Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 498, № 1, стр. 46-51
Приводятся первые данные по содержанию органических соединений (ОС) – Сорг, липидов, углеводородов (алифатических – АУВ и полициклических ароматических – ПАУ) во взвеси поверхностных вод и в донных осадках в западной части Карского моря и в Обской губе в период схода сезонного льда (июль 2019 г.). Наиболее высокое содержание ОС и взвеси в поверхностных водах установлено в Обской губе: АУВ – до 325 мкг/л, ПАУ – до 15 нг/л, взвеси – до 15.5 мг/л. В самом море концентрации АУВ увеличивались в среднем от 20 до 59 мкг/л, что связано с паводком. На геохимическом барьере Обская губа – Kарское море происходит резкое уменьшение всех компонентов ОС, поставляемых речным стоком. Добыча углеводородов и интенсификация судоходства в южной части Карского моря влияют на состав АУВ и ПАУ. Разложение автохтонной взвеси и содержащихся в ней ОС в процессе седиментации приводит к тому, что в донных осадках, в отличие от поверхностных вод, не наблюдался рост концентраций Сорг, АУВ и ПАУ.
Ключевые слова: органические соединения, Сорг, липиды, алифатические углеводороды, полициклические ароматические углеводороды, взвесь, донные осадки, Обская губа, паводок
Трансарктические исследования, проведенные в эпиконтинентальной Арктике от Карских Ворот до 168° в.д., в геохимических барьерных зонах река (Обь, Енисей, Лена, Хатанга, Индигирка, Колыма) – море (Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское) в 2007–2018 гг. установили, что максимальный диапазон концентраций органических соединений (ОС) – Сорг, липидов и различных углеводородных классов (алифатических углеводородов – АУВ и полициклических ароматических углеводородов – ПАУ), а также взвеси приурочен к устьевой области Оби [1]. Изменения в величинах ОС в разные годы исследования были связаны с соленостью вод и сезоном (табл. 1).
Таблица 1.
Содержание органических соединений и взвеси в поверхностных водах Карского моря
| Год, месяц | n | Липиды, мкг/л | АУВ, мкг/л | Взвесь, мг/л | S, PSU | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Интервал | Средн. | Интервал | Средн. | Интервал | Средн. | |||
| р. Обь–Карское море | ||||||||
| 2007.09 | 12 | 25–427 | 182 | 10–310 | 101 | 0.32–34.37 | 11.62 | 0.1–20.7 |
| 14р* | 27–748 | 174 | 6–456 | 90 | ||||
| 2016.07 | 13 | 14–33 | 163 | 3–102 | 40 | 0.25–10.64 | 10.31 | 0.0–31.5 |
| 2017.09 | 5 | 22–484 | 166 | 5–365 | 100 | 0.17–5.47 | 3.52 | 2.7–25.3 |
| 2018.09** | 4 | 35–119 | 52 | 17–29 | 22 | 0.63–1.85 | 0.90 | 24.9–30.0 |
| 2019.07 | 12 | 192–1637 | 578 | 62–514 | 325 | 2.93–15.5 | 7.47 | 0.16–7.56 |
| Западная часть Карского моря | ||||||||
| 2019.07 | 9 | 64–98 | 89 | 51–66 | 59 | 0.05–1.07 | 0.30 | 28.4–34.5 |
| р. Енисей – Карское море | ||||||||
| 2011.09 | 14 | 22–236 | 83 | 7–149 | 20 | 0.34–2.93 | 1.3 | 0.07–27.93 |
| 15р | 22–134 | 40 | 5–69 | 18 | ||||
Примечание. * 4р и 15р концентрации в растворенной форме, все остальные пробы – во взвеси. ** Пробы отбирали на шельфе Карского моря.
Биологическая продуктивность Обской губы формируется в период открытой воды, при этом ее максимум приходится на короткий период биологической весны, сразу после схода льда [2, 3]. Значительные различия в концентрациях ПАУ в водах и осадках наблюдались в Обской губе в 2010 г. и были связаны с периодом наблюдений: при интенсивном стоке (с 29 июля по 17 августа) и при низком стоке (с 18 сентября по 7 октября) [4]. Основное количество ПАУ в поверхностных водах содержалось во взвеси, и их концентрации в летний сезон были в 35–40 раз выше, а осенний – в 25–30 раз выше, чем в растворенной форме. При этом как летом, так и осенью повышенное содержание ПАУ приурочено к зонам смешения вод: в южной части Обской губы при впадении р. Таз, в северной части – при смешении вод Оби и Карского моря.
