авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Биогенная миграция микроэлементов в океане

-- [ Страница 4 ] --

Автохтонная биогенная взвесь, которая преобладает в поверхностном слое открытого океана, содержит от 30 до 80% ОВ (Лисицын, 1974). В составе ОВ планктона –биополимеры: белково- и углеводоподобные вещества, липиды, пептиды (Романкевич, 1977, 2008). На долю кремнистых и карбонатных частиц приходится 25-30% (Богданов и др., 1976; Lal, 1977; Емельянов, 1977; Клювиткин, 2009). Наши данные показывают, что различия в биологической продуктивности вод сказываются на характере связи металлов во взвеси с различными носителями. Так,, в олиготрофных водах центральной части Индийского океана в органически-связанной форме присутствует в среднем лишь менее 20% Zn, Mn, Cu и Pb, а доминирующей является наиболее лабильная адсорбированная форма (30-70%) (Демина и др.,1984), в отличие от высокопродуктивных районов ю-в части Тихого океана, где от 50 до 80% общего содержания Zn, Cu, Fe, Mn связано с ОВ (Демина, 1982). Циркумконтинентальная зональность распределения металлов во взвеси, которая отмечается для как Тихого, так и Индийского океанов (Демина, 1982; Демина и др.,1984), проявляется том, что по мере удаления от континента в пелагиаль снижается относительный вклад геохимически инертного (литогенного) носителя при одновременном увеличении гидрогенных форм. Особенно заметно это для Zn и Cu, доля органически-связанной формы которых возрастает в водах пелагиали океана в 2 раза (рис.8).

Рис.8. Изменение соотношения взвешенных форм Fe, Mn, Zn и Cu на разрезе

по 23о ю.ш. в юго-восточной части Тихого океана (Демина, 1982).

  1. металлорганические комплексы (пирофосфатная вытяжка); 2- аморфные

Fe-Mn гидроксиды c адсорбированным комплексом микроэлементов; 3-биополимеры (белково-, углеводоподобные вещества-абсолютный хлорированный спирт); 4 – геохимически инертная форма. Стрелками показано направление берег-океан.

Интересно отметить, что для Al – элемента-индикатора терригенного вещества во взвеси и донных осадках – также установлена его связь с биологическими процессами в воде (Cashetto, Wollast, 1979; Stoffin, 1979; Stoffin, Mackenzie, 1982), а также взвеси и донных осадках пелагиали океана (Демина и др., 1984).

Важная роль биосообществ фито- и зоопланктона в биогенной миграции состоит не только в том, что они концентрируют микроэлементы из рассеянного состояния, но и транспортируют их разнообразными способами: активный перенос зоопланктоном по вертикали (Виноградов, 1959), погружение скелетных структур, линяющих экзоскелетов и органического детрита (Arrhenius, 1963), Fowler, Small, 1967). Биогенные частицы при погружении (вследствие обратимых адсорбционных процессов и бактериального синтеза и/или разложения) проходят стадию минерализации-регенерации, в ходе которой они как обогащаются, так и обедняются микроэлементами (Craig, 1974). Вертикальный транспорт образованного в фотическом слое ОВ, как показано методом седиментационных ловушек (СЛ), осуществляется в основном потоками оседающего пеллетного материала, скорость погружения которого в десятки раз выше, чем отдельных и агрегированных частиц планктона (Collier, Dymond, 1977; Honjo, 1980; Bishop et al., 1980, 1989; Лисицын и др., 1990; Тамбиев и др., 1992 и др.). Подобие химического состава пеллетного материала и планктона свидетельствует об унаследованности состава осадочного материала океана от состава живого вещества (Савенко, 1988).

Динамические аспекты биогенной миграции металлов в океане оценим с помощью времени биологического цикла Тбио. по формуле Тбио.фот./Мбио. где Мфот.– масса растворенных металлов в фотическом слое, Мбио. – масса металлов, ежегодно захватываемая фитопланктоном в фотическом слое, которая определяется средним содержанием в фитопланктоне, умноженным на величину первичной продукции в открытом океане, составляющую 61109т Cорг (Романкевич, 2009) (Табл. 4). Время пребывания () является фундаментальной биогеохимической характеристикой циклической системы химических элементов в океане (Вернадский, 1983). Рассчитаем по формуле: Мокеан/Fмет., где Мок. – суммарная масса металлов в океане, Fмет. - ежегодный поток металлов в океан, который складывается из поставки речным стоком с учетом потерь на барьере река-море (Гордеев, 2009), а также поступления c аэрозолями (Duce et al., 1991) и гидротермальными флюидами (German, Angel, 1995).

