Забруднюючі речовини в морській воді та донних відкладеннях імпактних районів Чорного моря - Автореферат

Дисертаційна робота виконувалася відповідно до планів наукових досліджень Морського відділення Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту (МВ УКРНДГМІ) і Морського гідрофізичного інституту НАН України (МГІ НАНУ) в рамках наступних завершених і діючих науково-дослідних проектів: НДР Міністерства екології і природних ресурсів України «Вивчення сучасних тенденцій зміни параметрів гідрохімічного режиму і забруднення морських і поверхневих вод прибережної зони морів в умовах антропогенної дії і природних трансформацій» (УКРНДГМІ, ДР № 0103U008438, 2003-2005 рр.), виконавець. Тема МГІ НАН України «Управління прибережним ресурсним потенціалом морських акваторій України» (МГІ НАНУ, ДР № 0107U001161, 2007-2011 рр.), яка виконується в рамках цільової конкурсної програми наукових досліджень Відділення наук про Землю НАН України «Корисні копалини України і перспективи нарощування їх запасів», виконавець. Для досягнення позначеної мети розвязувалися наступні задачі: вивчити просторово-часову зміну вмісту нафтопродуктів, фенолів (сума) і синтетичних поверхнево-активних речовин у воді, а також нафтопродуктів і фенолів (сума) в донних відкладеннях акваторій Дніпровського лиману і порту Одеса за період 1996-2006 років; дати комплексну характеристику якості вод акваторій Дніпровського лиману і порту Одеса; вода забруднюючий донний дніпровський визначити пріоритетні забруднюючі речовини для кожної з досліджуваних акваторій; оцінити асиміляційну місткість екосистем Дніпровського лиману і порту Одеса по відношенню до пріоритетних забруднюючих речовин.Показано, що для Дніпровського лиману визначаючим є привнесення ЗР зі стоком річок, для акваторії порту Одеса - інтенсивна експлуатація морського вантажопасажирського флоту і місцеве надходження господарсько-побутових і промислових стоків. У Розділі 2 охарактеризована система моніторингових спостережень за вмістом нафтопродуктів (НП), фенолів (сума) і синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР) у воді і в ДВ Дніпровського лиману і акваторії порту Одеса за період 1996-2006 років. У Розділі 3 на основі масиву даних моніторингових досліджень 1996-2006 років охарактеризована просторово-часова мінливість вмісту НП, фенолів (сума) і СПАР у водах Дніпровського лиману і акваторії Одеського порту, а також НП і фенолів (сума) у верхньому антропогенно трансформованому шарі ДВ цих районів. Показано, що у водах Дніпровського лиману в 1996-2006 роках максимальний вміст НП, фенолів і СПАР перевищував гранично допустимі концентрації (ГДК) в 28; 22 і 1,4 рази відповідно (ГДК НП=0,05 мг/дм3; ГДК феноли=1 мкг/дм3, ГДК СПАР=100 мкг/дм3). Комплексна оцінка якості вод за допомогою розрахунку індексу забрудненості вод (ІЗВ) за змістом НП, фенолів (сума), СПАР і розчиненого кисню характеризувала досліджувані райони як забруднені, брудні або дуже брудні, що відповідає IV-VI класам якості вод (КЯВ).Основні наукові результати дисертації можуть бути сформульовані таким чином: Обґрунтовано вибір для дослідження акваторій Дніпровського лиману і Одеського порту, як таких, що відображають основні фізико-хімічні умови формування рівня забруднення морських екосистем, властиві імпактним районам Чорного моря. Показано, що з розглянутих джерел надходження ЗР в морське середовище для Дніпровського лиману визначаючим є привнос НП, фенолів (сума) і СПАР з річковими водами Дніпра і Південного Бугу, для акваторії порту Одеса - інтенсивна експлуатація морського вантажопасажирського флоту і місцеве надходження промислових стоків. Встановлено, що в період досліджень 1996-2006 років якість вод Дніпровського лиману характеризувалася високим вмістом НП і фенолів (сума), визначувані концентрації яких досягали 28 ГДК (НП) і 22 ГДК (феноли). Шляхом оцінки просторово-часової зміни вмісту ЗР в окремих районах Дніпровського лиману показано, що формування рівня забруднення вод фенолами (сума) і СПАР визначалося винесенням їх дніпровськими водами. У морських водах акваторії порту Одеса зміна середньорічних значень концентрацій НП, фенолів і СПАР, відрізняючись різноспрямованністю для окремих часових інтервалів, в цілому показала збільшення забрудненості вод.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота присвячена вивченню рівня забрудненості вод і донних відкладень імпактних районів Чорного моря (на прикладі акваторій Дніпровського лиману і порту Одеса) по цілому ряду екотоксикантів антропогенного генезису, а також розгляду здатності досліджуваних екосистем до самоочищення відносно пріоритетних забруднюючих речовин на основі розрахунку їх асиміляційної місткості. Основні наукові результати дисертації можуть бути сформульовані таким чином: Обґрунтовано вибір для дослідження акваторій Дніпровського лиману і Одеського порту, як таких, що відображають основні фізико-хімічні умови формування рівня забруднення морських екосистем, властиві імпактним районам Чорного моря. При цьому, не дивлячись на надзвичайно високий рівень антропогенного навантаження, вивчення стану екосистеми Дніпровського лиману є недостатнім.

