Lead concentration and the content of selected macroelements in lake sediments in Poland

• Autorzy: Bojakowska I. , Krasuska J. , Retka J. , Wilkomirski B.

Warianty tytułu

PL

Zależność między zawartością ołowiu a zawartością wybranych pierwiastków głównych w osadach jezior Polski

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Lead has been used extensively for thousands of years. Once introduced into the environment, like any other heavy metal, lead accumulates in soil and sediments. High lead concentrations in river and lake sediments can be harmful to aquatic organisms. At present, uncontaminated water sediments in the northern and central parts of Poland contain below 9 mg of lead per kg. The lakes located within the following lake districts: Greater Poland, Pomeranian and Masurian, provided 409 samples of surface sediments from deep spots (the profundal zone). All the samples were tested for the content of Pb and other selected macroelements. The content of Ca, Mg, Fe, K, Mn, Na, P, Pb and S was determined by ICP-OES and the total organic carbon (TOC) was evaluated by the coulometric titration method. The observed range of lead concentration was from below 3 to 222 mg kg-1. The average content was 37 mg kg-1, the geometric mean 30 mg kg-1, and the median 33 mg kg-1. In the majority of samples, the lead concentration was higher than the geochemical background. Only in 5.77% of the samples, the lead content was lower than 10 mg kg-1. The lead concentration in the sediments was relatively well correlated with the total organic carbon (r = 0.59), aluminium (r = 0.45) and sulphur (r = 0.47), moderately correlated with iron (r = 0.26) and potassium (r = 0.28), very weakly correlated with phosphorus (r = 0.12) and negatively correlated with the calcium concentration (r = -0.28). No correlation was observed for manganese (r = -0.05), magnesium (r = 0.07) and sodium (r = -0.07). Factor analysis revealed the presence of two factors that together accounted for nearly 45% of variation. The first factor included aluminium, potassium and magnesium, and the second one - sulphur and organic carbon. The lead share was low in the first factor (0.343), but very high in the second factor (0.757). Based on the results of the factor analysis, it can be assumed that lead in the organic matter-rich sediments of the profundal zone is deposited mainly in the form of sulphides. Lead concentration varied among the sediments obtained from various lake districts; it was lower in the lakes located within the Pomeranian Lake District than in those from Greater Poland and Masurian Lakes.

PL

Ołów jest wykorzystywany powszechnie od tysięcy lat. Uruchomiony do środowiska, podobnie jak inne metale ciężkie, podlega akumulacji w glebach i osadach wodnych. W osadach rzecznych i jeziornych duża zawartość Pb może szkodliwie oddziaływać na organizmy wodne. We współczesnych niezanieczyszczonych osadach wodnych na obszarze północnej i środkowej części Polski zawartość ołowiu wynosi poniżej 9 mg kg-1. Z jezior Pojezierzy: Wielkopolskiego, Pomorskiego i Mazurskiego pobrano 409 próbek powierzchniowych osadów z głęboczków jezior (strefa profundalna). We wszystkich próbkach określono zawartość Pb oraz wybranych pierwiastków głównych. Zawartość Ca, Mg, Fe, K, Mn, Na, P, Pb i S określono metodą ICP-OES, a zawartość węgla organicznego (TOC) – metodą kulometrycznego miareczkowania. Stężenie ołowiu wynosiło od <3 do 222 mg kg-1, średnia zawartość – 37 mg kg-1, średnia geometryczna – 30 mg kg-1, a mediana – 33 mg kg-1. W większości zbadanych próbek zawartość ołowiu była podwyższona w stosunku do wartości tła geochemicznego. Jedynie w 5,77% próbek zawartość ołowiu była niższa niż 10 mg kg-1. Stężenie ołowiu w osadach wykazuje stosunkowo wysoką korelację z zawartością węgla organicznego (r = 0,59), glinu (r = 0,45) i siarki (r = 0,47), słabą – ze stężeniem żelaza (r = 0,26) i potasu (r = 0,28), bardzo słabą – ze stężeniem fosforu (r = 0,12), ujemną – z zawartością wapnia (r = -0,28) oraz brak korelacji ze stężeniem manganu (r = -0,05), magnezu (r = 0,07) i sodu (r = -0,07). Analiza czynnikowa wykazała obecność 2 czynników, które łącznie wyjaśniają blisko 45% zmienności. Pierwszy czynnik grupuje glin, potas i magnez, drugi – siarkę i węgiel organiczny. Udział ołowiu w czynniku pierwszym jest niski (0,343), a w drugim – bardzo wysoki – 0,757. Na podstawie wyników analizy czynnikowej można przyjąć, że w bogatych w materię organiczną osadach strefy profundalnej jezior ołów występuje przede wszystkim w formie siarczków. Zaobserwowano zróżnicowanie w zawartości ołowiu w osadach różnych pojezierzy; osady jezior Pojezierza Pomorskiego zawierają mniej Pb niż osady jezior Pojezierzy Wielkopolskiego i Mazurskiego.

Słowa kluczowe

EN

lake; lead concentration; macroelement content; lake sediment; heavy metal; Poland

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2014
• Tom: 19
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.627-636,fig.,ref.

Twórcy

autor

Bojakowska I.

• Polish Geological Institute - National Research Institute, Rakowiecka 4 Street, 00-975 Warsaw, Poland

autor

Krasuska J.

