Геохимия, 2022, T. 67, № 3, стр. 227-237

Органические соединения средней летучести в термальных полях Курильского острова Уруп и полуострова Камчатка: сравнительный анализ

В. Н. Компаниченко a*, В. А. Потурай a**

a Институт комплексного анализа региональных проблем ДВОРАН
679016 Биробиджан, ул. Шолом-Алейхема, 4, Россия

* E-mail: kompanv@yandex.ru
** E-mail: poturay85@yandex.ru

Поступила в редакцию 10.07.2020
После доработки 20.01.2021
Принята к публикации 25.01.2021

Аннотация

Получены первые данные по составу органических соединений средней летучести в горячих источниках острова Уруп (Курильская гряда). Были опробованы источники Ключевой и Отливной с температурой от 60 до 85°C и рН от 2.3 до 6.6. Органические соединения определялись на газовом хроматомасс-спектрометре Shimadzu GCMS-QP2010S. В термальных водах обнаружено 21 органическое соединение, которые относятся к 5 гомологическим рядам. Наибольшее распространение имеют алканы (48–52%) и ароматические соединения (37–38%). В небольших количествах присутствуют гомологические ряды изоалканов, алкенов и амидов. Сопоставление полученных данных с проведенными ранее подобными исследованиями на Камчатке показывает наличие большого сходства в составе главных органических компонентов в этих геотермальных регионах, заключающегося в преобладании алифатических и ароматических углеводородов (УВ) (их вклад обычно превышает 60%). Но при этом набор соединений в горячих водах камчатских источников и скважин гораздо более разнообразен; в частности, он включает еще карбоновые кислоты и их эфиры, терпены, альдегиды, кетоны и спирты. Кроме органических компонентов, генезис которых оценивается как биогенный, некоторые геохимические особенности выявленных соединений (в частности, молекулярно-массовое распределение алканов) указывают на наличие термогенных процессов, приводящих к образованию некоторой части органического вещества (ОВ). В целом, проанализированные пробы термальной воды острова Уруп позволили получить первые обобщенные данные по составу ОВ средней летучести в гидротермальных системах Курило-Камчатской вулканической дуги.

Ключевые слова: гидротермальная система, вулканизм, органические соединения, углеводороды

Список литературы

  1. Абрамов В.Ю. (2014) Формирование органического химического состава углекислых минеральных вод Ессентукского и Нагутского месторождений. Разведка и охрана недр. (5), 47-51.

  2. Барсуков В.Л., Рыженко Б.Н. (2001) Температурная эволюция поровых растворов, равновесных с породами разной основности. Геология рудных месторождений. (3), 208-226.

  3. Бескровный Н.С., Лебедев Б.А. (1971) Нефтепроявление в кальдере вулкана Узон. ДАН СССР. 201(4), 953-956.

  4. Варфоломеев С.Д., Карпов Г.А., Синал Г.А., Ломакин С.М., Николаев Е.Н. (2011) Самая молодая нефть Земли. ДАН. 438(3), 345-347.

  5. Вульфсон Н.С., Заикин В.Г., Микая А.И. (1986) Масс-спектрометрия органических соединений. М.: Химия, 312 с.

  6. 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.

  7. Galimov E.M., Sevast’yanov V.S., Kamaleeva A.I., Kuznetsova O.V., Konopleva I.V., Vlasova L.N., Karpov G.A. (2015) Hydrocarbons from a volcanic area. Oil seeps in the Uzon caldera, Kamchatka. Geochem . Int. 53(12), 1019-1027.

  8. Гаретова Л.А. (2013) Углеводороды в лагунном эстуарии татарского пролива. Известия ТИНРО. 172, 196-207.

  9. Горшков Г.С. (1967) Вулканизм Курильской островной дуги. М.: Наука, 273 с.

  10. Другов Ю.С., Родин А.А. (2002) Пробоподготовка в экологическом анализе. СПб.: “Анатолия”, 755 с.

