Bioaccumulation of Chemical Elements and Organic Carbon in the Macrozoobenthic Organisms of the Laptev Sea

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Within the framework of the program “Marine Ecosystems of the Siberian Arctic”, based on the materials collected during the 69th and 72nd cruises of the R/V “Akademik Mstislav Keldysh”, a study of the distribution of a group of chemical elements (As, Ba, Bi, Co, Cr, Cr, Cd, Co, Cu, Cr, Mn, Ni, Pb, Sc, Ti, Tl, Th, V, U and Zn) and organic carbon in the mass taxa of the Laptev Sea macrozoobenthos in the fields of methane seepage and outside them was carried out. For the first time, the bioaccumulation potential (BP) was quantified, taking into account, along with the concentration of elements in organisms, their biomass. At the C-15 methane field, the population of brittle stars accumulates each of the microelements many times (up to 40 times) more than at the background station. Brittle stars and bivalves show increased BP for Ni, As, Ba, Cu, Ti, V, Mn, and Zn compared to other elements, with brittle stars having significantly higher BP. It is assumed that the increased bioaccumulation of some heavy metals and metalloids in methane seep areas is associated with a greater bioavailability of organic matter in bottom sediments. For organic carbon, the highest BP was established, which is especially expressed in the C-15 methane field. At the background station, taxa accumulate a significantly smaller (by a factor of 10) amount of carbon in their biomass. As a result of the functioning of the ground eaters, bottom sediments are enriched with organic carbon, which may indicate an important contribution of benthic organisms to the carbon cycle in the seas of the Arctic.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

L. Demina

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: l_demina@mail.ru
Ресей, Moscow

S. Galkin

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: l_demina@mail.ru
Ресей, Moscow

A. Solomatina

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: l_demina@mail.ru
Ресей, Moscow

