Фракционирование металлов в донных осадках рек Санкт-Петербурга
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2024.109Аннотация
На основе метода последовательной экстракции изучены формы тяжелых металлов в донных осадках восьми рек центральной части Санкт-Петербурга. Водотоки характеризуются высокой степенью техногенного загрязнения, особенности которого определяются отраслевой специализацией предприятий, расположенных на берегах водотоков. В пробах донных осадков экстрагировались обменные, карбонатные, органические (окисленные), гидроксидные (восстановленные), кристаллические (кислотные) и силикатные (остаточные) формы. Особенностью городских осадков является преобладание остаточных форм и высокая доля окисленных. На основе методов многомерной статистики (факторный и дисперсионный анализ) установлена техногенная геохимическая специализация разных водотоков, выделены индустриальный и постиндустриальный (современный) горизонты в разрезе донных отложений, установлены ведущие формы металлов. Осадки характеризуются очень широким диапазоном валового содержания металлов. Однако зависимость абсолютного содержания металлов в разных вытяжках от валовой концентрации установлена только для Mn, Ni, Co, Cd. Среди изученных металлов монофазный состав выявлен у Ba и Sr, которые на 85-98% представлены силикатной формой. Однофакторный дисперсионный анализ содержания металлов показал (без учета остаточной фракции), что накопление Cr, Cu, Zn, Mn, Co, Ni происходит в окисленной форме; для Ba и Pb ведущее значение имеет кислотная экстракция; у Fe максимум концентрации установлен в окисленной и кислотной вытяжках; для Cd ведущими являются обменная и карбонатная формы. Ряд снижения подвижности металлов Cd>Zn>Cr>Cu~Ni>Mn~Co>Pb>>Fe>>Sr>Ba свидетельствует о высокой лабильности халькофильных элементов и снижении подвижности в ряду сидерофилы – литофилы. Получена экспертная оценка потенциала вторичного загрязнения металлами при проведении дноочистных работ и дампинга грунтов в Невской губе, которое особенно значимо для Zn, Cu, Cr и Mn.
Ключевые слова:
донные отложения, метод последовательной экстракции, формы металлов, подвижность металлов
Скачивания
Библиографические ссылки
Водяницкий, Ю.Н. (2010). Изучение фаз-носителей Zn и Pb в почвах методами химического фракционирования и синхротронного рентгеновского анализа. Агрохимия, 8, 77-86.
Голубев, Д.А., Зайцев, В.М., Клеванный, К.А., Леднова, Ю.А., Лукьянов, С.В., Рябчук, Д.В., Спиридонов, М.А., Шилин, М.Б. (2010) Комплексные экологические исследования состояния районов отвала грунта в Невской губе и восточной части Финского залива. Инженерные изыскания, 5, 36–42.
Даувальтер, В.А., Слуковский, З.И., Денисов, Д.Б., Черепанов, А.А. (2021). Особенности химического состава воды городских озер Мурманска. Вестн. С.-Петерб. ун-та. Науки о Земле, 66 (2), 253-266.
Кузнецов, В.А., Шимко, Г.А. (1990). Метод постадийных вытяжек при геохимических исследованиях. Минск: Навука i тэхнiка.
Омара, Р., Чарыкова, М.В., Волина, О.В., Фокина, Е.Л. (2020). Подвижные формы Zn, Pb и Cd в почвах и техногенных отложениях района месторождения Шаабет-эль-Хамра, Алжир. Записки Российского минералогического общества, CXLIX, 3, 142–157.
Опекунов, А.Ю., Митрофанова, Е.С., Шейнерман, Н.А. (2014). Особенности техногенного осадконакопления в водотоках центральной части Санкт-Петербурга. Биосфера, 6 (3), 250-256.
Опекунов, А.Ю., Митрофанова, Е.С., Санни, С., Коммедал, Р., Опекунова, М.Г., Андреа, Б. (2015). Полициклические ароматические углеводороды в донных отложениях рек и каналов Санкт-Петербурга. Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7, 4, 98-109.
Опекунов, А.Ю., Янсон, С.Ю., Опекунова, М.Г., Кукушкин, С.Ю. (2021). Минеральные фазы металлов в техногенных осадках рек Санкт-Петербурга при экстремальном загрязнения. Вестн. С.-Петерб. ун-та. Науки о Земле, 66 (2), 267-288.
Опекунов, А.Ю., Сомов, В.В., Опекунова, М.Г., Дергилева, Е.В. (2022). Связь гумусовых кислот и тяжелых металлов в донных осадках рек Санкт-Петербурга. В: Проблемы загрязнения объектов окружающей среды тяжелыми металлами, труды международной конференции. Тула: Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, 208-212.
Химический анализ в геологии и геохимии (2016). Новосибирск: «Гео».
