ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 453, № 5, с. 534-539
= ГЕОХИМИЯ
УДК 550.47:556.54,551.35,504.423,528.855
ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ВЗВЕСИ В СНЕЖНО-ЛЕДЯНОМ ПОКРОВЕ ПРИПАЙНЫХ АНТАРКТИЧЕСКИХ ЛЬДОВ
© 2013 г. И. А. Немировская, М. Д. Кравчишина, академик А. П. Лисицын, В. А. Артемьев
Поступило 29.07.2013 г.
БО1: 10.7868/80869565213350181
Природа Антарктики привлекает особое внимание исследователей, так как этот регион наименее нарушен и его геохимические процессы изучены мало. В то же время жизнь в самой холодной морской экосистеме на Земле богата, уникальна и достойна самого пристального внимания [1, 2]. С целью определения особенностей в распределении и составе органических соединений (ОС) — хлорофилла а (хл а), феофитина а (фео а), липидов и алифатических углеводородов (УВ), а также взвеси в припайных льдах было проведено их изучение в прибрежных районах Восточной Антарктики (57-я Российская антарктическая экспедиция, НЭС "Академик Федоров", март 2012 г.). Большинство работ, исследующих снежно-ледяной покров Антарктики, посвящено структуре и физическому составу льдов [3—5], а также их биологическим свойствам [1, 2, 6—8]. Данные об ОС во льдах практически отсутствуют [9—11]. В то же время исследование ОС в Антарктике интересно с нескольких точек зрения. Во-первых, даже при низких температурах в морской среде образуются автохтонные ОС, синтезируемые главным образом фитопланктоном [6, 10]. Во-вторых, снег и лед содержат ОС, имеющие терригенное происхождение, которые поступают с эоловой взвесью [9]. Кроме того, представляет интерес исследование нефтяных УВ, попадающих на припайные льды и в прибрежные воды при смене состава и оборудования антарктических станций. ОС из различных источников перераспределяются между снегом, льдом и морской водой и одновременно трансформируются сообществом морских микроорганизмов [10, 11]. Значение каждого из этих процессов можно оценить, используя молекулярные маркеры в составе УВ. Поэтому изучение
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва
изменчивости во времени и пространстве количества ОС необходимо для понимания процессов, формирующих и поддерживающих функционирование морских экосистем, а изучение вещественного и химического состава взвеси — для решения основных вопросов литологии, морской геологии и экологии, а также для развития методов исследования микро- и наночастиц.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для определения ОС взвесь выделяли методом фильтрации на стекловолокнистые фильтры ОБ/Б (0.7 мкм), а для определения количества и состава взвеси — на предварительно взвешенные ядерные фильтры (0.45 мкм). 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) [12]. Между значением С и концентрацией взвеси обычно наблюдается линейная зависимость [11]. Липиды (суммарная экстрагируемая фракция) выделяли с помощью метиленхлорида на ультразвуковой бане. Концентрацию липидов и УВ (выделенных из липидной фракции с помощью колоночной хроматографии на силикагеле) определяли ИК-методом при 2930 см-1; состав н-алканов — методом капиллярной газовой хроматографии, хл а и фео а - флуориметрическим методом с экстрагированием в 90%-м ацетоне.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Снег в фиорде Нелла (залив Прюдс, море Содружества) отличался повышенной концентрацией взвеси — 1.05 мг/л (значение С — 1.41 м-1) при низком содержании ОС: хл а — 0.29 мкг/л, УВв — 10 мкг/л (табл. 1). Эти результаты в снеге ока-
Таблица 1. Содержание взвеси и органических соединений в снежно-ледяном покрове припайных льдов
Описание пробы, толщина С, м-1 Взвесь, мг/л хл а фео а ** Липиды раств./взвеш. УВ раств./взвеш. S, епс
слоя (см) мкг/л
Море Содружества, залив Прюдс, фиорд Нелла (14.03.2012 г., 69°22' ю.ш., 76°23' в.д.)
Снег, 5-15
Лед, 0-30
1.410 3.121 *
4.04
7.07
0.289 0.627 * 6.648
12.8-53.0
11.4
9/16
12/68
6/10
8/33
Море Содружества залив Прюдс, фиорд Санни (16.03.2012 г., 69°32' ю.ш., 74°15' в.д.)
Снег, 5—15 0.146 0.12 0.020 21.3 5/24 3/8 0.00
Лед, 0—20 1.140 1.46 3.682 0.1 62/178 22/19 34.00
Лед, 20—55 0.927 1.35 0.845 6.1 147/91 21/14 1.58
Лед, 55—104 1.540 2.19 5.010 0.5 39/120 7/23 3.65
Лед, 104—134 1.880 2.21 5.560 0.5 64/120 7/52 2.23
Лед, 134—154 4.490 16.73 33.284 0.1 42/811 6/116 2.12
Подлёдная вода 1.595 0.27 16.377 0.5 19/171 11/26 34.27
Море Лазарева, бухта Ленинградская (30.03.2012 г., 70°03' ю.ш., 12°22' в.д.)
0.00
Фирн, 5—15 0.138 0.12 0 0 11/18 5/11 0.00
Лед, 0—30 0.238 0.32 0.19 5.9 12/27 9/13 23.28
Лед, 30—80 0.710 1.43 2.36 3.2 48/64 14/17 7.11
Лед, 80—130 0.418 0.98 1.15 0.3 55/21 25/10 3.10
Лед, 130—180 0.540 1.55 2.10 1.1 19/85 8/21 5.88
Лед, 180—230 1.090 4.06 29.03 16.0 24/14 12/7 1.57
Лед, 230—280 2.080 8.60 112 11.9 51/110 15/61 8.58
168 *** 37.6 ***
Лед, 280—320 0.480 6.63 1.38 47.4 13/20 8/9 3.93
Подледная вода 0.181 0.22 0.17 1.2 12/17 8/12 34.55
* Вода со дна бака, ** процент от суммы (хлорофилл + феофитин), *** определение во взвеси после отстаивания раствора.
