Accumulation of Trace ELennents by Zooplankton of Different Size Fractions in Kara Sea

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Within the framework of the program “Marine Ecosystems of the Siberian Arctic”, bioaccumulation of heavy metals and arsenic by zooplankton organisms of different size fractions in two areas of the Kara Sea (the north-eastern part and the Blagopoluchie Bay) was investigated. For the first time, near the southern edge of the Severnaya Zemlya ice sheet, concentrations of eleven trace elements were determined in the sized fractions of the most abundant group of copepods Calanus spp. The highest concentrations of Fe, Mn, Co, Ni, V, Cu, Pb, Zn and Cd were found in small fraction (0.5–1 mm) compared to the middle (1–5 mm) and coarse (>5 mm) ones. A spatial distribution of trace elements in copepods, amphipods, euphausiids, and pteropods along transects in both areas was considered. The environmental factors, the totality of which can indirectly affect the bioaccumulation of trace elements, were assessed.

About the authors

L. L Demina

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Email: ldemina@ocean.ru
Moscow, Russia

N. A Belyaev

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Moscow, Russia

D. F Budko

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Moscow, Russia

A. S Solomatina

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Moscow, Russia

D. P Starodymova

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Moscow, Russia

O. N Lukyanova

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Moscow, Russia

References

  1. Амелина А.Б., Дриц А.В., Сергеева В.М. Зоопланктон заливов архипелага Новая Земля: состав, распределение, роль в выедании фитопланктона и биоседиментации // Океанология. 2018. Т. 58. № 6. С. 908–922.
  2. Арашкевич Е.Г., Флинт М.В., Никишина А.Б. и др. Роль зоопланктона в трансформации органического вещества в Обском эстуарии, шельфовых и глубоководных районах Карского моря // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 823–836.
  3. Беляев Н.А., Федулов В.Ю., Кравчишина М.Д. и др. Содержание органического углерода в растворенной и взвешенной формах в водах Карского моря // Океанология. 2024. Т. 64. № 2. С. 217–272.
  4. Ведерников В.И., Демидов А.Б., Судьбин А.И. Первичная продукция и хлорофилл в Карском море в сентябре 1993 г. // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 693–703.
  5. Демидов А.Б., Мошаров С.А. Вертикальное распределение первичной продукции и хлорофилла “а” в Карском море // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 577–591.
  6. Демина Л.Л., Немировская И.А. Пространственное распределение микроэлементов в сестоне Белого моря // Океанология. 2007. Т. 47. № 3. С. 390–402.
  7. Демина Л.Л., Гордеев В.В., Галкин С.В. и др. Биогеохимия некоторых тяжелых металлов и металлоидов на разрезе эстуарий реки Оби – Карское море // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 771–784.
  8. Демина Л.Л., Соломатина А.С., Абызова Г.А. Тяжелые металлы в зоопланктонных организмах Баренцева моря // Океанологические исследования. 2019. Т. 47. № 4. С. 62–75.
  9. Дриц А.В., Арашкевич Е.Г., Никишина А.Б. и др. Питание массовых видов мезозоопланктона и их роль в выедании фитопланктона в Енисейском эстуарии в осенний сезон // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 632–642.
  10. Дриц А.В., Никишина А.Б., Семенова Т.Н. и др. Пространственное распределение и питание массовых видов зоопланктона в эстуарии реки Оби // Океанология. 2016. Т. 56. № 3. С. 414–428.
  11. Дриц А.В., Кравчишина М.Д., Пастернак А.Ф. и др. Роль зоопланктона в вертикальном потоке вещества в Карском море и море Лаптевых в осенний сезон // Океанология. 2017. Т. 57. № 6. С. 934–948.
