Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Результаты исследований озер г. Мурманска показали значительное влияние городской среды на их химический состав. В связи с урбанизацией водосборных территорий, а также повышенным поступлением главных катионов щелочных и щелочноземельных металлов и главных анионов в озерных водах наблюдается повышенные значения показателей pH и минерализации. Воды основной части озер относятся к хлоридному классу и натриевой группе. Для озер характерно высокое содержание соединений азотной группы, в особенности азота аммонийного, что указывает на формирование восстановительных условий в придонных слоях водоемов. Соединения фосфора в исследуемых озерах в среднем превышают фоновый уровень в 10 раз. В связи с активным потреблением минерального фосфора (PO43–) водными организмами на его содержание приходится наименьшая доля (3.1%) от фосфорсодержащих соединений. Концентрации биогенных элементов подвержены заметным сезонным колебаниям, связанным в основном с их потреблением фитопланктоном, а также с изменениями соотношений поверхностного и подземного стока. Содержание органических веществ в воде исследуемых городских озер, как правило, меньше, чем средние показатели в фоновых озерах. Оценка трофического статуса озер г. Мурманска показала, что в основном исследуемые озера относятся к мезотрофным. В большинстве озер фосфор является лимитирующим фактором для роста и развития фитопланктона. В 2022 г. проведены экспедиция в Антарктику, где были отобраны пробы донных отложений из 15 озер, расположенных на о. Кинг-Джордж. Из озерных отложений выделены гуминовые кислоты для дальнейших комплексных анализов их состава и структуры, что даст новую важную информацию о процессах гумификации в полярных регионах планеты. В 2022 г. было проведено комплексное исследование состава и строения гуминовых кислот, выделенных из донных отложений озер урбанизированных территорий Арктической зоны РФ (г. Мурманск). Показано, что процессы гумификации в исследованных озерах замедлены. Это может быть вызвано как холодными климатическими условиями, так и высоким уровнем антропогенного загрязнения озер. Макромолекулы гуминовых кислот имеют преимущественно алифатическую природу, характеризуются высокой степенью обогащенности кислородом (гидрофильностью), из-за чего могут активно выщелачивать токсичные металлы из компонентов донных отложений. Несмотря на относительно низкое содержание хелатобразующих групп в структуре отдельных молекул гуминовых кислот, фракция устойчивых металлоорганических комплексов обнаруживается в донных отложениях всех исследованных озер. Следовательно, их образование определяется преимущественно общим количеством органического вещества в осадках: чем выше содержание органического вещества, тем больше возможность образования органо-метальных комплексов. Однако, природные минералы (породообразующие оксиды, в первую очередь железа и марганца), а также органические вещества-загрязнители (нефтяные углеводороды) могут вступать в конкуренцию с металлами за электрон-донорные центры в гуминовых кислотах. В результате вовлечения в данные взаимодействия менее сильных функциональных группировок, могут формироваться менее прочные органо-метальные комплексы. Данные аспекты необходимо учитывать при оценке риска вторичного загрязнения водной толщи озер Арктической зоны РФ, а также разработки методов их геоэкологического мониторинга. Проанализированы пробы донных отложений оз. Большой Вудьявр (Мурманская область), принимающего сточные воды горнодобывающего предприятия по разработке месторождений апатит-нефелиновых руд. Выявлено загрязнение поверхностных слоев отложений озера Большой Вудъявр за 90-летний период деятельности АО «Апатит» щелочными и щелочноземельными металлами, соединениями N, P, Mn, Fe, Al, редкоземельными элементами, микроэлементами (Sb, Cu, Zn, Pb, Bi, Nb, Ta, Th). Установлено, что элементы в донных отложениях озера преимущественно находятся в труднодоступных фракциях – минеральной, кислоторастворимой и органической. Выявлено, что Ni, Cu, Zn, Cd, W, V, Pb, Sb, Sn, преимущественно находятся в минеральных фазах по всей глубине изученной колонки донных отложений, то есть в наиболее труднодоступной для вовлечения в биогеохимические циклы. При этом для халькофильных элементов Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, W, V кроме минеральных форм преобладающей фазой является фракция, связанная с органическим веществом. Наиболее явные