Әдебиет тізімі

  1. Будько Д.Ф., Демина Л.Л., Лисицын А.П. и др. Формы нахождения тяжелых металлов в современных донных осадках Белого и Баренцева морей // Докл. РАН. 2017. Т. 474. № 1. С. 93–98.
  2. Виноградова А.А., Котова Е.И. Загрязнение северных морей России тяжелыми металлами: поток из атмосферы и речной сток // Геофизические процессы и биосфера. 2019. T. 18. № 1. С. 22–32.
  3. Демина Л.Л., Галкин С.В. Биогеохимия микроэлементов в глубоководных гидротермальных экосистемах. М.: ГЕОС, 2013. 234 с.
  4. Демина Л.Л., Галкин С.В. Биоаккумуляция микроэлементов в организмах донных биогеоценозов окислительных и восстановительных обстановок океана: сходство и различие // Геохимия. 2018. № 6. C. 572–585.
  5. Демина Л.Л., Левитан М.А., Политова Н.В. О формах нахождения некоторых тяжелых металлов в донных осадках эстуарных зон рек Оби и Енисея (Карское море) // Геохимия. 2006. № 2. С. 212–226.
  6. Куценогий К.П., Куценогий П.К. Комплексный мониторинг атмосферных аэрозолей Сибири // Аэрозоли Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. С. 16–27.
  7. Лисицын А.П. Основные понятия биогеохимии океана // Биогеохимия океана / Под ред. А.П. Лисицына. М.: Наука, 1983. С. 9–31.
  8. Лисицын А.П. Биодифференциация вещества в океане и осадочный процесс // Биодифференциация осадочного вещества в морях и океанах. Ростов-на Дону: Изд-во Ростов. Гос. Ун-та, 1986. С. 3–66.
  9. Лисицын А.П. Потоки осадочного вещества, природные фильтры и осадочные системы «живого океана» // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 1. С. 15–48.
  10. Лисицын А.П. Биофильтры Северного Ледовитого океана // Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики. Современное состояние и история развития / Под ред. Х. Кассенс, А.П. Лисицына, Й. Тиде и др. М.: Изд-во Московского ун-та, 2009. С. 31–80.
  11. Маккавеев П.Н. Отчет отряда биогидрохимии о работе в 69-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» // Экосистемы морей Сибирской Арктики-2017. Научный отчет экспедиции 69-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыщ» в Карское море, море Лаптевых и Восточно-Сибирское море (22 августа — 03 октября 2017 г.). М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 2017. Т. 1. С. 143–234.
  12. Романкевич Е.А., Ветров А.А. Цикл углерода в Арктических морях России. М.: Наука, 2001. 302 с.
  13. Сиренко Б.И., Денисенко С.Г., Дойбель Х., Рахор А. Макробентос шельфа моря Лаптевых и прилежащих частей Арктического бассейна // Фауна и экосистемы моря Лаптевых и сопредельных глубоководных участков Арктического бассейна. Ч. 1. Исследования фауны морей / Под ред. Сиренко Б.И. СПб., 2004. Т. 54 (62). С. 28–73.
  14. Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики. Современное состояние и история развития / Под ред. Х. Кассенс, А.П. Лисицына, Й. Тиде и др. М.: Изд-во Московского ун-та, 2009. 357 c.
  15. Флинт М.В. Отчет начальника экспедиции // Экосистемы морей Сибирской Арктики-2017. Научный отчет экспедиции 69-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыщ» в Карское море, море Лаптевых и Восточно-Сибирское море (22 августа — 03 октября 2017 г.). М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 2017. Т. I. С. 1–11.
  16. Флинт М.В., Поярков С.Г., Римский-Корсаков Н.А., Мирошников А.Ю. Экосистемы морей Сибирской Арктики — 2018 (72 рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») // Океанология. 2019. Т. 59. № 3. С. 506–509.
  17. Шевченко В.П., Виноградова А.А., Лисицын А.П. и др. Атмосферные аэрозоли как источник осадочного вещества и загрязнений в Северном Ледовитом океане // Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики. Современное состояние и история развития / Под ред. Х. Кассенс, А.П. Лисицына, Й. Тиде и др. М.: Изд-во Московского ун-та, 2009. С. 150–172.
  18. Ab Lah R., Smith J., Savins D. et al. Investigation of nutritional properties of three species of marine turban snails for human consumption // Food Science and Nutrition. 2017. V. 5. № 1. P. 14–30.
  19. Algeo T.J., Tribovillard N. Environmental analysis of palaeoceanographic systems based on molybdenum-uranium covariation // Chem. Geol. 2009. V. 268. P. 211–225.
  20. Åström E.K.L., Carroll M.L., Ambrose W.G. et al. Methane cold seeps as biological oases in the high-Arctic deep sea // Limnol. Oceanogr. 2018. V. 63. P. S209–S231.
  21. Baranov B., Galkin S., Vedenin A. et al. Methane seeps on the outer shelf of the Laptev Sea: characteristic features, structural control, and benthic fauna // Geo-Mar. Lett. 2020. V. 40. P. 541–557.
  22. Bogoyavlensky V.I., Kishankov A.N., Kazanin A.V. Evidence of large-scale absence of frozen ground and gas hydrates in the northern part of the East Siberian Arctic shelf (Laptev and East Siberian seas) // Marine and Petroleum Geology. 2022. P. 106050.
  23. Brown M.T., Depledge M.H. Determinants of trace metal concentrations in marine organisms // Metal metabolism in aquatic environments / Eds Langstone W.J. and Bebianno M.J. London: Chapman and Hall, 1998. P. 185–217.
  24. Bruland K.W., Lohan M.C. Controls of trace metals in sea water. The oceans and marine geochemistry // Treatise on Geochemistry / Eds Holland H.D., Turekian K.K. Amsterdam: Elsevier Pergamon, 2004. V. 6. P. 23–47.
  25. Budko D.F., Demina L.L., Travkina A.V. et al. The Features of Distribution of Chemical Elements, including Heavy Metals and Cs-137, in Surface Sediments of the Barents, Kara, Laptev and East Siberian Seas // Minerals. 2022. V. 12. 328.
  26. Chen C.Y., Ward D.M., Williams J.J., Fisher N.S. Metal bioaccumulation by estuarine food webs in New England, USA // J. Mar. Scie. Engineer. 2016. V. 4. № 41.
  27. Crommentuijn T., Polder M.D., van der Plassche E.J. Maximum Permissible Concentration and negligible concentration for metals, taking background concentration into account. (RIVM Report no. 601501 001). Bilthoven, Netherlands: National Institute of Public Health and the Environment, 1997. 260 p.
  28. Davis N. The Arctic wasteland: a perspective on Arctic pollution // Polar Record. 1996. V. 32. № 182. P. 237–248.
  29. Demina L.L., Dara O.M., Aliev R.D. et al. Elemental and mineral composition of the Barents Sea recent and Late Pleistocene−Holocene sediments: a correlation with environmental conditions // Minerals. 2020. V. 10 (593).
  30. Demina L.L., Galkin S.V., Krylova E.M. et al. Trace metal biogeochemistry in methane seeps on the Koryak slope of the Bering Sea // Deep-Sea Res. II. 2022. V. 206. P. 105219.
  31. Erickson M.J., Turner C.L., Thibodeaux L.J. Field observation and modeling of dissolved fraction sediment–water exchange coefficients for PCBs in the Hudson River // Envir. Sci. Technol. 2005. V. 39. P. 549–556.
  32. Fisher N.S., Reinfelder J.R. The trophic transfer of metals in marine systems // Metal Speciation and Bioavailability in Aquatic Systems / Eds Tessier A., Turner D.R. New York: Wiley, 1995. P. 363–406.
  33. Gebruk A., Krylova E., Lein A. et al. Methane seep community of the Håkon Mosby mud volcano (the Norwegian Sea): composition and trophic aspects // Sarsia. 2003. V. 88. P. 394–403.
  34. Glass J.B., Hang Y., Steele J.A. et al. Geochemical, metagenomic and metaproteomic insights into trace metal utilization by methane-oxidizing microbial consortia in sulphidic marine sediments // Environ. Microbiol. 2014. V. 16. № 6. P. 1592–1611.
  35. Langston W.J., Spencer S.K. Biological factors involved in metal concentrations observed in aquatic organisms // Metal Speciation and Bioavailability in Aquatic Systems / Eds. Tessier A., Turner D.R. New York: Wiley, 1995. P. 407–478.
  36. Lee J.S., Lee J.H. Influence of acid volatile sulfides and simultaneously extracted metals on the bioavailability and toxicity of a mixture of sediment-associated Cd, Ni, and Zn to polychaetes neanthes arenaceodentata // Sci. Total Environ. 2005. V. 338. P. 229–241.
  37. Martin J.-M., Guan D.M., Elbaz-Poulishet P. et al. Preliminary assessment of the distribution of some trace elements (As, Cd, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn) in a pristine aquatic environment: the Lena River estuary (Russia) // Marine Chem. 1993. V. 43. № 1–4. P. 185–200.
  38. Morel F.M.M., Price N.M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans // Science. 2003. V. 300. P. 944–947.
  39. Neff J.M. Ecotoxicology of arsenic in the marine environment // Envir. Toxicol. Chem. 1997. V. 16. № 5. P. 917–927.
  40. Rainbow P.S. Trace metal bioaccumulation: Models, metabolic availability and toxicity // Environ. Intern. 2007. V. 33. P. 576–582.
  41. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise on Geochemistry / Eds Holland H.D., Turekian K.K. Amsterdam: Elsevier Pergamon, 2004. V. 3. P. 1–64.
  42. Rybakova E., Galkin S., Bergmann T. et al. Density and distribution of megafauna at the Håkon Mosby mud volcano (the Norwegian Sea) based on image analysis // Biogeosciences. 2013. V. 10. P. 3359–3374.
  43. Salomons W., Forstner U. Metals in the Hydrocycle. Berlin/Heidelberg: Springer, 1984. 349 p.
  44. Sattarova V., Aksentov K., Astakhov A. et al. Trace metals in surface sediments from the Laptev and East Siberian Seas: Levels, enrichment, contamination assessment, and sources // Mar. Pollut. Bullet. 2021. V. 173. P. 112997.
  45. Savvichev A.S., Kadnikov V.V., Kravchishina M.D. et al. Methane as an organic matter source and the trophic basis of a Laptev Sea cold seep microbial community // Geomicrobiology. 2017. V. 35. P. 411–423.
  46. Savvichev A.S., Rusanov I.I., Kadnikov V.V. et al. Biogeochemical activity of methane-related microbial communities in bottom sediments of cold seeps of the Laptev Sea // Microorganisms. 2023. V. 11 (250).
  47. Sorokin Y.I., Sorokin P.Y. Plankton and primary production in the Lena River estuary and in the south-eastern Laptev Sea // Estuar. Coast. Shelf Sci. 1996. V. 43. № 4. P. 399–418.
  48. Tessier A., Campbell P.G.C. Partitioning of trace metals in sediments: Relationships with bioavailability // Hydrobiologia. 1987. V. 149. P. 43–52.
  49. Vedenin A.A., Kokarev V.N., Chikina M.V. et al. Fauna associated with shallow-water methane seeps in the Laptev Sea // Peer J. 2020. V. 8. P. e9018.
  50. Ye L., Cook N.J., Ciobanu C.L. et al. Trace and minor elements in sphalerite from base metal deposits in South China: A LA-ICPMS study // Ore Geol. ReV. 2011. V. 39. № 4. P. 188–217.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Map-scheme of fauna and bottom sediments sampling during the expeditions of the 69th and 72nd cruises of the R/V “Akademik Mstislav Keldysh” in 2017 and 2018