  12. Завьялов П.О., Ижицкий А.С., Осадчиев А.А. и др. Структура термохалинных и биооптических полей на поверхности Карского моря осенью 2011 года // Экосистема Карского моря – новые данные экспедиционных исследований. Материалы научной конференции. М.: АПР, 2015. С. 15–18.
  13. Клювиткин А.А., Кравчишина М.Д., Немировская И.А. и др. Исследование седиментосистем Европейской Арктики в 75-м рейсе научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш” // Океанология. 2020. Т. 60. № 3. С. 485–487.
  14. Кравчишина М.Д., Леин А.Ю., Суханова И.Н. и др. Генезис и пространственное распределение взвеси в Карском море в период наибольшего сокращения арктической ледовой шапки // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 687–708.
  15. Кубряков А.А., Зацепин А.Г., Станичный С.В. Формирование и распространение поверхностного опресненного слоя в Карском море // Экосистема Карского моря – новые данные экспедиционных исследований. Материалы научной конференции. М.: АПР, 2015. С. 11–14.
  16. Леонова Г.А., Бобров В.А., Богуш А.А., Бычинский В.А. Концентрирование химических элементов зоопланктоном Белого моря // Океанология. 2013. Т. 53. № 1. С. 60–77.
  17. Лисицын А.П. Потоки осадочного вещества, природные фильтры и осадочные системы “живого океана” // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 1. С. 15–48.
  18. Лисицын А.П., Шевченко В.П., Виноградов М.Е. и др. Потоки осадочного вещества в Карском море и в эстуариях Оби и Енисея // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 748–758.
  19. Лобус Н.В. Элементный состав зоопланктона Карского моря и заливов восточного побережья Новой Земли // Океанология. 2016. Т. 56. № 6. С. 890–900.
  20. Лобус Н.В., Дриц А.В., Флинт М.В. Концентрирование химических элементов доминирующими видами колепод в эстуарии реки Оби и на прилежащем шельфе Карского моря // Океанология. 2018. Т. 58. № 3. С. 431–442.
  21. Лобус Н.В., Флинт М.В., Флерова Е.А. и др. Биохимический состав и содержание энергии в зоопланктоне Карского моря // Океанология. 2020. Т. 60. № 6. С. 889–898.
  22. Пастернак А.Ф., Дриц А.В., Абызова Г.А. и др. Питание и распределение зоопланктона в опресненной “линзе” Карского моря: влияние вертикального градиента солености // Океанология. 2015. Т. 55. № 6. С. 955–963.
  23. Ромашкевич Е.А., Ветров А.А. Цикл углерода в Арктических морях России. М.: Наука, 2001. 302 с.
  24. Степанова С.В., Кивва К.К., Полухин А.А. Применение статистических методов анализа для районирования акватории Карского моря // Океанология. 2024. № 5. С. 764–775.
  25. Суханова И.Н., Флинт М.В., Фефоров А.В. и др. Фитопланктон восточной части Карского моря // Океанология. 2025. Т. 65. № 5.
  26. Федоров Ю.А., Гарькуша Д.Н., Чепурная В.И. и др. Кадмий в воде по континууму “эстуарий р. Миус – Таганрогский залив Азовского моря” // Географический вестник. 2021. Т. 3. № 58. С. 115–129.
  27. Флинт М.В., Семенова Т.Н., Арашкевич Е.Г. и др. Структура зоопланктонных сообществ в области эстуарной фронтальной зоны реки Обь // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 809–822.
  28. Флинт М.В., Поярков С.Г., Римский-Корсаков Н.А. Экосистемы Российской Арктики – 2015 (63-й рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2016. Т. 56. № 3. С. 499–501.
  29. Флинт М.В., Поярков С.Г., Римский-Корсаков Н.А. и др. Экосистемы морей Сибирской Арктики – 2018 (72 рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2019. Т. 59. № 3. С. 506–509.
  30. Флинт М.В., Римский-Корсаков Н.А., Мирошников А.Ю. и др. Экосистемы морей Сибирской Арктики – 2020: Карское море (81-й рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2021. Т. 61. № 2. С. 330–333.
