Изотопно-фракционные характеристики органического вещества осадков моря Лаптевых (область сиповых полей)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Для изучения трансформации органического вещества (ОВ) в морских осадках в процессе восходящей диффузии газов в районах сипов в море Лаптевых был исследован фракционный состав ОВ в сочетании с его изотопным составом. ОВ, извлеченное из морских осадков, было разделено на пять фракций (гексановую, гексан-бензольную, бензольную, бензол-метанольную, асфальтены) с использованием растворителей возрастающей полярности. Было показано, что разрушение асфальтенов приводит к обогащению бензол-метанольной фракции изотопно-легкими компонентами. Значения δ13C бензол-метанольной фракции были значительно ниже значений δ13C фракций асфальтенов, что связано с накоплением бактериальной биомассы в колонке осадков, через который проходил восходящий поток метана. ОВ на различных горизонтах осадка в сиповых зонах можно отнести к одному из двух кластеров в соответствии со значениями δ13C бензольных фракций ОВ. Центр первого кластера находился в поверхностном слое (около 10 см) морских осадков. Центр второго кластера находился в более глубоком слое осадков. Разница в изотопном составе углерода между центрами кластеров составляла 2–3 ‰. Использование изотопно-фракционных характеристик ОВ морских осадков позволило лучше понять биологические процессы, связанные с диффузией газа в области сипов арктических морей.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. С. Севастьянов

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vsev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва

В. Ю. Федулова

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва

О. В. Кузнецова

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва

Н. В. Душенко

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва

В. С. Федулов

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва

А. Е. Бажанова

Центр нефтяной науки и техники (ЦНТИ) Сколковского института науки и технологий (Сколтех)

Email: vsev@geokhi.ru
Россия, Большой бульвар, 30, стр. 1 (Инновационный центр “Сколково”), Москва

