авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЗООЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ

На

правах рукописи

СЛУКОВСКИЙ ЗАХАР ИВАНОВИЧ

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ДОННЫХ

ОТЛОЖЕНИЙ МАЛЫХ РЕК УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

(НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ПЕТРОЗАВОДСКА)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

биологических наук Специальность 03.02.08 – экология Научный руководитель:

доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, профессор Ивантер Э.В.

Петрозаводск 2014 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР................................................................ 1.1. Состояние окружающей среды г. Петрозаводска................................ 1.2. Исследования рек Лососинки и Неглинки на предмет устойчивости экосистем к антропогенному воздействию в черте г. Петрозаводска.............. 1.3. Роль донных отложений в миграции живого и косного вещества на техногенно нарушенных территориях................................................................. Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................. 2.1. Физико-географическая характеристика района исследований......... 2.2. Объекты исследования........................................................................... 2.3. Материалы и методы исследований...................................................... 2.3.1. Организация полевых работ и методы отбора и подготовки проб донных отложений.............................................................................................. 2.3.2. Аналитические методы..................................................................... 2.3.3. Статистические и графические методы обработки данных......... Глава 3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕК Г. ПЕТРОЗАВОДСКА.............................................................................................. 3.1. Гранулометрический состав................................................................... 3.2. Минеральный состав и петрохимические особенности...................... 3.3. Актуальная кислотность и микроэлементный состав.

........................ Глава 4. ТЕХНОГЕННЫЙ СТАТУС ЭЛЕМЕНТОВ ГРУППЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ РЕК УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ........................................................................................................... 4.1. Фазы-носители тяжелых металлов в донных отложения рек г. Петрозаводска. Литий-индикация типоморфных элементов урбогенеза..... 4.2. Оценка уровня загрязненности тяжелыми металлами донных отложений рек г. Петрозаводска........................................................................... 4.3. Подвижные формы тяжелых металлов в донных отложениях рек г. Петрозаводска..................................................................................................... Глава 5.ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕК ЛОСОСИНКИ И НЕГЛИНКИ НА ВИДОВОЙ СОСТАВ БЕНТОФАУНЫ..... 5.1. Реакция бентосных беспозвоночных на антропогенное загрязнение донных отложений рек г. Петрозаводска........................................................... 5.2. Биоаккумуляциятяжелых металлов бентосными организмами рек г. Петрозаводска (на примере олигохет Oligochaeta sp. sp.)............................ ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................... ВЫВОДЫ......................................................................................................... ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................... Приложение 1............................................................................................... Приложение 2............................................................................................... Приложение 3............................................................................................... ВВЕДЕНИЕ Актуальность. Стремительный рост городов сказывается на состоянии природных сред, затронутых процессом урбанизации. Город Петрозаводск, крупный промышленный центр северо-запада России с населением около тыс. человек (Карелия…, 2009), не является исключением. Подтверждение этому тезису – результаты многочисленных исследований современного состояния атмосферного воздуха (Государственный…, 2002-2009;

Рыбаков, Слуковский, 2009;

Крутских, Кричевцова, 2011;

Оценка…, 2013), почвенного покрова (Федорец, Медведева, 2005;

Казнина и др., 2009;

Крутских, Лазарева, 2011;

Сущук, Груздева, 2011;

Климатические…, 2013) и водных объектов (Барышев и др., 2001;

Комулайнен, Морозов, 2007;

Крутских, Кричевцова, 2011б;

Сластина, Клочкова, 2011;

Рыжков и др., 2012) г. Петрозаводска.

Малые реки Лососинка и Неглинка, главные водотоки Петрозаводска, в своем нижнем течении протекают по центральной части города, являясь уязвимыми мишенями для различных загрязняющих веществ (в том числе и тяжелых металлов), поступающих с водосборной площади. Систематические исследования петрозаводских водотоков касаются лишь оценки качества воды (Государственный..., 2004-2013;

Рыжков и др., 2012), что позволяет судить только о краткосрочных (моментальных) антропогенных воздействиях на водный объект. Донные отложения, являющиеся индикаторами длительного загрязнения речных экосистем (Frstner, 1987;

Папина, 2011;

Янин, 2013), для рек Лососинки и Неглинки ранее не изучались. Более того, на территории Карелии и сопредельных районах, расположенных на Фенноскандинавском кристаллическом щите, геоэкология донных отложений исследовалась в основном на примере озер указанного региона (Современное..., 1998;

Даувальтер и др., 2000, 2009, 2012;

Белкина, Потапова, 2006;

Белкина, 2011;

Крутских, Кричевцова, 2011б;

Слуковский, Шелехова, 2013). Работы, связанные с речными донными осадками, единичны (Шелехова, Крутских, 2013).

Актуальность работы обусловлена необходимостью всесторонне изучить русловые и пойменные донные отложения рек г. Петрозаводска, включая исследование связи между неотъемлемыми абиотическими и биотическими компонентами данной эколого-геологической формации на современной стадии ее развития.

Цель работы – провести комплексный анализ состояния донных отложений малых рек Лососинки и Неглинки, протекающих по территории города Петрозаводска, основываясь на геохимических и биологических данных.

Задачи исследования Определить главные факторы, влияющие на формирование 1.

химического состава донных отложений малых рек урбанизированных территорий.

Установить основные элементы-загрязнители экосистем изучаемых 2.

городских водотоков.

Оценить уровень загрязненности донных отложений различных 3.

городских участков рек г. Петрозаводска.

Выявить связь между уровнем загрязненности донных отложений 4.

рек Лососинки и Неглинки и видовым разнообразием макрозообентоса.

Показать «потенциал» малощетинковых червей (Oligochaeta sp. sp.), 5.

доминирующих в донных отложениях эвтрофированных городских рек, в качестве биомониторов загрязненности изучаемых экосистем.

Основные положения, выносимые на защиту Донные отложения рек г. Петрозаводска за счет антропогенного воздействия на изучаемые городские водотоки обогащены тяжелыми металлами (Ni, Zn, Cu, Co, Sb, W, Pb и Mo). Геохимия Cd и Cr, известных своим токсическим воздействием на живые организмы, тесно связана с природным фактором формирования микроэлементного состава донных отложений.

Наиболее загрязненными (по суммарному показателю загрязненности донных отложений Zc и индексу геоаккумуляции Igeo) являются русловые осадки городской части р. Неглинки и пойменно-русловые отложения искусственно зарегулированного участка р. Лососинка «Фонтан». Анализ содержания в донных отложениях рек г. Петрозаводска Pb, Zn, Cu, Cd, Sb, Ni и Co в подвижной форме позволяет говорить об одинаковом уровне и единых источниках поступления исследованных поллютантов в городские водотоки.

Концентрации тяжелых металлов (Ni, Zn, Cu, Co, Sb, W, Pb и Mo) в организмах олигохет рек г. Петрозаводска в среднем находятся ниже уровня валовых концентраций тех же элементов в донных отложениях, но выше концентраций подвижных форм металлов в речных осадках, что говорит о высоком уровне биодоступности поллютантов для донных животных.

Научная новизна. Впервые изучены закономерности накопления и распределения в донных отложениях рек г. Петрозаводска микроэлементов из группы тяжелых металлов (Pb, Zn, Cu, Ni, Co, Sb, Mo, W), являющихся одними из основных загрязнителей урбанизированной среды. Установлено, что литий индикация является надежным инструментом определения техногенного статуса указанных элементов в донных отложениях загрязненных городских водотоков. Установлена связь между суммарным показателем загрязнения речных осадков Zc и видовым разнообразием донных организмов, населяющих исследуемые водные объекты. Определен уровень накопления тяжелых металлов в телах беспозвоночных гидробионтов (на примере олигохет), что является пионерным подобным исследованием для водоемов Рес-публики Карелии.

Теоретическая значимость. Впервые для изучения донных отложений рек Карелии (в природоохранном аспекте) применен комплекс новейших прецизионных аналитических и статистических методов (с получением соответствующих результатов), что позволяет понять природу основных процессов, происходящих на границе лито-, гидро- и биосферной составляющих экосистемы городского водотока.

Практическая значимость. Полученные результаты расширяют представления о миграции и аккумуляции гео- и техногенных химических элементов в пределах урбанизированных территорий. Настоящие исследования могут быть полезны специалистам, изучающим оз. Онежское, в которое впадают реки г. Петрозаводска, ученым-ихтиологам, дающим оценку возможного возрождения Лососинки в качестве лососевой реки, а также тем лицам, которые собираются проводить очистку петрозаводских водотоков от бытового мусора, дноуглубительные работы или любую другую деятельность, связанную с рыхлением донных отложений.

Личный вклад автора состоит в планировании работ на всех этапах исследований, в организации и проведении полевых работ, в подготовке образцов проб к аналитическим испытаниям и непосредственном участии в лабораторных анализах, в интерпретации, статистической и графической обработке полученных результатов и в подготовке к публикации материалов (статей, тезисов и др.) по итогам проведенных исследований.

