УДК 550:47:550(72+73):552.578.3
БИОГЕННЫЙ ВКЛАД МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО СОВРЕМЕННЫХ ОЗЕРНЫХ САПРОПЕЛЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ОЗ. КИРЕК)
© 2011 г. Г. А. Леонова, В. А. Бобров, Е. В. Лазарева, А. А. Богуш, С. К. Кривоногов
Институт геологии и минералогии СО РАН 630090 Новосибирск, проспект акад. Коптюга, 3; E-mail: leonova@uiggm.nsc.ru Поступила в редакцию 21.07.2008 г.
Приводятся результаты приближенной оценки биогенного вклада микроэлементов в сапропели оз. Кирек (Западная Сибирь). В основу расчетов положена "модель прямого унаследования" [Юдович, Кетрис, 1990] микроэлементного состава планктона органическим веществом донного осадка. Показано, что прижизненное накопление P, Br и Zn в копеподовом зоопланктоне оз. Кирек ощутимо сказывается на содержании этих элементов в сапропелевых илах (биогенный вклад около 95—53%). Для остальных элементов он значительно ниже — для Sr и Ba около 30%, для Ca, Pb, Cd, Cu, K, Mg, Cr — 26—16%. Доля As, Co, Fe, Ni, Ti, Y, Mo биогенного происхождения в сапропеле — не более 5%.
Отмирающий планктон, как показано многими исследователями, служит источником органического вещества (ОВ) в осадках — как современных, так и древних [Потонье, 1920; Кордэ, 1960; Тимофеев, 1969; Волков, Фомина, 1971; Ушатин-ский, 1984; Неручев, 1976, 2007; Гурари, Гавшин, 1981; Гурари и др., 1984; Кодина, Галимов, 1984; Лисицын, 2004; Кузин, 2007; Холодов, 2008 и др.]. Большинство ученых, поддерживающих гипотезу органического происхождения нефти, считает, что основным исходным веществом для ее образования являлся планктон, обеспечивающий наибольшую биопродукцию в морских палеобас-сейнах. В юрских толщах Западной Сибири основными нефтематеринскими осадками являются породы баженовской свиты, органическое вещество которых представлено почти исключительно сапропелевым планктоногенным материалом. Так, в работах [Конторович, 1967; Конторович и др., 1971] отмечалось, что количество биогенного кремнистого и углеродистого (планктонно- и бактериогенного) материала в разрезах баженов-ской свиты в центральной части бассейна превышает 50%. В вещественном составе отложений куо-намского палеобассейна (морские сильнобитуминозные отложения нижнего-среднего кембрия), по данным Ф.Г. Гурари с соавторами [1984], преобладает, как и в баженовской свите, планктоно-генное коллоальгинитовое ОВ. Общая характеристика природы первичного биогенного материала среднеюрских и нижнемеловых отложений Западно-Сибирской низменности, по данным работ многих исследователей, дана в публикации Ю.Н. Занина с соавторами [2008]. Однако, по мнению Ю.Н. Занина, работу по расшифровке
природы этого материала нельзя считать законченной.
По сравнению с нормальными осадочными породами в обогащенных ОВ планктоногенных отложениях баженовской свиты [Гавшин, 1984; Третьяков, Гавшин, 1984; Гавшин, Бобров, 1982], а также черных сланцах [Краускопф, 1959; По-плавко и др., 1978; Юдович, Кетрис, 1990, 1994] отмечены существенно более высокие концентрации микроэлементов. Вопрос об источниках их поступления в углеродсодержащие отложения ставился давно. Так, в 30-е годы XX века под сильным влиянием идей В.И. Вернадского о концентрационной функции живого веществ [Вернадский, 1965] получила широкое признание концепция биогенного накопления металлов в осадочных породах — углях и черных сланцах (за счет прижизненного биохимического накопления в организмах) [Ковальский, Воротницкая, 1965; Неручев, 1976, 2007 и др.]. Позднее эта идея потеряла свою популярность среди ученых-оса-дочников, и приоритет был отдан представлению о сорбционном накоплении элементов-примесей на барьере отмершего органического вещества [Волков, Фомина, 1971; Ушатинский, 1984; Гавшин, 1984; Юдович, Кетрис, 1990, 1994]. Принципиальное расхождение мнений заключается в оценке долевого вклада биогенного и сорбцион-ного механизмов накопления элементов-примесей в ОВ черных сланцев: преувеличение роли концентрационной функции живого вещества и неоправданное принижение барьерной функции ОВ [Неручев, 2007], и напротив, первоочередное значение постмортального сорбционного механизма [Юдович, Кетрис, 1990, 1994].
Геохимическая роль гидробионтов в поставке микроэлементов в современные осадки водоемов практически не изучалась, за исключением единичных экспериментальных работ [Белеванцев и др., 2000]. Напротив, геохимия современных морских и океанических донных осадков изучена достаточно хорошо по сравнению с таковой лити-фицированных отложений. Возможно, этот интерес вызван тем, что по ОВ, рассеянному в ископаемых осадочных породах, трудно судить о характере организмов — биопродуцентов нефти и газа, об условиях их обитания, отмирания, накопления и преобразования в осадках, т.е. о предыстории и самых первых этапах нефте- и газообразования. А знание этих этапов необходимо для понимания и диагностики условий накопления нефтегазоматеринских отложений. Современные озерные биогенные отложения изучены значительно слабее, чем океанические и морские. Назревшая необходимость их изучения вполне очевидна, поскольку именно озерные органогенные осадки дали начало сапропелевым углям и горючим сланцам, а рассеянное в них органическое вещество нередко обладает нефтематеринскими свойствами [Вышемирский, 1986].
