Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В рамках реализации проекта было проведено исследование взаимосвязей между различными параметрами окружающей среды (температура, соленость, продуктивность, содержание элементов в абиотических компонентах экосистем) и химическим составом моллюсков, обитающих в бывших морских бухтах, отделившихся от Белого моря в результате изостатического поднятия береговой зоны в голоцене. В зависимости от степени изоляции от моря в исследуемых водоемах отмечается значимая изменчивость термохалинных характеристик водной толщи, что дает возможность изучить биогеохимические свойства изолированных друг от друга популяций моллюсков, обитающих при отличающихся абиотических факторах среды. Был оценен потенциал пяти видов беломорских моллюсков (Mytilus edulis, Mya arenaria, Macoma balthica, Peringia ulvae) к использованию их в качестве биоиндикаторов изменчивости внешней среды и установлены наиболее подходящие химические элементы, отражающие связь между их аккумуляцией в раковинах моллюсков и свойствами окружающей среды. Наиболее четкая связь с температурой окружающей воды была установлена для отношений Mg/Ca, Sr/Li, Ti/Ca и Ag/Ca в раковинах брюхоногих моллюсков Peringia ulvae. Регрессионный анализ показал, что до 76% изменчивости отношения Mg/Ca в гидробиях может объясняться изменением температуры воды. Еще более сильную зависимость от температуры воды показало отношение Sr/Li, которое считается новым высокочувствительным индикатором температуры окружающей воды в раковинах моллюсков [Füllenbach et al., 2015]. Регрессионный анализ помог установить, что до 83% изменчивости Sr/Li в гидробиях объясняется изменением температуры окружающей воды в отделяющихся водоемах Белого моря. Предполагается, что литий, как более литофильный элемент по отношению к Mg и Sr, должен обладать меньшим биологическим контролем при аккумуляции в моллюсках [Füllenbach et al., 2015]. Достаточно сильная регрессионная связь с температурой воды также наблюдалась для отношения Sr/Li в раковинах моллюска Mya arenaria (R2 0.73). Отношения Ti/Ca и Ag/Ca против температуры воды дало менее сильную аппроксимацию, как в случае с отношениями Mg/Ca и Sr/Li. Наиболее сильная связь с температурой воды для этих элементов была обнаружена при построении отношения Sr/Ti (R2 0.68). Вызывает интерес то, что ранее не было попыток связать аккумуляцию Ti и Ag в биогенных карбонатах с изменчивостью параметров окружающей среды. Можно предположить, что за счет инертности к биохимическим реакциям в организме животных, влияние физиологических процессов на накопление Ti и Ag в карбонатных раковинах минимально, что говорит об их потенциальной возможности выступать в качестве геохимических индикаторов свойств окружающей среды. Распределение Cd/Ca, Pb/Ca и U/Ca в моллюсках Peringia показало прямую корреляционную связь с содержанием этих металлов в донных отложениях исследуемых водоемов, а также с распределением в осадках Cорг, Nобщ, Sобщ и C/N (Rsp 0.36-0.83). Повышенное содержание Cd, Pb и U наблюдалось в донных отложениях оз. Кисло-Сладкого, которое может считаться наиболее продуктивным среди исследуемых водоемов согласно высокому содержание Сорг в осадках (до 9.8%) [Будько, Немировская, 2023]. Таким образом, обогащение Cd, Pb и U моллюсков Peringia оз. Кисло-Сладкого показывает содержание этих металлов в окружающей среде, что может также отражать повышенную продуктивностью этого водоема. Связь с распределением Cd и U в среде отделяющихся водоемов Белого моря была повторно установлена для моллюсков Peringia, отобранных год спустя в 2021 году. Для мидий была найдена сильная зависимость между содержанием Mo в моллюске и донных отложениях, собранных на месте обитания моллюсков (Rsp 0.91, при p<0.01). По нашим данным Mo проявлял наиболее сильную редокс-чувствительность в осадках отделяющихся водоемов Белого моря [Будько, Немировская, 2023]. Содержание Mo резко увеличивалось (до 14 раз превышая уровень допустимой концентрации) в анаэробных участках исследуемых водоемов, обогащенных биогенными компонентами. Таким образом, аккумуляции Mo в мидиях