Углеводороды в поверхностном слое донных отложений Балаклавской бухты (Черное море)

О. В. Соловьёва1, Е. А. Тихонова1,*, Е. А. Котельянец2, К. И. Гуров2

1 Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН, Севастополь, Россия

2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: tihonoval@mail.ru

Аннотация

Цель работы – определение содержания и пространственного распределения углеводородов в поверхностном (0–5 cм) слое донных отложений б. Балаклавской, а также оценка вероятных источников поступления углеводородов в эту акваторию. Количественное определение суммарного содержания углеводородов проводили путем калибровки пламенно-ионизационного детектора смесью углеводородов (С12–С40) (в диапазоне 0.1–5.0 мг/л), которую готовили гравиметрическим методом. В качестве экстрагента использовали н-гексан. Измерение проводили на газовом хроматографе «Кристалл 5000.2». Суммарное количество углеводородов в донных отложениях б. Балаклавской достигало 2385 мг/кг при среднем 880 мг/кг, а н-алканов – 154 мг/кг при среднем 61 мг/кг. Максимальные концентрации углеводородов отмечены в центральной части бухты, а минимальные – в ее мористой части. В донных отложениях б. Балаклавской идентифицированы н-алканы в диапазоне С13–С35. Общее содержание углеводородов в донных отложениях б. Балаклавской соответствовало уровням, отмеченным на загрязненных участках прибрежных районов Мирового океана. Наличие бимодальности на хроматограммах распределения н-алканов, по-видимому, указывает на смешанное происхождение углеводородов. Рассчитанные маркеры свидетельствуют о преимущественно терригенном происхождении нормальных алканов в донных отложениях акватории (TAR, Alkterr, ∑С25-35/∑С15-21(неч.)), а также о присутствии хронического нефтяного загрязнения (CPI2, UCM/R). Состав углеводородов донных осадков для мористого участка б. Балаклавской отличался от зафиксированного во внутренних частях акватории. Рассчитанные для этого района диагностические индексы, позволяющие дифференцировать нефтяные и биогенные углеводороды, указывают на преобладающее присутствие природных углеводородов.

Ключевые слова

углеводороды, н-алканы, донные отложения, диагностические индексы, бухта Балаклавская, Черное море

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственных заданий: ФИЦ ИнБЮМ «Молисмологические и биогеохимические основы гомеостаза морских экосистем» (№ 121031500515-8); ФГБУН ФИЦ МГИ «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей» (№ 0555-2021-0005 шифр «Прибрежные исследования»).

Для цитирования

Углеводороды в поверхностном слое донных отложений Балаклавской бухты (Черное море) / О. В. Соловьева [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 2. С. 101–117.

Soloveva, O.V., Tikhonova, E.A., Kotelyanets, E.A. and Gurov, K.I., 2022. Hydrocarbons in the Surface Layer of Bottom Sediments of Balaklava Bay (Black Sea). Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (2), pp. 101–117.