  31. Флинт М.В., Поярков С.Г., Римский-Корсаков Н.А. и др. Экосистемы морей сибирской Арктики – 2021: Экосистема Карского моря в период схода сезонного льда (83-й рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2022. Т. 62. № 1. С. 158–161.
  32. Флинт М.В., Поярков С.Г., Полухин А.А. и др. Экосистемы морей Российской Арктики – 2022: Экосистема восточной части Карского моря, накопленные в бассейне экологические риски (2-й этап 89-го рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2023. Т. 63. № 2. С. 328–331.
  33. Чернова Е.Н., Шулькин В.М. Концентрация металлов в воде и в водорослях: биоаккумуляционный фактор // Биология моря. 2019. Т. 45. № 3. С. 177–187.
  34. Baines S.B., Chen Xi, Twining B.S., et al. Factors affecting Fe and Zn contents of mesozooplankton from the Costa Rica Dome // Plankton Res. 2016.V. 38. № 2. P. 331–347.
  35. Beaugrand G., Brander K., Alistair L.J. et al. Plankton effect on cod recruitment in the North Sea // Nature. 2003. V. 426. P. 661–664.
  36. Bruland K.W., Lohan M.C. Controls of trace metals in sea water. The oceans and marine geochemistry // Treatise on Geochemistry / Holland H.D., Turekian K.K. (eds.). Amsterdam: Elsevier Pergamon, 2004. V. 6. P. 23–47.
  37. Borisenko G.V., Polukhin A.A., Flint M.V. Dissolved silicon and nitrogen in glacial rivers and water of Blagopoluchia bay (Russian Arctic, Novaya Zemlya): origin, variability and spreading // Arctic and Antarctic Research. 2023. V. 69. № 3. P. 356–373.
  38. Budko D.F., Demina L.L., Travkina A.V. et al. The Features of Distribution of Chemical ELennents, including Heavy Metals and Cs-137, in Surface Sediments of the Barents, Kara, Laptev and East Siberian Seas // Minerals. 2022. V. 12. 328.
  39. Budko D.F., Demina L.L., Krasnova E.D., Starodymova D.P. Heavy metals in sediments of subarctic meromictic lakes of the White Sea as possible tracers of environmental changes // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. V. 11. № 9. P. 1753.
  40. Conover R.J., Huntley M. Copepods in ice-covered seas—distribution, adaptations to seasonally limited food, metabolism, growth patterns and life cycle strategies in polar seas // J. Mar. Syst. 1991. V. 2. P. 1–41.
  41. Chase Z., Anderson R.F., Fleisher M.Q. Evidence from authigenic uranium for increased productivity of the glacial Subantarctic Ocean // Paleoceanography. 2001. V. 16. P. 468–478.
  42. Dai M., Martin J.-M. First data on trace metal level and behavior in two major Arctic river-estuarine systems (Ob and Yenisei) and the adjacent Kara Sea // Earth. Planet. Sci. Lett. 1995. V. 131. P. 127–141.
  43. Demidov A.B., Artemiev V.A., Polukhin A.A. et al. Influence of land-terminating glacier on primary production in the high Arctic fjord (Blagopoluchiya Bay, Novaya Zemlya archipelago, Kara Sea) // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2023. V. 292. 108468.
  44. Demidov A.B., Kostyleva A.V., Artemiev V.A. et al. Vertical distribution of primary production and chlorophyll a in the eastern Kara Sea: Relations with river plume effects in late summer and autumn // Continental Shelf Res. 2024. V. 273. P. 105176.
  45. Demina L.L., Dara O.M., Aliev R.D. et al. ELennental and mineral composition of the Barents Sea recent and Late Pleistocene–Holocene sediments: a correlation with environmental conditions // Minerals. 2020. V. 10. № 7. 593.
  46. Drits A.V., Pasternak A.F., Flint M.V. Distribution and grazing of dominant zooplankton species in the Ob Estuary: influence of the runoff regime // Estuaries Coasts. 2017. V. 40. № 4. P. 1082–1095.
  47. Drits A.V., Pasternak A.F., Arashkevich E.G. et al. Zooplankton of the Eastern Kara Sea: Response to a Short Ice-Free Period // Oceanology. 2023. V. 63. Suppl. 1. P. S174–S187.
