Июн 12 2003

Еколого-статистична модель розподілу макро- і мікроелементів у донних відкладеннях Північно-Західної частини Чорного моря

Опубликовано в 19:01 в категории Проблемы Черного моря

Еколого-статистична модель розподілу

макро- і мікроелементів у донних відкладеннях

Північно-Західної частини Чорного моря

Є.П. Ларченков, О.П. Чередниченко, С.В. Кадурин, С.А. Копилов,

І.О. Сучков, С.А. Астафурова, І.О. Гончарова

Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, Одеса

У статі викладаються результати досліджень з виявлення процесів і установленню факторів, що визначають накопичення окремих хімічних елементів у донних відкладеннях північно-західного шельфу Чорного моря. Був проаналізований зміст і розподіл 33 параметрів у донних відкладеннях.

Північно-Західна частина шельфу Чорного моря характеризується унікальним сполученням природних і антропогенних факторів екологічного ризику. Аналіз сучасного стану геологічного середовища показує необхідність детального вивчення динаміки новочорноморських (сучасних) відкладень і їх геохімічної складової.

Визначальний вплив природних факторів, в цьому регіоні, обумовлюється обсягом і хімічним складом стоку рр. Дунаю, Дністра і Дніпра; хімічним складом донних відкладень і морських вод; балансом речовини; процесами седиментації, переміщення і акумуляції наносів; інтенсивністю неотектонічних рухів і сейсмічною активністю; зміною рельєфу дна і берегової лінії.

Проведений аналіз свідчить, що розподіл досліджуваних компонентів украй нерівномірний. Так, наприклад, для багатьох елементів значення стандартного відхилення (СВ), яка по своєму визначенню демонструє усереднену величину різниці між реальними значеннями і середнім, зіставимо із середнім значенням, хоча, для нормального розподілу, не повинна перевищувати третини від середнього. При цьому, що дуже важливо, СВ знаходиться в тих же розмірних величинах що і середнє. Це дозволяє, спільно оперуючи обома цими величинами, перейти до уніфікованих одиниць виміру розподілу елементів, тобто до балів.

Для виявлення асоціацій серед досліджуваних елементів був застосований кластерний аналіз методом Варда, який відрізняється від інших, використанням елементів дисперсійного аналізу для оцінки відстаней між кластерами. Як свідчить діаграма кластерного аналізу (Рис.1.) весь масив хімічних елементів розпадається на дві основні групи: перша, вміщує у собі органічні сполуки: вуглеводневі гази (насичені і ненасичені), Мо та Ge; друга група, більш численна, містить у собі двадцять три хімічних елементів. При цьому, слід зазначити, що ця група поділяється на дві підгрупи – у першу підгрупу ввійшли P, Li, Sn, Co, Ni, Zn, Cr, V, Ga, Cu, Pb, а також Сорг та рідкі вуглеводневі сполуки. Друга підгрупа вміщує Sr, La, Ag, Ti, Mn, Zr, Ba, Y. Таким чином, статистичні методи досліджень дозволяють на підставі кореляційних взаємин розділити всю досліджувану вибірку, а так само виокремити особливості розподілу тих чи інших хімічних елементів у донних відкладеннях північно-західного шельфу.

Рис. 1. Діаграма кластерного аналізу методом Варда.

Для визначення просторового розподілу досліджуваних компонентів були побудовані поелементні карти, на яких градаціями кольору показані значення вмісту кожного хімічного елемента, в балах. Крім розподілу хімічних елементів на карти винесена інформація про літологіч­ний склад донних відкладень та батиметричні показники.

Якщо кластерний аналіз дозволив виділити групи хімічних елементів, то введення балів дозволило робити порівняння характеру розподілу різних елементів, як у межах раніше виділених груп, так і між ними. Крім цього, з’явилася можливість порівняти особливостей розподілу не окремих елементів, а цілих груп. Побудовані на підставі отриманих результатів карти дозволяють оцінити вплив на розглянуту територію не окремого елемента, а сумарний вплив усієї групи.

Інтерпретація і аналіз карт призводять до висновку, що розподіл елементів у донних відкладеннях північно-західного шельфу Чорного моря головним чином визначається геологічними чинниками та джерелами надходженням з суші.

По-перше, розподіл основної маси хімічних елементів визначається літологічною сполукою донних відкладень. Найбільш високі змісти таких хімічних елементів як Ni, Cu і Zn, а також, Mn, Cr, Co і Pb, просторово пов’язані з областю поширення мулів. Швидше за все, це порозумівається сорбційною здатністю глинистих компонентів мулів. Такі компоненти як барій і стронцій тісно зв\’язані з областями поширення черепашникового матеріалу. Подібний зв\’язок цих компонентів з раковинами живих організмів може бути пояснено здатністю цих хімічних елементів заміщати кальцій у кристалічних ґратах мінеральної складової панцирів.

Кліматична зональність, гідродинаміка і гідрохімія басейну, геологія і тектоніка регіону, біологічна продуктивність, фізико-хімічні і біогеохімічні перетворення – основні фактори, що визначають процеси трансформації й акумуляції речовини. Для північно-західного шельфу, як і для всього Чорного моря, найбільш істотною подією, потягла за собою зміну гідрохімічного режиму, був прорив середземноморських вод і виникнення сірководневого зараження в древньочорноморській час.

