Humification of the organic matter in the surface bottom sediments of the East Siberian Sea

Texto integral

ВВЕДЕНИЕ

Органическое вещество морских осадков привлекает внимание исследователей как компонент, играющий большую роль в диагенетическом преобразовании осадков. Исследования состава, распределения и особенностей трансформации ОВ охватили все районы Мирового океана (Бордовский, 1974; Виноградов и др., 2000; Романкевич, Ветров, 2021; Berner, 1982; Hedges and Keil, 1995; Dittmar, Kattner., 2003; Battin et al., 2009). Изучение Арктического бассейна в последние десятилетия имеет приоритетное значение для научного сообщества, это связано: (1) c глобальным изменением природной среды; (2) c изменением климата; (3) с комплексным изучением цикла углерода; (4) с минеральными и углеводородными ресурсами региона (Романкевич, Ветров, 2001; Crane, 2005; Holmes et al., 2012; Hilton et al., 2015; Durocher et al., 2019; Nielsen et al., 2022).

Одним из основных процессов изменения химической природы ОВ и его трансформации на стадии диагенеза является гумификация. Минимальная степень гумификации характерна для эвпелагических красных глин и составляет 1–2 % (Романкевич, 1977), 4 % (Бордовский, 1974), максимальная степень гумификации характерна для восстановленных осадков (до 30 %) (Романкевич, 1977). Процесс гумификации – это возникновение нового класса природных органических соединений – гуминовых веществ. ГВ подразделяют на три главные фракции: гуминовые кислоты и фульвокислоты, гумин. Гуминовые кислоты и фульвокислоты являются наиболее подвижной и реакционно способной составляющей ГВ. ГК и ФК активно участвуют в химических процессах, протекающих в наземных и водных экосистемах (Stevenson, 1982; Орлов, 1993; Hedges, 1997; Bondareva and Fedorova, 2020; Peng et al., 2022; Qianting et al., 2022). Содержание ГК и ФК в составе ОВ современных морских и океанских осадках колеблется от 0.003 до 9.15 % (Романкевич, 1977; Романкевич и др., 2009). Гумин – это часть гуминовых веществ, не извлекаемых никакими растворителями, его содержание в общем ОВ осадков Мирового океана изменяется от 13.8 до 83.6 % (Романкевич, 1977; Орлов, 1997; Романкевич и др., 2009).

В данной статье изучается Восточно-Сибирское море с примыкающей глубоководной частью Северного Ледовитого океана. Ранее в осадках Восточно-Сибирского моря измеряли гранулометрический состав, содержание С_орг, содержание N, элементно-изотопный состав ОВ, молекулярный состав н-алканов (Романкевич, Ветров, 2001; Ветров и др., 2008; Дударев и др., 2016; Stein R., Macdonald R. W. 2004; Su et al., 2023). Данные по гуминовым веществам в осадках (подвижная форма ОВ, которая вступает в процессы образования прочных комплексов с ионами металлов, глинистыми минералами) практически отсутствуют.

Учеными было сделано предположение, что гуминовые кислоты, образованные в почвах, должны в больших количествах поступать в осадки Восточно-Сибирского моря с терригенным ОВ (Романкевич, Ветров, 2001; Ветров и др., 2008).

Цель данной работы: определить содержание гуминовых веществ в составе С_орг в верхнем слое осадков Восточно-Сибирского моря и глубоководной части Северного Ледовитого океана; провести разделение ГВ на гуминовые и фульвокислоты; выявить источники происхождения ГК и ФК; рассчитать степень гумификации осадка.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ

Восточно-Сибирское море (913 тыс. км²) – самое ледовитое из арктических морей, даже к концу лета оно на 65 % покрыто льдами (Ветров и др., 2008; Романкевич, Ветров, 2021). Климат Восточно-Сибирского моря формируется под воздействием Атлантического и Тихого океанов, Азиатского материка и арктических льдов на севере.

Восточно-Сибирское море мелководно: 72 % акватории имеет глубину менее 50 м, почти половина – глубины менее 30 м; наименьшие глубины (менее 10 м) расположены в западной части моря; восточная часть характеризуется глубинами до 40 м (Дударев и др., 2016). Дно Восточно-Сибирского моря выравнивается под воздействием волн и плавающих льдов (Романкевич, Ветров, 2021).

