Геохимия, 2020, T. 65, № 7, стр. 679-692

ВВЕДЕНИЕ

Интерес к исследованию углеводородов (УВ) в арктических морях в значительной степени обусловлен огромными нефтегазовыми ресурсами континентального шельфа России, которые по последним оценкам превышают 100 млрд т в нефтяном эквиваленте (Каминский и др., 2016). При этом на шельф Баренцева моря приходится 24% от суммарных углеводородных запасов. Согласно Энергетической стратегии, добыча нефти на шельфе России к 2030 году должна возрасти до 33 млн т/год, в том числе в арктическом секторе – до 17 млн т/год, т.е. в 17 раз.

При освоении месторождений и увеличении транспортировки топлива возрастает риск загрязнения арктического бассейна нефтяными УВ. Определенный вклад в углеводородное загрязнение этих районов вносят также сжигание ископаемого топлива, дальний атмосферный перенос со стороны промышленных районов Европы, а также водо- и льдообмен с сопредельными акваториями. Считается, что в Баренцевом море, согласно существующей схеме течений, должна происходить “разгрузка” различных антропогенных соединений (Ильин и др., 2004).

При изучении УВ важно учитывать природный углеводородный фон, который возникает вследствие естественной жизнедеятельности фитопланктона и высачивания УВ из осадочной толщи (Немировская, 2013; AMAP, 2007; NAS, 2003). Баренцево море считается самым продуктивным из шельфовых арктических морей, с величиной первичной продукции (ПП) 44 гС/м²/год (Макаревич, 2012). Высокую продуктивность моря определяет смешение относительно теплых атлантических вод с холодными арктическими, что приводит к формированию Полярного фронта и подъему богатых биогенами глубинных вод (Barents Sea…, 2016). В условиях меняющегося климата в последние годы в экосистеме моря произошли значительные изменения, так как увеличилось влияние атлантических вод. Поэтому существенно сократилась площадь многолетних льдов, и произошло освобождение шельфа от зимнего льда. В результате ПП фитопланктона возросла в среднем на 28% (Dalpadado et al., 2014; Arrigo, Dijken, 2015; Koenigk, Brodeau, 2014). Изменение ПП должно оказать влияние на концентрации УВ – постоянных компонентов органического вещества (ОВ) (Вернадский, 2001).

С целью определения латеральной и межгодовой изменчивости, а также происхождения УВ в 67-ом (август–сентябрь 2016 г.) и 68-ом (июль–август 2017 г.) рейсах НИС “Академик Мстислав Келдыш” проведено изучение их концентраций и состава в водной взвеси и донных осадках Баренцева моря (рис. 1).

Рис. 1.

Схема отбора проб в 67-ом (станции 5411–5456, кружки) и в 68-ом (станции 5522–5581, треугольники) рейсах НИС “Академик Мстислав Келдыш”.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Отбор проб проводили пластиковыми батометрами (система Розетта) на гидрологических станциях. Взвесь для изучения органических соединений (ОС): липидов, УВ, С_орг, хлорофилла “а” (хл а) выделяли фильтрацией при 0.2 атм на предварительно прокаленные при 450°С стекловолокнистые фильтры GF/F (0.7 мкм), а для изучения взвеси – на предварительно отмытые соляной кислотой и взвешенные ядерные фильтры диаметром (0.45 мкм).

Липиды экстрагировали метиленхлоридом на ультразвуковой бане “Сапфир” при температуре 30°С. Концентрацию липидов (до колоночной хроматографии на силикагеле) и алифатических УВ (после колоночной хроматографии) определяли ИК-методом на спектрофотометре “IRAffinity-1 Shumadzu Япония” по полосе 2930 см^–1. В качестве стандарта использовали смесь (по объему): 37.5% изооктана, 37.5% гексадекана и 25% бензола (ГСО 7248-96, разработчик: АОЗТ “Экрос”). Чувствительность метода – 4 мкг/мл экстракта (Немировская, 2013). Этот метод используется в качестве арбитражного при анализе нефтяных УВ (Качество…, 2016).

