Статья: Гляциохимические и биогеохимические исследования природных льдов в Приамурье

Специальные экспериментальные исследования показали высокую устойчивость криомикробоценозов р. Амур к выбранному диапазону концентраций ртути (0,00050,001 мг/л). Высокая устойчивость зарегистрирована у микроорганизмов, присутствующих в слое льда 70-117 см [18]. Это дает основание полагать, что здесь формировались все условия для метилирования ртути. Такая же закономерность была установлена ранее во льдах рек Амур и Сунгари после техногенной аварии в Китае при поступлении различных ОВ, в том числе метилированных производных бензола [17]. Высокие концентрации ОВ, независимо от их генезиса, аккумуляция ртути во льдах, присутствие ртутьрезистентных бактерий выступают главными факторами образования высокотоксичной метилртути.

За период исследований 2000-2017 гг. эффект повышенной резистентности криомикробоценозов к ртути отмечали в районе Хабаровского водного узла, где неоднократно регистрировали ртутное загрязнение водной среды. Прежде всего это Амурская протока, загрязнение которой во многом определяется стоком р. Уссури, и правобережная часть основного русла р. Амур, подвергающаяся влиянию стока р. Сунгари.

К важным факторам, обеспечивающим процесс метилирования ртути во льдах, относятся органические вещества, определяющие функционирование колониеобразующих гетеротрофных бактерий (КГБ), отвечающих за образование метилсодержащих продуктов, и устойчивость ко ртути сульфатредуцирующих бактерий - непосредственных участников ее метилирования. Зейское и Бурейское водохранилища на Среднем Амуре также могут выступать в качестве поставщиков комплексных соединений ртути. Риск появления новых источников ртутного загрязнения связан с возобновлением работ на рассыпных месторождениях золота на территории Монголии и заполнением ложа нового Нижнебурейского водохранилища. Пространственно-временные риски необходимо учитывать при поступлении метилртути в прибрежные акватории дальневосточных морей во время весеннего ледохода.

Междисциплинарные исследования льда р. Амур

В последние годы комплексные исследования льда на р. Амур проводятся под руководством заместителя директора по научной работе ИВЭП ДВО РАН д.г.н. А.Н. Ма- хинова при участии гидрологов, геоморфологов, гидрохимиков и гидробиологов. Самые трудоемкие работы по исследованию ледового режима на нескольких створах основного русла р. Амур, в Пемзенской и Амурской протоках и отбору кернов льда для решения междисциплинарных задач проводятся сотрудниками лаборатории гидрологии и гидрогеологии ИВЭП ДВО РАН под руководством к.г.н. В.И. Ким (см. фото).

Сотрудники ИВЭП ДВО РАН во время зимней экспедиции на Амуре. 2014 г. Слева направо: к.г.н., с.н.с. В.П. Шестеркин, м.н.с. С.А. Шмигирилов, инженер А.В. Бочаров, к.г..н., заведующий лабораторией В.И. Ким. Фото А.Н. Махинова

Специалисты Гидрометеослужбы проводят наблюдения в основном за толщиной льда и сроками наступления и окончания основных ледовых явлений. В результате исследований ИВЭП ДВО РАН установлено, что многолетняя изменчивость ледового режима связана с различной суровостью зим и глобальными изменениями климата, зарегистрированными в Приамурье. Это привело к смещению на 2-3 дня сроков основных ледовых явлений в 1991-2013 гг. по сравнению с 1930-1990 гг. (табл. 3), продолжительность ледостава сократилась на 3-4 дня [23].

Таблица 3

Средние многолетние характеристики ледового режима в нижнем течении р. Амур (по данным Дальневосточного УГМС)

Зимние исследования показали, что ледяной покров р. Амур характеризуется значи-тельной неоднородностью строения вследствие различных гидродинамических условий в разных рукавах разветвленного русла, интенсивной динамики русловых процессов и больших скоростей течения на отдельных участках реки [22, 24]. Роль ледовых явлений чрезвычайно важна для оценки динамики русловых процессов при формировании бере¬гов, в том числе в результате зимнего подледного размыва [31].

Характерной особенностью льда р. Амур является большое количество включений в него терригенного материала. В толще льда встречаются галька, песок, детрит, частицы почвы и агрегаты водорослей. Поэтому весьма актуальны исследования химического со¬става льда, генезиса терригенного материала и механизмов вовлечения детрита в биогео- химические процессы. Предполагается, что большую роль в поступлении терригенного материала играют эоловые процессы [23] и сбросы с водохранилищ [18]. Остается откры¬тым вопрос о происхождении «новообразований» кальцита и пирита в составе включений льда, которые относят к хемогенным структурам [30].

