ТВЕРДИЙ ОРГАНІЧНИЙ ВУГЛЕЦЬ У ДОННИХ ВІДКЛАДАХ ЧОРНОГО МОРЯ ЯК ІНДИКАТОР АНТРОПОГЕННОГО ВПЛИВУ НА МОРСЬКУ ГЕОЛОГО-ЕКОЛОГІЧНУ СИСТЕМУ
DOI:
https://doi.org/10.30836/igs.1025-6814.2025.4.345248Ключові слова:
твердий органічний вуглець, геоекосистема Чорного моря, геолого-екологічна субсистема донних відкладів, маркер антропогенного впливуАнотація
У статті представлені результати досліджень частинок твердого органічного вуглецю, які було виділено зі зразків геологічного середовища різних частин геолого-екологічної субсистеми донних відкладів геоекосистеми Чорного моря, що сформувалися на різних морфоструктурах дна басейну.
Мета дослідження полягає у вивченні кількісних та якісних характеристик твердого органічного вуглецю, вилученого з донних відкладів Чорного моря як можливого індикатора антропогенного навантаження на морську геоекосистему. Дослідження проведено в шельфових районах і на континентальному схилі Чорного моря в східній, західній та південно-західній частинах басейну, а саме у виключних економічних зонах (ВЕЗ) Румунії та Грузії та літоральній частині шельфу України (Одеська область).
Відбір проб для вилучення частинок на шельфі та континентальному схилі виконано із застосуванням дночерпателя та мультикорера, а в хвилеприбійній зоні узбережжя – фільтруванням завислої речовини поліамідною тканиною з розміром пор 25 мкм.
Лабораторне виділення частинок твердого органічного вуглецю здійснено методом щільнісної сепарації, візуальне дослідження – методом оптичної мікроскопії, фізико-хімічні ідентифікації частинок – методом раманівської спектроскопії. Встановлено належність частинок твердого органічного вуглецю до вугілля, сажі або бітуму. Лабораторні експерименти щодо кількості розчинних (бітумінозних) компонентів показали їх мінімальну кількість у складі досліджених частинок.
Присутність вуглецевих частинок зафіксовано у донних відкладах усіх досліджених районів. Особливості регіонального розподілу таких частинок проявляються в різкому збільшенні їх кількості у складі геологічного середовища геолого-екологічної системи в районі східного шельфу поблизу гирл і дельт річок Грузії, в розмаїтності форм і розмірів частинок вуглецю, з ознаками поліпропілену, виділених з донних відкладів у районі ВЕЗ Румунії (що є, вірогідно, проявом впливу виносів р. Дунай), а також в їх локальному розповсюдженні у відкладах літоральної зони української частини північно-західного шельфу. Такі особливості узгоджуються із загальним ступенем антропогенного навантаження на геоекосистему Чорного моря в цілому та на певні частини її геолого-екологічної субсистеми.
Аналіз кількісного розподілу вуглецевих частинок показав суттєве збільшення їх кількості у приграничному з акваекологічною субсистемою Чорного моря 5-сантиметровому шарі геологічного середовища геолого-екологічної субсистеми порівняно з такою підстеляючих шарів, більш віддаленим від означеної міжсубсистемної границі. Це, найімовірніше, є наслідком інтенсифікації людської діяльності у часовий період історії, впродовж якого і відбувалося накопичення збагаченого таким вуглецем шару геологічного середовища геолого-екологічної субсистеми. При цьому не можна повністю відкидати можливість впливу на просторовий розподіл твердого органічного вуглецю у просторі зазначеної субсистеми характерних для неї певних діагенетичних процесів.
Частинки твердого вуглецю можуть слугувати одним з перспективних показників антропогенного впливу на Чорноморську геоекосистему та її геолого-екологічну субсистему, а також ступеня інтенсивності такого впливу, можливих джерел і шляхів надходження вуглецевих частинок та інших забруднювачів техногенного походження до геологічного середовища геолого-екологічної субсистеми тощо. Зокрема, кількісні й якісні характеристики твердих вуглецевих частинок, а також особливості їх розподілу у підводному геологічному середовищі можуть нести певну, подекуди унікальну інформацію історико-культурного спрямування. Наприклад, щодо важливих рис господарської діяльності людей, які мешкали в доісторичні й історичні часи на сучасних підводних і прибережних територіях Причорномор’я та сучасного шельфу Чорного моря, звичаїв і традицій людських спільнот та особливостей міграційних процесів за їх участю, що відбувалися, в тому числі, в сучасних підводних і прибережних районах виявлення частинок твердого органічного вуглецю.