Апробация работы. Материалы, которые лежат в основе диссертации, были представлены на следующих конференциях: XII Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2011);

Всероссийской конференции, посвященной 50-летию Института геологии Карельского научного центра РАН «Геология Карелии от архея до наших дней» (Петрозаводск, 2011);

XXII конференции молодых ученых, посвященной памяти члена-корреспондента К.О. Кратца «Геология и геоэкология: исследования молодых» (Апатиты, 2011);

молодежной научно образовательной сессии и школе молодых ученых, посвя-щенной 65-летию КарНЦ РАН «Фундаментальная и прикладная наука в Республике Карелия:

современное состояние и перспективы развития» (Петрозаводск, 2011);

12-й международной конференции «Сахаровские чтения 2012 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2012);

XXIII молодежной научной конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца «Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии»

(Апатиты, 2012);

64-й научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Науки о земле: задачи молодых» (Петрозаводск, 2012);

VIII Всероссийской научной школе «Математические исследования в естественных науках» (Апатиты, 2012) (Приложение 3);

13-й межвузовской молодежной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика В.И. Вернадского «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2013);

VIII международной Биогеохимической Школе, посвященной 150-летию со дня рождения академика В.И. Вернадского «Биогеохимия и биохимия микроэлементов в условиях техногенеза биосферы» (Гродно, 2013);

международной конференции «Геохимия и минералогия геоэкосистем крупных городов» (Санкт-Петербург, 2013);

III международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2013).

Связь работы с научными программами. Результаты исследований проводились в соответствии с планом НИР ИГ КарНЦ РАН (г. Петрозаводск), являясь частью плановых тем № 197 «Геоэкологическая модель развития территории Республики Карелия: геохимические и климатические аспекты формирования экологических рисков» (ГР № 1200955825) и № «Пространственно-временная динамика природного и техногенного преобразования окружающей среды, изменение климата и эволюция биоты в юго-восточной Фенноскандии» (ГР № 1201357011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 9 статей в материалах международных и всероссийских конференций, 1 в коллективной монографии и 1 в учебном пособии для студентов вузов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы и трех приложений. Она изложена на 142 страницах, включает 29 таблиц, 41 рисунок. Список литературы составляют 165 источников, среди которых 33 иностранных.

Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю признательность научному руководителю профессору, д.б.н. Э.В. Ивантеру и постоянному научному консультанту профессору д.г.-м.н. С.А. Светову. Кроме того, автор благодарен сотрудникам ИВПС КарНЦ РАН Т.Н. Поляковой за помощь в проведении гидробиологических исследований и д.б.н. Н.М.

Калинкиной за постоянные научные консультации и советы, сотрудникам ИГ КарНЦ РАН Т.П. Бубновой и А.С. Медведеву за помощь в проведении гранулометрического анализа, к.г.н. Т.С. Шелеховой за бесценные научные консультации, М.А. Гоголеву за помощь в организации полевых работ и научные консультации, Д.С. Рыбакову за наставления на ранних этапах научной деятельности, всем сотрудникам аналитической лаборатории и в част ности А.С. Парамонову, В.Л. Утициной, Л.М. Демешиной, А.И. Полищук, С.В.

Бурдюху, И.С. Ининой за консультации и поддержку, а также моим самым родным и близким людям. Работа посвящается памяти моего деда Слуковского Захара Адамовича (1914–1987).

Работа выполнена при финансовой и организационной поддержке ФГБУН Институт геологии Карельского научного центра РАН, ФГБУН Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАН, ФГБУН Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и ФГБУН Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Состояние окружающей среды г. Петрозаводска Петрозаводск (главный город Республики Карелии) – крупный административный, промышленный, научный и культурный центр на Северо западе России. Население города составляет около 270 тыс. человек (по данным 2013 г.). Петрозаводск расположен на берегу Онежского озера, второго по величине озера Европы, и вытянут вдоль Петрозаводской губы с юго-востока на северо-запад на 25 км (Карелия..., 2009).

Основу промышленности г. Петрозаводска составляют электроэнергетика (62 %от общего объема производства), машиностроение и металлообработка (18 %), пищевая (13 %) и деревообрабатывающая промышленность (3 %). В городе также производятся строительные материалы (0.7 %), работают предприятия полиграфической (0.7 %) и легкой промышленности (0.2 %) (Карелия..., 2009).

Петрозаводск – важный транспортный узел, через который проходят поезда в направлении Санкт-Петербурга, Мурманска, Сортавала и Костомукши, при этом исторически сложилось так, что железнодорожный вокзал расположен прямо в центральной части города. Кроме того, рядом с Петрозаводском проходит федеральная автомобильная трасса «Санкт-Петербург–Мурманск».

Атмосферный воздух.

По данным (Геохимические…, 2004) суммарные выбросы от промышленных предприятий г. Петрозаводска в 2000 г. составили 82 тыс. т, из них около 20 % – пылевые выбросы. Атмосферные выбросы от автотранспорта в том же году составляли 27 тыс. т (25 % от общей суммы выбросов). За последнее десятилетие, согласно (Государственный…, 2002-2009), общие выбросы в атмосферу города заметно сократились до 4.1 тыс. т (2009 г.), что связано с закрытием ряда предприятий и повышением степени очистки действующих стационарных источников выбросов. Однако доля автомобильных выбросов в целом по Карелии (и в г. Петрозаводске в частности) за период с 2003 г. по 2011 г., наоборот, увеличилась на 40 % (Оценка…, 2013).

В 2010, 2011 и 2012 гг. количество взвешенных веществ, в состав которых входят такие элементы как никель, кобальт, хром, ванадий, марганец, титан, медь, свинец и сурьма (Рыбаков, Слуковский, 2009), в атмосферном воздухе над территорией столицы Карелии составляло 0.114 мг/м3, 0.104 мг/м и 0.125 мг/м3 в среднем за год, соответственно (Государственный…, 2010 2012). По данным снегохимической съемки в конце зимы 2011 года (Крутских, Кричевцова, 2011), на территории г. Петрозаводска в атмосферных выпадах установлено превышение концентраций Zn, Cd, Pb, Cr, Co, Ni, Cu, Mo, Sb, V, Mn и W относительно фоновых значений. При этом основными аккумуляторами загрязнителей, поступающих из воздушной среды, являются такие инертные геологические формации, как почвенный покров и донные отложения водных объектов (Jarvaetal., 2009;

Dauvalteretal., 2011). Можно с уверенностью предположить, что эти депонирующие среды хранят «память» о загрязнении территории города не только за последний 5-10 лет, но за всю его 300-летнюю историю.

Почвенный покров и наземная растительность.

Почвы г. Петрозаводска можно охарактеризовать как урбаноземы, что обусловлено подзолистостью данных образований, свойственной всем почвам восточной Фенноскандии, а также специфическим составом и объемом поступающих на почвы города продуктов техногенеза (Федорец, Медведева, 2005). На территории Петрозаводска находится контакт двух почвенно ландшафтный зон: подзолистых почв от подзолистых почв от песчано супесчаного до среднесуглинистого гранулометрического состава и торфяных и торфяно-глеевых на глинах и тяжелых суглинках. Вторая зона приурочена к право- и левобережным частям рек Лососинки и Неглинки (Федорец, Медведева, 2005). Кроме того, ввиду различной степени антропогенного воздействия на почвы города, на территории Петрозаводска выделяются следующие почвенные образования:

• конструтоземы (территории промышленных предприятий), • урбаноземы (территории детских учреждений), • культуроземы (места отдыха жителей Петрозаводска), • сильно нарушенные урбоподзолистые почвы.

Почвы огородов, расположенных в черте г. Петрозаводска, представлены агроподзолистыми разностями, имеющими пахотный слой мощностью около 20-25 см (Федорец, Медведева, 2005).

Анализ почвенного покрова вблизи крупных промышленных предприятий города («Авангард», «Петрозаводскмаш», «ОТЗ») (Федорец, Медведева, 2005) свидетельствует об интенсивном загрязнении почвенного покрова в районе ОТЗ и о менее интенсивном – в районе двух других предприятий Петрозаводска. Согласно данным авторов главными загрязнителями от промышленности города являются цинк, марганец, свинец и сера. Интересно, что в районе тракторного завода (на берегу реки Лососинки) отмечены концентрации свинца, в 100 раз превышающие ПДК. По данным других исследователей (Климатические…, 2013) в районе промышленной площадки ОТЗ отмечено превышение ПДК по свинцу, меди, цинку и сурьме.

Согласно (Казнина и др., 2009) высокие концентрации свинца и цинка вблизи тракторного завода оказывают влияние на изменение основных морфологических признаков (по сравнению с фоновой территорией) генеративного побега у тимофеевки луговой. При этом степень негативного воздействия тяжелых металлов на растения существенно возрастает по мере приближения к источнику загрязнения, то есть с повышением концентрации токсичных соединений в почве (Казнина и др., 2009). Повышенные концентрации свинца вблизи ОТЗ сказываются и на трансформации в структуре почвенных нематод (Сущук, Груздева, 2011): индекс Шеннона закономерно уменьшается при увеличении уровня загрязнения почвенного покрова свинцом.

Места массового отдыха населения и районы, приуроченные к детским учреждениям г. Петрозаводска, по данным Н.Г. Федорец и М.В. Медведевой (2005) в целом характеризуются более низким загрязнением тяжелыми металлами по сравнению с промышленными зонами. Концентрации основных загрязнителей составляют 1-1.5 ПДК, реже – до двукратного превышения нормативов и фона.

Согласно последним данным по исследованию химического состава поверхностного слоя почв г. Петрозаводска (Климатические…, 2013) столица Карелии характеризуется высоким уровнем загрязнения цинком и мышьяком, низким и средним – по свинцу и кадмию, низким – по кобальту и меди и очень низким – по сурьме. Интересно, что по данным авторов аномально высокие концентрации мышьяка отмечены в почвенном покрове пригородных районов Петрозаводска, в то время как остальные потенциальные загрязнители локализованы в центральных частях города. Возможно, повышенные концентрации мышьяка – результат вертикальной миграции элементов из подстилающих коренных пород, так как по данным (Геохимическое…, 2004) в химическом составе песчаников Петрозаводской и Шокшинской свит установлено содержание этого элемента на уровне 10 и 8.5 мг/кг, соответственно.

