Геохимическая характеристика донных отложений Керченского пролива (в связи с созданием нового глубоководного порта)

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Геология
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    2,55 Мб
  • Опубликовано:
    2014-07-05
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Геохимическая характеристика донных отложений Керченского пролива (в связи с созданием нового глубоководного порта)











Геохимическая характеристика донных отложений Керченского пролива

(в связи с созданием нового глубоководного порта)

Выпускная квалификационная работа бакалавра
по направлению 020300 «Геология»

Оглавление

Введение

. Характеристика района работ (обзор литературных данных)

1.1 Физико-географическое описание

.2 Геологическое строение района работ

. Методы полевых и лабораторных исследования

.1 Полевые исследования

.2 Лабораторные исследования

. Полученные результаты

. Обсуждение полученных результатов

.1 Статистическая обработка результатов химического анализа  донных осадков и построение геохимических карт

.2 Формы нахождения тяжелых металлов в донных осадках

.3 Формы нахождения тяжелых металлов в морской воде

Заключение

Список литературы

Введение

Объектом исследования данной работы является акватория Керченского пролива. Постановка задачи связана с созданием нового глубоководного порта на Таманском полуострове, интегрированного в МТК «Север-Юг» и дополняющего портовые мощности. В связи с предстоящим строительством проводится серия анализов проб вод и донных отложений с целью оценки экологической ситуации в целом, загрязнения отдельными токсикантами в настоящий момент и планирования последующего мониторинга. Особый интерес представляет прогноз возможного вторичного загрязнения воды Керченского пролива тяжелыми металлами в результате их перехода в водную фазу из донных осадков при проведении планируемых работ, в связи с чем исследуется не только поверхностный слой отложений, но и проводится опробование по скважинам.

Основная цель работы - определение степени загрязнения донных осадков и вод Керченского пролива, а также геохимических особенностей поведения тяжелых металлов в системе “донные отложения - вода”

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

Определение содержания тяжелых металлов, органического вещества и нефтепродуктов в донных осадках, поверхностных и придонных водах.

Оценка загрязнения донных осадков и построение геохимических карт.

Определение преобладающих форм нахождения тяжелых металлов в донных осадках.

Расчет коэффициентов водной миграции и форм нахождения тяжелых металлов в поверхностных и придонных водах.

При выполнении работы использовались следующие методы:

Атомно-абсорбционная спектрометрия (определение тяжелых металлов) донный загрязнение отложение вода

Фотометрия (определение нефтеуглеводородов)

Метод постадийной экстракции (определение форм нахождения тяжелых металлов в донных отложениях)

Программа STATISTICA (обработка результатов анализов)

Программа PHГEEQC (расчет миграционных форм элементов в водах)

Программа Suгfeг и CoгelDгaw x4 (построение геохимических карт).

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры геохимии Альхову А.С и Семеновой В.В за помощь в проведении лабораторных исследований, статистической обработке и построениях карт. Отдельная благодарность сотрудникам ОАО “Ленморниипроект” и особенно Рябову Е.М, Рыжову С.Б и Иванову В.Н за помощь в работе, предоставлении полевого материала и фондовой информационной базы.

1. Характеристика района работ (обзор литературных данных)

1.1 Физико-географическое описание

Работы проходили в Темрюксоком районе Краснодарского края в Керченском проливе и у побережья Таманского полуострова между мысом Панагия и мысом Тузла. Таманский полуостров расположен в западной части Краснодарского края на границе с Украиной, разделен с ней Керченским проливом, на юге граничит с Анапским и Крымским районами, на востоке со Славянским районом, с севера омывается Азовским морем, с юга - Черным морем. На Таманском полуострове находится административная единица Краснодарского края - Темрюкский район. Население города 36,2 тыс. жителей (2008).Район включает один город районного подчинения - Темрюк и 27 сельских населенных пункта. В непосредственной близости от района работ расположены поселок Волна, находящийся в двух километрах, и станция Тамань в восьми километрах. На территории Таманского полуострова находятся два порта международного значения порт "Темрюк" и порт "Кавказ", на мысе Железный Рог ведется строительство третьего порта "Тамань" который должен стать одним из крупнейших на юге России. На Таманском полуострове открыты месторождения природного газа <#"794718.files/image001.gif">

Условные обозначения:

. Cовременные почвы, соглинки, супеси 2.Новочерноморские морские илы,алевриты 3.Новоазовские морские илы 4.Древнечерноморские морские илы

Новоэвксинские отложения:

.Верненовоэвксинские морские илы, алевриты, пески 6.Лиманный комплекс фауны 7.Нижненовоэвксинские морские отложения 8.Новоэвксинские нерасчлененные морские отложения

Посткарангатские отложения:

.Аллювиальные кварцевые пески. 10.Субаэральные глины, суглинки. 11.верхнекарангатские раковинно-детритовые известняки. 12. Лиманные и прибрежно-морские глины . 13.Мелководные и глубоководные глины.

Древнеэвкинские отложения:

. Лиманные и прибрежно-морские глины 15. Мелководные и глубоководные глины. 16. Чаулинские и постчаудинские пески, глины, конгломераты, сугленки.

2. Методы полевых и лабораторных исследования

2.1 Полевые исследования.

Отбор проб донных отложений

Работы по отбору пробы донных отложений проводились в Краснодарском крае в Темрюкском районе западной части полуострова Тамань, в районе акватории Керченского пролива в период с июля по ноябрь 2011г, заказчиком которым является ФГРУП “Росмопорт”. Пробы донных осадков отбирались дночерпателем Океан-25 в глубинах от 0,0-0,01 до 18м. По результатам работы было отобрано 157 точек отбора, из которых получено 320 проб. Для дальнейших исследований все пробы были переданы в компанию ОАО “Ленморниипроект”. После обработки для моей работы было использовано 140 точек отбора из которых получилось 212 проб.

Рис 2. Карта отбора проб донные отложений

Отбор проб морской воды

Морская вода отбиралась по 3 профилям на той же территории, что и донные отложения. Отбор проб воды выполнялся на 33 станциях для исследования гидрохимических параметров и содержания тяжелых металлов из придонного и поверхностного слоя. Вода отбиралась с корабля при помощи металлического пробоотборника до 10 м и зондом при глубине больше 10 м с определением солености и температуры. В состав гидрохимических исследований входили определения фосфора фосфатного (Р-РО4), азота нитритного (N-NO2), азота нитратного (N-NO3), азота аммонийного (N-NH4), кремния кремнекислоты (Si-SiO3), хлориды (Сl-), сульфаты (SО2-4).

2.2 Лабораторные исследования

Лабораторное исследовании донных осадков включало

визуальное описание проб

гранулометрический анализ выборочных проб

определение содержания металлов (Cd, Cu, Hg, Mn, Pb, Ni, Fe, Zn)

определение содержания нефтепродуктов

определение концентрации органического вещества

определение форм нахождения тяжелых металлов в выборочных пробах.

Рис.3. Схема гидрологических станций наблюдения в районе порта Тамань

Гранулометрический анализ

Результаты гранулометрического анализа донных отложений были взяты из фонда данных ОАО “Ленморниипроект”.

