Геохимия, 2022, T. 67, № 2, стр. 150-170

Биогеохимические особенности голоценовых отложений верховых болот Барабинской лесостепи

Г. А. Леонова a*, А. Е. Мальцев a, Ю. И. Прейс b, Л. В. Мирошниченко a, А. С. Шавекин a, М. В. Рубанов a

a Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН
630090 Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, Россия

b Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН
634055 Томск, пр. Академический, 10/3, Россия

* E-mail: leonova@igm.nsc.ru

Поступила в редакцию 09.04.2020
После доработки 14.09.2020
Принята к публикации 11.10.2020

Аннотация

Исследованы геохимические процессы постседиментационных превращений болотных отложений в ходе раннего диагенеза и перераспределение химических элементов по голоценовым разрезам верховых болот Барабинской лесостепи (юг Западной Сибири). Установлено увеличение в верхних интервалах торфа содержаний Fe, Mn, Pb, Hg, Sb, Cd, Cu, Zn, в средних интервалах – S, N, Ca, Sr, Mg. По характеру распределения различных физиологических групп микроорганизмов сделано заключение, что процессы круговорота азота, а также углерода, проходят более активно, чем серы. Высокие значения ${\text{NH}}_{4}^{ + },$ ${\text{NO}}_{3}^{ - },$ Сорг и ХПК в болотных водах подтверждают активные процессы биохимического распада и окисления органического вещества. Болотные воды исследованных торфяников по преобладающим ионам относятся к гидрокарбонатному классу, группе кальция и характеризуются повышенными концентрациями Al, Fe, Cu, Zn, что обусловлено кислым составом вод. Низкие значения pH болотных вод и окислительная обстановка способствовали формированию гетит-гидрогетитового ожелезнения в верхнем горизонте торфяных залежей. Образование гематита и ангидрита в средних интервалах торфяников обусловлено, вероятно, палеопожарами. В процессе раннего диагенеза происходит формирование аутигенных минералов, прежде всего пирита, реже – сидерита, кальцита и каолинита. В восстановительных условиях становится возможным образование самородных наночастиц Ni и интерметаллидов Ni–Cr, а также осаждение аморфного Si при растворении алюмосиликатных минералов из верхних интервалов торфа.

Ключевые слова: верховые болота, диагенез, голоцен, геохимия, органическое вещество, микроорганизмы

Список литературы

  1. Алекин О.А. (1970) Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 444 с.

  2. Архипов В.С., Бернатонис В.К. (2013) Распределение кальция и железа в вертикальном профиле торфяных залежей таёжной зоны Западной Сибири. Известия Томского политехнического университета. 323(1), 173-178.

  3. Бахтин А.И., Кольчугин А.Н., Ескин А.А. (2012) Геохимические особенности осаждения и устойчивости сульфатов кальция в природе. Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 154(4), 55-60.

  4. Бобров В.А., Прейс Ю.И., Будашкина В.В. (2013) Оценка потоков минерального вещества из атмосферы на основе микроэлементного состава торфяной залежи верхового болота Бакчар-1 (южная тайга Западной Сибири). Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. 22(1), 20-29.

  5. Веретенникова Е.Э. (2013) Содержание и распределение химических элементов в торфах южнотаежной подзоны Западной Сибири. География и природные ресурсы. 2, 89-95.

  6. Гавшин В.М., Бобров В.А., Сухоруков Ф.В., Будашкина В.В., Мельгунов М.С. (2004) Свидетельства фракционирования химических элементов в атмосфере Западной Сибири по данным исследования верхового торфяника. ДАН. 396(6), 804-807.

  7. ГОСТ Р 57162-2016. Вода. Определение содержания элементов методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией (2016). М.: Стандартинформ, 19 с.

  8. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Куценогий К.П., Онучин А.А., Переседов В.Ф. (2003) Биогеохимия Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Ta, W, U в низинном торфянике на междуречье Оби и Томи. Почвоведение. 5, 557-567.

  9. Леонова Г.А., Мальцев А.Е., Бадмаева Ж.О., Шавекин А.С., Рубанов М.В., Прейс Ю.И. (2018) Геоэкологическая оценка степени антропогенного загрязнения тяжелыми металлами экосистем верховых болот лесостепной зоны Западной Сибири. Экология промышленного производства. 2(102), 64-73.