Список литературы

  1. Баранов Б.В., Лобковский Л.И., Дозорова К.А., Цуканов Н.В. (2019) Система разломов, контролирующих метановые сипы на шельфе моря Лаптевых. Доклады Академии наук. 486(3), 354–358. https://doi.org/10.31857/S0869-56524863354-358
  2. Ветров А.А., Семилетов И.П., Дударев О.В., Пересыпкин В.И., Чаркин А.Н. (2008) Исследование состава и генезиса органического вещества донных осадков Восточно-Сибирского моря. Геохимия. (2), 183–195.
  3. Vetrov A.A., Semiletov I.P., Dudarev O.V., Peresypkin V.I., Charkin A.N. (2008) Composition and genesis of the organic matter in the bottom sediments of the East Siberian Sea. Geochem. Int. 46(2), 156–167. https://doi.org/10.1134/S0016702908020055
  4. Галимов Э.М., Севастьянов В.С., Карпов Г.А., Камалеева А.И., Кузнецова О.В., Коноплева И.В., Власова Л.Н. (2015) Углеводороды из вулканического района. Нефтепроявления в кальдере вулкана Узон на Камчатке. Геохимия. (12), 1059–1068.
  5. Galimov E.M., Sevastyanov V.S., Karpov G.A., Kamaleeva A.I., Kuznetsova O.V., Konopleva I.V., Vlasova L.N. (2015) Hydrocarbons from a volcanic area. Oil seeps in the Uzon caldera, Kamchatka. Geochem. Int. 53(12), 1019–1027. https://doi.org/10.1134/S0016702915120046
  6. Гринько А.А., Гончаров И.В., Шахова Н.Е., Густафссон О., Обласов Н.В., Романкевич Е.А., Зарубин А.Г., Кашапов Р.С., Гершелис Е.В., Дударев О.В., Мазуров А.К., Семилетов И.П., Черных Д.В. (2020) Характерные особенности молекулярного состава органического вещества осадков Моря Лаптевых в районах аномального выброса метана. Геология и геофизика. 61(4), 560–585.
  7. Петрова В.И., Батова Г.И., Куршева А.В., Литвиненко И.В. (2010) Геохимия органического вещества донных отложений Центрально-Арктических поднятий Северного Ледовитого океана. Геология и геофизика. 51(1), 113–125.
  8. Севастьянов В.С., Федулов В.С., Федулова В.Ю., Кузнецова О.В., Душенко Н.В., Наймушин С.Г., Стенников А.В., Кривенко А.П. (2019) Изотопно-геохимические исследования органического вещества морских осадков от дельты реки Индигирки до границы постоянных льдов в Восточно-Сибирском море. Геохимия. 64(5), 451–459.
  9. Sevastyanov V.S., Fedulov V.S., Fedulova V.Yu., Kuznetsova O.V., Dushenko N.V., Naimushin S.G., Stennikov A.V., Krivenko A.P. (2019) Isotopic and geochemical study of organic matter in marine sediments from the Indigirka delta to the ice shelf border of the East-Siberian Sea. Geochem. Int. 57(5), 489–498. https://doi.org/10.1134/S0016702919050100
  10. Севастьянов В.С., Федулова В.Ю., Стенников А.В., Кузнецова О.В., Наймушин С.Г., Душенко Н.В., Кривенко А.П. (2021) Особенности распределения газов в верхнем слое осадков в системе континентальный шельф моря Лаптевых – Ледовитый океан. Океанология. 61 (4), 472–487.
  11. Фрид А.М., Банникова Л.А. (1990) Влияние термического и окислительного воздействия на изотопный состав углерода фракций органического вещества (по экспериментальным данным). Геохимия. (6), 771–782.
  12. Frid A.M., Bannikova L.A. (1991) Effects of heat and oxidation on the carbon-isotope composition of organic-matter fractions. Geochem. Int. 28, 1–11.
  13. Baranov B., Galkin S., Vedenin A., Dozorova K., Gebruk A., Flint M. (2020) Methane seeps on the outer shelf of the Laptev Sea: characteristic features, structural control, and benthic fauna. Geo-Mar. Lett. 40, 541–557. https://doi.org/10.1007/s00367-020-00655-7
  14. Bindoff N.L., Cheung W.W.L., Kairo J.G. (2022) Changing Ocean, Marine Ecosystems, and Dependent Communities. The Ocean and Cryosphere in a Changing Climate: Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. (Ed. by Portner H.-O., Roberts D.C., Masson-Delmotte V., Zhai P.) Cambridge University Press, Cambridge, 447–588. https://doi.org/10.1017/9781009157964.007
  15. Cheng L., Abraham J., Trenberth K.E., Fasullo J., Boyer T., Mann M.E., Zhu J., Wang F., Locarnini R., Li Y., Zhang B., Yu F., Wan L., Chen X., Feng L., Song X., Liu Y., Reseghetti F., Simoncelli S., Gouretski V., Chen G., Mishonov A., Reagan J., Li G. (2023) Another year of record heat for the oceans. Adv. Atmos. Sci. 40, 963–974. https://doi.org/10.1007/s00376-023-2385–2