Определение химического состава

методом атомно-абсорбционной спектрометрии

Определение химического состава проводились мной в научно-исследовательской химико-экологической лаборатории (ХЭЛ) ОАО “Ленморниипроект”. Определение металлов (Fe,Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Hg, Mn,) в пробах донных осадков проводили атомно-абсорбционным методом , предварительно пробы высушивались до воздушно-сухого состояния и проходили сетование по методике М-МВИ-80-2008. Отбиралась фракция до 1 мм с добавлением 3мл азотной кислоты и 5 мл дистиллированной воды и до полного растворения силикатной составляющей донных осадков, пробы помещались в микроволновую печь. Затем пробу фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу на 100 мл. Объем доводят до метки дистиллированной водой. Полученный раствор анализируют на приборе.

Определение нефтепродуктов

Определение нефтепродуктов (НП) в донных осадках проводили по измерению массовой доли нефтепродуктов на анализаторе жидкости «Флюорат-02» флуориметрическим методом, основанным на их экстракции из образца хлористым метиленом или хлороформом, переводе в гексан и очистке экстракта методом колоночной хроматографии с последующим измерением интенсивности флуоресценции очищенного экстракта на анализаторе «Флюорат-02». Диапазон измеряемых массовых долей нефтепродуктов составляет от 5 до 20000 мг/кг.

Определение концентрации органического вещества

Для определения концентрации органического вещества использовался метод сухого озоления. Пробы предварительно высушивались до постоянного веса при температуре 105-110ºС. Предварительно было определено содержание гигроскопической влаги в %, необходимое для пересчета результатов озоления на сухое вещество. Озоление образца проводилось при 500-550оС в течение 3-4 часов до постоянного веса. После озоления навески содержание органического вещества вычисляют по формуле:

,

где а - убыль массы, р - навеска абсолютно сухого вещества до озоления, взятого на анализ, г.

Определение форм нахождения тяжелых металлов

Одним из наиболее распространенных методов определения форм нахождения элементов в горных породах, почвах и донных осадков является их фазовый химический анализ, заключающийся в приготовлении и определении химического состава отдельных или постадийных вытяжек с использованием различных селективных реагентов, которые переводят в раствор одни соединения, не разлагая другие. Определение форм нахождения элемента производится обычно не из отдельных навесок, а путем последовательной обработки одной и той же навески различными растворителями.

Схемы проведения фазового химического анализа довольно многочисленны; выбор оптимальной схемы определяется особенностями исследуемого осадка, почвы или горной породы, а также набором определяемых элементов. В табл 3 приведена схема постадийных вытяжек, применяемая в настоящей работе.

Таблица 3. Порядок определения форм нахождения металлов в донных осадках.

Порядок извлечения

Формы нахождения элементов

Экстрагенты

Условия протекания эксперимента

1

Легко сорбированные (обменные) формы

1H BaCl2

Т:Ж=1:5 количество обработок-2 длительность каждой обработки-1 час 1г:50мл

2

Формы, связанные с гумусовой органической составляющей

Пирофосфатная вытяжка 0,1M Na4P2O7*10H2O

Т:Ж=1:20 количество обработок-2 длительность каждой обработки-2 часа 1г:50мл

3

Формы, связанные карбонатными соединениями

Ацетатно-буферная смесь 1H NaOH+1H CH3COOH+H2O=1:2:7

Т:Ж=1:20, рН=4.8 Обработка 2 раз в течение 20 минут 1г:50мл


Химический фазовый анализ выполнялся в химической лаборатории кафедры геохимии СПбГУ. Полученные вытяжки затем были проанализированы методом ICP MS на приборе ELAN 6100 DГC (аналитическая лаборатория ВСЕГЕИ).

3. Полученные результаты

Полученные результаты для донных отложений, с целью оценки загрязнения донных осадков они сравнивались с фоновыми концентрациями тяжелых металлов в осадках акватории размещения подводного отвала и с кларками химических элементов в осадочных породах. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Таблица 4. Отношения концентраций химических элементов в донных отложениях к фоновым содержаниям тяжелых металлов в донных осадках Черного моря (по данным ФГУГП “Южморгеология”) .