По данным авторов монографии (Климатические…, 2013) в химическом составе почв Петрозаводска выделяются (по результатам кластерного и корреляционного анализов) следующие ассоциации микроэлементов: Pb-Sb-Sn Zn, Co-V-Cd-Mn-(Cu-…), Sr-Rb, Cr-Ni-Mo-(Cd-…). Тесная связь между элементами может говорить как о техногенном, так и о природном генезисе приведенных металлов. Значимая корреляционная связь установлена между содержаниями в почве г. Петрозаводска кобальта, меди, вольфрама и ванадия и реакцией пыльцы шиповника в виде увеличения стерильных зерен (Крутских, Лазарева, 2011).

На территории Петрозаводска преобладают почвы с нейтральной и слабокислой реакцией, при этом почвы Карелии в целом имеют значение pH в районе 3.5-5. Вероятнее всего, высокая щелочность городских почвенных образований может быть связана с хлоридами калия и натрия, а также других солей, которыми посыпают тротуары и дороги в зимнее время. В почву соли попадают с поверхностным стоком и дренажными водами. Кроме того, высвобождение кальция под действием кислотных осадков из обломков строительного мусора или цемента также может являться причиной щелочной реакции почв города (Федорец, Медведева, 2005).

Водные объекты.

В окраинных частях г. Петрозаводска расположены 4 озера: Логмозеро (район «Соломенное»), Ламба («Сулажгора»), Карьер и Четырехверстное («Ключевая»). Кроме того, по территории города протекают несколько несудоходных рек: Лососинка, Неглинка, Томица и Сельгская, а также ручей Каменный, соединяющий озеро Четырехверстное с Онегой. Лишь два водотока (реки Лососинка и Неглинка, о которых пойдет речь в главе 1.2) протекают по центральной части города, что и обусловило выбор данных объектов для диссертационного исследования.

Из водоемов Петрозаводска наиболее обследованным является озеро Четырехверстное, расположенное на юго-востоке города. Показатели pH воды озера варьируют от 7.2 до 8.0, при этом максимальные значения отмечены в весенний период (Сластина, Клочкова, 2011). По гидробиологическим и геохимическим исследованиям Четырехверстного установлено, что водоем является умерено загрязненным (Крутских, Кричевцова, 2011б;

Сластина, Клочкова, 2011;

Слуковский, Шелехова, 2013). В химическом составе донных отложений озера в зоне эрозии отмечены превышения валовых концентраций мышьяка, свинца, цинка, меди и марганца над нормативными значениями, а также кобальта, никеля, меди, цинка, молибдена, вольфрама и свинца в центральной части озера (зоне аккумуляции) над фоновым содержанием.

Интересно, что повышенные значения мышьяка в донных отложениях прибрежной зоны озера связываются с природным происхождением этого металлоида (Крутских, Кричевцова, 2011б), что согласуется с данными по содержанию этого металлоида в почвенном покрове г. Петрозаводска, приведенными выше. Остальные геохимические аномалии в донных отложениях водоема, вероятнее всего, имеют техногенное происхождение ввиду примыкающей к озеру свалки твердых бытовых отходов фабрики валяльно-войлочного производства, городской застройки и железнодорожных путей.

1.2. Исследования рек Лососинки и Неглинки на предмет устойчивости экосистем к антропогенному воздействию в черте г. Петрозаводска Проблемой влияния городской среды на гидроэкосистемы малых рек Лососинки и Неглинки в разные годы занимались ученые Институтов водных проблем Севера, Биологии и Леса Карельского научного центра Российской Академии наук, а также сотрудники Петрозаводского Государственного университета (Эколого-биологического факультета и НИИ рыбного хозяйства).

Основные загрязнители поступают в воды рек с поверхностным стоком с водосборной (урбанизированной) территории, с ливневыми канализационными стоками, стоками промышленных предприятий, а также с иными (в том числе неконтролируемыми) сбросами.

На водосборной территории р. Лососинки отмечено повышенное (от 1. до 6.2 фоновых значений) содержание органических веществ, минерального азота и соединений фосфора (Рыжков и др., 2012). Кроме того, в снеговом покрове территории г. Петрозаводска отмечены повышенные значения меди, марганца и свинца, а также цинка, кадмия, хрома, кобальта, никеля, молибдена, сурьмы и ванадия (Крутских, Кричевцова, 2011). Насыщенными загрязняющими компонентами являются и ливневые канализационные стоки, распложенные в районе автомобильной дороги между микрорайонами Древлянка и Кукковка, в районе Лесной улицы и в приустьевой зоне реки (Рыжков и др., 2012). Максимальные содержания свинца и меди по результатам многолетних исследований авторов достигали значений 1.2 и 5.6 мкг/л, соответственно.

Изменения значения pH в водах петрозаводских рек от фоновой (загородной) зоны к городу меняется со слабокислой в щелочную сторону (Рыжков, Артемьева, 2004;

Комулайнен, Морозов, 2007;

Рыжков и др., 2012), что коррелирует с данными по pH почвенного покрова столицы Карелии (Федорец, Медведева, 2005). Интересно, что в водах р. Лососинки изменение величины pH колеблется в довольно узких пределах (от 6.80 до 7.30) (Рыжков и др., 2012), в то время как в водах Неглинки значение pH меняется с 5.84 до 7. (Комулайнен, Морозов, 2007). Данный факт связан с большей гумифицированностью вод Неглинки, которая в отличие от Лососинки, вытекающей из озера, берет свое начало из заболоченной лесной ламбушки.

Содержание азота и фосфора в водах петрозаводских рек также увеличивается аналогично значениям щелочности воды (Комулайнен, Морозов, 2007;

Рыжков и др., 2012). При этом значение соотношения “город/фон” по обоим элементам в водах Неглинки выше, чем в Лососинке. Например, содержание органического фосфора в Неглинке в черте города увеличивается в 2.1 раза, а в Лососинке – в 1.2 (Комулайнен, Морозов, 2007). Изменения в химическом составе воды петрозаводских рек касаются и содержания в них тяжелых металлов. При этом, как видно из рисунка 1, что содержание цинка, меди и свинца в водах р. Неглинки выше аналогичных значений по Лососинке, что в целом позволяет сделать вывод о большей загрязненности первого водотока по сравнению со вторым.

Рисунок 1. Изменение содержания цинка, меди и свинца (мкг/л) в водах рек Лососинки (А) и Неглинки (Б) от загородной зоны к урбанизированной территории (по Комулайнен, Морозов, 2007) Это подтверждается данными государственных докладов за последний лет (рис. 2). Вероятнее всего, это связанно с тем, что р. Неглинка протекает по более загрязненной территории г. Петрозаводска нежели Лососинка (Климатические…, 2013).

Рисунок 2. Динамика степени загрязненности рек г. Петрозаводска с 2003 по 2012 гг. по индексу загрязняющих веществ (по Государственный..., 2004-2013) Интересно, что, несмотря на загрязнение воды в р. Неглинке тяжелыми металлами, токсикологические исследования с применением Daphnia magna Straus (Рыжков, Артемьева, 2004) оказались противоречивыми: выживаемость рачков в воде из приустьевой зоны водотока оказалось выше, чем этот же показатель для фоновых (загородных) проб. Авторы (те же) объясняют это явление тем, что в щелочной среде в черте города «тяжелые металлы переходят в биологически индифферентную форму». Однако в исследованиях бентосных организмов пороговых участков р. Лососинки в городской черте (Барышев и др., 2001;

Раднаева, Рябинкина, 2004) установлено отрицательное влияние канализационных стоков на численности реофильных насекомых в экосистеме водотока на урбанизированной территории. Авторами выявлено (по индексам Вудивиса, Кинга и Балла), что наиболее загрязненным участком реки является приустьевая зона, что является следствием «суммирования» всех поллютантов из городских стоков на протяжении всей длины петрозаводской части р. Лососинки.

Исследования планктонных сообществ р. Лососинки (Раднаева, Рябинкина, 2004) также как и токсикологические исследования, описанные выше, не дают информации об уровне загрязненности петрозаводской реки.

Авторами (те же) показано, что пробы воды, отобранные в черте города более богаты по видовому разнообразию и по количественным характеристикам организмов, нежели пробы, относящиеся к фоновой территории. При этом данные по изучению фитоперифитона (Комулайнен, Морозов, 2007) и паразитофауны колюшковых рыб, которые питаются бентосом (Евсеева, Иешко, 2004), петрозаводских водотоков указывают на довольно серьезные трансформации в таксономической структуре указанных организмов под воздействием антропогенного фактора. Скорее всего, в динамичной водной среде химизм воды оказывает незначительное влияние на состояние биоты по сравнению со средой донных отложений и со средой на границе вода–дно.

Поэтому по изучению планктонных организмов нельзя адекватно оценить повышения уровня загрязнения вод различными химическими веществами, так как на эти показатели в значительной мере влияют другие факторы:

температура воды, скорость течения, цветность и т.д. При проведении токсикологических исследований большую роль играет выбор удачного тест объекта, что показано (Сидорова и др., 2012) на примере амфиподы Gmelinoides Stebbing 1899 (Amphipoda) при изучении ливневых стоков fasciatus г. Петрозаводска. Кроме того (Калинкина, 2013 (устное сообщение)), на выживаемость дафний в водах исследуемых рек может влиять значительно количеств гуминовых кислот, которые переводят тяжелые металлы, поступающие с водосборной территории в биологически недоступные формы.