Западные районы моря подвержены притоку вод реки Лены, восточная часть находится под прямым влиянием тихоокеанских вод (Semiletov et al., 2005). В западной части к морю подходит заболоченная тундра, а восточнее реки Колымы начинается гористое побережье. В восточной части моря располагаются тяжелые многолетние льды Айонского ледяного массива, загрязненные донным материалом. Береговой припай в западной части моря достигает 450–500 км, в восточной – не превышает 20 км (Романкевич, Ветров, 2021).

Длительная продолжительность ледяного покрова и ослабленность волновых процессов привела к формированию крайне выположенного рельефа на внутреннем шельфе, нетипичном для подобной зоны (Панова и др., 2017). Продолжительная устойчивая подледная седиментация обеспечивает накопление преимущественно тонкодисперсных осадков вне зависимости от их удаленности от побережья, при этом периодические взмучивания, вызванные волновой деятельностью, приводят к их перераспределению, в том числе азональному (Дударев и др., 2016; Никифоров, 1985).

Основным источником ОВ в Восточно-Сибирском море является первичная фотосинтетическая продукция от 20 млн тС_орг/год (Vetrov, Romankevich, 2004) до 30 млн тС_орг/год (Sakshaug., 2004).

Волновая абразия и процесс термоабразии берегов высвобождает огромное количество терригенного материала с содержанием в нем до 2.2 млн тС_орг/год (Vetrov Romankevich, 2004), который поступает в водную толщу и накапливается на морском дне на различных расстояниях от источников (Vonk et al., 2012; Дударев и др., 2016).

Реки (Индигирка и Колыма) являются поставщиками ОВ в Восточно-Сибирское море с континента, дренируя многолетнемерзлые породы термообразионных побережий, где средняя величина С_орг составляет 8 % (Романкевич, Ветров, 2021; Семилетов, 1999; Дударев и др., 2003). Речной сток составляет 1.9 млн тС_орг/год (Vetrov et al., 2004). Так же свой вклад ОВ в Восточно-Сибирское море вносят эоловые поступления (0.16 млн тС_орг/год) и подземный сток (0.1 млн тС_орг/год) (Vetrov et al., 2004).

Автохтонные поступления ОВ в Восточно-Сибирское море превышают поступления с суши, однако в осадках вследствие различной устойчивости к разложению свежего морского ОВ и терригенного ОВ соотношение аллохтонного и автохтонного отличается от соотношения поступающих в море (Vetrov, Romankevich, 2004; Stein, Macdonald, 2004; Ветров и др., 2008). Арктические условия и мелководность моря определяют характер его седиментогенеза. Поступившее с суши, а также вновь образованное ОВ быстро достигает дна моря, и основная трансформация ОВ происходит в верхнем слое осадков и на их поверхности.

Пробы донных осадков Восточно-Сибирского моря и глубоководной части Северного Ледовитого океана были получены в августе–сентябре 2016 г. в российско-китайской экспедиции на НИС “Академик Лаврентьев” (77-й рейс). Осадки отобраны бокскорером на 36 станциях (рис. 1): по профилю вдоль побережья и по двум субширотным разрезам (один начинался от устья реки Индигирки, второй – от устья реки Колымы, оба заканчивались в Северном Ледовитом океане 79-й параллелью). Для проведения исследований отбирали верхний слой осадка толщиной 1–2 см (отобранный верхний слой осадков был рыжего цвета), на борту судна отобранный осадок хранили в холодильнике при t = +4 °C. В лаборатории пробы осадка в естественном состоянии замораживали при t = –34 °C, затем сушили в лиофильной системе и гомогенизировали. Все анализы проводили на берегу в лабораториях Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН.

МЕТОДЫ

Определение гранулометрического состава осадка

Гранулометрический состав осадка измеряли методом лазерной дифракции на приборе “Analysette 22 NanoTec” (фирмы Fritsch, Германия), (предварительная отситовка песчаной фракции не проводилась). Время обработки ультразвуком составило 5 мин. Правильность результатов проверяли на эталонном образце F-500 0.3–300 мкм (Fritsch). Для классификации использовали международную шкалу граничных фракций и трехкомпонентную типизацию: < 4 мкм (пелит), 4–63 мкм (алеврит) и > 63 мкм (песок) (Shepard, 1954). Данная методика была использована в ранее опубликованных работах (Шакиров и др., 2020; Kim et al., 2023).