Среди актуальных направлений остаются исследования аккумуляции во льдах органи-ческих веществ различного строения и генезиса. Например, обнаруженные в толще льда диатомовые водоросли могут выступать в качестве автохтонного органического вещества. Загрязнение льдов органическими веществами растительного происхождения при акти-визации микробиологических процессов может приводить к образованию летучих орга-нических соединений, содержащих в молекуле метилрадикалы. В зимний период могут складываться условия для метилирования ртути: лимит кислорода, сброс недостаточно очищенных сточных вод, питание подземными железосодержащими водами, активизация процессов сульфатредукции в донных отложениях, технологические сбросы воды из водо-хранилищ.

На фоне всех предпосылок загрязнения ртутью одной из крупнейших речных экоси¬стем Дальнего Востока России возникает острая необходимость более глубокого обсуж¬дения этой проблемы, затрагивающей интересы нескольких государств Азиатско-Тихо¬океанского региона. В перспективе может стать целесообразной разработка расширенной программы мониторинга за формами содержания ртути в компонентах окружающей сре¬ды для предотвращения рисков в интересах экологической безопасности региона.

Литература

1. Бердников Н.В., Рапопорт В.Л., Рыбас О.В., Пелых Т.И., Золотухина ГФ., Зазулина В.Е. Мониторинг загрязнения экосистемы р. Амур в результате аварии на химическом заводе в г. Цзилинь (КНР): нитробензол // Тихоокеан. геология. 2006. Т. 25, № 5. С. 94-103.

2. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 1989. 261 с.

3. Ермаков В.В. Биогенная миграция и детоксикация ртути // Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты: материалы Междунар. симпоз., Москва, 7-9 сентября 2010 г. М.: ГЕОХИ РАН, 2010. С. 5-14.

4. Иванов А.В. Гляциогенный круговорот веществ. Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН, 1993. 94 с

5. Иванов А.В., Алексеев В.Р. Криогенная метаморфизация природных вод // Докл. Ин-та географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР. 1976. № 40. С. 31^0.

6. Иванов А.В. Криогенная метаморфизация химического состава природных льдов, замерзающих и талых вод. Хабаровск; Владивосток: Дальнаука, 1998. 164 с.

7. Иванов А.В., Юрьев Д.Н., Лебедев Ю.М. Криоперифитон в ледяном покрове р. Амур // Материалы гляциологических исследований. Вып. 60. М., 1987. С. 184-189.

8. Иванов А.В. Теория криогенных и гляциогенных гидрохимических процессов. М.: ВИНИТИ, 1987. 236 с.

9. Иванов А.В., Неудачин А.П. Фенолы в снежном покрове и талых водах антропогенных и естественных ландшафтов // Методы оценки состояния природной среды. Владивосток: ДВО АН СССР, 1987. С. 45-51.

10. Иванов А.В., Морозова Т.Н., Трофимова Л.Н. Фитопланктон и гидрохимия некоторых озер Забайкалья // Гидробиология бассейна Амура. Владивосток: ДВО АН СССР, 1978. С. 102-115.

11. Ивашов П.В. Значение диатомовых водорослей в индикации качества воды реки Амур // Биогеохими- ческие и экологические оценки техногенных экосистем бассейна реки Амур. Владивосток: Дальнаука, 1994. С. 170-173.

12. Кипер Р.А., Кондратьева Л.М., Голубева Е.М. Биогеохимические аспекты условий метилирования ртути во льдах реки Амур // Криосфера Земли. 2017. Т 21, № 2. С. 25-32.

13. Кондратьева Л.М., Бардюк В.В., Жуков А.Г Аккумуляция и трансформация токсичных веществ во льдах рек Амур и Сунгари после техногенной аварии в Китае в 2005 г. // Лед и снег. 2011. № 4. С. 118-124.

14. Кондратьева Л.М. Геоэкологические исследования речного льда // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2010. № 6. С. 511-520.

15. Кондратьева Л.М. Лед как компонент биосферы и концентратор токсичных веществ // Биосфера. 2009. Т. 1, № 2. С. 248-256.

16. Кондратьева Л.М. Лед как компонент мониторинга загрязнения поверхностных вод // Измерения, моде-лирование и информационные системы как средства снижения загрязнений на городском и региональном уров-не. ENVIROMIS-2002: тр. Междунар. науч. конф. Т 1. Томск, 2002. С. 174-179.

17. Кондратьева Л.М., Фишер Н.К. Микробиологические исследования льдов рек Амур и Сунгари // Крио-сфера Земли. 2012. Т. 16, № 1. С. 82-93.

18. Кондратьева Л.М., Андреева Д.В., Голубева Е.М. Факторы, влияющие на процессы сульфатредукции и метилирования ртути во льдах реки Амур // Лед и снег. 2018. Т. 58, № 1. С. 105-116.