Цель данной работы — изучить процессы прижизненного концентрирования микроэлементов планктоном и дать приближенную оценку вклада их "планктонной доли" в донные осадки озер. Задача отделения биогенной составляющей микроэлементов от терригенной (и аутигенной?) в осадках представляется достаточно сложной, поскольку ОВ не является единственным источником и транспортом микроэлементов при переходе их в донные отложения. В этом процессе участвуют в большей или меньшей степени все основные осадкообразующие компоненты (гидроксиды Fe и Мп, глинистые минералы, обломочный терри-генный материал и пр.).
При расчетах за основу нами была принята модель простой "проекции" микроэлементного состава планктона в донный осадок или "модель прямого унаследования" донным осадком микроэлементного состава планктоногенного материала [Юдович, Кетрис, 1990]. То есть предполагается, что химический элемент, поглощенный планктоном, не теряется, не удаляется из планктонных организмов при их отмирании и при этом в них сохраняется первичное соотношение зольности (т.е. минеральной компоненты) и органического вещества. Подобные расчеты в отношении древнечерноморских сапропелевых илов были сделаны И.И. Волковым и Л.С. Фоминой [1971], а в отношении модельных черных сланцев с заданными содержаниями ОВ (1, 3 и 10%) — Я.Э. Юдовичем и М.П. Кетрис [1990]. "Модель прямого унаследования" планктоногенным ОВ сапропеля исходного микроэлементного состава планктона наиболее подходит для озер с небольшими глубина-
ми. В таких озерах планктонный детрит достигает дна за короткое время, не успевая существенно изменить свой микроэлементный состав, в отличие от морей или океанов с их огромными глубинами, где достигший дна детрит уже значительно отличается по химическому составу от исходного планктона. Следует отметить, что в данной работе не был учтен еще один биогенный источник поступления микроэлементов в осадок — в составе фекальных пеллет, продуцируемых планктоном, которые по целому ряду химических элементов богаче, чем планктон [Сапожников, Пастернак, 1988]. С учетом пеллетного материала полученные нами оценочные значения биогенной поставки микроэлементов в осадок могли бы существенно возрасти, особенно в отношении фосфора.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект нашего исследования — оз. Кирек на юге Томской области, органогенные осадки которого представляют собой месторождение пресноводной бессульфидной сапропелевой лечебной грязи [Джабарова, Немирович-Данченко, 1982]. Озеро бессточное, протяженность — 1200 м, ширина — 400 м, максимальная глубина — 12 м. Физико-географические условия данного региона являются благоприятными для сапропелеобразо-вания — плоский слабо расчлененный рельеф, незначительный уклон на север, превышение атмосферных осадков над испарением. Большинство расположенных здесь сапропелевых озер мелкие, слабопроточные или непроточные, с накоплением в донных осадках органики и железа, что характерно для гумидной зоны [Хацкелевич, 1982]. В оз. Кирек, согласно данным Н.К. Джабаровой и Л.А. Немирович-Данченко [1982], образуются два типа сапропелей (рис. 1) — органожелезистые (центральная часть озера) и известковистые (по периферии). Главную роль в образовании автохтонного ОВ сапропелей центральной части озера играет планктон, прибрежной части — макрофиты. Сапропели оз. Кирек ранее изучались сотрудниками Томского научно-исследовательского института курортологии и физиологии, в частности, исследованы гидрохимические особенности формирования сапропелей [Хацкелевич, 1982], их физико-химическая характеристика [Джабарова, Немирович-Данченко, 1982], микроэлементный состав и формы нахождения элементов в сапропелях [Алешина, Кошелева, 1982]. Однако наши предшественники не занимались изучением химического состава биопродуцентов (планктон и макрофиты), формирующих органогенные осадки оз. Кирек. В данной работе представлены первые аналитические данные по 35 химическим элементам в биообъектах оз. Кирек, а предпринятая попытка количественного расчета вклада микроэлементов в составе осаждающегося планктон-
Рис. 1. Разрез по профилю (А—В) оз. Кирек, по [Джабарова, Немирович-Данченко,1982]. Точка отбора керна сапропеля - К-2004.
1-4 — сапропели: 1 — карбонатный, 2 — органожелезистый, 3 — смешанный, 4 — торфосапропель; 5 — песок.
ного детрита является пионерной для региона Западной Сибири.
Планктон является чрезвычайно специфическим объектом геохимического опробования. Чтобы получить достаточную для химического анализа массу (20—50 г в сыром весе) отбор проб планктона проводят в течение длительного времени (от 1 до 4 часов) стандартными планктонными сетями Джеди в поверхностном слое воды
(0—10 м). В полученной планктонной пробе заключено громадное количество организмов размером 1—5 мм. Если принять вес одного рачка-циклопа (Соргройа) приблизительно 0.04 мг [Ба-лушкина
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.