органофильные свойства по всей глубине колонки донных отложений озера Большой Вудъявр проявляет Cu. Среди всех изученных в данной работе металлов наибольшее относительное количество подвижных и наиболее потенциально биодоступных форм по всей глубине колонки выявлено для Cd. В противовес кадмию, Sn – это наиболее прочно связанный металл, у которого выявлено абсолютное преобладание минеральных форм по всей глубине. Оценка степени загрязнения седиментов озера Большой Вудъявр, проведенная с помощью интегрального индекса антропогенной нагрузки (Pollution Load Index (PLI), выявила высокий уровень загрязнения. Резкое увеличение значения PLI происходит сначала деятельности горнорудного предприятия с 1930-х. Это загрязнение становится максимальным в конце 80-х годов прошлого века в период максимальной добычи апатит-нефелиновых руд и не снижается по настоящее время.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В 2023 г. проведены лабораторные работы по анализу гуминового вещества в донных отложениях озер зоны многолетней мерзлоты Российской Арктики (Полярный Урал и полуостров Ямал) и Антарктики (о. Кинг-Джордж). Стоит отметить, что в ходе исследований были впервые выделены и проанализированы гуминовые кислоты из отложений озер Антарктиды. Показано, что донные отложения изученных озер характеризуются низкими содержаниями рассеянного органического вещества и классифицируются как минеральные и слабосапропелевые илы. Постседиментационная деструкция органического вещества в озерах протекает замедлено, так как холодноводная обстановка способствует его консервации. По элементному составу гуминовые кислоты отложений озер Арктики и Антарктики сходны между собой, что свидетельствует о близких условиях протекания процессов гумификации. Гуминовые кислоты почв и озерных отложений Арктики и Антарктики также характеризуются близким составом, однако они содержат в среднем меньше углерода и больше кислорода, чем молекулы гуминовых кислот почв и озерных отложений умеренных широт. В целом, для гуминовых кислот, формирующихся в холодном климате, характерно обеднение структуры углеродом. Результаты структурного анализа образцов гуминовых кислот Арктики и Антарктики демонстрируют общность природы проанализированных соединений – ключевые спектральные пики и полосы поглощения имеют близкие положения и уровень интенсивности. В структуре всех образцов установлено значительное преобладание алифатических составляющих и значительная доля полисахаридных фрагментов, что также характерно и для гуминовых веществ и для почв тундровой зоны. В составе гуминовых кислот озерных отложений Арктики и Антарктики показано наличие функциональных групп, которые участвуют во взаимодействии гумусового вещества с основными катионами природных вод, минералами донных отложений, а также органическими и неорганическими загрязнителями окружающей среды. Однако отмечено, что количество карбоксильных и карбонильных групп в образцах из отложений озер Арктики и Антарктики ниже, чем в почвах умеренных и арктических широт, что косвенно свидетельствует об относительно низкой способности отдельных молекул проанализированных гуминовых кислот связывать ионы тяжелых металлов в наиболее прочные соединения. Проанализирован химический состав и сезонная динамика воды городских озер Мурманска (Мурманская область, Россия) в условиях антропогенной нагрузки различной интенсивности. Химический состав воды в исследованных озерах существенно отличался от такового в озерах, расположенных на фоновых территориях региона. В поверхностных водах зафиксированы высокие значения рН и минерализации, повышенные концентрации основных ионов и повышенное содержание соединений азота и фосфора. Концентрации биогенных веществ подвергались заметным сезонным колебаниям, главным образом, за счет их потребления фитопланктоном, а также изменения соотношения поверхностного и подземного стока. Среди исследованных озер наиболее загрязненным оказалось озеро Ледовое (центральная часть Мурманска), а наименее загрязненным — озеро Большое (используется для питьевого водоснабжения города). Оценка трофического статуса Мурманских озер показала, что изученные озера преимущественно мезотрофные, за исключением оз. Большое (олиготрофное) и оз. Ледовое (гипертрофное). В большинстве озер фосфор был лимитирующим фактором роста и развития фитопланктона. Полученные данные могут быть полезны для понимания фундаментальных процессов трансформации состава воды на урбанизированных