Heavy metals in surface water of the Atlantic sector of the Antarctic during the 79th cruise of the research vessel “Akademik Mstislav Keldysh”

Main Article Content

Mirzoeva N. Yu., Tereshchenko N. N., Paraskiv A. A., Proskurnin V. Yu., Morozov E. G. Heavy metals in surface water of the Atlantic sector of the Antarctic during the 79th cruise of the research vessel “Akademik Mstislav Keldysh”. Marine Biological Journal, 2020, vol. 5, no. 4, pp. 56-68. https://doi.org/10.21072/mbj.2020.05.4.05

Article Details

Abstract

Relevance of monitoring heavy metals content in the water of the Atlantic sector of the Antarctic is due to the need for a current assessment of quality of the marine environment for making responsible decisions on the conservation of marine living resources in this unique area of the World Ocean. The aim of the study was to obtain new data on levels and spatial distribution of concentrations of trace elements, mainly heavy metals, in surface water. Sampling of surface seawater was carried out during the Antarctic expedition of the 79th cruise of the RV “Akademik Mstislav Keldysh” at 21 stations in the area of the Drake Passage, the Bransfield Strait, and the Antarctic Sound, as well as in Weddell and Scotia seas. Extracting and concentrating of dissolved form of 13 trace elements (Be, Se, Sb, Tl, V, Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Mo, Co, and Fe) were performed using sodium diethyldithiocarbamate and carbon tetrachloride (CCl4). The elements were measured by mass spectrometry. Among all trace elements content, only Mo concentration in seawater at 9 stations, located in the Drake Passage, the Bransfield Strait, northern Weddell Sea, and off the southern coast of Tierra del Fuego Island, exceeded 1.2–2.8 times maximum permissible concentration of trace elements in fishery water bodies of the Russian Federation (MPCF). According to international regulatory legal acts, such as “Dutch sheets”, there were single cases of exceeding MPC (maximum permissible concentration under short-term exposure) for Cd and Zn, as well as exceeding TV (target value under chronic exposure) for Cu, Pb, Cd, Zn, Se, and Co at several stations. The research has shown as follows: despite limited anthropogenic pressure on this area of the Southern Ocean, in seawater of some regions of the Atlantic sector of the Antarctic, increased concentrations of several trace elements, inter alia heavy metals, are recorded. Further study of the sources of trace elements intake and the peculiarities of their distribution in seawater of the Atlantic sector of the Antarctic is required in order to account for ongoing processes, take measures for rational management, and provide ecologically acceptable use of natural resources in the Antarctic.

Authors

N. Yu. Mirzoeva

head of department, PhD

http://orcid.org/0000-0002-8538-2436

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=744857

N. N. Tereshchenko

leading researcher, PhD

http://orcid.org/0000-0002-2183-0105

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=746766

A. A. Paraskiv

junior researcher

http://orcid.org/0000-0001-9874-5382

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=1005491

V. Yu. Proskurnin

junior researcher

http://orcid.org/0000-0002-2176-9228

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=746990

E. G. Morozov
head of laboratory, D. Sc.

http://orcid.org/0000-0002-0251-3454

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=58623

References

Быкова В. М., Быков В. П., Кривошеина Л. И., Радакова Т. Н., Гройсман М. Я., Глазунов О. И. Основные направления комплексного использования криля // Труды ВНИРО. 2004. Т. 143. С. 17–32. [Bykova V. M., Bykov V. P., Krivosheina L. I., Radakova T. N., Groisman M. Ya., Glazunov O. I. The main directions in complex use of krill. Trudy VNIRO, 2004, vol. 143, pp. 17–32. (in Russ.)]

ГОСТ Р 56219-2014. Вода. Определение содержания 62 элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой : дата введения 01.01.2016. Москва : Стандартинформ, 2015. 36 с. [GOST R 56219-2014. Water. Determination of 62 elements by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method : data vvedeniya 01.01.2016. Moscow : Standartinform, 2015, 36 p. (in Russ.)]

Договор об Антарктике. Международный договор от 01 декабря 1959 года (с дополнительным протоколом от 04 октября 1991 года) // Техэксперт. Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации : официальный сайт. 2020. [Dogovor ob Antarktike. Mezhdunarodnyi dogovor ot 01 dekabrya 1959 goda (s dopolnitelnym protokolom ot 04 oktyabrya 1991 goda) // Tekhekspert. Elektronnyi fond pravovoi i normativno-tekhnicheskoi dokumentatsii : ofitsial’nyi sait. 2020. (in Russ.)]. URL: http://docs.cntd.ru/document/1901494 [accessed: 14.09.2020].

Израэль Ю. А., Цыбань А. В. Антропогенная экология океана. Москва : Флинта : Наука, 2009. 519 с. [Israel Yu. A., Tsyban A. V. Anthropogenic Ecology of the Ocean. Moscow : Flinta : Nauka, 2009, 519 p. (in Russ.)]

