Suspended particulate matter as a biochemical barrier to heavy metals in marine farm areas (Sevastopol, the Black Sea)
##plugins.themes.ibsscustom.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.ibsscustom.article.details##
Abstract
For recreational zones and marine farm areas, the investigation of chemical fluxes in coastal marine areas is of certain relevance. To study the role of suspended particulate matter in formation of biogeochemical barriers in marine farm areas, a method was proposed for estimating the fluxes of sedimentary self-purification of water from heavy metals (Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, and Pb) and arsenic (As). Based on the literature data on radioisotope dating of bottom sediments and the sedimentation rate, as well as considering our own estimates of the specific gravity of suspended particulate matter in water and concentrations of dissolved and suspended forms of heavy metals and As in the marine environment, the fluxes of biogeochemical self-purification of a marine farm water area from these trace elements were determined. As shown, the proposed methodological base is applicable for ecological regulation of coastal recreational zones in terms of pollution by trace elements.
Authors
References
Буфетова М. В. Оценка способности взвесей Азовского моря концентрировать тяжёлые металлы // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 1. С. 55–65. [Bufetova M. V. Assessment of the ability of suspended matter in the Sea of Azov to concentrate heavy metals. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, 2022, no. 1, pp. 55–65. (in Russ.)]. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2022-1-55-65
Витюк Д. М. Взвешенное вещество и его биогенные компоненты. Киев : Наукова думка, 1983. 212 с. [Vityuk D. M. Vzveshennoe veshchestvo i ego biogennye komponenty. Kyiv : Naukova dumka, 1983, 212 p. (in Russ.)]
Губанов В. И., Мальченко Ю. А., Куфтаркова Е. А., Ковригина Н. П. Диагноз современного состояния вод Севастопольского взморья (Чёрное море) по результатам мониторинга гидрохимических характеристик // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2004. Вып. 10. С. 141–148. [Gubanov V. I., Mal’chenko Yu. A., Kuftarkova E. A., Kovrigina N. P. Diagnosis of modern state of coastal water Sevastopol (the Black Sea) according to monitoring of chemical parameters. Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa, 2004, iss. 10, pp. 141–148. (in Russ.)]
Гулин С. Б., Сидоров И. Г., Гулина Л. В. Биогенная седиментация в Чёрном море: радиотрассерное исследование // Морской экологический журнал. 2013. Т. 12, № 2. С. 19–25. [Gulin S. B., Sidorov I. G., Gulina L. V. Biogenic sedimentation in the Black Sea: Radiotracer-derived study. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2013, vol. 12, no. 2, pp. 19–25. (in Russ.)]
Демина Л. Л. Количественная оценка роли живого вещества в геохимической миграции микроэлементов в океане // Геохимия. 2015. [Т. 53], № 3. С. 224–240. [Demina L. L. Quantification of the role of organisms in the geochemical migration of trace metals in the ocean. Geochemistry International, 2015, vol. 53, no. 3, pp. 224–240. (in Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0016752515030048
Денисов В. И., Латун В. В. Потоки химических элементов в составе осаждающегося взвешенного вещества на шельфе Чёрного моря (по данным седиментационных ловушек) // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2018. № 4 (200). С. 77–85. [Denisov V. I., Latun V. V. Flows of chemical elements in suspended matter fluxes in the shallow area of the Black Sea shelf (according to the sediment traps data). Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Natural science, 2018, no. 4 (200), pp. 77–85. (in Russ.)]. https://doi.org/10.23683/0321-3005-2018-4-77-85
Егоров В. Н. Теория радиоизотопного и химического гомеостаза морских экосистем. Севастополь : ФИЦ ИнБЮМ, 2019. 356 с. [Egorov V. N. Theory of Radioisotope and Chemical Homeostasis of Marine Ecosystems. Sevastopol : FITs InBYuM, 2019, 356 p. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/978-5-6042938-5-0
Золотов Ю. А., Кузьмин Н. М. Экстракционное концентрирование. Москва : Химия, 1971. 272 с. [Zolotov Yu. A., Kuzmin N. M. Ekstraktsionnoe kontsentrirovanie. Moscow : Khimiya, 1971, 272 p. (in Russ.)]
