Элементы баланса метана в донных осадках Севастопольской акватории

Т. В. Малахова1, В. Н. Егоров1, Л. В. Малахова1, Н. В. Пименов2

1 Институт биологии южных морей НАН Украины, г. Севастополь

2 Институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН, г. Москва

Аннотация

Рассматривается содержание, распределение и происхождение метана в толще донных осадков Севастопольской акватории. Концентрация метана в верхних 50 см донных отложений внутренней части б. Севастопольской достигала 5,9 ммоль·л-1, что на три порядка превышало значения в аналогичных слоях открытых районов Севастопольской морской акватории. Максимальные концентрации метана в центральной и кутовой частях бухты превышали его растворимость в поровой воде, свидетельствуя, что в этих районах в поверхностном слое осадков метан находился не только в растворённом, но и в газообразном состоянии. Выявлена положительная корреляция уровней концентрации метана со средним содержанием органического углерода в профиле донных отложений. Изотопный состав углерода метана на глубине около 10 см ниже поверхности дна, изменяющийся от – 85 до – 75 ‰, свидетельствует о его биогенной природе. Вертикальные профили распределения δ13C-CH4 показали относительное обеднение метана изотопом 12C в верхних слоях осадков. Это указывает на то, что градиент концентрации метана в этих слоях обусловлен его микробным потреблением.

Диффузионные потоки метана Севастопольской бухты были направлены из донных отложений в воду. Для открытых районов потоки не превышали 1,5 мкмоль·м-2·сут-1, для внутренней части бухты величины потока изменялись от 10,1 до 544,5 мкмоль·м-2·сут-1.

Эмиссия растворённого метана с поверхности акватории б. Севастопольской составила 2,9·103 моль·сут-1. Значение эмиссии метана в атмосферу находилось внутри диапазона значений диффузионного потока метана со дна Севастопольской бухты, равного 0,1 – 3,9·103 моль·сут-1. Резидентное время растворённого метана в Севастопольской бухте без учета выноса запасов метана за счёт ветровых течений составляло от 9 ч до 1,5 сут.

Ключевые слова

Севастопольская бухта, донные отложения, метан, изотопия метана, диффузионные потоки, эмиссия

Для цитирования

Малахова Т. В., Егоров В. Н., Малахова Л. В., Пименов Н. В. Элементы баланса метана в донных осадках Севастопольской акватории // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. № 26, т. 1. С. 217–230. EDN VUYZBX.

Malakhova, T.V., Egorov, V.N., Malakhova, L.V. and Pimenov, N.V., 2012. Balance Components of Methane in Sediments of Sevastopol Coastal Area. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones and Comprehensive Use of Shelf Resources, 26(1), pp. 217–230 (in Russian).

