Nitrogen in the Pore Waters of the Northern Caspian Bottom Sediments
DOI:
https://doi.org/10.52575/2712-7443-2025-49-2-308-318Keywords:
oxidative-reducing potential, hydrogen value, ammonium nitrogen, nitrites, nitrates, organic nitrogenAbstract
The paper is focused on the peculiarities of accumulation of mineral nitrogen (ammonium, nitrite and nitrate) and organic nitrogen in pore waters of bottom sediments in the western part of the Northern Caspian under various oxidative-reducing conditions. The bottom sediments of the studied area are represented by shells, sands, and silts. Oxidative conditions developed in the bottom sediments on a larger area of water. The pH values of pore water of bottom sediments were sufficiently uniform. It was found that the share of organic nitrogen in pore water of bottom sediments was larger than that of mineral nitrogen. Among mineral nitrogen types, ammonium nitrogen dominated. An increased degree of bottom sediment oxidation leads to a decrease of organic, ammonium, nitrite and nitrate nitrogen in pore waters. At the same time, ammonium and organic nitrogen have synchronous dynamics with nutrient content in the bottom layer of water during the transition from reduction to oxidative conditions. The study reveals a significant increase in nitrite nitrogen content in pore waters of the bottom sediments of the Northern Caspian, as compared to the findings obtained in the twentieth century. Reduction reactions in the bottom sediment took place in areas of nitrite and nitrate accumulation in pore waters; while ammonium and organic nitrogen was accumulated in areas with transition conditions; and mineral nitrogen prevailed in oxidative conditions. The statistical analysis shows that in different oxidative-reducing conditions, the concentration of mineral and organic forms of nitrogen depends on various hydrochemical parameters. The main factors are the content of dissolved organic matter, oxidation-reduction potentials of bottom water layer, pH and oxidation-reduction potentials of pore water of bottom sediments
Downloads
References
Список источников
Алекин О.А. 1970. Основы гидрохимии. Ленинград, Гидрометеорологическое изд-во, 444 с.
РД 52.10.735-2010. 2010. Водородный показатель морских вод. Методика измерений потенциометрическим методом. Москва, ГОИН, 23 с.
Смагунова А.Н., Карпукова О.М. 2012. Методы математической статистики в аналитической химии. Ростов-на-Дону, Феникс, 346 с.
Справочник по гидрохимии. 1989. Ленинград, Гидрометеоиздат, 391 с.
Список литературы
Белкина Н.А. 2021. Закономерности осадконакопления и раннего диагенеза донных отложений в водоемах юго-восточной части фенноскандинавского кристаллического щита. Автореф. дис. … докт. геогр. наук. Санкт-Петербург, 48 с.
Бордовский О.К. 1974. Органическое вещество морских и океанских осадков в стадию раннего диагенеза. Москва, Наука, 104 с.
Брезгунов В.С., Ферронский В.И. 2010. Микро- и макроэлементы в поровых водах глубинных областей Южного и Среднего Каспия. Водные ресурсы, 37(6): 700–708.
Бруевич С.В. 1978. Проблемы химии моря. Москва, Наука, 335 с.
Гаркавая Г.П., Богатова Ю.И. 2007. Минеральные и органические вещества в поровых растворах донных отложений украинской части взморья Дуная. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа, 15: 528–540.
Гурова Ю.С., Якушев Е.В., Березина А.В., Новиков М.О., Гуров К.И., Орехова Н.А. 2023. Численное моделирование динамики окислительно-восстановительных условий на границе вода – донные отложения в Севастопольской бухте. Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря, 2: 71–90. https://doi.org/10.29039/2413-5577-2023-2-71-90
Даутвальтер В.А. 2012. Геоэкология донных отложений озер. Мурманск, Изд-во МГТУ, 242 с.
Закутин В.П., Чугунова Н.Н., Фетисенко Д.А., Пантелеева З.Н., Богомолова А.А. 1995. Аммонийсодержащие подземные воды (условия формирования и распространения). Водные ресурсы, 2(6): 726–737.
Катунин Д.Н. 2014. Гидроэкологические основы формирования экосистемных процессов в Каспийском море и дельте реки Волги. Астрахань, Изд-во КаспНИРХ, 478 с.
