Метан и сульфидная сера в воде и донных отложениях водотоков степной зоны европейской части России

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проанализированы результаты многолетних исследований сопряженного распределения концентраций метана (СН 4 ) и сульфидной серы (S сульфид ) в донных отложениях водотоков степной зоны европейской части России. Помимо СН 4 и S сульфид в различных горизонтах отложений определены значения Eh и рН, влажность и плотность; в воде — содержания СН 4 , сухого остатка и значения рН. Концентрации СН 4 в воде водотоков изменяются от <0.1 до 2007.0 мкл/л (медиана 24.3 мкл/л), при этом наибольшее количество значений (72 %) приходится на диапазон 10.1–100.0 мкл/л. Концентрации СН 4 и S сульфид в донных отложениях водотоков достаточно высоки и варьируются соответственно в пределах от <0.01 до 51.0 мкг/г влажного осадка (медиана 1.35 мкг/г) и от <0.001 до 4.50 мг/г влажного осадка (медиана 0.813 мг/г). Обычно отмечается возрастание СН 4 и S сульфид от поверхностного слоя к подповерхностным горизонтам, после чего их концентрации снижаются. Отличием распределения S сульфид от распределения СН 4 является более частое нахождение максимальных концентраций S сульфид в менее глубоких горизонтах отложений. Зафиксированы сезонные изменения в распределении СН 4 и S сульфид по вертикали отложений не только по уровню их концентраций, но и по расположению максимальных и минимальных значений. Наблюдается слабая прямая связь между концентрациями СН 4 и S сульфид , что указывает на синхронные процессы образования этих газов в отдельных слоях отложений изученных водотоков. Прямая связь, установленная между концентрациями СН 4 в воде и 0–2 см слое донных осадков, свидетельствует об отложениях как важном источнике поступления СН 4 в воду и его эмиссии в атмосферу.

Об авторах

Д. Н. Гарькуша

Институт наук о Земле Южного федерального университета

Автор, ответственный за переписку.
Email: gardim1@yandex.ru
Россия, ул. Р. Зорге, 40, Ростов-на-Дону, 344090

