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 |   ...   | 4 | 5 ||

Биогенная миграция микроэлементов в океане

-- [ Страница 6 ] --

На поверхности кальцитовых раковин моллюсков Bathymodiolus с двух гидротермальных полей Рейнбоу и Брокен-Спур нами были отмечены охристые рассыпчатые пленки толщиной до 3 мм (Демина, Галкин, 2008). Изучение минерального состава (О.Ю.Богданова) выявило наличие ферригидрита (вероятно, бактериального происхождения), гетита, гематита, безжелезистого вернадита. Средний состав микроэлементов в этих пленках- (%): Fe 39,1; Mn 0,48; Zn 0,022; (мкг/г сух.в.): As 107, Cu 36, остальные <10 (Демина, Галкин, 2008). На основании отношения содержания металлов в корках к содержанию в жабрах (Мет.корки/Мет.жабры) выявлено, что кроме Fe (102) и Mn (104), корки обогащены Ni (3,6), Sb (3,2), Se (3), As(2,2), Zn (2,8), Co (2); Cr (1,4) распределяется почти поровну, тогда как Cu (0,3), Hg (0,2) и Ag (0,1) тяготеют к накоплению в жабрах. Исходя из этого, можно считать, что гидроксидные корки на раковинах служат накопителями большинства микроэлементов (Демина, Галкин, 2008).

Сходная биогеохимическая роль в постседиментационном накоплении микроэлементов выявлена недавно и для кальцитовых раковин планктонных фораминифер в разных фракциях (от <0,1 до >0,5 мм) рудоносных и металлоносных осадков поля Ашадзе-1 САХ (Габлина и др., 2009). Содержание Fe, Ni, Co, Cr, Cu и Ag в них в 10 раз выше, чем в фоновых фораминиферах из южной Атлантики, а среднее отношение Fe/Mn (81) совпадает с таковым в Fe-Mn гидроксидных пленках на раковинах Bathymodilus с поля Рейнбоу.

Бактериальные внеклеточные полимерные соединения (EPS) способны эффективно связывать металлы (Mittelman, Geesey, 1985). Однако, количественная оценка этих бактериальных процессов для гидротермальных организмов, представляется сложной задачей в силу трудностей методического и аппаратурного характера, связанных с адекватным количественным выделением микробной биомассы. Очевидно, этой причиной обусловлена малочисленность публикаций – всего одна (Kadar et al., 2006), в которой показано, что в биомассе бактерий-эндосимбионтов, выделенных из жаберной ткани моллюсков Bathymodiolus, содержится 75% Cu от ее общего содержания в мягких тканях. Известно, что в гидротермальных экосистемах, кроме такой разновидности бактерий, существуют еще две: 1) бактериальная взвесь и 2) свободно-живущие колонии и маты. Автором была сделана попытка оценить среднее содержание металлов в составе бактериальных матов на пористом арагоните, содержащем 4,3 % Сорг. (А.Ю.Леин), поднятом с гидротермального поля Лост-Сити. Из рис. 16 видно, что среди металлов их доля, связанная с бактериальным ОВ различна для разных металлов. Ряд по убыванию доли металлов, связанных с бактериальными матами (% от общего содержания в арагонитовой массе): Cu (97) > Fe(83)> Cd (68)>Pb,Mn,Ni (58) >As(43) > Co(34)>Cr(17) >Ag, Sb, Se (7).

Рис. 16. Распределение микроэлементов в пористом арагоните и

бактериальном мате (поле Лост-Сити САХ).

Концентрационная функция гидротермальных симбиотрофных моллюсков (в расчете на целый организм), изученная для шести полей САХ и ВТП, проявляется в эффективном извлечении (Кнак. от 102 до n·105) из воды не только Fe, Cu, Zn, Co и Ni, являющихся до определенного предела биохимически важными элементами, но и таких токсичных металлов как Hg, Ag, и Pb. Так, Кнак. Hg оказался почти равен Кнак. Fe, по нашим данным, а по данным (Kadar et al., 2007) – даже выше почти на порядок, т.е. коэффициенты накопления металлов в биоте, по-видимому, мало зависят от биохимической значимости металла. Максимальные Кнак. металлов (кроме Hg) зафиксированы в фауне, обитающей на высокотемпературных полях САХ и ВТП. Более высокие концентрации Hg в фауне низкотемпературного поля Менез-Гвен, отмечавшиеся и ранее, можно объяснить фазовой сепарацией флюидов, в ходе которой Hg связывается с легкой газовой фазой, преобладающей во флюидах этого поля. Попутно заметим, что Кнак. Mn (до 102) существенно меньше, чем Fe (до 105), несмотря на их близкие концентрации в воде биотопов, что, возможно, свидетельствует о разной степени биодоступности Fe и Mn. Изменение мольного отношения Fe/Mn от <10 до >100 в ряду: флюиды - вода биотопов – раковины - внутренние органы моллюсков, позволяет допустить, что в процессе биоаккумуляции и биоминерализации происходит разделение Fe и Mn. Контрастное геохимическое поведение показывают также Cu и Мn: Cu накапливается преимущественно в мягких тканях (биоассимиляция), тогда как Mn – в карбонатных раковинах (биоминерализация).