Донные осадки отбирали дночерпателем и бокскорером и замораживали при –18°С. Для анализа в стационарной лаборатории пробы размораживали, сушили при температуре 50°С, определяя влажность осадков. Высушенные пробы растирали и отсеивали фракцию 0.25 мм, из которой экстрагировали липиды метиленхлоридом. В дальнейшем УВ определяли так же, как и из взвеси ИК-методом.

Для анализа алканов из углеводородной фракции использовали отечественный хроматограф Кристалл-Люкс 4000-М, оснащенный пламенно-ионизационным детектором, с капиллярной колонкой 30 м × 0.22 мм фирмы “Supelco”, с фазой: 5% фенила и 95% метилполиксилана, при программировании температуры от 60 до 300°С, со скоростью 8°/мин, газ-носитель–гелий (скорость прохождения газа 1.5 мл/мин). Для калибровки прибора и определения времени выхода, идентифицируемых алканов, использовали смесь калибровочных стандартов н-С₁₀–C₄₀ фирмы “Supelco”, а в качестве внутреннего стандарта – сквалан, фирмы “Sigma Aldrich”. Расчет проводили с помощью программного обеспечения Netchrom V2.1.

С_орг в пробах взвесей и донных осадков определяли методом сухого сожжения на анализаторе АН-7560, помещая фильтр (или его часть), или навеску осадка в специальный фарфоровый тигель. Чувствительность метода 6 мкг углерода в пробе, точность 3–6 относительных %. Для пересчета концентраций УВ в С_орг осадка использовали коэффициент 0.86.

Полученный материал базируется на анализе 146 проб взвеси и 102 проб донных осадков.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В поверхностных водах Баренцева моря в 2016 и в 2017 содержание УВ во взвеси оказалось довольно низким, и для различных районов средние концентрации изменялись в интервале 1.6–5.3 мкг/л (2016 г.) и 2.0–8.3 мкг/л (2017 г., табл. 1).

Содержание УВ во взвеси обычно совпадает с распределением самого взвешенного вещества (Немировская, 2017). Летом 2016 г. концентрации взвеси в открытых поверхностных водах колебались от сотых до десятых долей мг/л (табл. 1). Исключение установлено в заливе Русская Гавань архипелага Новая Земля, где при таянии ледника Шокальского они выросли до 8.77 мг/л, а концентрации УВ – до 9.3 мкг/л (рис. 2а). Довольно высокое содержание липидов было установлено на разрезе Шпицберген – ЗФИ (63–86 мкг/л), в то же время содержание УВ оказалось низким – в среднем 2 мкг/л. Тем не менее, для всего массива данных в 2016 г. наблюдалась зависимость между УВ и липидами с высоким коэффициентом корреляция: r = 0.96.

Рис. 2.

Распределение концентраций УВ (1…92, мкг/л) в поверхностных водах в 2016 г., изолинии >1 мкг/л – (а) и в 2017 г.; изолинии >2 мкг/л – (б); область, отмеченная 1 (в кружке) – нет данных; 5411…5581 – станции.

Распределение УВ и взвеси также совпадало, и для различных районов в 2016 г. значения коэффициента корреляции (r) изменялись от 0.54 (район о. Шпицберген) до 0.81 (разрез о. Шпицберген–ЗФИ). В пересчете на взвесь при средней 12.3 мкг/мг (n = 36, σ = 9.8) повышение концентраций УВ наблюдалось на Штокманском полигоне (ст. 5417) – до 55.6 мкг/мг (при содержании УВ 11 мкг/л) и в Медвежинском желобе на ст. 5431 – до 20.6 мкг/мг (при содержании УВ всего 3 мкг/л).

