Биоаккумуляция химических элементов и органического углерода в макрозообентосных организмах моря Лаптевых

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В рамках программы «Морские экосистемы Сибирской Арктики» на основе материалов, собранных в 69-м и 72-м рейсах НИС «Академик Мстислав Келдыш», исследовано распределение группы химических элементов (As, Ba, Bi, Co, Cr, Cd, Co, Cu, Cr, Mn, Ni, Pb, Sc, Ti, Tl, Th, V, U и Zn) и органического углерода (Сорг) в массовых таксонах макрозообентоса моря Лаптевых на полях метановых высачиваний и вне их. Впервые количественно оценен биоаккумуляционный потенциал (БП), учитывающий, наряду с концентрацией элементов в организмах, их биомассу. На метановом поле С-15 популяция офиур аккумулирует каждый из микроэлементов многократно (до 40 раз) больше, чем на фоновой станции. Офиуры и двустворки демонстрируют повышенный БП для Ni, As, Ba, Cu, Ti, V, Mn и Zn по сравнению с другими элементами, при этом офиуры обладают значительно большим БП. Предполагается, что повышенная биоаккумуляция некоторых тяжелых металлов и металлоидов в районах высачивания метана связана с большей биодоступностью органического вещества в донных осадках. Для Сорг установлен наиболее высокий БП, особенно выраженный на метановом поле С-15. На фоновой станции таксоны накапливают существенно меньшее (в 10 раз) количество углерода в своей биомассе. В результате функционирования грунтоедов донные осадки обогащаются Сорг, что может свидетельствовать о важном вкладе бентосных организмов в цикл углерода в морях Арктики.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Л. Демина

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: l_demina@mail.ru
Россия, Москва

С. В. Галкин

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Email: l_demina@mail.ru
Россия, Москва

