Distribution of mercury in the system water-suspended matter-bottom sediments of Lake Onega (NW Russia)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

For the first time for Lake Onega, the lateral distribution of gross mercury in the water-suspended matter and bottom sediments system was revealed. Regularities in vertical distribution of gross mercury in two types of bottom sediments were established. The average content of mercury in water is 0.321 µg/L; in the material of sediment traps - 0.621 µg/g; in the upper and lower parts of bottom sediments - 0.067 µg/g and 0.034 µg/g, respectively.

Ключевые слова

Полный текст

1. Introduction

Mercury is among the ten most hazardous chemicals due to its high mobility and bioaccumulative capacity (O’Connor et al., 2019). In aquatic ecosystems, Hg can be converted to methylmercury, a more toxic form that bioaccumulates in aquatic food chains. Lakes are one of the main objects of the freshwater ecosystem. Mercury enters freshwater systems from a variety of sources and undergoes complex transport pathways. Studying the migration routes of pollutants is the most important task of geochemistry.

This work was carried out in order to study in detail the distribution of mercury concentrations in the system water-suspended matter-bottom sediments.

2. Materials and methods

The object of the study is Lake Onega. The factual material was sampled at 2016-2021 by the R/V”Ekolog” throughout Lake Onega. Sampling was carried out for the Povenetsky, Zaonezhsky, Small Onego, Lizhemskaya, Unitskay, Kondopoga and Petrozavodsk Bays in Big Onego, Central Onego, Southern Onego (Fig. 1). During the expedition, water samples were sampled in conjunction with suspended matter, sedimentary material from sediment traps, and bottom sediments.

 

Fig.1. Scheme for sampling the components of the lake ecosystem of Lake Onega. With removed and color-coded mercury content in the upper part of bottom sediments. I Povenetsky Bay; III Small Onego; IV Unitskaya Bay; V Lizhma Bay; VI Kondopoga Bay; VII Petrozavodsk Bay; VIII Big Onego; IX Central Onego; X South Onego. The points color shows the mercury content in the ranges 0.05 -0.08-0.11-0.14 μg/g from white to black.

 

Mercury in water was determined by the “cold vapor” method using the amalgamation technique on a Perkin Elmer 3030 atomic absorption spectrometer with an MHS-20 mercury hydride attachment. In bottom sediments, the gross mercury content was determined on the RA-915M analyzer with the RP-91S attachment (Russia).

Analytical work was carried out at the Analytical Center for multi-elemental and isotope research SB RAS, Novosibirsk, Russia.

3. Results and discussion

3.1 Mercury in the water-suspended matter system

The total content of mercury in the water of Lake Onega is on average 0.321 µg/L. The minimum values were obtained for the Povenetsky Bay – 0.022 μg/L. The maximum values were obtained for water samples taken in Southern Onego (0.852 µg/L) and Big Onego (0.552 µg/L).

The concentration of mercury in suspended particles in the water of Lake Onega varies from 0.002 μg/L (Lizhemskaya Bay) to 0.073 μg/L (Zaonezhsky Bay), the average content is 0.021 μg/L. The content of mercury in dissolved + colloidal form varies in a wide range: from 0.01 μg/L in Kondopoga Bay and Povenets Bay to 0.85 μg/L in South Onego. Thus, the predominant form of mercury in water is solution + colloid. Only in the Kondopoga Bay and the Pavenets Bay, mercury in suspended form predominates, which is explained by the location of industrial facilities on the shores of the Kondopoga Bay and the Pavenets Bay, which can be a source of mercury-containing particles.

We found that the mercury content in the material of sediment traps varies in a wide range from 0.062 μg/g to 4.37 μg/g. It should be noted that high values are observed only in two areas of Lake Onega: in the area of the Lizhemskaya Bay (4.37 μg/g) and in the Povenetsky Bay (0.76 μg/g).

3.2 Mercury in bottom sediments

The geochemical and mineral composition of the bottom sediments of Lake Onega was described in detail in Strakhovenko et al. (2020) Based on the analysis of the composition and geochemical features of the upper particles (0-20 cm) of the bottom sediments of Lake Onega, the authors found that the Holocene sediments of Lake Onega can be divided into two types.

Both types of section are characterized by higher mercury concentrations in the upper parts of the sections (Fig. 2). Moreover, the concentrations of mercury in both types are close to each other in terms of values. And they differ only in the thickness of the zone with increased values of mercury concentration, which is just different for the two types of sections. From the analysis of mercury concentrations in the section of bottom sediments, it was found that in the upper part of the section (up to 20 cm), the concentration is higher than in the lower part of the section (on average 0.065 μg/g and 0.034 μg/g for the upper and lower parts of the section, respectively). At the same time, increased concentrations are observed precisely for layers of oxidized layers and layers enriched with Fe-Mn.