Иванов В. Н., Субботин А. А., Губанов В. И., Куфтаркова Е. А., Немировский М. С., Пархоменко А. В. Гидрохимический режим вод Севастопольского взморья и его перспективы для хозяйственного использования // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2002. № 2 (7). С. 134–143. [Ivanov V. N., Subbotin A. A., Gubanov V. I., Kuftarkova E. A., Nemirovsky M. S., Parkhomenko A. V. Hydrochemical regime of Sevastopol coastal waters and its prospects for economical using. Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa, 2002, no. 2 (7), pp. 134–143. (in Russ.)]
Касимов Н. С., Власов Д. В. Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2015. № 2. С. 7–17. [Kasimov N. S., Vlasov D. V. Clarkes of chemical elements as comparison standards in ecogeochemistry. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya, 2015, no. 2, pp. 7–17. (in Russ.)]
Куфтаркова Е. А., Губанов В. И., Ковригина Н. П., Еремин И. Ю., Сеничева М. И. Экологическая оценка современного состояния вод в районе взаимодействия Севастопольской бухты с прилегающей частью моря // Морской экологический журнал. 2006. Т. 5, № 1. С. 72–91. [Kuftarkova E. A., Gubanov V. I., Kovrigina N. P., Eremin I. Yu., Senicheva M. I. Ecological assessment of modern state of waters in the region of interaction of the Sevastopol Bay and part of the sea contiguous to it. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2006, vol. 5, no. 1, pp. 72–91. (in Russ.)]
Ломакин П. Д., Чепыженко А. И., Чепыженко А. А. Оценка полей суммарной взвеси и растворённого органического вещества в бухтах крымского побережья на основе данных оптических измерений // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2007. № 15. С. 168–176. [Lomakin P. D., Chepyzhenko A. I., Chepyzhenko A. A. Estimation to concentrations of total suspension and dissolved organic matter of the artificial origin in the bays of the Crimea according to optical measurements. Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa, 2007, no. 15, pp. 168–176. (in Russ.)]
Малахова Л. В., Проскурнин В. Ю., Егоров В. Н., Чужикова-Проскурнина О. Д., Бобко Н. И. Микроэлементы в воде реки Чёрной и оценка их поступления с речным потоком в Севастопольскую бухту в зимний сезон 2020 г. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 3. С. 77–94. [Malakhova L. V., Proskurnin V. Yu., Egorov V. N., Chuzhikova-Proskurnina O. D., Bobko N. I. Trace elements in the Chernaya River water and evaluation of their income with the riverine inflow into the Sevastopol Bay in winter 2020. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, 2020, no. 3, pp. 77–94. (in Russ.)]. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2020-3-77-94
Матишов Г. Г., Буфетова М. В., Егоров В. Н. Нормирование потоков поступления тяжёлых металлов в Азовское море по оценкам интенсивности седиментационного самоочищения вод // Наука Юга России. 2017. Т. 13, № 1. С. 44–58. [Matishov G. G., Bufetova M. V., Egorov V. N. The regulation of flows of heavy metals into the Sea of Azov according to the intensity of sedimentation of water self-purification. Nauka Yuga Rossii [Science in the South Russia], 2017, vol. 13, no. 1, pp. 44–58. (in Russ.)]. https://doi.org/10.23885/2500-0640-2017-13-1-44-58
Митропольский А. Ю., Безбородов А. А., Овсяный Е. И. Геохимия Чёрного моря. Киев : Наукова думка, 1982. 114 с. [Mitropolsky A. Yu., Bezborodov A. A., Ovsyanyi E. I. Geokhimiya Chernogo morya. Kyiv : Naukova dumka, 1982, 114 p. (in Russ.)]
