Новости

20 июня, 2022 12:20

Геохимики использовали редкоземельные элементы как индикаторы воздействия человека на водоемы

Российские геохимики показали, что редкоземельные элементы можно использовать в качестве маркеров антропогенного влияния на водные объекты в городской черте. Ранее такие соединения использовались в основном при анализе природных процессов, хотя они имеют большое распространение и в промышленности. Авторы впервые исследовали содержание редкоземельных элементов в современных отложениях малых озер Северо-Запада России, а также описали закономерности их распределения в разных осадочных слоях. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Applied Geochemistry.
Источник: Wikimedia Commons

Известно, что при антропогенном влиянии на окружающую среду, в том числе на водные экосистемы, в воде и донных отложениях накапливаются загрязняющие вещества. Наиболее известные среди них — тяжелые металлы, к которым, например, относятся свинец, ванадий и медь.

«Другие элементы, включая редкоземельные, в качестве индикаторов антропогенного влияния на природу рассматриваются редко, хотя в последние годы такие исследования все-таки появляются на страницах научных журналов. При этом следует отметить, что группу редкоземельных элементов в объектах окружающей среды геохимики изучают давно, но больше с позиций "классической" геологии при анализе природных процессов, влияющих на химический состав тех или иных горных пород и осадочных образований», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Захар Слуковский, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией геоэкологии и рационального природопользования Арктики Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и старший научный сотрудник лаборатории геохимии, четвертичной геологии и геоэкологии Карельского научного центра РАН.

Исследователи Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН (Апатиты), Института геологии Карельского научного центра РАН (Петрозаводск) и Института озероведения РАН (Санкт-Петербург) попробовали использовать редкоземельные элементы в качестве индикаторов антропогенного воздействия. Эти соединения обычны в природе, а также их активно применяют в самых разных отраслях промышленности, в основном в электронике.

В качестве основных объектов исследования ученые выбрали восемь озер на территории Мурманской области и одно — на территории Карелии. При этом пять водоемов расположены в зонах прямого антропогенного воздействия, то есть в городских и промышленных районах, а остальные четыре — на условно-фоновых (природных) территориях Северо-Запада России. Основным методом анализа донных отложений озер стали палеолимнологические реконструкции, основанные на послойном изучении озерных осадков, что дает представление о недавнем прошлом озер и территорий вокруг них. Так, в каждом озере образцы-керны донных отложений разделялись на слои толщиной по 1 см, а само вещество анализировалось при помощи масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой. Такой прибор позволяет получать данные о концентрациях большого числа химических элементов. В данном случае ученых интересовала группа редких земель, включающая в себя скандий, иттрий и все лантаноиды.

Результаты анализа показали, что в целом на уровень накопления редкоземельных элементов в озерных осадках влияет в первую очередь ландшафт, в котором расположены объекты. Самые большие средние концентрации элементов были установлены в озерах тундровой зоны (порядка 300 мг/кг), чуть меньшие — в лесотундровой (от 109,8 до 175,7 мг/кг), еще меньше — в зоне тайги (порядка 60 мг/кг). Такая зависимость объясняется тем, что в озера тундры и лесотундры с водосбора поступает больше обломочного материала, содержащего редкоземельные элементы, чем в озера лесных районов, где осадки имеют большее содержание органических веществ. Например, самое большое (302,4 мг/кг) среднее содержание редкоземельных элементов оказалось в озере Карху на полуострове Средний (Мурманская область), а самое маленькое (41,8 мг/кг) — в отложениях озера Малое Лендозеро (Терский район Мурманской области).

Однако не только природные факторы могут влиять на геохимию редкоземельных элементов в современных отложениях малых озер Севера России. В озерах Мурманска и Мончегорска (Мурманская область) динамика накопления редкоземельных элементов в индустриальное время развития водных объектов оказалась схожей с динамикой накопления тяжелых металлов. Во всех городских озерах установлено более высокое содержание редкоземельных элементов в верхних слоях отложений по сравнению с нижними (фоновыми) — в некоторых водоемах разница составила более девяти раз. Аналогично ведут себя и тяжелые металлы. Более того, установлена связь между концентрацией суммы редкоземельных элементов и содержанием в отложениях урбанизированных водоемов свинца, который является индикатором воздействия на окружающую среду транспорта (использование этилированного бензина) и промышленности (сжигание угля). Ни в одном из озер, расположенных на условно-фоновых территориях, подобного поведения редкоземельных элементов выявлено не было.

«Опираясь на опыт изучения геохимии городской пыли в других районах мира, мы полагаем, что именно пыль от выветривания почвы, разрушения четвертичных отложений (младше 2,58 миллиона лет), износа сооружений и дорожных покрытий является ключевым источником поступления редкоземельных элементов в отложения озер Мурманска и Мончегорска. На условно-фоновых территориях водные объекты могут подвергаться лишь влиянию дальнего атмосферного переноса загрязнителей от промышленных предприятий, поэтому концентрации редкоземельных элементов не увеличиваются в верхних слоях осадков. Более того, в некоторых озерах выявлены случаи, когда концентрации редкоземельных элементов, наоборот, увеличиваются в нижних слоях донных отложений, что связано с природным влиянием», — объясняет Захар Слуковский.

Результаты проведенных исследований имеют важную теоретическую и практическую значимость. С одной стороны, ученые расширили представление о числе химических элементов и веществ, по которым можно оценить степень антропогенной нагрузки на водные экосистемы городских территорий, и выяснили механизмы их поведения в современных отложениях. С другой стороны, озера городов часто используются в рекреационных целях, и новые научные исследования дают представление о степени их безопасности для людей. 
29 марта, 2024
Российские ученые обучили ИИ подбирать эффективную защиту для глаз от лазерного излучения
Российские ученые разработали нейросеть для быстрой оценки способности материалов блокировать опас...
28 марта, 2024
Ученые ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...