Клёцкина О.В., Минькевич И.И. 2013. Азотное загрязнение подземных вод и управление их качеством в промышленных районах. Вестник Пермского университета. Геология, 4(21): 8–20.
Колпакова М.Н., Гаськова О.Л., Наймушина О.С., Кривоногов С.К. 2018. Озеро Эбейты, Россия: химико-органический и минеральный состав воды и донных отложений. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 329(1): 111–123.
Косенко Ю.В. 2019. Основные аспекты баланса биогенных элементов в Азовском море. Водные биоресурсы и среда обитания, 2(4): 24–37. https://doi.org/10.47921/2619-1024_2019_2_4_24.
Лобковский Л.И., Левченко Д.Г., Леонов А.В., Амбросимов А.К. 2005. Геоэкологический «портрет» экосистемы Каспийского моря. В кн.: Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. Москва, Наука: 263–298.
Островская Е.В., Гаврилова Е.В., Варначкин С.А. 2022. Изменения гидролого-гидрохимического режима Северного Каспия в условиях меняющегося климата. В кн.: Изменение климата в регионе Каспийского моря. Материалы Международной научной конференции, Астрахань, 27–28 октября 2021. Астрахань, Издатель Сорокин Роман Васильевич: 75–77.
Пахомова А.С., Затучная Б.М. 1966. Гидрохимия Каспийского моря. Ленинград, Гидрометеоиздат, 343 с.
Петросян В.А., Пирумян Г.П. 2016. Влияние содержания сульфат и нитрат ионов на миграцию железа в системе вода-донные отложения реки Раздан. Вода: химия и экология, 3(93): 78–84.
Романкевич Е.А. 1977. Геохимия органического вещества в океане. Москва, Наука, 256 с.
Секи Х. 1986. Органические вещества в водных экосистемах. Ленинград, Гидрометеоиздат, 198 с.
Страхов Н.М. 1983. Избранные труды. Общие проблемы геологии, литологии и геохимии. Москва, Наука, 640 с.
Тищенко П.Я., Борисенко Г.В., Барабанщиков Ю.А., Павлова Г.Ю., Рюмина А.А., Сагалаев С.Г., Семкин П.Ю., Тищенко П.П., Уланова О.А., Швецова М.Г., Шкирникова Е.М. 2022. Оценка потоков биогенных веществ на границе раздела вода – дно в мелководных бассейнах залива Петра Великого (Японское море). Геохимия, 67(9): 881–895. https://doi.org/ 10.31857/S0016752522090084.
Химия океана. Том 1. Химия вод океана. 1979. Москва, Наука, 518 с.
Шигаева Т.Д., Поляк Ю.М., Кудрявцева В.А. 2020. Окислительно-восстановительный потенциал как показатель состояния объектов окружающей среды. Биосфера, 12(3): 111–124. https://doi.org/10.24855/BIOSFERA.V12I3.549.
Шипулин С.В. 2021. Состояние запасов водных биоресурсов Волжско-Каспийского бассейна и меры по их сохранению в условиях развития нефтедобычи. В кн.: Проблемы сохранения экосистемы Каспия в условиях освоения нефтегазовых месторождений. Материалы VIII научно-практической конференции с международным участием, Астрахань, 22 октября 2021. Астрахань, Волжско-Каспийский филиал ФГБНУ «ВНИРО» («КаспНИРХ»): 306–309.
Gieskes J.M. 1975. Chemistry of Interstitial Waters of Marine Sediments. Annual Review Earth Planetary Sciences, 3: 433–453. https://doi.org/10.1146/annurev.ea.03.050175.002245
Meysman F.J.R., Middelburg J.J., Herman P.M.J., Heip C.H.R. 2003. Reactive Transport in Surface Sediments. II. Media: An Object-Oriented Problem-Solving Environment for Early Diagenesis. Computers and Geosciences, 29(3): 301−318. https://doi.org/10.1016/S0098-3004(03)00007-4
Rutgerrs van Loeff M.M., Anderson L.G., Hall P.O.J., Inerfeldt, Josefson A.B., Sundby B., Westerlund S.F.G. 1984. The Asphyxiation Technique: an Approach to Distinguish Between Molecular Diffusion and Biologically Mediated Transport at the Sediment-Water Interface. Limnology and Oceanography, 29(4): 675–686. https://doi.org/10.4319/lo.1984.29.4.0675
References
Belkina N.A. 2021. Zakonomernosti osadkonakoplenija i rannego diageneza donnyh otlozhenij v vodoemah jugo-vostochnoj chasti fennoskandinavskogo kristallicheskogo shhita [Patterns of Sediment Accumulation and Early Diogenesis of Bottom Sediments in the Waters of the South-Eastern Part of the Fennoscandinavian Crystal Shield]. Abstract dis. … dokt. geogr. sciences. St. Petersburg, 48 p.
