научная статья по теме БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ВЗВЕСИ В СНЕЖНО-ЛЕДЯНОМ ПОКРОВЕ ВОСТОЧНОЙ АНТАРКТИКИ Геология

Текст научной статьи на тему «БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ВЗВЕСИ В СНЕЖНО-ЛЕДЯНОМ ПОКРОВЕ ВОСТОЧНОЙ АНТАРКТИКИ»

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ВЗВЕСИ В СНЕЖНО-ЛЕДЯНОМ ПОКРОВЕ ВОСТОЧНОЙ АНТАРКТИКИ

© 2015 г. И. А. Немировская, М. Д. Кравчишина

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский просп., 36 e-mail: nemir@ocean.ru, kravchishina@ocean.ru Поступила в редакцию 17.02.2014 г. Принята к печати 23.04.2014 г.

Представлен анализ распределения взвешенного органического углерода Сорг (валового содержания органических соединений), хлорофилла а, липидов и углеводородов (в растворенной и взвешенной формах), а также взвеси в снеге, льду и подледной воде в прибрежных районах моря Содружества и моря Лазарева (март—апрель 2010, 2012 гг.). Различия в накоплении изучаемых соединений зависят от физических условий формирования льдов и биогеохимических процессов, происходящих на границах снег—лед и лед—вода. Впервые в нижней толще многолетнего льда под толстым слоем фирна при аномально высоких концентрациях изученных органических соединений установлено сероводородное заражение. Показано, что условия формирования снежно-ледяного покрова контролируют вертикальное распределение в нем не только физических, но биогеохимических параметров.

Ключевые слова: Антарктика, снег, припайный лед, взвесь, органический углерод, хлорофилл, липиды, углеводороды, сероводород.

DOI: 10.7868/S0016752515030103

Природа Антарктики привлекает особое внимание исследователей, так как этот регион наименее подвержен антропогенному воздействию и отличается низкой изученностью биогеохимических процессов. В тоже время жизнь в самой холодной морской экосистеме на Земле богата, уникальна, и достойна приоритета исследования (Gutt et al., 2010; Horner et al., 1992; Pinturier-Geiss, 2001).

С целью определения особенностей вертикального распределения концентрации взвеси, концентрации и состава органических соединений (ОС) проводили изучение Сорг во взвеси (ВОУ), хлорофилла а (хл а), феофитина а (фео а), липидов и алифатических углеводородов (УВ) по мере роста морских припайных льдов разного типа в районе антарктических станций России: Прогресс (море Содружества, залив Прюдс), Дружная и Новолазаревская (залив Ленинградский моря Лазарева) в ходе 55- и 57-ой Российских Антарктических экспедиций (НЭС "Академик Федоров", март—апрель, 2010 и 2012 гг., рис. 1).

Исследование ОС в высокоширотных акваториях интересно с нескольких точек зрения. Во-первых, даже при низких температурах в морской среде образуются автохтонные ОС, синтезируемые главным образом фитопланктоном (Gutt et al.,

2010; Horner et al., 1992). Во-вторых, снег и лед содержат ОС, имеющие терригенное происхождение и поступающие с эоловой взвесью (Немировская, 2013). Изучение этих соединений позволит выявить источник их поступления в результате атмосферного переноса. Кроме того, представляет интерес исследование УВ, попадающих на припайные льды и в прибрежные воды при смене состава и оборудования антарктических станций, так как вся активная деятельность человека в этом районе связана с перегрузкой и потреблением топлива. На многих антарктических станциях происходят нефтяные разливы (Balks et al., 2002; Kim et al., 2006). Поэтому изучение изменчивости во времени и пространстве концентраций ОС необходимо для понимания процессов, формирующих и поддерживающих функционирование морских экосистем. Исследование состава взвеси важно при решении основных вопросов седиментологии и экологии, а также для развития методов исследования микро- и наночастиц.

Строение снежно-ледяного покрова Антарктики отличается от такового в Арктическом бассейне, так как его формирование происходит в других гидрометеорологических условиях. Неравномерное распределение снега на поверхности льда в со-

море

Но"айзарева 3йЛив

__ орэдаиер — Ленинградский

'Новолазаревская

море

море Содружества заЛив

Прогресс 1Г" Прюдс

Рис. 1. Карта Антарктиды. 1 — местоположение российских станций, 2 — места отбора проб на припайных льдах.

четании с процессами инфильтрации морской воды приводит к образованию слоев льда со своеобразной кристаллической структурой и физико-механическими и биологическими свойствами (Мельников, Гогорев, 2008). Условия ледообразования зависят также от морфологических характеристик прибрежной зоны: изрезанности береговой линии, глубины моря, наличия островов и скоплений айсбергов (Черепанов, Козловский, 1973).

Большинство имеющихся в литературе данных по содержанию ОС (в основном, хл а) в припайных льдах относится к Западной Антарктике, особенно к району Антарктического полуострова (Gutt et al., 2010; Horner et al., 1992; Hodson, et al., 2013; Pintu-rier-Geiss, 2001; Meiners et al., 2012; Melnikov, 1998 Merve, et al., 2009). Данных для морей Восточной Антарктики значительно меньше и они собраны преимущественно в рейсах НЭС "Академик Федоров" (Демидов и др., 2007; Мельников, Гогорев, 2008; Менжинская, 1998; Немировская, 2013).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Пробы снежуры, шуги и ниласа отбирали с борта судна специальным сетчатым треугольным экраном (размер ячейки 1 мм2), рекомендованным для отбора проб поверхностного микрослоя, а подледную воду — специальной бутылью с закрытой пробкой, предотвращающей попадание льда (Справочники ..., 1985); керны льда получали с помощью ручного титанового кольцевого бура (d 14.5 см). Лед распиливали на части с помощью титановой пилы, учитывая его строение, и помещали в специальные баки для таяния. Для получения необходимого количества талой воды одновременно растапливали 5—8 кернов. Время плавления кернов — 2—2.5 суток. Талую воду обрабатывали способом, аналогичным обработке проб морской воды (Немировская, 2013).

