Фоновые озера Арктической зоны Мурманской области: гидрохимия, аномалии тяжелых металлов и микропластик как новый тип загрязнения водоемов мира

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-17-20006

НазваниеФоновые озера Арктической зоны Мурманской области: гидрохимия, аномалии тяжелых металлов и микропластик как новый тип загрязнения водоемов мира

Руководитель Слуковский Захар Иванович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской академии наук» , Мурманская обл

Конкурс №91 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-711 - Геоэкология и природопользование

Ключевые слова озера, фоновые территории, тяжелые металлы, уран, геохимические аномалии, микропластиковое загрязнение

Код ГРНТИ87.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предполагаемый проект направлен на исследование современного состояния озер Арктической зоны РФ, расположенных вне зоны прямого влияния антропогенных источников, таких как промышленность и транспорт, с учетом анализа влияния природного геохимического фона и проявления новых видов загрязнения (микропластика). Несмотря на то, что ранее было проведено множество гидрохимических исследований малых рек и озер Мурманской области, большинство работ было сконцентрировано в зонах промышленных предприятий и городских территорий. Многие районы региона остаются "белыми пятнами" на карте геоэкологических исследований Мурманской области. Более того, предыдущие исследования устаревают, а водные объекты необходимо постоянно изучать (проводить мониторинг), особенно в местах, где планируются горные разработки, обустройство особо охраняемых территорий и других активностей. Учитывая важность, которую имеют водные ресурсы на Севере России, актуальность их изучения с учетом новых общемировых тенденций (например, исследование частиц микропластика) велика. Кроме того, ранее на постоянной основе почти не изучалось влияние природных (геологических) факторов на загрязнение водных объектов. На севере Мурманской области, например, обнаружены горные породы, обогащенные различными редкими элементами, например, ураном, молибденом, свинцом, кадмием и редкоземельными металлами, которые влияют на формирование особого химического состава воды и илов водных объектов, в том числе озер. Эта тема также крайне актуальна и важна в свете, выяснения механизмов поведения элементов в системе порода-почва-вода-донные отложения, а также их потенциального влияния на биоту. Поэтому в рамках проекта будет сделан акцент на изучение поведения природных радонуклидов и форм их нахождения в водных объектов с наиболее аномальными концентрациями урана в воде и отложениях. В связи с указанными темами и научными проблемами будет реализовываться научный проект, представленный на конкурс. Проект будет носить комплексный характер, что позволит не только оценить текущее состояние озер фоновых районов, но и дать прогноз влияния техногенной нагрузки на природные воды региона в целом.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведен обзор литературы по лимнологическим исследованиям озер Мурманской области. С начала 1990-х годов было три этапа исследований, отраженных в монографиях и каталогах. Выявлены районы, не изученные гидро- и геохимически, такие как север (полуострова Рыбачий и Средний) и восток региона. Составлены карты «белых пятен» для фоновых территорий. Измерены глубины нескольких озер на севере, что позволило составить батиметрические карты водоемов полуостровов Рыбачий и Средний, а также Лицевского геологического пояса. Изучен химический состав воды озер северной части Мурманской области. Анализ гидрохимического состава вод показал, что воды в регионе нейтральные и слабокислые, с низкой минерализацией. Большинство водоемов относится к хлоридному классу группы натрия (76%), 17.6% - к гидрокарбонатному. Зафиксировано высокое содержание азота аммонийного и превышение значений по Fe, Cu, Ni, Mn и Sr. Установлено, что химический состав вод определяется физико-географическими особенностями районов. Установлено, что геологические условия влияют на микроэлементный состав озерных вод. Сравнение с кларком речных вод показало схожие концентрации, причем для Y, Ti, Ni, Zn и Pb параметры превышают единицу. Установлена связь Ti и Y с низкой минерализацией вод озер, что связано с отсутствием лимитирующих минералов при низких концентрациях гидрокарбонат-ионов. Проведено первичное опробование вод озер и водотоков района острова Кильдин в Мурманской области. Концентрации редких элементов в водных объектах ниже медианных значений, за исключением щелочных и тяжелых металлов, которые выше в меромиктическом озере Могильное. Наивысшие концентрации редкоземельных элементов, а также Cd, Zr и Hf зафиксированы в озере Последнее, что связано с уникальным геохимическим составом горных пород. Эти значения превышают концентрации в озере Большой Вудъявр, расположенном в Хибинском щелочном массиве. Изучен гранулометрический состав отложений фоновых озер. Осадки полуостровов Рыбачий и Средний в основном относятся к песчаному и алевритовому типам. В целом, в области наблюдаются песчаные и алевритовые типы отложений. Проведена ревизия химического состава донных отложений для установления геохимического фона редких элементов. Установлено, что тяжелые металлы распределены неравномерно. Суммарное содержание по убыванию: Zn > V > Cr > Cu > Ni > Pb > Co. Фоновая медиана для большей глубины 5 см: Cd – 0.28, Pb – 9.23, Cu – 23.97, Co – 5.83, Ni – 22.77, Zn – 68.46, Cr – 32.72, Mn – 189.7, U – 2.29 мг/кг. Превышение наблюдается у U (в 1.3 раза) и Cd (в 17.6 раз). Концентрации Ni, Pb и Co зависят от геологических характеристик, Ni связан с пироксенитами и перидотитами, а Pb и Co имеют высокие значения в Норвегии и Сибири из-за антропогенного воздействия. Детально изучен химический состав воды и донных отложений озера Портлубол в Лицевском урановорудном районе Мурманской области. Микроэлементы разбиты на три группы: щелочные и щелочноземельные металлы, тяжелые металлы и редкоземельные элементы (РЗЭ), включая Th и U. В верхних слоях отложений зафиксировано увеличение концентраций тяжелых металлов: Ni (в 7 раз), Cu (5), Sb (11), Pb (6), Bi (7), Sn (4), Cd (2), Co (2), Zn (1.5). Причиной стали выбросы комбината «Печенганикель». Увеличение Ni и Cu фиксируется на глубине 5-6 см, что соответствует 30-м годам XX века, а рост концентраций Sn, Sb, Pb и Bi наблюдается в конце 19 – начале 20 века. В донных отложениях высокое содержание РЗЭ, Th и U, превышающее фоновые значения. Содержание РЗЭ и Th в 2-6 и 5-20 раз выше кларков континентальной коры соответственно, а U в 20-40 раз. Наличие молибденит-торит-уранинитового оруденения объясняет высокое содержание Mo в отложениях озера Портлубол. Изучены пробы воды и отложений озер на содержание микропластика. Отмечено, что около 10% частиц, выделенных под микроскопом, подтвердились как синтетические полимеры, с преобладанием нитей. В Териберке (фоновый район) концентрации микропластика в воде близки к 0,1 шт/л, в озерах Мурманска также низкие, тогда как в донных отложениях – от 94 до 473 шт/кг до полимерной коррекции (и от 9 до 47 шт/кг после). Загрязнение донных отложений микропластиком в г. Мурманск сопоставимо с озером Мичиган (США) и Донгтинг (Китай), относимых к относительно мало загрязненным водоемам.