По данным (Комулайнен, Морозов, 2007) выявлено высокий уровень аккумуляции тяжелых металлов водорослями Zygnema sp. (исследовался валовой водорослевый «мат»). Превышение концентраций над фоновыми значениями установлены по свинцу (в 2.9 раза для Неглинки и в 2.3 – для Лососинки), меди (2.9 – Неглинка, 2.4 – Лососинка), цинку (2.2 – Неглинка, 1. – Лососинка), кадмию (1.5 – Неглинка, 1.4 – Лососинка), никелю (1.5 – Неглинка, 1.4 – Лососинка), хрому (1.4 – Неглинка, 1.1 – Лососинка) и кобальту (1.1 – только для Неглинки). Указанные данные также свидетельствуют о большем уровне загрязненности р. Неглинки по сравнению с Лососинкой, о чем говорилось выше.

Проблема химического и биологического загрязнения петрозаводских водотоков напрямую касается потенциала восстановления водотоков как объектов промыслового (только р. Лососинка) и рекреационного (обе реки) значения (Беличева, Бусарова, 2011;

Тыркин и др., 2011). Результаты исследований органов усатого гольца (Barbatula barbatulas L.), выловленного в реках г. Петрозаводска, выявили патологические изменения в жабрах рыб (кровоизлияния, аневризмы, застойные явления в сосудах), в печени, в строении желчных протоков, в почках и, кроме того, наблюдалась множественная паразитарная инвазия в печени гольцов (Беличева, Бусарова, 2011). Исследователи (те же) полагают, что подобные морфофункциональные нарушения в органах рыб Лососинки и Неглинки, питающихся бентосом, являются следствием техногенного загрязнения водотоков (тяжелыми металлами, нефтепродуктами и проч.). Является ли в таком случае действительно актуальным вопрос о реанимировании р. Лососинки в качестве лососевой реки, несмотря на то, что у водотока имеется потенциал для развития кормового ресурса в виде бентосных организмов для рыбной молоди (Барышев, 1999)? Отмечается (Тыркин и др., 2011), что для успешного проникновения лосося в воды петрозаводской реки из Онежского озера необходимо демонтировать все плотины, возведенные в разные годы на р. Лососинке, (либо построить рыбоходы) и очистить русло водотока от бытового мусора и произвести разрыхление донных отложений реки. Однако, к последнему пункту согласно имеющимся данным по химическому составу донных отложений петрозаводских рек (Рыбаков и др., 2011) следует также относиться крайне осторожно.

Нельзя также забывать, что реки города Петрозаводска несут свои воды во второе по величине озеро Европы, которое является питьевым ресурсом для жителей Карелии, Вологодской и Ленинградской областей (Онежское…, 1999).

Химический состав воды Онежского озера во многом определяется речным стоком. И хотя его малые притоки, к которым относятся реки Лососинка и Неглинка, в целом несут небольшой объем воды и загрязняющих веществ (например, меди (Белкина и др., 2012)) по сравнению с реками Водла, Шуя и Суна (Притоки…, 1988), но, учитывая антропогенный статус и загрязняющий «потенциал» исследуемых водотоков, необходимо максимально продумано подходить к решению любых инженерно-технических и экологических мероприятий, связанных с петрозаводскими реками.

1.3. Роль донных отложений в миграции живого и косного вещества на техногенно нарушенных территориях Длительное поступление различных веществ, в том числе обладающих токсическим действием, в водные системы влечет за собой накопление их на дне водного объекта. В этой связи донные отложения, которые являются неотъемлемой составляющей любой гидроэкосистемы, являются более инертной средой по сравнению с водой и тем самым обладают свойством «запоминать» любые воздействия, как природного, так и антропогенного плана, оказываемые на водоем/водоток. Если по состоянию воды в реке или озере принято судить о краткосрочном (моментальном) воздействии на водный объект, то по состоянию донных отложений – о длительном, в какой-то степени, историческом воздействии, если речь идет об интенсивном, но разовом явлении.

Безусловно, на дне водного объекта аккумулируется не 100 % всех поступающих извне веществ. Например, в реках часть взвешенного материала выносится в водоемы, а часть оседает в районе дельт, устьев или эстуариев (Аполлов, 1963). Однако кроме гидрологического режима водного объекта на интенсивность оседания вещества на его дно влияют pH-условия и индивидуальные свойства оседающего вещества, а также и другие физические, химические, биологические и антропогенные факторы (Папина, 2011;

Даувальтер, 2012). С точки зрения геохимии, донные отложения являются мощным комплексным (механическим и физико-химическим) барьером в вертикальной миграции вещества в биосфере. Важно отметить, что параллельно с седиментационными процессами в водной среде, в среде донных отложений происходят процессы сорбции, биологического поглощения, восстановления, а также захоронения и литификации (Глазовская, 1988), что позволяет отнести исследования донных отложений к научным интересам специалистов прежде всего геологических специальностей. Поэтому донные отложения – это, в первую очередь, важный геологический объект, на примере которого можно наблюдать начальные стадии образования осадочных горных пород (седиментогенез).

Как было указано выше, донные отложения состоят не только из минеральной составляющей, образующейся вследствие эрозионных, аккумуляционных и седиментрационных процессов в верхней части литосферы, но и большого разнообразия живого вещества, являя собой единство неживой и живой природы (Даувальтер, 2012). Занимая приграничное положение между литосферой и гидросферой, донные отложения (уже в природоохранном аспекте) привлекают большое число специалистов из разных других классических и междисциплинарных научных областей: экологии, гидрогеологии, экологической геохимии и геоэкологии. Согласно учению В.И. Вернадского о биосфере (Вернадский, 1965), донные отложения можно охарактеризовать как биокосное вещество, образующееся в условиях динамичного равновесия живой материи и абиогенных компонентов. И на основе изучения донных отложений (именно в природоохранном аспекте) как нельзя лучше можно понять масштаб той самой «геологической силы», в которую превратилось человечество в XX столетии, что неоднократно отмечал Вернадский.

Согласно ГОСТ 17.1.5.01-80, «донные отложения – это донные наносы и твердые частицы, образовавшиеся и осевшие на дно водного объекта в результате внутри водоемных физико-химических и биохимических процессов, происходящих с веществами как естественного, так и техногенного происхождения». В гидрологии к речным донным отложениям применяют термин «донные наносы» (Аполлов, 1970), однако среди геоэкологов термин не прижился (Опекунов и др., 2012). С другой стороны, в природоохранной литературе при исследовании озер, водохранилищ или речных систем используется также термин «донные осадки» (Иванская, 2006), который, согласно представлениям авторов, синонимичен термину «донные отложения».

По данным популярного научного интернет-ресурса «E-library»

поисковой запрос “донные отложения” выдает 9919 публикаций и цитирований (дата обращения 30.11.2013), а запрос “донные осадки” – 7661, что в 1.3 раза ниже первого запроса. Запрос “Донные наносы” – еще в 7.8 раз меньше первого (1278). В случае уточнения запроса (с прибавкой слова «реки») “донные отложения” также чаще встречаются(4030 публикаций), чем “донные осадки” (в 1.4 раза меньше) и “донные наносы” (в 4.6 раз меньше).

Другой научный интернет-сайт «Google Академия» (дата обращения 30.11.2013) дает аналогичные данные: запрос “донные отложения рек” ( публикаций и цитирований) выдает в 1.2 раза больше публикаций, чем запрос “донные осадки рек” (5770) и в 1.5 раза больше, чем “донные наносы рек” (4470). Таким образом, большинство исследователей отдает предпочтение термину «донные отложения» применительно к водным объектам вообще и к рекам в частности, что обуславливает выбор этого термина и для данной работы, посвященной рекам г. Петрозаводска.

В англоязычной научной литературе вышеописанных проблем не возникает и ко всем (и морским, и пресноводным) донным отложениям применяется термин «Sediments» или «Bottom/bedsediments» (Frstner, 1987;

Singh et al., 1999;

Frstneretal., 2004;

Skorbiowicz, Skorbiowicz, 2011, Songaetal., 2011). Термин «Седименты», являющийся калькой с англоязычного слова, в качестве возможной замены «донным отложениям»/«донным осадкам»

отечественные авторы пока не применяют. В гидробиологии донные отложения классифицируют как «донные грунты», подразумевая под ними только среду обитания для живых организмов (Чекановская, 1962;

Константинов, 1989).

Еще более сложным вопросом при изучении донных отложений является проблема разделения наносной и коренной («родной») частей исследуемых речных или озерных осадков. Причем более актуальной эта проблема является все-таки для водотоков. В монографии Т.С. Папиной (2001), со ссылкой на Геологическую службу США, предлагается понимать под донными отложениями все частицы менее 2 мм. Согласно гранулометрической классификации рыхлых осадочных горных пород Л.Б. Рухина (1969) такие отложения будут включать в себя как глинистые и алевритовые фракции, так и весь спектр песчаных фракций (до галечно-валунной фракции, размер частиц которой более 2 мм).

Согласно (Перельман, 1989), в водных объектах в городах и вблизи металлургических и химических комбинатов донные отложения почти полностью изменены под влиянием техногенеза. Техногенные илы – это особый тип пресноводных (чаще всего используется применительно к рекам) донных отложений, которые отличаются от природных – фоновых – осадков увеличенным содержанием тонких и тонкодисперсных («иловых») фракций и концентраций таких опасных токсикантов, как медь, никель, свинец, кадмий, мышьяк, хром, ртуть и т.д. (Янин, 2009, 2013). Стоит также отметить, что городские водные объекты сплошь эвтрофированы (Константинов, 1989), что отражается и на повышенном содержании органики в донных отложениях, легко сорбирующей поступающие в водоем/водоток загрязнители (Frstner, 1987).

