Accumulation level and fractions of heavy metals in sediments of small lakes of the urbanized area (Karelia
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2020.109Abstract
A detailed analysis of the environmental geochemistry features of the sediments of two small lakes located in Petrozavodsk city was presented. Samples of lakes were collected in 2016 and 2018 using a peat drill for deep layers of sediments and a sampler Limnos for modern layers of deposits. In the laboratory, after the drying and abrasion of samples until the powder condition, sediments were measured by an X-ray fluorescence spectrometer and mass-spectral method on a ХSeries-2 ICP-MS instrument. To have an environmental interpretation of results the sum indicator of pollution and index of geoaccumulation were calculated for each waterbody. The results showed the lake sediments of Petrozavodsk have different geochemistry features and various levels of pollution of heavy metals. In comparison with the background, such metals as Pb, Sb, V, Cu, Zn, W, and Bi have the highest level of accumulation in Petrozavodsk’s lakes. At the same time, the sediments of lake Chetyrekhverstnoye characterized by pollution from low to middle level and the sediments of lake Lamba have a pollution level from low to extremely high values. Almost all metals are predominantly in mineral phases, however, metals significantly have an association with organic matter and exchange fractions that present dangerously due to the migration of pollutants in systems “from sediments into the water” and “from sediments into biota”.
Keywords:
heavy metals, sediments, form of pollutants, small lakes, urbanization, the Republic of Karelia
Downloads
Download data is not yet available.
References
Водные объекты города Петрозаводска. (2013). Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН.
Даувальтер, В. А. (2012). Геоэкология донных отложений озер. Мурманск: Изд-во МГТУ.
Долотов, А. В., Гапеева, М. В. (2009). Оценка загрязнения тяжелыми металлами водоемов питьевого назначения (на примере Уводьского водохранилища). Экология человека, 1, 15–19.
Иванов, Д. В., Зиганшин, И. И., Осмелкин, Е. В. (2011). Оценка скорости осадконакопления в озерах Казани и Приказанья. Георесурсы, 2 (38), 46–48.
Крутских, Н. В., Косинова И. И. (2014). Методика трансформации природной среды по результатам эколого-геохимических исследований (на примере г. Петрозаводск). Вестник Воронежского гос. ун-та, 3, 95–97.
Крутских, Н. В., Бородулина, Г. С., Казнина, Н. М., Батова, Ю. В., Рязанцев, П. А., Ахметова, Г. В., Новиков, С. Г., Кравченко, И. Ю. (2016). Геоэкологические основы организации мониторинга северных урбанизированных территорий (на примере г. Петрозаводска). Труды Карельского научного центра, 12, 52–67.
Лаврова, Н. Б. (2005). Развитие растительности бассейна Онежского озера в ходе деградации последнего оледенения. Геология и полезные ископаемые Карелии, 8, 143–148.
Латушкина, Е. Н., Рассказов, А. А. (2013). Минералогический генезис микроэлементов современных донных осадков рек урбанизированных территорий, испытывающих высокую техногенную нагрузку (на примере Москвы-реки и малых рек Московской области). Вестник Бурятского гос. ун-та, 4, 16–24.
Лозовик, П. А., Галахина, Н. Е. (2017). Изменения химического состава реки Кенти в результате техногенного влияния. Труды Карельского научного центра РАН, 3, 21–35.
Масленникова, А. В., Удачин, В. Н., Дерягин, В. В. (2014). Палеоэкология и геохимия озерной седиментации голоцена Урала. Екатеринбург: Изд-во Уральского отделения РАН Южно-Уральского гос. ун-та.
Моисеенко, Т. И., Гашкина, Н. А. (2010). Формирование химического состава вод озер в условиях изменения окружающей среды. Москва: Наука.
Моисеенко, Т. И., Даувальтер, В. А., Родюшкин, И. В. (1997). Геохимическая миграция элементов в субарктическом водоеме (на примере озера Имандра). Апатиты: Кольский научный центр РАН.
Новиков, С. Г. (2014). Экологическая оценка загрязнения тяжелыми металлами почв урбанизированных территорий по категориям землепользования (на примере г. Петрозаводска). Диссертация кандидата биол. наук.