Публикации

1. Седова С.С. Геохимические особенности формирования качества поверхностных вод Хибинского массива LXXVII Герценовские чтения. География: развитие науки и образования: Материалы Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург , Седова С.С. Геохимические особенности формирования качества поверхностных вод Хибинского массива // LXXVII Герценовские чтения. География: развитие науки и образования : Материалы Международной научно-практической конференции 22–26 апреля 2024 года : в 2 т. Т. I / отв. ред. Д. А. Субетто, Ю. Л. Войтеховский, А. Н. Паранина. — Санкт-Петербург : Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2024. - 169-174. (год публикации - 2024)

2. Торопов А.С., Слуковский З.И. Распределение элементов в водной толще озера Дикое (Мурманская область) Материалы Всероссиийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологической геохимии" (год публикации - 2024)

3. Слуковский З.И., Даувальтер В.А., Мещеряков Н.И., Усягина И.С. Аномальные концентрации молибдена в современных отложениях фонового озера в Арктике (Мурманская область) Doklady Earth Sciences, № 1, том 521, с. 78-86 (год публикации - 2025)
10.31857/S2686739725030096

4. Даувальтер В.А., Слуковский З.И., Торопов А.С., Вокуева С.И., Банникова Ю.М. Факторы формирования микроэлементного состава современных отложений фоновых озёр Мурманской области (Арктика Сборник докладов Седьмой Всероссийской научной конференции с международным участием "Вопросы геологии и комплексного изучения экосистем Восточной Азии", Даувальтер В.А., Слуковский З.И., Торопов А.С., Вокуева С.И., Банникова Ю.М. Факторы формирования микроэлементного состава современных отложений фоновых озёр Мурманской области (Арктика) // Вопросы геологии и комплексного изучения экосистем Восточной Азии: Седьмая Всерос. науч. конф. с междунар. участием: сб. докладов. – Благовещенск: ИГиП ДВО РАН, 2024. – С. 236-239. (год публикации - 2024)

5. Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Sediment geochemistry of Lake Portlubol (Murmansk region): natural anomalies and reconstruction of anthropogenic events in the catchment Limnology and Freshwater Biology, Slukovskii Z.I., Dauvalter V.A. Sediment geochemistry of Lake Portlubol (Murmansk region): natural anomalies and reconstruction of anthropogenic events in the catchment // Limnology and Freshwater Biology. 2024 (4): 659-664. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2024-A-4-659. (год публикации - 2024)
10.31951/2658-3518-2024-A-4-659

6. Даувальтер В.А., Слуковский З.И. Вертикальное распределение элементов в донных отложениях озера в пределах Лицевского урановорудного района Материалы конференции "Годичное собрание Российского минералогического общества «Минералогические исследования в интересах развития минерально-сырьевого комплекса России и создания современных технологий»", Даувальтер В.А., Слуковский З.И. Вертикальное распределение элементов в донных отложениях озера в пределах Лицевского урановорудного района // Годичное собрание Российского минералогического общества «Минералогические исследования в интересах развития минерально-сырьевого комплекса России и создания современных технологий». Апатиты, 16–21 сентября 2024 г. Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2024. С. 248–249. (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.521.8.104

7. Слуковский З.И. Маркеры техногенного влияния на геохимию отложений фонового озера на побережье Белого моря (Арктическая зона РФ) Материалы конференции "Морские и озёрные бассейны восточной периферии Балтийского щита в четвертичное время", Слуковский З.И. Маркеры техногенного влияния на геохимию отложений фонового озера на побережье Белого моря (Арктическая зона РФ) // Морские и озёрные бассейны восточной периферии Балтийского щита в четвертичное время: Материалы Всероссийской конференции и полевого симпозиума (г. Апатиты, 10–15 сентября, 2024). С. 118-119. (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.520.1.031

8. Адамская П.А., Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Первые данные о фоновых концентрациях тяжелыых металлов в современных отложениях озер Мурманской области Материалы Всероссиийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологической геохимии" (год публикации - 2024)

