aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2020-66-2-180-197aari-256Research ArticleЭКОЛОГИЯ, БИОЦЕНОЛОГИЯ И БИОГЕОГРАФИЯECOLOGY, BIOCENOLOGY AND BIOGEOGRAPHYХлорорганические соединения в субарктических малых озерахOrganochlorine compounds in subarctic small lakesКолпаковаЕ. С.KolpakovaE. S.

Архангельск

Elena S. Kolpakova

Arkhangelsk

kolpelen@yandex.ruВельямидоваА. В.VelyamidovaA. V.

Архангельск

Anna V. Velyamidova

Arkhangelsk

ФГБУН Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАНРоссияN. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202010072020662180197Copyright © Колпакова Е.С., Вельямидова А.В., 20202020Колпакова Е.С., Вельямидова А.В.Kolpakova E.S., Velyamidova A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/256

Статья посвящена изучению поведения хлорорганических соединений (ХОС) в специфических условиях субарктических водоемов Большеземельской тундры (на примере малых озер гидротермального урочища Пымвашор и сопредельной территории, бассейн р. Адзьва). Впервые для озерных экосистем района исследования получены данные по количественному содержанию, особенностям распределения и компонентному составу ХОС в течение исторического периода формирования осадочной толщи. Рассмотрено влияние микроклиматических условий гидротермальной системы на состав и распределение в осадках индивидуальных ХОС, отличающихся по физико-химическим свойствам и происхождению. Установлено, что присутствие в донных осадках хлорфенольных соединений обусловлено протеканием естественных энзиматических и биохимических процессов в компонентах водных экосистем. Показано, что ввиду удаленности района исследования присутствие и уровни стойких хлорорганических загрязнителей в осадках связаны с поступлением атмосферным переносом от источников антропогенного (техногенного) воздействия из близлежащих регионов и с территорий в низких широтах.

The article presents the results of studies of the environmental properties of organochlorines which differ in properties and origin, in the lake ecosystems of the Bolshezemelskaya tundra (Nenets Autonomous Okrug, Russia). The purpose of this study was to evaluate and assess the levels, distribution characteristics and composition of organochlorines in the bottom sediments of small lakes located in the Adzva river basin in Pymvashor natural boundary (the northernmost location of the exit of thermal-mineral springs of the continental Europe) and in the adjacent area, outside this unique subarctic hydrothermal zone.

In order to meet this goal, multi-method (hydrochemical, geochemical, etc.) research was carried out using standard generally approved laboratory practices with their adaptation to the study goals. The quantitative content and composition of the target individual organochlorines were determined by gas chromatographic method with electron-capture detection.

The presence of chlorophenol compounds and polychlorinated benzenes (including persistent organic pollutants) was shown in the lakes sediments. The influence of specific microclimatic conditions of subarctic hydrothermal system on the composition and distribution of chlorophenol compounds in lake sediments was considered. In the small lake sediment core in Pymvashor natural boundary a reducing trend in the levels of organochlorines with depth has been recorded (conditioned among other things by the lithological features of bottom sediments). The chlorophenol compounds were found at highest concentrations (619.3–765.5 ng/g) in the sediment upper layers, rich in organic matter; chlorophenol composition was represented mainly by chlorinated phenols, most likely of biotic origin. A lower concentration (185.0 ng/g) of chlorophenol compounds of predominantly abiogenic origin was determined in the lake sediments outside hydrothermal system. The presence and levels of persistent organochlorine pollutants (pentachlorophenol 0.1–2.4 ng/g; hexa- and pentachlorobenzenes 0.4–3.6 ng/g) in the lake sediments were associated with long-range atmospheric transport from various origin sources in nearby regions and low-latitude territories.

