Балтийское море - Загрязнение

Для выявления приоритетных металлов, то есть металлов, в наибольшей степени загрязняющих акваторию Невской губы, была проведена обработка всех данных наблюдений за рассматриваемый период (1997-2002 гг.) по всей акватории губы для столба водной массы поверхность - дно. В качестве критерия (показателя, индикатора), характеризующего уровень загрязнения, был выбран процент проб, в которых содержание данного металла превышало величины ПДК. Результаты анализа показали, что металлы могут быть ранжированы следующим образом (рис. 2):

МЕДЬ > ЦИНК > МАРГАНЕЦ > СВИНЕЦ > КАДМИЙ > НИКЕЛЬ > КОБАЛЬТ

Рисунок 2

Относительное количество отобранных в Невской губе проб, содержание тяжелых металлов в которых превысило ПДК, 1997-2002 гг. (поверхность - дно).

Как следует из приведенных данных, акватория Невской губы в наибольшей степени загрязнена медью (из 1290 проанализированных проб в 1254 пробах зафиксировано превышение ПДК) и цинком (из 700 проанализированных проб в 550 пробах зафиксировано превышение ПДК). В меньшей степени воды Невской губы загрязнены марганцем (из 1292 проанализированных проб в 314 пробах зафиксировано превышение ПДК), свинцом (из 1290 проанализированных проб в 191 пробе зафиксировано превышение ПДК), кадмием (из 1292 проанализированных проб в 58 пробах зафиксировано превышение ПДК), никелем (из 700 проанализированных проб в 24 пробах зафиксировано превышение ПДК) и кобальтом (из 700 проанализированных проб лишь в 4 пробах зафиксировано превышение ПДК).

Для оценки уровней загрязнения металлами различных районов Невской губы был проведен анализ всего массива данных за период 1997-2002 гг. для всей совокупности металлов (медь, цинк, марганец, свинец, кадмий, никель, кобальт). В качестве показателя (индикатора) уровней загрязнения как и в предыдущем случае был выбран общий (для всей совокупности металлов) процент проб, в которых обнаружено превышение ПДК (табл. 3).

Таблица 3

Оценка уровней загрязнения металлами различных районов Невской губы за период 1997-2002 гг. (для всей совокупности металлов и столба воды поверхность - дно)

Приведенные данные для всей совокупности металлов не позволяют выделить наиболее загрязненные районы Невской губы. Действительно, процент проб, в которых зафиксировано превышение ПДК, практически одинаков для всех районов Невской губы и варьирует от 32,6% для Центральной части до 34,9% для Южного курортного района.

В этой связи был проведен покомпонентный (отдельно для каждого металла) анализ уровней загрязнения различных районов Невской губы за весь рассматриваемый период с 1997 по 2002 гг. (табл. 4).

Таблица 4

Процент проб, в которых содержание металла в Невской губе превышало ПДК за период 1997-2002 гг. (покомпонентный анализ для столба воды поверхность - дно)

ПРИМЕЧАНИЕ. В числителе - количество проб с превышением ПДК, в знаменателе - общее количество проб, в скобках - процент проб с содержанием металла более ПДК.

Как следует из приведенных данных, все районы Невской губы в значительной и примерно одинаковой степени загрязнены медью и цинком. Для кадмия, никеля и кобальта также характерно примерно одинаковое загрязнение всех районов губы (расхождение между процентом проб, превысивших ПДК, не превышает 10%). Свинцом в наименьшей степени за рассматриваемый период был загрязнен Северный курортный район (процент проб, превысивших ПДК, составлял 2,9%). Для остальных районов губы был характерен примерно одинаковый уровень загрязнения свинцом (процент проб, превысивших ПДК, варьировал от 13,3% для Южного курортного района до 16,5% для акватории МТП СПб.). Марганцем в наибольшей степени был загрязнен Северный курортный район (процент проб, превысивших ПДК, составлял 40%). Центральная часть, Южный курортный район и акватория МТП СПб. были загрязнены марганцем примерно в равной степени (процент проб, превысивших ПДК, варьировал от 22,9% до 29,4%). Этот анализ следует считать сугубо ориентировочным, так как рассмотренные акватории характеризуются различным количеством станций и, соответственно, различным количеством отобранных и проанализированных проб. Кроме того, регулярные анализы цинка, никеля и кобальта были проведены лишь с 2000 г. по 2002 г., а для остальных металлов - с 1997 г. по 2002 г.