9. Постевая М.А., Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Особенности химического состава воды озер Северо-восточной части Мурманской области (Арктика) Материалы Всероссиийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологической геохимии" (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В исследованиях вод полуостровов Рыбачий, Средний и хребта Мустатунтури (2024-2025 гг.) выявлены три основных фактора, влияющих на гидрохимический состав озер и водотоков региона: геохимия горных пород, морские аэрозоли и погодные условия. Установлено, что распространение линз карбонатных пород района повышают минерализацию до 80 мг/л, pH до 7.26 и формируют гидрокарбонатно-кальциевый состав, что нетипично для Мурманской области. В районах с распространением полимиктовых песчаников и олигоклазовых гранитов доминируют морские аэрозоли, что даёт хлоридно-натриевый состав, минерализацию менее 20 мг/л и слабокислый pH (5.69–6.07). Выявлено, что теплое сухое лето 2024 года повышало минерализацию до 74 мг/л и pH до 7.0 с разнообразным ионным составом. Фоновые концентрации микроэлементов в поверхностных водах Мурманской области установлены на основе 111 проб. Показано, что геология определяет микроэлементный состав вод озер и рек региона: гранито-гнейсы обогащают воды Li, Rb, Cs и РЗЭ, осадочные породы – другими геохимическими ассоциациями. В спектрах РЗЭ доминируют лёгкие лантаноиды с отрицательной цериевой аномалией (Ce/Ce* = 0.26–0.77), что указывает на окислительные условия. Уран, торий и тяжёлые металлы находятся в пределах природных значений, подтверждая отсутствие антропогенного влияния. Обнаружены естественные аномалии урана, РЗЭ и молибдена в локальных гидросистемах. Впервые за ХХI век проведены детальные гидрохимические исследования озера Сейдозера (Ловозерский массив). Установлено, что вода относится к гидрокарбонатному классу группы натрия первого типа (HCO3– > Ca2+ + Mg2+), с нейтральным pH (6.6–7.2) и низкой минерализацией (15.3–32.8 мг/л). Отмечено повышение Na+, K+, HCO3– в среднем в 2–2.7 раза по сравнению с фоновыми значениями Мурманской области. Сейдозеро сохраняет статус фонового озера, показатели стабильны с 1960-х годов. Индексы AlK (>50 мкг-экв/л) и ANC (>100 мкг-экв/л) показывают высокую кислотонейтрализующую способность вод. Микроэлементный состав в большинстве случаев ниже фонового, кроме Nb, Zr, Y и Mo, концентрации которых связаны с местными изверженными породами с содержанием выше литосферного кларка. Проведена оценка качества вод северной части Мурманской области (п-ов Рыбачий, Средний, пос. Териберка и окрестности) на основе индекса загрязнённости HMPI. Значения HMPI варьируют от 17 до 70, что соответствует низкому уровню загрязнения (HMPI < 100). При этом показатели п-ов Рыбачий, Средний и Териберки ниже средних мировых для речных вод. В районе оз. Сейдозеро индекс превышает мировой речной кларк в 2 раза, что связано с высоким влиянием Mo (90%). Озёра Мурманска имеют высокий уровень загрязнения с средним HMPI 127 — почти в 2 раза выше, чем у Сейдозера. Основной вклад в HMPI на п-вах и в Териберке даёт медь (78, 75 и 63 % соответственно). Проведена оценка геохимических особенностей отложений фоновых озер северной части Мурманской области (Поропеллон, Карху, Питьевое, Крайнее, Лохи, Скорбеевское). Установлено, что они характеризуется преобладанием SiO₂. В озере Лохи отмечены повышенные Al₂O₃ и P₂O₅ при низком содержании органики, в других — органо-силикатный состав. С глубиной растут Al₂O₃, K₂O и Na₂O, что связано с увеличением глинистой фракции. Геохимические индексы свидетельствуют о нормальной железистости осадков и их связи с гидрослюдистыми и глинистыми породами, выветренными в гумидном климате с тенденцией к потеплению. Представлены новые данные о фоновых концентрациях 43 химических элементов в отложениях озёр Мурманской области на основе 417 образцов из 53 озёр, собранных в 2018–2024 годах и архивных материалов. Для расчёта фона использован палеолимнологический подход, исключающий загрязнённые антропогенно верхние слои (Pb, Sb, Cd, V, Ni). В качестве фонового значения по каждому элементу принята медиана, устойчивее среднего к выбросам. Фоновый уровень редких элементов в озёрных отложениях ниже земного кларка, кроме Zn, Mo, Cd и U. Для Cd это объясняется низким кларком в осадочных породах, что подтверждается исследованиями в других регионах. Повышенные значения по Mo и U связывают с влиянием рудоносных пород региона, особенно подтверждённым для Лицевского уранового района. Создана карта озер с указанием концентраций ≥3 кларка по отдельным элементам и редкоземельным элементам в фоновых слоях, а также основных металлогенических зон. Эта карта может служить, как информационной, так и прогнозной базой для геохимического картирования и поисков металлов и месторождений в регионе. В рамках проекта оценены концентрации радионуклидов 210Pb и 137Cs в отложениях трёх озёр Мурманской области, что позволило определить скорость седиментации в озерах фоновых районов, она составила от 0,8 до 3 мм/год. Максимальная скорость отмечена в озере Малый Вудъявр (Хибинский щелочной массив). Высокий уровень седиментации тут определяется рельефов – влияют впадающие реки. В районе озера Портлубол выявлено обогащение пород Mo (9,1 мг/кг), Th (39,6 мг/кг) и редкоземельными элементами (РЗЭ, 1047 мг/кг) по сравнению с кларком земной коры. В породах обнаружены шеелит с высоким Mo, фторкарбонаты бастнезита (Ce, La, Nd, Pr), галенит, циркон и включения Pb–Th–Zr, что указывает на влияние рудных гранитов Лицевского ураноровудного района. Mo и РЗЭ характеризуются высокой степенью водной миграции. Анализ воды и донных отложений из озёр Имандра, Большой и Малый Вудъявр показал разброс концентраций микропластика в донных отложениях от 22,3 до 70 шт/кг, максимальное среднее значение — 47 шт/кг в озере Ледовом (Мурманск). Средние показатели в других озёрах около 30 шт/кг, аномально низкое значение (9,5 шт/кг) в озере Среднее требует повторных исследований. Концентрации в озере Имандра сопоставимы с мало загрязнёнными микропластиком озёрами Мичиган (США) и Ладожским озером. Сходные концентрации, как в городских, так и в удалённых районах Имандры, свидетельствуют о формировании локальных скоплений микропластика под воздействием течений, ветров и рельефа дна.

