научная статья по теме СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ УГЛЕВОДОРОДОВ В ВОДЕ, ВЗВЕСИ И ДОННЫХ ОСАДКАХ КАРСКОГО МОРЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ УГЛЕВОДОРОДОВ В ВОДЕ, ВЗВЕСИ И ДОННЫХ ОСАДКАХ КАРСКОГО МОРЯ»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2010, том 50, № 5, с. 758-770

= ХИМИЯ МОРЯ

УДК 550.47:556.54

СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ УГЛЕВОДОРОДОВ В ВОДЕ, ВЗВЕСИ И ДОННЫХ ОСАДКАХ КАРСКОГО МОРЯ

© 2010 г. И. А. Немировская

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: nemir@ocean.ru Поступила в редакцию. 10.04.2009 г., после доработки 08.12.2009 г.

Приводятся данные по содержанию углеводородов (УВ): алифатических (АУВ) и полициклических ароматических (ПАУ) в воде взвеси и донных осадках Карского моря в сопоставлении с распределением взвеси и органического углерода. Установлено, что концентрации АУВ в толще воды (в среднем 16 мкг/л) формируют преимущественно природные процессы. Их распределение отражает изменчивость гидрологических и седиментационных процессов в различных районах моря. Наибольший диапазон концентраций установлен на разрезе Обская губа—Карское море (в воде для АУВ — 10—310 мкг/л, для ПАУ — 0.4—7.2 нг/л; в поверхностном слое донных осадков для АУВ — 8—42 мкг/г, для ПАУ — 9—94 нг/г). Дифференциация УВ в различных средах подчиняется закономерностям маргинального фильтра, поэтому нефтяные и пироген-ные соединения не попадают в открытые районы моря. В осадочной толще содержание УВ определяется изменением окислительной обстановки в осадке и его вещественного состава.

Исследование УВ в высокоширотных районах приобретает особую актуальность в связи с освоением месторождений нефти и газа на шельфе арктических морей. Поэтому среди главных задач, которые необходимо решать для обеспечения экологической безопасности становится развитие мониторинга, определяющего состояние этих акваторий, включая трансграничный перенос загрязняющих веществ. При проведении мониторинга необходимо учитывать, что распространение антропогенных УВ происходит на существующем в природе устойчивом биогеохимическом фоне. Если для ксенобиотиков, таких как пестициды, эти концентрации равны нулю, то для нефтяных УВ дело обстоит сложнее. Фитопланктон ежегодно синтезирует в океане 12 млн. т УВ, а по последним данным Национального Исследовательского Совета (МЯБ) США количество антропогенных УВ, поступающих из всех источников составляет в среднем 1.3 млн. т в год (при возможном интервале от 0.47 до 8.4 млн. т в год [24]). Проведенные исследования показали, что природные, не связанные с деятельностью человека, углеводородные геохимические аномалии, постоянно существуют в морских средах [11]. Без изучения фоновых углеводородных концентраций невозможно выделить их антропогенную составляющую. Особенно важно исследовать геохимические барьерные зоны, где наиболее интенсивно идут процессы рассеивания и концентрирования различных соединений: река-море, атмосфера-вода, вода-дно, вода-взвесь и др.

Для изучения процессов поступления и дифференциации природных и антропогенных УВ, а также возможного их превращения в различных формах миграции в 54 рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш" (сентябрь 2007 г.) проведено исследова-

ние АУВ и ПАУ в воде, взвеси и донных осадках. Особое внимание уделено барьерной зоне р. Обь-Карское море.

Гидрологический режим Карского моря, особенно в юго-западной части, определяется речным стоком, в основном выносом рек Оби и Енисея. Примерно 58% ежегодных речных поступлений приходится на май-июль, а 80% - на июнь-сентябрь. Развитие промышленности, строительство городов, плотин, электростанций становится одной из главных причин изменения речных потоков [22]. ОВ, поставляемое Обью и Енисеем, распространяется на огромные пространства Арктического бассейна. Образующиеся при этом взвеси, обогащенные различными соединениями, являются своеобразными "геохимическими ловушками", способствующими аккумуляции компонентов речного стока, в том числе и антропогенных [6]. Поэтому на границе река-море осаждается речной материал, который определяет содержание органического вещества (ОВ), а в его составе УВ, приобретая, таким образом, значение глобального фактора [7, 17].

Исследования, проведенные ранее в устьевых областях Оби и Енисея (49-й рейс НИС "Дмитрий Менделеев", 1993 г.), позволили создать модель трансформации и осаждения различных соединений в области геохимического барьера река-море (маргинального фильтра) [6]. По этой модели маргинальный фильтр, состоит из двух основных частей, принципиально различающихся по их функциям: абиотическая часть, прилегающая к речному устью и биотическая, расположенная у морского края зоны смешения [4]. Абиотическая часть в свою очередь состоит из двух частей: гравитационной зо-