С переходом от осени 2016 г. к лету 2017 г. во всех исследованных районах моря произошло незначительное увеличение концентраций УВ (табл. 1), что может быть вызвано изменением элементного и биохимического состава ОВ (Кодрян и др., 2017). Резкий рост концентрации УВ (до 92 мкг/л, в пересчете на взвесь – 177 мкг/мг) установлен у южной оконечности о. Шпицберген на ст. 5532, где их содержание по сравнению со ст. 5531 возросло в 23.3 раза. При этом концентрации хл а и взвеси также увеличились, но только в 2.5 и 2.2 раза соответственно.

Повышение концентраций УВ во взвеси при синхронном увеличении содержания взвеси и хл а произошло также в центральной части моря (рис. 2б) на станциях 5548 и 5540 (до 13.6 и 39.8 мкг/мг соответственно), приуроченных к области активного кокколитофоридного цветения. По данным спутника MODIS-Aqua за 14–15 августа 2017 концентрация кокколитофорид составила более 2 млн кл/л (Копелевич и др., 2017). Предполагается, что это начальная стадия цветения кокколитофорид, так как чередовалась вода молочного цвета, характерная для кокколитофоридного цветения и “зеленая”, указывающая на цветение диатомовых или динофлагеллят. Цветение кокколитофорид происходило локально, поэтому на соседних станциях содержание УВ уменьшалось до 2–5 мкг/л.

Если не учитывать аномальную концентрацию на ст. 5532, то среднее содержание УВ для разных районов летом 2017 г. в поверхностных водах уменьшалось в последовательности (мкг/л): Южная часть (8.3) > Восточная часть (6.5) > Норвежское море (4.8) ≈ Центральная часть (Кольский меридиан, 4.7) ≈ Западная часть (4.2) > северная часть (Шпицберген – ЗФИ, 2).

С глубиной содержание УВ в основном снижалось (рис. 3), наиболее резко – у южной оконечности о. Шпицберген. Здесь на ст. 5532 их содержание на глубине 18 м уменьшилось в 11.5 раз (до 8 мкг/л), а к придонному горизонту (350 м) – до 3 мкг/л. У о-ва Ян Майен в Норвежском море, в районе шельфового склона на ст. 5516, с глубиной также происходило уменьшение концентраций УВ, но в меньшей степени: с 18.5 до 2.8 мкг/л.

Рис. 3.

Изменение концентраций УВ (мкг/л) в толще вод Баренцева моря на отдельных станциях в 2017 г.: 1 – ст. 5516, 2 – ст. 5525, 3 – ст. 5535, 4 – ст. 5551, 5 – 5556, 6 – 5567, 7 – 5581.

В Баренцевом море верхний теплый слой воды отделен от нижнего, более холодного и соленого, хорошо выраженным пикноклином на глубинах 25–50 м. Увеличение продуктивности фитопланктона в этом слое способствовало росту содержания УВ на станциях 5516, 5525, 5556 (рис. 3). Углубление приповерхностного максимума происходило с севера на юг.

При изучении вертикальной структуры гидрологических, биогеохимических и оптических характеристик (Копелевич и др., 2017; Кравчишина и др., 2019) четко выделялся нижний нефелоидный слой до 50 м толщиной. Поэтому в отдельных случаях происходил рост УВ в придонном горизонте (рис. 3). В частности, на ст. 5581 в районе Мурманской банки на глубине 46 м их содержание возросло практически в 3 раза (с 6 до 17 мкг/л).

Донные осадки Баренцева моря представлены, в основном терригенными, слабо- или бескарбонатными илами, оливково-коричневых и серых оттенков с окисленным слоем мощностью около 3 см. В толще осадков (на глубинах >3–5 см) иногда появлялись стяжения гидротроилита. Осадки часто биотурбированы с ходами или трубками полихет.

В поверхностных слоях осадков содержание УВ (в пересчете на сухую массу) изменялось в 2016 г. в интервале 2.7–43.7 мкг/г (в среднем 14 мкг/г, 0.15% от С_орг), а в 2017 г. – от 4.4 до 56.9 мкг/г (в среднем 12 мкг/г, 0.17% от С_орг, табл. 2). В 2016 г. максимум их концентраций приурочен к району Медвежинского желоба (ст. 5441, рис. 4а), а в 2017 г. – к северной оконечности арх. Новая Земля (ст. 5567, рис. 4б). Повышенное их содержание отмечалось и в углистых отложениях Шпицбергена (до 36.9 мкг/г на ст. 5551).