Вторгнення середземноморських вод спричинило за собою масове розселення середземноморської фауни, яка відрізняється більш високою біопродуктивністю, в порівнянні із солоноватоводною новоевксинською, і , як наслідок цього, середні значення карбонатності сучасних відкладень значно вище, древньочорноморських і новоевксинських, тому що черепашниковий матеріал – головний постачальник біогенних карбонатів у зоні мілководдя. Цю подію можна вважати першою екологічною катастрофою, яка привела до загибелі каспійський біоценоз, замінивши його на середземноморській.

Більш високими значеннями в новочорноморських відкладеннях у порівнянні з древньочорноморськими і новоевксинськими відрізняється зміст Сорг. З одного боку, це пов\’язано з більш високою, в даний час, біопродуктивністю, крім бентосу, фіто- і зоопланктону за рахунок евтрофикації моря, а з іншого – за рахунок діагенетичної деструкції органічної речовини у нижніх верствах.

Розподіл мікроелементів у відкладеннях залежить від форми міграції в річковому стоці і гідродинамічному режимі поверхневої кисневої зони водяної маси. Тому зміни в балансі надходження осадового матеріалу можуть вносити істотні корективи в процеси трансформації й акумуляції речовини.

М.М. Страхов розділив мікроелементи в поверхневих опадах на три групи, узявши за основу форму міграції в живильних басейн ріках [1]. Першу складають геохімічно слаборухливі елементи Ti, Zr, Cr і V, що надходять винятково в зваженій формі, в основному, у грубих фракціях суспензії. До другої групи відносяться Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Mo, W, As, Sc, Au, CaCo3, Cорг і Р, у надходженні яких з річковим стоком просліджується роль розчинів і тяжіння до мілкопелітової фракції. І третю групу складають Pb і Zn, розподіл яких у поверхневих опадах не схожій на жодну з перших, хоча вони і ближче до другої групи.

Аналіз мінливості змістів мікроелементів у піздньочетвертинний час показав, що, загалом, існує тенденція зменшення середніх змістів від новоевксину до дійсного моменту. Причому виділені групи поводяться по різному.

Так, для елементів, що складають першу групу, спостерігається різке (у 2-2.5 рази) зниження змістів у порівнянні з новоевксинськими. Одним з пояснень цього може слугувати фактор зарегулювання рік і зсув у балансі надходження осадового матеріалу убік зменшення ролі твердого стоку, при цьому геохімічно малорухомі елементи розподіляються за правилом алевритової, рідше піщаної фракції. Наші дослідження, в принципі, підтвердили цей висновок. Оцінка латеральної мінливості свідчить, що ділянки максимумів акумуляції цих фракцій явно тяжіють до зон впливу рік, авандельти Дунаю і палеодолині Дніпра. Для Cr, V, Ti, Zn відзначається перший максимум у пісках і другий, в алевритах і суглинках (гранулометричний склад останніх відповідає алевритовому).

Друга, більш рухлива група – Мn, Ni, Fe, Cu і ін. – надходить у басейн седиментації не тільки в складі суспензій, але й у розчинах і розподіляється за правилом пелітової фракції. Ці елементи значно більш активно (у порівнянні з першою групою) прижиттєво концентруються планктоном і при найбільш сприятливих збігах обставин можуть сформувати 10-15 % тих скупчень, що містять сучасні чорноморські сапропелі.

Біологічне концентрування речовини має ряд досить твердих обмежень. Як відомо, прижиттєві функції організмів забезпечують переважне накопичення хімічних елементів, що мігрують у виді щирих розчинів. Елементи, що попадають у Чорне море в складі грубих суспензій (хром, титан, циркон, ванадій) погано накопичуються в органічній речовині планктону, що формує не більш 2-3% реального змісту у мулах.

Крім прижиттєвої акумуляції, відбувається додаткова сорбція мікроелементів органічною речовиною планктону, який є сорбентом позитивно заряд­жених іонів. В даний час це є актуальним моментом, тому, що, за даними багатьох дослідників, в останнє тридцятиріччя різко зросла загальна кількість фітопланктону.

Зміна фізико-хімічних умов у придонному шарі води викликає зміни в співвідношенні між хімічними елементами, що осаджуються. При цьому найбільше інтенсивно осаджуються молібден, мідь і цинк, менш – кобальт і залізо, а марганець і нікель концентруються в мінімальних кількостях. Причому при досить високих вмістах сірководню можливо їхнє надходження в придонний шар з поверхневих донних опадів.

Акумуляція і розподіл мікроелементів у ландшафтних зонах функціонально залежить від форми надходження речовини, седиментаційних умов і типу донних відкладень.

Загальна оцінка розподілу й аналізу середніх змістів дозволили виявити основні закономірності мінливості вивчених ознак, зв\’язані з умовами седиментації і геохімічної еволюції північно-західного шельфу в поздньочетвертинний час, які відображаються в зменшенні накопичення в покладах основної маси мікроелементів, особливо тих, у надходженні яких головна роль належить теригенній складової. Помітно зросла роль біогенного карбонатонакопичення і помітно збільшилася кількість нагромадження органічної речовини.

Застосована методика інтерпретації інформації з геохімії донних відкладень дозволила побудувати еколого-статистичну модель, яка, в свою чергу, дозволяє оцінювати інтегральні характеристики розподілу хімічних елементів на основі літології верхнього шару донних відкладень. Екологічність моделі забезпечується зведеннями нерівномірності розподілу інтегральних оцінок по площі аж до формування аномальних полів.

Література

1. Страхов Н.М. Проблемы геохимии современного океанического литогенеза. – М.: Наука, 1976, – С. 300.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.