Таблица 4. Динамические аспекты биогенной миграции металлов в океане: время

биоцикла (Тбио.) и время пребывания ().

Металл Мфот. 106т Мбио. 106т Тбио., годы Мокеан 106т*) Fмет. 106т , годы
Сr 15 4,2 1 290 Нет дан. -
Mn 1,1 4,2 0,3 24 15 1,5
Fe 1,9 43 0,1 130 130 1
Co 0,09 0,18 0,5 1,7 0,04 40
Ni 32 1,22 3 640 0,14 4600
Cu 17 12,1 1 340 0,26 1300
Zn 14 17 1 270 0,64 420
As 120 1,7 60 2360 Нет дан. -
Se 9 0,49 20 180 Нет дан. -
Ag 0,15 0,02 6 3 Нет дан. -
Cd 5,5 0,37 15 93 0,013 7400
Sb 9,5 0,01 950 190 Нет дан. -
Pb 0,14 2,44 0,1 4,9 0,14 35
Hg 0,014 0,01 1 0,27 Нет дан. -

*) сумма (раствор+взвесь) (Гордеев, 2009)

Из Табл.4 видно, что время биоциклов Тбио в исследованной группе микроэлементов варьирует от 950 лет (Sb) до <1 года (Co, Mn, Pb, Fe). Время пребывания металлов изменяется в пределах от >1000 (Cd, Ni, Cu) до <100 (Co, Pb) и даже < 10 (Mn, Fe) лет. Таким образом, продолжительность биоциклов металлов в фотической зоне в десятки и сотни раз короче, чем их время пребывания в океана. Геохимическим следствием из этого является то, что биологическое поглощение металлов и высокая интенсивность биологических циклов фито- и зоопланктона способствует многократному (от 10 до 1000 раз) ускорению миграции металлов в океане. В группе металлов отмечается следующая тенденция: чем короче биоцикл, тем меньше время пребывания металла. Дефицит биодоступного Fe как элемента, лимитирующего фотосинтез и биопродуктивность существенной части океанских вод с высоким содержанием биогенов и низким – хлорофилла (Martin et al., 1993; Boyd et al., 2007), может обусловливать его самый быстрый биологический круговорот в океане, что подтверждается минимальными значениями Тбио и (рис.9).

Рис.9. Зависимость между временем пребывания металлов в океане и

продолжительностью их биологического цикла Тбио.

В районе Парамуширского склона (на глуб.880 м), где происходит разгрузка водно-газовых флюидов метанового состава (Зоненшайн и др., 1987), установлена аномальная численность метанотрофных бактерий и интенсивность биогеохимических процессов бактериального метанокисления, на 1-2 порядка величин превышающая фоновые (Гальченко, 1989). Нам удалось выявить аномалии в распределении металлов, обусловленных метановым «факелом» в водном столбе: обогащение взвесью, взвешенным Mn, а также растворенными формами Fe, Сu, Cd, Cr, Co и Ni (Демина, Атнашев, 1989), а иловые воды газогидратсодержащих донных осадков обогащены металлами на 1-2 порядка по сравнению с фоновыми (Демина и др., 1989). Это может свидетельствовать о тесной взаимосвязи между бактериальными процессами и миграционными формами металлов.

3. Фауна глубоководной гидротермали, функционирующая на основе хемосинтеза, служит мощным глубоководным биофильтром, концентрирующим металлы на 2-3 порядка величин больше по сравнению с маргинальным фильтром и фотической зоной океана.

