Геохимия, 2022, T. 67, № 9, стр. 881-895

Оценка потоков биогенных веществ на границе раздела вода–дно в мелководных бассейнах залива Петра Великого (Японское море)

П. Я. Тищенко a*, Г. В. Борисенко b, Ю. А. Барабанщиков a, Г. Ю. Павлова a, А. А. Рюмина a, С. Г. Сагалаев a, П. Ю. Семкин a, П. П. Тищенко a, О. А. Уланова a, М. Г. Швецова a, Е. М. Шкирникова a

a Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН
690041 Владивосток, ул. Балтийская, 43, Россия

b Институт океанологии им. П.П. Ширшова
Москва, Россия

* E-mail: tpavel@poi.dvo.ru

Поступила в редакцию 18.05.2021
После доработки 06.08.2021
Принята к публикации 17.08.2021

Аннотация

В сентябре–октябре 2019 г. проведены геохимические исследования трех мелководных бассейнов залива Петра Великого: б. Воевода, б. Новгородская, зал. Угловой. На двух станциях каждого бассейна были выполнены: отбор проб воды в 10 см от дна с последующим измерением гидрохимических параметров, анализ состава поровой воды в кернах, а также процентное содержание органического углерода (ОУ), гуминовых, фульвовых кислот, хлорофилла а в твердой фазе осадков. Коэффициенты биотурбации были оценены из данных о концентрации хлорофилла в донных осадках. Проведены модельные расчеты потоков биогенных веществ (аммония, общего азота, фосфора, общего фосфора, кремния) и растворенного органического углерода (РОУ). Установлено, что потоки биогенных веществ и РОУ из донных осадков в морскую воду, оцененные с учетом биотурбации, примерно на порядок больше потоков, рассчитанных по закону Фика. Наибольшие концентрации ОУ в твердой фазе осадка, 6.5 и 5.5%, соответствовали верхнему слою в кернах, отобранных в местах, покрытых зостерой морской в б. Воевода и Новгородская, соответственно. Самые высокие потоки биогенных веществ и РОУ на границе раздела вода–дно были получены для станции в б. Новгородская, где содержание ОУ в верхнем слое осадка составляло 2.8%. Величины годовых потоков биогенных веществ на границе раздела вода–дно были соизмеримы со средними годовыми потоками этих соединений, приходящимися на единицу площади Амурского залива от суммарных стоков реки Раздольной и коммунальных впусков г. Владивостока.

Ключевые слова: ранний диагенез, потоки биогенных веществ, органическое вещество, геохимия донных отложений, зостера морская, залив Петра Великого

Список литературы

  1. Аникеев В.В., Дударев О.В., Касаткина А.П., Колесов Г.М. (1996) Влияние терригенных и биогенных факторов на формирование седиментационных потоков химических элементов в прибрежной зоне Японского моря. Геохимия, (1), 59-72.

  2. Барабанщиков Ю.А., Тищенко П.Я., Семкин П.Ю., Михайлик Т.А., Косьяненко А.А. (2018) Условия образования лечебных грязей в бухте Воевода (Амурский залив, Японское море). Известия ТИНРО. 192, 167-176.

  3. Барабанщиков Ю.А., Тищенко П.Я., Семкин П.Ю., Волкова Т.И., Звалинский В.И., Михайлик Т.А., Сагалаев С.Г., Сергеев А.Ф., Тищенко П.П., Швецова М.Г., Шкирникова Е.М. (2015) Сезонные гидролого-гидрохимические исследования бухты Воевода (Амурский залив, Японское море). Известия ТИНРО. 180, 161-178.

  4. Богданов Ю.А., Гурвич Е.Г., Лисицын А.П. (1979) Модель накопления органического углерода в донных осадках Тихого океана. Геохимия. (6), 918-927.

  5. Блиновская Я.Ю. (2001) Ландшафтная характеристика и оптимизация природопользования в прибрежно-морской зоне залива Посьета. Дис. … канд. геогр. наук. Владивосток: Тихоокеанский институт географии, 225 с.

  6. Вершинин А.В. (1999) Химический обмен на границе раздела придонная вода – морское дно (Проблемы теории и методов исследования). Дис … докт. хим. наук. М.: Институт ГЕОХИ им. В.И. Вернадского, 381 с.

  7. Волков И.И. (1979) Окислительно-восстановительные процессы диагенеза осадков. Химия океана. М.: Наука, 2, 363-413.