точка отбора

глубина отбора,м

Cd

Cu

Hg

Mn

Ni

Pb

Fe

Zn



1,25 мг/кг

26,5 мг/кг

0,050 мг/кг

278 мг/кг

31,1 мг/кг

21,5 мг/кг

2,6 %

74 мг/кг

17к

2,0

0,20

0,45

0,50

0,90

0,96

0,23

2,38

0,62

17к

5,0

0,18

0,42

1,00

1,44

1,09

0,14

2,14

0,61

17к

8,0

0,18

0,23

1,00

0,97

0,58

0,14

1,12

0,38

18к

1,0

0,19

0,83

1,00

0,43

1,16

0,33

3,30

0,95

18к

4,0

0,20

0,91

1,00

2,43

1,70

0,23

2,91

0,66

19к

1,0

0,02

0,57

1,00

1,62

1,32

0,33

3,35

0,74

19к

4,0

0,10

0,57

1,00

1,53

1,29

0,33

3,59

0,77

19к

7,0

0,06

0,60

1,00

1,26

1,32

0,19

3,98

0,78

20к

2,0

0,19

0,42

1,00

0,43

1,09

0,23

1,84

0,57

20к

5,0

0,19

0,75

1,00

0,50

0,96

0,09

1,94

0,62

20к

8,0

0,17

0,42

1,00

0,61

0,48

0,14

1,12

0,35

21к

1,0

0,17

0,34

1,00

0,58

0,77

0,09

1,99

0,53

21к

4,0

0,16

0,26

1,00

1,08

0,45

0,05

1,26

0,36

21к

7,0

0,14

0,49

1,00

0,47

0,32

0,14

0,83

0,26

21к

9,5

0,17

0,42

1,00

0,97

0,90

0,19

2,48

0,51

22к

1,0

0,11

0,42

1,00

1,08

0,93

0,14

3,74

0,55

22к

4,0

0,04

0,30

1,00

0,86

0,74

0,60

1,75

0,46

22к

7,0

0,06

0,79

1,00

0,79

1,48

0,23

3,64

0,77

23к

1,5

0,18

0,45

1,00

1,01

0,96

0,19

2,48

0,59

23к

4,5

0,19

0,38

1,00

0,72

1,06

0,23

2,67

0,61

23к

7,5

0,20

0,45

1,00

0,86

1,00

0,19

3,03

0,65

24к

1,0

0,18

0,26

1,00

0,54

0,71

0,05

1,55

0,46

24к

4,0

0,16

0,26

1,00

0,83

0,19

0,14

0,92

0,20

24к

7,0

0,20

0,26

1,40

0,74

0,09

1,46

0,38

24к

10,0

0,17

0,11

1,00

0,61

0,32

0,05

0,78

0,19

25к

1,0

0,18

0,53

1,00

0,65

1,13

0,37

3,16

0,69

25к

4,0

0,14

0,45

1,00

0,94

0,93

0,19

2,62

0,59

25к

7,0

0,18

0,38

1,00

1,08

0,87

0,19

2,23

0,55

26к

2,0

0,17

0,53

1,00

1,08

1,09

0,37

2,62

0,59

26к

5,0

0,13

0,49

1,00

1,19

1,13

0,23

2,91

0,69

26к

8,0

0,17

0,57

1,00

1,19

1,41

0,23

3,45

0,72

27к

2,0

0,17

0,15

1,00

0,50

0,32

0,09

0,73

0,22

27к

4,8

0,18

0,38

1,00

0,76

0,51

0,19

1,07

0,36

29к

1,0

0,18

0,38

1,00

0,97

0,93

0,01

3,01

0,58

29к

4,0

0,11

0,23

1,00

0,50

0,26

0,23

0,68

0,19

29к

7,0

0,18

0,64

1,00

2,09

1,32

0,28

3,64

0,82

30к

2,0

0,20

0,68

1,00

0,86

1,06

0,37

3,88

0,85

1103

1,0

0,12

0,75

1,00

1,55

1,32

10,70

2,12

0,77

1103

5,0

0,06

0,42

1,00

1,94

1,16

10,70

1,63

0,68

1103

10,0

0,02

0,11

1,00

0,94

0,48

1,40

0,58

0,24

1103

17,0

0,06

0,75

1,00

1,83

1,83

15,35

2,63

1,04

1148

5,0

0,06

0,15

1,00

1,47

0,39

3,44

0,68

0,24

1148

1,0

0,05

0,38

1,00

0,72

0,71

6,28

1,15

0,53

1190

1,0

0,08

0,79

1,00

1,40

1,61

11,63

2,79

0,91

1190

5,0

0,06

0,53

1,00

1,22

1,67

11,63

1,88

0,80

1190

10,0

0,06

0,79

1,00

1,80

1,80

12,56

2,43

0,93

1200

1,0

0,06

0,91

1,00

1,62

1,90

16,74

3,31

1,12

1200

5,0

0,05

1,09

1,00

1,80

1,99

14,42

2,82

1,07

1200

10,0

0,02

0,23

1,00

0,58

0,48

1,67

0,63

0,27

1242

1,0

0,05

0,75

1,00

1,98

1,51

12,56

2,35

0,97

1242

5,0

0,09

1,02

1,00

2,05

2,06

16,28

3,46

1,16

1243

1,0

0,07

0,83

1,00

1,83

1,61

13,95

2,37

0,99

1243

5,0

0,02

0,45

1,00

1,51

0,71

6,28

1,06

0,46

1244

1,0

0,28

0,91

1,00

1,80

2,12

14,42

2,84

1,22

1244

5,0

0,02

0,91

1,00

1,12

0,29

1,95

0,56

0,45

1247

1,0

0,02

0,23

1,00

0,68

0,39

2,33

0,60

0,23

1247

5,0

0,06

0,30

1,00

1,40

0,77

6,98

1,60

0,43

1247

10,0

0,02

0,34

1,00

1,65

0,74

4,19

1,21

0,42

1296

1,0

0,02

0,34

1,00

0,80

7,44

1,24

0,45

1296

5,0

0,06

0,30

1,00

1,22

0,71

6,05

1,24

0,43

1296

10,0

0,02

0,23

1,00

1,29

0,61

5,58

0,94

0,35

Г 001

0,0-0,1

0,02

0,15

1,00

0,89

0,28

0,42

0,66

0,33

Г 002

0,0-0,1

0,05

0,16

1,00

0,77

0,21

0,35

0,51

0,28

Г 003

0,0-0,1

0,10

0,05

1,00

0,45

0,10

0,10

0,33

0,13

Г 009

0,0-0,1

0,02

0,08

1,00

0,83

0,12

0,32

0,46

0,16

Г 011

0,0-0,1

0,02

0,25

1,00

0,86

0,14

0,50

0,81

0,41

Г 012

0,0-0,1

0,12

0,10

1,00

0,71

0,46

0,22

0,56

0,27

Г 013

0,0-0,1

0,12

0,14

1,00

1,09

0,20

0,29

0,65

0,23

Г 015

0,0-0,1

0,02

0,46

1,00

0,40

0,51

0,47

1,58

0,59

Г 017

0,0-0,1

0,05

0,17

1,00

0,97

0,28

0,39

0,76

0,32

Г 018

0,0-0,1

0,08

0,45

1,00

1,14

0,73

0,84

1,53

0,07

Г 019

0,0-0,1

0,05

0,07

1,00

0,95

0,17

0,22

0,68

0,15

Г 020

0,0-0,1

0,04

0,13

1,00

0,87

0,26

0,30

0,68

0,31

Г 021

0,0-0,1

0,07

0,06

1,00

0,58

0,30

0,13

0,40

0,15

Г 022

0,0-0,1

0,16

0,34

1,00

1,01

0,48

0,57

1,07

0,50

Г 023

0,0-0,1

0,12

0,19

1,00

0,91

0,33

0,34

0,78

0,35

Г 024

0,0-0,1

0,06

0,20

1,00

0,92

0,25

0,39

0,70

0,31

Г 025

0,0-0,1

0,06

0,15

1,00

1,04

0,31

0,40

0,78

0,32

Г 026

0,0-0,1

0,05

0,23

1,00

0,99

0,37

0,43

0,95

0,42

Г 027

0,0-0,1

0,04

0,12

1,00

0,89

0,27

0,26

0,67

0,28

Г 029

0,0-0,1

0,05

0,15

1,00

0,85

0,25

0,39

0,71

0,32

Г 030

0,0-0,1

0,02

0,08

1,00

0,64

0,20

0,19

0,48

0,20

Г 031

0,0-0,1

0,06

0,11

1,00

0,65

0,14

0,19

0,48

0,18

Г 032

0,0-0,1

0,06

0,27

1,00

0,87

0,41

0,44

0,87

0,42

Г 033

0,0-0,1

0,04

0,16

1,00

0,85

0,26

0,30

0,62

0,29

Г 034

0,0-0,1

0,02

0,10

1,00

0,85

0,22

0,24

0,55

0,24

Г 035

0,0-0,1

0,05

0,21

1,00

0,89

0,30

0,43

0,79

0,35

Г 036

0,0-0,1

0,02

0,11

1,00

0,75

0,22

0,40

0,56

0,29

Г 037

0,0-0,1

0,02

0,07

1,00

0,77

0,20

0,23

0,67

0,22

Г 038

0,0-0,1

0,05

0,07

1,00

0,91

0,15

0,25

0,59

0,15

Г 039

0,0-0,1

0,02

0,06

1,00

0,56

0,10

0,20

0,45