Определение общего органического углерода

Определение общего органического углерода проводили на анализаторе модели TOC–VCPN с приставкой для сжигания твердых проб SSM-5000A фирмы “Shimadzu”. Метод основан на измерении поглощения инфракрасного излучения двуокисью углерода, образующейся при сжигании содержащих углерод органических (ОУ) и неорганических соединений (НУ). Органический углерод (ОУ) определяли по разности общего и неорганического углеродов (НУ). Для определения общего углерода навески осадка массой 50–60 мг сжигали в потоке высокочистого кислорода (99.995 %) при t = 905 °C в присутствии смешанного катализатора. Для определения содержания НУ пробы массой 40–45 мг подкисляли фосфорной кислотой и сжигали при t = 200 °C. Ошибка измерения составила: при определении общего ОУ – 1.2 %; при определении НУ – 1.5 %. Данный метод был применен в ранее опубликованных работах (Марьяш и др., 2015; Колесник и др., 2019; Astakhov et al., 2019; Aksentov et al., 2021; Sattarova et al., 2021) и многих др.

Определение гуминовых веществ

Гуминовые вещества общепринято разделять по способу их выделения на: гуминовые кислоты, растворимые только в щелочных растворах; фульвокислоты, растворимые во всем диапазоне рН (Орлов, 1990, 1997).

Для выделения гуминовых веществ из осадков брали навеску сухого осадка массой 2 г, добавляли 20 мл раствора едкого натра 0.5 М (анализировали 3 параллельные навески) и 3 раза по 3 часа проводили экстрагирование при непрерывном перемешивании на водяной бане при T = 55 °С. Затем каждый экстракт разделяли на ГК и ФК (Орлов и др., 1969). Полученные растворы ГК и ФК доводили до рН = 8 и на спектрофотометре UV-3600 PC фирмы “Shimadzu” измеряли их оптические плотности в диапазоне длин волн 200–600 нм. Расчет проводили по формулам:

ГК(гС/л) = (D₂₅₄ – D₆₀₀) / (42.7l), (1)

ФК(гС/л) = (D₂₅₄ – D₆₀₀) / (30.7l), (2)

где D₂₅₄ и D₆₀₀ – величины оптической плотности при 254 и 600 нм, l – длина кюветы (1см). Величины 42.7 и 30.7 представляют собой коэффициенты экстинции для ГК и ФК в осадках соответственно (Ходоренко, 2012). Содержание ГВ рассчитывали как сумму ГК и ФК. Данная методика использовалась в работах (Марьяш и др., 2015; Тищенко и др, 2020; Колесник и др., 2023).

Статистическая обработка результатов исследований проводилась в пакете стандартной программы STATISTICA-12.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Гранулометрический состав осадков

Прибрежная часть осадка представлена пелитовым алевритом с примесью песка (содержание фракций A, Pl и Ps варьирует в диапазонах 42–61 %, 28–50 % и 0–19 % соответственно) (табл. 1, 2; рис. 1). Центральная часть Восточно-Сибирского моря покрыта осадками с одинаковым содержанием двух фракций A и Pl в диапазонах 44–51 % и 44–54 % соответственно, с примесью песчаной фракции от 0 до 10 % (табл. 1, 2; рис. 1). На станциях, расположенных на континентальном склоне, с глубинами более 500 м пелитовая фракция осадка составляет 57–70 %, фракция песка 1–5 % (табл. 1, 2; рис. 1).