Ю. А. Федоров

Институт наук о Земле Южного федерального университета

Email: gardim1@yandex.ru
Россия, ул. Р. Зорге, 40, Ростов-на-Дону, 344090

Н. С. Тамбиева

Гидрохимический институт

Email: gardim1@yandex.ru
Россия, просп. Стачки, 198, Ростов-на-Дону, 344090

Список литературы

  1. Алекин О. А. (1970) Основы гидрохимии. Ленинград: Изд-во “Гидрометеоиздат”, 414 с.
  2. Бакаева Е. Н., Игнатова Н. А., Черникова Г. Г., Рудь Д. А. (2014) Токсичность вод и донных отложений урбанизированного участка реки Темерник (г. Ростов-на-Дону, ЮФО). Научное обозрение. Биологические науки (1), 31–32.
  3. Волков И. И. (1984) Геохимия серы в осадках океана. Москва: Изд-во “Наука”, 272 с.
  4. Галимов Э. М. (1995) Метанообразование в морских осадках в зоне сульфатредукции. ДАН 342 (2), 219–221.
  5. Гарькуша Д. Н., Федоров Ю. А. (2010) Метан в устьевой области реки Дон. Ростов-на-Дону — Москва: ЗАО “ Ростиздат ” , 181 с.
  6. Гарькуша Д. Н., Федоров Ю. А. (2014) Метан в воде и донных отложениях устьевой области Северной Двины в зимний период. Океанология 54 (2), 178–188.
  7. Гарькуша Д. Н., Федоров Ю. А. (2022) Метан и сероводород в донных отложениях водохранилищ и прудов бассейна Азовского моря. Известия Вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки (3), 37–53.
  8. Гарькуша Д. Н., Федоров Ю. А., Андреев Ю. А., Тамбиева Н. С., Михайленко О. А. (2019) Метан и сульфидная сера в донных отложениях озера Байкал. Геохимия 64 (4), 427–439.
  9. Gar’kusha D. N., Fedorov Yu. A., Andreev Yu. A., Tambieva N. S., Mikhailenko O. A. (2019) Methane and Sulfide Sulfur in the Bottom Sediments of Lake Baikal. Geochem. Int . 57 (4), 466–479.
  10. Гарькуша Д. Н., Федоров Ю. А., Трубник Р. Г., Доценко Н. В. (2022) Метан и сероводород в донных отложениях лиманов Азово-Черноморского бассейна. Антропогенная трансформация природной среды 8 (1), 6–20.
  11. Гарькуша Д. Н., Федоров Ю. А., Трубник Р. Г., Талпа Б. В., Ковалев Е. А. (2023) Концентрация и эмиссия метана и сероводорода в озере Баскунчак, ручье балки Улан-Благ и дегазирующих источниках подземных вод в весенний период. Известия Вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки (3), 80–92.
  12. Гибель рыбы 5 июля 2016 года на участке реки Глубокая (х. Нижний Пиховкин Каменского района Ростовской области). URL: https://azniirkh.vniro.ru/content/read/archive/novosti/gibel-ryibyi-5-iyulya-2016-goda-na-uchastke-reki-glubokaya-h-nizhniy-pihovkin-kamenskogo-rayona-rostovskoy-oblasti. Дата обращения: 28.03.2024 г.
  13. Дзюбан А. Н. (2014) Метаногенез и деструкция органического вещества в донных осадках техногенных водных объектов. Водные ресурсы 41 (3), 330–338.
  14. Дзюбан А. Н., Кузнецова И. А., Пименов Н. В. (2001) Микробиологические процессы деструкции органического вещества в донных осадках Балтийского моря. Океанология 41 (2), 217 – 223.
  15. Иванов М. В., Русанов И. И., Пименов Н. В., Байрамов И. Т., Юсупов С. К., Саввичев А. С., Леин А. Ю., Сапожников В. В. (2001) Микробные процессы цикла углерода и серы в озере Могильном. Микробиология 70 (5), 675 – 686.
  16. Котова В. Е., Князева Т. В. (2022) Характер распределения ПАУ и тяжелых металлов в донных отложениях рек Дон и Мертвый Донец. Материалы Междунар. научной экологической конференции, посвященной 100-летию КубГАУ “Охрана окружающей среды — основа безопасности страны”. Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина, 465–467.
  17. Кузнецов С. И., Саралов A. E., Назина T. Н. (1985) Микробиологические процессы круговорота углерода и азота в озерах. Москва : Изд-во “ Наука”, 213 с.
  18. Леин А. Ю., Иванов М. В. (2009) Биогеохимический цикл метана в океане / Отв. ред. А. П. Лисицын. Москва: Изд-во “Наука”, 576 с.
  19. Леин А. Ю., Русанов И. И., Павлова Г. А., Дара О. М., Верховская З. И., Захарова Е. Е., Юсупов С. К., Иванов М. В. (2011) Об источниках энергии в процессе диагенеза (на примере Черного моря). Литология и полезные ископаемые (2), 154–169.
