The speciation of heavy metals in the bottom sediments of Ladoga lake

Abstract

В октябре 2020 года и в июне 2021 года были отобраны 10 проб из поверхностных слоев аквапочв в северной и северо-запалной частях акватории Ладожского озера. В них было определено валовое содержание и форм нахождения в них тяжелых металлов (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Zn, Cu, V, Pb, Cd) методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и Ресурсного центра СПбГУ. Для определения форм нахождения тяжелых металлов в аквапочвах Ладоги была разработана модификация метода фракционирования. Выявлены наиболее «подвижные элементы»: Mn и Fe, содержание которых превышало региональный геохимический фон. Валовое содержание других ТМ в аквапочвах Ладожского озера в большей своей части не превышали региональный фон. В пробах с 5-ти станций присутствовали легкомобилизуемые формы соединений марганца (доля которых не превышала 1,2 %), а легкомобилизуемые формы соединения железа (доля которых не превышала 0,15 %) — в пробах со всех станций. Умеренно мобилизуемые формы железа, марганца и цинка были обнаружены в пробах всех станций, в большинстве проб их доля не превышала 10 %. Установлено, что относительное содержание элементов, находящихся в подвижных формах, была меньше, чем их содержание в прочносвязанных формах. Низкая подвижность элементов, обнаруженных в аквапочвах, подтверждает преобладающую роль природных процессов (геохимические особенности горных пород, как водосбора, так и подстилающих котловину) по сравнению с антропогенным приносом. Содержание органического вещества в пробах аквапочв варьировало в диапазоне 4,4 % до 10,4 %. Установлена зависимость между содержанием органической составляющей аквапочв и наличием в них соединений тяжелых металлов. Оно в значительной степени связывало Mn и Zn. Между величиной потерь при прокаливании проб и содержанием Сr, Cu и Fe в аквапочвах была выявлена прямая тесная значимая (при P = 95 %) корреляционная зависимость (r = 0,83; 0,81; 0,80, соответственно). Между величиной потерь при прокаливании и содержанием ванадия взаимосвязь была прямая средняя (r = 0,66), но несущественная.

In October 2020 and June 2021 10 samples were taken from the surface layers of aqua-soils in the northern and northwestern districts of the water area of Lake Ladoga. The gross content and forms of heavy metals (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Zn, Cu, V, Pb, Cd) were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy in the SPbSU Resource Center. A modification of the fractionation method was developed to determine the forms of occurrence of trace metals in the Ladoga aqua-soils. The most "mobile elements" were Mn and Fe, the content of which exceeded the regional geochemical background. Gross concentrations of other substances in the Ladoga aqua-soils did not exceed regional background in most cases. There were easily mobilizable forms of manganese compounds (whose share did not exceed 1.2 %) in samples from 5 stations and easily mobilizable forms of iron compounds (whose share did not exceed 0.15 %) - in samples from all stations. Moderately mobilizable forms of iron, manganese and zinc were found in the samples of all stations, in the majority of samples their share did not exceed 10 %. It was found that the relative content of elements in mobile forms was less than their content in firmly bound forms. The low mobility of elements found in aqua-soils confirms the predominant role of natural processes (geochemical features of rocks, both watershed and underlying trough) compared with the anthropogenic input. The content of organic matter in aquasoils samples ranged from 4.4 % to 10.4 %. The correlation between the content of the organic component of aqua-soils and the presence of trace metals compounds in them was established. It largely bound Mn and Zn. A direct close significant correlation (P = 95 %) between the value of losses on ignition of samples and the content of Cr, Cu, and Fe in aqua soils was found (r = 0.83; 0.81; 0.80, respectively). There was a direct medium correlation (r = 0.66), but not significant, between the magnitude of losses during calcination and the vanadium content.