газовая хроматографиядонные осадкималые озерастойкие органические загрязнителисубарктическая гидротермальная системаурочище Пымвашорхлорорганические соединенияbottom sedimentschlorophenolsgas chromatographypersistent organic pollutantspolychlorobenzenesPymvashor natural boundarysmall lakessubarctic hydrothermal systemРабота выполнена за счет средств Минобрнауки РФ проект № АААА-А18-118012390167-1 «Изучение закономерностей биогеохимических процессов циклов хлора и серы в экосистемах Арктики и Субарктики под влиянием природных и техногенных факторов».This work was carried out at the expense of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation, project No. AAAA-A18-118012390167-1 “Study of biogeochemical process pattern of chlorine and sulfur cycles in the ecosystems of the Arctic and Subarctic under the influence of natural and industry-related factors”.ReferencesИвантер В.В. Арктическое пространство России в XXI веке: факторы развития, организация управления. СПб.: Наука, 2016. 1016 с.Ivanter V.V. Arkticheskte prostranstvo Rossii v XXI veke: faktory razvitiya, organizatsiya upravleniya. Arctic space of Russia in the XXI century: development factors, management organization. St. Petersburg: Science, 2016: 1016 р. [In Russian].Тишков А. А., Белоновская Е.А., Глазов П.М. Антропогенная трансформация арктических экосистем России: подходы, методы, оценки // Арктика: экология и экономика. 2019. № 4 (36). С. 38–51.Tishkov A. A., Belonovskaya Ye.A., Glazov P.M. Anthropogenic transformation of the Russian Arctic ecosystems: approaches, methods, assessments. Arktika: ekologiya i ekonomika. Arctic: Ecology and Economics. 2019, 4 (36): 38–54. [In Russian].Моисеенко Т.И. Теоретические основы нормирования антропогенных нагрузок на водоемы Субарктики. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1997. 261 с.Moiseyenko T.I. Teoreticheskiye osnovy normirovaniya antropogennykh nagruzok na vodoyemy Subarktiki. Theoretical foundations of the regulation of anthropogenic pressures on the water bodies of the Subarctic. Apatity: KSC RAS, 1997: 261 p. [In Russian].AMAP Assessment Report: Arctic Pollution Issues. Arctic Monitoring and Assessment Programme. Oslo: AMAP, 1998. xii+859 p.AMAP Assessment Report: Arctic Pollution Issues. Arctic Monitoring and Assessment Programme. Oslo: AMAP, 1998: xii+859 p.Gribble G.W. Naturally Occurring Organohalogen Compounds — a Comprehensive Update. Wien; New York: Springer, 2010. 613 р.Gribble G.W. Naturally Occurring Organohalogen Compounds — a Comprehensive Update. Wien; New York: Springer, 2010: 613 р.Field J.A. Natural production of organohalide compounds in the environment / Organohalide-Respiring Bacteria. 2016. Р. 7–29.Field J., Sierra-Alvarez R. Natural production of organohalide compounds in the environment. Organohalide-Respiring Bacteria. 2016, 1: 7–29.Даувальтер В.А. Геоэкология донных отложений. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2012. 242 с.Dauval’ter V. A. Geoekologiya donnykh otlozheniy. Geoecology of bottom sediments. Murmansk: MGTU, 2012: 224 р. [In Russian].Боголицын К.Г., Болотов И.Н. Функционирование субарктической гидротермальной экосистемы в зимний период. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. 252 с.Bogolitsyn K.G., Bolotov I.N. Funktsionirovaniye subarkticheskoy gidrotermal’noy ekosistemy v zimniy period. The functioning of the subarctic hydrothermal ecosystem in winter. Ekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2011: 252 р. [In Russian].Голдина Л.П. География озер Большеземельской тундры. Л.: Наука, 1972. 103 с.Goldina L.P. Geografiya ozer Bol’shezemel’skoy tundry. The geography of the lakes of the Bolshezemelskaya tundra. Leningrad: Science, 1972: 103 p. [In Russian].Атлас Архангельской области. М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1976. 72 с.Atlas Arkhangel’skoy oblasti. Atlas of the Arkhangelsk region. Moscow: Main Directorate of Geodesy and Cartography under the Council of Ministers of the USSR, 1976: 72 p. [In Russian].Беспалая Ю.В., Болотов И.Н., Усачева О.В. Население моллюсков субарктической гидротермальной экосистемы в зимний период // Зоологический журнал. 2011. Т. 90. № 11. С. 1304–1322.Bespalaya Yu.V., Bolotov I.N., Usacheva O.V. Population of mollusks of the subarctic hydrothermal ecosystem in winter. Zoologicheskiy zhurnal. Zoological Journal. 2011, 90, 11: 1304–1322. [In Russian].