0,12

Г 040

0,0-0,1

0,04

0,16

1,00

0,85

0,26

0,33

1,53

0,31

Г 042

0,0-0,1

0,02

0,16

1,00

0,85

0,27

0,37

0,47

0,31

Г 043

0,0-0,1

0,02

0,22

1,00

0,81

0,54

0,90

0,38

Г 044

0,0-0,1

0,02

0,15

1,00

0,96

0,29

0,36

0,76

0,31

Г 045

0,0-0,1

0,04

0,19

1,00

0,91

0,31

0,44

0,87

0,36

Г 046

0,0-0,1

0,02

0,15

1,00

0,94

0,31

0,33

0,75

0,29

Г 047

0,0-0,1

0,04

0,11

1,00

0,74

0,20

0,31

0,67

0,25

Г 048

0,0-0,1

0,02

0,08

1,00

0,91

0,23

0,25

0,63

0,25

Г 049

0,0-0,1

0,02

0,06

1,00

0,98

0,11

0,20

0,53

0,13

Г 050

0,0-0,1

0,02

0,12

1,00

0,90

0,23

0,35

0,66

0,29

Г 051

0,0-0,1

0,02

0,04

1,00

0,72

0,10

0,13

0,36

0,11

Г 052

0,0-0,1

0,02

0,15

1,00

0,50

0,31

0,33

0,70

0,32

Г 053

0,0-0,1

0,02

0,10

1,00

0,81

0,27

0,20

0,61

0,29

Г 054

0,0-0,1

0,02

0,23

1,00

0,77

0,28

0,36

0,74

0,34

Г 055

0,0-0,1

0,05

0,24

1,00

0,90

0,30

0,39

0,71

0,34

Г 056

0,0-0,1

0,02

0,14

1,00

0,87

0,30

0,47

0,77

0,34

Г 057

0,0-0,1

0,02

0,15

1,00

1,08

0,29

0,37

0,70

0,34

Г 061

0,0-0,1

0,04

0,28

1,00

0,87

0,44

0,57

1,06

0,45

Г 062

0,0-0,1

0,06

0,05

1,00

1,02

0,12

0,10

0,49

0,12

Г 064

0,0-0,1

0,02

0,16

1,00

0,86

0,29

0,30

0,71

0,30

Г 065

0,0-0,1

0,02

0,11

1,00

0,78

0,20

0,30

0,64

0,26

Г 066

0,0-0,1

0,02

0,11

1,00

0,91

0,24

0,25

0,63

0,28

Г 067

0,0-0,1

0,06

0,19

1,00

0,83

0,32

0,37

0,86

0,35

Г 068

0,0-0,1

0,02

0,19

1,00

0,84

0,30

0,40

0,81

0,33

Г 073

0,0-0,1

0,02

0,06

1,00

0,90

0,14

0,17

0,46

0,13

Г 074

0,0-0,1

0,02

0,04

1,00

0,84

0,08

0,16

0,40

0,09

Г 075

0,0-0,1

0,02

0,11

1,00

0,44

0,22

0,26

0,61

0,23

Г 076

0,0-0,1

0,02

0,14

1,00

0,61

0,29

0,30

0,74

0,32

Г 077

0,0-0,1

0,02

0,10

1,00

0,87

0,19

0,29

0,61

0,22

Г 078

0,0-0,1

0,02

0,18

1,00

0,80

0,26

0,40

0,73

0,33

Г 079

0,0-0,1

0,02

0,42

1,00

0,88

0,52

0,78

1,19

0,55

Г 081

0,0-0,1

0,02

0,19

1,00

1,11

0,32

0,50

0,92

0,38

Г 085

0,0-0,1

0,02

0,07

1,00

1,05

0,15

0,16

0,43

0,14

Г 086

0,0-0,1

0,02

0,07

1,00

0,90

0,11

0,16

0,37

0,14

Г 087

0,0-0,1

0,02

0,08

1,00

0,57

0,18

0,14

0,46

0,19

Г 088

0,0-0,1

0,04

0,16

1,00

0,70

0,30

0,35

0,74

0,33

Г 089

0,0-0,1

0,02

0,13

1,00

0,90

0,23

0,27

0,68

0,28

Г 091

0,0-0,1

0,02

0,57

1,00

0,95

0,86

1,52

0,65

Г 097

0,0-0,1

0,02

0,06

1,00

1,05

0,11

0,15

0,44

0,11

Г 098

0,0-0,1

0,02

0,07

1,00

0,89

0,11

0,10

0,37

0,14

Г 099

0,0-0,1

0,02

0,16

1,00

0,51

0,29

0,31

0,70

0,32

Г 101

0,0-0,1

0,02

0,29

1,00

0,97

0,54

0,48

1,11

0,45

Г 109

0,0-0,1

0,05

0,13

1,00

0,94

0,22

0,32

0,66

0,22

Г 113

0,0-0,1

0,02

0,10

1,00

0,90

0,18

0,20

0,50

0,21

Г 114

0,0-0,1

0,02

0,10

1,00

0,72

0,16

0,14

0,48

0,22

1104

1,0

0,04

0,64

1,00

0,66

0,81

0,74

1,60

0,66

1104

5,0

0,02

0,36

1,00

1,24

0,55

0,59

1,21

0,51

1104

10,0

0,02

0,12

1,00

1,11

0,25

0,10

0,45

0,21

1104

18,0

0,04

0,58

1,00

0,72

0,84

0,80

1,71

0,67

1113

1,0

0,10

0,38

1,00

1,55

0,84

0,28

1,16

0,39

1113

5,0

0,14

0,57

1,00

1,26

1,00

0,28

1,40

0,49

1113

10,0

0,06

0,19

1,00

0,47

0,39

0,01

0,60

0,22

1113

13,0

0,10

0,49

1,00

1,69

1,00

0,37

1,40

0,47

1254

0,3

0,09

0,52

1,00

1,03

0,74

0,67

1,34

0,56

1297

1,0

0,19

0,19

1,00

0,77

0,45

0,05

0,66

0,36

1297

5,0

0,13

0,23

1,00

0,65

0,35

0,01

0,42

0,20

1297

10,0

0,14

0,45

1,00

1,40

0,93

0,23

1,17

0,45

Г 004

0,0-0,2

0,02

0,04

1,00

0,40

0,13

0,09

0,36

0,12

Г 005

0,0-0,2

0,05

0,11

1,00

0,74

0,19

0,14

0,59

0,19

Г 006

0,0-0,2

0,05

0,15

1,00

1,22

0,29

0,19

0,65

0,26

Г 007

0,0-0,2

0,07

0,60

1,00

0,94

0,42

0,28

0,62

0,35

Г 014

0,0-0,2

0,04

0,04

1,00

0,54

0,10

0,09

0,33

0,09

Г 016

0,0-0,2

0,06

0,11

1,00

0,72

0,23

0,14

0,50

0,23

Г 041

0,0-0,2

0,04

0,08

1,00

0,54

0,16

0,09

0,42

0,19

Г 063

0,0-0,2

0,09

0,08

1,00

0,54

0,19

0,09

0,44

0,18

Г 090

0,0-0,2

0,05

0,15

1,00

0,86

0,29

0,23

0,70

0,28

К 17

0,0-0,2

0,02

0,23

1,00

0,54

0,19

0,23

0,41

0,24

К 18

0,0-0,2

0,02

0,15

1,00

0,68

0,19

0,23

0,47

0,24

1059

1,0

0,24

0,83

1,00

0,58

1,03

0,70

2,91

0,91

1060

0,7

0,10

0,30

1,00

0,50

0,48

0,47

1,53

0,58

1089

1,0

0,10

0,57

1,00

1,19

1,09

0,70

2,02

1,03

1099

1,5

0,07

0,45

1,00

1,55

0,87

0,42

1,68

0,74

1099

3,5

0,06

0,49

1,00

0,65

0,87

0,51

0,84

1099

6,0

0,04

0,42

1,00

0,76

0,93

0,47

1,53

0,69

1099

12,8

0,05

0,49

1,00

1,51

0,87

0,56

2,04

0,77

1100

1,5

0,10

0,49

1,00

1,37

0,77

0,47

1,40

0,70

1100

4,0-4,2

0,07

0,38

1,00

0,61

0,77

0,47

1,48

0,84

1100

6,5

0,04

0,45

1,00

0,68

0,77

0,47

1,62

0,73

1100

11,0

0,04

0,57

1,00

1,73

0,84

0,56

1,89

0,84

1100

12,9

0,04

0,45

1,00

1,37

0,84

0,51

1,90

0,77

1100

14,0

0,07

0,49

1,00

2,01

0,90

0,51

2,09

0,81

1105

1,0

0,17

0,87

1,00

1,47

1,25

0,56

21068,00

1,04

1105

5,0

0,05

0,30

1,00

1,62

0,58

0,37

1,34

0,61

1105

10,0

0,02

0,26

1,00

1,26

0,51

0,23

1,04

0,49

1105

17,0

0,05

0,45

1,00

1,80

0,84

0,42

1,49

0,77

1144

12,6

0,06

0,53

1,00

1,62

0,90

0,47

1,87

0,81

1144

17,5

0,05

0,42

1,00

1,35

0,71

0,42

1,48

0,66

1163

1,1

0,02

0,53

1,00

0,72

0,84

0,47

1,53

0,72

1163

7,6

0,05

0,87

1,00

2,05

1,32

0,51

2,48

1,11

1163

14,0

0,06

0,87

1,00

0,65

1,25

0,65

1,75

1,05

1167

2,4

0,09

1,17

1,00

1,80

1,99