Кленкин А. А., Корпакова И. Г., Павленко Л. Ф., Темердашева З. А. Экосистема Азовского моря: антропогенное загрязнение / Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства. Краснодар : АзНИИРХ, 2007. 324 с. [Klenkin A. A., Korpakova I. G., Pavlenko L. F., Temerdasheva Z. A. Ekosisema Azovskogo morya: antropogennoe vozdeistvie / Azovskii nauchno-issledovatel’skii institut rybnogo khozyaistva. Krasnodar : AzNIIRKh, 2007, 324 p. (in Russ.)]

Масс-спектрометры с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС): PlasmaQuant MS и PlasmaQuant MS Elite. Инструкция по эксплуатации. Analytik Jena AG. Издание 12/2014. Германия, 2014. 143 с. [Mass-spektrometriya s induktivno-svyazannoi plazmoi (IPS-MS): PlasmaQuant MS i PlasmaQuant MS Elite. Instruktsiya po ekspluatatsii. Analytik Jena AG. Izdanie 12/2014. Germany, 2014, 143 p. (in Russ.)]

Меденосный пояс Южной Америки. Большая российская энциклопедия. 2004 : [сайт]. [Medenosnyi poyas Yuzhnoi Ameriki. Bol’shaya rossiiskaya entsiklopediya. 2004 : [site]. (in Russ.)]. URL: https://bigenc.ru/geology/text/2197422 [accessed: 14.09.2020].

Мировой рынок молибдена // Мировые товарные рынки : [сайт]. 2020. [Mirovoi rynok molibdena // Mirovye tovarnye rynki : [site]. 2020. (in Russ.)]. URL: https://www.cmmarket.ru/markets/moworld.htm [accessed: 17.09.2020].

Морозов Е. Г. Течения в Проливе Брансфилд // Доклады Академии наук. 2007. Т. 415, № 6. С. 823–825. [Morozov E. G. Techeniya v Prolive Bransfild. Doklady Akademii nauk, 2007, vol. 415, no. 6, pp. 823–825. (in Russ.)]

Морозов Е. Г., Спиридонов В. А., Молодцова Т. Н., Фрей Д. И., Демидова Т. А., Флинт М. В. Исследования экосистемы атлантического сектора Антарктики (79-й рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») // Океанология, 2020. T. 60, № 5. C. 823–825. [Morozov E. G., Spiridonov V. A., Molodtsova T. N., Frey D. I., Demidova T. A., Flint M. V. Investigations of the ecosystem in the Atlantic sector of Antarctica (Cruise 79 of the R/V Akademik Mstislav Keldysh). Oceanology, 2020, vol. 60, no. 5, pp. 823–825. (in Russ.)]. https://doi.org/10.31857/S0030157420050172

Поликарпов Г. Г., Егоров В. Н. Морская динамическая радиохемоэкология. Москва : Энергоатомиздат, 1986. 176 с. [Polikarpov G. G., Egorov V. N. Morskaya dinamicheskaya radiokhemoekologiya. Moscow : Energoatomizdat, 1986, 176 p. (in Russ.)]

Руководство по химическому анализу морских вод : руководящий документ РД 52.10.243-92. Санкт-Петербург : Гидрометеоиздат, 1993. 264 с. [Rukovodstvo po khimicheskomu analizu morskikh vod : rukovodyashchii dokument RD 52.10.243-92. Saint Petersburg : Gidrometeoizdat, 1993, 264 p. (in Russ.)]. URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293815/4293815261.pdf [accessed: 14.09.2020].

Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации : указ Президента РФ от 01 декабря 2016 г. № 642 // Собрание законодательства РФ. 2016. № 49. Ст. 6887. [Strategiya nauchno-tekhnologicheskogo razvitiya Rossiiskoi Federatsii : ukaz Prezidenta RF ot 01 dekabrya 2016 goda no. 642 // Sobranie zakonodatel’stva RF, 2016, no. 49, st. 6887. (in Russ.)]

Стратегия развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 года : распоряжение Правительства РФ от 8 декабря 2010 г. № 2205-р // Собрание законодательства РФ. 20.12.2010. № 51. Ст. 6954. [Strategiya razvitiya morskoi deyatel’nosti Rossiiskoi Federatsii do 2030 goda : rasporyazhenie Pravitel’stva RF ot 8 dekabrya 2010 goda no. 2205-r // Sobranie zakonodatel’stva RF, 20.12.2010, no. 51, st. 6954. (in Russ.)]

Стратегия развития деятельности Российской Федерации в Антарктике на период до 2020 года и на более отдалённую перспективу : распоряжение Правительства РФ от 30 октября 2010 г. № 1926-р // Собрание законодательства РФ. 08.11.2010. № 45. Ст. 5914. [Strategiya razvitiya deyatel’nosti Rossiiskoi Federatsii v Antarktike na period do 2020 goda i na bolee otdalennuyu perspektivu : rasporyazhenie Pravitel’stva RF ot 30 oktyabrya 2010 goda no. 1926-r // Sobranie zakonodatel’stva RF, 08.11.2010, no. 45, st. 5914. (in Russ.)]