19. Кот Ф.С. Тяжелые металлы в донных отложениях Среднего и Нижнего Амура // Биогеохимические и экологические оценки техногенных экосистем бассейна реки Амур. Владивосток: Дальнаука, 1994. С. 123-135.

20. Лебедев Ю.М., Сиротский С.Е., Юрьев Д.Н. Зимний фотосинтез в р. Амур и развитие водорослей в связи с подледными световыми условиями // Круговорот вещества и энергии в водоемах. Иркутск, 1981. Вып. 1. С. 88-89.

21. Лебедев Ю.М. Расчет кислородного режима водотока при закрытом русле и наличии подледного фото-синтеза // Водные ресурсы. 1981. № 4. С. 195-199.

22. Махинов А.Н., Ким В.И. Ледяной покров реки Амур и его влияние на русловые процессы // Водные ресурсы. 2013. Т. 40, № 4. С. 359-366.

23. Махинов А.Н., Ким В.И., Матвеенко Д.В. Строение и многолетняя динамика ледяного покрова в нижнем течении реки Амур // Лед и снег. 2018. Т 58, № 1. С. 117-126.

24. Махинов А.Н., Ким В.И., Шмигирилов С.А. Строение льда и ледового покрова реки Амур в нижнем течении на участках разветвленного русла // Водные ресурсы. 2017. Т. 44, № 4. С. 432^41.

25. Соколова Е.А. Влияние температуры на развитие сульфатредуцирующих бактерий в эксперименталь-ных и полевых условиях в зимний период // Сибир. экол. журн. 2010. Т. 6. С. 865-869.

26. Шестеркин В.П. Особенности формирования химического состава льда р. Амур // Гидрохимические материалы. 1990. Т. 108. С. 3-12.

27. Юрьев Д.Н. Речной лед как субстрат для развития планктонных водорослей // Эколого-биогеохимиче- ские исследования на Дальнем Востоке. Вып. 1. Владивосток: Дальнаука, 1996. С. 79-96.

28. Acha D., Pabo C.A., Hintelmann H. Mercury mйthylation and hydrogen sulfide production among unexpected strains isolated from periphyton of two macrophytes of the Amazon // FEMS Microbiol. Ecol. 2012. Vol. 80, N 3. P. 637-645.

29. Gilmour C.C., Podar M., Bullock A.L., Graham A.M., Brown S.D., Somenahally A.C., Johs A., Hurt Jr.R.A., Bailey K.L., Elias D.A. Mercury methylation by novel microorganisms from new environments // Environ. Sci. Technol. 2013. Vol. 47, N 20. P 11810-11820.

30. Kharitonova G.V., Kim V.I., Stenina A.S., Shesterkin V.P, Konovalova N.S. Composition of the Middle Amur Ice Cores after Catastrophic Flooding in 2013 // Biogeosystem Technique. 2017. Vol. 4, N 2. Р 189-206.

31. Kim V.I., Makhinov A.N. Ice erosion of the Amur river banks // 21-st IAHR International Symposium on Ice. Dalian, China, June 11 to 15, 2012. Dalian: University of Technology Press, 2012. P 150-159.

32. Kondratyeva L. Combined methods for Amur River pollution assessment: Ecosystem approach // Report on Amur-Okhotsk project. 2004. N 2. P. 47-65.

33. Kondratyeva L.M., Zhukov A.G. Spatio-temporal effects of Amur River ice pollution with organic substances // Proc. of the 3rd International Meeting of Amur-Okhotsk Consortium-2013 in collaboration with the Conference on “Sustainable Nature Management in Coastal Areas”. 2014. P 45-48. - http://amurokhotsk.com/

34. Matoba S., Sasaki H., Shiraiwa T. Iron flux over the subarctic pacific estimated by an ice-core record from Mount Wrangell, Alaska // Report on Amur-Okhotsk Projekt / ed. by T. Shiraiwa. Kyoto, Japan: Research Institute for Humanity and Nature, 2008. Vol. 5. P. 183-187.

35. Mitsudera H., Matsuda J., Nakamura T., Uchimoto K., Shamov V. Wind and buoyancy-driven intermediate layer circulation in the Sea of Okhotsk // Report on Amur- Okhotsk Projekt / ed. by T. Shiraiwa. Kyoto, Japan: Research Institute for Humanity and Nature, 2008. Vol. 5. P. 189-198.

36. Ohshima K.I., Simizu D. Particle tracking experiment on model of the Okhotsk sea: spreading of the Amur origin water // Report on Amur-Okhotsk Projekt / ed. by T. Shiraiwa. Kyoto, Japan: Research Institute for Humanity and Nature, 2008. Vol. 5. P. 7-13.

37. Shiraiwa T., Kanamori S., Benson C., Solie D., Muravyev T. Shallow ice-core drilling at Mount Wrangell, Alaska // Bull. Glaciol. Res. 2004. Vol. 21. P 71-77.