Организмы, населяющие донные отложения любых водных объектов, называются бентосом, только речных – реобентосом. Согласно учебнику А.С. Константинова (1986) бентос рек в основном представлен животными, а донные растения встречаются только в водотоках с прозрачной водой.

Первоочередное значение для представителей бентофауны имеет гранулометрический состав донных отложений. Выделяют организмы, свойственные только илистым, глинистым, песчаным или галечно-валунным донным отложениям (табл. 1).Наибольшее значение в реках имеют лито-, псаммо- и пелореофильные формы донных беспозвоночных. Для рек Карелии наиболее типичны литофильные и псаммофильные формы бентосных организмов (Барышев, 2001). Кроме того, в реках Карелии встречаются фитофильные и бриофильные организмы, закрепляющиеся на растениях и мхах, соответственно.

Таблица 1. Формы донных организмов, приспособленных жить на/в отложениях определенного гранулометрического состава Вид донного отложения Формы донных организмов Гравий, галька, валуны, глыбы Литофилы Песок Псаммофилы Глина Агриллофилы Ил Пелофилы Загрязненность (тяжелыми металлами, углеводородами, синтетически поверхностными веществами) донных отложений как среды обитания для бентосных организмов также имеет большое значение. Выделяются организмы устойчивые к загрязнению – индифференты и организмы-индикаторы, по присутствию или отсутствию которых можно судить о том или ином состоянии водного объекта. И те и другие организмы могут быть биомониторами, то есть донными организмами, аккумулирующими в своих телах различные поллютанты, поступающие в водный объект (Ивантер, Медведев, 2007).

Наиболее распространенными инструментальными методами исследования химического (мультиэлементного) состава донных отложений являются масс- и атомно-абсорбционная спектрометрия (Singh et al., 1999;

Даувальтер и др., 2009;

Поляков, Аксентов, 2013;

Fu et al., 2014). Реже используются рентгенофлуоресцентный и нейтронно-активационный анализы (Woelfl et al, 2006;

Papaefthymiou, Papatheodorou, 2011). Первые два методы дают более точные результаты, однако перед непосредственным анализом требуется трудоемкое разложение минеральных проб растворами кислот.

Для определения гранулометрического состава донных отложений предпочтение по-прежнему отдается ручным методам (ситование, отмучивание, пипеточный) вместо инструментальных, так как лазерные анализаторы частиц обычно очень дороги. При этом определение состава гранулометрических фракций при помощи анализатора может давать некоторые искажения результатов (завышение числа песчаных фракций и занижение числа глинистых частиц). Однако высокая скорость проведения анализа лазерным способом несоизмерима с теми трудозатратами, которые необходимы для проведения аналогичного анализа ручными способами (Шеин и др., 2006;

Di Stefano et al., 2010;

Здобин, Семенова, 2011).

На территориях Республики Карелии, а также Мурманской области и сопредельный районов, расположенных на фундаменте Фенноскандинавского кристаллического щита, наиболее изученными с точки зрения природоохранных аспектов являются донные отложения озер (Даувальтер, 1998;

Современное..., 1998;

Даувальтер и др., 2000, 2009, 2012;

Белкина, Потапова, 2006;

Белкина, 2011;

Калинкина и др., 2011;

Крутских, Кричевцова, 2011б;

Сластина, Клочкова, 2011;

Даувальтер, 2012;

Слуковский, Шелехова, 2013). Загрязненность донных отложений рек Карело-Кольского региона, подверженных антропогенной нагрузке, изучена недостаточно. Поэтому в данной работе приводится результат первых всеобъемлющих исследований речных донных осадков в зоне интенсивного промышленно-городского воздействия для указанных выше территорий.

Таким образом, анализ литературных данных выявил наличие трех основных факторов, обуславливающих необходимость проведения эколого геохимической оценки состояния донных отложений двух малых рек Лососинки и Неглинки, протекающих по территории г. Петрозаводска:

1. Городская среда Петрозаводска оказывает несомненное влияние на природные экосистемы, расположенные на урбанизированной территории;

2. Ухудшение состояния рек Лососинки и Неглинки в своем нижнем течении (перед впадением в Онежское озеро) под воздействием антропогенной нагрузки;

3. Экологическая обоснованность использования донных отложений в качестве индикатора загрязненности водного объекта на урбанизированных территориях или в промышленных районах.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1. Физико-географическая характеристика района исследований Геолого-геоморфологические особенности территории г. Петрозаводска Территория г. Петрозаводска находится в южной части Республики Карелии на юго-восточной окраине Фенноскандинавского кристаллического щита. Коренные докембрийские породы представлены углеродсодержащими серыми метапесчаниками, полимиктовыми конгломератами, розовыми песчаниками и кварцито-песчаниками вепсийского надгоризонта (петрозаводкая свита). На территории Петрозаводска выходы пород данной свиты отмечены лишь в районе карьера Каменный бор (жилой микрорайон «Ключевая»). Мощность этих образований колеблется от 300 до 450 м (Геология..., 1987). Геохимический тип специализации петрозаводской свиты – лито-халько-сидерофильный с группой элементов накопления (приводятся кларки концентраций): мышьяк (8.0), хром (7.4), медь (3.5), олово (2.7), молибден (2.5), ванадий (2.4), кобальт (1.7) и селен (1.6) (Геохимическое..., 2004).

Центральная и северная части территории Петрозаводска представлены породами падосской свиты калевийского матаморфического надгоризонта (матомрфизованными песчаниками, алевролитами, аргиллитами, силицитами, конгломератами, алевролитами, известняками, шунгитами). Мощность свиты – 530 м. Свита характеризуется как сидеро-литофильный геохимический тип с накоплением натрия (2.1), бериллия и скандия (оба – 1.7), рубидия и урана (оба – 1.5) (Геохимическое..., 2004).

В дочетвертичном рельефе территории г. Петрозаводска прослежена глубокая тектоническая («петрозаводская») депрессия с общим широтным направлением. Поверхность депрессии, согласно (Экман, 1966), соответствует примерно уровню моря, что намного ниже современной водной поверхности Онежского озера, равной 33 м.

Четвертичные отложения района г. Петрозаводска представлены горизонтами морен различных оледенений, а также водными осадками, которые накапливались здесь в межледниковое время (Экман, 1966).

Наибольшее распространение на изучаемой территории имеют отложения валдайского (олонецкого) надгоризонта, представленные микулинским (петрозаводским), нижвалдайским (нижнеолонецким), средневалдайским (ленинградским) и верхневалдайским (верхнеолонецким) четвертичными горизонтами (Серба и др., 1989) По данным буровых работ наибольшую мощность (до 15-18 м) в районе Петрозаводска имеют средневалдайские отложения, сложенные толщами переслаивающихся песков, супесей, суглинков и глин темно-серого цвета. Однако на дневную поверхность эти осадки выходят лишь в местах размыва перекрывающих их верхневалдайских пород, которые занимают наибольшую площадь территории Республики Карелии (около 60 %).

В этих отложениях высока доля грубообломочного материала (гравия, гальки, валунов). В некоторых частях города на дневную поверхность выходят также отложения микулинского горизонта и нижневалдайской морены (Серба и др., 1989).

Аллювиальные осадки Петрозаводска – это самые современные (голоценовые) отложения, представляющие собой смесь «коренных»

четвертичных пород, размытых водотоком и наносного материала с водосборной площади (преимущественно почвенного покрова города).

Территориально Петрозаводск расположен в пределах Онежско Ладожского водораздела, который охватывает площадь от Онежского озера до Олонецкой равнины. На севере водораздел ограничен Западно-Карельской возвышенностью, а на юге – Ленинградской областью. Наибольшие абсолютные отметки сосредоточены в юго-восточной части водораздела – в районе озера Лососинного и Машозера, где они достигают 272 м (Бискэ, 1959).

Из указанного района берут свое начало реки Лососинка и Неглинка (вторая – чуть севернее).

Современный рельеф территории г. Петрозаводска представляет собой аккумулятивную равнину (моренное плато) с общим понижением в сторону озера. Абсолютные отметки в отдаленных от онежской набережной районах города варьируют от 120 до 150 м. Кроме того, в рельефе Петрозаводска выделяются несколько озерных террас – «следов» естественного понижения уровня Онежского озера до современного состояния. В целом на исследуемой территории выделяются транссупераквальный, трансаккумулятивный (преобладает) и совмещенные элювиальные-трансэлювиальные типы ландшафтов (Косинова и др., 2011). Долины рек Лососинки и Неглинки приурочены к траснссупераквальному типу, их водосборные площади – преимущественно к трансаккумулятивному.


Речная сеть Республики Карелии и особенности аллювиальных отложений региона.

Как отмечено выше, территория современной Карелии расположена на древнем Фенноскандинавском кристаллическом щите, перекрытом маломощным чехлом четвертичных отложений преимущественно ледникового происхождения. Геологические особенности района предопределили особенности его гидрографической сети (рис. 3).

Реки Карелии относятся к бассейнам Белого (57 % территории региона) и Балтийского (43 %) морей. Лишь небольшой участок на юго-востоке региона относится к водосбору Каспийского моря. Всего в Карелии насчитывается 27.6 тыс. рек, их общая протяженность 83 тыс. км. Преобладающее значение имеют реки длиной 10 км и менее (95 % от общего числа) и всего 30 рек имеют длины от 100 км и выше. Наиболее протяженные реки – Ковда (233 км) и Суна (280 км). Густота речной сети в среднем по республике – 0.53 км/км (Карелия…, 2011).

Большая часть площади водосборов рек (70-85 %) покрыта лесами, которые частично заболочены. Направление гидрографической сети района соответствует основному направлению движения ледника: пробладает северо западное простирание рек.