  11. Зенкевич И.Г., Другов Ю.С. (2013) Основы газохроматографической идентификации органических загрязнителей природной среды. Журн. аналитической химии. 68(10), 940-956.

  12. Исидоров В.А., Зенкевич И.Г., Карпов Г.А. (1991) Летучие органические соединения в парогазовых выходах некоторых вулканов и гидротермальных систем Камчатки. Вулканология и сейсмология. (3), 19-25.

  13. Калачева Е.Г., Таран Ю.А. (2019) Процессы, контролирующие изотопный состав (δD и δ18О) термальных вод Курильской островной дуги. Вулканология и сейсмология. (4), 3-17.

  14. Калачева Е.Г., Таран Ю.А., Волошина Е.В., 2018 Новые данные о термальных водах Курильских островов (Шиашкотан, Кетой, Расшуа, Уруп). Подземные воды Востока России (Отв. ред. Новиков Д.А., Алексеев С.В., Сухорукова А.Ф.). Новосибирск: ИПЦ НГУ, 238-242.

  15. Калинко М.К., 1975 Генезис микронефтепроявлений кальдеры вулкана Узон (Восточная Камчатка). Преобразования органического вещества в современных и ископаемых осадках и основные этапы генерации свободных углеводородов. М.: ВНИГНИ, 50-58.

  16. Компаниченко В.Н., Потурай В.А., Карпов Г.А. (2016) Органические соединения в термальных водах Мутновского района и кальдеры Узон. Вулканология и сейсмология. (5), 35-50.

  17. Коноплева И.В., Власова Л.Н., Немченко Т.Н. (2018) Исследование генезиса нефтей Восточной Камчатки по углеводородам-биомаркерам. Геохимия. (7), 709-717.

  18. Konopleva I.V., Vlasova L.N., Nemchenko T.N. (2018) Genesis of oils in Eastern Kamchatka: evidence from hydrocarbon biomarkers. Geochem. Int. 56(7), 735-742.

  19. Конторович А.Э., Бортникова С.Б., Карпов Г.А., Каширцев В.А., Костырева Е.А., Фомин А.Н. (2011) Кальдера вулкана Узон (Камчатка) – уникальная природная лаборатория современного нафтидогенеза. Геология и геофизика. 52(8), 986-990.

  20. Кузякина Т.И., 2000 Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов на активных вулканах и в гидротермах: остров Кунашир, Курильские острова; Камчатка. Дис. … д-ра биол. наук. Петропавловск-Камчатский, 306 с.

  21. Лебедев А.Т. (2003) Масс-спектрометрия в органической химии. М.: Бином. Лаборатория знаний, 493 с.

  22. Мархинин Е.К. (1980). Вулканы и жизнь. М.: Мысль, 196 с.

  23. Мархинин Е.К., Стратула Д.С. (1977) Гидротермы Курильских островов. М.: Наука, 212 с.

  24. Меленевский В.Н., Леонова Г.А., Бобров В.А., Каширцев В.А., Кривоногов С.К. (2015) Трансформация органического вещества в голоценовых осадках озера Очкий (южное Прибайкалье) по данным пиролиза. Геохимия. (10), 925-944.

  25. Melenevskii V.N., Kashirtsev V.A., Leonova G.A., Bobrov V.A., Krivonogov S.K. (2015) Transformation of organic matter in the Holocene sediments of lake Ochki (South Baikal region): evidence from pyrolysis data. Geochem. Int. 53(10), 903-921.

  26. Мухин Л.М., Бондарев В.Б., Вакин Е.А. Ильюхина И.И., Калиниченко В.И., Милехина Е.И., Сафонова Э.Н. (1979) Аминокислоты в гидротермах Южной Камчатки. ДАН СССР. 244(4), 974-977.

  27. Остроухов С.Б. (2018) Генезис высокомолекулярных нефтяных алкилтолуолов. Нефтехимия. 58(1), 11-16.