Показано, що з розглянутих джерел надходження ЗР в морське середовище для Дніпровського лиману визначаючим є привнос НП, фенолів (сума) і СПАР з річковими водами Дніпра і Південного Бугу, для акваторії порту Одеса - інтенсивна експлуатація морського вантажопасажирського флоту і місцеве надходження промислових стоків.

Встановлено, що специфічним джерелом надходження ЗР для обох мілководих акваторій є повернення ЗР з верхнього шару донних відкладень унаслідок утворення локальних зон гіпоксії і придонного змучування природного або техногенного генезису.

Встановлено, що в період досліджень 1996-2006 років якість вод Дніпровського лиману характеризувалася високим вмістом НП і фенолів (сума), визначувані концентрації яких досягали 28 ГДК (НП) і 22 ГДК (феноли). У морських водах акваторії порту Одеса максимальні концентрації НП, фенолів (сума) і СПАР досягали відповідно 18, 28 і 5 ГДК.

Шляхом оцінки просторово-часової зміни вмісту ЗР в окремих районах Дніпровського лиману показано, що формування рівня забруднення вод фенолами (сума) і СПАР визначалося винесенням їх дніпровськими водами. З розрахунку на 1 км3 стоку винесення НП водами Південного Бугу майже втричі перевершувало винесення Дніпра, що зумовило найвище нафтове забруднення центрального району лиману.

Вивчена внутрішньорічна зміна рівня забруднення вод Дніпровського лиману і акваторії Одеського порту. Встановлено, що для лиманових вод було характерним підвищення вмісту досліджуваних ЗР в травні і липні. Максимальне забруднення вод акваторії Одеського порту в результаті сезонної активізації роботи морського транспорту в основному спостерігалося в літньо-осінній період.

Встановлено, що багаторічна зміна вмісту НП і фенолів в цілому відображала зниження рівня забруднення вод Дніпровського лиману. У морських водах акваторії порту Одеса зміна середньорічних значень концентрацій НП, фенолів і СПАР, відрізняючись різноспрямованністю для окремих часових інтервалів, в цілому показала збільшення забрудненості вод.

Виявлено, що багаторічна динаміка вмісту НП і фенолів (сума) у верхньому шарі донних відкладень акваторії порту Одеса успадковувала зміну рівня забруднення морських вод.

