Геохимия, 2022, T. 67, № 9, стр. 872-880

Флюидная эмиссия метана из донных отложений эстуария реки Черной (Севастопольский регион, Крым)

Т. В. Малахова a*, А. И. Мурашова a

a Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН
299011 Севастополь, проспект Нахимова, 2, Россия

* E-mail: t.malakhova@imbr-ras.ru

Поступила в редакцию 19.04.2021
После доработки 14.10.2021
Принята к публикации 15.10.2021

Аннотация

В четырех районах эстуарной зоны реки Черной ловушечным методом проведены измерения потоков флюидной метановой разгрузки из донных осадков. Станции отбора характеризовались различными гидролого-гидрохимическими условиями: пробы воды отличались соленостью, содержанием в ней биогенных элементов азотного и фосфорного комплексов (${\text{NО}}_{2}^{ - }$ от 12.2 до 29 мкг л–1; ${\text{NО}}_{3}^{ - }$ от 294 до 869 мкг л–1; ${\text{NH}}_{4}^{ + }$ от 57.9 до 130 мкг л–1; ${{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{PO}}_{4}^{ - }$ от 28.2 до 127.8 мкг л–1), и геохимическими характеристиками донных отложений. Уменьшение содержания СН4 в донных осадках и воде так же, как минеральных форм азота и фосфора, пористости и влажности осадка происходило против градиента солености – в направлении от истока реки к устью. Концентрация СН4 в толще донных осадков на солоноватоводных ст. 1 и ст. 2 была на 2 порядка ниже по сравнению с пресноводными ст. 3 и ст. 4, где достигала 1.1 ммоль дм–3. Содержание СН4 в поровой воде донных осадков не превышало рассчитанные значения растворимости (от 1.53 до 1.68 ммоль л–1). Диапазон средних концентраций СН4 в воде на исследованных станциях составлял от 285 до 813 нмоль л–1. В воде отмечен колебательный характер изменения концентраций СН4, что предположительно связано с волновыми процессами в эстуарии. Тренд изменения концентрации СН4 во флюидных ловушках во времени соответствовал линейной зависимости. Для ст. 3 и ст. 4, расположенных выше по течению р. Черной, рассчитанный флюидный поток из дна составил 4 и 293 ммоль м–2 сут–1 соответственно. Более низкие потоки были получены для солоноватоводных ст. 1 и ст. 2 (0.3 и 0.4 ммоль м–2 сут–1), что, вероятно, связано с жизнедеятельностью метанотрофных бактерий, где в верхнем слое донных осадков при наличии сульфат-иона осуществляется окисление метана.

Ключевые слова: метан, флюидные потоки, растворимость, газовые ловушки, эстуарий реки Черной, Севастопольская бухта

Список литературы

  1. Болтачев А.Р., Карпова Е.П., Данилюк О.Н. (2010) Особенности термохалинных параметров и ихтиоцена эстуария реки Черная (Севастопольская бухта). Морской экологический журн. 9(2), 23-36.

  2. Гавшин В.М., Лапухов С.В., Сараев С.В. (1988) Геохимия литогенеза в условиях сероводородного заражения (Черное море). Новосибирск: Наука, 194 с.

  3. Малахова Т.В., Егоров В.Н., Малахова Л.В., Пименов Н.В. (2012) Элементы баланса метана в донных осадках Севастопольской акватории. Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу. 26(1), 217-231.

  4. Малахова Т.В., Канапацкий Т.А., Егоров В.Н., Малахова Л.В., Артемов Ю.Г., Евтушенко Д.Б., Гулин С.Б., Пименов Н.В.(2015) Микробные процессы и генезис струйных метановых газовыделений прибрежных районов Крымского полуострова. Микробиология. 84(6), 743-752.

  5. Малахова Т.В., Канапацкий Т.А., Сидоров И.Г., Русанов И.И., Малахова Л.В., Проскурнин В.Ю., Пименов Н.В. (2018) Сезонная динамика микробных процессов в донных осадках Cевастопольской морской акватории. Океанология. 58(4), 21-29.

  6. Малахова Т.В., Будников А.А., Иванова И.Н., Мурашова А.И. (2020а) Флюидная эмиссия метана из дна: сравнение потоков с площадки сипов в бухте Ласпи с потоками в других газовыделяющих районах. Процессы в геосредах. 3(25), 822-830.

  7. Малахова Т.В., Малахова Л.В., Будников А.А., Иванова И.Н. (2020б) Пространственно-временная изменчивость содержания метана в Севастопольской бухте и его эмиссии в атмосферу. Вестник Московского университета. 5(3), 73-80.

  8. Малахова Т.В., Егоров В.Н., Малахова Л.В., Артемов Ю.Г., Пименов Н.В. (2020в) Биогеохимические характеристики мелководных струйных метановых газовыделений в прибрежных районах Крыма в сравнении с глубоководными сипами Черного моря. Морской биологический журн. 5(4), 37-55.

