Минеральные фазы металлов в техногенных осадках рек Санкт-Петербурга при экстремальном загрязнении
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2021.205Аннотация
Целью исследований стало определение закономерностей распределения металлов и их основных минеральных фаз в техногенных илах водотоков Санкт-Петербурга в условиях экстремального загрязнения. Объекты исследований - рр. Екатерингофка, Охта, Смоленка, Красненькая, Карповка и Черная Речка. Донные отложения урбанизированных рек характеризуются аномально высокими концентрациями тяжелых металлов и металлоидов (ТММ). Максимальное содержание металлов, установленное в отложениях рек, соответствует рудным концентрациям: Cu - 0.487 %, Pb - 5.54 %, Co - 0.129 %, Cd - 0.0439 %, Ba - 6.32 % и Zn - 0.818 %. По индексу геоаккумуляции ТММ характеризуются от умеренного и сильного загрязнений (Cr, Co, Ni, Zn, As) до экстремально сильного (Cu, Cd, Sb, Hg). Каждый водоток имеет свою геохимическую специализацию донных отложений: р. Охта характеризуется наибольшими концентрациями Ba, As, Sb, Zn и Hg, р. Екатерингофка - Cr, Co, Mn, Pb, Cd; р. Смоленка - Cu; р. Красненькая - Fe, V, Sc; р. Черная Речка - Ni. На основе метода главных компонент факторного анализа выделены парагенетические ассоциации, указывающие на основные источники загрязнения: производство аккумуляторов Sb-Cd-Pb-Co-Mn (р. Екатерингофка) и Ni (р. Карповка), лакокрасочных изделий Ba-Hg-As-Zn (р. Охта), а также металлообработка Cu-Cr (рр. Смоленка, Екатерингофка, Черная Речка). Микроскопические исследования показали разнообразие вторичных минералов, среди которых основное значение имеют барит, гематит, магнетит, гетит. Количество образующегося барита пропорционально концентрации Ba в осадках. Встречаются сульфиды металлов: фрамбоидальный пирит, сфалерит, халькопирит, галенит. Показана важная особенность раннедиагенетических изменений состава отложений в экстремальных условиях загрязнения изученных рек - формирование самородных металлов (Fe, Pb) и агрегатов комплексного состава (Fe, Pb, Zn, Cu). Вероятно, это один из значимых механизмов стока металлов в условиях устойчивого техногенеза.
Ключевые слова:
металлы и металлоиды, парагенезис металлов, скорость осадконакопления, вторичные минералы, минеральные агрегаты
Скачивания
Библиографические ссылки
Baltpurvins, K. A., Burns, R. C., Lawrance, G. A. and Stuart, A. D. (1996). Effect of pH and Anion Type on the Aging of Freshly Precipitated Iron(III) Hydroxide Sludges. Environ. Sci. Technol., 30 (3), 939–944.
Billon, G., Ouddane, B., Laureyns, J. and Boughriet, A. (2001). Chemistry of metal sulfides in anoxic sediments. Phys. Chem., 3, 3586–3592.
Burton, G. A. (2010). Metal bioavailability and toxicity in sediments. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol., 40, 852–907.
Canavan, R. W., Van-Cappellen, P., Zwolsman, J. J. G., Van-den-Berg, G. A. and Slomp, C. P. (2007). Geochemistry of trace metals in a fresh water sediment: field results and diagenetic modeling. Sci. Total Environ., 381, 263–279.
Cravotta, C. A. (2008). Dissolved metals and associated constituents in abandoned coal-mine discharges, Pennsylvania, USA. Part 2: Geochemical controls on constituent concentrations. Applied Geochemistry, 23, 203–226.
Ekere, N., Yakubu, N. and Ihedioha, J. (2017). Ecological risk assessment of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbonsin sediments of rivers Niger and Benue confluence, Lokoja, Central Nigeria. Environ. Sci. Pollution Res., 24 (23), 18966–18978.
Ingvertsen, S. T., Marcussen, H. and Holm, P. E. (2013). Pollution and potential mobility of Cd, Ni and Pb in the sediments of a wastewater-receiving river in Hanoi. Vietnam Environmental Monitoring and Assessment, 185 (11), 9531–9548.