ны, где происходит осаждение песчано-алеврито-вых фракций и физико-химической зоны, где происходит захват коллоидов и растворенных соединений (зона флоккуляции и коагуляции). Эти зоны характеризуются высокой мутностью вод и затрудненным фотосинтезом. После осаждения различных соединений с просветлением воды происходит развитие фитопланктона и возникает биологическая зона (ассимиляция и трансформация растворенных веществ минерального и органического состава) — "фитопланктонный насос" [6]. В зоопланк-тонной части фильтра наблюдается фильтрация всего диапазона взвешенных частиц различного происхождения.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Воду отбирали с поверхности по ходу движения судна и при приближении к станции ведром, с глубинных горизонтов — винипластовым батометром, пробы донных осадков — дночерпателем "Океан", трубкой Неймисто и трубкой большого диаметра (ТБД). Взвесь выделяли с помощью стекловолок-нистых фильтров GF/F (0.7—1.2 мкм); УВ экстрагировали на борту судна (сразу после отбора проб) из воды хлороформом, из влажных проб взвесей и подсушенных при 40°С проб донных осадков — ме-тиленхлоридом. Липиды (суммарная экстрагируемая фракция) определяли до колоночной хроматографии на силикагеле, а УВ — после колоночной хроматографии на силикагеле. АУВ выделяли гекса-ном, а ПАУ—смесью гексана с бензолом (3 : 2). Концентрацию липидов и АУВ определяли ИК-методом по полосе 2930 см-1, в качестве стандарта использовали смесь: 37.5% изооктана, 37.5% гексадекана, 25% бензола, [9] на приборе IR-435 Shimadzu, Япония. Для пересчета концентраций АУВ в концентрации Сорг использовали коэффициент 0.86 [10].

Содержание и состав ПАУ определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе Милихром-А02 Эконова, Россия снабженным колонкой нуклеосил-120-5-С18 PAH. В качестве элюента использовали смесь ацетонитрила с водой (75 : 25) в градиентом режиме (до 100% ацето-нитрила). Измерения проводили при 254 нм; идентификацию осуществляли по времени выхода индивидуальных полиаренов, полученных из лаборатории ЕттгоптепЫ Protection Аёепеу (США). Чувствительность метода, определенная по антрацену составила 0.4 нг в пике. В результате были идентифицированы следующие незамещенные полиарены: фенантрен (Ф), антрацен (А), флуорантен (ФЛ), пирен (П), трифенилен (ТР), хризен (ХР), пе-рилен (ПЛ), бенз(а)пирен (БП), бенз(к)флуорантен (БкФЛ), 1.12 бензперилен (БПЛ).

Сорг в донных осадках определяли методом сухого сожжения на анализаторе АН-7529 [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В водах открытой части Карского моря интервал изменения содержания в поверхностном слое для АУВр (в растворенной форме) составил 5.2— 31.1мкг/л, а для АУВв (во взвешенной форме) — 3.2—26.8 мкг/л.

На разрезе Карское море-п-ов Ямал содержание АУВр изменялось в интервале от 5.2 до 12.3, в среднем 7.6 мкг/л, а АУВв — от 3.2 до 19.2 в среднем 10.4 мкг/л. Вариабельность концентраций для АУВв (а = 0.6) немногим выше, чем АУВр (а = 0.4), что может быть обусловлено лабильностью самих взвесей. Ямальское течение, зарождающееся в районе пролива Карские ворота, приносит баренцевоморские воды, которые, видимо, обогащены органическими соединениями — ОС (растворенным — РОУ и взве-шанным — ВОУ, липидами и УВ), так как концентрации РОУ на мористых станциях также оказались выше — 2.17—3.15 мгС/л, чем при приближении к п-ову Ямал — 1.59 мгС/л (данные из отчета Н.А. Беляева о работах в 54-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш". Т 2). Это совпадает также с более ранними результатами, полученными в Карском море, где в западной части моря первичная продукция оценена в 170 мгС м—2 сут—1, а в восточной — в 25 мгС м—2 сут—1 [17]. Однако содержание УВ в открытых водах и при приближении к п-ову Ямал различается незначительно, несмотря на увеличение интенсивности флуоресценции и хлорофилла в этом направлении [1]. В тоже время максимальное содержание на ст. 4960 в открытых водах моря совпадает с локальным повышением концентрации взвеси у поверхности (до 0.6 мг/л) и хлорофилла (до 1.4 мг/м3), вероятно связанным с развитием фитопланктона [1]. Видимо фитопланктон в большей степени влияет на концентрации АУВ, чем минеральная взвесь.

Наибольшая изменчивость концентраций УВ характерна для разреза Обская губа—Карское море (маргинальный фильтр р. Обь, рис. 1): для АУВр — 6— 291 мкг/л, а для АУВв — 10—310 мкг/л (табл. 1). Флуктуации в содержании АУВ наиболее значительны в диапазоне солености 0.05—9.3 епс (рис. 2а), что соответствует летнему состоянию маргинального фильтра арктических морей [6]. В Обской губе липиды и АУВ в поверхностных водах преимущественно содержатся в растворенной форме. Далее по разрезу происходит увеличение концентраций как растворенных, так и взвешенных форм ОС. В интервале солености 0.05—0.6 епс отношение АУВр/АУВв изменялось от 1.65 до 1.35. Стратификация вод в этом районе незначительна, так как в начале разреза, вплоть до 72.4° с. ш. величины придонной и поверхностной солености практически совпадали. Однако в придонных водах доминировали АУВв (АУВр/АУВв = 0.56—0.32), очевидно из-за влияния нефелоидных придонных течений [1]. Содержание

Рис. 1. Схема отбора проб на разрезе Обская губа-Карское море.

АУВв в придонной воде, отобранной из трубки Ней-мисто, превышало здесь 700 мкг/л.

В диапазоне солености от 1 до 5.5 епс из поверхностных вод выводится основное количество ОС, поэтому уменьшались концентрации как растворенных, так и взвешенных форм. На этом участке разреза при осаждении взвеси происходит захват и растворенных ОС. С увеличением солености концентрации растворенных ОС уменьшались, а взвешенных увеличивались, и при

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 «Геофизика»