Список литературы

  1. Немировская И. А. Нефть в океане (загрязнение и природные потоки). М. : Научный мир, 2013. 432 с. URL: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_1917147 (дата обращения: 2.05.2022).
  2. Загрязняющие вещества в донных отложениях Балаклавской бухты (Черное море) / Е. А. Котельянец [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 469–480. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-469-480
  3. Орехова Н. А., Овсяный Е. И., Тихонова Е. А. Органическое вещество и окислительно-восстановительные условия в донных отложениях Балаклавской бухты // Ученые записки Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2019. Т. 5, № 3. С. 49–64.
  4. Тихонова Е. А., Котельянец Е. А., Гуров К. И. Содержание органических веществ и тяжелых металлов в донных отложениях Балаклавской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. № 3. С. 82–88. doi:10.22449/2413-5577-2019-3-82-89
  5. Воробьев Д. С. Влияние нефти и нефтепродуктов на макрозообентос // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309, № 3. С. 42–45.
  6. Санитарно-биологические исследования прибрежных акваторий юго-западного Крыма в начале XXI века / Отв. ред. О. Г. Миронова, С. В. Алёмова. Симферополь : ИП «АРИАЛ», 2018. 270 с. URL: https://repository.marine-research.org/bitstream/299011/5423/1/Санитарно-биол_иссл_2018.pdf (дата обращения: 2.05.2022).
  7. Nishimura M., Baker E. W. Possible origin of n-alkanes with a remarkable even-to-odd predominance in recent marine sediments // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1986. Vol. 50, iss. 2. Р. 299–305. doi:10.1016/0016-7037(86)90178-X
  8. Петров А. А. Углеводороды нефти. М. : Наука, 1984. 264 с.
  9. Киреева Н. А., Водопьянов В. В., Мифтахова А. М. Биологическая активность нефтезагрязненных почв. Уфа : Гилем, 2001. 376 с.
  10. Оценка биологической активности дерновоподзолистых почв разного гранулометрического состава в условиях нефтяного загрязнения / А. А. Вершинин [и др.] // Почвоведение. 2014. № 2. С. 250–256. doi:10.7868/S0032180X14020130
  11. Silliman J. E., Schelske C. L. Saturated hydrocarbons in the sediments of Lake Apopka, Florida // Organic Geochemistry. 2003. Vol. 34, iss. 2. P. 253–260. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(02)00169-9
  12. An analysis of organic matter sources for surface sediments in the central South Yellow Sea, China: evidence based on macroelements and n-alkanes / S. Zhang [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2014. Vol. 88, no. 1–2. P. 389–397. doi:10.1016/j.marpolbul.2014.07.064
  13. Duan Y. Organic geochemistry of recent marine sediments from the Nansha Sea, China // Organic Geochemistry. 2000. Vol. 31, iss. 2–3. P. 159–167. doi:10.1016/S0146-6380(99)00135-7
  14. Significance of long chain iso and anteiso monomethyl alkanes in the Lamiaceae (mint family) / X. Huang [et al.] // Organic Geochemistry. 2011. Vol. 42, iss. 2. P. 156–165. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2010.11.008
  15. Blumer M., Guillard R. R. L., Chase T. Hydrocarbons of marine phytoplankton // Marine Biology. 1971. Vol. 8, no. 3. P. 183–189. https://doi.org/10.1007/BF00355214
  16. Eglinton G., Hamilton R. J. Leaf epicuticular waxes // Science. 1967. Vol. 156, iss. 3780. P. 1322–1335. doi:10.1126/science.156.3780.1322
  17. An n-alkane proxy for the sedimentary input of submerged/floating fresh water aquatic macrophytes / K. J. Ficken [et al.] // Organic Geochemistry. 2000. Vol. 31, iss. 7–8. P. 745–749. doi:10.1016/S0146-6380(00)00081-4
  18. Sediment and soil organic matter source assessment as revealed by the molecular distribution and carbon isotopic composition of n-alkanes / R. Mead [et al.] // Organic Geochemistry. 2005. Vol. 36, iss. 3. P. 363–370. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2004.10.003
  19. L(U) X., Zhai S. The distribution and environmental significance of n-alkanes in the Changjiang River estuary sediments // Acta Scientiae Circumstantiae. 2008. Vol. 28, iss. 6. P. 1221–1226. https://www.oriprobe.com/journals/hjkxxb/2008_6.html
  20. Simoneit B. R. T. Characterization of organic constituents in aerosols in relation to their rigin and transport: A review // International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 1986. Vol. 23, iss. 3. P. 207–237. doi:10.1080/03067318608076446
  21. Mazurek M. A., Simoneit B. R. T. Characterization of biogenic and petroleum-derived organic matter in aerosols over remote, rural and urban areas / Ed. by L. H. Keith // Identification and Analysis of Organic Pollutants in Air. Boston : Butterworth Publishers, 1984. P. 353–370. URL: https://www.researchwithrutgers.com/en/publications/characterization-of-biogenic-and-petroleum-derived-organic-matter (date of access: 2.05.2022).
  22. Факторы формирования и отличительные особенности физико-химических характеристик донных отложений Балаклавской бухты (Черное море) / К. И. Гуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. № 4. 2015. С. 51–58. doi:10.22449/0233-7584-2015-4-51-58
  23. Загрязнение прибрежной акватории Российского Причерноморья нефтяными компонентами / А. А. Ларин [и др.] // Морской экологический журнал. 2011. Отд. вып. № 2. С. 49–55.