А. С. Соломатина

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Email: l_demina@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Будько Д.Ф., Демина Л.Л., Лисицын А.П. и др. Формы нахождения тяжелых металлов в современных донных осадках Белого и Баренцева морей // Докл. РАН. 2017. Т. 474. № 1. С. 93–98.
  2. Виноградова А.А., Котова Е.И. Загрязнение северных морей России тяжелыми металлами: поток из атмосферы и речной сток // Геофизические процессы и биосфера. 2019. T. 18. № 1. С. 22–32.
  3. Демина Л.Л., Галкин С.В. Биогеохимия микроэлементов в глубоководных гидротермальных экосистемах. М.: ГЕОС, 2013. 234 с.
  4. Демина Л.Л., Галкин С.В. Биоаккумуляция микроэлементов в организмах донных биогеоценозов окислительных и восстановительных обстановок океана: сходство и различие // Геохимия. 2018. № 6. C. 572–585.
  5. Демина Л.Л., Левитан М.А., Политова Н.В. О формах нахождения некоторых тяжелых металлов в донных осадках эстуарных зон рек Оби и Енисея (Карское море) // Геохимия. 2006. № 2. С. 212–226.
  6. Куценогий К.П., Куценогий П.К. Комплексный мониторинг атмосферных аэрозолей Сибири // Аэрозоли Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. С. 16–27.
  7. Лисицын А.П. Основные понятия биогеохимии океана // Биогеохимия океана / Под ред. А.П. Лисицына. М.: Наука, 1983. С. 9–31.
  8. Лисицын А.П. Биодифференциация вещества в океане и осадочный процесс // Биодифференциация осадочного вещества в морях и океанах. Ростов-на Дону: Изд-во Ростов. Гос. Ун-та, 1986. С. 3–66.
  9. Лисицын А.П. Потоки осадочного вещества, природные фильтры и осадочные системы «живого океана» // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 1. С. 15–48.
  10. Лисицын А.П. Биофильтры Северного Ледовитого океана // Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики. Современное состояние и история развития / Под ред. Х. Кассенс, А.П. Лисицына, Й. Тиде и др. М.: Изд-во Московского ун-та, 2009. С. 31–80.
  11. Маккавеев П.Н. Отчет отряда биогидрохимии о работе в 69-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» // Экосистемы морей Сибирской Арктики-2017. Научный отчет экспедиции 69-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыщ» в Карское море, море Лаптевых и Восточно-Сибирское море (22 августа — 03 октября 2017 г.). М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 2017. Т. 1. С. 143–234.
  12. Романкевич Е.А., Ветров А.А. Цикл углерода в Арктических морях России. М.: Наука, 2001. 302 с.
  13. Сиренко Б.И., Денисенко С.Г., Дойбель Х., Рахор А. Макробентос шельфа моря Лаптевых и прилежащих частей Арктического бассейна // Фауна и экосистемы моря Лаптевых и сопредельных глубоководных участков Арктического бассейна. Ч. 1. Исследования фауны морей / Под ред. Сиренко Б.И. СПб., 2004. Т. 54 (62). С. 28–73.
  14. Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики. Современное состояние и история развития / Под ред. Х. Кассенс, А.П. Лисицына, Й. Тиде и др. М.: Изд-во Московского ун-та, 2009. 357 c.
  15. Флинт М.В. Отчет начальника экспедиции // Экосистемы морей Сибирской Арктики-2017. Научный отчет экспедиции 69-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыщ» в Карское море, море Лаптевых и Восточно-Сибирское море (22 августа — 03 октября 2017 г.). М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 2017. Т. I. С. 1–11.
  16. Флинт М.В., Поярков С.Г., Римский-Корсаков Н.А., Мирошников А.Ю. Экосистемы морей Сибирской Арктики — 2018 (72 рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») // Океанология. 2019. Т. 59. № 3. С. 506–509.
  17. Шевченко В.П., Виноградова А.А., Лисицын А.П. и др. Атмосферные аэрозоли как источник осадочного вещества и загрязнений в Северном Ледовитом океане // Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики. Современное состояние и история развития / Под ред. Х. Кассенс, А.П. Лисицына, Й. Тиде и др. М.: Изд-во Московского ун-та, 2009. С. 150–172.
  18. Ab Lah R., Smith J., Savins D. et al. Investigation of nutritional properties of three species of marine turban snails for human consumption // Food Science and Nutrition. 2017. V. 5. № 1. P. 14–30.
  19. Algeo T.J., Tribovillard N. Environmental analysis of palaeoceanographic systems based on molybdenum-uranium covariation // Chem. Geol. 2009. V. 268. P. 211–225.
  20. Åström E.K.L., Carroll M.L., Ambrose W.G. et al. Methane cold seeps as biological oases in the high-Arctic deep sea // Limnol. Oceanogr. 2018. V. 63. P. S209–S231.
  21. Baranov B., Galkin S., Vedenin A. et al. Methane seeps on the outer shelf of the Laptev Sea: characteristic features, structural control, and benthic fauna // Geo-Mar. Lett. 2020. V. 40. P. 541–557.
  22. Bogoyavlensky V.I., Kishankov A.N., Kazanin A.V. Evidence of large-scale absence of frozen ground and gas hydrates in the northern part of the East Siberian Arctic shelf (Laptev and East Siberian seas) // Marine and Petroleum Geology. 2022. P. 106050.
  23. Brown M.T., Depledge M.H. Determinants of trace metal concentrations in marine organisms // Metal metabolism in aquatic environments / Eds Langstone W.J. and Bebianno M.J. London: Chapman and Hall, 1998. P. 185–217.
  24. Bruland K.W., Lohan M.C. Controls of trace metals in sea water. The oceans and marine geochemistry // Treatise on Geochemistry / Eds Holland H.D., Turekian K.K. Amsterdam: Elsevier Pergamon, 2004. V. 6. P. 23–47.
  25. Budko D.F., Demina L.L., Travkina A.V. et al. The Features of Distribution of Chemical Elements, including Heavy Metals and Cs-137, in Surface Sediments of the Barents, Kara, Laptev and East Siberian Seas // Minerals. 2022. V. 12. 328.
  26. Chen C.Y., Ward D.M., Williams J.J., Fisher N.S. Metal bioaccumulation by estuarine food webs in New England, USA // J. Mar. Scie. Engineer. 2016. V. 4. № 41.
  27. Crommentuijn T., Polder M.D., van der Plassche E.J. Maximum Permissible Concentration and negligible concentration for metals, taking background concentration into account. (RIVM Report no. 601501 001). Bilthoven, Netherlands: National Institute of Public Health and the Environment, 1997. 260 p.