  20. Лурье П. М., Панов В. Д. (2021) Реки бассейна Азовского моря: Гидрография и режим стока. Ростов-на-Дону: ООО “Донской издательский дом”, 670 с.
  21. Минприроды подтвердили массовую гибель рыбы в реке Темерник в Ростовской области, 4 июля 2023, 14:26. URL: https://rostovgazeta.ru/news/2023–07–04/minprirody-podtverdili-massovuyu-gibel-ryby-v-reke-temernik-v-rostovskoy-oblasti-2974677. Дата обращения: 28.03.2024 г.
  22. Михайлов В. Н., Добровольский А. Д., Добролюбов С. А. (2008) Гидрология: Учебник для Вузов. 3-е изд., стер. Москва: Высшая Школа, 463 с.
  23. Намсараев Б. Б., Самаркин В. А., Нельсон К., Кламп В., Бухгольц Л., Ремсен К., Майер Ч. (1994) Микробиологические процессы круговорота углерода и серы в донных осадках озера Мичиган. Микробиология 63 (4), 730 – 839.
  24. Никаноров А. М. (2011) Региональная гидрохимия: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: Изд-во “НОК”, 388 с.
  25. Никаноров А. М., Иваник В. М. (2014) Словарь-справочник по гидрохимии и качеству вод суши (понятия и определения). Ростов-на-Дону: Институт водных проблем РАН, 548 с.
  26. Пименов Н. В., Саввичев А. С., Русанов И. И., Леин А. Ю., Иванов М. В. (2000) Микробиологические процессы цикла углерода и серы на холодных метановых сипах северной Атлантики. Микробиология 69 (6), 831 – 843.
  27. РД 52.24.511–2013 (2013) Массовая доля метана в донных отложениях. Методика измерений газохроматографическим методом с использованием анализа равновесного пара. Ростов-на-Дону: Росгидромет, ГУ “ Гидрохимический институт ” , 19 с.
  28. РД 52.24.512–2012. (2012) Объемная концентрация метана в водах. Методика измерений газохроматографическим методом с использованием анализа равновесного пара. Ростов-на-Дону: Росгидромет, ГУ “ Гидрохимический институт ” , 23 с.
  29. РД 52.24.525–2011. (2011) Массовая доля сульфидной серы в донных отложениях. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с N, N-диметил-п-фенилендиамином. Ростов-на-Дону: Росгидромет, ГУ “Гидрохимический институт ” , 26 с.
  30. Розанов А. Г., Кокрятская Н. М., Гурский Ю. Н. (2017) Состав иловых вод и форм соединений серы в донных осадках северо-восточной части Черного моря. Литология и полезные ископаемые (4), 291–305.
  31. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Часть 1 (2009) / Под ред. Л. В. Боевой. Ростов-на-Дону: Изд-во “НОК”, 1037 с.
  32. Саввичев А. С., Русанов И. И., Захарова Е. Е., Веслополова Е. Ф., Мицкевич И. Н., Кравчишина М. Д., Леин А. Ю., Иванов М. В. (2008) Микробные процессы циклов углерода и серы в Белом море. Микробиология 77 (6), 823–838.
  33. Специалисты оценивают ущерб от гибели рыбы в реке Мертвый Донец — DONTR.RU. 29 августа 2006, 10:45. URL: https://dontr.ru/novosti/3713554–20406/. Дата обращения: 28.03.2024 г.
  34. Федоров Ю. А., Гарькуша Д. Н., Доценко И. В., Афанасьев К. А. (2014) Метан и сероводород в лечебных сульфидных грязях (на примере озера Большой Тамбукан). Известия Вузов. Сев.-Кав. регион. Серия Естеств. Науки (3), 102–109.
  35. Федоров Ю. А., Гарькуша Д. Н., Савицкий В. А. (2023) Метаново-сероводородные флуктуации в донных отложениях малых рек Онежского залива Белого моря. Материалы XXV Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Т. II. Москва: ИО РАН , 230–234.
  36. Федоров Ю. А., Доценко И. В., Дмитрик Л. Ю. (2016) Железо в поверхностных и подземных водах бассейна Азовского моря. Известия Вузов. Сев.-Кав . регион. Серия Естеств . Науки (3), 91–99.
  37. Федоров Ю. А., Доценко И. В., Кузнецов А. Н., Белов А. А., Логинов Е. А. (2009) Закономерности распределения С орг в донных отложениях российской части Азовского моря. Океанология 49 (2), 229–236.
  38. Федоров Ю. А., Тамбиева Н. С., Гарькуша Д. Н., Хорошевская В. О. (2007) Метан в водных экосистемах. 2-е изд., перераб. и доп. Ростов-на-Дону — Москва: ЗАО “ Ростиздат ” , 330 с.