  24. Немировская И. А., Онегина В. Д., Коновалов Б. В. Углеводороды во взвеси и осадках различных районов российского сектора Черного моря // Морской гидрофизический журнал. № 4. 2017. С. 48–60. doi:10.22449/0233-7584-2017-4-48-60
  25. Sources and distribution of aliphatic and polyaromatic hydrocarbons in sediments of Sfax, Tunisia, Mediterranean Sea / H. Zaghden [et al.] // Marine Chemistry. 2007. Vol. 105, iss. 1. P. 70–89. doi:10.1016/j.marchem.2006.12.016
  26. Садыхова Л. Р., Аминбеков А. Ф. Углеводороды в поверхностных донных отложениях Каспийского моря вблизи Апшеронского полуострова // Молодой ученый. 2014. Т. 78, № 19. С. 138–145.
  27. Уварова В. И. Современное состояние уровня загрязненности вод и грунтов Обь-Иртышского бассейна // Сборник научных трудов ГосНИОРХ. 1989. Вып. 305. С. 23–33.
  28. Кузнецова И. А., Дзюбан А. Н. Бактериобентосные сообщества под воздействием нефтяного загрязнения водоемов // Гидробиологический журнал. 2006. Т. 42, № 5. С. 88–92.
  29. Beiger T., Abraiano T. A., Hellou E. I. Generation of biogenic hydrocarbons during a spring bloom in Newfoundland coastal (NW Atlantic) waters // Organic Geochemistry. 1997. Vol. 26, iss. 3–4. P. 207–218. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(96)00159-3
  30. Петрова Н. С., Шанина С. Н. Состав биомаркеров органического вещества солей Припятского калиеносного бассейна // Современное состояние и актуальные направления геологического изучения и комплексного освоения ресурсов недр стран СНГ. Материалы международной научно-практической конференции в рамках XVII сессии Межправительственного совета стран Содружества Независимых Государств по разведке, использованию и охране недр. Минск, 2014. С. 97–98. URL: http://instgeology.by/wp-content/uploads/2017/04/%D1%81%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BA.p_WEBdf.pdf (дата обращения: 3.05.2022).
  31. Geochemical characteristics of saturated hydrocarbon and its indicative significance of seabed sediments in the South Yellow Sea / S. Li [et al.] // Marine Geology Letters. 2009. Vol. 25, iss. 12. P. 1–7.
  32. Distribution and molecular composition of organic matter in surface sediments from the central part of South Yellow Sea / S. Zhang [et al.] // Acta Sedimentologica Sinica. 2013. Vol. 31, iss. 3. P. 497–508.
  33. Jeng W.-L. Higher plant n-alkane average chain length as an indicator of petrogenic hydrocarbon contamination in marine sediments // Marine Chemistry. 2006. Vol. 102, iss. 3–4. P. 242–251. doi:10.1016/j.marchem.2006.05.001
  34. Bray E. E., Evans E. D. Distribution of n-paraffins as a clue to recognition of source beds // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1961. Vol. 22, iss. 1. P. 2–15. https://doi.org/10.1016/0016-7037(61)90069-2
  35. Assessing anthropogenic contamination in surface sediments of Niger Delta, Nigeria with fecal sterols and n-alkanes as indicators / S. O. Sojinu [et al.] // Science of the Total Environment. 2012. Vol. 441. P. 89–96. doi:10.1016/j.scitotenv.2012.09.015
  36. The occurrence of short chain n-alkanes with an even over odd predominance in higher plants and soils / T. K. Kuhn [et al.] // Organic Geochemistry. 2010. Vol. 41, iss. 2. P. 88–95. doi:10.1016/j.orggeochem.2009.08.003
  37. Загрязнение северо-западной и юго-восточной частей российского причерноморья нефтяными компонентами в многолетнем аспекте / Л. Ф. Павленко [и др.] // Экологический вестник научных центров ЧЭС. 2011. № 2. С. 36–43.
  38. Han J., Calvin M. Hydrocarbon distribution of algae and bacteria, and microbiological activity in sediments // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1969. Vol. 64, iss. 2. P. 436–443. doi:10.1073/pnas.64.2.436
  39. Even carbon number predominance of plant wax n-alkanes: a correction / C. M. Reddy [et al.] // Organic Geochemistry. 2000. Vol. 31, iss. 4. P. 331–336. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(00)00025-5
  40. Происхождение углеводородов во взвеси и донных осадках в районе Крымского побережья / И. А. Немировская [и др.] // Доклады Академии наук. 2019. Т. 484, № 5. С. 600–604. https://doi.org/10.31857/S0869-56524845600-604
  41. Gough M. A., Rowland S. J. Characterization of unresolved complex mixtures of hydrocarbons in petroleum // Nature. 1990. Vol. 344. P. 648–650. https://doi.org/10.1038/344648a0
  42. Sutton P. A., Lewis C. A., Rowland S. J. Isolation of individual hydrocarbons from the unresolved complex hydrocarbon mixture of a biodegraded crude oil using preparative capillary gas chromatography // Organic Geochemistry. 2005. Vol. 36, iss. 6. P. 963–970. doi:10.1016/j.orggeochem.2004.11.007
  43. Venkatesan M. I., Kaplan I. R. Distribution and transport of hydrocarbons in surface sediments of the alaskan outer continental shelf // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1982. Vol. 46, iss. 11. P. 2135–2149. https://doi.org/10.1016/0016-7037(82)90190-9
  44. Bouloibassi I., Saliot A. Investigation of anthropogenic and natural organic inputs in estuarine sediments using hydrocarbon markers (NAN, LAB, PAH) // Oceanologica Acta. 1993. Vol. 16, iss. 2. P. 145–161.
  45. Фомин В. В., Репетин Л. Н. Численное моделирование ветровых течений и распространения примеси в Балаклавской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 4. C. 43–58.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)