0,93

2,99

1,23

1167

4,4

0,06

0,49

1,00

2,55

1,00

0,51

1,65

0,65

1167

8,5

0,02

0,72

1,00

2,63

1,16

0,42

2,12

0,92

1167

10,5

0,04

0,79

1,00

1,69

1,25

0,56

2,29

1,04

1167

12,1

0,06

0,60

1,00

0,79

1,09

0,47

1,91

0,91

1167

14,3

0,04

0,64

1,00

1,73

1,03

0,37

1,82

0,80

1184

2,0

0,05

0,72

1,00

1,40

1,03

0,47

1,63

0,84

1184

5,0

0,05

0,53

1,00

1,62

0,80

0,42

1,50

0,78

1184

7,0

0,13

0,64

1,00

0,47

1,13

0,60

1,46

1,07

1184

12,0

0,02

0,30

1,00

0,68

0,74

0,37

1,41

0,66

1188

1,0

0,02

0,26

1,00

0,79

0,68

0,37

1,21

0,55

1188

6,0

0,08

0,72

1,00

2,91

1,03

0,51

1,86

0,91

1188

6,9

0,06

0,53

1,00

3,20

0,87

0,47

1,56

0,77

1188

13,0

0,06

0,45

1,00

1,98

0,71

0,42

1,51

0,72

1256

10,0

0,02

0,42

1,00

2,27

0,80

0,56

1,86

0,89

1256

15,0

0,02

0,45

1,00

1,47

0,87

0,51

1,70

0,77

C 01

0,0-0,2

0,02

0,08

1,00

1,53

0,19

0,14

0,70

0,16

C 05

0,0-0,2

0,06

0,30

1,00

3,20

0,61

0,51

3,16

C 06

0,0-0,2

0,02

0,26

1,00

0,76

0,29

0,33

0,91

0,45

C 07

0,0-0,2

0,02

0,34

1,00

3,60

0,68

0,42

2,07

0,72

C 08

0,0-0,2

0,02

0,26

1,00

0,65

0,45

0,33

1,54

0,51

C 09

0,0-0,2

0,02

0,04

1,00

0,79

0,10

0,05

0,25

0,08

C 10

0,0-0,2

0,02

0,04

1,00

0,79

0,13

0,05

0,55

0,12

C 11_1

0,0-0,2

0,02

0,04

1,00

0,68

0,06

0,05

0,26

0,08

C 12_1

0,0-0,2

0,02

0,04

1,00

0,79

0,10

0,09

0,41

0,09

300

0,0-0,2

0,02

0,11

1,00

2,30

0,26

0,33

0,83

0,22

301

0,0-0,2

0,02

0,08

1,00

1,83

0,19

0,19

0,82

0,19

302

0,0-0,2

0,02

0,11

1,00

2,30

0,26

0,23

1,02

0,23

303

0,0-0,2

0,02

0,08

1,00

1,40

0,16

0,14

0,62

0,14

А 01

0,0-0,2

0,05

0,15

1,00

0,90

0,35

0,28

0,73

0,31

А 02

0,0-0,2

0,06

0,19

1,00

0,79

0,32

0,23

0,75

0,32

А 03

0,0-0,2

0,06

0,11

1,00

0,67

0,26

0,19

0,61

0,23


Из данных табл.4 можно видеть, что уровень загрязнения тяжелыми металлами донных осадков исследованной зоны Керченского пролива в целом может быть охарактеризован как низкий, однако особо выделяется Pb, где max его концентрация в пробах достигает до 360 мг/кг ,что по нормативам относится к целевому уровню, при условии того, что предельный уровень считается с 530 мг/кг (по нормативам для донных осадков Лен. области).

При наличии результатов только химических анализов осадков их интерпретация и выводы могут быть ошибочными, если не учесть все особенности состава осадков, так как (Калмыкова, 2001):

- обнаружение повышенных содержаний каких-либо элементов по химическим анализам еще не является доказательством техногенного загрязнения объекта, поскольку это может быть всего лишь область накопления определенного минерала или минералов, т.е. ореол их рассеяния, обуславливающий естественный фон объекта;

- кларк многих токсичных элементов чрезвычайно мал, и поэтому даже малое количество минералов, попавших в небольшую по объему навеску для химического или физико-химического анализа, может показать высокую концентрацию определенного элемента;

- осадки, сложенные песками или грубообломочными породами грауваккового состава могут давать повышенные содержания некоторых элементов в зависимости от того, чем представлены обломки.

- богатые органическим веществом осадки могут давать высокие содержания различных элементов, в частности U, Pb, V, Se, Cu, Sг, Zn, Ni, Co, Hg, Cd, Sn, As, Mo, W, Fe, Mn, F и других, поскольку органические остатки являются мощными накопителями тяжелых металлов и токсичных элементов;

- если в осадках содержится значительное количество костного и раковинного детрита, то при проведении химических анализов выявится повышенное содержание фосфора, фтора, стронция, возможно, урана, мышьяка, ванадия и др. элементов;

- при наличии в осадках конкреций на результатах химических анализов отобразится целый спектр токсичных элементов, превышающих их ПДК.

Таким образом, для выявления геохимических особенностей поведения химических элементов большое значение имеет определение преобладающих форм их нахождения в донных осадках, так как формы нахождения элементов значительно глубже отражают сущность геохимических явление, чем их валовое содержание.

Данные по формам нахождения химических элементов в донных отложениях позволяют наметить группы геохимических процессов, способствующих переводу этих элементов в водную фазу, например, увеличение минерализации природных вод (процессы десорбции и ионного обмена), понижение pH (растворение карбонатов), развитие анаэробной слабовосстановительной (глеевой) обстановки (разложение оксидов), деятельность микроорганизмов (разложение органических веществ и железомарганцевых оксидов), появление в водах природных и синтетических комплексообразователей, процессы взмучивания (Геохимия окружающей среды, 1990). Эти факторы в водоемах проявляются достаточно интенсивно, т.к. связаны с реально существующими природными и техногенными процессами.

Методом фазового химического анализа были исследованы 8 проб донных отложений: пробы № 1099(1,5м),1099(12,8 м), 1105(1 м), 1105(17м), 1257(1м), 1297 (10м), 1188(1м), 1256 (10м). Определяли формы нахождения следующих тяжелых металлов: Fe, Mn, Ni, Zn, Pb, Cd. Схема проведения фазового химического анализа приведена выше. Всего было выполнено 4 последовательные вытяжки, каждая из которых переводит в раствор определенную форму - от наиболее подвижной (сорбированной) до наименее подвижной, связанной с оксидами и гидроксидами железа и марганца

Результаты химического анализа воды на содержание тяжелых металлов, сравнение их концентраций со средними содержаниями в морской воде представлены в табл. 5.

