Алифатические и полициклические ароматические углеводороды в донных отложениях Баренцева моря на разрезе “Кольский меридиан”

Dvoretsky V.G., Dvoretsky A.G. Copepod communities off Franz Josef Land (northern Barents Sea) in late summer of 2006 and 2007 // Polar Biol. 2011. Vol. 34. P. 1231-1238.

Ecosystem Barents Sea / E. Sakshaug, G. Johnsen, K. Kovacs (Eds.). Trondheim: Tapir Academic Press, 2009. 587 p.

Food webs and carbon flux in the Barents Sea / P. Wassmann, M. Reigstad, T. Haug et al. // Prog. Oceanogr. 2006. Vol. 71. P. 232-287.

How does fishing alter marine populations and ecosystems sensitivity to climate? / B. Planque, J.M. Fromentin, Ph. Cury et al. // J. Mar. Syst. 2010. Vol. 79. P. 403-417.

Hurrell J.W., Deser C. North Atlantic climate variability: The role of the North Atlantic Oscillation // J. Mar. Syst. 2009. Vol. 78. P. 28-41.

ICES Zooplankton Status Report 2006/2007 / T.D. O'Brien, A. Lopez-Urrutia, P.H. Wiebe, S. Hay (Eds.) // ICES Cooperative Research Report. 2008. № 292. 168 p.

Impact of climatic change on the biological production in the Barents Sea / I.H. Ellingsen, P. Dalpadado, D. Slagstad, H. Loeng // Clim. Change. 2008. Vol. 87. P. 155-175.

Jennings S., Brander K. Predicting the effects of climate change on marine communities and the consequences for fisheries // J. Mar. Syst. 2010. Vol. 79. P. 418-426.

Matishov G.G., Matishov D.G., Moiseev D.V. Inflow of Atlantic-origin waters to the Barents Sea along glacial troughs // Oceanologia. 2009. Vol. 51. P. 321-340.

Resolving the effect of climate change on fish populations / A.D. Rijnsdorp, M.A. Peck, G.H. Engelhard et al. // ICES J. Mar. Sci. 2009. Vol. 66. P. 1570-1583.

Sea Ice Index / F. Fetterer, K. Knowles, W. Meier, M. Savoie. Boulder, Colorado: National Snow and Ice Data Center. Digital media, 2012.

The changing climate of the Arctic / D.G. Barber, J.V. Lukovich, J. Keogak et al. // Arctic. 2008. Vol. 61 (Suppl. 1). P. 7-26.

УДК 628.394.17:665.5

А.Ю. Жилин, А.М. Бондарь, Д.М. Драганов

Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича, Мурманск, Россия

АЛИФАТИЧЕСКИЕ И ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ БАРЕНЦЕВА МОРЯ НА РАЗРЕЗЕ "КОЛЬСКИЙ МЕРИДИАН"

Аннотация

Представлены результаты определения содержания алифатических и полициклических ароматических углеводородов в донных отложениях Баренцева моря на стандартном разрезе "Кольский меридиан"; обсуждается их состав, особенности распределения и источники поступления в морскую среду.

A.Yu. Zhilin, A.M. Bondar, D.M. Draganov

Knipovich Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography, Murmansk, Russia

ALIPHATIC AND POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS

IN THE SEDIMENTS AT THE TRANSECT "KOLA SECTION" IN THE BARENTS SEA

Abstract

The results of the determination of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons in the sediments at the transect "Kola Section" in the Barents Sea are presented; discussed composition, specifics of distribution and sources their receipt in the marine environment.

Введение. ПИНРО регулярно проводит мониторинг состояния водных биологических ресурсов и среды их обитания в Баренцевом море по химическим показателям. Его программа предусматривает, в том числе, выполнение наблюдений за уровнем содержания алифатических углеводородов (н-парафинов) и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в воде, донных отложениях и промысловых видах гидробионтов. Высокие уровни содержания ПАУ и высокомолекулярных алканов в объектах морской среды, зачастую являются показателем нефтяного загрязнения (Hites, 1976). Мониторинг ПАУ в морской окружающей среде обусловлен их канцерогенным и мутагенным воздействием (Ровинский и др., 1988). В последнее время исследования углеводородного загрязнения отдельных объектов морской среды и биоты Баренцева моря особенно актуальны в связи с началом разработки месторождений углеводородного сырья на Арктическом шельфе.