  28. Потурай В.А. (2018) Органическое вещество в гидротермальных системах разных типов и обстановки. Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов. 329(11), 6-16.

  29. Потурай В.А., Компаниченко В.Н. (2019) Состав и распределение предельных углеводородов в термальных водах и пароводяной смеси Мутновского геотермального района и кальдеры Узон (Камчатка). Геохимия. (1), 79-88.

  30. Poturay V.A., Kompanichenko V.N. (2019) Composition and distribution of saturated hydrocarbons in the thermal waters and vapor-water mixture of the Mutnovskii geothermal field and Uzon caldera, Kamchatka. Geochem. Int. 57(1), 74-82.

  31. Пошибаева А.Р. (2015) Биомасса бактерий как источник углеводородов нефти. Дис. …канд. хим. наук. М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, 124 с.

  32. Разницин Ю.Н., Савельева Г.Н., Федонкин М.А. (2018) Углеводородный потенциал палео- и современных надсубдукционных областей: тектонический, геодинамический, минералого-геохимический и биохимический аспекты. Тихоокеан. геология. 37(2), 3-16.

  33. Рыженко Б.Н., Сидкина Е.С., Черкасова Е.В. (2015) Термодинамическое моделирование систем “порода–вода” с целью оценки их способности к генерации углеводородов. Геохимия. (9), 842-854

  34. Ryzhenko B.N., Sidkina E.S., Cherkasova E.V. (2015) Thermodynamic modeling of water-rock systems to evaluate their generative potential for hydrocarbons. Geochem. Int. 53(9), 825-837.

  35. Сокол А.Г., Томиленко А.А., Бульбак Т.А., Соболев Н.В. (2017) Синтез углеводородов при конверсии CO2 флюида водородом: экспериментальное моделирование при 7.8 ГПа и 1350°С. ДАН. 477(6), 699-703.

  36. Сонин В.М., Бульбак Т.А., Жимулев Е.И., Томиленко А.А., Чепуров А.И., Похиленко Н.П. (2014) Синтез тяжелых углеводородов при температуре и давлении верхней мантии Земли. ДАН. 454(1), 84-88.

  37. Сорохтин Н.О., Лобковский Л.И., Семилетов И.П. (2018) Глубинный цикл углерода и формирование абиогенных углеводородов. Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов. 329(8), 156-173.

  38. Украинцев А.В., Плюснин А.М., 2020 Алифатические углеводороды углекислых минеральных и азотных термальных вод Западного Забайкалья. Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами (отв. ред.: д. г.-м. н. А.М. Плюснин). Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 179-183.

  39. Фурсенко Е.А., Каширцев В.А., Конторович А.Э., Фомин А.Н. (2014). Геохимия нафтидов из локализованных на суше гидротермальных источников и вопросы их генезиса (Узон, Йеллоустон, Новая Зеландия). Геология и геофизика. 55(5–6), 918-930.

  40. Швец В.М., Кирюхин В.К. (1974) Органические вещества в минеральных лечебных водах. Бюл. МОИП. 6, 83-96.

  41. Швец В.М., Селецкий Ю.Б. (1968) Органические вещества в термальных водах Южной Камчатки. ДАН СССР. 182(2), 441-444.

  42. Шпейзер Г.М., Васильева Ю.К., Гановичева Г.М., Минеева Л.М., Родионова В.А., Ломоносов И.С., Ванг Янсинь. (1999) Органические вещества в минеральных водах горноскладчатых областей центральной Азии. Геохимия. (3), 302-311

  43. Shpeizer G.M., Vasil’eva Yu.K., Ganovicheva G.M., Mineeva L.M., Rodionova V.A., Lomonosov I.S., Yansin W. (1999) Organic matter in the mineral waters of orogenic regions of Central Asia. Geochem. Int. 37(3), 259-267.

  44. Шульга Н.А., Пересыпкин В.И. (2012) О генезисе углеводородов в гидротермальных отложениях полей Лост Сити и Рэйнбоу (Срединно-Атлантический хребет). ДАН. 445(2), 196-199.