Полякова Е.В., Гофаров М.Ю., Скютте Н. Г., Игловский С.А. Спутниковые и подспутниковые методы исследований наземных гидротермальных экосистем (на примере субарктического термального урочища Пымвашор в Большеземельской тундре) // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2013. Т. 10. № 2. С. 115–128.Polyakova Ye.V., Gofarov M.Yu., Skyutte N. G., Iglovskiy S.A. Sputnikovyye i podsputnikovyye metody issledovaniy nazemnykh gidrotermal’nykh ekosistem (na primere subarkticheskogo termal’nogo urochishcha Pymvashor v Bol’shezemel’skoy tundre). Satellite and sub-satellite methods for investigating terrestrial hydrothermal ecosystems (on the example of the subarctic thermal tract Pymvashor in the Bolshezemelskaya tundra). Sovremennyye problemy distantsionnogo zondirovaniya zemli iz kosmosa. Modern problems of remote sensing of the Earth from space. 2013, 10, 2: 115–128. [In Russian].Кадастровый отчет по ООПТ Памятник природы регионального значения «Пым-Ва-Шор». URL: http://oopt.aari.ru (дата обращения 12.12.2019).Kadastrovyy otchet po OOPT Pamyatnik prirody regional’nogo znacheniya “Pym-Va-Shor”. Cadastral report on protected areas Monument of nature of regional significance “Pym-Va-Shor”. Available at: http://oopt.aari.ru (accessed 12.12.2019).Шевченко В.П., Любас А.А., Стародымова Д.П., Болотов И.Н., Аксенова О.В., Алиев Р.А., Гофаров М.Ю., Игловский С.А., Кокрятская Н.М. Особенности геохимии тяжелых металлов в донных осадках малых озер урочища Пымвашор (Большеземельская тундра) // Успехи современного естествознания. 2017. № 1. С. 105–110.Shevchenko V.P., Lyubas A.A., Starodymova D.P., Bolotov I.N., Aksonova O.V., Aliyev R.A., Gofarov M.YU., Iglovskiy S.A., Kokryatskaya N.M. Features of the geochemistry of heavy metals in bottom sediments of small lakes in the Pymvashor tract (Bolshezemelskaya tundra). Uspekhi sovremennogo yestestvoznaniya. The successes of modern science. 2017, 1: 105–110. [In Russian].Клюев Н.А., Шелепчиков А.А., Сойфер В.С., Бродский Е.С. Метод проточного экстрагирования из твердых веществ // Журнал аналитической химии. 2003. Т. 58. № 7. С. 707–708.Klyuyev N.A., Shelepchikov A.A., Soyfer V.S., Brodskiy Ye.S. Solids Flow Extraction Method. Zhurnal analiticheskoy khimii. Journal of Analytical Chemistry. 2003, 58, 7: 707–708.ISO 14154:2005(E). Soil quality — Determination of some selected chlorophenols — Gas-chromatographic method with electron-capture detection. International standard. 2005. 15 р.ISO 14154:2005(E). Soil quality — Determination of some selected chlorophenols — Gas-chromatographic method with electron-capture detection. International standard. ISO, 2005: 15 р.Method 8081B (SW-846): Organochlorine pesticides by gas chromatography. Revision 2. EPA. 2007. URL: https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-12/documents/8081b.pdf (дата обращения 12.12.2019).Method 8081B (SW-846): Organochlorine pesticides by gas chromatography. Revision 2. EPA. 2007. Available at: https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-12/documents/8081b.pdf (accessed 12.12.2019).Гельман Н.Э. Методы количественного органического элементного микроанализа. М.: Химия, 1987. 296 с.Gel’man N.E. Metody kolichestvennogo organicheskogo elementnogo mikroanaliza. Methods of quantitative organic elemental microanalysis. Moscow: Chemistry, 1987: 296 p. [In Russian].Колпакова Е.С. Хлорфенольные соединения в пресноводных озерах субарктических регионов // Проблемы Арктики и Антарктики. 2018. Т. 64. № 4. С. 366–376.Kolpakova E.S. Chlorophenol compounds in freshwater lakes of subarctic regions. Problemy Arktiki i Antarktiki. Problems of Arctic and Antarctic. 2018, 64 (4): 366–376. [In Russian].Briois C., Gullett B., Ryan S., Tabor D., Touati A. Temperature and concentration effects on the dioxin and furan formation from a mixture of chlorophenols over fly ash // Organohalogen Compounds. 2006. V. 68. Р. 850–856.Briois C., Gullett B., Ryan S., Tabor D., Touati A. Temperature and concentration effects on the dioxin and furan formation from a mixture of chlorophenols over fly ash. Organohalogen Compounds. 2006, 68: 850–856.Кафенгауз Л.Б. Эволюция промышленного производства России (последняя треть XIX в. — 30-е годы ХХ в.). М.: Эпифания, 1994. 848 с.Kafengauz L.B. Evolyutsiya promyshlennogo proizvodstva Rossii (poslednyaya tret’ XIX v. — 30-ye gody XX v.). The evolution of industrial production in Russia (the last third of the 19th century — the 30s of the 20th century). Moscow: Epifaniya, 1994: 848 p. [In Russian].