может также отражать продуктивность исследуемых водоемов. Наиболее интересной закономерностью, обнаруженная для моллюсков рода Macoma, являлась связь между распределением Cd в моллюсках и Cd в донных отложениях (Rsp 0.76, при p<0.01). Также содержание Cd в макомах обладало сильной корреляцией (Rp 0.83, при p<0.01) с содержанием U и слабой связью (Rp 0.3, при p<0.01) с содержанием Cорг в донных отложениях, что также можно связать с продуктивностью экосистем. В свою очередь, для моллюсков миа (Mya arenaria), установлена сильная корреляционная связь (Rsp >0.7, при p<0.05) между содержанием Ti, Nb, Ag, Ba, Sm, Eu, Gd и U в раковинах и донных осадках. Изучение форм нахождения металлов в осадках отделяющихся водоемов Белого моря, показало с какими процессами связана их аккумуляцию в процессе осадконакопления в анаэробной среде. Методом последовательной химической экстракции выделялось семь форм нахождения V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Zn, Mo, Cd, Pb и U: ионообменная, карбонатная, окси-гидроксиды Fe и Mn, слабо связанная с органическим веществом (ОВ), сильно связанная с ОВ, сульфиды и остаточная (литогенная) форма в осадках нескольких морских бухт (Биофильтров, Лобаниха, губа Круглая) и отделяющихся водоемов (лагуна Зеленого мыса, оз. Большие Хрусломена, Кисло-сладкое, Трехцветное) Белого моря. Несмотря на высокое содержание органического вещества в исследуемых водоемах (до 23% Cорг) основным фактором аккумуляции V, Cr и Mn в осадках остаются литогенные процессы. Для этих металлов доля остаточной литогенной формы изменялась в среднем от 80% в осадках морских бухт до 50% от суммы форм в осадках анаэробных станций отделяющихся водоемов. Наиболее значимая роль сульфидной формы принадлежала таким элементам, как Mn, Fe, Co, Cu и Ni, в среднем составляя около четверти от суммарного содержания этих металлов. Сильной ассоциацией с органическим веществом донных отложений демонстрировала Cu. В осадках анаэробных станций было сосредоточено в среднем около 60% меди в форме, связанной с устойчивыми органическими комплексами, и еще около 10% Cu в среднем было связано c лабильными органическими соединениями. Всего с органо-сульфидной компонентой донных отложений отделяющихся водоемов Белого моря связано около 80% суммарного содержания меди. Также высокой связанностью с органическими соединениями отмечались Mo и U, для которых в среднем около 20% от суммы форм находилось в сильно связанной с ОВ фракции. Максимальная доля слабо связанной с ОВ формы наблюдалась для Cu, Zn и U, в среднем составляя около 10% от их суммы форм. Форма окси-гидроксидов составляла значимую долю для Cd и Pb в осадках отделяющихся водоемов Белого моря (в среднем около 30% от суммы форм). Для Mn форма окси-гидроксидов выделялась в осадках анаэробных станций ЗМ-5, КС-6, БЛ-5, Т-2, Т-3, БХ-3, достигая 51% от суммы форм. Для Fe форма окси-гидроксидов в целом не существенна (в среднем 8% от суммы форм), но в осадках оз. Трехцветного доля формы окси-гидроксидов Fe повышалась до 37% от суммы форм. Форма, связанная с карбонатами, в целом не значительна для большинства исследуемых металлов, кроме Cd и U. В среднем в форме, связанной с карбонатами, находилось 15-17% Cd и U. Самая подвижная ионообменная форма нахождения являлась преобладающей только в случае Mo. Практически повсеместно Mo в исследуемых осадках был представлен ионообменной формой, в среднем превышающей 50% от суммы форм этого металла. Повышенная доля ионообменной формы также была характерна для поведения Cu. Отдельно было изучено фракционирование Hg в осадках трех водоемов (бух. Биофильтров, лагуна Зеленого мыса, оз. Кисло-Сладкое), как наиболее токсичного металла. Анализ форм нахождения показал, что основная доля ртути в осадках анаэробной части отделяющихся водоемов Белого моря представлена сульдифами, и комплексами с ОВ. В лагуне Зеленого мыса эти две фракции составляли примерно по 50% от суммы форм Hg, тогда как в бухте Биофильтров и оз. Кисло-Сладком распределение форм нахождение Hg схоже: около 50-60% представлено сульфидной формой ртути, и около 30% составляли комплексы с ОВ.