С точки зрения геологии, реки Карелии очень молоды. С этим связан характер речных долин, очень слабо врезанных;

близость истоков соседних рек в условиях сглаженных водоразделов;

ступенчатый характер продольного профиля (порожистые участки с сосредоточенным падением чередуются с плесами, роль которых часто выполняют озеровидные расширения и озера) (Геология…, 1987;

Карелия…, 2011). Именно поэтому реки Карелии, несущие свои воды по равнинной территории, чаще всего принято относить к рекам горного и предгорного типа (Барышев…, 2001) Рисунок 3. Гидрографическая сеть Республики Карелии (Каталог…, 2001) Согласно (Лукашов, 1976), речные долины на территории Карелии формировались в местах современных текнонических (неотектонических) движений и разломов в кристаллическом фундаменте республики. Кроме того, аномально высокие (для равнинных рек) уклоны водотоков (это характерно и для исследуемых рек Лососинки и Неглинки) являются отражением «современных тектонических движений главных морфоструктур Карелии».

Русла рек в основном неразветвленные. Извилистость карельских водотоков разнообразна: от меандрирующих небольших, как правиломалоозерных рек (Тукса, Большя Уя, Сомба, Мягрека) или отдельных участков средних рек до слабоизвилистых протоков между озерами, свойственных крупным озерно-речным системам (Карелия…, 2011).

Отмечается (Чернов, 1999), что реки Карелии – беспойменные водотоки, которые в силу своей геологической незрелости не успели выработать широких долин с поймами и террасами либо имеют небольшие прерывистые поймы (Геология…, 1987). Однако в условиях урбанизации карельские реки могут быть зарегулированы плотинами или иными способами, что способствует формированию пойменных участков перед искусственной преградой (рис. 4).

Надпойменные террасы развиты еще меньше, чем поймы и встречаются преимущественно в низовьях рек (Бискэ, 1959;

Серба и др., 1989).

Рисунок 4. Зарегулированный участок р. Лососинки в центре Петрозаводска (ул. Мерецкова–ул. Антикайнена) в меженное время (а) и во время широкого разлива воды (б) Скорость течения рек Карелии в виду неоднородности их морфологии по всей длине колеблется от 0 до 5-6 м/с. Глубина русел варьирует от первых десятков сантиметров (на порожистых участках) до 10 м и более на плесах (Карелия…, 2011).

Для рек Карелии характерно смешанное питание (с преобладанием снегового). Половодье в регионе длится в период с апреля по июнь, в это время через реки проходит 40-60 % годового стока. При этом реки Карелии незначительно разливаются в этот период, поскольку подавляющее большинство из них зарегулировано многочисленными озерами (Серба и др., 1989). Летняя межень на реках Карелии захватывает все три летних месяца, осенне-зимний период длится с сентября по февраль, а наиболее маловодная зимняя межень – с декабря по март. Годовая амплитуда колебаний уровня воды достигает на крупных реках 3-5, на малых – 1-2 м. Средний многолетний модуль стока составляет около 10 л/с·км2, в притоках Ладожского и восточных притоках Онежского озера – 12-15.

Замерзание рек Карелии начинается преимущественно во 2-й половине октября (крайний срок – конец ноября). Средняя продолжительность ледостава 78-194 дня. Наибольшая толщина льда наблюдается в начале весны (40-75 см), на порожистых участках в теплые зимы сплошной ледостав может вообще не устанавливаться. Вскрытие рек начинается в середине апреля, продолжительность весеннего ледохода составляет до 3-8 дней. Для многих рек в период установления ледостава характерно образование зажоров, обычно ниже порожистых участков, и вследствие этого – значительный подъем уровня воды выше зажора, часто превышающий максимальный уровень половодья (Карелия…, 2011). В последние годы, однако, наблюдается смещение указанных сроков в виду отчетливо наблюдающихся климатических изменений на территории Карелии.

Несмотря на широко развитую речную сеть региона, аллювиальные отложения, связанные с деятельностью постоянных водотоков, на территории Карелии имеют очень слабое распространение (Бискэ, 1959;

Геология…, 1987;

Серба и др., 1989). В южной части республики аллювий представлен более широко, чем в северной Карелии (Niemel et al., 1993). Преобладающим развитием в регионе пользуются русловые донные отложения (русловая фация), представленные как грубозернистым материалом (крупнообломочные и песчаные грунты), так и более тонкозернистыми осадками, перемещаемыми водотоком в виде взвеси. Пойменный аллювий (как и сами поймы, что отмечалось выше) развит более слабо и представлен пылевато-песчаными и пылевато-глинистыми осадками (супеси, суглинки). Мощность аллювиальных отложений обычно составляет 1-3 м, иногда до 7 м (Геология…, 1987;

Серба и др., 1989). Кроме того, на территории Карелии многочисленны «сухие» русла потоков, сложенные одним лишь валунным материалом (Бискэ, 1959). В итоге разными авторами отмечено, что литологический состав речных осадков определяется двумя главными факторами: составом пород, которые прорезает водный поток и быстротой течения реки. Возраст аллювиальных отложений Карелии оцениваются как позднеголоценовый (Бискэ, 1959), так как чаще всего аллювий залегает на озерных осадках и ничем не перекрывается.

Реки Лососинка и Неглинка (главные объекты данного исследования) – типичные для Карелии малые водотоки. Главной особенностью этих рек является то, что в своем нижнем течении они полностью протекают по центральной территории самого крупного города республики (г. Петрозаводска), неся свои воды в Петрозаводскую губу Онежского озера.

2.2. Объекты исследования Река Лососинка Площадь водосбора Лососинки равна 302 км2 (Карелия…, 2009). Длина реки по данным справочника «Ресурсы поверхностных вод СССР» 1965 года (номер по кадастру – 1397) составляет 25 км, по данным расчетов средствами MapInfo и ArcView – 21.21 км (Каталог…, 2001). Однако собственные расчеты длины реки при помощи программы GoogleEarth 6.2.2.6613 (с учетом всех извилин водотока) показали, что истинная длина несколько больше литературных данных – 30 км. Длина части реки, протекающей по территории города Петрозаводска (от пересечения Лососинки с Лесным проспектом до устья) составляет примерно 6.1 км. Коэффициент извилистости реки (от истока до устья) – 1.9, только городской части Лососинки – 1.4. Средний уклон реки составляет 5.0 ‰, только городской части водотока – 11.3 ‰. Падение городской части реки составляет 74 м (рис. 5).

Рисунок 5. Профиль рельефа городской части р. Лососинки Свое начало р. Лососинка берет из озера Лососинного, которое одновременно является водохранилищем, образовавшимся после постройки в месте современного истока реки плотины, а впоследствии – гидроэлектростанции. Русло реки (также как и другой петрозаводской реки, Неглинки) ориентировано с юго-запада на северо-восток, что нетипично для большинства водотоков Карелии, текущих в северо-западном направлении (Карелия…, 2011). Данный факт связан с аналогичным простиранием трещин в кристаллическом фундаменте Карелии, в которых «сидят» речные долины исследуемых петрозаводских рек (Лукашов, 1976). На расстоянии 4.8 км от истока Лососинки в нее впадает другая малая река – Машезерка, берущая начало в озере Машезере.

Название реки напрямую связано с изначальным экологическим статусом водотока, так как до строительства плотин в водах Лососинки обитали атлантический лосось и озерная форель (Тыркин и др., 2011). В настоящее время в реке обитает около 12 видов рыб: ручьевая форель, хариус, щука, густера, лещ, налим, окунь, голец усатый, бычок-подкаменщик, лосось и др.

(Карелия…, 2009;

Тыркин и др., 2011).

Бассейн Лососинки распложен в подзоне средней тайги. Средний модуль стока воды до 11.6 л/с·км2, средний многолетний расход воды – 3.66 м3/с, прозрачность не более 30 см (Карелия…, 2009;

Тыркин и др., 2011).

Залесенность водосбора составляет 82 %, заболоченность от 9 до 10 %, озерность – от 5 до 7 % (Карелия…, 2009;

Тыркин и др., 2011).По профилю реки реакция воды изменяется от слабокислой в загородной части до слабощелочной на территории города (Комулайнен, Морозов, 2007;

Тыркин и др., 2011;

Рыжков и др., 2012).

Приустьевой участок р. Лососинка, как и других притоков Онежского озера, характеризуется невысокой скоростью осадконакопления. Количество взвесей, кислорода, азота, приносимых в озеро, невелико – менее 20 г/м2.


(Притоки…, 1988). Большинство взвешенных частиц оседает на дне водохранилища, которое расположено в 460 м от устья Лососинки и перекрыто плотиной. Донные отложения реки в верхнем и среднем течении и в черте города представлены в основном русловой фацией, исключениями являются три искусственно зарегулированных участка Лососинки (рис. 6), где четко выделяется пойменная фация осадков.

Рисунок 6. Зарегулированные участки реки Лососинки в черте г. Петрозаводска Кроме илисто-песчаных фракций осадков, донный грунт представлен традиционным для рек Карелии валунно-галечным материалом, преобладание которого отмечается на порогах и порожистых участках реки (Барышев, 2001).

Кроме того, русло городской части реки значительно захламлено как органическим мусором (стволы и ветки деревьев и кустарников), так и твердые бытовые отходы: покрышки автомобилей, различные металлические и пластмассовые изделия, строительный мусор и т.д. Аналогичная ситуация наблюдается с замусоренностью русла р. Неглинки (рис. 7).