На основі комплексної оцінки забрудненості вод по пріоритетних ЗР води досліджуваних районів охарактеризовані як забруднені, брудні або дуже брудні (IV-VI класи якості). Показано, що бруднішими були води акваторії порту Одеса, для яких річні величини індексу забруднення води (ІЗВ) досягали 2,00-4,57. Води акваторії Дніпровського лиману були забруднені у меншій мірі, ІЗВ складав 1,48-3,21. В цілому за весь період спостережень основний внесок у формування величини ІЗВ в цьому районі внесли НП (71 %). Провідну роль у формуванні величини ІЗВ для акваторії Одеського порту виконували феноли (57 %).

Розраховано надходження ЗР в обмежену фронтальною зоною прибережну смугу вод північно-західного шельфу Чорного моря (шириною до 30 миль), яке в період досліджень 1996-2006 років тільки з акваторії Дніпровського лиману через Кинбурнську протоку в середньому щорічно складало ~ 20300 тонн НП, 718 тонн СПАР, 76 тонн фенолових сполук.

Вперше для морських екосистем, що вивчаються в рамках державного моніторингу, запропонована методика оцінки інтегрального часу елімінації ЗР через зміну їх валового вмісту у воді. Показано, що у водах Дніпровського лиману максимальний час перебування НП (71 доба) було характерним для західного району. У водах центрального і східного районів лиману розрахунковий час перебування НП склав 44-45 діб, в Кинбурнській протоці і передпроточній частині ПЗЧМ - 30-31 добу. Для акваторії порту Одеса розрахунковий час перебування НП в морській воді склав 29 діб, фенолів (сума) - 88 діб.

Вперше для досліджуваних акваторій визначена питома швидкість видалення НП і фенолів (сума). Для Дніпровського лиману і Кинбурнської протоки за період 1996-2006 років швидкість видалення НП склала 2,38 ± 1,01 і 3,10 ± 1,55 мг/(дм3·рік) відповідно. Для акваторії порту Одеса швидкість видалення фенолів (сума) склала 31 ± 9, швидкість видалення НП - 2,42 ± 1,52 мг/(дм3·рік).

Вперше оцінена АМ екосистем акваторій Дніпровського лиману і порту Одеса по відношенню до пріоритетних для кожного району ЗР.

АМ екосистеми акваторії Дніпровського лиману відносно НП може бути оцінена в 7960 ± 2930 т в рік, «порогове» значення - 5030 т НП в рік.

АМ екосистеми акваторії порту Одеса відносно фенолів (сума) може бути оцінена в 0,042 ± 0,011 т в рік, відносно НП - 93,5 ± 61,4 т в рік, «порогові» значення АМ - 0,031 і 32 т в рік відповідно.

Одержані розрахункові величини АМ досліджуваних акваторій можуть бути використані для нормування скидань пріоритетних ЗР.

ОСНОВНІ РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Мезенцева И.В. Загрязняющие органические вещества в верхнем слое морских донных отложений по результатам мониторинга на морской сети гидрометеорологической службы Украины / И.В. Мезенцева // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2005. - Вып. 12. - С. 262-267.

Результаты мониторинга гидрохимического состояния и загрязнения Азовского и Черного морей в 2001-2005 гг. / Ю.П. Ильин, А.И. Рябинин, С.А. Шибаева, Н.П. Клименко, И.В. Мезенцева, Ю.А. Мальченко, Л.В. Салтыкова // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту - 2006. - Вып. 255. - С. 151-164.

Совга Е.Е. Содержание нефтепродуктов в морской воде в акватории порта Одесса в 1997-2006 гг. / Е.Е. Совга, И.В. Мезенцева // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2008.- Вып. 17.- С. 290-297.

Мезенцева И.В. Загрязняющие вещества в воде Днепровского лимана / И.В. Мезенцева, Н.П. Клименко, О.Н. Хоменко // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2009. - Вып. 18. - С. 38-47.

Мезенцева И.В. Комплексная характеристика качества морской воды и донных отложений порта Одесса в 1996-2006 годах / И.В. Мезенцева // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2009. - Вып. 19.- С. 154-160.