Таким образом, высокие биомассы гидротермальных донных организмов и интенсивное концентрирование биотой микроэлементов, позволяют рассматривать эту фауну как новый мощный глубоководный биологический фильтр океана.

Автором проведен сравнительный анализ биогенной миграции микроэлементов, осуществляемой биоосообществами трех геохимически различных сред - маргинального фильтра, фотического слоя океана и глубоководной гидротермали. Средние медианные содержания каждого из микроэлементов (мкг/г сух.в.) в макрофитах, планктоне, моллюсках (мягкие ткани) маргинального фильтра, фитопланктоне океана и моллюсках-симбиотрофах (мягкие ткани) гидротермали варьируют в пределах десятичного порядка величин. В то же время концентрации микроэлементов в воде биотопов, нормализованные по концентрации в океане, оказались в 10-100 раз ниже в маргинальном фильтре по сравнению с водой биотопой в гидротермали. При этом в обоих случаях log Кнак каждого из микроэлементов, также нормализованные по Кнак. фитопланктоном океана, лежат в пределах одного порядка величин (рис. 16). Это может свидетельствовать о единообразии и универсальности концентрирующей функции биоты океана.

Рис.16. Log коэффициентов накопления (Кнак.) микроэлементов биотой глобальных

биофильтров, нормированные по Кнак фитопланктоном в океане.

Однако, если сделать расчет биоаккумуляции микроэлементов на основе биомассы доминирующих сообществ на единице площади биотопа трех глобальных биофильтров (гм-2) получаются другие результаты. Наиболее емким оказывается донное сообщество моллюсков с гидротермальных полей САХ и ВТП: в биофильтре глубоководной гидротермали микроэлементы накапливаются в 100-1000 раз больше, чем в маргинальном и океанском (рис.17).

Рис.17. Сравнение биоаккумуляции микроэлементов в доминирующих

биосообществах трех глобальных биофильтров с учетом биомасс организмов

на единицу площади биотопа.

Как показали наши исследования, наряду со значительно большей биомассой бентоса в гидротермах по сравнению с маргинальным фильтром, этому способствует и намного большая «емкость» биополимеров, слагающих организмы гидротерм; в этом можно убедиться, если сравнить накопление микроэлементов на единицу Сорг.. Отношение Элемент/ Сорг. для Cr, Ni, Cu, As и Pb.(рис. 18), а также Fe, Zn примерно на порядок выше в органах гидротермальных животных, содержащих бактерии-эндосимбионты, по сравнению с другими таксонами.

Рис. 18. Отношение Элемент/Сорг. в организмах маргинального фильтра (1-макрофиты, 2 – мягкие ткани моллюсков), океанского планктона (3), органы с бактериями: жабры, трофосома, максиллопеды (4), остальные мягкие ткани животных-симбиотрофов(5).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных многолетних исследований удалось установить основные закономерности биогенной миграции ряда тяжелых металлов и металлоидов в океане.

Исследовано распределение микроэлементов в организмах доминирующих биосообществ и среде их обитания в трех геохимически различных зонах - глобальных биофильтрах: маргинальном, океанском фотическом и глубоководном гидротермальном. Эти части Мирового океана, различающиеся по ряду параметров, объединяются одним важным качеством – они являются геохимическими барьерными зонами с характерными максимальными биомассами макро- и микроорганизмов.

1. Выявлена общность главных абиотических и биотических факторов, определяющих биогенную миграцию микроэлементов в трех глобальных биофильтрах океана. Основным служит абиотический фактор – преобладание или существенная роль растворенной формы, неорганическая компонента которой является наиболее биодоступной. Важное значение имеют также насыщенность среды обитания органическим веществом. Биотические факторы проявляются в различающихся уровнях биоаккумуляции микроэлементов в зависимости от трофической структуры и стадии онтогенеза (для некоторых металлов).