  45. Aubrey A., Cleaves H., Bada J. (2009) The role of submarine hydrothermal systems in the synthesis of amino acids. Origins Life Evol. Biosphere. 39, 91-108.

  46. Bazhenova O.K., Arefiev O.A., Frolov E.B. (1998) Oil of the volcano Uzon caldera, Kamchatka. Org. Geochem. 29(1–3), 421-428.

  47. Cleaves H.J., Aubrey A.D., Bada J.L. (2009) An evaluation of critical parameters for abiotic peptide synthesis in submarine hydrothermal systems. Origins Life Evol. Biosphere. 39, 109-126.

  48. Daskalopouloua K., Calabrese S., Grassa F., Kyriakopoulos K., Parello F., Tassi F., D’Alessandro W. (2018) Origin of methane and light hydrocarbons in natural fluid emissions: A key study from Greece. Chem. Geol. 479, 286-301.

  49. Di Gioia M.L., Leggio A., Le Pera A., Liguori A., Perri F. (2006) Occurrence of organic compounds in the thermal sulphurous waters of Calabria, Italy. Chromatographia. 63, 585-590.

  50. Fiebig J., Hofmann S., Tassi F., D’Alessandro W., Vaselli O., Woodland A.B. (2015) Isotopic patterns of hydrothermal hydrocarbons emitted from Mediterranean volcanoes. Chem. Geol. 396, 152-163.

  51. Fu Q., Sherwood L.B., Horita J., Lacrampe-Couloume G., Seyfried W.E. (2007) Abiotic formation of hydrocarbons under hydrothermal conditions: Constraints from chemical and isotope data. Geochim Cosmochim Acta. 71, 1982-1998.

  52. Fu Q., Socki R.A., Niles P.B. (2015) Evaluating reaction pathways of hydrothermal abiotic organic synthesis at elevated temperatures and pressures using carbon isotopes. Geochim Cosmochim Acta. 154, 1-17.

  53. Gonzalez-Barreiro C., Cancho-Grande B., Araujo-Nespereira P., Cid-Fernandez J.A., Simal-Gandara J. (2009) Occurrence of soluble organic compounds in thermal waters by ion trap mass detection. Chemosphere. (75), 34-47.

  54. Holm N.G., Charlou J.L. (2001) Initial indications of abiotic formation of hydrocarbons in the Rainbow ultramafic hydrothermal system, Mid-Atlantic Ridge. Earth and Planet Sci. Lett. 191, 1-8.

  55. Hunt J.M. (1979) Petroleum geochemistry and geology. San Francisco: W.H. Freeman and Company, 617 p.

  56. Kárpati Z., Sajgó Cs., Vetó I., Klopp G., Horváth I. (1999) Organic matter in thermal waters of the Pannonian Basin – a preliminary report on aromatic compounds. Org. Geochem. 20, 701-712.

  57. Klevenz V., Sumoondur A., Ostertag-Henning C., Koschinsky A. (2010) Concentrations and distributions of dissolved amino acids in fluids from Mid-Atlantic Ridge hydrothermal vents. Geochem. J. 44, 387-397.

  58. Kompanichenko V.N. (2009) Organic matter in hydrothermal systems of Kamchatka: relevance to the origin of life. Origins Life Evol. Biosphere. 39, 338-339.

  59. Kompanichenko V.N. (2017) Organic matter in the hydrothermal systems of Kamchatka peninsula and nearby area (Chapter 10). Thermodynamic Inversion. Switzerland: Springer Cham, 249-271.

  60. Kompanichenko V.N., Poturay V.A., Shlufman K.V. (2015) Hydrothermal systems of Kamchatka as the model for prebiotic environment. Origins Life Evol. Biosphere. 45(1–2), 93-103.

  61. Konn C., Charlou J.L., Donval J.P., Holm N.G., Dehairs F., Bouillon S. (2009) Hydrocarbons and oxidised organic compounds in hydrothermal fluids from Rainbow and Lost City ultramafic-hosted vents. Chem. Geol. 258, 299-314.