 

Таблица 1. Координаты станций отбора, их глубина, гранулометрический состав верхнего слоя осадков (об. %) и содержание в нем углерода (мас. %): общего (TC), органического (TOC) и неорганического (IC)

№ станции	Широта	Долгота	Глубина моря, м	Пелиты, %	Алевриты, %	Песок, %	TC, %	IC, %	TOC, %
Lv77-10	70°15.1412N	177°18.64E	47	42	50	8	1.89	0.00	1.89
Lv77-11	70°07.0919N	174°19.98E	29	45	52	3	1.59	0.00	1.59
Lv77-12	70°43.4698N	174°19.82E	37	40	60	0	1.44	0.09	1.35
Lv77-14	72°13.9102N	174°46.09E	38	42	55	3	1.78	0.00	1.78
Lv77-15	71°14.9156N	170°51.78E	35	51	47	2	0.34	0.00	0.34
Lv77-16	70°05.0556N	165°58.01E	17	42	42	15	1.24	0.06	1.18
Lv77-17	71°00.6912N	166°11.66E	21	51	47	2	1.45	0.00	1.45
Lv77-18	71°40.3705N	166°31.50E	24	39	50	11	1.41	0.00	1.41
Lv77-19	72°09.0727N	162°31.37E	22	31	50	19	1.06	0.00	1.06
Lv77-20	72°54.1650N	166°51.82E	25	51	48	1	1.17	0.00	1.17
Lv77-21	72°54.1650N	166°51.83E	43	46	44	10	1.36	0.00	1.36
Lv77-22	75°10.6501N	167°48.27E	66	47	52	1	1.48	0.00	1.48
Lv77-23	75°50.8295N	168°07.81E	141	48	52	0	1.43	0.00	1.43
Lv77-24	76°36.0123N	168°32.23E	247	48	51	1	0.99	0.00	0.99
Lv77-25	77°48.9608N	169°17.07E	297	51	48	1	1.67	0.00	1.67
Lv77-26	78°30.5270N	169°43.40E	1488	58	37	5	1.45	0.53	0.92
Lv77-27	79°09.8536N	169°54.30E	2569	64	36	0	1.26	0.37	0.89
Lv77-28	79°12.1556N	163°27.64E	1373	71	29	0	1.3	0.08	1.22
Lv77-29	78°51.8687N	163°12.27E	363	61	38	1	1.05	0.08	0.97
Lv77-30	77°53.2141N	162°04.59E	131	53	40	7	1.09	0.00	1.09
Lv77-31	77°13.5046N	161°18.47E	91	48	47	5	1.2	0.00	1.2
Lv77-32	76°29.9346N	160°15.48E	68	49	49	2	1.34	0.00	1.34
Lv77-33	75°50.6412N	159°15.43E	45	54	45	1	1.4	0.00	1.4
Lv77-34	74°15.0329N	158°30.04E	35	44	49	7	1.2	0.00	1.2
Lv77-35	74°37.5674N	157°19.06E	43	46	47	7	1.3	0.00	1.3
Lv77-36	74°04.1593N	155°35.31E	36	49	49	2	1.32	0.00	1.32
Lv77-37	73°33.4945N	157°23.76E	15	35	56	9	1.04	0.00	1.04
Lv77-38	72°33.6930N	159°46.07E	19	36	61	4	1.05	0.00	1.05
Lv77-39	72°51.8790N	157°20.21E	18	23	59	18	0.77	0.00	0.77
Lv77-40	71°53.8352N	153°15.22E	12	28	69	3	1.24	0.00	1.24
Lv77-41	72°33.2987N	154°08.59E	24	41	58	1	1.16	0.00	1.16
Lv77-42	73°09.3765N	155°12.84E	31	50	50	0	1.41	0.00	1.41
Lv77-43	73°22.1730N	153°10.29E	22	47	50	2	1.12	0.00	1.12
Lv77-44	73°32.2888N	151°11.84E	12	34	61	5	1.06	0.00	1.06

 

Таблица 2. Основные статистические показатели распределения литолого-геохимических параметров

Элемент	Кол-во проб	Среднее значение	Минимальное значение	Максимальное значение	Стандарт отклонение
Пелиты, %	34	46	23	71	10
Алевриты, %	34	49	29	69	8
Песок, %	34	5	0	19	5
TC, %	34	1.27	0.34	1.89	0.28
IC, %	34	0.04	0.00	0.53	0.11
TOC, %	34	1.23	0.34	1.89	0.30

 

Рис. 1. Схема расположения станций в Восточно-Сибирском море, изолинии – глубина (м).