2. Сравнение концентрирующей функции показало, что различия в К нак. биотой трех биофильтров для каждого из микроэлементов лежат в пределах одного порядка величин, что может свидетельствовать о единообразии процессов биоаккумуляции.

3. Высокие биомассы на геохимических барьерах способствуют биопоглощению микроэлементов, захватываемых в процесах биопродуцирования, и их интенсивному круговороту. В результате продолжительность биологических циклов металлов в биофильтрах многократно (в 5-1000 раз) понижается по сравнению со временем их пребывания в океане, т.е. происходит ускорение геохимической миграции. Минимальная продолжительность биоцикла установлена для железа (0,1 года), корррелирующая с минимальным его временем пребывания в океане (1 год).

4. Выявлена важная роль процессов карбонатной биоминерализации в аккумуляции ряда тяжелых металлов на примере двустворчатых моллюсков, доля которой превышает в среднем 70% от общего содержания Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Pb, Se в моллюсках (с учетом весовой доли раковин). Вклад карбонатных раковин в процессах биоаккумуляции некоторых металлов двустворчатыми моллюсками значительно выше, чем вклад их мягких тканей.

5. Оценен аккумуляционный потенциал трех разных типов биофильтров: маргинального, продуктивной зоны открытого океана и глубоководного гидротермального в расчете на биомассу организмов на единице площади биотопа. Показано, что биота глубоководной гидротермали служит мощным глубоководным биофильтром, разделяющим и аккумулирующим микроэлементы на 2-3 порядка величин больше, чем маргинальный биофильтр.

Список основных публикаций по теме диссертации.

1. Демина Л.Л., Гордеев В.В., Фомина Л.С. Формы железа, марганца, цинка и меди в речной воде и их изменения в зоне смешения речных вод с морскими (на примере рек Черного, Азовского и Каспийского морей).// Геохимия. 1978, № 8. с.1211-1229.

2. Демина Л.Л., Фомина Л.С. О формах нахождения железа, марганца, цинка и меди в поверхностной взвеси Тихого океана.// Геохимия. 1978. № 11. с.1710-1726.

3. Демина Л.Л., Гордеев В.В. О формах нахождения меди и железа в водах юго-восточной части Тихого океана. В сб. Металлоносные осадки Тихого океана (отв. ред.член-кор.АН СССР А.П.Лисицын). М.: Наука. 1979. С.237-248.

4. Гордеев В.В., Демина Л.Л. Прямые наблюдения за гидротермами на дне Тихого океана.// Геохимия. 1979, № 6. с.902-917.

5. Демина Л.Л. Формы миграции металлов в океане (на ранних стадиях океанского осадкообразования).// М.: Наука. 1982. 122 с.

6. Тамбиев С.Б., Демина Л.Л Опыт применения различных видов фильтров для фильтрации морских вод./ / Океанология. 1982, т. XXII. № 1. с. ______

7. Лисицын А.П., Демина Л.Л., Гордеев В.В., Артемьев В.Е. Биокосная система речной воды и ее взаимодействие с океаном. Глава II в книге: Биогеохимия океана (отв. ред. чл.-кор. АН СССР А.П.Лисицын).// М.: Наука. 1983. С.32- 60.

8. Демина Л.Л., Гордеев В.В., Шумилин Е.В. Биокосная система океанской воды. Глава V в книге: Биогеохимия океана (отв.ред. чл.-кор. АН СССР А.П.Лисицын).// М.: Наука. 1983.С.90-112.

9. Демина Л.Л. Ртуть в Балтийском море. В сб. Геологическая история и геохимия Балтийского моря.(отв.ред.чл.-кор.РАН А.П.Лисицын).// М.: Наука. 1984. С.105-109.

10. Демина Л.Л. Формы нахождения некоторых тяжелых металлов в Балтийском море. В сб. Геологическая история и геохимия Балтийского моря (отв.ред.чл.-кор. РАН А.П.Лисицын)// М.: Наука. 1984. С.55-64.

11. Демина Л.Л., Артемьев В.Е. Формы миграции микроэлементов и органического вещества в эстуарии р.Даугава. В сб. Геологическая история и геохимия Балтийского моря (отв.ред.чл.-кор.РАН А.П.Лисицын). М.: Наука. 1984. С.32-41.

12. Демина Л.Л., Шумилин Е.В., Тамбиев С.Б. Формы нахождения металлов во взвеси поверхностных вод Индийского океана.// Геохимия. 1984. № 4. с. 565-576.

13. Демина Л.Л., Лисицын А.П., Лукашин В.Н. Алюминий в биогенном цикле и формы его нахождения в океане. // Известия АН СССР, сер. Геолог. 1984, № 9 с.79-89.