Рисунок 7.Примеры загрязнения русел рек крупногабаритным мусором В условиях урбанизации изменению подвергаются не только морфология береговой линии и русла реки, но и химизм и pH воды (Комулайнен, Морозов, 2007;

Рыжков и др., 2012), что неизменно сказывается на трансформации качественных и количественных показателей бентоса, фитоперифитона и паразитофауны рыб, населяющих экосистему реки (Барышев и др., 2001;

Евсеева, Иешко, 2004;

Комулайнен, Морозов, 2007).

Река Неглинка Река Неглинка – малая река длиной 14 км (по данным справочника «Ресурсы поверхностных вод СССР» (1965)) или 13.79 км (по данным Каталога озер и рек Карелии (2001)). Собственные расчеты длины реки показали, что длина Неглинки с учетом всех извилин составляет 16.6 км, только городской части водотока (от пересечения улиц Попова и Сыктывкарской до устья) – 8.4 км. Коэффициент извилистости – 1.8, городской части реки – 1.7.Средний уклон водотока составляет 7.6 ‰, части водотока в пределах Петрозаводска – 11.8 ‰.

Неглинка берет свое начало из заболоченной лесной ламбушки за пределами города и впадет в Петрозаводскую губу Онежского озера. Площадь водосбора реки Неглинки равна 46.1 км2 (Каталог..., 2001). Неглинка имеет самую высокую (10 м/км) величину падения среди всех водотоков карельского региона. Падение городской части реки составляет 99 м (величина падения – 11.8 м/км).

Залесенность водосбора реки составляет 84 %, заболоченность – 13 %, озерность – менее 1 %.Средний модуль годового стока р. Неглинки составляет 10.9 л/с*км2 (Карелия..., 2009).

Речные осадки Неглинки – это преимущественно русловые донные отложения. Лишь в небольшом зарегулированном участке реки в центе города (в парковой зоне между улицами Анохина, Красной и Первомайским проспектом) отмечено накопление пойменной фации аллювия.

2.3. Материалы и методы исследований 2.3.1. Организация полевых работ и методы отбора и подготовки проб донных отложений Полевые исследования проводились в и 2011–2012 гг.

преимущественно в летний период гидрологического режима рек Лососинки и Неглинки, при этом на зарегулированном участке р. Лососинки («Фонтан») работы выполнялись в осенний период, что связано со специфическим режимом спуска воды на плотине перед водохранилищем.

При отборе проб донных отложений для геохимических исследований использовались общепринятые методические рекомендации (ГОСТ..., 1980;

Методические..., 1982), для гидробиологических изучения – (Методика..., 1975).

Пробы донных отложений отбирали дночерпателем Экмана-Берджи (площадь захвата 225 см2) и ручным поршневым буром с глубиной проникновения до 50 см. В случае использования пробы для бентосного анализа отобранный осадок промывался через сито № 23 (размер ячеи 0.333 мм) и фиксировался раскисленным 4 % формалином.

Важно подчеркнуть, что отбор проб производился преимущественно из верхнего 10-сантиметрового слоя осадочных отложений. Средний вес одной пробы составлял 300-400 г. В 2011 году при обследовании рек (по всей длине их городской части)отбор проб донных отложений выполнялся через 150-300 м (рис. 8, 9 и 10). Неодинаковые расстояния между точками наблюдения связаны с неоднородностью процесса осадконакопления в реке.

После отбора проб донных отложений проводилось их просушивание до воздушно-сухого состояния при комнатных условиях на белых листах бумаги.

Для достижения максимальной сохранности глинистой фракции жидкая часть пробы просушивалась отдельно – в стеклянных чашках Петри, промытых предварительно дистиллированной водой.

Гранулометрические фракции проб выделялись просеиванием через стандартные сита с размером ячеек 2.0 мм, 0.25 мм, 0.1 мм. Пробоподготовка исключала возможность механической контаминации проб.

Рисунок 8.Схема расположения точек отбора проб донных отложений р. Неглинки в 2011 году Рисунок 9.Схема расположения точек отбора проб донных отложений р. Лососинки в 2011 году Рисунок 10. Схемы расположения точек отбора проб на пойменных участках р. Лососинки (участок «Фонтан» и «М. Мерецкова») в 2011 году 2.3.2. Аналитические методы Лабораторные исследования в основном проводились на базе «Аналитического центра» Института геологии Карельского научного центра Российской Академии наук (г. Петрозаводск) с применением комплекса современных аналитических методов изучения горных пород.

Гранулометрический анализ В данной работе для определения механического (гранулометрического) состава отложений рек Лососинки и Неглинки выбор был сделан в пользу лазерного метода, который в отличие от классических способов гранулометрического анализа (ситовой, пипеточный, ареометрический и др.) менее трудоемок и заметно ускоряет получение необходимых результатов (Di Stefano et al., 2010;

Здобин, Семенова, 2011).

Многофункциональный анализатор частиц серии LS13 320 (Beckman Coulter, США) (рис. 11) позволяет получить данные о распределении частиц по размерам, включая микронный и субмикронный диапазон. Исследования проводились в лаборатории геологии, технологии и экономики минерального сырья Института геологии КарНЦ РАН (г. Петрозаводск).

Рисунок 11. Многофункциональный анализатор частиц серии LS13 Технические особенности прибора позволяют анализировать частицы размером от 0,04 до 2000 мкм в соответствии со стандартом ISO 13320-1.

В связи с тем, что точность определения гранулометрического состава (распределения частиц по размерам) непосредственно зависит от подготовки материала к анализу, выделение навесок включало тщательное усреднение материала методом квартования (с применением желобкового делителя Джонса).

В процессе проведения анализа возможна коагуляция (объединение, слипание) мелких частиц с образованием более крупных агрегатов, что может искажать достоверность получаемых результатов. Поэтому в жидкостном модуле дополнительно проводилась обработка образца ультразвуком с целью разрушения агрегатов частиц и суспензирования сухого порошка в жидкой среде перед началом анализа.

Рентгенофазовый анализ Определение фазового состава минералов (качественного и количественного) в донных отложениях рек Лососинки и Неглинки выполнено на рентгеновскомдифрактометре ARL X’tra фирмы ThermoScientific (рис. 12).

Рентгенографический анализ выполнен на дифрактометре ARL X’tra фирмы ThermoScientific при CuK-излучении.

Рисунок 12. Рентгеновский дифрактометр ARL X’tra.

Для проведения качественного рентгенофазового анализа использована международная электронная база дифракционных стандартов 17PDF- (PowderDiffractionFile – 2). Для обращения к базе данных использовалась программа CrystallographicaSearch-Match.

При проведении количественного рентгенофазового анализа применялся бесстандартный метод, который позволяет лишь приблизительно определить процентное содержание минералов в исследуемых образцах донных отложений. Для данной цели была использован комплекс Siroquant. Для кварца и альбита относительная ошибка измерения содержания в пробе составляет в среднем 1.3 % и 1.6 %, соответственно. Для остальных минералов полученные результаты оказались менее точными: мусковит – 21.6 %, микроклин – 19.4 %, хлорит – 30.3 %, тремолит – 47.8 %.

Методы определения содержания химических элементов 1) Химический силикатный анализ. Определение основных петрохимических элементов (оксидов кремния, алюминия, железа, натрия, кальция, калия, магния, марганца, титана, фосфора) в пробах донных отложений реки Неглинки (фракция 2.0 мм) проводилось классическим для геологии методом мокрой химии (Пономарев, 1961;

Зорина и др., 2008).

Содержание Na2O и K2O в полученном растворе проводилось при помощи атомно-адсорбиционного спектрометра AAS-3 (CarlZeiss, Германия), содержание MnO – атомно-адсорбиционного спектрометра PerkinElmer (США).

2) Рентгенофлуоресцентный анализ. Определение содержания основных петрохимических элементов (оксидов кремния, алюминия, железа, натрия, кальция, калия, магния, марганца, титана, фосфора) и серы в пробах донных отложений рек Лососинки и Неглинки (фракция 0.1 мм) было осуществлено также при помощи рентгенофлуоресцентного спектрометра марки ARL ADVANT’X (фирмы ThermoFisher scientific). Подготовка пробы к анализу включала в себя плавление образца и флюса в золото-платиновых тиглях в электроплавильной печи для приготовления образцов Katanax K (фирмы SPEX SamplePrep), остывания стекловатого (аморфного) расплава и изготовление из него стеклянного диска для измерений. Температура плавления – 1100С, время остывания расплава – 3 минуты.

Погрешность измерений в среднем составляла не более 1 % от абсолютного значения для оксидов Si, Fe, Ca, K и Mn, не более 5 % – для окислов Al, Na, Ti и P, не более 10 % – для S и не более 15 % – для MgO.

Факты применения рентгенофлуоресцентного анализа в экологической геологии и геохимии немногочисленны. При этом отмечено (Boyle, 2000), что этот метод может быть крайне полезен при определении содержания главных петрогенных элементов (макрокомпонентов) в почвах и донных отложениях, что упрощает интерпретацию геохимических данных, полученных при помощи других аналитических методов (AAS, ICP-MS и др.).

3) Определение потерь при прокаливании.

Прокаливание образцов проб донных отложений рек Лососинки и Неглинки осуществлялось при температуре 1000°. Потери пробы в весе после прокаливания (п.п.п.) дают информацию о содержании связанной (кристаллизационной и конституционной) воды летучих компонентов, органического вещества в пробе и т. д. (Пономарев, 1961). При геоэкологических исследованиях показатель «п.п.п.» может служить хорошей количественной характеристикой содержания органики в донных осадках, в том числе и рек г. Петрозаводска (Даувальтер, 2012).