Список литературы

  1. Solomon S., Manning D., Chen Z. et al. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. — Cambridge University Press, 2007. — 996 р.
  2. Houghton J.T., Meira Filho L.G., Callander B.A. et al. Climate Change 1995: The Science of Climate Change. — Cambridge University Press, 1996. — 12. — 572 p.
  3. Bond G., Kromer B., Beer J. et al. Persistent Solar Influence on North Atlantic Climate During the Holocene // Science. — 2001. — № 294. — Р. 2130–2136.
  4. Kennett J.P., Cannariato K.G., Hendy I.L, Behl R.J. Methane hydrates in quaternary climate change – The Clathrate Gun hypothesis // American Geophysical Union, 2003. — 216 p.
  5. By Lai, Chung-Chieng A., Dietrich, David E., Bowman, Malcolm J. Global warming and the mining of oceanic methane hydrate // Topics in Catalysis. — 2005. — 32. — P. 95–99.
  6. Scranton M.I., McShane K. Methane fluxes in the southern North Sea: the role of European rivers // Continental Shelf Research. — 1991. — 11. — P. 37–52.
  7. Bange H.W., Bartell U.H., Rapsomanikis S., Andreae M.O. Methane in the Baltic and North Seas and a reassessment of the marine emissions of methane // Global Biogeochemical Cycles. — 1994. — 8. — P. 465–480.
  8. Єремєєв В.М., Єгоров В.М., Полікарпов Г.Г. и др. Нові струминні метанові газові виділення із дна моря в акваторії Севастополя // Вісник НАН України. — 2007. — № 4. — С. 47–50.
  9. Malakhova L.V., Egorov V.N., Malakhova T.V., Gulin S.B., Artemov Yu.G. Methane in the Sevastopol coastal area, Black Sea // Geo-Marine Letters. — 2010. — v. 30, № 3–4. — P. 391–398.
  10. Большаков А.М., Егоров А.В. Об использовании методики фазово-равновесной дегазации при газометрических исследованиях // Океанология. — 1987. — 7. — С. 861–862.
  11. Методы исследования органического вещества в океане. — М.: Наука, 1980. — С. 304–309.
  12. _http://www.physoz.icbm.de//download/karsten/erf c_model/REC_v3manual.pdf
  13. Kelley C.A., Martens C.S., Chanton J.P. Variations in sedimentary carbon remineralization rates in the White Oak River estuary, North Carolina // Limn. and Oceanogr. — 1990. — 35. — P. 372–383.
  14. Жерко Н.В., Егоров В.Н., Гулин С.Б., Малахова Л.В. Полихлорбифенилы в компонентах экосистемы Севастопольской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. — Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2001. — вып. 2. — С. 153–158.
  15. Мирзоева Н.Ю. Динамика содержания и перераспределения 90Sr в донных отложениях водоёмов Украины после аварии на ЧАЭС // Системы контроля окружающей среды (Средства, информ. технологии и мониторинг). — Севастополь, 2010. — № 14. — С. 168–172.
  16. Iversen N., Jоrgensen B.B. Diffusion coefficients of sulfate and methane in marine sediments: influence of porosity // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 1993. — 57. — P. 571–578.
  17. Yamamoto S., Alcauskas J., Crozier Th. Solubility of methane in distilled water and seawater // J. Chem. and Engin. Data. — 1976. — 21. — P. 78–80.
  18. Abegg F., Anderson A. The acoustic turbid layer in muddy sediments of Eckernfoerde Bay, Western Baltic: methane concentrations, satration and bubble characteristics // Marine Geology. — 1997. — 137. — P. 137–147.
  19. Миронов О.Г., Кирюхина Л.Н., Алемов С.В. Санитарно-биологические аспекты экологии Севастопольских бухт в ХХ веке. — Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. — 185 с.
  20. Овсяный Е.И., Романов А.С., Миньковская Р.Я. и др. Основные источники загрязнения морской среды Севастопольского региона // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. — Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2001. — С. 138–152.
  21. Borges A.V., Abril G. Carbon dioxide and methane dynamics in estuaries // Treatise on Estuarine and Coastal Science. — 2011. — 5. — P. 119–161.
  22. Пименов Н.В., Канапацкий Т.А., Сигалевич П.А. и др. Сульфатредукция, образование и окисление метана в голоценовых осадках Выборгского залива Балтийского моря // Микробиология. — 2012. — 81, № 1. — С. 1–12.
  23. Barnes R.O., Goldberg E.D. Methane production and consumption in anaerobic marine sediments // Geology. — 1976. — 4. — P. 297–300.
  24. Whiticar M.J. Carbon and hydrogen isotope systematics of bacterial formation and oxidation of methane // Chemical Geology. — 1999. — 161(1–3). — P. 291–314.
  25. Albert D.B., Martens C.S., Alperin M.J. Biogeochemical processes controlling methane in gassy coastal sediments. Part 2. Groundwater flow control of acoustic turbidity in Eckernförde Bay sediments // Contin. Shelf Res. — 1998. — 18. — P. 1771–1793.
  26. Wever Th.F., Abegg F., Fiedler H.M. et al. Shallow gas in the muddy sediments of Eckernfoerde Bay, Germany // Contin. Shelf Res. — 1998. — 18. — P. 1715–1739.
  27. Chanton J.P., Martens C.S., Kelley C.A. Gas transport from methane-saturated, tidal freshwater and wetland sediments // Limn. and Oceanogr. — 1989. — 34. — P. 807–819.
  28. Стокозов Н.А. Морфометрические характеристики Севастопольской и Балаклавской бухт // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. — Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2010. — вып. 23. — С. 198–208.
  29. Егоров В.Н., Пименов Н.В., Малахова Т.В. и др. Биогеохимические характеристики распределения метана в воде и донных осадках в местах струйных газовыделений и в смежных районах акватории Севастопольских бухт // Морской экологический журнал. — 2012. — т. ХI, № 3. — С. 41–52.
  30. Riedinger N., Brunner B., Lin Y.-S. et al. Methane at the sediment-water transition in Black Sea sediments // Chemical Geology. — 2010. — 274(1–2). — P. 29–37.

Файлы

 Полный текст (русский)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.