14. Курильчикова Г.Е., Демина Л.Л. Применение метода инверсионной вольамперометрии при исследовании океанской взвеси.// Журнал аналитической химии. 1984,, Т.XXXIX, № 12. с.2246-2248.

15. Демина Л.Л., Тамбиев С.Б., Виженский В.А Взвешенное вещество в водах пелагиали Индийского океана.// Геохимия. 1985. № 3. с.400-411.

16. Демина Л.Л., Чопоров Д.Я. Применение метода плазменной спектроскопии для изучения гидротерм океана.// Доклады АН СССР. 1986, т.287, С.1201-1204.

17. Демина Л.Л., Беляева А.Н. Ультрафиолетовое облучение как метод разрушения металлорганических комплексов океанской взвеси. Океанология. 1986. т. XXVI. № 5. c. 849-851.

18. Демина Л.Л. Биофильность металлов в океане: некоторые геохимические следствия.// В кн.Биодифференциация осадочного вещества в морях и океанах (отв.ред.член-кор.АН СССР А.П.Лисицын). Изд-во Ростов.университета, 1986. С.141-146.

19. Демина Л.Л., Завадская Н.Н. Формы нахождения металлов в осадках авандельты р.Кызыл-Ирмак. В сб. Литология и геохимия осадкообразования в приустьевых районах западной части Черного моря (отв. ред. А.Г.Розанов). М.1987. Ин-т океанологии им.П.П.Ширшова АН СССР. С. 81-93.

20. Демина Л.Л., Тамбиев С.Б. Геохимические аномалии в придонных водах рифтовой зоны Таджура (Аденский залив).// Известия АН СССР, сер. Геолог. 1987, № 4. с. 110-119.

21. Вирцавс М.В., Пелне А.Р., Демина Л.Л. Метод предварительного концентрирования микроколичеств тяжелых металлов с применением тиооксина и их атомно-абсорбционное определение.// Геохимия. 1988. № 7. с.1037-1043.

22. Ступакова Т.П., Демина Л.Л., Дубинина Г.А. Накопление меди бактериями из морской воды.// Геохимия. 1988. № 10. с.1492-1502.

23. Бордовский О.К., Демина Л.Л. Трансформация марганца в водах фронтальных зон Тихого океана.// Океанология. 1988. Т. XXVIII. № 6. с. 944-948.

24. Демина Л.Л. Формы нахождения металлов в растворе и взвеси – критерии поиска гидротерм. В кн. Геохимия и геология базальтов и осадков рифта Таджура.(отв.ред.акад. Л.В.Тауссон). М.: Наука. 1989. с.148-163.

25. Демина Л.Л. Металлы в иловых водах рифта Таджура. В кн. Геохимия и геология базальтов и осадков рифта Таджура. (отв.ред.акад. Л.В.Тауссон). М.: Наука. 1989. с.164-175.

26. Демина Л.Л., Атнашев В.Б. Аномальное поведение металлов в зоне подводного газового источника о-ва Парамушир (Охотское море).// Океанология. 1989. Т.XXIX. № 6. с.952-959.

27. Демина Л.Л., Пашкина В.И., Давыдов М.П. Поведение металлов в иловых водах у выхода газового источника (северо-западный склон о-ва Парамушир, Охотское море).// Геохимия. 1989. № 6. с.816-824.

28. Демина Л.Л. Формы нахождения и скорости осаждения химических элементов в потоках осадочного материала в гидротермальной зоне Калифорнийского залива (котловина Гуаймас).// // Материалы 9-го Международного симпозиума по биогеохимии окружающей среды. Москва, 4-8 сентября 1989. С. 77.

29. Демина Л.Л., Ступакова Т.П., Дубинина Г.А. Биогеохимическая роль бактериопланктона в океанских циклах микроэлементов // Материалы 9-го Международного симпозиума по биогеохимии окружающей среды. Москва, 4-8 сентября 1989. С. 76.

30. Лисицын. А.П., Демина Л.Л., Тамбиев С.Б., Варванина Г.В. Потоки форм химических элементов в районе подводной гидротермальной деятельности (бассейн Гуаймас, Калифорнийский залив).// Доклады АН СССР. 1990.Т.314. № 3. с.715-719.

31. Ступакова Т.П., Демина Л.Л., Дубинина Г.А. Связь накопления тяжелых металлов бактериальным планктоном со структурным состоянием элементов микробного сообщества морской воды.// Микробиология. 1990. Т.4. С.674-681.