Рис. 4.

Распределение концентраций УВ (4–57, мкг/г) в поверхностном слое донных осадках: в 2016 г. (а), и в 2017 г. (б); изолинии >4 мкг/г; область, отмеченная 1 (в кружке) – нет данных; 5411…5581 – станции.

В распределении С_орг и влажности (Вл.) осадков (которая в значительной степени определяется их гранулометрическим типом) для различных районов моря установлены зависимости с высокими значениями коэффициентов корреляции: r = 0.61–0.86, в среднем 0.76 в 2016 г., с максимумом в районе Штокманской площади. Эти данные совпадали с полученными ранее, где распределение С_орг в осадках этого района коррелировало с пелитовой фракцией (r = 0.86); хуже зависимость для алевритов: r = 0.35 (Петрова и др., 2015).

Благодаря высокой гидрофобности и сравнительно низкой растворимости УВ легко сорбируются взвесями и при седиментации попадают в донные осадки. Однако зависимости в распределении С_орг и УВ более сложные. В 2016 г. распределение УВ и С_орг совпадало только в Медвежинском желобе (r = 0.81, n = 10) и в Русской гавани (r = 0.61, n = 8). В акватории Штокманского месторождения эта зависимость полностью отсутствовала: r(С_орг–УВ) = 0.02 (n = 7), а r(УВ–Вл.) = = –0.45, что может указывать на дополнительные источники ОВ, не связанные с минеральной матрицей (Петрова и др., 2015).

В 2017 г. наиболее высокие значения коэффициента корреляции между С_орг и УВ наблюдались в западных (r = 0.67, n = 11) и северных районах Баренцева моря, у берегов Шпицбергена эта зависимость проявлялась в меньшей степени (r = = 0.48, n = 16). Еще хуже связь между этими величинами в центральной части моря (r = 0.27, n = 7), что обусловлено меньшим влиянием седиментационных процессов на формирование С_орг и УВ.

В толще донных осадках концентрации С_орг уменьшались при переходе от горизонта 0–5 см к 10–15 см в 1.1 (ст. 5551) и в 1.7 раз (ст. 5524). Содержание УВ на отдельных станциях также уменьшалось с глубиной захоронения, даже в большей степени, чем С_орг (рис. 5). В частности, на ст. 5522 в Лафонтенской котловине при переходе от слоя 0–5 см к слою 5–10 см концентрации УВ уменьшались в 14 раз, а их доля в составе С_орг – в 2 раза. Сильно восстановленная среда с активно протекающими процессами сульфат-редукции и микробиологической переработкой биомассы планктона, поступившей в осадки, приводит к уменьшению содержания УВ при переходе от поверхностного к подповерхностному слою. Диагенетические процессы осложнены еще и тем, что осадки в верхних горизонтах на этой станции одновозрастные и глубина слоя перемешивания, обусловленного биотурбацией, лежит в пределах 6–9 см.

Рис. 5.

Изменение содержания УВ в составе С_орг (%) с глубиной захоронения на отдельных станциях.

На других станциях (5517, 5524, 5551, 5555 и др.) не наблюдалось уменьшения концентраций УВ с глубиной захоронения, и на отдельных горизонтах их содержание наоборот возрастало. В частности, на ст. 5555 (глубина 200 м, район архипелага Шпицберген) от слоя 0–5 к слою 5–10 см концентрация УВ возросла в 53 раза, а в составе С_орг – в 66 раз (от 0.03 до 2.0%, рис. 5). Максимальные величины УВ на этой станции в пересчете на сухой осадок (272 мкг/г) и в составе С_орг (2.2%) были установлены на горизонте 15–20 см. Осадки этого района отличаются высоким нефтегазогенерационным потенциалом (Кирюхина, 2013).

