Загрязнение тяжелыми металлами

В морской среде Каспия , наряду с углеводородами, загрязнителями являются тяжелые и переходные металлы – продукты как естественного происхождения (растворенные и осадочные формы), так и привнесёнными в виде компонентов промышленных отходов с речным стоком. Металлы склонны к различным видам воздействия и преибразования окружающей среды (физические, химические, биологические). Как микроэлементы, металлы имеют большое значение в жизни рыб и других гидробионтов. Они входят в состав ферментов, витаминов, гормонов, участвуют в биохимических процессах, протекающих в организмах рыб (Виноградов, 1952; Войнар,1960; Ковальский, 1974). Но находясь в воде в больших количествах, денатурируют белки, блокируют тиоловые группы, оказывают антибиотическое влияние на проявление жизненных процессов и вызывают генетические изменения.

Вода. Анализ полученных в настоящее время данных показал, чтонаибольшие концентрации тяжелых и переходных металлов в воде Восточного Каспия (АГРА, 1996) прихедится на медь, цинк и барий. Показатели этих элементов в воде достигают 20 мкг/л для меди и цинка ( ПДК, при ПДК – 10 мкг/л) и 50 мкг/л для бария. Остальные элементы присутствуют в меньших количествах: мышьяк и хром – менее 6; свинец, ванадий, никель – менее 10; кадмий – менее 1.5; ртуть – менее 0.1 мкг/л, что не превышает рыбохозяйственных ПДК.

Косарев и Яблонская (1994) приводят данные о содержании тяжелых металов в воде в северной части Каспийского моря в следующих значениях: медь - 7 мкг/л, цинк – 22 мкг/л, свинец – 1.3 мкг/л, кадмий – 0.5 мкг/л. Концентрация меди в настоящее время существенно выше приведённого авторами уровня, а показатели по цинку сопоставимы с указанными величинами.

При сопоставлении данных для морских прибрежных вод Англии и соседних морей (Laslett, 1995), где максимальные концентрации металлов составили: цинк 25; медь 4.7; кадмий 0.13; свинец 1.1; никель 9.4 мкг/л, с показателями воды Каспийского моря, прослеживается некоторое превышение уровней ряда металлов с преобладанием особо токсичных – кадмия и свинца.

Грунты. Накопление переходных и тяжелых металов в донных отложениях Каспийского моря характеризуется рядом специфических черт. Барий и свинец в донных илах малоподвижны, но зорошо извлекаются из отложений пластинчатожаберными и брюхоногими моллюсками.

Слабая растворимость свинца обусловливает поступление его с речным стоком во взвешенном состоянии, отчего распределение элемента в донных илах носит мозаичный характер. Зоны с пониженным содержанием свинца тяготеют к взморью Волги и Уральской бороздине. Более высокие содержания элемента обнаруживаются на мелководных илистых участках. Абсолютные массы свинца оседают на морском продолжении русел Волги и Урала и в незначительной мере перемещаются в глубоководную часть Уральской бороздины. В перемещении свинца активную роль играют и гидробионты.

Максимальные количества элементов в илистой массе дна совпадают с ареалом развития мелкоалевритных осадков. Значительные количества металлов участвуют в миграции по трофическим церям, накапливаяся в раковинах и мягких тканях маллюсков, и далее в рыбах. Несколько более подвижен цинк, его повышенные концентрации отмечаются в предустьевой зоне Урала и по северному обрамлению Уральской бороздины.

Процесс сорбции и осаждении комплексных соединений с органическим веществом в Каспии ведёт е образованию значительных концентраций меди. Максимальные показатели приурочиваются к взвеси прирусловых участков рек, минимальные в Уральской бороздине. Низкие содержания никеля отмеченй в песках и ракушняках, повышенные – в мелкоалевритовых и глинистых илах. В осаждении и накопления никеля участвуют и гидробионты.

На примере осадконакопления в Северном Каспии можно уяснить влияние различных параметров, обусловливающих элементный состав и пространственное распределение литологических типов донных отложений.

Уровни концентрирования металлов в осадках Северного Каспия оказались в четкой зависимости отструктуры и типа грунтов, наличия мелкодисперсных частиц – основных сорбентов элементов.