Материал и методы. В работе использованы экспедиционные материалы, собранные сотрудниками ПИНРО в Баренцевом море в рейсе № 99 НИС M-0662 "Фритьоф Нансен" с 20 февраля по 2 марта 2015 г. на станциях стандартного разреза "Кольский меридиан" (рис. 1). Уровни загрязнения углеводородами донных отложений Баренцева моря определялись в лаборатории прикладной экологии и токсикологии ПИНРО, аккредитованной на техническую компетентность и независимость (аттестат аккредитации № РОСС RU. 0001.518450) в соответствии с методическими руководствами (ГОСТ 17.1.5.01-80 ..., 1980; РД 52.24.505-98 ..., 1998; М-МВИ-202-07 ..., 2007). В составе н-парафинов определялись соединения С8-С31, а в составе ПАУ 16 индивидуальных соединений из списка Агентства по защите окружающей среды США (US EPA), а также 2-метилнафталин, 1 -метилнафталин и перилен. Всего проанализировано 8 проб донных отложений (поверхностный слой).

Результаты и обсуждение. Содержание н-парафинов и ЕПАУ в донных отложениях Баренцева моря представлены на рисунках 2-3.

9 • 8

7 • 6

5 • 4

В > 3 • 2

% л ч

30° 33° 36° 39°

Рис. 1. Станции отбора проб донных отложений Баренцева моря на стандартном разрезе "Кольский меридиан"

Алканы в верхнем слое донных отложений были представлены широким спектром углеводородов от С8 до С31. Их содержание не превышало 2.2 мкг/г сухой массы. Из изопреноидов были идентифицированы пристан (Ю19) и фитан (Ю20). Отношение содержания насыщенных алканов с нечетным и четным числом атомов углерода в цепи (СР1), а также низкокипящих (низкомолекулярных) и высококипящих (высокомолекулярных) алканов (нС8-нС22:нС23-нС31) можно использовать как индикатор степени превращения углеводородов, их природы и условий нахождения в донных отложениях.

• А

• А

•

н > •

* л }

Вт-- н-парафины. мкг/г сухой массы • 0.73-0.81

• • в 0.82-1.05 1.06-1.27 | 1.28-2.20

т

30° 33° 36° 39°

Рис. 2. Содержание н-парафинов в донных отложениях Баренцева моря на станциях разреза "Кольский меридиан"

Относительно низкие значения коэффициента пристан:фитан (< 1.0) характерны для углеводородов нефтяного, а не биогенного (свыше 1.5) происхождения. О том, что в составе алифатических соединений донных отложений преобладают углеводороды нефтяного происхождения, свидетельствуют динамика значений углеродного коэффициента СР1 < 1 (0.6-0.9), а также доминирование низкокипящих алканов (1.8-2.8) в донных отложениях на исследованных станциях. Одним из критериев определения нефтяных углеводородов в исследованных пробах является также наличие на хроматограммах экстрактов углеводородов, выделенных из донных отложений, "горба" неразделенных газовой хроматографией соединений, которые представлены в основном циклоалканами и нафтено-ароматическими углеводородами (Пересыпкин, Александров, 1996).

• ль,

ш • А

•

пр В > •

ПАУ, мкг/г сухой массы • 23-24

• • ш 25-49 50-93 1 94-111

73°

72°

71°

70°

69°

30°

33°

36°

39°

Рис. 3. Содержание ЕПАУ в донных отложениях Баренцева моря на станциях разреза "Кольский меридиан"

Отношение же содержания пристана к содержанию фитана было более 1 (1.0-3.0), что указывало на присутствие в исследованных донных отложениях также алифатических углеводородов биогенного происхождения. Нормативы содержания н-парафинов в донных отложениях отсутствуют, но по литературным данным природный биогенный уровень алифатических углеводородов в морских донных отложениях обычно не превышает 50 мкг/г сухой массы (Немировская, 2004). Содержание н-парафинов в исследованных донных отложениях Баренцева моря было значительно ниже техногенного фонового уровня, характерного для верхнего слоя донных отложений Западно-Арктического шельфа - 340 мкг/г сухой массы (Гуревич, 2002).