Прецизионный мультиэлементный химический анализ Содержание Li, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Cd, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, W, Pb, Th и U в пробах донных отложений рек Лососинки и Неглинки (разных гранулометрических фракций), а также в организмах олигохет определяли масс-спектральным методом на приборе ХSeries-2 ICP-MS (ThermoScientific, США).

Разложение образцов донных отложений и организмов проводили путем кислотного вскрытия в открытой системе. Для анализа использовали навески образцов массой 0.1 г. Вместе с анализируемыми образцами проводили разложение контрольных образцов (холостых проб) и одного стандартного образца. Образцы помешивали в тефлоновые стаканы (объем 50 мл), добавляли 0.1 мл раствора, содержащего 8 ppb 161 Dy (контроль химического выхода при проведении процедуры разложения образцов), смачивали несколькими каплями деионизованной воды. Затем добавляли 0.5 мл НСlO (Perchloricacidfuming 70 % Supratur, Merck), 3 мл HF (ОСЧ ТУ 6-09-3401-88), 0. мл HNO3 (ОСЧ ГОСТ 11125-84) и выпаривали до появления интенсивных белых паров. Кислоты HF, HNO3, HCl подвергнуты дополнительной очистке в перегонном аппарате PTFE/PFA SubboilingEco IR. Стаканы охлаждали, их стенки обмывали водой и раствор снова упаривали до влажных солей. Затем добавляли 2 мл НСl (ОСЧ ГОСТ 14261-77) и 0.2 мл 0.1М раствора Н3ВО3 (чда) и упаривали до объема 0.5–0.7 мл. Полученные растворы переносили в полиэтиленовые бюксы, разбавляли деионизованной водой до 20 мл. Для съемки использовали разбавленные в 20 раз основные растворы. В качестве контрольных образцов (холостых проб) в тефлоновых стаканах проводили описанные выше процедуры без образцов, и полученные растворы использовали как контрольные.

Обработку масс-спектров и расчеты содержания элементов в пробах проводили с использованием программного обеспечения масс-спектрометра и пакета прикладных программ. Массовую долю каждого элемента в образце донного отложения рассчитывали как среднее значение, измеренное по их изотопам. Предел обнаружения (ПО) концентрации элемента рассчитывали по формуле:

ПО = С + 3*S, где: C – среднее значение содержания изотопа i при измерениях контрольных образцов (холостых проб);

S – стандартное отклонение для изотопа i при измерениях контрольных образцов. К полученным данным измерений холостых проб (значение ПО) применяли процедуру пересчета с учетом используемой навески и фактора разбавления как для анализируемых проб.

Погрешности измерений по всем микроэлементам не превышали допустимые 15 %, кроме бериллия (28.4), индия (29.2), серебра (30.1), мышьяка (47.3) и теллура (80.0), которые не играют существенной роли в описании и обсуждении результатов данных исследований. Абсолютные и относительные погрешности измерений концентраций микроэлементов, относящихся к группе тяжелых металлов, а также лития, титана, фосфора, скандия, циркония, гафния, рубидия, олова и ванадия приведены в таблице 2.

Таблица. 2. Погрешности измерений отдельных микроэлементов масс спектральным методом на приборе ХSeries-2 ICP-MS элементы Cr Mn Co Ni Cu Zn Mo Cd W Pb Относительная 2.1 1.0 2.6 3.6 2.5 2.5 7.9 9.7 4.1 1. погрешность, % Абсолютная 1.24 15.7 0.32 1.10 1.12 2.40 0.16 0.36 0.08 0. погрешность, мг/кг элементы Li P Sc Ti V Zr Sn Sb Hf Rb Относительная 2.7 3.1 3.6 1.3 4.5 4.1 7.3 9.8 2.4 1. погрешность, % Абсолютная 0.42 29.3 0.44 48.4 3.46 0.25 0.25 0.08 0.13 0. погрешность, мг/кг Для проверки правильности анализа образца использовали стандартный образец химического состава донного ила озера Байкал БИЛ-1 (ГСО 7126-94).

Определение концентраций тяжелых металлов в подвижной форме, валовых концентраций металлов в организмах олигохет и актуальной кислотности донных отложений Для определения концентраций подвижных форм металлов, согласно (Аринушкина, 1970), были подготовлены вытяжки из образцов с применением ацетатно-аммонийного буфера (CH3COONH4, рН = 4.8). 1 л раствора указанного буфера готовился из 108 мл 98 % уксусной кислоты и 75 мл 25 % аммиака. Из каждой исследуемой пробы бралась навеска 2 г, к которой добавлялось 50 мл буфера. Далее компоненты перемешивались на ротаторе в течении 1 ч. Полученный раствор фильтровался через фильтр синяя лента.

Определение концентраций Co, Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, и Sb в полученных кислотных вытяжках проводили масс-спектральным методом на приборе ХSeries-2 ICP-MS, описание которого приводится выше. Относительная погрешность измерений не превышала 1 % для кобальта и никеля, 5 % для меди, кадмия, сурьмы и свинца и 10 % для цинка. Исследования проводились в аналитической лаборатории института геологии КарНЦ РАН, а также в лаборатории лесного почвоведения института леса КарНЦ РАН.

Определение актуальной кислотности (pH) донных отложений рек г. Петрозаводска (фракции 0.1 мм и 2.0 мм) было определено в суспензии, для приготовления которой бралась навеска пробы (2 г) и дистиллированная вода (50 мл). Измерение проводилось при помощи иономера И-160 М по стандартной методике (Аринушкина, 1970) в лаборатории Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН), г. Апатиты.

Для химического анализа биологических объектов выбирались олигохеты (Oligochaeta sp. sp.), которые на исследованных участках имеют наибольшую численность (до 52%) и биомассу (до 66%). Все пробы высушивались при 105°C в чашках Петри, которые предварительно были промыты дистиллированной водой. Химическое разложение и определение содержания микроэлементов происходило по методике, описанной ранее.

Бентосный анализ Отбор микроорганизмов из промытого осадка донных отложений проводится в лабораторных условиях под микроскопом МБС-9, гидробионты подразделяли на систематические группы, которые взвешивались на торсионных весах WAGATORSYJNA-WTс точностью до 0.5 мг. Пересчет конечных результатов осуществлялся на квадратный метр площади дна.

Видовая принадлежность определена для большинства основных групп макрозообентоса. При этом группы Oligochaeta, Hydracarina и некоторые другие гидробионты до вида не определялись. Работы выполнены в Институте водных проблем Севера Карельского научного центра РАН главным биологом лаборатории гидробиологии Т.Н. Поляковой. Автор диссертации ознакомлен лишь с азами использованной методики.

2.3.3. Статистические и графические методы обработки данных Обработка аналитических данных осуществлялась общепринятыми в экологии методами (Ивантер, Коросов, 2005), как параметрическими, так и непараметрическими. В качестве оценки среднего уровня какого-либо параметра в выборке вместо средней арифметической величины использовалось более устойчивое медианное значение. При проведении факторного анализа данные нормировались по максимальному значению из выборки. Расчеты производились при помощипрограмм MicroSoft Excel 2007, PSPP 0.8.1 и Statgraphics plus 2.1. Для графической иллюстрации результатов использовались программы OriginPro 8.5.1, MapInfo Professional 9.0.2, Microsoft PowerPoint 2007 и Triplot 4.1.2.

Расчет петрохимических модулей проводился согласно принятым в геохимии рекомендациям (Ефремова, Стафеев, 1985;

Интерпретация..., 2001). В таблице 3 приводятся названия модулей, их аббревиатуры и формулы, по которым они рассчитывались.

При описании гранулометрических фракций в данной работе за основу принята классификация рыхлых осадочных пород Л.Б. Рухина (1969), согласно которой фракция с размером зерен 0,005 мм соответствует глинистым, 0,005 0,05 мм – алевритовым, 0,05-0,1 мм – тонкопесчаным, 0,1-0,25 мм – мелкопесчаным, 0,25-0,5 – среднепесчаным и 0,5-2 мм – крупно- и грубопесчаным отложениям.

Таблица 3. Петрохимические модули, используемые для описания геохимии осадочных пород Название модуля Аббревиатура Формула расчета Гидролизатный ГМ Al2O3+TiO2+Feобщ./SiO Алюмокремниевый АКМ Al2O3./SiO Натриевый НМ Na2O/Al2O Калиевый КМ K2O/Al2O Щелочной ЩМ Na2O/K2O Общая нормативная щелочность ОЩМ Na2O+K2O/Al2O Плагиоклазовый ПМ CaO+Na2O/K2O Зрелости осадочных пород (по ЗПМ SiO2/Al2O Петтиджону) Степени дифференциации СДМ SiO2/Na2O+K2O обломочного материала Зрелости осадочных пород Al2O3/SiO2+MgO+ ЗСМ области сноса Na2O+K2O Фемический ФМ Feобщ.+MgO/SiO Железный ЖМ Feобщ.+MnO/SiO Железо-кремниевый ЖКМ Feобщ./SiO Органо-кремниевый ОКМ ППП/SiO Кальцитоносности КЦМ CaO/MgO Марганцевый ММ MnO/Feобщ.

Титановый ТМ TiO2/Feобщ.

Глава 3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕК Г. ПЕТРОЗАВОДСКА 3.1. Гранулометрический состав Для большинства проб донных осадков петрозаводских рек Лососинки и Неглинки характерно преобладание песчаных фракций (рис. 13 и 14), а именно – фракций с размером зерен от 0.1 до 0.25 мм и от 0.25 до 0.5 мм. Суммарно средне- и мелкозернистая фракции составляют в среднем 58 % массы пробы для реки Неглинки и 54 % – для Лососинки. Содержание крупно- и грубозернистых осадков также выше в донных отложения р. Неглинки.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.