Митропольський О. Ю., Насєдкін Є. І., Осокіна Н. П. Екогеохімія Чорного моря. Київ : Академперіодика, 2006. 279 с. [Mitropolsky O. Yu., Nasedkin E. I., Osokina N. P. Ekoheokhimiia Chornoho moria. Kyiv : Akademperiodika, 2006, 279 p. (in Ukr.)]
Немировский М. С., Еремин И. Ю. Динамика вод рейда Севастополя // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2003. № 9. С. 59–66. [Nemirovsky M. S., Eremin I. Yu. Water dynamics near Sevastopol city. Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa, 2003, no. 9, pp. 59–66. (in Russ.)]
Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. Приказ Министерства сельского хозяйства РФ от 13.12.2016 № 552. [Normativy kachestva vody vodnykh ob”ektov rybokhozyaistvennogo znacheniya, v tom chisle normativy predel’no dopustimykh kontsentratsii vrednykh veshchestv v vodakh vodnykh ob”ektov rybokhozyaistvennogo znacheniya. Prikaz Ministerstva sel’skogo khozyaistva RF ot 13.12.2016 no. 552. (in Russ.)]
Овсяный Е. И., Романов А. С., Миньковская Р. Я., Красновид И. И., Озюменко Б. А., Цымбал И. М. Основные источники загрязнения морской среды Севастопольского региона // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2001. № 2. С. 138–152. [Ovsyanyi E. I., Romanov A. S., Minkovskaya R. Ya., Krasnovid I. I., Ozyumenko B. A., Tsymbal I. M. Basic polluting sources of sea near Sevastopol. Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shel’fovoi zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa, 2001, no. 2, pp. 138–152. (in Russ.)]
Патин С. А., Морозов Н. П. Микроэлементы в морских организмах и экосистемах. Москва : Пищевая промышленность, 1981. 153 с. [Patin S. A., Morozov N. P. Mikroelementy v morskikh organizmakh i ekosistemakh. Moscow : Pishchevaya promyshlennost’, 1981, 153 p. (in Russ.)]
Поспелова Н. В., Егоров В. Н., Челядина Н. С., Нехорошев М. В. Содержание меди в органах и тканях Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819 и поток её седиментационного депонирования в донные осадки в хозяйствах черноморской аквакультуры // Морской биологический журнал. 2018. Т. 3, № 4. С. 64–75. [Pospelova N. V., Egorov V. N., Chelyadina N. S., Nekhoroshev M. V. The copper content in the organs and tissues of Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819 and the flow of its sedimentary deposition into bottom sediments in the farms of the Black Sea aquaculture. Morskoj biologicheskij zhurnal, 2018, vol. 3, no. 4, pp. 64–75. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/mbj.2018.03.4.07
Поспелова Н. В., Приймак А. С. Особенности питания мидии Mytilus galloprovincialis Lam., культивируемой в прибрежье г. Севастополя // Труды Карадагской научной станции им. Т. И. Вяземского – природного заповедника РАН. 2021. Т. 6, № 1 (17). С. 24–34. [Pospelova N. V., Priimak A. S. The feeding of Mytilus galloprovincialis Lam. cultivating in coastal waters of Sevastopol. Proceedings of the T. I. Vyazemsky Karadag Scientific Station – Nature Reserve of the Russian Academy of Sciences, 2021, vol. 6, no. 1 (17), pp. 24–34. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/eco.2021.17.03
Рябушко Л. И., Балычева Д. С., Поповичев В. Н., Фирсов Ю. К., Рябушко В. И. Продукционные характеристики фитоперифитона экспериментальных стеклянных пластин и фитопланктона в Карантинной бухте (крымское прибрежье Чёрного моря) // Альгология. 2014. Т. 24, № 4. С. 504–517. [Ryabushko L. I., Balycheva D. S., Popovichev V. N., Firsov Yu. K., Ryabushko V. I. The productive characteristics of experimental glass plates phytoperiphyton and phytoplankton in the Karantinnaya Bay (Crimean coastal waters of the Black Sea). Algologiya, 2014, vol. 24, no. 4, pp. 504–517. (in Russ.)]
