Индивидуальные органические соединения в осадках северного Каспия как индикаторы природных и техногенных источников поступления органического вещества

Введение.

Актуальность проблемы. Органическая геохимия - одна из наиболее сложных частей геохимии. Трудность исследований по органической геохимии определяется многообразием органических соединений, присутствующих в природе и поступающих в нее из техногенных источников. Прогресс современной органической геохимии в основном связан с появлением новых аналитических методов, в первую очередь - хроматомасс-спектрометрии, позволяющих перейти на уровень изучения индивидуальных органических соединений сложного состава и строения. Осадки водоемов, как депонирующая среда природных и антропогенных органических соединений и как место их формирования и преобразования, являются предметом особого интереса исследователей. Многие органические соединения могут серьезно влиять на здоровье живого и окружающую среду. Северная часть Каспийского моря в настоящее время становится ареной противоречивой хозяйственной деятельности человека - как одна из наиболее ценных рыбохозяйственных акваторий страны, и в то же время - перспективный нефтедобывающий регион. От выявления источников токсичных органических соединений в этой ситуации будет зависеть стратегия природоохранных мероприятий. Вышесказанное определяет актуальность проведенной работы.

Цель работы - на основании соотношения индивидуальных органических соединений выявить природные и техногенные источники поступления органического вещества (ОВ) в донные отложения северной части Каспийского моря.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

- определение уровней содержания приоритетных органических загрязняющих веществ в донных отложениях Северного Каспия;

- исследование пространственного распределения концентраций органических веществ в донных отложениях;

- определение источников поступления органических веществ в осадки по характерным соотношениям индивидуальных соединений (полициклических аромати-ческих углеводородов (ПАУ) и биомаркеров - алканов, циклоалканов и аренов).

Научная новизна. Впервые в современных донных осадках Северного Каспия исследован широкий комплекс индивидуальных органических соединений, относящихся к разным классам углеводородов (УВ). Современное состояние донных отложений по исследованным компонентам находится в пределах естественной нормы (за исключением хлорсодержащих органических соединений). Впервые по комплексу показателей ПАУ и УВ-биомаркеров доказано гетерогенное происхождение углеводородов донных отложений Северного Каспия. Установлены признаки миграционной природы части УВ, что позволило предполагать существование подтока их из нижележащих толщ (<дыхание> залежей). Обнаружено недавно произошедшее загрязнение осадков дихлордифенилтрихлорэтаном (ДДТ) в казахском секторе моря.

Практическая значимость. Полученные данные и разработанные подходы к их интерпретации могут быть использованы при проектировании эколого-геохимического мониторинга и других природоохранных мероприятий на акватории Северного Каспия.

Фактический материал. При выполнении работ автором использованы материалы экологических съемок акватории Северного и Среднего Каспия, проведенных сотрудниками КаспНИРХ в 2001-2004 г. (130 образцов), в т.ч. полученные при участии автора. Аналитические данные по содержаниям индивидуальных органических соединений получены лично автором при содействии сотрудников кафедр органической химии и геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ.

Защищаемые положения.

1. По исследованным компонентам органического вещества донные отложения охваченной работами акватории Северного Каспия в целом находятся в пределах естественной нормы. Выявленные токсичные соединения не превосходят порога действующих концентраций.

2. Исследование биомаркеров в современных осадках Северного Каспия показало гетерогенный характер углеводородов. По соотношениям алканов С₁₂-С₃₃ основная масса углеводородных соединений в большинстве исследованных проб имеет автохтонное раннедиагенетическое происхождение. Вместе с тем, соотношения стереохимических эпимеров стеранов и изомеров гомогопанов не соответствуют показателям для условий раннего диагенеза и указывают на более глубокую степень преобразования ОВ. Данное распределение, очевидно, связано с повсеместным, хотя и незначительным проявлением миграционных УВ на общем седиментогенном распределении ОВ. Повышенные значения этих показателей в точках, пространственно привязанных к тектоническим нарушениям и выявленным месторождениям, сопровождающееся в ряде случаев и нефтяным обликом распределения алканов делает весьма вероятным предположение об эпигенетическом генезисе УВ, обусловленным миграционным потоком УВ из нижележащих толщ (<дыханием> залежей).

3. Общее распределение соотношений изомеров голоядерных ПАУ указывает на вклад пиролитических источников для большей части территории Северного Каспия. Соединения, образующиеся в результате сгорания (природного и техногенного) органического вещества, поступают в осадки акватории главным образом с выносом вод рек Волги, Терека и Урала.

4. Хлорсодержащие органические соединения: ГХЦГ, гексахлорбензол, ДДТ и его метаболиты обнаружены лишь в нескольких образцах осадков, взятых в области выноса вод реки Урал. Выявлено, что в данной области содержания ДДТ выше, чем его метаболитов, из чего следует, что в бассейне Урала произошла недавняя эмиссия ДДТ, запрещенного к применению более 20 лет назад.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 149 стр., содержит 42 рисунка, 6 таблиц и список литературы, насчитывающий 87 наименований.

Публикации и апробация работы. Основные результаты и защищаемые положения диссертационной работы опубликованы в 15 научных работах и докладывались на 4 международных и 3 республиканских конференциях: 2nd seminario di ecologia "Diversity in lentic freshwater ecosystems and management of water resources", (Палермо, 2000), VI экологической конференции молодых ученых Москвы (2000), международной конференции "New technologies in protecting biodiversity in aquatic ecosystems" (Москва, 2002), 5-й и 6-й Школах экологической геологии и рационального недропользования (Санкт-Петербург, 2005, 2006), 8-й международной конференции "Новые идеи в геологии нефти и газа" (Москва, 2005), 16-й международной школе по морской геологии (Москва, 2005).

Благодарности. Автор искренне благодарит своего научного руководителя проф. Д.В.Гричука за внимание, идейную направленность, ценные советы и помощь в написании работы. Глубокую признательность автор выражает своему научному консультанту - доценту кафедры геологии горючих полезных ископаемых Э.А.Абле за руководство аналитической частью работы и интерпретацией данных биомаркерного анализа. Автор признателен сотрудникам кафедры геохимии за поддержку и неизменное внимание на всех этапах проведения работы. Автор благодарит сотрудников кафедры органической химии МГУ В.С.Петросяна, А.Т.Лебедева и О.В.Полякову за помощь в освоении метода хроматомасс-спектрометрии и предоставленную возможность проведения части экспериментальных работ на принадлежащем кафедре приборе. Автор благодарит Е.В.Соболеву (МГУ) за оказанную консультационную помощь в написании диссертации. Особенно хочется поблагодарить зам. директора КаспНИРХ Д.Н.Катунина, без помощи которого данная работа была бы невозможна, за его доброту и отзывчивость, за предоставленный для исследований материал, в т.ч. возможность участия в экспедиционных работах в Каспийском море. Автор благодарен своим родителям и мужу за помощь и поддержку на протяжении всего времени работы.

Работа выполнялась при поддержке грантов INTAS 97 - 31633, грантов РФФИ 02-05-64882 и 05-05-64976 и гранта поддержки ведущей научной школы акад. В.А.Жарикова <Физическая геохимия природных процессов> (N НШ-4175.2006.5).