Суммарное содержание полициклических ароматических углеводородов (ЕПАУ) в верхнем слое донных отложений Баренцева моря на станциях стандартного разреза "Кольский меридиан" не превышало 111 нг/г, при среднем значении 75.2 нг/г сухой массы.

Некоторые незамещенные ПАУ и особенно их метаболиты проявляют ярко выраженные канцерогенные свойства (Conney, 1982). Суммарное содержание канцерогенных ПАУ (ЕКПАУ) (бенз(а)антрацен [BaA], бенз^флуорантен [BbF], бенз^флуорантен [BkF], бенз(а)пирен [BaP], индено(1,2,3^)пирен [Ipy] и дибенз(а^)антрацен [DBA]) изменялось от 5.64 (ст. 2) до 31.4 нг/г сухой массы (ст. 8) и составляло 24-56 % от ЕПАУ. Абсолютное значение ЕКПАУ было наиболее высоким в отложениях на ст. 8, относительное - на ст. 3.

Среди всех известных потенциально канцерогенных ПАУ бенз(а)пирен является единственным соединением, для которого установленные токсикологические характеристики позволяют судить об истинном уровне канцерогенной активности (Жилин, Киреева, 2006).

Суммарная токсичность по бенз(а)пирену Sum(BaPeq) для исследованных образцов донных отложений Баренцева моря на станциях стандартного разреза "Кольский меридиан" варьировала от 2.60 (ст. 2) до 13.8 нг/г сухой массы (ст. 9) (рис. 4).

Рис. 4. Суммарная токсичность по бенз(а)пирену Sum(BaPeq) и токсичность канцерогенных ПАУ в эквиваленте бенз(а)пирена BaPeq в донных отложениях Баренцева моря на станциях разреза "Кольский меридиан"

Средние значения относительного содержания BaPeq канцерогенных ПАУ в суммарной токсичности уменьшаются в ряду: DBA (65.9 %), BaP (17.6 %), BbF (8.4 %), Ipy (6.59 %), BaA (1.21 %) и BkF (0.36 %).

Сходства и различия между составом компонентов ПАУ могут использоваться для идентификации источников их поступления в окружающую среду (Жилин, Плотицына, 2009). В донных отложениях исследованной акватории на большинстве станций из индивидуальных ПАУ преобладали нафталин и его метилированные производные,

а также фенантрен, бенз(Ь)флуорантен, перилен и бенз^^Д)перилен, в сумме составляющие от 46 до 67 % от ЕПАУ. Отношение между содержанием фенантрена и антрацена (Phe:Ant) для исследованных донных отложений Баренцева моря варьировало от 4.7 до 30, т. е. содержание фенантрена значительно превышало содержание антрацена, что подтверждает наличие ПАУ нефтяного происхождения. Их антропогенный характер на исследованных участках представляется маловероятным. Это подтверждается величиной отношения между содержанием хризена и бенз(а)антрацена (^гу:ВаА). Все станции отбора проб характеризуются величиной отношения СЫу:ВаА более 1 (1.9-3.2), что свидетельствует о естественном характере источника поступления ПАУ в донные отложения. В то же время в пробах отложений на станциях 3 и 4 наблюдается существенное преобладание высокомолекулярных аренов над низкомолекулярными соединениями, что указывает на значительное присутствие в них ПАУ, образовавшихся в результате пирогенных процессов.