Строительство и функционирование порта Сабетта на западном берегу Обской губы, предназначенного для обеспечения перевалки углеводородного сырья Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения на Ямале, и сопутствующая интенсификация судоходства должны влиять на экологическую ситуацию в этом районе. При сооружении канала к порту Сабетта с 2014 г. в летний период проводили активные дноуглубительные работы с общим объемом выбранного грунта около 70 млн. м 3 [5]. Это должно было привести к увеличению количества взвеси в воде. Действительно, в июле 2016 г. содержание взвеси на разрезе (в среднем 10.3 мг/л) было значительно выше, а концентрации АУВ, которые имеют, как природное, так и нефтяное происхождение (НУ) [6], наоборот, ниже (табл. 1). Резкое снижение (почти в 3 раза до 3.52 мг/л) концентрации взвеси произошло после окончания строительства канала в сентябре 2017 г. Напротив, содержание АУВ, особенно в южной части губы, возросло до 365 мкг/л (86 мкг/мг взвеси). В составе алканов в низкомолекулярной области доминировали выветренные НУ [1], что, вероятно, обусловлено интенсификацией судоходства в этом районе.
С целью определения сезонной изменчивости содержания и состава ОС (Сорг, липидов, АУВ и ПАУ) были проанализированы пробы поверхностных вод и донных осадков, отобранные в западной и центральной частях Карского моря и в Обской губе в июле 2019 г. (76 рейс НИС “Академик Мстислав Келдыш”, рис. 1а).
Рис. 1.
Положение станций отбора проб в 76 рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” в июле 2019 г. – (а); распределение: 1 – АУВ, 2 – липидов, 3 – взвеси, 4 – солености в поверхностных водах – (б); состав алканов во взвеси поверхностных вод на различных станциях – (в); распределение 1 – АУВ, 2 – Сорг, и 3 – влажности в поверхностном слое донных осадков – (г).
Работы в Карском море были проведены сразу после схода сезонного льда. Пробы на станциях 6221 и 6222 (рис. 1а) согласно спутниковым данным были отобраны через 0–5 дней после таяния льда, а на станциях 6223–6225 и 6234 – непосредственно у ледовой кромки. Пробы поверхностной воды отбирали на подходе к станциям, чтобы исключить загрязнение от судна; поверхностный слой донных осадков (0–1 и 0–2 см) отобран мультикорером. Количество взвеси определяли гравиметрически после выделения на ядерные фильтры; исследование ОС проводили на стекловолокнистых фильтрах GF/F. Концентрацию липидов и АУВ определяли методом ИК-спектрофотометрии, содержание и состав алканов – методом газовой хроматографии, ПАУ – методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, Сорг – методом сухого сожжения. Подробности методических процедур описаны в [6, 7].
Полученные данные показали, что на станциях у пролива Карские Ворота и вдоль восточного побережья Новой Земли (станции 6220–6225, рис. 1а) содержание взвеси изменялось от 0.05 мг/л (ст. 6221, шельф Новой Земли) до 1.07 мг/л (ст. 6234 у границы льда). При таянии сезонных льдов поверхностная соленость у их границы снижалась на ~5 PSU (до 27.7 PSU) и освобождался включенный в лед материал. У кромки льдов формируются условия для роста концентраций хлорофилла и биогенной взвеси [7], и в наших наблюдениях ее количество возросло более, чем в 5 раз – с 0.11 до 0.58 мкг/л. В меньшей степени изменялось содержание липидов и АУВ, концентрации которых оказались довольно постоянными (рис. 1б): 51–66 мкг/л при средней величине 59 мкг/л и стандартном отклонении ±4.6 мкг/л (7.8% от средней). Аналогичное поведение взвеси и АУВ авторы наблюдали на разрезе вдоль антарктического побережья [7], где рост содержания взвеси происходил синхронно с увеличением концентрации хлорофилла а. При этом величины АУВ почти не изменялись, так как они не являются доминирующей фракцией при биосинтезе.