Посилання
Bao H., Niggemann J., Luo L., Dittmar T., Kao S.J. 2017. Aerosols as a source of dissolved black carbon to the ocean. Nat. Commun., 8, 510. https://www.nature.com/articles/s41467-017-00437-3
Briggs N.L., Long C.M. 2016. Critical review of black carbon and elemental carbon source apportionment in Europe and the United States. Atmospheric Environment., 144, 409–427. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.09.002
Ceburnis D., Garbaras A., Szidat S., Rinaldi M., Fahrni S., Perron N., Wacker L., Leinert S., Remeikis V., Facchini M. C., Prevot A.S.H., Jennings S.G., Ramonet M., O'Dowd C.D. 2011. Quantification of the carbonaceous matter origin in submicron marine aerosol by 13C and 14C isotope analysis. Atmospheric Chemistry and Physic., 11 (16), 8593–8606. https://doi.org/10.5194/acp-11-8593-2011
Chen B., Tiwari S., Liu K., Zou J. 2023. More Than Half of Emitted Black Carbon Is Missing in Marine Sediments. Sustainability, 15, 9739. https://doi.org/10.3390/ su15129739
Cong Z., Kang S., Gao S., Zhang Y., Li Q., Kawamura K. 2013. Historical trends of atmospheric black carbon on Tibetan Plateau as reconstructed from a 150-year lake sediment record. Environ. Sci. Technol., 47, 2579–2586. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es3048202
Coppola A.I., Druffel E.R.M. Cycling of black carbon in the ocean. Geophys. Res. Lett. 2016, 43, 4477–4482. https://doi.org/10.1002/2016GL068574
Coppola A.I., Wagner S., Lennartz S.T., Seidel M., Ward N.D., Dittmar T., Santín C., Jones M.W. The black carbon cycle and its role in the Earth system. Nat. Rev. Earth Environ. 2022, 3, 516–532. https://www.nature.com/articles/s43017-022-00316-6
Coppola A.I., Ziolkowski L.A., Masiello C.A., Druffel E.R.M. 2014, Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett., 41, 2427–2433. https://doi.org/10.1002/2013GL059068
Fang Y., Chen Y., Lin T., Hu L., Tian C., Luo Y., Yang X., Li J., Zhang G. 2018. Spatiotemporal Trends of Elemental Carbon and Char/Soot Ratios in Five Sediment Cores from Eastern China Marginal Seas: Indicators of Anthropogenic Activities and Transport Patterns. Environ. Sci. Technol., 52, 9704–9712. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.8b00033
Fedoronchuk N., Nasiedkin Y., Kukovska T. 2025. Practical evaluation of the effectiveness of different samplers for microplastic analysis in seafloor sediments. 18th International Scientific Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment Monitoring, 2025, 1–5. DOI: 10.3997/2214-4609.2025510220
Galgani F., Ruiz Orejon Sanchez Pastor L., Ronchi F., Tallec K., Fischer E., Matiddi M., Anastasopoulou A., Andresmaa E., Angiolillo M., Bakker Paiva M., Booth A.M., Buhhalko N., Cadiou B., Claro F., Consoli P., Darmon G., Deudero S., Fleet D., Fortibuoni T., Fossi M.C., Gago J., Gerigny O., Giorgetti A., Gonzalez Fernandez D., GuseN., Haseler M., Ioakeimidis C., Kammann U., Kühn S., Lacroix C., Lips I., Loza A.L., Molina Jack M.E., Noren K., Papadoyannakis M., Pragnell-Raasch H., Rindorf A., Ruiz M., Setälä O., Schulz M., Schultze M., Silvestri C., Soederberg L., Stoica E., Storr-Paulsen M., Strand J., Valente T., Van Franeker J.A., Van Loon W., Vighi M., Vinci M., Vlachogianni T., Volckaert A., Weiel S., Wenneker B., Werner S., Zeri C., Zorzo P., Hanke G. 2023. Guidance on the monitoring of marine litter in European seas, Publications Office of the European Union, Luxembourg. https://doi.org/10.2760/59137, JRC133594.