Полученные количественные результаты свидетельствуют о незначительном уровне содержания ПАУ в донных отложениях Баренцева моря на станциях стандартного разреза "Кольский меридиан". В России отсутствуют нормативы содержания загрязняющих веществ в морских донных отложениях. В соответствии с классификацией уровней загрязнения морских донных отложений, принятой Норвежской государственной инспекцией по контролю загрязнения окружающей среды (SFT), содержание ЕПАУ и бенз(а)пирена в донных отложениях Баренцева моря на станциях стандартного разреза "Кольский меридиан", не превышало фоновых уровней - <300 и<10 нг/г сухой массы соответственно (Klassifisering ..., 1997).

Заключение. Содержание ПАУ в верхнем слое донных отложений Баренцева моря на станциях стандартного разреза "Кольский меридиан" соответствует фоновому уровню. Антропогенные факторы локального характера не являются определяющими в формировании ПАУ донных отложений этой части Баренцева моря. Полициклические ароматические углеводороды в верхнем слое донных отложений Баренцева моря на станциях стандартного разреза "Кольский меридиан" имеют, в основном, петрогенное происхождение.

Литература

ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность. М.: Изд-во стандартов, 1980. 9 с.

Гуревич В.И. Современный седиментогенез и геоэкология Западно-Арктического шельфа Евразии. М.: Научный мир, 2002. 135 с.

Жилин А.Ю., Киреева Л.И. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в воде и донных отложениях прибрежной зоны Баренцева моря // Рациональное использование прибрежной зоны северных морей: VШ-IX Междунар. семинар. СПб.: Изд. РГГМУ, 2006. С. 221-250.

Жилин А.Ю., Плотицына Н.Ф. Состав, источники и токсикологический потенциал ПАУ в донных отложениях Кольского залива Баренцева моря // Изв. ТИНРО. 2009. Т. 156. С. 247-253.

М-МВИ-202-07. Методика выполнения измерений массовой доли полиядерных ароматических углеводородов (ПАУ) в пробах почвы, донных отложений и твердых отходов методом хромато-масс-спектрометрии с изотопным разбавлением. ООО "Мониторинг", УНЦКП "Высокие технологии энергетических материалов". Св-во № 242/118-07 от 09.11.2007.

Немировская И.А. Углеводороды в океане (снег-вода-лед-взвесь-донные отложения). М.: Научный мир, 2004. 328 с.

Пересыпкин В.И., Александров А.В. Поступление и особенности распределения алкано-нафтеновых углеводородов в донных отложениях Кандалакшского залива Белого моря // Океанология. 1996. Т. 36, № 5. С. 727-734.

РД 52.24.505-98. Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтяных компонентов в донных отложениях с идентификацией их состава и происхождения (утв. Росгидрометом 08.06.1998). Ростов н/Д., 1998.

Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 275 с.

Conney A.H. Induction of microsomal enzymes by foreign chemicals and carcinogenesis by polycyclic aromatic hydrocarbons // Cancer. Res. 1982. Vol. 42. P. 4875-4917.

Hites R.A. Sources of polycyclic aromatic hydrocarbons in the aquatic environment // In sources, effects and sinks of hydrocarbons in the aquatic environment. Washington, D.C.: Arlington, 1976. P. 325-332.

Klassifisering av milj0kvalitat i fjorder og kystfarvann. Veiledming / J. Molv&r, J. Knutzen, J. Magnusson et al. // SFT Veiledming. 1997. Vol. 97(03). 36 p. (In Norwegian).

УДК 628.394.17:665.6 (268.45) Н.Ф. Плотицына

Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича, Мурманск, Россия

ПЕРСИСТЕНТНЫЕ ХЛОРИРОВАННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ БАРЕНЦЕВА МОРЯ НА СТАНДАРТНОМ РАЗРЕЗЕ "КОЛЬСКИЙ МЕРИДИАН"

Аннотация

Исследован уровень загрязнения хлорорганическими пестицидами и полихлорбифенилами донных отложений Баренцева моря на стандартном разрезе "Кольский меридиан". Полученные результаты подтверждают низкий уровень загрязнения персистентными хлорированными углеводородами донных отложений на восьми станциях разреза, соответствующий их содержанию в донных отложениях из других районов Баренцева моря.