Мотузова Г.В., Карпова Е.А. Химическое загрязнение биосферы и его экологические последствия. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2013. 304 с.Motuzova G.V., Karpova E.A. Khimicheskoe zagriaznenie biosfery i ego ekologicheskie posledstviia. Chemical pollution of the biosphere and its environmental effects. Moscow: University of Moscow, 2013: 304 p. [In Russian].Ровинский Ф.Я., Воронова Л.Д., Афанасьев М.И. Фоновый мониторинг загрязнений экосистем суши хлорорганическими соединениями. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 270 с.Rovinskiy F.YA., Voronova L.D., Afanas’yev M.I. Fonovyy monitoring zagryazneniy ekosistem sushi khlororganicheskimi soyedineniyami. Background monitoring of pollution of land ecosystems by organochlorine compounds. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1990: 270 p. [In Russian].Barber J., Sweetman A., Jones K. Hexachlorobenzene — Sources, environmental fate and risk characterization: Science Dossier / Euro Chlor. 2005. 116 p.Barber J., Sweetman A., Jones K. Hexachlorobenzene — Sources, environmental fate and risk characterization: Science Dossier. Euro Chlor, 2005: 116 p.Bailey R.E., van Wijk D., Thomas P.C. Sources and prevalence of pentachlorobenzene in the environment. Review // Chemosphere. 2009. V. 75. P. 555–564.Bailey R.E., van Wijk D., Thomas P.C. Sources and prevalence of pentachlorobenzene in the environment. Review. Chemosphere. 2009, 75: 555–564.Muir D.C.G., Grift N.P., Lockhart W.L. Spatial trends and historical profiles of organoclorine pesticides in Arctic lake sediments // Science of the Total Environment. 1995. V. 160/161. P. 447–457.Muir D.C.G., Grift N.P., Lockhart W.L. Spatial trends and historical profiles of organoclorine pesticides in Arctic lake sediments. Science of the Total Environment. 1995, 160/161: 447–457.Троянская А.Ф., Вельямидова А.В. Стойкие органические загрязнители в субарктических озерах на Европейском Крайнем Севере России // Водные ресурсы. 2017. № 4. С. 465–474.Troyanskaya A.F., Vel’yamidova A.V. Persistent organic pollutants in subarctic lakes in the European Far North of Russia. Vodnyye resursy. Water resources. 2017, 4: 465–474. [In Russian].Cleemann M., Riget F., Paulsen G.B. Organochlorines in Greenland lake sediments and landlocked Arctic char (Salvelinus alpinus) // Science of the Total Environment. 2000. V. 245. P. 173–185.Cleemann M., Riget F., Paulsen G.B. Organochlorines in Greenland lake sediments and landlocked Arctic char (Salvelinus alpinus). Science of the Total Environment. 2000, 245: 173–185.Skotvold T., Wartena E., Christensen G.N. Organochlorine contaminants in biota and sediment from lakes on Bear Island. Report APN510.1443.1 / Akvaplan-NIVA. Tromsø, 1999. 63 p.Skotvold T., Wartena E., Christensen G.N. Organochlorine contaminants in biota and sediment from lakes on Bear Island. Report APN510.1443.1. Akvaplan-NIVA. Tromsø, Norway, 1999: 63 p.Christensen G.N., Savinov V., Savinova T. Screening studies of POP levels in bottom sediments from selected lakes in the Paz watercourse. Report APN514.3665.01 / Akvaplan-NIVA. Tromsø, 2007. 48 p.Christensen G.N., Savinov V., Savinova T. Screening studies of POP levels in bottom sediments from selected lakes in the Paz watercourse. Report APN514.3665.01. Akvaplan-NIVA. Tromsø, Norway, 2007: 48 p.Skotvold T., Wartena E., Rognerud S. Heavy metals and persistent organic pollutants in sediments and fish from lakes in Northern and Arctic regions of Norway. Report APN514.660.1 / Akvaplan-NIVA. Tromsø, 1997. 97 p.Skotvold T., Wartena E., Rognerud S. Heavy metals and persistent organic pollutants in sediments and fish from lakes in Northern and Arctic regions of Norway. Report APN514.660.1. Akvaplan-NIVA. Tromsø, Norway, 1997: 97 p.Allen-Gil S.M., Gubala C.P., Wilson R. Organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls (PCBs) in sediments and biota from four US Arctic lakes // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 1997. V. 33. P. 378–387.Allen-Gil S.M., Gubala C.P., Wilson R. Organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls (PCBs) in sediments and biota from four US Arctic lakes. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 1997, 33: 378–387.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.