Для выявления межгодовых трендов концентраций металлов из семи рассматриваемых металлов были выбраны медь и цинк. Это обусловлено тем, что, во-первых, эти металлы, как показано выше, являются приоритетными, то есть в наибольшей степени загрязняющими акваторию Невской губы. Во-вторых, для остальных металлов весьма высок процент проб, в которых зафиксированы концентрации этих металлов ниже аналитического нуля (ниже предела чувствительности использованного химико-аналитического метода их определения) (рис. 3). Отмеченное не позволяет провести корректный статистический анализ данных наблюдений.

Рисунок 3

Относительное количество отобранных в Невской губе проб с содержанием металлов ниже аналитического нуля (1997-2002 гг.).

Анализ межгодовых трендов концентраций выбранных металлов (меди и цинка) был проведен в два этапа. На первом этапе была выявлена динамика среднегодовых концентраций металлов для различных районов Невской губы (рис. 4-11).

Рисунок 3

Рисунок 5

Динамика среднегодовых концентраций меди на акватории МТП СПб. Невской губы с 1997 по 2002 гг

Рисунок 6

Динамика среднегодовых концентраций меди в Южном курортном районе Невской губы с 1997 по 2002 гг

Рисунок 7

Динамика среднегодовых концентраций меди в Северном курортном районе Невской губы с 1997 по 2002 гг

Рисунок 8

Динамика среднегодовых концентраций цинка в Центральной части Невской губы с 2000 по 2002 гг

Рисунок 9

Динамика среднегодовых концентраций цинка на акватории МТП СПб. Невской губы с 2000 по 2002 гг

Рисунок 10

Динамика среднегодовых концентраций цинка в Южном курортном районе Невской губы с 2000 по 2002 гг

Рисунок 11

Динамика среднегодовых концентраций цинка в Северном курортном районе Невской губы с 2000 по 2002 гг

Приведенные данные свидетельствуют о том, что за весь период наблюдений среднегодовые концентрации меди для водного столба поверхность-дно для всех районов Невской губы превышали ПДК (ПДКCu = 1 мкг/дм3). При этом наибольшие среднегодовые концентрации меди зафиксированы в 2000 г. в Центральной части, на акватории МТП СПб. и на акватории Южного курортного района. Наибольшая среднегодовая концентрация меди на акватории Северного курортного района отмечена в 2002 г. Для всего периода наблюдений (2000-2002 гг.) и для всех районов Невской губы также характерно превышение среднегодовых концентраций над ПДК для цинка (ПДКZn = 10 мкг/дм3). Наибольшие среднегодовые концентрации цинка на акваториях Центральной части и МТП СПб. зафиксированы в 2002 г., на акватории Южного курортного района - в 2001 г., а на акватории Северного курортного района - в 2000 г.

Для принятия (или отклонения) нулевой гипотезы о равенстве среднегодовых концентраций на втором этапе была проведена статистическая обработка данных наблюдений и выявлены: число определений (N), минимальные (Xмин) и максимальные (Xмак) значения концентраций, среднегодовые значения концентраций (Xср), стандартные ошибки средних (m), стандартные отклонения (S) и коэффициенты вариации (CV) (табл. 5 и 6).

Таблица 5

Статистические характеристики динамики концентраций меди в различных районах Невской губы с 1997 г. по 2002 г.