Севостьянова М. В., Павленко Л. Ф., Кораблина И. В. Современный уровень загрязнения акватории Чёрного моря нефтепродуктами и тяжёлыми металлами // Морские биологические исследования: достижения и перспективы : в 3 томах : сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, приуроч. к 145-летию Севастопольской биологической станции, Севастополь, 19–24 сентября 2016 г. Севастополь, 2016. Т. 3. С. 210–213. [Sevost’yanova M. V., Pavlenko L. F., Korablina I. V. Current level of the Black Sea pollution by oil and heavy metals. In: Morskie biologicheskie issledovaniya: dostizheniya i perspektivy : v 3 tomakh : sb. materialov Vseros. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem, priuroch. k 145-letiyu Sevastopol’skoi biologicheskoi stantsii, Sevastopol, 19–24 Sept., 2016. Sevastopol, 2016, vol. 3, pp. 210–213. (in Russ.)]
Совга Е. Е., Мезенцева И. В. Экологическое состояние центральной части акватории Севастопольской бухты в зависимости от уровня антропогенной нагрузки // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. № 3. С. 52–60. [Sovga E. E., Mezentseva I. V. Ecological condition of the central part of Sevastopol Bay depending on the anthropogenic load level. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, 2019, no. 3, pp. 52–60. (in Russ.)]. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2019-3-52-60
Стецюк А. П. Концентрирование ртути во взвешенном веществе пены и воды Чёрного моря // Морской биологический журнал. 2020. Т. 5, № 3. С. 74–84. [Stetsiuk A. P. Mercury accumulation in suspended matter of foam and water of the Black Sea. Morskoj biologicheskij zhurnal, 2020, vol. 5, no. 3, pp. 74–84. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/mbj.2020.05.3.07
Студеникина Е. И., Алдакимова А. Я., Губина Г. С. Фитопланктон Азовского моря в условиях антропогенных воздействий. Ростов-на-Дону : Эверест, 1999. 175 с. [Studenikina E. I., Aldakimova A. Ya., Gubin G. S. Fitoplankton Azovskogo morya v usloviyakh antropogennykh vozdeistvii. Rostov-on-Don : Everest, 1999, 175 p. (in Russ.)]
Шулькин В. М. Тяжёлые металлы в речных и прибрежно-морских экосистемах : автореф. дис. … д-ра геогр. наук : 25.00.36. Владивосток, 2007. 37 с. [Shulkin V. M. Tyazhelye metally v rechnykh i pribrezhno-morskikh ekosistemakh : avtoref. dis. … d-ra geogr. nauk : 25.00.36. Vladivostok, 2007, 37 p. (in Russ.)]
Boran M., Altinok I. A review of heavy metals in water, sediment and living organisms in the Black Sea. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 2010, vol. 10, no. 4, pp. 565–572. https://doi.org/10.4194/trjfas.2010.0418
Dellwig O., Beck M., Lemke A., Lunau M., Kolditz K., Schnetger B., Brumsack H.-J. Non-conservative behaviour of molybdenum in coastal waters: Coupling geochemical, biological, and sedimentological processes. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2007, vol. 71, iss. 11, pp. 2745–2761. https://doi.org/10.1016/j.gca.2007.03.014
Demina L. L. Estimation of the role of global biological filters in the geochemical migration of trace elements in the ocean: The marginal filter of the ocean. Doklady Earth Sciences, 2011, vol. 439, pt. 1, pp. 981–985. https://doi.org/10.1134/S1028334X11070038
Duce R. A., Liss P. S., Merrill J. T., Atlas E. L., Buat-Menard P., Hicks B. B., Miller J. M., Prospero J. M., Arimoto R., Church T. M., Ellis W., Galloway J. N., Hansen L., Jickells T. D., Knap A. H., Reinhardt K. H., Schneider B., Soudine A., Tokos J. J., Tsunogai S., Wollast R., Zhou M. The atmospheric input of trace species to the World Ocean. Global Biogeochemical Cycles, 1991, vol. 5, iss. 3, pp. 193–259. https://doi.org/10.1029/91GB01778