На ст. 6244, расположенной во внешней части Обского эстуария (рис. 1а), при уменьшении солености до 6.1 PSU, наблюдался резкий рост всех изучаемых компонентов (рис. 1б): взвеси в 2.7 раза (до 2.93 мг/л), липидов – в 4.5 раза (до 417 мкг/л), АУВ – в 2.5 раза (до 169 мкг/л). В Обской губе с уменьшением солености с севера на юг тенденция сохранялась. Количество взвеси по сравнению с открытыми районами Карского бассейна увеличилось в среднем в 31 раз (до 9.41 мг/л), а АУВ – в среднем в 6.2 раза (до 372 мкг/л). При величине ПДК для нефтяных УВ 50 мкг/л [6] их концентрация достигала 7.4 ПДК. Максимум взвеси (15.5 мг/л), в отличие от максимальных величин АУВ, был приурочен к ст. 6246 при поверхностной солености 0.22 PSU (рис. 1). Южнее их количество снижалось и затем вновь увеличивалось на ст. 6254 до 13.62 мг/л при солености 0.16 PSU. Содержание АУВ также возрастало на входе в Обскую губу от ст. 6245 к ст. 6246 в 1.8 раза – до 114 мкг/л. Южнее в акватории Обской губы среднее содержание взвеси и АУВ достигало соответственно 9.78 и 469 мкг/л (9.4 ПДК для нефтяных УВ). Наблюдавшиеся связи в распределении АУВ и липидов (r = 0.79), АУВ и взвеси (r = 0.85), а также липидов и взвеси (r = 0.55) указывали, в основном, на природный биогенный состав изучаемых соединений.
Среди алканов во взвеси в основном преобладали низкомолекулярные гомологи, так как отношение ( $\sum <(<<<\text
Концентрации ПАУ в поверхностных водах Карского моря были низкими, в среднем 1.6 нг/л, их количество существенно возрастало в Обской губе – в среднем до 14.7 нг/л. В составе ПАУ доминировали наиболее стабильные полиарены: фенантрен и флуорантен [8, 9] (рис. 2а). При этом содержание нафталинов и высокомолекулярных полиаренов в основном было ниже чувствительности их определения. Только на ст. 6254 в Обской губе в низкомолекулярной области выделялся пик 2-метилнафталина, характерный для нефтяных ПАУ. Незначительное присутствие пирогенных ПАУ в пробах также подтверждает отношение фенантрен/антрацен, которое колебалось в интервале 65–190, так как только при значениях
Рис. 2.
Состав ПАУ во взвеси поверхностных вод – (а) и в донных осадках – (б) на отдельных станциях. На вставках распределение основных маркеров в составе ПАУ. НАФ – нафталин, 1-МеНАФ – 1-метилнафталин, 2-МеНАФ – 2-метилнафталин, АЦНФ – аценафтен, ФЛР – флуорен, ФЕН – фенантрен, АНТР – антрацен, ФЛ –флуорантен, ПР – пирен, БаА – бенз(а)антрацен, ХР – хризен, БеП – бенз(е)пирен, БаП – бенз(a)пирен, БбФ – бенз(б)флуорантен, БкФ – бенз(к) флуорантен ДБА – дибенз(а, h)антрацен, БПЛ – бенз(g,h,i)перилен, ИНД – инден[1,2,3-c,d]пирен, ПРЛ – перилен.
Исследованные донные осадки относились к алевропелитам, в которых средние концентрации Сорг составили 0.78%, АУВ – 29 мкг/г, влажность – 53.2% (табл. 2). Диапазон измеряемых концентраций был в основном обусловлен изменчивостью гранулометрического состава осадков, о чем свидетельствует зависимость в распределении АУВ и Сорг: r = 0.76. В составе АУВ доминировали нечетные алканы С23–С33, и значения CPI изменялись в интервале 2.44–3.30. На преимущественно терригенный состав АУВ указывают также низкие значения отношений L/H = 0.62 и С17/С25 = 0.12.
Источник