  10. Лукашев К.И., Ковалев В.А., Жуховицкая А.Л., Хомич А.А., Генералова В.А. (1971) Геохимия озерно-болотного литогенеза. Минск: Наука и техника, 284 с.

  11. Намсараев Б.Б., Земская Т.И. (2000) Микробиологические процессы круговорота углерода в донных осадках озера Байкал. Новосибирск: Изд-во СО РАН филиал “Гео”, 154 с.

  12. Наумов А.В., Косых Н.П., Паршина Е.К., Артымук С.Ю. (2009) Верховые болота лесостепной зоны, их состояние и мониторинг. Сибирский экологический журнал. 16(2), 261-259.

  13. Орлова Л.А., Волкова В.С. (1990) Голоцен Барабы (стратиграфия и радиоуглеродная хронология). Новосибирск: Наука, 125 с.

  14. Перельман А.И. (1982) Геохимия природных вод. М.: Наука, 154 с.

  15. ПНД Ф 14.1:2.96–97. Методика выполнения измерений массовой концентрации хлоридов в пробах природных и очищенных сточных вод аргентометрическим методом (2004). Ростов-на-Дону: Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 19 с.

  16. ПНД Ф 14.1:2.159–2000. Методика выполнения измерений массовой концентрации сульфат-ионов в пробах природных и сточных вод турбидиметрическим методом (2005). М.: ФГУ “ФЦАО”, 11 с.

  17. Прейс Ю.И. (2015) Детальная реконструкция функционального состояния болота как отклик на изменения континентального климата голоцена (средняя тайга Западной Сибири). Известия Томского политехнического университета. 326(2), 90-102.

  18. РД 52.24.493–2006. Массовая концентрация гидрокарбонатов и величина щелочности поверхностных вод суши и очищенных сточных вод. Методика выполнения измерений титриметрическим методом (2006). Ростов-на-Дону: Гидрохимический институт, 37 с.

  19. Рождествина В.И., Сорокин А.П. (2010) Первые находки самородных палладия, платины, золота и серебра в бурых углях Ерковецкого месторождения (Верхнее Приамурье). Тихоокеанская геология. 29(6), 26-38.

  20. Савичев О.Г., Шмаков А.В. (2012) Вертикальная зональность и внутригодовые изменения химического состава вод Тимирязевского болота (Томск, Западная Сибирь). Известия Томского политехнического университета. 320(1), 156-172.

  21. Савичев О.Г., Наливайко Н.Г., Рудмин М.А., Мазуров А.К. (2019) Микробиологические условия распределения химических элементов по глубине торфяной залежи в экосистемах восточной части Васюганского болота (Западная Сибирь). Известия Томского политехнического университета. 330(9), 184-194.

  22. Симонова В.И. (1986) Атомно-абсорбционные методы определения элементов в породах и минералах. Новосибирск: Наука, 212 с.

  23. Степанова В.А., Волкова И.И. (2017) Особенности генезиса Николаевского ряма в лесостепи Западной Сибири. Вестник Томского государственного университета. Биология. (40), 202-223.

  24. Фадеева В.П., Тихова В.Д., Никуличева О.Н. (2008) Элементный анализ органических соединений с использованием автоматических CHNS-анализаторов. Журнал аналитической химии. 63(11), 1197-1210.

  25. Хахинов В.В., Намсараев Б.Б., Доржиева Г.С.-С., Бурюхаев С.П. (2012) Гидрохимическая и микробиологическая характеристики болотных экосистем перешейка полуострова Святой Нос (озеро Байкал). География и природные ресурсы. 4, 65-71.

  26. Хотинский Н.А. (1970) О положении границы между лесом и степью в Западной Сибири в эпохи среднего и позднего голоцена. Почвоведение. (6), 40-47.

  27. Шварцев С.Л., Серебренникова О.В., Здвижков М.А., Савичев О.Г., Наймушина О.С. (2012) Геохимия болотных вод нижней части бассейна Томи (юг Томской области). Геохимия. 4, 403-417.

  28. Shvartsev S.L., Zdvizhkov M.A., Serebrennikova O.V., Savichev O.G., Naimushina O.S. (2012) Geochemistry of wetland waters from the lower Tom basin, southern Tomsk oblast. Geochem. Int. 50(4), 367-380.

  29. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2011) Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 742 с.

  30. Anderson H., Hepburn A. (1986) Variation of humic substances within peat profile, in: Fuchsman, C.H. (Ed.), Peat and Water, Academic Press, N.Y., pp. 177-194.

