The role of biochemical processes in formation of waters and bottom sediments after reduction of anthropogenic pollution

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The article is devoted to anthropogenic and biogeochemical processes that affect the water and bottom sediment (BS) formation of the subarctic Lake Imandra. The data of long-term observations were presented, showing changes in the water chemical composition during the period of maximum pollution and after decrease in anthropogenic load within the last 30 years. It was found that the content of toxic metals in water decreased, but due to climate warming, the input of organic matter and nutrients increased, which stimulated an increase in the intensity of production processes. Enrichment of water during the period of intensive heavy metal pollution led to their accumulation in bottom sediments (BS); the highest metal concentrations detected in the surface layers, which belong to the modern period of sedimentation. The development of oxygen-free conditions in bottom horizons due to sedimentation and oxidation of organic matter, which leads to metal cycling that prevents their burial was shown. Physicochemical and biogeochemical processes are considered as explaining the diffusion of metals to the surface of bottom sediments and the formation anomalously high concentrations of metals in the surface layers of BS. The hypothesis of the appearance of the diagenesis initial stage in bottom sediments was proposed.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

T. Moiseenko

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry RAN

Autor responsável pela correspondência
Email: moiseenko@geokhi.ru
Rússia, Kosygin st., 19, Moscow, 119991

E. Leummens

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry RAN

Email: moiseenko@geokhi.ru
Rússia, Kosygin st., 19, Moscow, 119991

Bibliografia

  1. Dauvalter V. A. (2020) Geochemistry of Lakes in a Zone Impacted by an Arctic Iron-Producing Enterprise. Geochem. Int., 58 (8), 933–946. doi: 10.1134/S0016702920080042
  2. Il’yashuk B.P. (2001) Iron-manganese nodules in lake soils as a factor limiting the development of zoobenthos communities. Ekologiya, (6) 478–480 [in Russian].
  3. Kokryatskaya N. M., Shevchenko V. P., Titova K. V., Vahrameeva E. A., Aliev R. A., Grigor'ev V.A., Savel'eva L.A., Maksimov F. E., Kuznecov V.Ju. (2020) Early diagenesis of bottom sediments of freshwater lakes of the Vaygach island. Arctic and Antarctic Research, 66 (4), 534–554. doi: 10.30758/0555-2648-2020-66-4-534-554
  4. Leonova G. A., Mal'tsev A.E., Miroshnichenko L. V., Bobrov V. A., Melenevskii V. N., Kondrat'eva L.M. (2018) Geochemistry of diagenesis of organogenic sediments: an example of small lakes in Southern West Siberia and Western Baikal area. Geochem. Int., 56(4), 344–361. doi: 10.1134/S0016702918040043
  5. Mal'cev A.E., Leonova G. A., Bobrov V. A., Krivonogov S. K. (2019) Geochemistry of Holocene sapropels from small lakes in the south of Western Siberia and Eastern Pribaikalia. Novosibirsk, Geo Academic Publishing House, 444 pp. [in Russian].
  6. Mal'cev A.E., Leonova G. A., Bobrov V. A., Vosel' Ju.S., Shavekin A. S. (2018) Fe, Mn, N, and S as geochemical indicators of diagenesis (on the example of bottom sediments of Lake Kotokel, Eastern Pribaikalie). Reports of IX Siberian Conference of Young Scientists on Earth Sciences. Novosibirsk: IPC NGU, 740 pp. [in Russian].
  7. Moiseenko T. I., Dauval'ter T.I., Rodjushkin T. I. (1997) Geochemical migration of elements in a subarctic lake (on the example of Lake Imandra). Apatity, RAS’s Kola Science Centre, 127 pp. [in Russian].
  8. Moiseenko T. I., Dauval'ter V.A., Il'yashuk B.P., Kagan L.Ya., Il'yashuk E.A. (2000) Paleoecological reconstruction of anthropogenic load. Far Eastern Branch, RAS, 370 (1), 115–118 [in Russian].
  9. Moiseenko T. I., Dauval'ter V.A., Lukin A. A., Kudryavceva L. P., Il'yaschuk B.P., Il'yaschuk L.I., Sandimirov S. S., Kagan L.Ya., Vandysh O. I., Sharov A. N., Sharova Ju.N., Koroleva I. N. (2002) Anthropogenic modifications of the Lake Imandra ecosystem. M.: Nauka (Nauka St. Petersburg Printing House), 402 pp. [in Russian].
  10. Moiseenko T. I., Denisov D. B. (2019) Is it possible to restore the Arctic lake ecosystems after long-term pollution? Arctic: ecology and economy, 4 (36), 16–25 [in Russian]. doi: 10.25283/2223-4594-2019-4-16-25
  11. Moiseenko T. I., Razumovskii L. V., Gashkina N. A., Shevchenko A. V., Razumovskii V. L., Mashukov A. S., Horoshavin V.Ju. (2012) Paleoecological studies of mountain lakes. Water Resources, 39 (5), 543–557.
  12. Semenovich N. I. (1940) Hydrological studies of Lake Imandra in 1930. (1940) Materials for the study of water bodies of the Kola Peninsula. Manuscript. USSR RAS Kola Science Centre Fonds. Apatity. 1, 406 pp. [in Russian].