  9. Малахова Т.В., Мансурова И.М., Малахова Л.В., Минина Н.В., Заговенкова А.Д. (2020г) Особенности распределения метана в эвфотическом слое северной части Черного моря в летний сезон 2018 г. (по данным 102-го рейса НИС “Профессор Водяницкий”). Морской гидрофизический журн. 36(2), 186-201.

  10. Овсяный Е.И., Орехова Н.А. (2018) Гидрохимический режим реки Черной (Крым): экологические аспекты. Морской гидрофизический журн. 1, 199.

  11. Орехова Н.А., Медведев Е.В., Овсяный Е.И. (2018) Влияние вод реки Черной на гидрохимический режим Севастопольской бухты (Черное море). Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 3, 84-91.

  12. Пименов Н.В., Ульянова М.О., Канапацкий Т.А., Мицкевич И.Н., Сигалевич П.А., Немировская И.А., Сивков В.В. (2013) Сульфатредукция, образование и окисление метана в поверхностных осадках Вислинского и Куршского заливов Балтийского моря. Микробиология. 82(2), 228-238.

  13. Руководство по методам химического анализа морских вод. Л.: Гидрометеоиздат. 1977. 208 с.

  14. Хорошевская В.О. (2010) Закономерности формирования и распределения метана в прибрежных водах Азово-Черноморского бассейна. Автореф. дис. канд. биол. наук, РнД., 24с.

  15. Abegg F., Anderson A. (1997) The acoustic turbid layer in muddy sedments of Eckernfoerde Bay, Western Baltic: methane concentrations, satration and bubble characteristics. Marine Geology. 137, 137-147.

  16. Abril G., Iversen N. (2002) Methane dynamics in a shallow non-tidal estuary (Randers Fjord, Denmark). Marine ecology progress series. 230, 171-181.

  17. Klyuvitkin A.A., Kravchishina M.D., Dara O.M. et al. (2018) Seasonal Variability of Vertical Fluxes of Dispersed Sedimentary Matter in the Black Sea. Dokl. Earth Sc. 483, 1558-1563.

  18. Linke P., Wallmann K., Suess E., Hensen C., Rehder G. (2005). In situ benthic fluxes from an intermittently active mud volcano at the Costa Rica convergent margin. Earth Planet. Sci. Lett 235.

  19. Luff R., Wallmann K. (2003) Fluid flow, methane fluxes, carbonate precipitation and biogeochemical turnover in gas hydrate-bearing sediments at Hydrate Ridge, Cascadia Margin: numerical modeling and mass balances. Geochim. Cosmochim. Acta. 67(18), 3403-3421.

  20. Borges A.V. (2018) Productivity and temperature as drivers of seasonal and spatial variations of dissolved methane in the southern bight of the North Sea / A.V. Borges (et al.). Ecosystems. 21, 583-599.

  21. Riedinger N., Brunner B., Lin Y.-S. et al. (2010) Methane at the sediment–water transition in Black Sea sediments. Chem. Geol. 274(1–2), 29-37.

  22. Sansone F.J., Rust T.M., Smith S.V. (1998) Methane distribution and cycling in Tomales Bay, California. Estuaries. 21(1), 66-77.

  23. Strack M., Kellner E., Waddington J.M. Dynamics of biogenic gas bubbles in peat and their effects on peatland biogeochemistry Global Biogeochem. Cycles, 19, GB1003, https://doi.org/10.1029/2004GB002330

  24. Torres M.E., McManus J., Hammond D.E., de Angelis M.A., Heeschen K.U., Colbert S.L., Tyron M.D., Brown K.M., Suess E. (2002). Fluid and chemical fluxes in and out of sediments hosting methane hydrate deposits on Hydrate ridge, OR, I: hydrological provinces. Earth Planet. Sci. Lett. 201, 525-540.

  25. Ulyanova M., Malakhova T., Evtushenko D., Artemov Yu., Egorov V. (2021) Comparison of methane distribution in bottom sediments of shallow lagoons of the Baltic and Black Seas. RJES. 21(1), 5.

  26. Upstill-Goddard, R.C., Barnes, J., Frost, T., Punshon, S., Owens, N.J.P., (2000). Methane in the southern North Sea: Low-salinity inputs, estuarine removal, and atmospheric flux. Glob. Biogeochem. Cycles. 14(4), 1205-1217.

  27. Yamamoto S., Alcauskas J., Crozier Th. (1976) Solubility of methane in distilled water and seawater. J. Chem. Eng. Data. (21), 78-80.

  28. Zhang G., Zhang J., Liu S. et al. (2008) Methane in the Changjiang (Yangtze River) Estuary and its adjacent marine area: riverine input, sediment release and atmospheric fluxes. Biogeochemistry. 91, 71-84

Дополнительные материалы отсутствуют.