Kowalska, J. B., Mazurek, R., Gasiorek, M. and Zaleski, T. (2018). Pollution indices as useful tools for the comprehensive evaluation of the degree of soil contamination — A review. Environ Geochem Health, 40, 2395–2420. https://doi.org/10.1007/s10653-018-0106-z
Leonova, G. A., Mal’tsev, A. E., Melenevskii, V. N., Miroshnichenko, L. V., Kondrat’eva, L. M. and Bobrov, V. A. (2018). Geochemistry of Diagenesis of Organogenic Sediments: An Example of Small Lakes in Southern West Siberia and Western Baikal Area. Geochemistry International, 56 (4), 344–361. https://doi.org/10.1134/S0016702918040043
Lesven, L., Lourino-Cabana, B., Billon, G., Recourt, P., Ouddane, B., Mikkelsen, O. and Boughriet, A. (2010). On metal diagenesis in contaminated sediments of the Deûle river (northern France). Applied Geochemistry, 25, 1361–1373.
Liu, B., Nie, Y., Gao, X., Hu, K. and Yang, J. (2017). The diagenetic geochemistry and contamination assessment of iron, cadmium, and lead in the sediments from the Shuangtaizi estuary, China. Environ. Earth Sci., 76, 168. https://doi.org/10.1007/s12665-017-6481-4
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. https://doi.org/10.3390/min4010052
Milacic, R., Zuliani, T., Vidmar, J., Oprckal, P. and Scancar, J. (2017). Potentially toxic elements in water and sediments of the Sava River under extreme flow events. Sci. Total Environ., 605–606 (15), 894–905.
Müller, G. (1969). Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River. GeoJournal, 2, 108–118.
Opekunov, A. Yu. (2012). Environmental sedimentology. Tutorial. St. Petersburg: St. Petersburg University Press. (In Russian)
Opekunov, A. Yu., Mitrofanova, E. S. and Opekunova, M. G. (2017). Technogenic transformation of the composition of bottom sediments of rivers and canals in St. Petersburg. Geoecology. Engineering geology. Hydroecology. Geocryology, 4, 48–61. (In Russian)
Opekunov, A. Yu., Mitrofanova, E. S., Spasskii, V. V., Opekunova, M. G., Sheinerman, N. A. and Chernyshova, A. V. (2020). Chemistry and Toxicity of Bottom Sediments in Small Watercourses of St. Petersburg. Water Resources, 47 (2), 282–293. https://doi.org/10.1134/S0097807820020116
Osán, J., Török, S., Alföldy, B., Alsecz, A., Falkenberg, G., Baik, S. Y. and Van Grieken, R. (2007). Comparison of sediment pollution in the rivers of the Hungarian Upper Tisza Region using non-destructive analytical techniques. Spectrochim. Acta. Part B: Atom. Spectros., 62, 123–136.
Slukovskii, Z., Dauvalter, V., Guzeva, A., Denisov, D., Cherepanov, A. and Siroezhko, E. (2020). The hydrochemistry and recent sediment geochemistry of small lakes of Murmansk, Arctic zone of Russia. Water, 12, 1130. https://doi.org/10.3390/w12041130
Strakhovenko, V., Subetto, D., Ovdina, E., Danilenko, I., Belkina, N., Efremenko, N. and Maslov, A. (2020). Mineralogical and Geochemical studies of Late Holocene bottom sediments of Lake Onega. Journal of Great Lakes Research, 46, 443–455.
Sutherland, R. A. (2000). Bed sediment-associated trace metals in an urban stream, Oahu. Hawaii. Environ. Geol., 39, 611–627.
Taylor, K. G. and Boult, S. (2007). The role of grain dissolution and diagenetic mineral precipitation in the cycling of metals and phosphorus: A study of a contaminated urban freshwater sediment. Applied Geochemistry, 22, 1344–1358.
Taylor, K. G., Boyd, N. A. and Boult, S. (2003). Sediments, porewaters and diagenesis in an urban waterbody, Salford, UK: impacts of remediation. Hydrol. Process., 17, 2049–2061.
Taylor, K. G., Hudson-Edwards, K. A., Bennett, A. J. and Vishnyakov, V. (2008). Early diagenetic vivianite [Fe3(PO4)28H2O] in a contaminated freshwater sediment and insights into zinc uptake: A -EXAFS, -XANES and Raman study. Applied Geochemistry, 23, 1623–1633.
Vodyanitskii, Y. N. (2010). Iron hydroxides in soils: a review of publications. Eurasian Soil Science, 43 (11), 1244–1254. https://doi.org/10.1134/S1064229310110074
Yanin, E. P. (2018). Technogenic river silts (conditions of formation, material composition, geochemical features). Moscow: NP “ARSO” Publ. (In Russian)
Zverev, V. P. (1993). Hydrogeochemistry of the sedimentary process. In: Trudy GIN RAN. Vyp. 477. Moscow: Nauka Publ. (In Russian)
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.
