почвах и растениях. M.: АН СССР, 1958. 144 с.

  8. Звалинский В.И., Тищенко П.Я. Биогенные элементы в эстуариях. Поведение и биогеохимия // Состояние морских экосистем, находящихся под влиянием речного стока. Владивосток: Дальнаука, 2005. С. 89–124.

  9. Зубков М.Ю. Анализ распределения K, U, Th в различных гранулометрических фракциях продуктивных отложений Ловинского месторождения (Западная Сибирь) с целью оценки их глинистости // Геохимия. 2008. № 5. С. 505–521.

  10. Ковалев В.А. Геохимические аспекты исследования отношенияTh/U в осадочных породах // Геохимия. 1965. № 9. С. 1171–1173.

  11. Крайнов С.Р. Особенности распределения и формы миграции редких элементов–гидролизатов (Nb, TR, Be) в природных водах с щелочной реакцией // Геохимия. 1968. № 3. С. 342–354.

  12. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 270 с.

  13. Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 735–747.

  14. Лисицын А.П., Лукашин В.Н., Гурвич Е.Г. и др. О соотношении выноса элементов реками и их накопления в донных осадках океанов // Геохимия. 1982. № 1. С. 106–113.

  15. Лубченко И.Ю., Белова И.В. Миграция элементов в речных водах // Литол. и полезн. ископаемые. 1973. № 2. С. 23–29.

  16. Лукашин В.Н., Лисицын А.П. Галлий. Геохимия элементов–гидролизатов. М.: Наука, 1980. 225 с.

  17. Манская С.М., Дроздова Т.В. Геохимия органического вещества. М.: Наука, 1964. 315 с.

  18. Маслов А.В., Ронкин Ю.В., Крупенин М.Т. и др. Систематика редкоземельных элементов, Th, Hf, Sc, Co, Cr и Ni в глинистых породах Серебрянской и сыльвицкой серий венда западного склона среднего Урала – инструмент мониторинга состава источников сноса // Геохимия. 2006. № 6. С. 610–632.

  19. Мизенс Г.А., Ронкин Ю.Л., Лепихина О.П., Попова О.Ю. Редкие и редкоземельные элементы в девонских обломочных комплексах магнитогорской мегазоны южного Урала // Геохимия. 2006. № 5. С. 501–521.

  20. Мишуков В.Ф., Калинчук В.В., Плотников В.В., Войцыцкий А.В. Влияние дампинга загрязненных грунтов на экологическое состояние прибрежных вод г. Владивостока // Изв. ТИНРО. 2009. Т. 159. С. 243–256.

  21. Петелин В.П. Гранулометрический анализ морских донных осадков. М.: Наука, 1967. 128 с.

  22. Поляков Д.М., Аксентов К.И. Динамика накопления Fe, Mn и других тяжелых металлов субколлоидной фракцией донных осадков – результат биохимических процессов, протекающих в маргинальном фильтре р. Раздольная (Амурский залив, Японское море) // Метеорология и гидрология. 2013. № 11. С. 79–86.

  23. Поляков Д.М., Ходоренко Н.Д., Марьяш А.А. Некоторые аспекты накопления органического вещества субколлоидной фракцией донных осадков на барьере “река–море” (р. Раздольная – Амурский залив) // Вестник ДВО РАН. 2012. № 6. С. 89–93.

  24. Поляков Д.М., Можеровский А.В., Марьяш А.А. Геохимические аспекты накопления макроэлементов субколлоидной фракцией донных осадков на разрезе р. Раздольная-Амурский залив (Японское море) // Метеорол. и гидрология. 2014. № 10. С. 79–88.

  25. Семенов Е.И. Геохимия редких элементов. Геохимия, минералогия и генетические типы месторождений редких элементов. Т. 1. М.: Наука, 1964. 521 с.

  26. Сорокина О.А., Зарубина Н.В. Химический состав донных отложений среднего течения р. Амур // Тихоокеан. геология. 2011. Т. 30, № 5. С. 105–113.

  27. Чертко Н.Л., Чертко Э.Н. Геохимия и экология химических элементов. Минск: Изд-во центр БГУ, 2008. 140 с.

  28. Шубин Ю.П. Полезные элементы примеси в углях Донбасса разных марок // Transactions of UkrNDMI NAN, Ukraina. 2008. № 2. С.192–198.

  29. Borole D.V., Mohanti M., Ray S.B., Somayaiulu B.L.K. Preliminary investigations on dissolved uranium and silicon and major elements in the Mahanadi estuary // Proc. Ind.ad. Sci. 1979. V. 88-A. P. 2. № 3. P. 161–470.

  30. Boyle E. A., Edmond I.M. Shelkovitz E.R. On the mechanism of iron removal in estuaries. Geochim. et cosmochim. acta. 1977. V. 41. P. 1313–1324.

  31. Church T.M., Sasrin M.M., Fleisher M.Q., Ferdelman T.G. Salt marshes: An important coastal sink for dissolved uranium // Geochim. et cosmochim. acta. 1996. V. 60. № 20. P. 3879–3887.

  32. Elderfeld H., Upstill-Goddard R., Sholkovitz E.R. The rare earth elements in rivers, estuaries, and coastal seas and their significance to the composition of ocean water // Geochim. et cosmochim. acta. 1990. V. 54(4). P. 971–991.

  33. Gadde R.R., Laitinen H.A. Studies of heavy metal ad-sorption by hydrous iron and manganese oxiden // Anal. Chem. 1974. V. 46. № 13. P. 2022–2026.

  34. Megymi K., Mamuro T. Content of uranium and thorium series nuclides in soil particles in relation to their size // J. Radiat. Res. 1975. V. 15, № 1. P. 25–27.

  35. Sarin M.M., Church T.M. Behavior of uranium during mixing in the Delaware and Chesapeake estuaries // Estuar. Coast. Shelf Sci. 1994. V. 39. № 5. P. 619–631.

  36. Sholkovitz E.R. Flocculation of dissolved organic and inorganic matter during the mixing of river water and seawater // Geochim. et cosmochim. acta. 1976. V. 40(7). P. 831–845.

  37. Wollast R., De Broen J. Study of behavior of dissolved silica in the estuary of the Scheldt // Geochim. et Cosmochim. acta. 1971. V. 35. P. 613–620.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Океанология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал