Роль биогеохимических процессов в формировании вод и донных отложений в период снижения антропогенного загрязнения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье рассматриваются антропогенные и биогеохимические процессы, которые влияют на формирование вод и донных отложений субарктического озера Имандра. Приведены данные многолетних наблюдений, показывающие изменения химического состава вод в период максимального загрязнения и после снижения антропогенной нагрузки в последние 30 лет. Установлено, что содержание токсичных металлов в воде снизилось, однако вследствие потепления климата увеличилось поступление органического вещества и биогенных элементов, что стимулировало повышение интенсивности продукционных процессов. Обогащение вод в период интенсивного загрязнения тяжелыми металлами привело к их накоплению в донных отложениях (ДО), при этом наиболее высокие концентрации металлов выявлены в поверхностных слоях, которые относятся к современному периоду осадконакопления. Показано развитие в придонных горизонтах бескислородных условий вследствие осаждения и окисления органического вещества, которые приводят к круговороту металлов, препятствующему их захоронению. Рассматриваются физико-химические и биогеохимические процессы, объясняющие диффузию металлов к поверхности донных отложений и формирование аномально высоких концентраций элементов в поверхностных слоях ДО. Высказана гипотеза о появлении начального этапа диагенеза в донных отложениях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. И. Моисеенко

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: moiseenko@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

Е. О. Льюмменс

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: moiseenko@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

Список литературы

  1. Dauvalter V. A. (2020) Geochemistry of Lakes in a Zone Impacted by an Arctic Iron-Producing Enterprise. Geochem. Int., 58 (8), 933–946. doi: 10.1134/S0016702920080042
  2. Il’yashuk B.P. (2001) Iron-manganese nodules in lake soils as a factor limiting the development of zoobenthos communities. Ekologiya, (6) 478–480 [in Russian].
  3. Kokryatskaya N. M., Shevchenko V. P., Titova K. V., Vahrameeva E. A., Aliev R. A., Grigor'ev V.A., Savel'eva L.A., Maksimov F. E., Kuznecov V.Ju. (2020) Early diagenesis of bottom sediments of freshwater lakes of the Vaygach island. Arctic and Antarctic Research, 66 (4), 534–554. doi: 10.30758/0555-2648-2020-66-4-534-554
  4. Leonova G. A., Mal'tsev A.E., Miroshnichenko L. V., Bobrov V. A., Melenevskii V. N., Kondrat'eva L.M. (2018) Geochemistry of diagenesis of organogenic sediments: an example of small lakes in Southern West Siberia and Western Baikal area. Geochem. Int., 56(4), 344–361. doi: 10.1134/S0016702918040043
  5. Mal'cev A.E., Leonova G. A., Bobrov V. A., Krivonogov S. K. (2019) Geochemistry of Holocene sapropels from small lakes in the south of Western Siberia and Eastern Pribaikalia. Novosibirsk, Geo Academic Publishing House, 444 pp. [in Russian].
  6. Mal'cev A.E., Leonova G. A., Bobrov V. A., Vosel' Ju.S., Shavekin A. S. (2018) Fe, Mn, N, and S as geochemical indicators of diagenesis (on the example of bottom sediments of Lake Kotokel, Eastern Pribaikalie). Reports of IX Siberian Conference of Young Scientists on Earth Sciences. Novosibirsk: IPC NGU, 740 pp. [in Russian].
  7. Moiseenko T. I., Dauval'ter T.I., Rodjushkin T. I. (1997) Geochemical migration of elements in a subarctic lake (on the example of Lake Imandra). Apatity, RAS’s Kola Science Centre, 127 pp. [in Russian].
  8. Moiseenko T. I., Dauval'ter V.A., Il'yashuk B.P., Kagan L.Ya., Il'yashuk E.A. (2000) Paleoecological reconstruction of anthropogenic load. Far Eastern Branch, RAS, 370 (1), 115–118 [in Russian].
  9. Moiseenko T. I., Dauval'ter V.A., Lukin A. A., Kudryavceva L. P., Il'yaschuk B.P., Il'yaschuk L.I., Sandimirov S. S., Kagan L.Ya., Vandysh O. I., Sharov A. N., Sharova Ju.N., Koroleva I. N. (2002) Anthropogenic modifications of the Lake Imandra ecosystem. M.: Nauka (Nauka St. Petersburg Printing House), 402 pp. [in Russian].
  10. Moiseenko T. I., Denisov D. B. (2019) Is it possible to restore the Arctic lake ecosystems after long-term pollution? Arctic: ecology and economy, 4 (36), 16–25 [in Russian]. doi: 10.25283/2223-4594-2019-4-16-25
  11. Moiseenko T. I., Razumovskii L. V., Gashkina N. A., Shevchenko A. V., Razumovskii V. L., Mashukov A. S., Horoshavin V.Ju. (2012) Paleoecological studies of mountain lakes. Water Resources, 39 (5), 543–557.
  12. Semenovich N. I. (1940) Hydrological studies of Lake Imandra in 1930. (1940) Materials for the study of water bodies of the Kola Peninsula. Manuscript. USSR RAS Kola Science Centre Fonds. Apatity. 1, 406 pp. [in Russian].
  13. Tatsii Y. G., Moiseenko T. I., Borisov A. P., Baranov D. Y., Razumovskii L. V., Khoroshavin V. Y. (2020) Bottom sediments of the West Siberian arctic lakes as indicators of environmental changes. Geochem. Int., 58 (4), 408–422. doi: 10.1134/S0016702920040114
  14. Chizhikov V. V. (1980) Hydrochemistry and bottom sediments of Lake Imandra. Ecosystem of Lake Imandra under the influence of anthropogenic pollution. Apatity, pp. 24–67. [in Russian].
  15. Battarbee R. W., Thompson R., Catalan J., Grytnes J.-A. & Birks H. J.B. (2002) Climate variability and ecosystem dynamics of remote alpine and arctic lakes: the MOLAR project. J. Paleolimnology, 28, 1–6. doi: 10.1023/A:1020342316326
  16. Berglund B. E. (2003) Handbook of Holocene: Palaeoecology and Palaeohydrology. The Blackburn Press, 869 pp.
  17. Chen M., Ding S., Wu Y., Fan X., Jin Z., Tsang D. C. W., Wang Y., Zhang C. (2019). Phosphorus mobilization in lake sediments: Experimental evidence of strong control by iron and negligible influences of manganese redox reactions. Environmental Pollution, 246, 472–481. doi: 10.1016/j.envpol.2018.12.031
  18. Dauvalter V., Moiseenko T., Kagan L. (2001) Global change in respect to tendency to acidification of subarctic mountain lakes. Visconti G. et al. (eds.) Global Change and Protected Areas. Advances in Global Change Research, 9. Springer, Dordrecht. 187–194.
  19. Eaton A., Arnold E., Archie A. E., Rice E. W., Clesceri L. S. (1992) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 17th edn; American Public Health Association (APHA): Washington, DC, USA.
  20. Hongve D. (1997) Cycling of iron, manganese, and phosphate in a meromictic lake. Limnol Ocemogr., 42 (4), 635–647. doi: 10.4319/lo.1997.42.4.0635
  21. Li J., Şengör S. S. (2020) Biogeochemical cycling of heavy metals in lake sediments: impact of multispecies diffusion and electrostatic effects. Comput. Geosci., 24 (17), 1–20. doi: 10.1007/s10596-019-09915-7
  22. Maltsev A., Safonov A., Leonova G., Krivonogov S. (2022). Role of microorganisms in destruction of organic matter and processes of diagenetic mineral formation in the sediments of Western Siberia lakes. Conference: Water and environmental problems of Siberia and Central Asia: Russia, Barnaul, Institute for water and environmental problems.
  23. Marianne R. P., Douglas S. V., Smol J. P., Leonova G. A., Bobrov V. A. (2012) Long-term Environmental Change in Arctic and Antarctic Lakes Geochemical Role of Plankton from Continental Water Bodies of Siberia in Accumulation and Bio-Sedimentation of Trace Elements. Novosibirsk, Geo, 308 pp.
  24. Matisoff G., Carson M. L. (2014) Sediment resuspension in the Lake Erie nearshore. Journal of Great Lakes Research, 40 (3), 532–540. doi: 10.1016/j.jglr.2014.02.001
  25. Matisoff G., Watson S. B., Guo J., Duewiger A., Steely R. (2017). Sediment and nutrient distribution and resuspension in Lake Winnipeg. Science of The Total Environment, 575, 173–186. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.09.227
  26. Moiseenko T. I. (1999). A fate of metals in Arctic surface waters. Method for defining critical levels. Sci. Tot. Environ., 236 (1–3), 19–39. doi: 10.1016/S0048-9697(99)00280-6
  27. Moiseenko T., Sharov A. (2019) Large Russian lakes Ladoga, Onega, and Imandra under strong pollution and in the period of revitalization: a review. Geosciences. 9 (12), p. 492. doi: 10.3390/geosciences9120492
  28. Newsome L., Arguedas A., Coker V. S., Boothman C. & Lloyd J. R. (2020). Manganese and cobalt redox cycling in laterites; Biogeochemical and bioprocessing implications. Chemical Geology, 531, 119330. doi: 10.1016/j.chemgeo.2019.119330
  29. Osleger D. A., Zierenberg R. A., Suchanek T. H., Stoner J. S., Morgan S., Adam D. P. (2008) Clear Lake Sediments: Anthropogenic Changes inPhysical Sedimentology and Magnetic Response. Ecological Applications. 18 (8), Supplement (Dedicated Special Issue: Mercury Cycling and Bioaccumulation in Clear Lake): A239-A256. doi: 10.1890/06-1469.1

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Озеро Имандра. Крупные города и промышленные предприятия на водосборе.

Скачать (606KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика поступления никеля в составе сточных вод и концентрация в воде в зонах отбора проб на озере Имандра (в заливе Монче и у о. Высокий).

Скачать (141KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Содержание никеля (а), меди (б) в колонках донных отложений, отобранных на оз. Имандра.

Скачать (119KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схематическое изображение ключевых биогеохимических процессов в исторически загрязненном озере Имандра.

Скачать (160KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024