  8. Гаврилова Г.С., Кондратьева Е.С. (2018) Результаты хозяйственной деятельности и проблемы развития марикультуры залива Посьета (Японское море) в 2000–2015 гг. Известия ТИНРО. 195, 229-243.

  9. Звалинский В.И., Тищенко П.П., Михайлик Т.А., Тищенко П.Я. (2013) Эвтрофикация зал. Петра Великого. Океанологические исследования дальневосточных морей и северо-западной части Тихого океана. Владивосток: Дальнаука. 1, 260-293.

  10. Иванов М.В. (1979) Распространение и геохимическая деятельность бактерий в осадках океана. Химия океана. М.: Наука, 2, 363-413.

  11. Коновалова Г.В. (1972) Сезонная характеристика фитопланктона в Амурском заливе Японского моря. Океанология. 12, 123-128.

  12. Лейн А.Ю., Саввичев А.С., Русанов И.И., Павлова Г.А., Беляев Н.А., Крейн К., Пименов Н.А., Иванов М.А. (2007) Биогеохимические процессы в Чукотском море. Литология и полезные ископаемые. (3), 247-266.

  13. Лоция северо-западного берега Японского моря (1996) СПб.: ГУНИО МО, 354 с.

  14. Михайлик Т.А., Тищенко П.Я., Колтунов А.М., Тищенко П.П., Швецова М.Г. (2011) Влияние реки Раздольной на экологическое состояние вод Амурского залива (Японское море). Водные ресурсы. 38, 474-484.

  15. Романкевич Е.А., Ветров А.А. Пересыпкин В.И. (2009) Органическое вещество мирового океана. Геология и геофизика. 50, 401-411.

  16. Супранович Т.И., Якунин Л.П. (1976) Гидрология залива Петра Великого. Ленинград: Гидрометеоиздат. 198 с.

  17. Тищенко П.П. Сезонная гипоксия Амурского залива: автореф. дис. … канд. геогр. наук. Владивосток, 2013. 16 с.

  18. Тищенко П.Я., Лобанов В.Б., Звалинский В.И., Сергеев А.Ф., Волкова Т.И., Колтунов А.М., Михайлик Т.А., Сагалаев С.Г., Тищенко П.П., Швецова М.Г. (2011) Сезонная гипоксия Амурского Залива (Японское море). Известия ТИНРО. 165, 108-129.

  19. Тищенко П.Я., Барабанщиков Ю.А., Павлова Г.Ю., Рюмина А.А., Сагалаев С.Г., Семкин П.Ю., Тищенко П.П., Уланова О.А., Швецова М.Г. Шкирникова Е.М., Тибенко Е.Ю. (2021) Гидрохимическое состояние залива Угловой (Амурский залив) в разные сезоны. Известия ТИНРО. 201, 138-157.

  20. Тищенко П.Я., Медведев Е.В., Барабанщиков Ю.А., Павлова Г.Ю., Сагалаев С.Г., Тищенко П.П., Швецова М.Г., Шкирникова Е.М., Уланова О.А., Тибенко Е.Ю., Орехова Н.А. (2020) Органический углерод и карбонатная система в донных отложениях мелководных бухт залива Петра Великого (Японское море). Геохимия. 65, 583-598.

  21. Tishchenko P.Ya., Medvedev E.V., Barabanshchikov Yu.A., Pavlova G.Yu., Sagalaev S.G., Tishchenko P.P., Shvetsova M.G., Shkirnikova E.M., Ulanova O.A., Tibenko E.A., Orekhova N.A. (2020) Organic Carbon and Carbonate System in the Bottom Sediments of Shallow Bights of the Peter the Great Bay (Sea of Japan). Geochem. Int. 58, 704-718.

  22. Behrens E.W. (1980) On sedimentation rates and porosity. Marine Geology 35, M11-M16.

  23. Berner R.A. (1980) Early Diagenesis. A Theoretical Approach. Princeton, N.J.: Princeton University Press, 241 p.

  24. Boudreaua B.P., Meysman F.J.R., Jack J. (2004) Middelburg Multicomponent ionic diffusion in porewaters: Coulombic effects revisited. Earth Planetary Science Letters. 222, 653-666.

  25. Boudreaua B.P. (1997) Diagenetic models and their implementation. Modelling transport and reactions in aquatic sediments. Berlin: Springer-Verlag, 414 p.

  26. Burkholder J.M., Tomasko D.A., Touchette B.W. (2007) Seagrasses and eutrophication. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 350, 46-72.