Условия седиментации и процессы, происходящие в толще осадков, формируют различный состав алканов (рис. 6), так как соотношение основных маркеров менялось в зависимости местоположений станций (табл. 3). Значения CPI (отношение нечетных к четным гомологам в высокомолекулярной области), изменялись в широком интервале: 1.98–5.4. За исключением ст. 5517, во всех пробах доминировали высокомолекулярные гомологи. Практически на всех хроматограммах в низкомолекулярной области фиксировалось повышение концентраций н-С₁₇ – основного гомолога фитопланктона. Максимальная концентрация н-С₁₇ (5.4%) установлена в поверхностном осадке на ст. 5532, где также увеличена доля гомологов С₁₈–С₂₂ (до 22%), обусловленных повышенной бактериальной активностью (Nishumura, Baker, 1986). Рост коэффициента изопреноидности – Ki (i-C₁₉ + i-C₂₀)/C₁₇ + C₁₈) указывает на интенсивность микробиальной трансформации ОВ (Петрова и др., 2015; Nishumura, Baker, 1986). Это подтверждают также низкие значения отношения н-алканов к нафтено-ароматическим соединениям, изменяющиеся в интервале 0.03–0.22. Последнее может указывать на значительную трансформацию УВ (Blumer et al., 1973; Venkatesan et al., 2013).

Рис. 6.

Изменение состава алканов в донных осадках с глубиной захоронения: (а) – на ст. 5517 (71°17.927′ с.ш. 05°46.393′ в.д.) 1 – (0–5 см), 2 – (5–10 см), 3 – (10–15 см); (б) – на ст. 5555 (78°28.318' с.ш. 33°43.640′ в.д.) 1 – (5–10 см), 2 – (10–15 см), 3 – (15–20) см, 4 – (20–23 см).

Таким образом, изменчивость в распределении УВ в водах моря обусловлена, в основном, природными процессами: смешением вод разного генезиса и изменением ПП. К настоящему времени значительные источники локального загрязнения нефтью открытых районов Баренцева моря отсутствуют (Иванов, 2017; Новиков, Драганов, 2017). Согласно спутниковым данным (Иванов и др., 2017), наибольшая загрязненность поверхности моря нефтяными пленками тяготеет к основным судоходным трассам: пролив Карские ворота (через о. Колгуев)–Кольский залив–порты Мурманск и Архангельск. Считается, что мелкие пятна нефти площадью около 4 км², обнаруженные в Печерском море около платформы “Приразломная”, образованы технологическими сбросами с судов обеспечения платформы; в районе терминала Варандей нефтяные пленки отсутствовали (Иванов, 2017).

Согласно нашим данным, в открытых водах Баренцева моря концентрации УВ во взвеси в 2016 г. оказались ниже, чем в предыдущие годы, где их величины в 2011 г. составили в среднем 12 мкг/л, а в октябре 2014 г. на западном шельфе – 10 мкг/л (Немировская, 2013). Пониженные концентрации как в 2016 г. (в среднем, 1.6 мкг/л), так и в 2017 г. (в среднем, 2 мкг/л), приурочены к северной части Баренцева моря, что, скорее всего, обусловлено поступлением низкопродуктивных арктических вод и удаленностью от континента (Кодрян и др., 2017; Макаревич, 2012). Кроме того, изменение площади льдов также может приводить к уменьшению содержания УВ, образование которых активно происходит на границе лед–вода (Немировская, 2013). В последние годы, несмотря увеличение ПП и содержания растворенного ОВ, концентрации взвешенных форм ОВ уменьшились: с 58 (1998 г) до 42 мкг/л (2016 г.) (Кодрян и др., 2017). При этом количество липидов в составе взвешенного ОВ практически не изменилось и составило в разные годы: 24 и 26% от ОВ. Согласно имеющимся данным, содержание УВ в растворенной форме в поверхностных водах шельфовых акваторий в среднем 20 мкг/л; в водах Печорского моря – 30 мкг/л, в районе Штокманского месторождения – 10–20 мкг/л, по трассе Севморпути –17 мкг/л, в Печорской губе – 10 мкг/л (Комплексные…, 2011; Матишев и др., 1997; Морские экосистемы…, 2014; Немировская, 2001).