Характеристики загрязняющих веществ : из раздела «II. Для водных объектов» … : справочник / сост. Н. В. Костылева, Н. Л. Рогачёв. Пермь : Изд-во ФГБУ УралНИИ «Экология», 2016. 296 с. [Kharakteristika zagryaznyayushchikh veshchestv : iz razdela “II. Dlya vodnykh ob"ektov” … spravochnik / N. V. Kostyleva, Y. K. Rogachev (Contrs). Perm : Izd-vo FGBU UralNII “Ekologiya”, 2016, 296 p. (in Russ.)]

Чудиновских Е. С. Состав и распределение фитопланктона в районе Украинской антарктической станции «Академик Вернадский» в 2007/8 гг. // Природная среда Антарктики: современное состояние изученности : материалы II Междунар. науч.-практ. конф., Нарочь, Беларусь, 18–21 мая 2016 г. Минск : Конфидо, 2016. С. 370–378. [Chudinovskikh E. S. Sostav i raspredelenie fitoplanktona v raione Ukrainskoi antarkticheskoi stantsii “Akademik Vernadskii” v 2007/8 gg. In: Prirodnaya sreda Antarktiki: sovremennoe sostoyanie izuchennosti : materialy II Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., Naroch, Belarus, 18–21 May 2016. Minsk : Konfido, 2016, pp. 370–378. (in Russ.)]

Ahn I.-Y., Lee S. H., Kim K. T., Shim J. H., Kim D. Y. Baseline heavy metal concentrations in the Antarctic clam, Laternula elliptica in Maxwell Bay, King George Island, Antarctica. Marine Pollution Bulletin, 1996, vol. 32, iss. 8–9, pp. 592–598. https://doi.org/10.1016/0025-326X(95)00247-K

Ahn I.-Y., Chung K. H., Cho H. J. Influence of glacial runoff on baseline metal accumulation in the Antarctic limpet Nacella concinna from King George Island. Marine Pollution Bulletin, 2004, vol. 49, no. 1, pp. 119–127. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2004.03.008

Bowen H. J. M. Trace elements in biological samples. In: Nuclear Analytical Techniques in Medicine / R. Cesareo (Ed.). Amsterdam ; Oxford ; New York ; Tokyo : Elsevier, 1988, chap. 1, pp. 1–17. (Techniques and Instrumentation in Analytical Chemistry ; vol. 8). https://doi.org/10.1016/S0167-9244(08)70218-X

Casas S., Gonzalez J. L., Andral B., Cossa D. Relation between metal concentration in water and metal content of marine mussels (Mytilus galloprovincialis): Impact of physiology. Environmental Toxicology and Chemistry, 2008, vol. 27, iss. 7, pp. 1543–1552. https://doi.org/10.1897/07-418.1

Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Resources (CCAMLR) : [site]. URL: https://www.ccamlr.org/ [accessed: 14.09.2020].

Crommentuijn T., Polder M. D., van de Plassche E. J. Maximum Permissible Concentration and Negligible Concentration for Metals, Taking Background Concentration Into Account. Bilthoven, Netherlands : National Institute of Public Health and the Environment, 1997, 260 p. (RIVM Report no. 601501 001).

Fuentes V., Alurralde G., Meyer B., Aguirre G. E., Canepa A., Wölfl A.-C., Hass A. C., Williams G. N., Schloss I. Glacial melting: An overlooked threat to Antarctic krill. Scientific Reports, 2016, vol. 6, art. no. 27234. https://doi.org/10.1038/srep27234

Honda K., Yamamoto Y., Tatsukava R. Distribution of heavy metals in Antarctic marine ecosystem. Proceedings of the NIPR Symposium on Polar Biology, 1987, vol. 1, pp. 184–197.

Koshlyakov M. N., Tarakanov R. Yu. Water transport across the subantarctic front and the global ocean conveyer belt. Oceanology, 2011, vol. 51, no. 5, pp. 721–735. https://doi.org/10.1134/S0001437011050110

Mertz W. (Ed.) Trace Elements in Human and Animal Nutrition. 5th edition. Orlando, FL : Academic Press, 2013, 499 р.

National Minerals Information Center. Molybdenum Statistics and Information : [site]. URL: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/molybdenum/mcs-2016-molyb.pdf [accessed: .2020].

Rainbow P. S. Trace metal concentrations in aquatic invertebrates: Why and so what? Environmental Pollution, 2002, vol. 120, iss. 3, pp. 497–507. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(02)00238-5

Samyshev E. Z., Minkina N. I. Coastal ecosystem contamination by heavy metals as an indicator of climate change in Antarctica. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 2019, vol. 16, no. 1, pp. 228–236. https://doi.org/10.1166/jctn.2019.7729

Sanchez N., Reiss C. S., Holm-Hansen O., Hewes C. D., Bizsel K. C., Ardelan M. V. Weddell-Scotia confluence effect on the iron distribution in waters surrounding the South Shetland (Antarctic Peninsula) and South Orkney (Scotia Sea) Islands during the Austral Summer in 2007 and 2008. Frontiers in Marine Science, 2019, vol. 6, art. no. 771 (16 p.). https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00771

Warmer H., van Dokkum R. Water Pollution Control in the Netherlands : Policy and Practice 2001. Lelystad, Netherlands : RIZA, 2002, 76 p. (RIZA report 2002.009).

Statistics

Downloads

Download data is not yet available.