Литология и загрязнение ртутью донных осадков

Литология и загрязнение ртутью донных осадков
Севастопольской бухты (Черное море)
Костова С.К*., Иванов В.Е.**
*Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского
НАН Украины, Украина, 99011, Севастополь, пр. Нахимова 2
Е – mail: opxb@ibss.iuf.net, sk_kostova@mail.ru
**Отделение морской геологии и осадочного рудообразования
НАН Украины, Украина, Киев, ул. Олеся Гончара 55 б
Е – mail: budgeology@mail.ru
Крупнейшая из бухт юго-западного Крыма – Севастопольская бухта
является северной границей Гераклейского плато, наиболее характерными
особенностями рельефа которого являются наличие глубоко врезанных
крутосклонных эрозионных форм (балок) и разделяющих их
платообразных водоразделов. Бухты Севастополя образованы в результате
затопления нижних частей балок в ходе древнечерноморской и
новочерноморской трансгрессий, сформировав типичный для Севастополя
риасовый тип берега. Севастополькая бухта представляет собой
субширотную корытообразную впадину. Её крутые борта сложены
известняками и глинами, днище заполнено неконсолидированными
четвертичными отложениями. Длина Севастопольской бухты - около 6,5
км, ширина – до 1,4 км, глубина – до 19 м. Севастопольская бухта
сформирована в результате затопления морем палеодолины р. Чёрной. Как
и у большинства рек Крыма, долина р. Чёрная приурочена к зоне
тектонического нарушения. Дно Севастополькой бухты заполнено мощной
толщей морских отложений m Q4, залегающих на древних аллювиальных
образованиях al Q2-3. Весь верхнечетвертичный комплекс морских и
древних аллювиальных отложений залегает на размытой поверхности
пород сарматского яруса верхнего миоцена. По архивным данным
мощность морских отложений в кутовой части Севастопольской бухты
достигает 28 м, в устьевой части – 40 м.
В течение верхнего плейстоцена (Q3) и голоцена (Q4) уровень Чёрного
моря испытывал значительные по амплитуде колебания. В период
карангатского этапа (вюрм I) уровень моря был близок к современному. В
течение послекарангатского трансгрессивно - регрессивого этапа (вюрм II)
происходило неоднократное изменение уровня моря, от – 75 м до – 10 м. В
течение новоэвксинского этапа (вюрм III) произошло резкое понижение
уровня моря до отметок – 87 – 92 м. Неконсолидированные морские
отложения,
сформированные
при
неоднократном
затоплении
Севастопольской бухты в течение послекарангатского трансгрессивнорегрессивного этапа, оказались выше уровня моря и подверглись размыву.
Накопление 40-метровой толщи морских осадков, таким образом,
происходило в основном на протяжении последних 17 тысяч лет, в
течение древнечерноморской и новочерноморской трансгрессий, а также
фанагорийской регрессии и новейшей нимфейской трансгрессии.
В устьевой части бухты, в районе мысов Константиновский и
Лоханочкин, донные отложения в основном представлены детритораковинными песками. Восточнее, по мере ослабевания воздействия
морских волн и течений, они фациально сменяются супесчаными и
глинистыми илами.
На относительно мелководных участках, в зоне
активного воздействия волновых процессов, залегают гравийногалечниковыми отложения.
Бухта Южная является крупнейшим притоком Севастопольской бухты.
На протяжении основания и развития Севастополя её экосистемы
подвергались мощному техногенному воздействию в результате
строительства, ремонта и эксплуатации флота. Естественная конфигурация
её берегов претерпела существенные изменения в результате размещения
насыпных грунтов и строительства на них гидротехнических сооружений.
Под ними были захоронены голоценовые морские отложения m Q4.
В результате бурения скважин в кутовой части Южной бухты под
насыпными грунтами был вскрыт разрез донных отложений, который
отражает наиболее существенные особенности динамики литофациальных
условий в течение верхнего голоцена.
На размытой поверхности верхнечетвертичных дресвяно-щебенистых
делювиальных суглинков были обнаружены слои морских осадков
мощностью до 4.5 м.
Для морских четвертичных отложений характерен двуслойный разрез.
Морские осадки, сформированные в период новейшей (нимфейской)
трансгрессии представлены серыми раковинно-детритовыми песками,
разнозернистыми, плохосортированными, с современной фауной
двустворчатых и брюхоногих моллюсков. По направлению к западу, по
мере удаления от береговой черты, они фациально замещаются
щебенистыми грунтами.
Современные морские отложения представлены темно – серыми
песчанистыми илами с редкой фауной двустворчатых моллюсков, с
фрагментами древесины, со щебнем и дресвой известняка. Для этих
осадков характерен сильный запах сероводорода. Возраст их, очевидно, не
более 200 лет, на что указывает наличие в них фрагментов техногенной
древесины, в основном – обломков досок. Формирование их происходило в
период интенсивной техногенной нагрузки на экосистемы Южной бухты.
Мощность современных техногенных илов – до 3,7 м. Резкое изменение
скорости осадконакопления в Южной бухте очевидно – если в среднем для
древне- и новочерноморских осадков Севастопольской бухты она
составляет около 0,3 см/год, то в период формирования техногенных илов
она увеличилась до 1,85 см/год.
Севастопольская бухта относится к акваториям активного
использования. В нее постоянно поступают промышленные и
хозяйственно-бытовые сточные воды (до 15 тыс. м3·сут-1), а вместе с ними
и широкий спектр загрязняющих веществ. Наибольшую опасность для
морских экосистем представляет ртуть, содержание которой подлежит
особому экологическому и гигиеническому контролю.