  13. Tatsii Y. G., Moiseenko T. I., Borisov A. P., Baranov D. Y., Razumovskii L. V., Khoroshavin V. Y. (2020) Bottom sediments of the West Siberian arctic lakes as indicators of environmental changes. Geochem. Int., 58 (4), 408–422. doi: 10.1134/S0016702920040114
  14. Chizhikov V. V. (1980) Hydrochemistry and bottom sediments of Lake Imandra. Ecosystem of Lake Imandra under the influence of anthropogenic pollution. Apatity, pp. 24–67. [in Russian].
  15. Battarbee R. W., Thompson R., Catalan J., Grytnes J.-A. & Birks H. J.B. (2002) Climate variability and ecosystem dynamics of remote alpine and arctic lakes: the MOLAR project. J. Paleolimnology, 28, 1–6. doi: 10.1023/A:1020342316326
  16. Berglund B. E. (2003) Handbook of Holocene: Palaeoecology and Palaeohydrology. The Blackburn Press, 869 pp.
  17. Chen M., Ding S., Wu Y., Fan X., Jin Z., Tsang D. C. W., Wang Y., Zhang C. (2019). Phosphorus mobilization in lake sediments: Experimental evidence of strong control by iron and negligible influences of manganese redox reactions. Environmental Pollution, 246, 472–481. doi: 10.1016/j.envpol.2018.12.031
  18. Dauvalter V., Moiseenko T., Kagan L. (2001) Global change in respect to tendency to acidification of subarctic mountain lakes. Visconti G. et al. (eds.) Global Change and Protected Areas. Advances in Global Change Research, 9. Springer, Dordrecht. 187–194.
  19. Eaton A., Arnold E., Archie A. E., Rice E. W., Clesceri L. S. (1992) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 17th edn; American Public Health Association (APHA): Washington, DC, USA.
  20. Hongve D. (1997) Cycling of iron, manganese, and phosphate in a meromictic lake. Limnol Ocemogr., 42 (4), 635–647. doi: 10.4319/lo.1997.42.4.0635
  21. Li J., Şengör S. S. (2020) Biogeochemical cycling of heavy metals in lake sediments: impact of multispecies diffusion and electrostatic effects. Comput. Geosci., 24 (17), 1–20. doi: 10.1007/s10596-019-09915-7
  22. Maltsev A., Safonov A., Leonova G., Krivonogov S. (2022). Role of microorganisms in destruction of organic matter and processes of diagenetic mineral formation in the sediments of Western Siberia lakes. Conference: Water and environmental problems of Siberia and Central Asia: Russia, Barnaul, Institute for water and environmental problems.
  23. Marianne R. P., Douglas S. V., Smol J. P., Leonova G. A., Bobrov V. A. (2012) Long-term Environmental Change in Arctic and Antarctic Lakes Geochemical Role of Plankton from Continental Water Bodies of Siberia in Accumulation and Bio-Sedimentation of Trace Elements. Novosibirsk, Geo, 308 pp.
  24. Matisoff G., Carson M. L. (2014) Sediment resuspension in the Lake Erie nearshore. Journal of Great Lakes Research, 40 (3), 532–540. doi: 10.1016/j.jglr.2014.02.001
  25. Matisoff G., Watson S. B., Guo J., Duewiger A., Steely R. (2017). Sediment and nutrient distribution and resuspension in Lake Winnipeg. Science of The Total Environment, 575, 173–186. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.09.227
  26. Moiseenko T. I. (1999). A fate of metals in Arctic surface waters. Method for defining critical levels. Sci. Tot. Environ., 236 (1–3), 19–39. doi: 10.1016/S0048-9697(99)00280-6
  27. Moiseenko T., Sharov A. (2019) Large Russian lakes Ladoga, Onega, and Imandra under strong pollution and in the period of revitalization: a review. Geosciences. 9 (12), p. 492. doi: 10.3390/geosciences9120492
  28. Newsome L., Arguedas A., Coker V. S., Boothman C. & Lloyd J. R. (2020). Manganese and cobalt redox cycling in laterites; Biogeochemical and bioprocessing implications. Chemical Geology, 531, 119330. doi: 10.1016/j.chemgeo.2019.119330
  29. Osleger D. A., Zierenberg R. A., Suchanek T. H., Stoner J. S., Morgan S., Adam D. P. (2008) Clear Lake Sediments: Anthropogenic Changes inPhysical Sedimentology and Magnetic Response. Ecological Applications. 18 (8), Supplement (Dedicated Special Issue: Mercury Cycling and Bioaccumulation in Clear Lake): A239-A256. doi: 10.1890/06-1469.1

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
2. Fig. 1. Lake Imandra. Large cities and industrial enterprises in the catchment area.

Baixar (606KB)
3. Fig. 2. Dynamics of nickel intake in wastewater and concentration in water in sampling zones on the lake Imandra (in the Bay of Monche and near the island of Vysoky).

Baixar (141KB)
4. Fig. 3. The content of nickel (a), copper (b) in the columns of bottom sediments sampled on the lake. Imandra.

Baixar (119KB)
5. Fig. 4. Schematic representation of key biogeochemical processes in a historically polluted lake Imandra.

Baixar (160KB)

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».