зались близки к данным, полученным в этом районе в марте 2010 г.: взвесь — 1.02 мг/л, С — 1.44 м-1, УВ — 18 мкг/л [11]. Увеличение содержания взвеси происходило также во фиорде Нелла в торосах — до 11.44 мг/л. Отсутствие снега на прибрежных холмах привело к столь высоким концентрациям минеральной взвеси, наличие которой не вызвало образования ОС.
В то же время на периферии фиорда Санни (также расположенного в заливе Прюдс моря Содружества) при толщине снега 50 см содержание взвеси в снеге не превышало 0.12 мг/л (рис. 1). Эти данные практически совпали с результатами, полученными при анализе фирна на льду Ленинградской бухты моря Лазарева (табл. 1). В отличие от снега фиорда Нелла взвесь снега фиорда Санни и фирна в Ленинградском заливе (согласно данным сканирующего микроскопа) практически не содержала минеральных частиц. В свеженаметанном снегу на припайном льду в море Дейвиса (район обсерватории Мирный) на
некотором удалении от берега содержание УВ было еще ниже: 5-8 мкг/л [10].
Лед. В молодом прибрежном льду во фиорде Нелла (толщиной 30 см), отобранном во время прилива, наблюдали резкое увеличение содержания взвеси и хл а по сравнению со снегом (табл. 1). Вода при волнении на поверхности, размягчая лед, оказывает на его структуру двойное действие: увеличивает число каналов и капилляров во льду, а также расширяет их диаметр, что интенсифицирует процессы обмена между водой и льдом [5]. Напротив, содержание УВ в снеге, во льду и в воде практически не различалось (10-15 мкг/л), так как УВ при синтезе водорослями не являются доминирующей фракцией в составе ОС [10]. В 2010 г. во фиорде Нелла на некотором удалении от берега также был отобран однолетний керн длиной 60 см. Концентрирование взвеси и ОС наблюдали в нижнем слое льда - УВ до 57 мкг/л [11]. При этом на границе лед-вода визуально не было видно диатомовых водорослей, которые
Рис. 1. Картосхема Антарктиды.
1 — местоположение российских станций, 2 — места отбора проб на припайных льдах.
обычно своими пигментами придают льдам бурый цвет и способствуют образованию ОС [6, 7, 10].
В керне припайного конжеляционного льда во фиорде Санни изменение изучаемых соединений происходило от слоя к слою (рис. 2). В верхней прозрачной части льда (0—20 см) соленость была близка к солености морской воды — 34 епс. Если замерзание происходит при относительно низких температурах, то из рассола на поверхности льда выделяются сухие кристаллы соли, располагающиеся в виде пучков или кустиков на льду [4]. Количество солей во льду зависит: во-первых, от интенсивности замерзания (чем быстрее идет ледообразование, тем больше солей остается во льду); во-вторых, от возраста льда (рассол постепенно просачивается из полостей во льду в воду и потому чем старше лед, тем меньше остается в нем солей); в-третьих, от толщины льда (чем лед толще, тем меньше солей будет он содержать, в особенности в нижней своей части). Последнее обстоятельство есть отчасти следствие первого, так как с
ростом толщины льда процесс замерзания замедляется и способствует уменьшению количества остающихся во льду солей. Видимо, этими процессами можно объяснить столь высокую соленость в верхней части керна льда (рис. 2). Другой процесс — подток морской воды по трещинам в ледовом поле и ее горизонтальное растекание по границе снег—лед. Большой диаметр каналов на нижней поверхности льда способствует увеличению потока воды в лед над выходом рассола, что приводит к уменьшению солености нижнего слоя.
В слое льда 0—20 см количество взвеси увеличилось по сравнению со снегом в 12 раз, так как при замерзании льдов она оказывается "запечатанной" в ледовых полях в припае и превращается в биогенный криозоль [9]. Это вызывает увеличение концентрации всех ОС, особенно хл а (в 18.5 раз, табл. 1). В зоне затухания стоковых ветров и на участках интенсивного снегонакопления происходит опускание верхней поверхности ледяного покрова ниже уровня воды [13]. В результате развитие диатомовых водорослей происходит на поверхности льдов с образованием инфильтраци-онного льда [7]. Поэтому концентрации ОС могут возрастать в верхних частях льда (по сравнению со снегом), а затем снижаться, как это наблюдалось в слое 20—55 см (рис. 2). Однако по длине керна льда происходило неравномерное увеличение концентрации всех соединений к нижнему слою (снежно-водный пластинчатый лед с большими каналами). Это связано с увеличением содержания самой взвеси, так как значение С в нижнем 20-сантиметровом слое увеличилось по сравнению с таковым в подледной воде в 2.8 раз, хл а — в 2 раза, а липидов и УВ — более чем в 4 раза.
Подводно-подледные исследования показали, что основное распределение живых организмов приурочено к нижней поверхности льда [6]. На основании круглогодичных наблюдений в Адмиралтейском заливе в районе о. Кинг-Джорж было установлено, что биомасса водорослей в пересчете на хл а в нижнем слое льда может на 2—
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.