Новости

9 декабря, 2022 17:31

Роль гуминовых кислот в урбанизированных озерах Арктики

Источник: In Science
Лимнолог из Санкт-Петербурга исследовала состав органического вещества донных отложений пяти озер, расположенных в черте Мурманска, и оценила его геохимическую и экологическую роль для холодноводных водоемов, подверженных техногенному воздействию. Как и в озерах других районов севера, включая зоны вечной мерзлоты, гуминовые кислоты городских озер обладают низкой степенью зрелости. В их составе понижено содержание углерода и азота и повышены концентрации кислорода и водорода. Одна из причин этого — повышенный антропогенный стресс на водные объекты со стороны предприятий и транспорта арктического города. Ученая выяснила, что в результате взаимодействия тяжелых металлов и органического вещества в отложениях формируются устойчивые комплексы. При этом в ряде случаев сохраняется риск вторичного загрязнения городских озер при высвобождении загрязнителей из осадков обратно в воду. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Environmental Monitoring and Assessment.
Среднее озеро в Мурманске. Источник: Том Тиль/Wikimedia Commons

Органическое вещество играет важную роль в биохимических циклах в водных экосистемах. В озерах оно образуется в результате отмирания живых организмов (животных, растений, грибов) и разложения их останков под воздействием физико-химических и биологических факторов. Ключевой группой органического вещества донных отложений озер являются гуминовые кислоты — сложная смесь высокомолекулярных соединений. Эти вещества могут активно взаимодействовать с другими компонентами озерных осадков, включая металлы, поступающие в водные экосистемы извне, в том числе от антропогенных источников.

Известно, что гуминовые кислоты могут высвобождать металлы из донных отложений, образуя водорастворимые комплексы, или же они способны формировать устойчивые соединения, что делает металлы менее токсичными по отношению к живым организмам. На данный момент сведений о составе гуминовых кислот донных отложений водных объектов крайне мало, сведения о гуминовых веществах из озер северных или арктических территорий вообще единичны.

Ученая из Института озероведения РАН и Арктического и антарктического НИИ (Санкт-Петербург) проанализировала образцы верхних слоев донных отложений пяти озер Мурманска, самого крупного города мира, расположенного за Полярным кругом. В этом арктическом регионе России выбранные озера (Семеновское, Ледовое, Среднее, Окуневое и Северное) являются примерами крайне негативного влияния городской среды на озерные экосистемы. Основные источники загрязнения территории Мурманска — выбросы мазутных ТЭЦ и котельных, пыль от угольного портового термина, выбросы автотранспорта и завода по переработке ТБО. В ходе исследований донных отложений мурманских озер были измерены значения кислотности и окислительно-восстановительного потенциала осадков, оценено содержание углерода, кислорода, азота и водорода, а также при помощи спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) расшифрована молекулярная структура органических веществ.

Отложения изученных озер оказались слабокислыми (pH<7) или почти нейтральными (pH=7). По показателю окислительно-восстановительного потенциала все озера характеризуются бескислородными условиями на дне, что говорит о восстановительной среде. В составе гуминовых кислот преобладают алифатические (цепочечные) соединения (в противоположность им ароматические соединения образуют кольца, но их в изученных гуминовых кислотах практически нет). Низкая «ароматичность» гуминовых кислот говорит об их слабой зрелости как по сравнению с аналогичными соединения в почвах, так и по сравнению с гуминовыми соединениями отложений озер умеренной климатической зоны и некоторых районов вечной мерзлоты. Такая ситуация складывается из-за суровых климатических условий Арктики, а также вследствие антропогенного воздействия на озера Мурманска. Например, озеро Ледовое, которое сильно загрязнено нефтепродуктами, имеет самый низкий уровень зрелости гуминовых кислот.

В целом состав гуминовых кислот изученных городских осадков типичен для водных объектов северных регионов — в них пониженное содержание углерода и азота, зато много кислорода и водорода. Известно, что гидрофильные молекулы гуминовых веществ подвижны, хорошо растворяются и могут взаимодействовать с тяжелыми металлами и другими загрязнителями. Ранее проведенные исследования мурманских озер показали, что органическое вещество, в состав которого входят гуминовые кислоты, и металлы прочно связаны друг с другом. В комплексы с гуминовыми кислотами могут входить свинец, ванадий, цинк, сурьма и медь, поступающие в озера от промышленности и транспорта.

«Полученные результаты дают важную информацию о процессах гумификации в высокоширотных районах мира, позволяют судить о роли озер в глобальном цикле углерода и разрабатывать грамотный подход к геоэкологическому мониторингу арктических экосистем, подверженных антропогенному влиянию», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Алина Гузева, младший научный сотрудник Института озероведения РАН и Арктического и Антарктического научно-исследовательского института

Ученая установила, что, хотя металлы из донных отложений городских озер хорошо связаны с органическими комплексами, сильное загрязнение водоемов приводит к тому, что более слабые функциональные группы начинают вовлекаться во взаимодействие с тяжелыми металлами. Эти соединения менее устойчивы, и такое положение дел может приводить к эффекту вторичного загрязнения озер — когда тяжелые металлы выходят из среды отложений в воду, из которой они не так давно попали на дно водоемов.

25 января, 2023
Разводи с умом – рыбные хозяйства Ладоги создают риски для водоема
Изучив физико-химические параметры донных отложений Ладожского озера в местах разведения рыбы, оте...
10 января, 2023
Российские ученые назвали причину резкого потепления в Арктике
Причиной резкого потепления климата в Арктике в конце XX века оказались мощные землетрясения, произо...