Взвесь выделяли из воды методом мембранной фильтрации на предварительно отмытые (4% особо чистой соляной кислотой) поликарбонатные ядерные фильтры (диаметр пор 0.45 мкм) под вакуумом 0.4 атм и определяли концентрацию гравиметрически. Кроме того, взвесь определяли на борту судна оптическим методом по показателю ослабления света морской водой — С при X = 530 нм с помощью прозрачномера ПУМ—А, разработанного в лаборатории Оптики океана (ИО РАН) (Артемьев и др., 2008). Между показателем ослабления света и концентрацией взвеси для поверхностных вод Южного и Атлантического океанов установлена корреляционная зависимость r2 = 0.70 (n = 120) (Немировская, Артемьев 2013). Это позволяет использовать оптические данные для оперативной оценки концентрации взвеси.

Для определения концентраций ОС взвесь выделяли фильтрацией из воды под вакуумом 0.2 атм на предварительно прокаленные при 450°С стек-ловолокнистые фильтры GF/F фирмы Whatman (эффективный размер пор 0.7—1.2 мкм). Липиды экстрагировали из подсушенных на воздухе проб взвесей метиленхлоридом на ультразвуковой бане "Сапфир" при 35°С. УВ выделяли с помощью колоночной хроматографии на силикале гексаном. Концентрацию липидов (до колоночной хроматографии) и УВ (после колоночной хроматографии) определяли ИК-методом на приборе IR-435 Shi-madzu (Япония). В качестве стандарта использовали смесь (об. %): 37.5 изооктана, 37.5 гексадекана и 25 бензола (Руководство., 1993). Чувствительность метода — 3 мкг/мл экстракта.

ВОУ определяли методом сухого сожжения на анализаторе АН-7529 при 800°С. Целый фильтр (или 1А часть) помещали в фарфоровый тигель и использовали обычные процедуры, применяемые при определении Сорг в донных осадках (Люцарев, 1986). Чувствительность метода — 6 мкг углерода в пробе, точность — 3—6 отн. %. Для пересчета кон-

центраций липидов и УВ в концентрации ВОУ использовали коэффициент 0.5 (Агатова и др., 2004).

Определение концентрации хл а проводили флуориметрическим методом на предварительно откалиброванном флуориметре Trilogy (модель 1.1) фирмы Turner Designs (США). Чувствительность по хлорофиллу 0.02—100 мкг/л. Для выделения хл а фильтры помещали в 90% ацетон и экстрагировали при +4°С в темноте в течении 12—16 ч (Arar, Collins, 1997). Для коррекции концентрации хл а с учетом феопигмента экстракт подкисляли 1н HCl и снова определяли интенсивность флуоресценции.

Микрофотографии взвеси, собранной на ядерных фильтрах, выполнены при помощи сканирующего электронного микроскопа VEGA-3sem TES-CAN (Чехия).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Снег. Антарктида закрыта ледовым щитом, и ее атмосфера практически не содержит аэрозолей (Lisitzin, 2002). Поэтому на периферии фиорда Санни, расположенного в заливе Прюдс моря Содружества, при толщине снега 50 см концентрация взвеси в снеге не превышала 0.27 мг/л, УВв (во взвешенной форме) — 10 мкг/л, а УВр (в растворенной форме) — 2.5 мкг/л (табл. 1). В апреле 2008 г. в бухте Санни концентрация УВв в снеге была меньше и составила 19 мкг/л, а в 2003 г. всего 5—8 мкг/л. Эти данные совпадают с содержанием УВ в свеже-наметанном снеге на припайном льду в море Дейвиса в районе обсерватории Мирный (Немиров-ская, 2013).

В прибрежных районах Антарктиды основным источником поставки различных химических соединений в снегу являются соли морских вод, а также специфическая антарктическая фауна и флора (Василенко и др., 1985). Эоловый перенос терригенных ОС (остатков высшей наземной растительности) с американского и африканского континентов незначителен (Немировская, 2013).

В районе действующих антарктических станций и на территории оазисов, где в атмосфере много аэрозолей, концентрации ОС во взвеси снега возрастали (Немировская, 2013; Немировская, Артемьев, 2013). Отсутствие снега на прибрежных холмах в фиорде Нелла привело к высоким концентрациям изученных соединений (табл. 1). В марте 2010 г. в торосах значения показателя ослабления света достигали 1.71 м-1, а в снегу — 1.44 м-1, концентрации взвеси — 2.40 и 1.44 мг/л, а УВв — 60 и 18 мкг/л, соответственно. В марте 2012 г. концентрация взвеси в снегу этого района практически не изменилась: значение С составило 1.41 м-1, концентрация взвеси — 1.05 мг/л, УВв — 10 мкг/л, хл а — 0.29 мкг/л. Низкая концентрация хл а обусловлена преобладанием во взвеси минеральных

частиц над биогенными, что подтверждает просмотр материала под сканирующим электронным микроскопом (рис. 2).

Лед. При выпадении снега не на лед, а на морскую вод

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»