Низкое содержание УВ в поверхностных водах в составе взвеси (в основном 0.5–2% в пересчете на сухую массу), и зависимость их распределения и хл а (значения r_{(УВ–хла)} изменялись в интервале 0.57–0.91), подтверждает биогенное происхождение УВ в центральной, восточной и северной частях Баренцева моря. Влияние антропогенных источников (трассы судов, интенсивный рыбный промысел) привело в 2017 г. к отсутствию зависимости между распределением УВ и хл а в южной части Баренцева моря с более высокими концентрациями УВ (r_{УВ–хла} = 0.06, n = 8) и в восточной части Норвежского моря (r = –0.16, n = 8).

Относительно низкие концентрации УВ оказались в атлантических водах. Это в чем-то парадоксальный результат, так как ранее считалось, что основное загрязнение в Баренцево море, поступает с водами Северо-Атлантического (Норвежского) течения из Западной Европы (Ильин, 2004; Комплексные исследования…, 2011). В качестве основного источника УВ в арктических водах рассматривался дальний трансграничный перенос и выпадение атмосферных осадков, а также таяние льда как припайного, так и дрейфующего (Новиков, Драганов, 2017).

Мозаичность в распределении концентраций УВ в поверхностных водах в отдельных районах, обусловлена смешением вод разного происхождения. В частности, в 2017 г. на разрезе по 71° с.ш. конечные станции 5526–5527 располагались в зоне шельфа (рис. 2б). Здесь соленость на горизонте 5 м уменьшалась до 34.55 епс и далее до ст. 5546 сохранялась в пределах 34.6–34.8 епс (температура снижалась от 10.3°С на ст. 5526 до 8.8°С на ст. 5546), что соответствует водам Норвежского прибрежного течения. На ст. 5547 соленость вновь возрастала до 34.95 епс (температура 8.3°С), то есть этот район попадал уже в зону влияния течения Северного Мыса (Giraudeau et al., 2016). Значения температуры и солености на станциях 5516–5524 находились в пределах 7.4–9.6°С и 34.9–35.1 епс, что соответствовало водам Норвежского Атлантического течения.

При таянии льдов происходит не только освобождение принесенного ими материала, но и в краевых зонах льдов создаются благоприятные условия для развития ПП, величины, которой здесь сопоставимы с зонами апвеллингов (Мельников, Семенова, 2013). В освобождающихся в весенне-летний период от ледового покрова северных и восточных районах Баренцева моря, характеризующихся так называемым прикромочным весенним цветением, уровень ПП повышался до 540 мгС/м³ в сутки. Это цветение существует весь теплый период года на относительно узкой полосе вдоль отступающей ледовой кромки. На освободившейся ото льда акватории (в неприкромочной зоне) продукция резко снижалась – до 81 мгС/м³ в сутки (Макаревич, 2012). Поэтому в акватории плавучих льдов на ст. 5556 из-за резкой вспышки численности автотрофных бореальных динофлагеллят в зоне Полярного фронта возросла концентрация хл а (с 0.158 до 5 мкг/л) (Кравчишина и др. 2019), так же, как количество УВ в пересчете на взвесь с 4 до 10.3 мкг/мг.

Видимо такой же процесс произошел на ст. 5532. Вначале предположили, что аномальное увеличение концентраций УВ (до 92 мкг/л), взвеси и хл а в поверхностных водах на этой станции вызваны их поступлением с флюидными потоками из толщи осадков. Повышенная концентрация метана в осадках ст. 5531 (до 4140 нмоль л^–1, при обычном интервале значений – 50–800 нмоль л^–1) и в воде у дна свидетельствовала о дегазации метана из донных отложений этого района (Кравчишина и др. 2019). У западной оконечности о. Шпицберген в поверхностном слое воды на этой станции были обнаружены признаки эмиссии метана в атмосферу (до 30 нмоль л^–1). Однако уменьшение концентраций УВ в толще воды с глубиной во взвеси на ст. 5532 и довольно низкое их содержание в поверхностном слое осадка в пересчете на сухой вес (38 мкг/г) и в составе С_орг (всего 0.19%) опровергло данное предположение. Скорее всего, таяние ледника Шпицбергена (Копелевич и др., 2017) привело к росту величины УВ здесь, что еще раз подчеркивает роль природных процессов на формирование уровней УВ.