 

Предыдущие исследования отмечают повсеместное доминирование тонкодисперсных осадков на шельфе Восточно-Сибирского моря, вне зависимости от их удаленности от побережья. Данному обстоятельству способствуют: специфика материала поставляемого из терригенной области сноса (Павлидис и др., 1998; Кошелева, Яшин, 1999; Дударев и др., 2016); продолжительная устойчивая подледная седиментация; а периодические взмучивания, вызванные волновой деятельностью, приводят к их перераспределению (Дударев и др., 2016; Никифоров, 1985).

Прибрежная часть осадка, представленная пелитовым алевритом, на мелководье замещается алевритовым пелитом, что объясняется изменением условий седиментации под влиянием прибрежного Сибирского течения (Ветров и др., 2008). На востоке Колымского залива происходит размыв и переотложение осадков (Романкевич, Ветров, 2001; Дударев и др., 2016).

На континентальном склоне увеличению пелитовой фракции способствуют размыв рыхлых алеврито-пелитовых пород ледового комплекса, осаждение глинистых частиц при отсутствии волновых возмущений (Виноградов и др., 2000; Романкевич, Ветров. 2001) и вынос терригенных илов на дальнее расстояние и их накопление на свалах глубин (Галимов, 1981; Stein, Macdonald, 2004).

Пространственное распределение органического углерода

Полученная концентрация С_орг в верхнем слое осадков Восточно-Сибирского моря меняется от 0.34 % до 1.89 % от сухого вещества осадка при среднем значении 1.11 % (табл. 1, 2). В осадках прибрежной части моря концентрации С_орг определена в пределах 1.05–1.44 %, в центральной части шельфа С_орг варьирует от 1.21 до 1.48 %. Минимальная концентрация С_орг обнаружена на востоке Колымского залива (ст. 15), максимальные концентрации С_орг определены в проливе Лонга (ст. 10) и в восточной части моря (ст. 14) (рис. 1, табл. 1).

По разрезам (от устьев рек по направлению к Северному Ледовитому океану) концентрация С_орг меняется следующим образом: от устья р. Индигирки С_орг варьирует от 1.09 % до 1.41 %, от устья р. Колымы С_орг составляет 0.99–1.67 %, что соответствует средним значениям органического углерода 1.26 % и 1.35 % для двух разрезов (рис. 1, табл. 1).

На станциях (с глубинами более 500 м), расположенных на континентальном склоне Северного Ледовитого океана, концентрации С_орг в пробах донных осадков лежат в пределах 0.89–1.22 % (рис. 1, табл. 1).

Измеренные концентрации С_орг на шельфе Восточно-Сибирского моря являются распространенными для алеврито-пелитовых и пелитовых илов арктического шельфа и согласуются с ранее полученными результатами (Романкевич, Ветров, 2001; Ветров и др., 2008; Petrova et al., 2004; Дударев и др., 2016). Максимальные концентрации С_орг в восточной части моря объясняются высокой продуктивностью трансформированных вод тихоокеанского происхождения (Semiletov et al., 2005); минимальным концентрациям С_орг на востоке Колымского залива способствует размыв и переотложение осадков (Романкевич, Ветров, 2001; Дударев и др., 2016).

Полученные концентрации С_орг на континентальном склоне подтверждаются и другими исследователями (Романкевич, Ветров, 2021). Несмотря на большие глубины континентального склона, поступлению ОВ способствуют: переотложение донных осадков и сползание их по континентальному склону; доставка ОВ в океан ледовым разносом (вынос терригенных илов на дальнее расстояние и их накопление на свалах глубин); а также первичная продукция, формирующаяся при цветении на подтаивающих весной краях льдин (Лисицын, 2010; Романкевич, Ветров, 2021; Stein, Macdonald, 2004).

По полученным данным, зависимости С_орг от глубины не выявлено (табл. 1).

Пространственное распределение неорганического углерода

Неорганический углерод (С_неорг) или карбонатный углерод (С_карб) определен в Восточно-Сибирском море только на отдельных станциях около побережья, где концентрация С_карб составила 0.06 и 0.09 %. В осадках континентального склона неорганический углерод определен на всех станциях, значение С_карб варьирует от 0.08 до 0.53 % (рис. 1, табл. 1, 2).

Низкие содержания С_карб – характерная черта для донных отложений арктических морей, обусловлена суровыми условиями жизни планктона и бентоса в ледовых условиях, недонасыщенностью вод карбонатами кальция, низкой температурой, что не способствует биоценозу карбонатов и их сохранению (Романкевич, Ветров, 2001).