Бентопелагические сообщества глубоководных гидротермальных полей, недоступных фотосинтезу, функционируют на основе хемосинтетической первичной продукции, создаваемой специфическими бактериями, численность и биомасса которых вблизи источников в десятки тысяч раз выше, чем в пелагиали океана (Jannasch, Wirsen, 1979; Гальченко и др.,1988; Fisher, 1990; Леин, Пименов, 2002). Биомасса гидротермальной фауны (мягкие ткани) достигает 10 кг/м2 (Gebruk et al., 2000), что в десятки и сотни раз выше биомассы бентоса в фоновых районах на аналогичных глубинах. Наиболее массовыми биосообществами в гидротермали являются симбиотрофные организмы - двустворчатые моллюски Bathymodiolus (на полях САХ) и вестиментиферы Riftia (на полях ВТП), населяющие места выходов теплых диффузных флюидов.

В данной работе распределение микроэлементов исследовано в доминирующих гидротермальных биосообществах на трех уровнях организации: 1) биосообщества разных гидротермальных полей, 2) различные организмы внутри одного и того же поля, 3) разные органы внутри организмов, а также в среде их обитания (вода биотопов). Исследовано семь гидротермальных полей: Менез-Гвен, Брокен-Спур, Снейк-Пит, Лост-Сити, Рейнбоу на Срединно-Атлантическом хребте (САХ), и 9о50’с.ш., Гуаймас на Восточно-Тихоокеанском поднятии (ВТП). Эти поля различаются по глубине выходов источников (от 850 до 2550 м), геологическому строению, составу пород и скоростям спрединга (Von Damm, 1990; Богданов, 1997; Богданов и др., 2006), что сказывается на различиях в максимальной температуре исходных флюидов и составе микроэлементов в них. Высокотемпературные флюиды из черных курильщиков с максимальной температурой 405оС (в расчете на «end-member»-флюид с нулевым содержанием Mg) содержат Fe, Mn, Zn, Cu и Sb в 50-1000 раз, а Ni, Co, Cd, Ag и Pb – в 5-20 раз выше, чем низкотемпературные растворы (To до 274оС) поля Менез-Гвен САХ (German, Von Damm, 2004). Турбулентное излияние горячих флюидов, в 102-106 раз обогащенных многими химическими элементами относительно холодной придонной воды (Lonsdale, 1977; Edmond et al., 1979), создает геохимический барьер с резкими градиентами физико-химических показателей, где в пределах нескольких десятков см от источника температура (То) падает на десятки оС, а рН возрастает от 2-3,5 до 5,6-6,8. При этом происходит как простое (консервативное) разбавление флюидов морской водой, основным трассером которого служит То (Sarradin et al., 1999), так и различные физико-химические и биогеохимические процессы, приводящие к значительному уменьшению содержания микроэлементов в воде биотопов по сравнению с исходными флюидами. Особенно резко (на три-четыре порядка величин) в придонном слое гидротермали падает содержание «главных» во флюидах металлов - Fe, Mn (рис. 10), а также Zn и Cu, что обусловлено образованием в зоне смешения их собственных минеральных фаз – сульфидов и гидрооксидов; концентрация других металлов в воде биотопов в 3-50 раз ниже, чем в исходных флюидах (Desbruyres et al., 2000, 2001; Sarradin et al., 1999, 2008; Kdr et al., 2005; LeBris, 2006; Демина и др., 2007; Демина, Галкин, 2008; Demina et al., 2009). Однако во всех случаях эти разбавленные в разной степени флюиды оказываются в 50-100 раз обогащены рядом микроэлементов относительно океанской воды.

Рис.10. Неконсервативное поведение Fe и Mn при возрастании рН в зоне смешения флюидов и придонной воды на гидротермальном поле 9о50’с.ш. ВТП (данные автора).

Анализ литературных и собственных данных показал (Табл.5), что в воде над поселениями фауны на полях с высокотемпературными источниками ВТП, для которого характерны высокие скорости спрединга (>11 см/год) среднее содержание ряда металлов (Fe, Mn, Zn, Cr, Pb и Ag) в несколько раз выше, чем в воде биотопов низкоспредингового (<6 см/год) САХ как с низко-, так и с высокотемпературными источниками. В пределах САХ среднее содержание большинства металлов в воде биотопов полей с высокотемпературными источниками (Брокен-Спур и Рейнбоу) лишь в 2-10 раз выше по сравнению с низкотемпературным полем Менез-Гвен (Табл.6); тогда как в исходных

Таблица 5. Общая концентрация микроэлементов (мкмол/л) в воде биотопов САХ и ВТП.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.