Таблица 5. Результаты сравнения концентраций химических элементов с кларковыми содержаниями в морской воде (по А.П.Виноградову)

станция

Глубина

Cd

Cu

Fe

Mn

Pb

Ni

Zn



10⁻4

3*10⁻3

10⁻2

2*10⁻3

3*10⁻5

2*10⁻3

10⁻2

 

 

0,0001 мг/л

0,003 мг/л

0,01 мг/л

0,002 мг/л

0,00003 мг/л

0,002 мг/л

0,01 мг/л

ВО9

поверх

8,00

0,33

7

3,5

133,33


0,4

ВО8

поверх

6,00

0,67

6

3

133,33


0,5

ВО8

дно

55,00

0,47


1

200,00


0,6

ВО7

поверх

10,00

0,83

5

2

166,67

1,25

0,5

ВО7

дно

30,00

0,43

3

0,5

166,67


0,5

ВО10

поверх

12,00

0,67

2

2,5

166,67

1

0,4

ВО10

дно

35,00

0,50

3

0,5

200,00

0,75

0,3

В11

поверх

8,00

0,50

2

1,5

66,67

0,75

0,4

В11

дно

27,00

0,40

4

0,5

100,00

0,6

0,3

В12

поверх

15,00

0,50

3

0,5

100,00

0,75

0,5

В15

поверх

9,00

0,40

4

0,5



0,7

В14

поверх

10,00

0,50

4

1

66,67

0,75

0,5

В14

дно

33,00

0,57

2


166,67

0,85

0,5

В13

поверх

5,00

0,33

4

0,25

133,33

1

0,4

В13

дно

35,00

0,40



100,00

1

0,4

В18

поверх

11,00

0,33

2

0,35

66,67


0,4

В17

поверх

16,00

0,63

2

1,5


0,95

0,5

В17

дно

80,00

1,07

2

0,25

166,67

1,6

0,6

В16

поверх

18,00

0,73

3

0,75


1,1

0,5

В16

дно

50,00

0,87

2

1

133,33

1,3

0,4

В19

поверх

14,00

0,67

4

100,00

1

0,4

В19

дно

85,00

1,17

5


200,00

1,75

0,4

В20

поверх

10,00

0,43

3

0,5

66,67


0,5

В20

дно

70,00

1,00


1

100,00

1,5

0,6

В21

поверх

10,00

1,33

2

2


2

0,5

В24

поверх

8,00

1,00

3

1


1,5

0,5

В22

поверх

13,00

1,17

2

2


1,75

0,4

В22

дно

50,00

1,07


0,5

66,67

1,6

0,3

В23

поверх

11,00

1,20

3

1,5

66,67

1,8

0,4

В23

дно

60,00

0,57

2

0,25

100,00

0,85

0,3

В25

поверх

9,00

1,00

2

1

66,67

1,5

0,4

В25

дно

70,00

0,40

2

0,5

66,67


0,3

В26

поверх

20,00

0,60


0,5

133,33

0,9

0,3

В26

дно

70,00

0,57


0,5

100,00

0,85

0,4

В27

поверх

15,00

0,47

4

0,5



0,7

В30

поверх

17,00

0,50

3

0,25

66,67

0,75

0,5

В29

поверх

18,00

0,67

3

1

100,00

1

0,5

В29

дно

40,00

0,57

2

0,5

100,00

0,85

0,4

В28

поверх

20,00

0,50

3

2

66,67

0,75

0,4

В28

дно

50,00

0,50

2

1,5


1,5

0,4

В31

поверх

15,00

0,50

4

3

66,67

0,75

0,5

В31

дно

35,00

0,67

3

0,5


1

0,6

В32

поверх

15,00

0,67

2

2,5

133,33

1

0,5

В32

дно

40,00

0,43


1

100,00

0,65

0,5

В33

поверх

18,00

0,33


3

100,00

0,5

0,4


Из табл. 5 видно, что в исследуемой воде по сравнению со средними содержаниями химических элементов в морской воде (по А.П. Виноградову) обнаружены незначительные превышения для Fe и Mn и существенно повышенные концентрации Сd (до 85 раз) и Pb (до 233 раз).

4. Обсуждение полученных результатов

4.1 Статистическая обработка результатов химического анализа донных осадков и построение геохимических карт

Статистическая характеристика химического состава донных осадков представлена в табл. 6-8 (концентрации химических элементов и нефтеуглеводородов приведены в ppm, зольность - в %). Из представленных в таблице данных видно, что наименее однородное распределение характерно для нефтеуглеводородов, свинца, никеля и ртути, а также для кадмия (в случае глинистой фракции донных осадков.).

Таблица 6. Результаты статистической обработки данных о химическом составе донных осадков.

 


Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

коэф. вариации

 

 

Глубина 0-0,07 м

 

 

Cd

104

0,05

0,03

0,20

0,03

0,60

 

 

Cu

104

4,20

0,94

16,0

2,98

0,71

 

 

Hg

104

0,05

0,05

0,05

0,00

0,00

 

 

Mn

104

254

110

1000

127

0,50

 

 

Ni

104

8,38

2,00

26,88

4,56

0,54

 

 

Pb

104

6,42

1,00

18,05

3,36

0,52

 

 

Fe

104

15167

5200

65000

8165

0,54

 

 

Zn

104

20,6

4,85

53,0

9,69

0,47

 

 

As

76

2,80

0,92

6,30

1,03

0,36

 

 

нефтеуглеводороды

104

4,73

2,50

36,63

4,71

1,00

 

 

зольность

105

2,23

0,59

9,83

1,64

0,73

 


Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

коэф. вариации

 

Глубина 1-2,4

Cd

29

0,15

0,03

0,35

0,09

0,67

 

Cu

31

13,9

0,03

31,0

7,63

0,55

 

Hg

31

0,89

0,05

15,0

3,27

3,67

 

Mn

31

308

0,05

550

149

0,48

 

Ni

31

49,0

10,0

450

77,3

1,57

 

Pb

31

72,2

0,25

360

112,6

1,55

 

Fe

31

40623

5,00

80000

21340

0,52

 

Zn

31

16,0

91,0

21,0

0.40

 

нефтеуглеводороды

31

24,1

2,50

80,0

21,4

0,89

 

зольность

31

4,54

0,81

8,37

2,15

0,47

 


Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

коэф. вариации

 

Глубина 3,5-5

Cd

24

0,11

0,03

0,24

0,07

0,63

 

Cu

27

10,9

0,13

29,00

6,99

0,64

 

Hg

27

2,23

0,05

24,00

6,41

2,87

 

Mn

27

303

0,05

710

173

0,57

 

Ni

27

69,5

6,00

675

145

2,08

 

Pb

27

72,3

0,25

350

103

1,42

 

Fe

27

29413

2,00

71250

18476

0,63

 

Zn

27

42,8

14,0

86,0

17,42

0,41

 

нефтеуглеводороды

27

21,4

2,50

50,0

15,7

0,73

 

зольность

27

3,58

0,59

10,5

2,13

0,59

 


Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

коэф. вариации

 

Глубина 6-10 м

Cd

22

0,11

0,03

0,25

0,09

0,82

 

Cu

24

10,2

0,08

23,0

6,59

0,65

 

Hg

24

1,17

0,05

16,0

3,87

3,31

 