Новицкий, Д. Г., Ильмаст, Н. В., Слуковский, З. И., Суховская, И. В. (2018). Биогеохимические аспекты загрязнения водоемов урбанизированных территорий в Республике Карелия на примере окуня (Perca fluviatilis). Ученые записки Петрозаводского гос. ун-та, 3, 42–51.
Опекунов, А. Ю., Мануйлов, С. Ф., Шахвердов, В. А., Чураков, А. В., Куринный, Н. А. (2012). Состав и свойства донных отложений р. Мойки и Обводного канала (Санкт-Петербург). Вестник С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. Геология. География, (2), 65–80.
Петрова, Е. А. (2006). Закономерности распределения и формы нахождения тяжелых металлов в донных осадках Ладожского озера. Вестник С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. Геология. География, 1, 18–29.
Потахин, М. С. (2011). Морфологические особенности водоемов г. Петрозаводска. В: Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование, охрана: материалы IV школы-конф. молодых ученых с междунар. участием (Петрозаводск, 26–28 августа 2011 г.). Петрозаводск, 180–183.
Потахин, М. С., Белкина, Н. А., Слуковский, З. И., Новицкий, Д. Г., Морозова, И. В. (2018). Изменение донных отложений Выгозера в результате многофакторного антропогенного воздействия. Общество. Среда. Развитие, 3(48), 107–117.
Сает, Ю. Е., Ревич, Б. А., Янин, Е. П. (1990). Геохимия окружающей среды. Москва: Недра.
Синькевич, Е. И., Экман, И. М. (1995). Донные отложения озер Восточной части Фенноскандинавского кристаллического щита. Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН.
Слуковский, З. И. (2018). Микроэлементный состав донных отложений малых озер как индикатор возникновения экологических рисков в условиях урбанизированной среды (Республика Карелия). Водное хозяйство России, 6, 70–82. https//doi.org/10.35567/1999-4508-2018-6-6
Слуковский, З. И. (2014) Эколого-геохимический анализ состояния донных отложений малых рек урбанизированных территорий (на примере города Петрозаводска). Диссертация кандидата биол. наук.
Слуковский, З. И., Ильмаст, Н. В., Суховская, И. В., Борвинская, Е. В. (2016). Анализ содержания тяжелых металлов в органах рыб озера Ламба (Петрозаводск, Республика Карелия). В: Экологические проблемы северных регионов и пути их решения: материалы VI Всероссийской научной конф. с международным участием, посвященной 120-летию со дня рождения Г. М. Крепса и 110-летию со дня рождения О. И. Семенова-Тянь-Шанского. Апатиты: Изд-во Кольского на-учного центра РАН.
Слуковский, З. И., Ильмаст, Н. В., Суховская, И. В., Борвинская, Е. В., Гоголев, М. А. (2017). Геохимическая специфика процесса современного осадконакопления в условиях техногенеза (на примере оз. Ламба, Петрозаводск, Карелия). Труды Карельского научного центра РАН, 10, 45–63.
Стародымова, Д. П., Шевченко, В. П., Кокрятская, Н. М., Алиев, Р. А., Бычков, А. Ю., Забелина, С. А., Чупаков, А. В. (2016). Геохимия донных осадков малого озера (водосбор Онежского озера, Архангельская область). Успехи современного естествознания, 9, 172–177.
Страховенко, В. Д. (2011). Геохимия донных отложений малых континентальных озер Сибири. Диссертация доктора геол.-минерал. наук.
Филатов, Н. Н., Литвиненко, А. В., Фрейндлинг, В. А. (2001). Каталог озер и рек Карелии. Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра.
Шафигуллина, Г. Т., Удачин, В. Н. (2009). Содержание тяжелых металлов в донных отложениях Учалинской геотехнической системы. Разведка и охрана недр, (1), 60–66.
Янин, Е. П. (2013). Техногенные речные илы (вещественный состав, геохимические особенности, экологическая оценка). Москва: ВИНИТИ.
Янин, Е. П. (2011). Формы нахождения кадмия в техногенных илах реки Пахры и оценка его миграционных способностей. География и природные ресурсы, 1, 42–46.