  16. Chuang M., Riedinger N., Mogollуn J.M., Jorgensen B.B. (2018) Global diffusive fluxes of methane in marine sediments. Nature Geosci. 11, 421–425. https://doi.org/10.1038/s41561-018-0122–8
  17. Chuang P.-C., Yang T.F., Wallmann K., Matsumoto R., Hu C.-Y., Chen H.-W., Lin S., Sun C.-H., Li H.-C., Wang Y., Dale A.W. (2019) Carbon isotope exchange during anaerobic oxidation of methane (AOM) in sediments of the northeastern South China Sea. Geochim. Cosmochim. Acta. 246, 138–155. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.11.003
  18. Derrien M., Jeanneau L., Jarde E., Hur J., Kim S. (2023) Exploration of changes in the chemical composition of sedimentary organic matter and the underlying processes during biodegradation through advanced analytical techniques. Environ. Chem. 20, 212–225. https://doi.org/10.1071/EN23083
  19. Douglas P.M.J., Stolper D.A., Smith D.A., Walter Anthony K.M., Paull C.K., Dallimore S., Wik M., Crill P.M., Winterdahl M., Eiler J.M., Sessions A.L. (2016) Diverse origins of Arctic and Subarctic methane point source emissions identified with multiply-substituted isotopologues. Geochim. Cosmochim. Acta. 188, 163–188. https://doi.org/10.1016/j.gca.2016.05.031
  20. Drachev S.S., Savostin L.A., Grochev V.G., Bruni I.E. (1998) Structure and geology of the continental shelf of the Laptev Sea, Eastern Russian Arctic. Tectonophysics. 298, 357–393. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(98)00159-0
  21. Galimov E.M. (1995) Fractionation of carbon isotopes on the way from living to fossil organic matter. Stable isotopes in the biosphere (Ed. by E. Wada, T. Yoneyama, M. Minagawa, T. Ando, B.D. Fry) Kyoto university press, Japan, 133–170.
  22. Galimov E.M. (2006) Isotope organic geochemistry. Org. Geochem. 37, 1200–1262. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2006.04.009
  23. Knies J., Nowacyk N., Muller C., Vogt C., Stein R. (2000) A multiproxy approach to reconstruct the environmental changes along the Eurasian continental margin over the last 150 000 years. Mar. Geol. 163, 317–344. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(99)00106-1
  24. Kravchishina M.D., Lein A.Yu., Flint M.V., Baranov B.V., Miroshnikov A.Yu., Dubinina E.O., Dara O.M., Boev A.G., Savvichev A.S. (2021) Methane-derived authigenic carbonates on the seafloor of the Laptev Sea shelf. Front. Mar. Sci. 8, 690304. https://doi.org/10.3389/fmars.2021.690304
  25. Kvamme B., Vasilev A. (2023) Danube Fan and Nyegga – the largest contrast European gas hydrate deposits for CO2 storing and CH4 and H2 production. Int. J. Greenh. Gas Control. 130, 104014. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2023.104014
  26. Lein A.Yu., Pimenov N.V., Galchenko V.F. (1997) Bacterial chemosynthesis and methanotrophy in the Manus and Lau basins ecosystems. Mar. Geol. 142, 47–56. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(97)00040-6
  27. Liu J., Liu Q., Zhu D., Meng Q., Huang X. (2019) The function and impact of deep fluid on the organic matter during the hydrogeneration and evolution process. Nat. Gas Geosci. 4, 231–244. https://doi.org/10.1016/ j.jnggs.2019.07.002
  28. Meister P., Reyes C. (2019) The carbon-isotope record of the sub-seafloor biosphere. Geosciences 9, 507. https://doi.org/10.3390/geosciences9120507
  29. Miller G.H., Brigham-Grette J., Alley R.B., Anderson L., Bauch H.A., Douglas M.S.V., Edwards M.E., Elias S.A., Finney B.P., Fitzpatrick J.J., Funder S.V., Herbert T.D., Hinzman L.D., Kaufman D.S., MacDonald G.M., Polyak L., Robock A., Serreze M.C., Smol J.P., Spielhagen R., White J.W.C., Wolfe A.P., Wolff E.W. (2010) Temperature and precipitation history of the Arctic. Quat. Sci. Rev. 29, 1679–1715. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2010.03.001
  30. Morimoto S., Goto D., Murayama S., Fujita R., Tohjima Y., Ishidoya S., Machida T., Inai Y., Patra P.K., Maksyutov S., Ito A., Aoki S. (2021) Spatio-temporal variations of the atmospheric greenhouse gases and their sources and sinks in the Arctic region. Polar Sci. 27, 100553. https://doi.org/10.1016/j.polar.2020.100553