Эти данные были использованы для статистического анализа методом сравнения двух выборок (Бернстейн, 1968). Для этой цели была использована следующая формула:

где статистика Z является приблизительно нормально распределенной со средней, равной 0, и при стандартном отклонении, равном 1, при нулевой гипотезе. X1 и X2 - среднегодовые концентрации металлов для сравниваемых годов наблюдений, S1 и S2 - стандартные ошибки средних, N1 и N2 - количество определений, использованных при оценке среднегодовых концентраций.

Для 95%-го уровня значимости Z = 1,96. Если величина Z, рассчитанная по вышеприведенной формуле, меньше 1,96, то нулевая гипотеза о равенстве среднегодовых концентраций металлов принималась. В противном случае - отвергалась. То есть, если Z > 1,96, то разница между среднегодовыми значениями концентраций металлов рассматривалась как существенная (табл. 7 и 8).

Таблица 6

Статистические характеристики динамики концентраций цинка в различных районах Невской губы с 2000 г. по 2002 г

Таблица 7.

Результаты статистического анализа межгодовых колебаний среднегодовых величин концентраций меди в различных районах Невской губы

ПРИМЕЧАНИЕ. + различие между среднегодовыми концентрациями статистически достоверно, - различие между среднегодовыми концентрациями статистически недостоверно. Для Северного курортного района в 1998 г. объем данных был недостаточен для проведения статистического анализа.

Приведенные данные (табл. 7) свидетельствуют о неравномерных межгодовых уровнях загрязнения медью Центральной части Невской губы, акватории МТП СПб. и Южного курортного района. Так, среднегодовые концентрации меди в Центральной части губы только в 1999 г. статистически достоверно отличались от среднегодовых концентраций меди, зафиксированных в 1997 г., 1998 г., 2000 г., 2001 г. и 2002 г. В 1997 г. среднегодовые концентрации меди статистически достоверно отличались от среднегодовых концентраций меди в 1999 г., 2000 г. и 2002 г. В 1998 г. и 2001 г. эти различия были статистически недостоверны. Статистически недостоверны были также различия между среднегодовыми концентрациями меди в 2000 г. и 2002 г. В отдельные годы отсутствие статистически достоверных различий между среднегодовыми концентрациями меди были выявлены также в Южном курортном районе и на акватории МТП СПб.. Только для Северного курортного района были установлены статистически недостоверные различия среднегодовых концентраций за весь рассматриваемый период. Иными словами, воды Северного курортного района были загрязнены медью примерно в равной степени за период с 1997 г. по 2002 г. (по результатам статистического анализа среднегодовых концентраций).

Таблица 8

Результаты статистического анализа межгодовых колебаний среднегодовых концентраций цинка в различных районах Невской губы

ПРИМЕЧАНИЕ. + различие между среднегодовыми концентрациями статистически достоверно, - различие между среднегодовыми концентрациями статистически недостоверно.

Данные таблицы 8 свидетельствуют о неравномерных межгодовых уровнях загрязнения цинком Центральной части губы и акватории МТП СПб.. Так, статистически достоверные различия межгодовых концентраций цинка в Центральной части губы установлены в 2001 г., в то время как различия межгодовых концентраций цинка в 2000 г. и 2002 г статистически недостоверны. Среднегодовые концентрации цинка в водах акватории МТП СПб.. статистически достоверно различались между 2000 г. и 2002 г. и не различались между 2000 г. и 2001 г. Только для вод Южного курортного района и Северного курортного района зафиксированы статистически недостоверные различия среднегодовых концентраций цинка за весь рассматриваемый период с 2000 г. по 2002 г.

Оценка внутригодовой динамики концентраций меди и цинка была проведена в два этапа. На первом этапе был проведен помесячный анализ первичных данных мониторинга за период с 1997 г. по 2002 г. Анализ показал, что экстремальные (максимальные) значения концентраций, например меди, варьируют по месяцам от года к году. Так, максимальные значения концентраций меди на ст. 12а в водах Северного курортного района зафиксированы в 1997 г. в мае, в 1999 г. - в августе, в 2000 г. - в сентябре, в 2001 г. - в июне и в 2002 г. - в октябре. На ст.11а в водах Южного курортного района максимальные концентрации меди в 1997 г. обнаружены в июне и июле, в 1999 г. - в августе, в 2000 г. - в сентябре, в 2001 г. - в июне и в 2002 г. - в августе.