Bordovskij O.K. 1974. Organicheskoe veshhestvo morskih i okeanskih osadkov v stadiju rannego diageneza [Organic Matter of Marine and Ocean Sediments in the Early Diogenesis Stage]. Moscow, Pabl. Nauka, 104 p.
Brezgunov V.S., Ferronsky V.I. 2010. Macro- and Microelements in the Interstitial Water of Deep-Water Areas of the Southern and Middle Caspian Sea. Water resources, 37(6): 825–833 (in Russian). https://doi.org/10.1134/S0097807810060084
Bruevich S.V. 1978. Problemy himii morja [Problems of Sea Chemistry]. Moscow, Pabl. Nauka, 335 p.
Garkavaja G.P., Bogatova Ju.I. 2007. Mineral'nye i organicheskie veshhestva v porovyh rastvorah donnyh otlozhenij ukrainskoj chasti vzmor'ja Dunaja [Mineral and Organic Substances in Pore Solutions of Bottom Sediments of the Ukrainian Part of the Danube]. Jekologicheskaja bezopasnost' pribrezhnoj i shel'fovoj zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa, 15: 528–540.
Gurova Yu.S., Yakushev E.V., Berezina A.V., Novikov M.O., Gurov K.I., Orekhova N.A. 2023. Numerical Modelling of Redox Condition Dynamics at the Water-Sediment Interface in Sevastopol Bay. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, 2: 71–90 (in Russian). https://doi.org/10.29039/2413-5577-2023-2-71-90
Dautval'ter V.A. 2012. Geojekologija donnyh otlozhenij ozer [Geoecology of Bottom Sediments of Lakes]. Murmansk, Pabl. MGTU, 242 p.
Zakutin V.P., Chugunova N.N., Fetisenko D.A., Panteleeva Z.N., Bogomolova A.A. 1995. Ammonijsoderzhashhie podzemnye vody (uslovija formirovanija i rasprostranenija) [Ammonium-Containing Groundwater (Conditions of Formation and Distribution)]. Water resources, 2(6): 726–737.
Katunin D.N. 2014. Hydroecological Grounds of Formation of Ecosystem Processes in the Caspian Sea and the Volga River Delta. Astrakhan, Pabl. KaspNIRH, 478 p. (in Russian).
Kletskina O.W., Minkevich I.I. 2013. Nitrogen Pollution of the Underground Waters and Management of Their Quality in Industrial Areas. Bulletin of Perm University. Geology, 4(21): 8–20 (in Russian).
Kolpakova M.N., Gaskova O.L., Naymushina O.S., Krivonogov S.K. 2018. Ebeity Lake, Russia: Chemical-Organic and Mineral Composition of Water and Bottom Sediments. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 329(1): 111–123 (in Russian).
Kosenko Yu.V. 2019. Basic Aspects of the Biogenic Elements Balance in the Azov Sea. Aquatic Bioresources & Environment, 2(4): 24–37 (in Russian). https://doi.org/10.47921/2619-1024_2019_2_4_24
Lobkovskij L.I., Levchenko D.G., Leonov A.V., Ambrosimov A.K. 2005. Geojekologicheskij «portret» jekosistemy Kaspijskogo morja [Geo-Ecological «Portrait» of the Caspian Sea Ecosystem]. In: Geojekologicheskij monitoring morskih neftegazonosnyh akvatorij [Geoecological Monitoring of Marine Oil and Gas Bearing Waters]. Moscow, Pabl. Nauka: 263–298.
Ostrovskaja E.V., Gavrilova E.V., Varnachkin S.A. 2022. Izmenenija gidrologo-gidrohimicheskogo rezhima Severnogo Kaspija v uslovijah menjajushhegosja klimata [Changes in the Hydrochemical Regime of the Northern Caspian Under Changing Climate Conditions]. In: Izmenenie klimata v regione Kaspijskogo morja [Climate Change in the Caspian Sea Region]. Proceedings of the International Scientific Conference, Astrakhan, 27–28 October 2021. Astrakhan, Pabl. Sorokin Roman Vasil'evich: 75–77.
