Heavy metals and arsenic in water, bottom sediments and Black Sea turbot (Scophthalmus maeoticus, Pall., 1814) in the Caucasian Shelf area in the Black Sea (1995–2020)

Abstract

The results of investigation of the pollution of the water and bottom sediments of the Caucasian Shelf in the Black Sea by heavy metals (copper, zinc, lead, cadmium, mercury) and arsenic, as well as their content in the Black Sea turbot Scophthalmus maeoticus (Pallas, 1814) are presented for 1995–2020. In the water and turbot, the determination of Zn, Cu, Pb, As, and Cd has been conducted using the method of atomic absorption with electrothermal atomization; mercury in all components of the ecosystems was measured using the method of atomic absorption with “cold steam”; in the bottom sediments, the content of Zn, Cu, Pb and As was identified using X-ray fluorescence method. In 1995–2020, in some water samples, the concentrations of zinc, copper and mercury exceeded the maximum permissible level established for the water bodies of fisheries importance, while the lead and cadmium were below it. The arsenic content during the entire observation period was extremely low. A noticeable decrease in the concentrations of zinc, lead and copper in the shelf waters of the Black Sea in the present period as compared with the years of the greatest pollution (1995–2002) was recorded. In the bottom sediments, the content of lead, zinc and mercury exceeded their content in the earth's crust for several years; for arsenic, the excess was recorded throughout the entire observation period. This mostly results from the peculiarities of the granulometric composition of the shelf bottom and, to a much lesser extent, from anthropogenic influence. The differences in the bioaccumulation of heavy metals and arsenic in the organs of the Black Sea turbot are shown. Out of the identified elements, only lead, mercury and arsenic in isolated cases exceeded the permissible level in the organs of the turbot in some years.

Представлены результаты исследований загрязнения тяжелыми металлами (медь, цинк, свинец, кадмий, ртуть) и мышьяком воды и донных отложений Кавказского шельфа Черного моря и собственно черноморского калкана Scophthalmus maeoticus (Pallas, 1814) в период с 1995 по 2020 г. В воде и калкане определение Zn, Cu, Pb, As и Cd проводили методом атомной абсорбции с электротермической атомизацией; ртути во всех элементах экосистемы — методом атомной абсорбции в «холодном паре»; Zn, Cu, Pb и As в донных отложениях — рентгенфлуоресцентным методом. В отдельных пробах воды концентрации цинка, меди и ртути превышали предельно допустимую концентрацию для рыбохозяйственных водоемов, в то время как концентрации свинца и кадмия — нет. Содержание мышьяка в течение всего периода наблюдений оставалось крайне низким. Было отмечено заметное снижение концентраций цинка, свинца и меди в воде шельфа Черного моря в современный период по сравнению с периодом наибольшего загрязнения (1995–2002 гг.). В донных осадках содержание свинца, цинка и ртути в течение ряда лет превышало содержание в земной коре; для мышьяка превышение наблюдалось в течение всего периода наблюдений. Очевидно, что данная ситуация в большей степени связана с особенностями гранулометрического состава дна шельфа, чем с антропогенным влиянием. Показаны различия в биоаккумуляции тяжелых металлов и мышьяка органами черноморского калкана. Из перечня определяемых элементов превышение допустимого уровня в органах калкана отмечалось в отдельные годы в единичных случаях для свинца, ртути и мышьяка.