Жүктеу (258KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Comparison of mean Kd values for the bivalves S. greenlandicus and P. agstis inhabiting the Oden and C-15 methane outcrop fields, respectively, and P. agstis (station 5615, East Siberian Sea)

Жүктеу (138KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Comparison of mean Kd values for Ophiocten sericeum inhabiting the Oden methane outcrop field (station 5623) and the continental slope (station 5635) of the Laptev Sea

Жүктеу (131KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Comparison of mean concentrations of trace elements in total samples of Ophiocten sericeum ophiurs inhabiting methane deposition fields C-15 (station 5625) with background stations 5636 and 5624

Жүктеу (200KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Comparison of mean Kd values for Ctenodiscus crispatus sea stars inhabiting the Oden and C-15 methane outcrop fields with the background - shallow-water station 5624 and deeper-water stations 5635 and 5636

Жүктеу (155KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Comparison of mean Kd values for Myriotrochus rincki holothurians inhabiting the Oden and C-15 methane outcrop fields with the background station 5615 (East Siberian Sea)

Жүктеу (145KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Comparison of the average enrichment factor EFx of precipitation for methane fields and background stations

Жүктеу (92KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Осы сайт cookie-файлдарды пайдаланады

Біздің сайтты пайдалануды жалғастыра отырып, сіз сайттың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ететін cookie файлдарын өңдеуге келісім бересіз.< / br>< / br>cookie файлдары туралы< / a>