 

Fig.2. Distribution of mercury: a) in the I and II types of sections of bottom sediments of Lake Onega, b) in the average section of bottom sediments of Lake Onega

 

In the course of the work, the lateral distribution of mercury in bottom sediments was studied throughout Lake Onega. It has been established that the northeastern part of Lake Onega (the Povenetsky and Zaonezhsky Bays, Small Onego) is characterized by lower values than for the rest of Lake Onega. The maximum values of mercury content in the upper part of the bottom sediments are reached in the Kondopoga Bay (0.089 µg/g).

Throughout the entire water area, the mercury content in the lower part of the bottom sediment section is lower than the concentrations in the upper part of the bottom sediment section and averages 0.034 µg/g. The lowest values are observed in the bottom sediments sampled in the Unitskaya Bay - 0.016 μg/g, the maximum values in the Bolshoy Onega swarm 0.058 μg/g.

As can be seen from the results obtained for Lake Onega, the concentration of mercury in the material of sediment traps is higher than the content of mercury in bottom sediments. This is most likely due to the greater amount of organic residues in the material of the sediment traps, since mercury has a high bioaccumulative capacity.

4. Conclusions

The research of mercury concentrations in various components of ecosystem of Lake Onega led to the following conclusions:

  1. The total content of mercury in the water of Lake Onega is on average 0.321 µg/L. The predominant form of mercury in water is solution + colloid, with the exception of water samples from Kondopoga Bay and Pavenets Bay.
  2. From the analysis of mercury concentrations in the section of bottom sediments, it was found that in the upper part of the section (up to 20 cm), the concentration is higher than in the lower part of the section (on average 0.065 µg/g and 0.034 µg/g for the upper and lower parts of the section, respectively).
  3. It has been established that the northeastern part of Lake Onega (the Povenets and Zaonezhsky Bays, Small Onego) is characterized by lower values than for the rest of Lake Onega. The maximum values of mercury content in the upper part of the bottom sediments are reached in the Kondopoga Bay (0.089 µg/g).
  4. We found that the mercury content in the material of sediment traps varies in a wide range from 0.062 µg/g to 4.37 µg/g and is higher than the content of mercury in the corresponding bottom sediment cores.

Acknowledgments

The work was supported financially by the Russian Foundation for Basic Research (Project No. 19-05-50014) and by the Russian Science Foundation under Research (Project No. 18-17-00176-п).

Conflict of interest

Conflicts of Interest: The authors declare no conflicts of interest.

×

Об авторах

V. Malov

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Автор, ответственный за переписку.
Email: malov@igm.nsc.ru
Россия, 3 Akad. Koptyug Pr., Novosibirsk, 630090

V. Strahovenko

V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: malov@igm.nsc.ru
Россия, 3 Akad. Koptyug Pr., Novosibirsk, 630090

N. Belkina

Northern Water Problems Institute of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: malov@igm.nsc.ru
Россия, 50 Alexander Nevsky Pr., Petrozavodsk, 185030

N. Kulik

Northern Water Problems Institute of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: malov@igm.nsc.ru
Россия, 50 Alexander Nevsky Pr., Petrozavodsk, 185030

N. Efremenko

Northern Water Problems Institute of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: malov@igm.nsc.ru
Россия, 50 Alexander Nevsky Pr., Petrozavodsk, 185030

Список литературы

  1. Strakhovenko V., Subetto D., Ovdina E. et al. 2020. Mineralogical and geochemical composition of Late Holocene bottom sediments of Lake Onego. Journal of Great Lakes Research 46: 443-455. doi: 10.1016/j.jglr.2020.02.007
  2. O’Connor D., Hou D., Ok Y.S. et al. 2019. Mercury speciation, transformation, and transportation in soils, atmospheric flux, and implications for risk management: a critical review. Environment International 126: 747-761. doi: 10.1016/j.envint.2019.03.019

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис.1. Схема отбора проб компонентов озерной экосистемы Онежского озера. С удаленным и цветовым кодированием содержания ртути в верхней части донных отложений. I Повенецкий залив; III Малое Онежское; IV Уницкая губа; V Лижемская губа; VI Кондопожская губа; VII Петрозаводская губа; VIII Большое Онежское; IX Центральное Онежское; X Южное Онежское. Цветом точек показано содержание ртути в диапазонах 0,05 -0,08-0,11-0,14 мкг/г от белого до черного.

Скачать (356KB)
3. Рис.2. Распределение ртути: а) в I и II типах разрезов донных отложений Онежского озера, б) в среднем разрезе донных отложений Онежского озера

Скачать (130KB)

© Malov V., Strahovenko V., Belkina N., Kulik N., Efremenko N., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

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».