Среднее содержание элементов в сухой массе грунта, полученное (Агро, 1996) для обширной территории северо-восточной части моря, составило:

цинк 2.0-28.0 (среднее 8);

медь 1.0-15 (среднее 4.0);

кадмий <0.02-0.34 (среднее 0.073);

свинец <2.0-8.0 (среднее 3.0);

хром 4.0-27.0 (среднее 10.0);

никель <4.0-27.0 (среднее 10.0);

барий 32.0-140.0 (среднее 70.0);

ванадий 5.0-32.0 (среднее 13.0);

ртуть <0.005-0.075 (среднее 0.019);

железо 1032.0-12100.0 мкг/г (среднее 3995.0 мкг/г).

Средняя концентрация мышьяка в илах была ниже предела чувствительности метода (<10.0 мкг/г).

Сравнение данных по содержанию химических элементов в донных илах Каспия с другими регионами мира показывает более высокие значения тяжелых и переходных металлов, полученные для морских отложений северо-восточной части моря.

Рыба. Морская биота Каспия имеет уникальный химический состав и набор химических элементов и соединений (Саенко, 1987), и может быть использована в качестве индикатора загрязнения и экологического состояния среды (рис 5). Экологические условия в северо-восточном Каспии в значительной степени сказываются на качественных и количественных показателях его биоты. Сравнительная умеренная загрязненность водных масс Каспийского моря ещё не говорит о его защищенности от антропогенного воздействия. В результате проведённых исследований, О.В.Поповой и др. (1997) было установлено сильное загрязнение воды дельты нефтепродуктами, тяжелыми металлами, из которых ломинирующее положение занимают цинк, железо и медь. По этой причине поступающие в море промышленные стоки, содержащие соли тяжелых металов, являются в настоящее время основными источниками накопления токсикантов в бентосе, планктоне, рыбах (Хорошенко и др. 1996г.; Костров и др. 1996г. ; Попова и др. 1996г.). Поэтому необходим контроль и маниторинг загрязнения тяжелыми и переходными металлами компонентов гидроценозов Каспия, в том числе и осетровых рыб, особенно подверженных воздействию токсикантов в условиях Каспийского моря. Этой цели служат современные экологические исследования фонового состояния окружающей среды северо-восточной части Каспийского моря, приуроченные к поисково-разведочному бурению и добычи углеводородного сырья.

В мае 1996 года средние уровни исследованных металлов в органах и тканях рыб находились в следующих диапазонах:

В печени : барий-0.3-4.6

Кадмий н/о-0.9

Хром н/о-0.7

Медь 12.5-60.6

Железо 193.8-975.0

Ртуть н/о-0.6

Цинк 77.5-737.5 мкг/г

В мышцах: Барий 0.3-4.6;

Хром 0.8-4.9;

Медь 1.3-21.2;

Железо 8.9-46.5;

Ртуть 0.1-1.9;

Никель н/о-4.9;

Свинец н/о-0.9;

Цинк 19.5-57.3 мкг/г.

В икре: Барий 0.7-7.6;

Хром 0.6-3.5;

Медь 3.1-11.4;

Железо 62.6-166.3;

Ртуть н/о-0.1;

Никель н/о-2;

Свинец н/о-0.1;

Цинк 40.7-104.8 мкг/г.

Преобладающими металлами в каждом из исследованных образцов рыб были цинк, медь, барий, железо. Кадмий и ванадий присутствуют в незначительных количествах.

Различные элементы выявляют свои пиковые значения в различных тканях Каспийских рыб: в печени больше концентрируется железа, цинка, меди, по сравнению с образцами икры, которые, в свою очередь, выше, чем в мышечной ткани.

Барий и хром обнаружили тенденцию к примерно одинаковым содержаниям во всех типах образцов. Зафиксированы следовые количества никеля и свинца для большинства образцов мышц, в то время как эти элементы практически не были обнаружены в пробах печени и икры. Следовые количества ртути были обнаружены как в печени, так и в тканях, но не обнаружены в икре.

Разброс в уровнях содержания металлов и их распределение, по литературным данным, в печени ершовки из Немецкого залива (Издание Прогресс в Морской Экологии, 1992) и печени трески европейских вод (Хэлоу и др.,1992), показали соизмеримые значения и схожие тенденции в диапазонах концентраций с Каспийскими рыбами.

Данные по кумуляции ряда металлов в представителях ихтиофауны северо-восточного Каспия являются представительными для характеристики токсикологической ситуации в этом районе моря.