Пространственное распределение гуминовых веществ

Гуминовые вещества определены на 14 станциях двух рассматриваемых разрезов (рис. 1, табл. 3). Концентрация ГВ в донных осадках лежит в пределах 0.08–0.30 % от сухого вещества осадка при среднем значении 0.18 % (табл. 3). Концентрация ГВ на разрезе от устья р. Индигирки уменьшается в сторону Северного Ледовитого океана от 0.24 до 0.09 % (среднее значение 0.16 %), на разрезе от устья р. Колымы уменьшается от 0.30 до 0.08 % (среднее 0.20 %) (табл. 3).

 

Таблица 3. Содержание гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК), их суммы (ГВ) и степень гумификации органического вещества (ГВ/С_орг) (мас. %)

№ станций	ГВ, %	ГК, %	ФК, %	(ГВ/Сорг), %
Разрез от устья реки Индигирки
Lv77-42	0.24	0.07	0.17	17
Lv77-40	0.21	0.05	0.16	17
Lv77-36	0.16	0.03	0.13	12
Lv77-34	0.12	0.02	0.1	10
Lv77-32	0.16	0.03	0.13	12
Lv77-29	0.09	0.01	0.08	10
Lv77-28	0.12	0.01	0.11	10
Разрез от устья реки Колымы
Lv77-16	0.21	0.04	0.17	18
Lv77-18	0.30	0.09	0.21	21
Lv77-20	0.20	0.05	0.15	17
Lv77-22	0.24	0.06	0.18	16
Lv77-24	0.10	0.01	0.09	10
Lv77-25	0.26	0.04	0.22	15
Lv77-27	0.08	0.01	0.07	9

 

Максимальные концентрации ГВ по двум разрезам наблюдаются недалеко от побережья, в зонах влияния течения рек, средние значения концентраций ГВ определены в центральной части Восточно-Сибирского моря, минимальные концентрации ГВ наблюдаются в осадках Северного Ледовитого океана, на континентальном склоне наблюдается резкое увеличение концентрации ГВ (в 2.5 раза) (табл. 3). Такое распределение ГВ в верхнем слое осадка по разрезам соответствует распределению С_орг и согласуется с гранулометрическим составом исследуемых осадков. Максимальные концентрации ГВ определены для пелито-алевритовых осадков Восточно-Сибирского моря, минимальные содержания ГВ обнаружены в осадках с примесью песка (табл. 1, 3).

При построении корреляционной зависимости С_орг от ГВ получили уравнение Y = 2.4487X + 0.807, где коэффициент довольно высокий и равен R² = 0.66 (при построении корреляционной прямой мы объединили полученные значения концентраций С_орг и ГВ на двух разрезах, так как при расчете критерия Фишера средние их значения статистически не различаются) (рис. 2а).

 

Рис. 2. Корреляционная взаимосвязь между содержанием органического углерода и гуминовых веществ (а); органическим углеродом и гуминовыми кислотами (б); органическим углеродом и фульвокислотами (в), в осадках. Пунктирные линии – доверительные интервалы. (Число проб N = 14, уровень статистической значимости полученных корреляционных зависимостей p < 0.05).

 

Для лучшего понимания накопления гуминовых веществ и их роли в осадках водоемов, важно разделить ГВ на группы: гуминовые кислоты и фульвокислоты.

Концентрация ГК на разрезах невысокая: на разрезе от устья р. Индигирки уменьшается от 0.07 до 0.01 % (среднее 0.04 %), (табл. 3); на разрезе от устья р. Колымы уменьшается от 0.09 до 0.01 % (среднее значение 0.05 %). Распределение ГК на двух разрезах одинаковое: максимальные и средние концентрации определены в зонах влияния течения рек; минимальные – на станциях, находящихся в Северном Ледовитом океане; средние значения определены на станциях центральной части Восточно-Сибирского моря (табл. 3). Уравнение корреляционной прямой С_орг от ГК имеет вид Y = 5.413X + 1.048, коэффициент корреляции не высокий R² = 0.41 (при построении корреляционного графика значения ГК для двух разрезов так же объединили) (рис. 2б).