32. Демина Л.Л., Тамбиев С.Б., Басалаева И.В. Взвешенное вещество и металлы. В кн. Геологическое строение и гидротермальные образования хребта Хуан-де-Фука (отв.ред. чл.-кор. АН СССР А.П.Лисицын). М.: Наука. 1990.С.33-40.

33. Демина Л.Л. Формы нахождения металлов в свободно оседающем материале, собранном седиментационной ловушкой. В кн. Геологическое строение и гидротермальные образования хребта Хуан-де-Фука (отв.ред. чл.-кор. АН СССР А.П.Лисицын). М.: Наука. 1990.С.40-42.

34. Демина Л.Л., Серова В.В., Тамбиев С.Б. Потоки осадочного вещества. Изучение с помощью седиментационных ловушек. В кн. Гидротермальные образования Срединного хребта Атлантического океана (отв.ред. чл.-кор. АН СССР А.П.Лисицын).// М.: Наука. 1992. С.68-76.

35. Tambiev S.B., Demina L.L. Biogeochemistry and fluxes of Mn and some other metals in regions of hydrothermal activities (Axial Moutain, Juan de Fuca Ridge and Guyamas basin, Gulf of California).// Deep-Sea Research.1992. Vol.39. No3/4. P.687-703.

36. Тамбиев С.Б., Демина Л.Л., Богданова О.Б. Биогеохимические циклы марганца и других металлов в гидротермальной зоне бассейна Гуаймас (Калифорнийский залив).// Геохимия. 1992. № 2. С. 201-213.

37. Кузнецов А.П., Демина Л.Л., Шмелев И.П. Об экологически дифференцированном подходе к изучению бионакопления химических элементов и соединений в морских организмах.// Доклады АН. 1992. Т.324. № 6. С.1336-1338.

38. Демина Л.Л. Биоиндикаторы и их роль в экологическом мониторинге прибрежных вод.// Тезисы докладов XIV Международной науч.конфер. (Школы) морской геологии. М.: ГЕОС. 2001. Т.II. C. 92-93.

39. Гордеев В.В. Демина Л.Л. Тяжелые металлы в шельфовой зоне морей России. // В кн. Геоэкология шельфа и берегов морей России (отв.ред.проф.Н.А.Айбулатов). М.: Ноосфера. 2001. С.328-359.

40. Кузнецов А.П., Демина Л.Л. Некоторые тяжелые металлы в донных осадках и

макробентосе присирийского района Средиземного моря. В сб. Адаптационные аспекты формирования морской фауны (отв.ред А.П.Кузнецов и О.Н.Зезина). М. Изд-во ВНИРО. 2002. С.49-63.

41. Демина Л.Л., Филипьева К.В., Шевченко В.П., Новигатский А.Н., Филиппов А.С. Геохимия донных осадков в зоне смешения р. Кемь (Белое море).// Океанология. 2005. Вып.6. С 851-865.

42. Демина Л.Л., М.А.Левитан, Н.В.Политова. О формах нахождения некоторых тяжелых металлов в донных осадках эстуарных зон рек Оби и Енисея (Карское море).// Геохимия. 2006, №2. с.212-226.

43. Demina L.L., Galkin S.V. New Data on the Microelements Composition of the Vent Bottom Fauna at the Menez Gwen, Snake Pit (Mid-Atlantic Ridge) and 9oN (East Pacific Rise) Hydrothermal Fields.// Book of Abstracts -11th International Deep-Sea Biology Symposium. 9-14 July 2006. National Oceanography Centre, Southampton, UK. P.127.

44. Демина Л.Л., Галкин С.В. Биоаккумуляция микроэлементов донными сообществами на гидротермальных полях Срединно-атлантического хребта.// Геохимия биосферы. Докл. Межд. научной конф. к 90-летию А.И. Перельмана. М.МГУ-ИГЕМ. 16-18 ноября 2006г. Изд-во Ойкумена. Смоленск. 2006. С. 118-119. 2 стр.

45. Демина Л.Л., Немировская И.А. Пространственное распределение микроэлементов в сестоне Белого моря.// Океанология. 2007. Т.47. №3. С.390-402.

46. Демина Л.Л., Галкин С.В., Леин А.Ю., Лисицын А.П. Первые данные по микроэлементному составу бентосных организмов гидротермального поля 9о 50’с.ш. (Восточно-ихоокеанское поднятие// Доклады Академии наук. 2007.Т. 415. № 4.С.528-531.

47. Келлер Н.Б., Демина Л.Л., Оськина Н.С. Вариации химического состава скелетов беззооксантеллятных склерактиниевых (Anthozoa: Scleractinia)

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||
 





 
© 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.