  62. Konn C., Testemale D., Querellou J., Holm N.G., Charlou J.L. (2011) New insight into the contributions of thermogenic processes and biogenic sources to the generation of organic compounds in hydrothermal fluids. Geobiology. 9(1), 79-93.

  63. Konn C., Charlou J.L., Holm N.G., Mousis O. (2015) The Production of Methane, Hydrogen, and Organic Compounds in Ultramafic-Hosted Hydrothermal Vents of the Mid-Atlantic Ridge. Astrobiology. 15(5), 381-399.

  64. Lang S.Q., Butterfield D.A., Schulte M., Kelley D.S., Lilley M.D. (2010) Elevated concentrations of formate, acetate and dissolved organic carbon found at the Lost City hydrothermal field. Geochim Cosmochim Acta. 74, 941-952.

  65. Loison A., Dubant S., Adam P., Albrecht P. (2010) Elucidation of an iterative process of carbon–carbon bond formation of prebiotic significance.Astrobiology. 10, 973-988.

  66. Marchand M., Termonia M., Caprais J.C., Wybauw M. (1994) Purgue and trap GC–MS analysis of volatile organic compounds from the Guaymas Basin hydrothermal site (Gulf of California). Analusis. 22, 326-331.

  67. McCollom T.M. (2013) Laboratory simulations of abiotic hydrocarbon formation in Earth’s deep subsurface. Rev. Mineral. Geochem. 75, 467-494.

  68. McCollom T.M., Seewald J.S., German C.R. (2015) Investigation of extractable organic compounds in deep-sea hydrothermal vent fluids along the Mid-Atlantic Ridge. Geochim Cosmochim Acta. 156, 122-144.

  69. Meyers P.A. (2003) Applications of organic geochemistry to paleolimnological reconstructions: a summary of examples from the Laurentian Great Lakes. Org. Geochem. 34, 261-289.

  70. Nye J.J., Shock E.L., Hartnett H.E. (2020) A novel PARAFAC model for continental hot springs reveals unique dissolved organic carbon compositions. Org. Geochem. 141, 103964.

  71. Reeves E.P., McDermott J.M., Seewald J.S. (2014) The origin of methanethiol in midocean ridge hydrothermal fluids. Proc Natl Acad Sci USA. 111, 5474-5479.

  72. Rushdi A.I., Simoneit B.R.T. (2004) Condensation reactions and formation of amides, esters, and nitriles under hydrothermal conditions. Astrobiology. 4, 211-224.

  73. Rushdi A.I., Simoneit B.R.T. (2006) Abiotic condensation synthesis of glyceride lipids and wax esters under simulated hydrothermal conditions. Origins Life Evol. Biosphere. 36, 93-108.

  74. Sanchez-Avila J.I., García-Sanchez B.E., Vara-Castro G.M., Kretzschmar T. (2021) Distribution and origin of organic compounds in the condensates from a Mexican high-temperature geothermal field. Geothermics. 89, 101980.

  75. Simoneit B.R.T. (2004) Prebiotic organic synthesis under hydrothermal conditions: an overview. Adv. Space Res. 33(1), 88-94.

  76. Simoneit B.R.T., Deamer D.W., Kompanichenko V.N. (2009) Characterization of hydrothermally generated oil from the Uzon caldera, Kamchatka. Appl. Geochem. 24, 303-309.

  77. Soniassy R., Sandra P., Schlett C. (1994) Water analysis: Organic micropollutants. Germany: Hewlett-PackardCompany, 278 p.

  78. Wang B., Yang J., Jiang H., Zhang G., Dong H. (2019) Chemical composition of n-alkanes and microbially mediated n-alkane degradation potential differ in the sediments of Qinghai-Tibetan lakes with different salinity. Chem. Geol. 524, 37-48.

Дополнительные материалы отсутствуют.