Многолетний хемоэкологический мониторинг Севастопольской бухты,
как основной рекреационной системы города, позволил выявить районы с
повышенным содержанием ртути. Наши исследования показали, что в
1986 – 1990 гг. концентрация ртути в поверхностной воде Севастопольской
бухты превышала предельно – допустимые уровни, а с 1991 г.
экологическая обстановка в отношении ртути начала улучшаться. В
настоящее время содержание ртути в воде бухты составляет не более 50%
от ПДК (рис.).
концентрация, нг л -1
140
120
100
80
60
40
20
0
1982 1986 1990 1998 2005 2008
Годы
Рис. Содержание ртути в поверхностной воде Севастопольской бухты.
Основную роль в токсификации бухты играют донные отложения.
Концентрация ртути в донных отложениях Севастопольской бухты в
июне 2001г. изменялась от 87 до 1881 нг·г-1 сырой массы и зависела от
гранулометрического состава пробы и расположения источников
загрязнения. Максимальные значения концентрации ртути (1881–1406
нг·г-1) отмечены в зоне черных илов бухты Южная, где происходило
основное депонирование ртути. Участки акватории Южной бухты,
прилегающие к судоремонтным и судостроительным предприятиям,
причальным стенкам и районам сброса сточных вод, по съемкам 2004г.,
характеризовались повышенным содержанием ртути, которое в донных
осадках изменялось от 1200 до 3 500 нг·л-1 сухой массы, что значительно
превышало фоновые значения. В 2006 году концентрация ртути в донных
осадках Южной бухты на большинстве мониторинговых станций
снизилась, за исключением центральной части, а в 2008 г. она изменялась
от 61 до 3374 нг·г -1 на сухую массу, оставаясь практически на прежнем
уровне 2004 года. Исходя из полученных данных, восточное побережье
Южной бухты можно определить как критическую акваторию, а по
степени загрязнения ртутью ее следует отнести к зонам экологического
риска.
В колонке донных отложений, отобранной у Павловского мыса (выход
из б. Южная) в 2008 году, концентрация ртути изменялась от 1464 нг·г -1 в
поверхностном слое до 2360 нг·г -1на сухую массу в слое на глубине 7 – 8
см. Концентрация ртути, более чем в 46 раз превышающая фоновый
уровень, обнаружена в слое 4 – 5 см и составляла 4664 нг·г-1 на сухую
массу. Район Павловского мыса по уровню содержания ртути можно также
считать критической зоной.
В декабре 2007 г. впервые было изучено распределение концентрации
ртути в донных осадках из 4 скважин кутовой части Южной бухты
(таблица).
Таблица
Содержание ртути в донных отложениях Южной бухты в зависимости
от глубины залегания слоя (5 – 6 декабря 2007 г.)
№
скважины
1
Глубина
залегания
слоя, м
от
до
6.3
6.7
2
4.0
4.2
3
4.2
4.5
4
4
3.4
6.3
3.5
6.5
Описание
пробы
Концентрация, нг г -1
на сырую
на сухую
массу
массу
Песок
2.77 ± 0.37
детритовый
Песок
2.46 ± 0.33
детритовый
Дресвяно
- 4.65 ± 0.63
щебенистый
грунт
Ил песчаный 91.01 ± 12.38
Ил песчаный 3.75 ± 0.51
4.05 ± 0.55
2.83 ± 0.38
5.25 ± 0.71
125.59 ± 17.08
5.44 ± 0.74
После отбора пробы донных осадков хранили в закрытом виде в
холодильнике, и в лабораторных условиях проводили их первичную
обработку по методам мониторинга фонового загрязнения природной
среды (Унифицированные методы …, 1986). Пробы подвергали
химическому разложению, минерализации, растворению входящих в их
состав комплексных соединений ртути, определяли влагосодержание. В
основе измерения ртути в донных осадках лежал метод непламенной
атомно-абсорбционной спектрометрии (метод холодного пара) (Игошин
А.М., Богусевич Л.Н., 1969). Измерение концентрации ртути проводили на
поверенном в 2008 году анализаторе “Юлия -2”, с чувствительностью
1·10-3мкг. Для калибровки прибора и контроля качества анализа
использовали аттестованные стандартные образцы растворов ртути.
Анализ серии проб показал воспроизводимость результатов с
относительной ошибкой, равной 13.4 %.
Проведенные исследования показали, что в 5 пробах донных
отложений Южной бухты присутствовала ртуть. В 4 пробах - в интервале
залегания слоя от 4.0 до 6.7 м концентрация ртути изменялась
незначительно и была на порядок ниже фоновых уровней, рассчитанных
для морских шельфовых донных осадков (100 нг·г-1сухой массы)
(Прокофьев А.К., Степанченко Т.В.,1981).
Максимальная концентрация ртути, составляющая 91.01 ± 12.38 нг·г-1
на сырую массу и 125.59 ± 17.08 нг·г-1 на сухую массу, незначительно
превышала фоновые значения. Так как этот слой осадков соответствует
примерно 200 летнему возрасту, можно предположить, что начало
интенсивного антропогенного воздействия на акваторию Южной бухты
связано с хозяйственной деятельностью основателей Севастополя.
Литература
1. Игошин А.М., Богусевич Л.Н. Беспламенный атомно –
абсорбционный метод определения ртути в воде // Гидрохимические
материалы. – 1969. – 47. – С. 150 – 156.
2. Прокофьев А.К., Степанченко Т.В. Методы определения токсичных
загрязняющих веществ в морской воде и донных осадках. – М.:
Гидрометеоиздат, – 1981. – С. 34 – 42.
3. Унифицированные методы мониторинга фонового загрязнения
природной среды. – М.: Гидрометеоиздат, 1986. – 180 с.