• Polish Geological Institute - National Research Institute, Rakowiecka 4 Street, 00-975 Warsaw, Poland

autor

Retka J.

• Polish Geological Institute - National Research Institute, Rakowiecka 4 Street, 00-975 Warsaw, Poland

autor

Wilkomirski B.

• Department of Environmental Protection and Management, The Jan Kochanowski University, Kielce, Poland

Bibliografia

• Aleksander-Kwaterczak U., Kostka A. 2011. Lead in the environment of Lake Wigry (NE Poland). Limnol. Rev., 11(2): 59-68.
• Arey J. 2001. Immobilization of nickel and other metals in contaminated sediments by hydroxyapatite addition. J. Environ. Qual., 30(2): 460-469.
• Bojakowska I., Gliwicz T., Małecka K. 2006. Geochemical research results of water sediments in Poland, 2003-2005. The Library of Environment Monitoring. Natural Environment Protection Inspectorate. Warsaw. (in Polish)
• Bojakowska I., Gliwicz T. 2009. Geochemical characteristics of the Biebrza River catchment lake sediments. In: Problems of water protection in the Bug and Narew Rivers catchments p. 57-66.
• Bränvall M., Bindler R., Emteryd O., Renberg I. 2001. Four thousand years of atmospheric lead pollution in northern Europe: A summary from Swedish lake sediment. J. Paleolimnol., 25: 421-435.
• Cieślewicz J., Różański S. 2010. Heavy metals in lake sediments. Nat. Res. Protect., 44:72-82. (in Polish)
• Cooke C., Wolfe A., Hobbs W. 2009. Lake-sediment geochemistry reveals 1400 years of evolving extractive metallurgy at Cerro de Pasco, Peruvian Andes., Geology, 37: 1019-1022
• Corami A., Mignardi S., Ferrini V. 2008. Removal of lead, copper, zinc and cadmium from water using phosphate rock. Acta Geol. Sin-Engl., 82(6): 1223-1228
• De Vos W., Tarvainen T., Salminen R., Reeder S., De Vivo B., Demetriades A., Pirc S., Batistamarsina K., Ottesen R., O’Connor P., Bidovec M., Lima A., Siewers U., Smith B., Tayl or H., Shaw R., Salp eteur I., Gregorauskiene V., Halamic J., Slaninka I., Lax K., Gravesen P., Birke M., Breward N., Ander E., Jordan G., Duris M., Klein P., Locutra J., Bel-Lan A., Pasieczna A., Lis J., Mazreku A., Gilucis A., Heitzmann P., Klaver G., Petersell V. 2006. Geochemical Atlas of Europe. Part 2. Interpretation of geochemical maps, additional tables figures, maps, and related publications. Geological Survey of Finland. Espoo.
• Etci Ö., Bektaş N., M. Öncel S. 2012. Single and binary adsorption of lead and cadmium ions from aqueous solution using the clay mineral beidellite. Environ. Earth Sci., 61(2): 231-240.
• Hizal J., Apak R. 2006. Modeling of copper(II) and lead(II) adsorption on kaolinite-based clay minerals individually and in the presence of humic acid. J Colloid Interface Sci., 295(1): 1-13.
• Jeong H., Klaue B., Blum J., Hayes K. 2007. Sorption of mercuric ion by synthetic nanocrystalline mackinawite (FeS). Environ. Sci. Technol., 41(22): 7699-705.
• Kenig, K. 2009. Lithology of tills in the Polish Lowlands - basic research methods. Biul. Państw. Inst. Geol., 437:1-57. (in Polish)
• Lis J., Pasieczna A., 1995. Geochemical Atlas of Poland. Warsaw. (in Polish)
• MacDonald D., Ingersoll C., Berger T., 2000. Development and evaluation of consensus-based sediment quality guidelines for freshwater ecosystems. Arch. Environ. Con. Tox., 39: 20-31.
• Míguez D., Huertas R., Carrara M., Carnikián A., Bouvier M., Martínez M., Keel K., Pioda C., Darré E., Pérez R., Viera S., Massa E.. 2012. Bioavailability, ecotoxicity, and geological characteristics of trace lead in sediments from two sites on Negro River, Uruguay, South America. Environ. Geochem. Health., 34(2): 199-205.
• Pearson L., Hendy C., Hamilton D., Pickett R. 2010. Natural and anthropogenic lead in sediments of the Rotorua lakes, New Zealand. Earth Planet. Sc. Lett., 297(3-4): 536-544.
• Pompeani D., Abbott M., Steinman B., Bain D. 2013. Lake sediments record prehistoric lead pollution related to early copper production in North America. Environ. Sci. Technol., 47: 5545-5552
• Scheckel K., Williams A., Dermott M. Gratson G., Neptune D., Ryan J., 2011. Lead speciation and bioavailability in apatite-amended sediments. Appl. Environ. Soil Sci., 1-8. doi 10.1155/2011/689568.
• Xiong Z., He F., Zhao D., Barnett M. 2009. Immobilization of mercury in sediment using stabilized iron sulfide nanoparticles. Water Res., 43(20): 5171-5179.
• Yang H., Rose N. 2005. Trace element pollution records in some UK lake sediments, their history, influence factors and regional differences. Environ. Int., 31(1): 63-75.

Identyfikatory

DOI

10.5601/jelem.2013.18.4.521