Публикации

1. Шалунова Е.П., Весман А.В., Морозова Е.И., Слуковский З.И., Шебеста А.А. Сравнение содержания микропластика в озёрах Мурманска и Териберки Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН (год публикации - 2025)
10.31241/FNS.2025.22.032

2. Слуковский З.И., Торопов А.С., Даувальтер В.А. Озеро на краю Земли: возраст и геохимические особенности отложений Тезисы докладов XVI Международной конференции, посвященной 100-летию вступления в силу договора о Шпицбергене "Комплексные исследования природы Шпицбергена и прилегающего шельфа – 2025" (год публикации - 2025)

3. Адамская П.Н., Слуковский З.И. Геохимия отложений фоновых озёр Мурманской области на примере водоемов полуостровов Рыбачий и Средний Тезисы докладов XVI Международной конференции, посвященной 100-летию вступления в силу договора о Шпицбергене "Комплексные исследования природы Шпицбергена и прилегающего шельфа – 2025" (год публикации - 2025)

4. Слуковский З., Даувальтер В., Шелехова Т. Anomalies of rare earth elements and heavy metals/metalloids in modern sediments of small lakes in the north of Karelia (Arctic): geology and technogenesis influence Environmental Earth Sciences (год публикации - 2025)
10.1007/s12665-024-12073-4

5. Постевая М.А., Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Оценка устойчивости городских озер к закислению в условиях Арктики Экология урбанизированных территорий (год публикации - 2024)
10.24412/1816-1863-2024-4-32-39

6. Адамская П.Н., Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Особенности гранулометрического состава современных отложений озер полуостровов Рыбачий и Средний (Мурманская область) Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН (год публикации - 2025)
10.31241/FNS.2025.22.034

7. Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Геохимия современных отложений озер Мурманской области: влияние природных (геологических) факторов, урбанизации и промышленных предприятий Материалы III международной конференции "Озера Евразии: проблемы и пути их решения" (год публикации - 2025)

8. Адамская П.Н., Слуковский З.И. Минеральные включения в гранитоидах района озера Портлубол (Север Мурманской области) Материалы XXXVI молодежной научной школы-конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К. О. Кратца и акад. РАН Ф. П. Митрофанова "Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии" (год публикации - 2025)

9. Адамская П.Н., Слуковский З.И. Особенности химического состава вод объектов системы озера Портлубол (Мурманская область) и их связь с геологией района Тезисы докладов участников Геологического Международного Студенческого Саммита 2025 (Geological International Student Summit 2025) (год публикации - 2025)

10. Торопов А.С., Слуковский З.И., Строганов Н.А., Денисов Д.Б., Адамская П.Н. Ранний диагенез в стратифицированном водоеме: поведение редких и рассеянных элементов в градиенте окислительно-восстановительных условий (на примере оз. Могильное, о-в Кильдин, Мурманская область) Материалы XXVI Международной научной конференции (Школы) по морской геологии «Геология морей и океанов» (год публикации - 2025)

11. Слуковский З.И., Даувальтер В.А. Основные источники загрязнения современных отложений озер фоновых районов Мурманской области (Арктика) Сборник статей, посвященный 105-летию со дня образования Гидрохимического института, «Современные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод», донные отложения озер, тяжелые металлы, дальний атмосферный перенос загрязнителей, геохимические индикаторы, Мурманская область, Арктика (год публикации - 2025)

12. Даувальтер В.А., Адамская П.Н., Банникова Ю.М., Слуковский З.И., Елизарова И.Р. Микроэлементный состав поверхностных вод острова Кильдин, Мурманская область Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН (год публикации - 2025)
10.31241/FNS.2025.22.009

13. Даувальтер В.А., Адамская П.Н., Банникова Ю.М., Слуковский З.И., Елизарова И.Р. Геохимия поверхностных вод острова Кильдин, Мурманская область Материалы XXVI международной конференции (школы) по морской геологии (год публикации - 2025)

14. Слуковский З.И., Даувальтер В.А., Денисов Д.Б., Адамская П.Н., Гузева А.В. Фоновые концентрации редких элементов в современных отложениях озер Мурманской области Доклады Российской академии наук. Науки о Земле (год публикации - 2026)

15. Даувальтер В.А., Адамская П.Н., Слуковский З.И., Елизарова И.Р. Исследования химического состава озер острова Кильдин Тезисы докладов XVI Международной конференции, посвященной 100-летию вступления в силу договора о Шпицбергене "Комплексные исследования природы Шпицбергена и прилегающего шельфа – 2025" (год публикации - 2025)

16. Вокуева С.И., Денисов Д.Б., Слуковский З.И. Оценка экологического состояния городского озера Северное (г. Мурманск, Россия) по диатомовым комплексам в донных отложениях Материалы III международной конференции "Озера Евразии: проблемы и пути их решения" (год публикации - 2025)