территориях арктических регионов мира и для принятия управленческих (практических) решений по созданию комфортной городской среды на Севере России. Установлено, что геохимические особенности донных отложений малых озер полярных регионов Земли отражают проявление на них, как природных, так и антропогенных факторов. На примере озер Арктической зоны показано, что фоновые территории подвергаются загрязнению со стороны техногенных источников, распложенных на больших расстояниях от водных объектов. Донные отложения фоновых районов Мурманской области отражают воздействие на них атмосферного распространения загрязнителей (Pb, Sb, Cd, Bi) от сжигания угля и влияние металлургических предприятий (Cu, Ni). Схожие закономерности отмечаются и на примере озер Арктической зоны Красноярского края. При этом установлено, что у этого явления существуют лимитирующие факторы, связанные с расстоянием от источника и характеристикой ландшафта местности. Впервые подробно исследовано поведение редких и редкоземельных элементов в колонках современных отложений озер о-ва Кинг-Джордж в Антарктике. Установлено, что геохимия отложений отражает в большей степени геохимию местных (вулканических и осадочных) горных пород. Установлено повышение некоторых металлов (Cu, Cd, V, Tl и Mn) по сравнению со средним содержанием их в земной коре. Поведение редкоземельных элементов, которые являются маркерами различных процессов в литогенезе, схоже с поведением их в коренных породах водосбора. При этом, установлено, что в донных отложениях озер общее содержание редкоземельных элементов выше, чем в горных породах, что связано с влиянием органического вещества. Среди техногенных факторов, оказывающих влияние на химический состав отложений антарктических озер, выделяется влияние дальнего атмосферного переноса. Предполагается, что он влияет на повышенные концентрации Pb и Sb в верхних слоях отложений озер. Проведенные исследования химического состава снежного покрова промышленной площадки ГОК «Олений Ручей» показали, что пылевые выбросы рудника и хвостохранилища оказывают довольно существенное влияние, сказывающееся в увеличении величины рН (до значения 6.04), содержания ряда макро- и микроэлементов и минерализации талой снежной воды (до 6.4 мг/л), соединений биогенных элементов и органических веществ. Снежный покров как импактной зоны, так и фоновой территории, обогащен ионами Cl- и Na+ (в среднем 38 и 41 мкг-экв/л). В снеге импактной зоны зафиксировано существенное увеличение HCO3- (до 22 мкг-экв/л, что на порядок больше, чем в снеге фоновой территории) и остальных главных ионов (SO42-, Ca2+, K+ и Mg2+ до 23, 32, 15 и 11 мкг-экв/л соответственно, что в 2–3 раза больше, чем в снеге фоновой территории), а также соединений биогенных элементов азота (содержание Nобщ. до 850 мкг/л, что в 3–6 раз больше, чем в снеге фоновой территории) и фосфора (содержание Pобщ. до 43 мкг/л, что в 3–7 раз больше, чем в снеге фоновой территории). Увеличение содержания органического вещества в снеге импактоной зоны (ХПКMn и Cорг 5.5 и 5.8 мг/л соответственно, что в 2–4 раза больше чем в водных объектах) может быть связано с поступлением из хвостохранилища ГОК «Олений ручей» органических веществ-реагентов, используемых при получении апатитового концентрата, а также с интенсивным ростом водорослей в условиях высоких содержаний соединений биогенных элементов и увеличивающейся до 16 часов продолжительности светового дня. На поверхности снежников в Хибинах весной и летом активно развиваются колонии зеленых водорослей Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille (Chlorophyta), которые придают снегу красноватую окраску. Снег импактной зоны содержит повышенные концентрации Zn, Mn, Cu, Cr, Pb, Cd (среднее содержание 13.4, 5.4, 3.8, 0.8, 0.65, 0.035 мкг/л соответственно, что больше чем в воде водного объекта импактной зоны), что связано с поступлением пыли рудника, содержащей сульфидные минералы этих тяжелых металлов. Загрязнение атмосферных осадков исследуемой территории может происходить за счет специфических особенностей циркуляции арктических воздушных масс, поставляющих загрязняющие вещества от местных предприятий Мурманской области и расположенных южнее промышленных районов Евразии. Исследования показали, что влияние пылевых выбросов горно-обогатительного комбината на снежный покров локальное и ограничено несколькими км, в отличие от горно-металлургических предприятий, загрязнение которых распространяется на десятки и сотни км.