На вертикальное содержание УВ в зоне активного поступления в Арктический бассейн теплых атлантических вод, сильное влияние оказывают смешение вод разного генезиса и, как следствие, образование пикноклина. На кромке материкового склона и в открытых районах моря в основном содержание УВ в толще воды уменьшалось (станции 5567 и 5581, рис. 3). Пикноклин действует как барьер для осаждения липосодержащего ОВ от поверхности ко дну, так называемое, “жидкое дно” (Агатова, 2017; Лисицын, 2014). Чем больше перепад плотности, тем выше степень концентрирования УВ в слое пикноклина, которое происходит не только за счет механического аккумулирования взвеси, но и при интенсивном развитии здесь микропланктона (Агатова, 2017). В 1998 г. в северной части Баренцева море в районе желоба Франц-Виктория, содержание УВ в растворенном состоянии на отдельных станциях в слое пикноклина превышало даже величину ПДК для нефтяных УВ – 50 мкг/л, а средняя по разрезу (48 мкг/л) оказалась сопоставимой с этой величиной (Немировская, 2001). Уровень УВ в слое пикноклина оказался в 3–5 раз выше, чем на поверхности, а степень концентрирования соответствовала наблюдаемой в поверхностном микрослое.

Образование нефелоидных слоев при взмучивании осадков сказывается на концентрации УВ в придонном горизонте. Обычно увеличение концентраций УВ у дна наблюдается в прибрежных районах с тонкодисперсными осадками и рассматривается как результат эрозии дна и ресуспензирования (Kennicutt, Jeffrey, 1981). Аномалия в распределении УВ в придонном горизонте на ст. 5551 и особенно на ст. 5581 (рис. 3), могут быть обусловлены активной гидродинамикой придонных вод (Frey et al., 2017), способствующей взмучиванию поверхностного слоя донных осадков и образованию повышенных концентраций взвеси и УВ.

Кроме того, в придонном слое вод и в поверхностном слое донных осадков формированию уровней УВ может способствовать их поступление из осадочных пород нефтегазоносных провинций. Локальное концентрирование УВ в придонных водах – явление закономерное, особенно в акватории месторождений и в районе грязевого вулканизма, где обычно отмечаются геохимические аномалии (Гуревич, 2002; Pirli et al., 2010). Их появление связывают с неотектоникой и разломными структурами в Баренцевом море (Корнеев и др., 2008). Считается (AMAP, 2007), что это может приводить к высачиванию не только метана, но и УВ с большей массой. Балансовые расчеты показали, что в арктические моря, таким образом, попадает 79% (8360 т) от суммарного потока алканов. Необходимо отметить, что основной морской источник нефтяных УВ (0.6 млн т/год, 48% от суммарного поступления) в Мировом океане – высачивающиеся УВ в нефтегазовых акваториях (NAS, 2003). Этот процесс идет на площади, составляющей не более 10–15% от общей площади Мирового океана, в окраинных и внутриматериковых морях, где распространены нефтегазовые бассейны. Впервые в Российской Арктике высачивание нефти описано в XVI-м столетии на банке в р. Ухта на севере Тимано-Печерского района, где были найдены смоляные комки (AMAP, 2007).