  28. Davis N. The Arctic wasteland: a perspective on Arctic pollution // Polar Record. 1996. V. 32. № 182. P. 237–248.
  29. Demina L.L., Dara O.M., Aliev R.D. et al. Elemental and mineral composition of the Barents Sea recent and Late Pleistocene−Holocene sediments: a correlation with environmental conditions // Minerals. 2020. V. 10 (593).
  30. Demina L.L., Galkin S.V., Krylova E.M. et al. Trace metal biogeochemistry in methane seeps on the Koryak slope of the Bering Sea // Deep-Sea Res. II. 2022. V. 206. P. 105219.
  31. Erickson M.J., Turner C.L., Thibodeaux L.J. Field observation and modeling of dissolved fraction sediment–water exchange coefficients for PCBs in the Hudson River // Envir. Sci. Technol. 2005. V. 39. P. 549–556.
  32. Fisher N.S., Reinfelder J.R. The trophic transfer of metals in marine systems // Metal Speciation and Bioavailability in Aquatic Systems / Eds Tessier A., Turner D.R. New York: Wiley, 1995. P. 363–406.
  33. Gebruk A., Krylova E., Lein A. et al. Methane seep community of the Håkon Mosby mud volcano (the Norwegian Sea): composition and trophic aspects // Sarsia. 2003. V. 88. P. 394–403.
  34. Glass J.B., Hang Y., Steele J.A. et al. Geochemical, metagenomic and metaproteomic insights into trace metal utilization by methane-oxidizing microbial consortia in sulphidic marine sediments // Environ. Microbiol. 2014. V. 16. № 6. P. 1592–1611.
  35. Langston W.J., Spencer S.K. Biological factors involved in metal concentrations observed in aquatic organisms // Metal Speciation and Bioavailability in Aquatic Systems / Eds. Tessier A., Turner D.R. New York: Wiley, 1995. P. 407–478.
  36. Lee J.S., Lee J.H. Influence of acid volatile sulfides and simultaneously extracted metals on the bioavailability and toxicity of a mixture of sediment-associated Cd, Ni, and Zn to polychaetes neanthes arenaceodentata // Sci. Total Environ. 2005. V. 338. P. 229–241.
  37. Martin J.-M., Guan D.M., Elbaz-Poulishet P. et al. Preliminary assessment of the distribution of some trace elements (As, Cd, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn) in a pristine aquatic environment: the Lena River estuary (Russia) // Marine Chem. 1993. V. 43. № 1–4. P. 185–200.
  38. Morel F.M.M., Price N.M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans // Science. 2003. V. 300. P. 944–947.
  39. Neff J.M. Ecotoxicology of arsenic in the marine environment // Envir. Toxicol. Chem. 1997. V. 16. № 5. P. 917–927.
  40. Rainbow P.S. Trace metal bioaccumulation: Models, metabolic availability and toxicity // Environ. Intern. 2007. V. 33. P. 576–582.
  41. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise on Geochemistry / Eds Holland H.D., Turekian K.K. Amsterdam: Elsevier Pergamon, 2004. V. 3. P. 1–64.
  42. Rybakova E., Galkin S., Bergmann T. et al. Density and distribution of megafauna at the Håkon Mosby mud volcano (the Norwegian Sea) based on image analysis // Biogeosciences. 2013. V. 10. P. 3359–3374.
  43. Salomons W., Forstner U. Metals in the Hydrocycle. Berlin/Heidelberg: Springer, 1984. 349 p.
  44. Sattarova V., Aksentov K., Astakhov A. et al. Trace metals in surface sediments from the Laptev and East Siberian Seas: Levels, enrichment, contamination assessment, and sources // Mar. Pollut. Bullet. 2021. V. 173. P. 112997.
  45. Savvichev A.S., Kadnikov V.V., Kravchishina M.D. et al. Methane as an organic matter source and the trophic basis of a Laptev Sea cold seep microbial community // Geomicrobiology. 2017. V. 35. P. 411–423.
  46. Savvichev A.S., Rusanov I.I., Kadnikov V.V. et al. Biogeochemical activity of methane-related microbial communities in bottom sediments of cold seeps of the Laptev Sea // Microorganisms. 2023. V. 11 (250).
  47. Sorokin Y.I., Sorokin P.Y. Plankton and primary production in the Lena River estuary and in the south-eastern Laptev Sea // Estuar. Coast. Shelf Sci. 1996. V. 43. № 4. P. 399–418.
  48. Tessier A., Campbell P.G.C. Partitioning of trace metals in sediments: Relationships with bioavailability // Hydrobiologia. 1987. V. 149. P. 43–52.
  49. Vedenin A.A., Kokarev V.N., Chikina M.V. et al. Fauna associated with shallow-water methane seeps in the Laptev Sea // Peer J. 2020. V. 8. P. e9018.
  50. Ye L., Cook N.J., Ciobanu C.L. et al. Trace and minor elements in sphalerite from base metal deposits in South China: A LA-ICPMS study // Ore Geol. ReV. 2011. V. 39. № 4. P. 188–217.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта-схема пробоотбора фауны и донных осадков в экспедициях 69-го и 72-го рейсов НИС «Академик Мстислав Келдыш» в 2017 и 2018 гг.

Скачать (258KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сопоставление средних значений Kd для двустворчатых моллюсков S. greenlandicus и P. аrctica, обитающих на полях метановых выходов Оден и С-15 соответственно, и P. аrctica (ст. 5615, Восточно-Сибирское море)

Скачать (138KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сопоставление средних значений Kd для офиур Ophiocten sericeum, обитающих на поле метановых выходов Оден (ст. 5623) и континентальном склоне (ст.5635) моря Лаптевых

Скачать (131KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сопоставление средних концентраций микроэлементов в тотальных пробах офиур Ophiocten sericeum, обитающих на полях метановых высачиваний С-15 (ст. 5625) с фоновыми станциями 5636 и 5624

Скачать (200KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сопоставление средних значений Kd для морских звезд Ctenodiscus crispatus, обитающих на полях метановых выходов Оден и С-15, с фоном — мелководной ст. 5624 и более глубоководными ст. 5635 и 5636

Скачать (155KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сопоставление средних значений Kd для голотурий Myriotrochus rincki, обитающих на полях метановых выходов Оден и С-15 с фоновой станцией 5615 (Восточно-Сибирское море)

Скачать (145KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сравнение среднего фактора обогащения EFx осадков для метановых полей и фоновых станций

Скачать (92KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024