  31. Pankratova N.V., Belikov I.B., Kopeikin V.M., Skoro-khod A.I., Shtabkin Yu.A., Malafeev G.V., Flint M.V. (2020) Concentration and isotopic composition of methane, associated gases, and black carbon over Russian Arctic seas (shipborne measurements). Mar. Chem. 60, 593–602. https://doi.org/10.1134/S0001437020050197
  32. Peng W., Zhang L., Tumiati S., Brovarone A.V., Hu H., Cai Y., Shen T. (2021) Abiotic methane generation through reduction of serpentinite-hosted dolomite: Implications for carbon mobility in subduction zones. Geochim. Cosmochim. Acta. 311, 119–140. https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.07.033
  33. Pimenov N.V., Savvichev A.S., Rusanov I.I., Lein A.Yu., Ivanov M.V. (2000) Microbiological processes of the carbon and sulfur cycles at cold methane seeps of the North Atlantic. Microbiology. 69, 709–721. https://doi.org/10.1023/A:1026666527034
  34. Savvichev A.S., Rusanov I.I., Kadnikov V.V., Beletsky A.V., Zakcharova E.E., Samylina O.S., Sigalevich P.A., Semiletov I.P., Ravin N.V., Pimenov N.V. (2023) Biogeochemical activity of methane-related microbial communities in bottom sediments of cold seeps of the Laptev Sea. Microorganisms. 11, 250. https://doi.org/10.3390/microorganisms11020250
  35. Shakhova N., Semiletov I., Sergienko V., Lobkovsky L., Yusupov V., Salyuk A., Salomatin A., Chernykh D., Kosmach D., Panteleev G., Nicolsky D., Samarkin V., Joye S., Charkin A., Dudarev O., Meluzov A., Gustafs-son O. (2015) The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice. Phil. Trans. R. Soc. A. 373, 20140451. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0451
  36. Shindell D.T., Faluvegi G., Koch D.M., Schmidt G.A., Unger N., Bauer S.E. (2009) Improved attribution of climate forcing to emissions. Science. 326, 716–718. https://doi.org/10.1126/science.1174760
  37. Sparkes R.B., Selver A.D., Gustafsson Ö., Semiletov I.P., Haghipour N., Wacker L., Eglinton T.I., Talbot H.M., van Dongen B.E. (2016) Macromolecular composition of terrestrial and marine organic matter in sediments across the East Siberian Arctic shelf. The Cryosphere. 10, 2485–2500. https://doi.org/10.5194/tc-10-2485-2016
  38. Stein R., Boucsein B., Fahl K., Garcia de Oteyza T., Knies J., Niessen F. (2001) Accumulation of particulate organic carbon at the Eurasian continental margin during late Quaternary times: controlling mechanisms and paleoenvironmental significance. Glob. Planet. Change. 31, 87–104. https://doi.org/10.1016/S0921-8181(01)00114-X
  39. Vetrov A.A., Romankevich E.A. (2004) Carbon cycle in the Russian Arctic seas. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-06208-1
  40. Yu M., Eglinton T.I., Haghipour N., Montlucon D.B., Wacker L., Hou P., Ding Y., Zhao M. (2021) Contrasting fates of terrestrial organic carbon pools inmarginal sea sediments. Geochim. Cosmochim. Acta. 309, 16–30. https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.06.018

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Места пробоотбора донных отложений в 72-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” в 2018 г.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. ИФХ ОВ на разных горизонтах осадка колонки 5953-3. Серыми овалами обозначены кластеры.

Скачать (656KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ИФХ ОВ на разных горизонтах осадка колонки 5953-2. Серыми овалами обозначены кластеры.

Скачать (539KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ИФХ ОВ на разных горизонтах осадка колонки 5947. Серыми овалами обозначены кластеры.

Скачать (576KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вертикальные профили содержания экстрагированного ОВ (а) и его значений δ13C ОВ (б) для осадка колонок станций 5947, 5953-2 и 5953-3.

Скачать (393KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результаты PCA фракций ОВ осадков станций 5947, 5953-2, 5953-3: (а) по содержанию фракций; (б) по изотопному составу углерода.

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Усредненные ИФХ ОВ для осадка колонок станций 5947, 5953-2, 5953-3.

Скачать (495KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025