  48. Evans L.K., Nishioka J. Accumulation processes of trace metals into Arctic Sea ice: distribution of Fe, Mn and Cd associated with ice structure // Mar. Chem. 2019. V. 20. P. 36–47.
  49. Frangoulis C., Skliris N., Lepoint G. et al. Importance of copepod carcasses versus fecal pellets in the upper water column of an oligotrophic areas // Estuarine Coastal and Shelf Science. 2011. V. 92. P. 456–463.
  50. Gordeev V.V., Beeskow B., Rachold V. Geochemistry of the Ob and Yenisey Estuaries: A comparative study // Berichte zur Polar and Meeresforschung. 2007. V. 565. 237 p.
  51. Hoopwood M.J., Carroll D., Dunse T. et al. How does glacier discharge affect marine biogeochemistry and primary production in the Arctic? // The Cryosphere. 2020. V. 14. № 4. P. 1347–1383.
  52. Kravchishina M., Politova N., Klyuvikin A. et al. Characterization of suspended particulate matter in the South Kara Sea (Arctic Ocean) in September 2022 as part of the climate experiment // Proc. SPIE12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 127803W (17 October 2023).
  53. Lane T.W., Saito M.A., George G.N. et al. A cadmium enzyme from a marine diatom // Nature. 2005. № 435. 42 p.
  54. Martin J.H. The possible transport of trace metals via moulded copepod exoskeletons // Limnol. and Oceanogr. 1970. V. 15. P. 756–761.
  55. Martin J.H., Knauer G.A. The eLennental composition of plankton // Geochim. Cosmochim. Acta. 1973. V. 37. № 7. P. 1639–1653.
  56. Martin J.H., Coale K.H., Johnson K.S. et al. Testing the iron hypothesis in ecosystems of the equatorial Pacific Ocean // Nature. 1994. V. 371. P. 123–129.
  57. Norisuye K., Ezoe M., Nakatsuka S. et al. Distribution of bioactive trace metals (Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Cd) in the Sulu Sea and its adjacent seas // Deep-Sea Res. II. 2007. № 54. P. 14–37.
  58. Ohta A., Imai N., Terashima S. et al. Factors controlling regional spatial distribution of 53 eLennents in coastal sea sediments in northern Japan: Comparison of geochemical data derived from stream and marine sediments // Appl. Geochem. 2010. V. 25. P. 357–376.
  59. Pasternak A.F., Drits A.V., Arashkevich E.G. et al. Zooplankton of the Kara Sea in early spring: Abundance, demography, feeding and reproduction of dominant copepods Calanus spp. and Metridia longa in relation to ice retreat // Continental Shelf Research. 2025. V. 286. 105413.
  60. Polukhin A., Makkaveev P., Miroshnikov A. et al. Leaching of inorganic carbon and nutrients from rocks of the Arctic archipelagos (Novaya Zemlya and Svalbard) // Russian Journal of Earth Sciences. 2021. V. 21. № 4. P. ES4002.
  61. Rahman A.M., Hasegawa H., Lim P.R. Bioaccumulation, biotransformation and trophic transfer of arsenic in the aquatic food chain // Environ. Res. 2012. V. 116. P. 118–135.
  62. Rainbow P.S. Ecophysiology of Trace Metal Uptake in Crustaceans // Estuarine, Coastal and Shelf Sci. 1997. № 44. P. 169–175.
  63. Wang W.X., Fisher N.S. Accumulation of trace eLennents in a marine copepod // Limnol. Oceanogr. 1998. V. 43. № 2. P. 273–283.
  64. Wang W.-X., Reinfelder J.R., Lee B.-G. et al. Assimilation and regeneration of trace eLennents by marine copepods // Limnol. Oceanogr. 1996. V. 41. № 1. P. 70–81.
  65. Wurl O., Zimmer L., Cutter G. Arsenic and phosphorus biogeochemistry in the ocean: Arsenic species as proxies for P-limitation // Limnology and Oceanography. 2013. V. 58. P. 729–740.
  66. Zauke G.P., Schmalenbach I. Heavy metals in zooplankton and decapod crustaceans from the Barents Sea // Sci. Total Envir. 2005. V. 359. № 1. P. 283–294.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).