В связи с изложенным для корректной оценки внутригодовой динамики концентраций меди и цинка были проведены помесячные усреднения среднемесячных концентраций (рис. 12-15 ).

Рисунок 12

Динамика внутригодовых концентраций меди на ст.12а в водах Северного курортного района (помесячные усредненные данные за период 1997-2002 гг.).

Рисунок 13

Динамика внутригодовых концентраций меди на ст. 11а в водах Южного курортного района (помесячные усредненные данные за период 1997-2002 гг.).

Рисунок 14

Динамика внутригодовых концентраций меди на ст. 5 в водах МТП СПб. (помесячные усредненные данные за период 1997-2002 гг., левый столбик - поверхностный горизонт, правый столбик - придонный горизонт).

Рисунок 15

Динамика внутригодовых концентраций меди на ст.30 в водах Центральной части Невской губы (помесячные усредненные данные за период 1997-2002 гг., левый столбик - поверхностный горизонт, правый столбик - придонный горизонт)

Как следует из диаграмм, приведенных на рис.12-15, экстремальные (максимальные) концентрации меди в водах Северного курортного района зафиксированы в августе (7,7 ПДК), в водах Южного курортного района - в сентябре (12 ПДК), на акватории МТП СПб. - в октябре (6,5 ПДК в поверхностном горизонте) и ноябре (9,1 ПДК в придонном горизонте). В Центральной части губы максимальные концентрации меди установлены в феврале (7,2 ПДК в поверхностном горизонте и 8,9 ПДК - в придонном горизонте).

Обращает на себя внимание то, что в придонных горизонтах концентрации меди, как правило, несколько выше, чем в поверхностных горизонтах. Так, среднее отношение концентрации меди в придонных горизонтах Центральной части губы к концентрации в поверхностном горизонте составило 1,37, а для акватории МТП СПб. - 1,28. Однако статистический анализ методом сравнения средних двух выборок показал, что для акватории МТП СПб. различие между концентрациями меди в придонном (N = 12; Xср = 6,75; Sx = 1,35) и поверхностном горизонтах (N = 12; Xср = 5,26; Sx = 0,986), статистически достоверно, а для Центральной части губы - статистически недостоверно.

Результаты оценки внутригодовой динамики концентраций цинка следует рассматривать как сугубо ориентировочные в связи с небольшим объемом данных (2000 г. - 2002 г.). Эти результаты показывают, что максимальные концентрации цинка в водах Северного курортного района зафиксированы в октябре (4 ПДК), в водах Южного курортного района - в июне (2,2 ПДК), на акватории МТП СПб. - в феврале (3,5 ПДК) (поверхностный горизонт) и ноябре (4,1 ПДК) в придонном горизонте, в водах Центральной части - в феврале (4,3 ПДК и 3,5 ПДК) в поверхностном и придонном горизонтах соответственно (рис. 16- 19).

Рисунок 16

Динамика внутригодовых концентраций цинка на ст. 12а в водах Северного курортного района (помесячные усредненные данные за период 2000-2002 гг.).

Рисунок 17

Динамика внутригодовых концентраций цинка на ст.11а в водах Южного курортного района (помесячные усредненные данные за период 2000-2002 гг.).

Рисунок 18

Динамика внутригодовых концентраций цинка на ст.5 в водах МТП СПб. (помесячные усредненные данные за период 2000-2002 гг., левый столбик - поверхностный горизонт, правый столбик - придонный горизонт).

Рисунок 19

Динамика внутригодовых концентраций цинка на ст. 30 в водах Центральной части Невской губы (помесячные усредненные данные за период 2000-2002 гг., левый столбик - поверхностный горизонт, правый столбик - придонный горизонт).

2003-3.1.Загрязнение вод Невской губы металлами (1997-2002)