Концентрация ФК по разрезу от устья р. Индигирки меняется от 0.17 % до 0.08 % (среднее 0.13 %), по разрезу от устья р. Колымы значения концентраций ФК варьируют от 0.22 % до 0.07 % (среднее 0.16 %) (табл. 3). Распределение ФК в осадках подобно распределению ГВ (табл. 3). Для построения корреляционного графика С_орг от ФК объединили концентрации ФК для двух разрезов (расчет критерия Фишера дал статистически неразличимые средние значения ФК, полученные для двух разрезов), получаем уравнение корреляции Y = 3.876X + 0.704 с довольно высоким коэффициентом R² = 0.74 (рис. 2в).

Полученные средние концентрации ФК (0.13 % и 0.16%) для двух разрезов в исследуемых осадках составляют большую часть от средних концентраций ГВ (0.16 % и 0.20 %) и в 4 раза превышают средние концентрации ГК (0.4 % и 0.5 %), по такому соотношению ФК к ГК выявляется ранняя стадия гумификации осадка (Бордовский, 1974). Начальная стадия диагенетических преобразований ОВ в осадках Восточно-Сибирского моря в окислительных условиях подтверждена и высокими значениями индекса нечетности CPI (отношение суммы нечетных к сумме четных н-алканов) при изучении углеводородов (Ветров и др., 2008).

Степень гумификации органического вещества

Одним из важных показателей трансформации органического вещества в гуминовые является степень гумификации осадка – отношение количества углерода гуминовых веществ к общему количеству органического углерода. Степень гумификации ОВ исследованных осадков в Восточно-Сибирском море меняется от 21 % до 9 % (табл. 3) и в среднем составляет 15 %. В осадках, находящихся в Северном Ледовитом океане, степень гумификации составляет 9–10 %.

Максимальные значения степени гумификации определены на станциях недалеко от побережья, средние наблюдаются в центральной части моря и минимальная степень гумификации определена на станциях в океане. По разрезу реки Индигирки среднее значение степени гумификации составляет 12 %, по разрезу реки Колымы немного выше – 15 % (табл. 3).

Полученная степень гумификации осадков Восточно-Сибирского моря сопоставима со степенью гумификации в осадках ранее изученных морей: в Каспийском море средняя степень гумификации составляет 11 %, в Азовском – 20 %, в Карском море – 17 % (Бордовский, 1974; Романкевич, Ветров, 2001). В осадках, находящихся в Северном Ледовитом океане, полученная степень гумификации сопоставима с гумификацией ОВ осадков в Индийском океане – в среднем 10 % и превышает гумификацию осадков Тихого океана – 5 % (Бордовский, 1974).

ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящем исследовании верхнего слоя осадков Восточно-Сибирского моря получены низкие концентрации ГВ (0.08–0.30 %), что характерно для окисленных осадков (Бордовский, 1974; Ведерников и др., 1994), действительно отобранный слой осадков был рыжего цвета. Полученное распределение ГВ по рассматриваемым разрезам и сопоставление полученных концентраций ГВ со значениями δ¹³С (взятых из других источников) дает возможность предположить происхождение ГВ в осадках Восточно-Сибирского моря. Недалеко от побережья Восточно-Сибирского моря, где большая часть взвеси и осадочного материала принадлежит терригенной составляющей со значениями δ¹³С от –25.30 ‰ до –26.40 ‰ (Пфейфер и др., 2005; Stein, Macdonald, 2004), в осадки поступают максимальные концентрации ГВ; в центральной части моря ГВ образуются in situ из продуктов разложения планктона морского льда и воды, здесь определен изотоп ¹³С планктонного происхождения со значениями –23.65 ‰ и –23.78 ‰ (Schell, 1983; Hobson et al., 1995; Cooper et al., 1998; Naidu et al., 2000; Su et al., 2023); в осадках Северного Ледовитого океана органический углерод по значению δ¹³С имеет смешанный источник (терригенный и планктонный) (Dittmar, Kattner., 2003; Stein, Macdonald, 2004; Su et al., 2023), а содержание ГВ минимальное. В работе (Su et al., 2023) проанализированы пробы осадков, представленные в настоящей статье, а остальные работы подтверждают полученные данные по изотопу ¹³С рассматриваемых районов.