  27. Callender E., Hammond D.E. (1982) Nutrient Exchange across the Sediment-water Interface in the Potomac River Estuary. Estuarine, Coastal Shelf Science. 15, 395-413.

  28. De La Rocha C.L. (2006) The biological pump. Treatise on Geochemistry Amsterdam: Elsevier. 6, 83-111.

  29. Emerson S., Hedges J. (2006) Sediment Diagenesis and Benthic Flux. Treatise on Geochemistry. Amsterdam: Elsevier. 6, 293-319.

  30. Forster S., Graf G., Kitlar J., Powilleit M. (1995) Effects of bioturbation in anoxic and hypoxic conditions: a microcosm experiment with a North Sea sediment community. Mar. Ecol. Prog. Ser. 116, 153-161.

  31. Gieskes J.M. (1975) Chemistry of Interstitial Waters of Marine Sediments. Annual Review Earth Planetary Sciences. 3, 433-453.

  32. Green M.A., Aller R.C., Cochran J.K., Lee C., Aller J.Y. (2002) Bioturbation in shelf/slope sediments off Cape Hatteras, North Carolina: the use of 234Th, Chl-a, and Br to evaluate rates of particle and solute transport. Deep-Sea Res. II. 49, 4627-4644.

  33. Kristensen E., Penha-Lopes G., Delefosse M., Valdemarsen M., Quintana C.O., Banta G.T. (2012) What is bioturbation? The need for a precise definition for fauna in aquatic sciences. Mar. Ecol. Prog. Ser. 446, 285-302.

  34. Lerman A. (1978) Chemical exchange across sediment – water interface. Ann. Rev. Earth Planet. 6, 281-303.

  35. Levin L., Blair N., DeMaster D., Plaia G., Fornes W., Martin C., Thomas C. (1997) Rapid subduction of organic matter by maldanid polychaetes on the North Carolina slope. J. Mar. Res. 55, 595-611

  36. Middelburg J.J. and Levin L.A. (2009) Coastal hypoxia and sediment biogeochemistry Biogeosciences. 6, 1273-1293.

  37. Pilgrim D.A. (1987) Measurement and estimation of the extinction coefficient in turbid estuarine waters. Cont. Shelf Res. 7, 1425-1428.

  38. Redfield A.C., Ketchum B.H., Richards F.A. (1963) The influence of organisms on the composition of seawater. The Sea (Ed. Hill. M.N.) N.Y.: Interscience. 2, 26-77.

  39. Romero J., Lee K.-S., Pérez M., Mateo M.A., Alcoverro T. (2006) Nutrient dynamics in seagrass ecosystems. Seagrasses: Biology, Ecology Conservation. Netherlands: Springer, 227-254.

  40. Ralph, P.J., Tomasko, D., Moore, K., Seddon S., Macinnis-Ng C.M.O. (2006) Human impacts on seagrasses: eutrophication, sedimentation, and contamination. Seagrasses: Biology, Ecology Conservation. Netherlands: Springer, 567-593.

  41. Rullkotter J.G. (2006) Organic Matter: The Driving Force for Early Diagenesis. Marine Geochemistry. Horst D. Schulz, Matthias Zabel Eds, 2-nd edition, Berlin Heidelberg, N.Y.: Springer-Verlag, 125-168.

  42. Sayles F.L. (1979) The composition and diagenesis of interstitial solutions-I. Fluxes across the seawater-sediment interface in the Atlantic Ocean. Geochim. Cosmochim. Acta. 43. 527-549.

  43. Schults H.D. (2006) Quantification of Early Diagenesis: Dissolved Constituents in Marine Pore Water. Marine Geochemistry/ Horst D. Schulz, Matthias Zabel Eds, 2-nd edition / Berlin Heidelberg, N.Y.: Springer-Verlag, 75-124.

  44. Sun M., Aller R.C., Lee C. (1991) Early diagenesis of chlorophyll-a in Long Island Sound sediments: A measure of carbon flux and particle reworking. J. Mar. Res. 49, 379-401.

  45. Touchette B.W., Burkholder J.M. (2000) Review of nitrogen and phosphorus metabolism in seagrasses. J. Exp. Marine Bio. Ecol. 250, 133-167.

  46. Wang J.N., Zhao L., Wei H. (2012) Variable diffusion boundary layer and diffusion flux at sediment-water interface in response to dynamic forcing over an intertidal mudflat. Chin. Sci. Bull. 57, 1568-1577.

Дополнительные материалы отсутствуют.