Ergül H. A., Topcuoğlu S., Ölmez E., Kırbaşoğlu Ç. Heavy metals in sinking particles and bottom sediments from the eastern Turkish coast of the Black Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2008, vol. 78, iss. 2, pp. 396–402. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2008.01.006
Howarth R. W., Marino R., Lane J., Cole J. J. Nitrogen fixation in freshwater, estuarine, and marine ecosystems. 2. Biogeochemical controls. Limnology and Oceanography, 1988, vol. 33, iss. 4, pt. 2, pp. 688–701. https://doi.org/10.4319/lo.1988.33.4part2.0688
Howarth R. W., Cole J. J. Molybdenum availability, nitrogen limitation, and phytoplankton growth in natural waters. Science, 1985, vol. 229, iss. 4714, pp. 653–655. https://doi.org/10.1126/science.229.4714.653
Kapranov S. V., Kovrigina N. P., Troshchenko O. A., Rodionova N. Yu. Long-term variations of thermohaline and hydrochemical characteristics in the mussel farm area in the coastal waters off Sevastopol (Black Sea) in 2001–2018. Continental Shelf Research, 2020, vol. 206, art. no. 104185 (16 p.). https://doi.org/10.1016/j.csr.2020.104185
Kukushkin A. S., Parkhomenko A. V. Spatiotemporal variability of suspended particulate matter in the surface layer of the open part of the Black Sea. Oceanology, 2021, vol. 61, no. 2, pp. 272–282. https://doi.org/10.1134/S0001437021010124
Nägler T. F., Neubert N., Böttcher M. E., Dellwig O., Schnetger B. Molybdenum isotope fractionation in pelagic euxinia: Evidence from the modern Black and Baltic seas. Chemical Geology, 2011, vol. 289, iss. 1–2, pp. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2011.07.001
Orekhova N. A., Varenik A. V. Current hydrochemical regime of the Sevastopol Bay. Physical Oceanography, 2018, vol. 25, no. 2, pp. 124–135. https://doi.org/10.22449/1573-160X-2018-2-124-135
Smedley P. L., Kinniburgh D. G. Molybdenum in natural waters: A review of occurrence, distributions and controls. Applied Geochemistry, 2017, vol. 84, pp. 387–432. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.05.008
Ryabushko V. I., Prazukin A. V., Gureeva E. V., Bobko N. I., Kovrigina N. P., Nekhoroshev M. V. Fucoxanthin and heavy metals in brown algae of genus Cystoseira C. Agardh from water areas with different anthropogenic influences (Black Sea). Morskoj biologicheskij zhurnal, 2017, vol. 2, no. 2, pp. 70–79. https://doi.org/10.21072/mbj.2017.02.2.07
Salomons W., Förstner U. Metals in the Hydrocycle. Berlin ; Heidelberg ; New York ; Tokyo : Springer-Verlag, 1984, 352 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-69325-0
Theodosi C., Stavrakakis S., Koulaki F., Stavrakaki I., Moncheva S., Papathanasiou E., Sanchez-Vidal A., Koçak M., Mihalopoulos N. The significance of atmospheric inputs of major and trace metals to the Black Sea. Journal of Marine Systems, 2013, vols 109–110, pp. 94–102. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2012.02.016
Turner A., Millward G. E. Suspended particles: Their role in estuarine biogeochemical cycles. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2002, vol. 55, iss. 6, pp. 857–883. https://doi.org/10.1006/ecss.2002.1033
Yiğiterhan O., Murray J. W., Tuğrul S. Trace metal composition of suspended particulate matter in the water column of the Black Sea. Marine Chemistry, 2011, vol. 126, iss. 1–4, pp. 207–228. http://dx.doi.org/10.1016/j.marchem.2011.05.006