Bartnicki, J. (1994). An Eulerian model for atmospheric transport of heavy metals over Europe: Model description and preliminary results. Water, Air, & Soil Pollution, 75 (3–4), 227–263. https://doi.org/10.1007/BF00482939
Dauvalter, V. A. (2006). Chalcophile elements (Hg, Cd, Pb, and As) in bottom sediments of water bodies of the white sea catchment area on the kola peninsula. Geochemistry International, 44 (2), 205–208. https://doi.org/10.1134/S001670290602011X
Dauvalter, V., Kashulin, V., Sandimirov, S., Terentjev, P., Denisov, D., Amundsen, P.-A. (2011). Chemical composition of lake sediments along a pollution gradient in a Subarctic watercourse. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 46, 1020–1033.
Davydova, N., Subetto, D., Kukkonen, M., Simola, H. (1999). Human impact on Lake Ladoga as indicated by long-term changes of sedimentary diatom assemblages. Boreal Environment Research, 4(3), 269–275.
Escobar, J., Whitmore, T. J., Kamenov, G. D., Riedinger-Whitmore, M. A. (2013). Isotope record of anthropogenic lead pollution in lake sediments of Florida, USA. Journal of Paleolimnology, 49 (2), 237–252.
Förstner, U., Heise, S., Schwartz, R., Westrich, B., Ahlf, W. (2004). Historical contaminated sediments and soils at the river basin scale. Examples from the Elbe River catchment area. Journal of Soils and Sediments, 4(4), 247–260.
Håkanson, L. (1984). Sediment sampling in different aquatic environments: Statistical aspects. Water Resources Research, 20 (1), 41–46.
Harguinteguy, C. A., Cirelli, A. F., Pignata, M. L. (2014). Heavy metal accumulation in leaves of aquatic plant Stuckenia filiformis and its relationship with sediment and water in the Suquía river (Argentina). Microchemical Journal, 114, 111–118.
Hosono, T., Alvarez, K., Kuwae, M. (2016). Lead isotope ratios in six lake sediment cores from Japan Archipelago: Historical record of transboundary pollution sources. Science of The Total Environment, 559, 24–37.
Keinonen, M. (1992). The isotopic composition of lead in man and the environment in Finland 1966–1987: isotope ratios of lead as indicators of pollutant source. Science of The Total Environment, 113(3), 251–268. https://doi.org/10.1016/0048-9697(92)90004-C
Kuwae, M., Tsugeki, N. K., Agusa, T., Toyoda, K., Tani, Y., Ueda, S., Tanabe, S., Urabe, J. (2013) Sedimentary records of metal deposition in Japanese alpine lakes for the last 250 years: Recent enrichment of airborne Sb and In in East Asia. Science of the Total Environment, 442, 189-197. https//doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.10.037
Li, X., Shen, Z., Wai, O. W. H., Li, Y.-S. (2001). Chemical forms of Pb, Zn and Cu in the sediment profiles of the Pearl River Estuary. Marine Pollution Bulletin, 42 (3), 215–223.
López, D. L., Gierlowski-Kordesch, E., Hollenkamp, C. (2010). Geochemical Mobility and bioavailability of heavy metals in a lake affected by acid mine drainage: Lake Hope, Vinton County, Ohio. Water, Air, & Soil Pollution, 213, 27–45.
McConnell, J. R., Edwards, R. (2008). Coal burning leaves toxic heavy metal legacy in the Arctic. Proceedings of the national academy of sciences, 34, 12140–12144.
Moiseenko, T. I. (2015). Impact of geochemical factors of aquatic environment on the metal bioaccumulation in fish. Geochemistry International, 53(3), 213–223. https://doi.org/10.1134/S001670291503009X
Müller, G. (1979). Schwermetalle in den Sedimenten des Rheins. — Veränderungen seit 1971. Umschau in Wissenschaft and Technik, 79, 778–783. (In German)
Norton, S., Dillon, P., Evans, R. (1990). The history of atmospheric deposition of Cd, Hg and Pb in North America: Evidence from lake and peat bog sediments. Acidic Precipitation, 73–101. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-4454-7_4
Nriagu, J. O. (1990). The rise and fall of leaded gasoline. Science of The Total Environment, 92, 13–28. https://doi.org/10.1016/0048-9697(90)90318-O
Rainbow, P. S., Hildrew, A. G., Smith, B. D., Geatches, T., Luoma, S. N. (2012). Caddisflies as biomonitors identifying thresholds of toxic metal bioavailability that affect the stream benthos. Environmental Pollution, 166, 196–207.