Gustafsson O., Gschwend Ph.M. 1998. The Flux of Black Carbon to Surface Sediments on the New England Continental Shelf. Geochimica et Cosmochimica Acta, 62, 3, 465–472. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(97)00370-0
Hidalgo-Ruz V., Gutow L., Thompson R.C., Thiel M. 2012. Microplastics in the Marine Environment: A Review of the Methods Used for Identification and Quantification. Environmental Science & Technology, 46 (6), 3060–3075. https://doi.org/10.1021/es2031505
Iemelianov V., Nasiedkin Y., Kukovska T., Koshliakova T., Fedoronchuk N., Shuraiev І., Yukhymchuk V. 2024. Exploring the microplastics distribution in the bottom sediments of the western Black Sea. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 4 (107), 104–113. https://doi.org/10.17721/1728-2713.107.13
Iemelianov V.O., Nasiedkin Y.I., Kukovska T.S., Fedoronchuk N.O., Dovbysh S.M. 2025. Microplastics in the geological-ecological subsystem of the coastal part of the geoecosystem of the Georgian Shelf. Mineral resources of Ukraine, 2, 89–94. https://doi.org/10.31996/mru.2025.2.89-94
Jaffé R., Ding Y., Niggemann J., Vähätalo A.V., Stubbins A., Spence R.G.M., Campbell J., Dittmar T. 2013. Global charcoal mobilization from soils via dissolution and riverine transport to the oceans. Science 340, 345–347. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1231476
Jones M.W., Coppola A.I., Santín C., Dittmar T., Jaffé R., Doerr S.H., Quine T.A. 2020. Fires prime terrestrial organic carbon for riverine export to the global oceans. Nat. Commun., 11, 2791. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16576-z
Jones M.W., De Aragão L.E.O.C., Dittmar T., De Rezende C.E., Almeida M.G., Johnson B.T., Marques J.S.J., Niggemann J., Rangel T.P., Quine T.A. 2019. Environmental controls on the riverine export of dissolved black carbon. Glob. Biogeochem. Cycles, 33, 849–874. https://doi.org/10.1029/2018GB006140
Jurado E., Dachs J., Duarte C.M., Simó R. 2008. Atmospheric deposition of organic and black carbon to the global oceans. Atmos. Environ, 42, 7931–7939. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.07.029
Lamarque J.F., Bond T.C., Eyring V., Granier C., Heil A., Klimont Z., Lee D., Liousse C., Mieville A., Owen B.M., Schultz G., Shindell D., Smith S.J., Stehfest E., Van Aardenne J., Cooper O.R., Kainuma M., Mahowald N., Mc Connell J.R., Naik V., Riahi K., and Vuuren D.P. 2010. Historical (1850-2000) gridded anthropogenic and biomass burning emissions of reactive gases and aerosols: Methodology and application. Atmos. Chem. Phys., 10, 7017–7039. https://acp.copernicus.org/articles/10/7017/2010/
La Rowe D.E., Arndt S., Bradley J.A., Estes E.R., Hoarfrost A., Lang S.Q., Lloyd K.G., Mahmoudi N., Orsi W.D., Shah Walter S.R., Steen A.D., Zhao R. 2020. The fate of organic carbon in marine sediments - New insights from recent data and analysis. Earth-Science Review, 204, 103146. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103146
Lee Y.H., Lamarque J.F., Flanner M.G., Jiao C., Shindell D.T., Berntsen T., Bisiaux M.M., Cao J., Collins W.J., Curran M., Edwards R., Faluvegi G., Ghan S., Horowitz L.W., McConnell J. R., Ming J., Myhre G., Nagashima T., Naik V., Rumbold S.T., Skeie R.B., Sudo K., Takemura T., Thevenon F., Xu B., Yoon J.H. 2013. Evaluation of preindustrial to present-day black carbon and its albedo forcing from Atmospheric Chemistry and Climate Model Intercomparison Project (ACCMIP). Atmos. Chem. Phys., 13, 2607–2634. https://acp.copernicus.org/articles/13/2607/2013/
Lohmann R., Bollinger K., Cantwell M., Feichter J., Fischer-Bruns I., Zabel M. 2009. Fluxes of soot black carbon to South Atlantic sediments, Global Biogeochem. Cycles., 23, GB1015. https://doi.org/10.1029/2008GB003253.
Middelburg J.J., Nieuwenhuize J., Breugel P. 1999. Black carbon in marine sediments. Marine Chemistry, 65, 3–4, 245 –252. https://doi.org/10.1016/S0304-4203(99)00005-5
Novakov T., Ramanathan V., Hansen J.E., Kirchstetter T.W., Sato M., Sinton J.E., Sathaye J.A. 2003. Large historical changes of fossil-fuel black carbon aerosols. Geophys. Res. Lett., 30, 1324. https://doi.org/10.1029/2002GL016345
Ramanathan V., Carmichael G. 2008. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci., 1, 221–227. https://www.nature.com/articles/ngeo156
Sánchez-García L., Cato I., Gustafsson Ö. 2012. The sequestration sink of soot black carbon in the Northern European Shelf sediments. Glob. Biogeochem. Cycles, 26, GB1001. https://doi.org/10.1029/2010GB003956
Tiwari S., Kun L., Chen B. 2020. Spatial variability of sedimentary carbon in South Yellow Sea, China: Impact of anthropogenic emission and long-range transportation. Environ. Sci. Pollut. Res., 27, 23812–23823. https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-020-08686-4
Tranvik L.J. 2018. New light on black carbon. Nat. Geosci., 11, 547–548. https://www.nature.com/articles/s41561-018-0181-x
Wang R., Tao S., Shen H., Huang Y., Chen H., Balkanski Y., Boucher O., Ciais P., Shen G., Li W., Zhang Y., Chen Y., Lin N., Su S., Li B., Liu J., Liu W. 2014. Trend in global black carbon emissions from 1960 to 2007. Environ. Sci. Technol., 48, 6780–6787. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es5021422
Wulandari I., Katz S., Kelly R.P., Robinson R.S., & Lohmann R. 2023. Sedimentary accumulation of black carbon on the East Coast of the United States. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL101509. https://doi.org/10.1029/2022GL101509
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Є.І. Насєдкін, В.О. Ємельянов, Н.О. Федорончук
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та безоплатно передають журналу невиключне право публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License (CC BY-NC 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з некомерційними цілями, з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