Pahomova A.S., Zatuchnaya B.M. 1966. Gidrohimija Kaspijskogo morja [Hydrochemistry of the Caspian Sea]. Leningrad, Pabl. Gidrometeoizdat, 343 p.
Petrosyan V.A., Pirumyan G.P. 2016. Impact of the Sulphate and Nitrate Ions on the Migration of Iron in the Water-Sediment System of the Hrazdan River. Voda: himija i jekologija, 3(93): 78–84 (in Russian).
Romankevich E.A. 1977. Geohimija organicheskogo veshhestva v okeane [Organic Matter Geochemistry in the Ocean]. Moscow, Pabl. Nauka, 256 p.
Seki H. 1986. Organicheskie veshhestva v vodnyh jekosistemah [Organic Matter in Aquatic Ecosystems]. Leningrad, Pabl. Gidrometeoizdat, 198 p.
Strahov N.M. 1983. Izbrannye trudy. Obshhie problemy geologii, litologii i geohimii [Selected Works. General Problems of Geology, Lithology and Geochemistry]. Moscow, Pabl. Nauka, 640 p.
Tishhenko P.Ya., Borisenko G.V., Barabanshhikov Yu.A., Pavlova G.Yu., Ryumina A.A., Sagalaev S.G., Semkin P.Yu., Tishhenko P.P., Ulanova O.A., Shvecova M.G., Shkirnikova E.M. 2022. Estimation of Nutrient Fluxes on the Interface Bottom Water–Sediments in Shallow Bights of the Peter the Great Bay, Sea of Japan. Geochemistry International, 60(9): 891–904. https://doi.org/ 10.1134/S0016702922090087.
Himija okeana. Tom 1. Himija vod okeana [Ocean Chemistry. Volume 1. Ocean Chemistry]. 1979. Moscow, Pabl. Nauka, 518 p.
Shigaeva T.D., Polyak Yu.M., Kudryavtseva V.A. 2020. The Redox Potential as an Index of the State of Environmental Entities. Biosfera, 12(3): 111–124 (in Russian). https://doi.org/10.24855/BIOSFERA.V12I3.549.
Shipulin S.V. 2021. Sostojanie zapasov vodnyh bioresursov Volzhsko-Kaspijskogo bassejna i mery po ih sohraneniju v uslovijah razvitija neftedobychi [Status of Water Resources of the Volga-Caspian Basin and Measures to Preserve them in the Context of Oil Production]. In: Problemy sohranenija jekosistemy Kaspija v uslovijah osvoenija neftegazovyh mestorozhdenij [Problems of Preserving the Caspian Ecosystem in the Context of Oil and Gas Field Development]. Proceedings of the VIII scientific and practical conference with international participation, Astrakhan, 22 October 2021. Astrakhan, Pabl. Volzhsko-Kaspijskij filial FGBNU «VNIRO» («KaspNIRH»): 306–309.
Gieskes J.M. 1975. Chemistry of Interstitial Waters of Marine Sediments. Annual Review Earth Planetary Sciences, 3: 433–453. https://doi.org/10.1146/annurev.ea.03.050175.002245
Meysman F.J.R., Middelburg J.J., Herman P.M.J., Heip C.H.R. 2003. Reactive Transport in Surface Sediments. II. Media: An Object-Oriented Problem-Solving Environment for Early Diagenesis. Computers and Geosciences, 29(3): 301−318. https://doi.org/10.1016/S0098-3004(03)00007-4
Rutgerrs van Loeff M.M., Anderson L.G., Hall P.O.J., Inerfeldt, Josefson A.B., Sundby B., Westerlund S.F.G. 1984. The Asphyxiation Technique: an Approach to Distinguish Between Molecular Diffusion and Biologically Mediated Transport at the Sediment-Water Interface. Limnology and Oceanography, 29(4): 675–686. https://doi.org/10.4319/lo.1984.29.4.0675
Abstract views: 299
Share
Published
How to Cite
Issue
Section
Copyright (c) 2025 Regional Geosystems
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