Rognerud, S., Hongve, D., Fjeld, E., Ottesen, R. T. (2000). Trace metal concentrations in lake and overbank sediments in southern Norway. Environmental Geology, 39 (7), 723–732.
Shevchenko, V. P., Dolotov, Y. S., Filatov, N. N., Alexeeva, T. N., Filippov, A. S., Nothig, E.-M., Novigatsky, A. N., Pautova, L. A., Platonov, A. V., Politova, N. V., Rat’kova, T. N., Stein, R. (2005). Biogeochemistry of the Kem’ River estuary, White Sea (Russia). Hydrology and Earth System Sciences, 9, 57–66.
Slukovskii, Z. I. (2015). Geoecological Assessment of Small Rivers in the Big Industrial City Based on the Data on Heavy Metal Con tent in Bottom Sediments. Russian Meteorology and Hydrology, 40 (6), 420–426. https://doi.org/10.3103/S1068373915060084
Slukovskii, Z. I., Medvedev, M. A., Siroezhko, E. V. (2020). Long-range heavy metal aerosols transport as a factor of the formation of the geochemical characteristics of current lake bottom sediments from the southwestern republic of Karelia (exemplified by lake Ukonlampi, Lahdenpohja district). Journal of Elementology, 25 (1). https://doi.org/10.5601/jelem.2019.24.1.1816
Stankevica, K., Klavins, M., Rutina, L. (2012). Accumulation of metals in sapropel. Material science and applied chemistry, 26, 99–105.
Tessier, A., Campbell, P. G., Bisson M. (1979). Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry, 51(7), 844–851.
Thomas, V. (1995). The elimination of lead in gasoline. Annual Review of Energy and the Environment, 20, 301–324.
Tokarev, I. V., Borodulina, G. S., Blazhennikova, I. V., Avramenko, I. A. (2015). Isotope-geochemical data on ferruginous mineral waters: Conditions of formation of “Marcial Waters” resort, Karelia. Geochemistry International, 53, 83–86. https://doi.org/10.1134/S0016702914110093
Verta, M., Tolonen, K., Simola, H. (1998). History of heavy metal pollution in Finland as recorded by lake sediments. Science of The Total Environment, 87/88, 1–18.
Vierikko, K., Yli-Pelkonen, V. (2019). Seasonality in recreation supply and demand in an urban lake ecosystem in Finland. Urban Ecosystems, 22, 769–783. https://doi.org/10.1007/s11252-019-00849-7
Vinogradova, A., Kotova, E., Topchaya, V. (2017). Atmospheric transport of heavy metals to regions of the North of the European territory of Russia. Geography and Natural Resources, 38(1), 78–85. https://doi.org/10.1134/S1875372817010103
Violante, A., Krishnamurti, G. S. R., Pigna, M. (2007). Factors affecting the sorption desorption of trace elements in soil environments. In: A., Violante, P. M., Huang, G. M., Gadd, ed., Biophysico-chemical Processes of Heavy Metals and Metalloids in Soil Environments. Wiley IUPAC, Ser. “Biophysico-chemical Processes in Environmental Systems”, 169–214.
Virkutyte, J., Vadakojyte, S., Sinkevičius, S., Sillanpää, M. (2008). Heavy metal distribution and chemical partitioning in Lake Saimaa (SE Finland) sediments and moss Pleuroziumschreberi. Journal of Chemical Ecology, 24(2), 119–132. https://doi.org/10.1080/02757540801920105
Downloads
Additional Files
Published
2020-03-17
How to Cite
Slukovskii , Z. I. . (2020) “Accumulation level and fractions of heavy metals in sediments of small lakes of the urbanized area (Karelia”, Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences, 65(1). doi: 10.21638/spbu07.2020.109.
Issue
Section
Articles
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