  39. Хрусталев Ю. П. (1999) Основные проблемы геохимии седиментогенеза в Азовском море. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 247 с.
  40. Buckley D. H., Baumgartner L. K., Visscher P. T. (2008) Vertical distribution of methane metabolism in microbial mats of the Great Sippewissett Salt Marsh. Environ. Microbiol. (10), 967–977.
  41. Fedorov Y. A., Gar’kusha D.N., Trubnik R. G., Morozova M. A. (2019) Sulfite-Reducing Clostridia and their Participation in Methane and Hydrogen Sulfide Formation in the Bottom Sediments of Water Objects and Streams of the ETR South. Water Resour. 46 (1), S85–S93.
  42. Fiebig K., Gottschalk G. (1983) Methanogenesis from choline by a co-culture of Desulfovibrio sp. and Methanosarcina barkeri. Appl. Environ. Microbial. 45 (1), 103–109.
  43. Froelich P. N., Klinkhammer G. P., Bender M. L., Luedtke G. R., Heath G. R., Cullen D., Dauphin P., Hammond D., Hartman B., Maynard V. (1979) Early oxidation of organic matter in pelagic sediments of the eastern equatorial Atlantic: suboxic diagenesis. Geochim. Cosmochim. Acta 43 , 1075 – 1090.
  44. Gar’kusha D., Fedorov Y. (2022) Methane and hydrogen sulfide in bottom sediments at the sites of dredging and underwater storage of soils in the Sea of Azov. International Conference on Ocean Studies (ICOS), Vladivostok, Russian Federation , 127 – 131.
  45. Hartmann D. L., Klein Tank A. M.G., Rusticucci M., Alexander L. V., Br ö nnimann S., Charabi Y., Dentener F. J., Dlugokencky D. R., Easterling D. R., Kaplan A., Soden B. J., Thorne P. W., Wild M., Zhai P. M. (2013) Observations: Atmosphere and Surface, in: Climate Change 2013: The physical Science Basis, Contribution Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. United Kingdom and New York, NY, USA, Cambridge University Press .
  46. Holmer M., Kristensen E. (1994) Coexistence of sulfate reduction and methane production in an organic-rich sediment. MEPS (107), 177–184.
  47. Jørgensen B., Findlay A. J., Pellerin A. (2019) The Biogeochemical Sulfur Cycle of Marine Sediments. Front Microbiol 10 , Article 849.
  48. Jørgensen B. B., Parkes R. J. (2010) Role of sulfate reduction and methane production by organic carbon degradation in eutrophic fjord sediments (Limfjorden, Denmark). Limnol. Oceanogr. (55), 1338–1352.
  49. King G. M. (1984) Methabolism of trimethylamine, choline and glycine betaine by sulfatreducing and methanogenic bacteria in marine sediments. Appl. Environ. Microbiol. 48 (2), 648–690.
  50. Knittel K., Wegener G., and Boetius A. (2018) Anaerobic methane oxidizers. In Microbial Communities Utilizing Hydrocarbons and Lipids: Members, Metagenomics and Ecophysiology, ed. T. J. McGenity (Cham: Springer) , 1–21.
  51. Maltby J., Steinle L., L ö scher C. R., Bange H. W., Fischer M. A., Schmidt M., Treude T. (2018) Microbial methanogenesis in the sulfate-reducing zone of sediments in the Eckernf ö rde Bay, SW Baltic Sea. Biogeosciences (15), 137–157.
  52. Oremland R. S., Taylor B. F. (1978) Sulfate reduction and methanogenesis in marine sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 42 (2), 209–214.
  53. Pimenov N., Davidova I., Belyaev S., Lein A., Ivanov M. (1993) Microbiological processes in marine sediments in the Zaire River Delta and the Benguela upwelling region. Geomicrobiol. (11), 157–174.
  54. Sch ö nheit P., Kristjansson J. K., Thauer R. K. (1982) Kinetic mechanism for the ability of sulfate reducers to out-compete methanogens for acetate. Arch. Microbiol. 132 , 285–288.
  55. Wallenius A. J., Martins Pa.D., Slomp C. P., Jetten M. S.M. (2021) Anthropogenic and Environmental Constraints on the Microbial Methan Cycle in Coastal Sediments. Front. Microbiol. 12 , Article 631621.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024