Согласно полученным данным, повышенные концентрации УВ в поверхностном слое донных осадков приурочены к южной акватории Шпицбергена, Зюйдкапскому и Медвежинскому желобам (рис. 4). Флюидные потоки и их трансформация в поверхностном слое донных осадков рассматривались в качестве основного источника УВ при исследовании донных осадков в районе Штокманской площади (Немировская, 2013, Петрова и др., 2015). Здесь в осадочной толще на фоне уменьшения содержания С_орг наблюдался рост величин УВ (Немировская, 2013). Предполагалось, что довольно низкие концентрации УВ в пересчете на сухую массу (в поверхностном слое 4.4–18.6 мкг/г; на горизонте 10–20 см – 7.8–84.6 мкг/г) и в составе С_орг (в среднем ≤1%) обусловлены снижением интенсивности флюидных потоков. Необходимо учитывать, что углеводородные залежи Штокманского месторождения перекрыты непроницаемой толщей преимущественно глинистых пород (Леин и др., 2012). Разгрузки эндогенных флюидных источников оказывают влияние на распределение и состав УВ в толще донных осадков и в придонных водах.

Предполагается существование нескольких типов систем, в которых может происходить высачивание УВ из толщи осадков (Simoneit, Schoel, 1995; Spies R.V. et al,, 1980). Обычно высачивается нефть с низкой температурой застывания и в ее составе обнаружены низкомолекулярные УВ (AMAP, 2007). Согласно механизму миграции, УВ могут двигаться как отдельная фаза по порам осадочных пород и оставлять геохимический след в отдельных слоях (Петрова и др., 2015). Нефть в зоне сипов легко подвергается микробному окислению, что приводит к увеличению биомассы нефтеокисляющих бактерий, и обогащению верхнего слоя осадков изотопно-тяжелым С_орг (Леин и др., 2012). Поэтому в составе алканов, наряду с алканом фитопланктона н-С₁₇, в осадках Штокманской площади наблюдалось увеличение микробиального гомолога н-С₁₆ (Nishumura, Baker, 1986). Примечательно, что в районах предполагаемых высачиваний в составе алканов фитан доминировал над пристаном (табл. 3). Различия в составе донных осадках обуславливают изменчивость концентраций и состав УВ, на которые в основном влияют гранулометрия осадка и специфические условия осадконакопления. Поэтому в составе УВ преобладают биогенные преимущественно терригенные алканы (Немировская, 2013; Venkatesan et al., 2013).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В поверхностных водах Баренцева моря установлены низкие концентрации УВ во взвеси (в среднем 2.8–8.3 мкг/л). В настоящее время в открытых районах Баренцева моря нефтяное загрязнение отсутствует.

2. С переходом от осени 2016 г. к лету 2017 г. во всех исследованных районах моря произошло незначительное увеличение концентраций УВ, которое определялось гидробиологическими процессами, так как совпадало с изменением концентраций взвеси и хл а. Максимальная концентрация (92 мкг/л) установлена при таянии льда у южной оконечности Шпицбергена, а повышенные – в районах коколитофоридного цветения (до 11 мкг/л). Пониженное содержание УВ приурочено к северной части моря с низкой ПП.

3. В толще воды на распределение УВ оказывает влияние образование пикноклина, а в придонных горизонтах – нефелоидные потоки взвеси.

4. В донных осадках увеличение концентраций УВ (до 48–50 мкг/г в поверхностном слое) приурочены к зонам разломов (Медвежинскому желобу и к углистым месторождениям Шпицбергена). Разгрузки эндогенных флюидных потоков оказывают влияние на распределение и состав УВ в толще донных осадков и в придонных водах.

5. Согласно отношениям основных маркеров, в составе алканов изученных голоценовых осадках интенсивно происходят процессы трансформации УВ, что приводит к отсутствию связей их распределения с содержанием С_орг.

Автор благодарен Ю.С. Глязнецовой и А.М. Тито-вой  за отбор проб и Л.В. Деминой, Г.А. Сычковой и А.В. Храмцовой за помощь в проведении анализов.

Результаты исследований получены в рамках государственного задания (тема № 0149-2019-0007), обработка проб – за счет средств РФФИ (проект 17-05-00356), интерпретация результатов и подготовка к публикации – при поддержке программы РНФ 19-17-00234.