Mn

24

301

0,05

730

179

0,59

 

Ni

24

46,0

7,84

350

72,2

1,57

 

Pb

24

28,7

0,25

270

59,1

2,06

 

Fe

24

32784

3,00

75000

22929

0,70

 

Zn

24

40,4

14,0

82,0

19,93

0,49

 

нефтеуглеводороды

24

19,9

2,50

60,0

18,2

0,91

 

зольность

24

4,52

0,81

30,9

5,97

1,32

 


Таблица 7. Результаты статистической обработки данных о химическом составе песчанистой фракции донных осадков

Эл-ты

Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

коэф. вариации

Cd

113

0,06

0,03

0,25

0,05

0,83

Cu

115

4,65

0,21

24

3,79

0,81

Hg

115

0,20

0,05

11

1,16

5,80

Mn

115

256

0,05

890

118

0,46

Ni

115

13,4

2,00

270

29,1

2,17

Pb

115

14,8

0,25

160

31,1

2,11

Fe

115

15214

3,00

65000

8211

0,54

Zn

115

20,9

4,85

77,0

10,3

0,49

зольность

115

1,95

0,59

9,83

1,37

0,70

нефтеуглеводороды

115

8,33

2,50

60

11,7

1,40


Таблица 8. Результаты статистической обработки данных о химическом составе глинистой фракции донных осадков

 Эл-ты

Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

коэф. вариации

Cd

95

0,14

0,03

0,25

0,16

1,14

Cu

95

9,50

7,00

12

3,54

0,37

Hg

95

0,04

0,03

0,05

0,02

0,47

Mn

95

215

180,0

250

49,5

0,23

Ni

95

22,0

14,00

30

11,3

0,51

Pb

95

6,00

5,00

7

1,41

0,24

Fe

95

40400

31800

49000

12162

0,30

Zn

95

42,0

38,0

46,0

5,66

0,13

зольность

96

3,80

3,78

3,83

0,03

0,008

нефтеуглеводороды

95

20,25

2,50

38

25,10

1,22


Как показали результаты сравнения содержаний химических элементов в исследуемых донных осадках с фоновыми показателями тяжелых металлов в донных осадках Черного моря (по данным ФГУГП “Южморгеология”), загрязнения поверхностного слоя донных осадков не наблюдается.

В программе СoгelDГAW X4 и Suгfeг9 были составлены карты распределения химического элементов в поверхностном слое донных осадков (рис. 3-9).

Условные обозначения:

- изолинии морских глубин

- камни/валуны

- водная растительность

Рис .3 Карта распределения содержаний Cd

Рис 4. Карта распределения содержаний Cu

Рис 5. Карта распределения содержаний Fe

Рис 6. Карта распределения содержаний Mn

Рис 7.Карта распределения содержаний Ni

Рис 8. Карта распределения содержаний Pb

Рис.9. Карта распределения содержаний нефтеуглеводородов.

На рис 10-16 представлены средних содержаний тяжелых металлов и нефтеуглеводородов в зависимости от глубины отбора проб (на примере скважины 1103). Как видно из приведенных графиков, для поверхностного слоя донных осадков характерны наименьшие содержания всех исследуемых металлов и нефтеуглеводородов. Резкое увеличение их содержания наблюдается на глубине 1-2 м, а затем с глубиной оно уменьшается и возрастает на глубине >10 м. Причина выявленных закономерностей нами пока не установлена, для этого требуется более детальное изучение распределения концентраций по глубине не только для средних значений, но и для конкретных скважин, с учетом их литолого-минералогических особенностей.


Рис. 11 Изменение концентрации Cd по глубине

Рис. 12 Изменение концентрации Ni по глубине

Рис 13 Изменение концентрации Fe по глубине

Рис . 14. Изменение концентрации Pb по глубине

Рис. 15 Изменение концентрации Cu по глубине

Рис 16 Изменение концентрации Mn по глубине


По результатам построенных карт можно предположить, что Cd на территорий в большей степени накапливается у каменистый гряды, являющиеся геохимическим барьер, а как следствие в местах повышенного органического вещества, поэтому можно предполагать взаимосвязь содержания Cd с органикой. Повышенное содержание Cu, Fe,Mn Ni, Pb ярко выявляется у побережья, изучая топографическую карту местности было обнаружен небольшой сток втекающий в Керченский пролив, тем самым можно объяснить повышенной содержание тяжелый металлов, как техногенный фактор. Так же почти одинаково повышенные содержания этих металлов встречаются в местах каменной гряды, которая выступает геохимическим барьером и благоприятным источником для накопления этих элементов.

4.2 Формы нахождения тяжелых металлов в донных осадках

Методом фазового химического анализа были исследованы 8 проб донных отложений, отобранных из точек 1099, 1105, 1188, 1256 и 1297 с различных глубин (от 1 до 17 м). Определяли формы нахождения следующих тяжелых металлов: Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd. Схема проведения фазового химического анализа приведена выше. Всего было выполнено 4 последовательные вытяжки, каждая из которых переводит в раствор определенную форму - от наиболее подвижных (водорастворимой и сорбированной) до наименее подвижной, связанной с оксидами и гидроксидами железа и марганца.

Полученные результаты по каждой вытяжке, выраженные в мг/л раствора, были затем пересчитаны по формуле


в мг/кг донных отложений. Здесь - концентрация i-го элемента в донных осадках (мг/кг),  - концентрация i-го элемента в вытяжке (мкг/л), 0.05 - объем вытяжки (л), m - масса навески пробы донных отложений (г). Далее были рассчитаны доли (в %) отдельных форм нахождения каждого элемента от его общего содержания в донных отложениях.

Полученные результаты позволяют установить следующие закономерности. Наиболее подвижная, сорбированная форма, экстрагируемая раствором BaCl2, в большей степени характерна для Cd (5% от его валового содержания), Mn (2,7%) и Zn (2%). Железо и никель вообще не переходят в раствор при обработке этим реагентом, а медь и свинец - в некоторых пробах (доли %). Таким образом, можно предположить, что при взаимодействии с морской водой, обладающей повышенной минерализацией, наиболее вероятен переход из донных осадков в водную фазу кадмия, цинка и марганца.

С помощью пирофосфатной вытяжки (разлагающей органическую составляющую донных осадков) наиболее интенсивно извлекаются из донных осадков медь и кадмий, в отдельных пробах и в меньшей степени - марганец, никель, цинк, свинец, практически не извлекается железо. Наконец, в ацетатную вытяжку (разлагающую карбонаты) переходят небольшие количества марганца, никеля, цинка и, в отдельных пробах, кадмия.

Таблица 9. Подвижные формы нахождения химических элементов в донных осадках (по результатам постадийной экстракции)

Формы нахождения элементов

Cd

Zn

Mn

Cu

Pb

Ni

Fe

Легко сорбированные (обменные) формы

+++

++

++

+

+

-

-

Формы, связанные с гумусовой органической составляющей

++

+

+

++

+

+

-

Формы, связанные карбонатными соединениями

+

+

+

-

-

+

-


.3 Формы нахождения тяжелых металлов в морской воде

Статистическая характеристика химического состава придонных и поверхностных вод представлены в табл. 10 и 11 (концентрации химических элементов и нефтеуглеводородов в мг/дм3). Из приведенных данных видно, что распределение химических элементов достаточно однородно и несущественно различается для придонного и поверхностного слоя воды.