  31. Boquete M.T., Fernández J.A., Aboal J.R., Carballeira A. (2011) Are terrestrial mosses good biomonitors of atmospheric deposition of Mn? Atmos. Environ. 45, 2704-2710.

  32. Borgmark, A. (2005) Holocene climate variability and periodicities in south-central Sweden, as interpreted from peat humification analysis. Holocene. 15(3), 387-395.

  33. Duan Y., Ma L. (2001) Lipid geochemistry in a sediment core from Ruoergai Marsh deposit (Eastern Qinhai-Tibet plateau, China). Org. Geochem. 32, 1429-1442.

  34. Fischer W.R., Schwertmann U. (1975) The formation of hematite from amorphous iron (III) hydroxide. Clays and Clay Mineralogy. 23, 33-37.

  35. Gorham E., Janssens J.A. (2005) The distribution and accumulation of chemical elements in five peat cores from the mid-continent to the eastern coast of North America. Wetlands. 25(2), 259-278.

  36. Helmer E.H., Urban N.R., Eisenreich S.J. (1990) Aluminum geochemistry in peatland waters. Biogeochemistry. 9(3), 247-276.

  37. Kempter H., Krachlera M., Shotyk W., Zaccone C. (2017) Major and trace elements in Sphagnum moss from four southern German bogs, and comparison with available moss monitoring data. Ecological Indicators. 78, 19-25.

  38. Khazin L.B., Khazina I.V., Krivonogov S.K., Kuzmin Ya.V., Prokopenko A.A., Yi S., Burr G.S. (2016) Holocene climate changes in southern West Siberia based on ostracod analysis. Russian Geology and Geophysics. 57(4), 574-585.

  39. Lambers H., Chapin F.S., Pons T.L. (2008) Plant Physiological Ecology. Second Edition. Springer.

  40. Li Y.H. (1991) Distribution patterns of the elements in the ocean: A synthesis. Geochim. Cosmochim. Acta. 55, 3223-3240.

  41. Malawskaand M., Wilkomirski B. (2004) Geochemistry and geochemical differentiation on major elements in selected peat bog profiles (south-east of Poland). Soil Sci. Plant Nutr. 50(6), 925-930.

  42. Melgunov M.S., Mesina K.A., Sherbov B.L., Vosel Yu.S., Zhurkova I.S., Belyanin D. (2019) Radioactive elements in atmospheric precipitations of the Western Siberia. E3S Web of Conferences. 98.10003.

  43. Savichev O.G. (2015) Distribution of inorganic pollutants over the depth of upper peat deposit. Contemporary Problems of Ecology. 8 (1), 118-124.

  44. Shotyk W., Weiss D., Kramers J.D., Frei R., Cheburkin A.K., Gloor M., Reese S. (2001) Geochemistry of the peat bog at Etang de la Grue`re, Jura Mountains, Switzerland, and its record of atmospheric Pb and lithogenic trace metals (Sc, Ti, Y, Zr, and REE) since 12,370 14C yr BP. Geochimica et Cosmochimica Acta. 65(14), 2337-2360.

  45. Shotyk W., Cheburkin A.K., Appleby P.G., Fankhauser A., Kramers J.D. (1966) Two thousand years of atmospheric arsenic, antimony and lead deposition in an ombrotrophic bog profile, Jura Mountains, Switzerland. Earth Planet. Sci. Lett. 145, 1-7.

  46. Stanton M.R., Yager D.B., Fey D.L., Wright W.G. (2007) Formation and Geochemical Significance of Iron Bog Deposits. In Formation and Geochemical Significance of Iron Bog Deposits (Eds. Church S.E., Guerard P., and Finger S.E.). San Juan County, Colorado: U.S. Geological Survey Professional Paper 1651, 689-720.

  47. Steinmann P., Shotyk W. (1997) Geochemistry, mineralogy, and geochemical mass balance on major elements in two peat bog profiles (Jura Mountains, Switzerland). Chemical Geology. 138, 25-53.

  48. Stepanova V.A., Pokrovsky O.S., Viers J., Mironycheva-Tokareva N.P., Kosykh N.P., Vishnyakova E.K. (2015) Elemental composition of peat profiles in western Siberia: Effect of the micro-landscape, latitude position and permafrost coverage. Applied Geochemistry. 53, 53-70.

Дополнительные материалы отсутствуют.