Совга Е.Е. К вопросу об ассимиляционной емкости экосистем импактных районов украинского шельфа / Е.Е. Совга, И.В. Мезенцева // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа.- 2009. - Вып. 20. - С. 155-161.

Совга Е.Е. Оценка способности экосистемы акватории Одесского порта к самоочищению в отношении фенолов и нефтепродуктов / Е.Е. Совга, С.П. Любарцева, И.В. Мезенцева // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - 2010. - Вып. 22. - С. 303-309.

Problems and outlook of chemical monitoring in Ukrainian coastal waters of the Black Sea / Y.P. Ilyin, I.V. Mezentseva, N.P. Klimenko, A.V. Chaykina // Scientific and Policy Changes Towards an Effective Management of the Marine Environment in Support of Regional Sustainable Development. Emphasis on the Black Sea and the Mediterranean Regions: International Conference, 12-18 October 2003: Abstracts. - Albena, Bulgaria. 2003. - Р. 344-345.

О результатах фонового мониторинга химического загрязнения прибрежных черноморских вод Украины в 2002-2003 годах / Н.П. Клименко, И.В. Мезенцева, А.И. Рябинин, А.В. Холопцев, А.В. Чайкина // Экологические проблемы Черного моря: VI Международный Симпозиум. - Одесса, 2004. - С. 230-234.

Совга Е.Е. Загрязняющие органические вещества антропогенного происхождения в верхнем слое морских донных отложений лиманов и заливов северо-западной части Черного моря / Е.Е. Совга, И.В. Мезенцева // Современное состояние экосистем Черного и Азовского морей: Междунар. науч. конф., 13-16 сентября 2005 г.: тезисы докл. - Севастополь, 2005. - С. 70-71.

Совга Е.Е. Оценка современного экологического состояния морских вод и донных отложений порта Одесса по содержанию загрязняющих органических веществ антропогенного происхождения / Е.Е. Совга, И.В. Мезенцева // Фундаментальные исследования важнейших проблем естественных наук на основе интеграционных процессов в образовании и науке: Междунар. науч. конф., 19-24 августа 2006 г.: тезисы докл. - Севастополь, 2006. - С. 39.

Результаты мониторинга гидрохимического состояния и загрязнения Азовского и Черного морей в 2001-2005 гг. / Ю.П. Ильин, А.И. Рябинин, С.А. Шибаева, Н.П. Клименко, И.В. Мезенцева // Гидрология, гидрохимия, гидроэкология: Третья всеукр. науч. конф., 15-17 ноября 2006 г.: тезисы докл. - Киев, 2006. - С. 96-98.

Мезенцева И.В. Статистическая оценка содержания нефтепродуктов в морской воде порта Одесса в 1997-2006 годах / И.В. Мезенцева // Навколишнє природне середовище - 2007: актуальні проблеми екології та гідрометеорології; інтеграція освіти i науки: Вторая междунар. науч.-техн. конф., 26-28 сентября 2007 г.: тезисы докл. - Одесса, 2007. - С. 52.

Клименко Н.П. Тенденции изменения химического загрязнения вод и донных отложений прибрежной зоны Черного моря в 2003-2007 гг. / Н.П. Клименко, И.В. Мезенцева // Екологія міст та рекреаційних зон: Всеукр. науч.-практ. конф.: тезисы докл. - Одесса, 2008 - С. 19-22.

Мезенцева И.В. Комплексная характеристика качества вод Днепровского лимана в 1996-2006 годах / И.В. Мезенцева // Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов: Пятая Междунар. науч.-практ. конф.: 06-09 октября 2009 г.: тезисы докл. [Часть II]. - Днепропетровск, 2009. - С. 68-69.

Мезенцева И.В. Загрязняющие вещества в импактных районах Черного моря / И.В. Мезенцева // Ломоносовские чтения 2010: науч. конф.: 06-09 октября 2009 г.: тезисы докл. - Севастополь, 2010. - С. 19-20.