По полученным концентрациям ГК и ФК гуминовые вещества представлены в основном из ФК (табл. 3). ФК определены во всех отобранных пробах осадков, а достоверные концентрации ГК определены только недалеко от побережья (на остальных станциях ГК определены в пределах ошибки метода – около 3 %) (табл. 3). Предполагаем, что ГК и ФК поступают в приконтинентальную часть шельфа Восточно-Сибирского моря со стоками рек в составе растворенного и взвешенного ОВ с терригенной составляющей (извлекаемой из остатков растений) и оседают в руслах рек и в эстуариях (Dittmar, Kattner., 2003), а открытой части моря достигают лишь низкие (следовые) их количества (Kellerman et al., 2023). Низкомолекулярные ФК могут образоваться in situ из продуктов разложения фитопланктона морского льда и воды, поэтому их присутствие зафиксировано на всей рассматриваемой акватории в разных концентрациях.

Повышенный коэффициент корреляции С_орг с ФК (рис. 2б, 2в) показывает, что ОВ верхнего слоя осадков Восточно-Сибирского моря в большей степени связанно с ФК, а не с ГК.

Невысокая степень гумификации органического вещества (средняя 15 %) (табл. 3), полученная в настоящем исследовании, характерна для низкопродуктивных арктических морей и означает, что относительная роль гуминовых веществ в составе органического вещества донных отложений Восточно-Сибирского моря, несмотря на большую составляющую терригенного сноса (абразию материкового склона, стока рек), невелика.

ВЫВОДЫ

Исследования показали, что в общем С_орг содержание гуминовых веществ (сумма ГК и ФК) составляет 10–40 %.

Гуминовые вещества на 12–30 % состоят из гуминовых кислот и на 70–88 % – из фульвокислот.

Концентрации ФК в 4 раза превышают концентрации ГК, что характерно для ранней стадии гумификации рассматриваемых осадков.

Полученные низкие концентрации ГВ характеризуют окисленный этап диагенеза в осадках и согласуются со средними значениями ГВ окисленных осадков других арктических морей (Карское и Баренцево).

Среднее значение степени гумификации ОВ осадков в Восточно-Сибирском море сопоставимо с ранее изученной гумификацией осадков Каспийского, Черного и Карского морей. В осадках Северного Ледовитого океана полученная степень гумификации сопоставима с гумификацией ОВ осадков в Индийском океане и превышает степень гумификации осадков Тихого океана.

ГК определены только в приконтенентальной части шельфа Восточно-Сибирского моря, а ФК обнаружены на всей территории шельфа моря, на континентальном склоне и в осадках Северного Ледовитого океана.

Предполагаем, что источником ГК и ФК в осадках Восточно-Сибирского моря являются остатки высших растений, которые в составе растворенного и взвешенного ОВ со стоками рек попадают в приконтинентальную часть шельфа с терригенной составляющей. Низкомолекулярные ФК также могут образоваться in situ из продуктов разложения фитопланктона морского льда и воды.

ОВ верхнего слоя осадков Восточно-Сибирского моря в большей степени связано с ФК.

Полученные результаты требуют дополнительных исследований.

Авторы признательны за помощь в выполнении экспедиционных работ команде НИС “Академик М.А. Лаврентьев”, научному составу 77-го рейса и н.с. лаборатории гидрохимии ТОИ ДВО РАН Е.М. Шкирниковой за помощь в выполнении аналитических работ. Выражаем огромную благодарность рецензенту к.г.- м. н., с.н.с. лаборатории Химии Океана ИО РАН Н. А. Беляеву за советы и рекомендации в работе над статьей, а также научному редактору д.г.- м.н. В.Ю. Русакову за помощь в подготовке статьи.

Работа была выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования (тема № 124022100084-8).

Sobre autores

A. Mariash

Il’ichev Pacific Oceanological Institute

Autor responsável pela correspondência
Email: annam@poi.dvo.ru
Rússia, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok, 690041

K. Aksentov

Il’ichev Pacific Oceanological Institute

Email: annam@poi.dvo.ru
Rússia, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok, 690041

M. Ivanov

Il’ichev Pacific Oceanological Institute

Email: annam@poi.dvo.ru
Rússia, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok, 690041

Bibliografia

Arquivos suplementares