Янин, Е.П. (2018). Техногенные речные илы (условия формирования, вещественный состав, геохимические особенности). М.: АРСО.
Bertoldo, L.A., Ribeiro, A., Reis, C.E.S., Frachini, E., Kroetz, B.L., Abrão, T., Santos, M.J. (2023). Environmental risk assessment of potentially toxic elements in Doce River watershed after mining sludge dambreakdown in Mariana, MG, Brazil. Environ Monit Assess, 195, 539.
https://doi.org/10.1007/s10661-023-11080-5
Devi, U., Bhattacharyya, K.G. (2018). Mobility and bioavailability of Cd, Co, Cr, Cu, Mn and Zn in surface runoff sediments in the urban catchment area of Guwahati, India. Applied Water Science, 8, 18. https://doi.org/10.1007/s13201-018-0651-8
Guan, J., Wang, J., Pan, H., Yang, C., Qu J., Lu, N., Yuan, X. (2018). Heavy metals in Yinma River sediment in a major Phaeozems zone, Northeast China: Distribution, chemical fraction, contamination assessment and source apportionment. Scientific Reports, (8) 12231. https://doi:10.1038/s41598-018-30197-z
Hu, C., Yang, X., Dong, J., Zhang, X. (2018). Heavy metal concentrations and chemical fractions in sediment from Swan Lagoon, China: Their relation to the physiochemical properties of sediment. Chemosphere, 209, 848-856.
Lynch, S. F. L., Batty, L. C. and Byrne, P. (2014). Environmental Risk of Metal Mining Contaminated River Bank Sediment at Redox-Transitional Zones. Minerals, 4, 52–73.
Madeyski, M. Tarnawski, M., Jasiewicz, C., Baran, A. (2009). Fractionation of chosen heavy metals in bottom sediments of small water reservoirs. Archives of Environmental Protection, 35 (3), 47-57.
Miller, P.W., Martens, D.C., Zelazny, L.W. (1986). Effect of sequence in extraction of trace metals from soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 50 (3), 598–601.
Opekunov, A. Y., Mitrofanova, E. S., Spasskij, V. V., Opekunova, M. G., Shejnerman, N. A., Chernyshova, A. V. (2020). Chemistry and toxicity of bottom sediments in small watercourses of St. Petersburg. Water Resources, 47(2), 282–293.
Opekunov, A.Y., Pichugina, D.V., Zherebchevskij, V.I., Opekunova, M.G. (2022). Studying the Radionuclide Composition of Bottom Sediments from St. Petersburg’s Rivers. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 86 (8), pp. 981–985.
Pinskii, D.L., Iovcheva, A.D., Minkina, T.M., Bauer, T.V., Nevidomskaya, D.G., Shuvaeva, V.A., Mandzhieva, S.S., Tsitsuashvili, V.S., Burachevskaya, M.V., Chaplygin, V.A., Barakhov, A.V., Veligzhanin, A.A., Svetogorov, R.D., Khramov, E.V. (2022). Identification of heavy metal compounds in technogenically transformed soils using sequential fractionation, XAFS spectroscopy, and XRD powder diffraction. Eurasian Soil Science, 5, 613-626.
Pueyo, M., Mateu, J., Rigol, A., Vidal, M., López-Sánchez, J.F., Rauret, G. (2008). Use of the modified BCR three-step sequential extraction procedure for the study of trace element dynamics in contaminated soils. Environ. Poll., 152(2), 330–341.
Raksasataya, M., Langon, A.G., Kim, N.D. (1996). Assessment of extent of lead redistribution during sequential extraction by two different methods. Analyt. Chem. Acta, 332, 1–14.
Šestinova, O., Findoráková, L., Hančuľák, J., Šestinová, L. (2015). Study of metal mobility and phytotoxicity in bottom sediments that have been influenced by former mining activities in Eastern Slovakia. Environmental Earth Sciences, 74(7), 6017–6025.
Tessier, A., Campbell, P.G.C., Bisson, M. (1979). Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Anal. Chem., 51(7), 844-850.
Zhang, G., Bai, J., Xiao, R., Zhao, Q., Jia, J., Cui, B., Liu, X. (2017). Heavy metal fractions and ecological risk assessment in sediments from urban, rural and reclamation-affected rivers of the Pearl River Estuary, China. Chemosphere, 184, 278–288.
Zhou, H.Z., Wang, J.F., Jiang, H.M., Cai, Z.X., Tang, G.H., Song, D., Lui, S.T., Xu, Z.M. (2023). Distribution fractions and potential ecological risk assessment of heavy metals in mangrove sediments of the Greater Bay Area. Environ Sci Pollut Res, 30, 45859–45871. https://doi.org/10.1007/s11356-023-25551-2
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