Таблица 10. Результаты статистической обработки данных о химическом составе придонного слоя морской воды

Эл-ты

Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

коэф. вариации

Cd

18

0,0051

0,003

0,009

0,002

0,39

Cu

18

0,0019

0,001

0,004

0,001

0,52

Mn

15

0,0011

0,001

0,003

0,001

0,91

Ni

15

0,0018

0,001

0,004

0,001

0,55

Pb

16

0,0034

0,002

0,006

0,001

0,29

Fe

12

0,0178

0,020

0,050

0,010

0,56

Zn

18

0,0043

0,003

0,006

0,001

0,25

нефтеуглеводороды

18

0,014

0,010

0,020

0,003

0,23


Таблица 11. Результаты статистической обработки данных о химическом составе поверхностного слоя морской воды

Эл-ты

Число проб

среднее

min

max

станд. отклонение

Cd

26

0,001

0,005

0,002

0,005

Cu

26

0,001

0,001

0,004

0,001

Mn

26

0,002


0,007

0,002

Ni

20

0,001

0,001

0,004

0,001

Pb

20

0,002

0,002

0,005

0,001

Fe

24

0,03

0,02

0,07

0,013

Zn

26

0,004

0,003

0,007

0,001

нефтеуглеводороды

26

0,0125

0,025

0,005

0,005


Полученные результаты анализа вод были использованы далее для расчета миграционных форм химических элементов в водах с помощью программы PHГEEQC, которая представляет собой компьютерную программу для моделирования химических реакций и процессов переноса в природных или загрязненных водах. При некотором различии химического состава в отдельных пробах прослеживаются следующие общие закономерности в распределении преобладающих миграционных форм:

) Для Mn, Zn и Ni преобладающими миграционными формами являются свободные ионы. Ниже приведены доли основных миграционных форм этих элементов:+ (80% от общего содержания) - MnSO40 (10,5%) - MnCl+ (4,9%) - MnCl20 (2%)+ (71% от общего содержания) -ZnCl+ (14%) - ZnSO40 (11%) - ZnCl20 (3,2%)+ (91% от общего содержания) - NiSO40 (8,9%)

). Для Pb и Cd преобладающими формами являются хлоридные комплексы+ (62% от общего содержания) - Pb2+ (19%) - PbCl20 (14%) - PbCl3-(3,1%)+ (71% от общего содержания) - CdCl20 (15%) - Cd2+ (11%) - CdCl3-(2%)

). Для Cu и Fe преобладающей формой являются гидроксокомплексы.+(81% от общего содержания) - Cu2+ (25%) - CuCl20 (1,3%)(OH)30 (93% от общего содержания) - Fe(OH)2+ (4,2%) - Fe(OH)4- (2,1%)

На рис. 17-23 эти соотношения миграционных форм представлены в виде круговых диаграмм.

Рис.17

Рис 18

Рис 19

Рис 20

Рис .21

Рис. 22

Рис.23.

Процесс миграции в водной среде характеризуется неодинаковой интенсивностью (скоростью) как для разных элементов, так и для одного и того же элемента, мигрирующего в различных природных обстановках. Для количественной оценки интенсивности водной миграции элементов используется коэффициент водной миграции (Кх) (Перельман, 1979). Значение коэффициента определяется как отношение содержания химического элемента в минеральном остатке воды к его содержанию в водовмещающих породах или кларку литосферы и рассчитывается по формуле:

,

где Кх - коэффициент водной миграции; mх - содержание элемента Х в воде в г/л; а - минерализация воды, мг/л; nх - процентное содержание элемента Х в водовмещающих породах или в литосфере (кларк). При гидрогеохимических исследованиях водоемов за nх часто принимается процентное содержание химического элемента в донных отложениях. Если для вод с активной циркуляцией Кх характеризует интенсивность миграции, то для вод застойных он характеризует интенсивность накопления в водах (морских, озерных, глубоких горизонтах подземных вод) (Перельман, 1979).

Ниже представлены Ряды миграции для кислородсодержащих вод зоны гипергенеза (по А.И.Перельману).

Интенсивность миграции

KX

Состав ряда

Очень сильная

n×10-n×102

S, Cl, B, Bг, I

Сильная

n-n×10

Ca, Na, Mg, F, Sг, Zn, Mo, Se, Au

Средняя

n×10-1-n

Si, K, Mn, P, Ba, Гb, Ni, Cu, Li, Co, Cs, As, Гa

Слабая и очень слабая

n×10-2 и меньше

Al, Fe, Ti, Zг, Th


Нами были рассчитаны коэффициенты водной миграции для средних содержаний элементов в придонном слое воды и в поверхностном слое донных осадков. При расчетах мы полагали минерализацию исследуемой воды равной 17620 мг/дм3 (среднее значение для исследованных проб).

Получен следующий ряд миграционной подвижности: - нефтеуглеводороды - Pb, Cu - Zn, Ni - Fe, Mn.

Заключение

В результате проведенной работы:

Определен химический состав 212 проб донных отложений Керченского пролива. Не установлено существенного загрязнения поверхностного слоя донных осадков тяжелыми металлами по сравнению с фоновыми значениями для Чёрного моря.

Построены карты содержания элементов-загрязнителей в поверхностном слое донных осадков

Определены формы нахождения Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd. Наибольшая доля легко сорбированных (обменных) форм, способных к десорбции при взаимодействии с морской водой, установлена для Cd; относительно высока доля подвижных форм для Mn и Zn.

Определен химический состав 44 проб воды. Обнаружены незначительные превышения кларкового содержания в морской воде для Fe и Mn и существенно повышенные концентрации Сd и Pb, что, вероятно, является гидрохимической особенностью данной территории.

Рассчитаны преобладающие миграционные формы в морской воде и коэффициенты водной миграции в системе “донные осадки - вода” для Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, характеризующие интенсивность их накопления в воде. Наибольшие значения получены для Cd и нефтеуглеводородов.

Список литературы

Барабанов.В.Ф. Геохимия. Л.:Недра 2005г, 422с

Бок Р. Методы разложения в аналитической химии. Пер. с англ. Под ред. А.И. Бусева и Н. В. Трофимова. - М.: Химия, 2008. 432с.

Геохимия окружающей среды. Под редакцией Ю.Е. Саета. Москва: Недра, 2012. 335c.

Калмыкова Н.А. Введение к курсу-практикуму “Литолого-минералогические методы при экогеологических исследованиях”. С-Пб, 2011г

Кузнецов В.А., Шимко Г.А. Метод постадийных вытяжек при геохимических исследованиях. Минск: Наука и техника. 1990. 86 c.

Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии. Нормативный документ. СПБ; 2008. 29с.

Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. Пособие для вузов/ В. И. Фадеева, Т. Н. Шеховцова, В. М. Иванов и др.; Под ред. Ю. А. Золотова. - М.: Высш. шк., 2011. 463 с.:

Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа. 1979. 423 с.

Разенкова Н.И., Филиппова Т.В. Использование фазового химического анализа при изучении антропогенных потоков рассеяния. Доклады АН СССР. 1984. Т.78. N2. С. 465-468.

Современные физические методы в геохимии: Учебник / В. Ф. Барабанов, Г. Н. Гончаров, М. Л. Зорина и др. ; Под ред. В. Ф. Барабанова. - Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1990. 391с.

Похожие работы на - Геохимическая характеристика донных отложений Керченского пролива (в связи с созданием нового глубоководного порта)

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!