Океанология, 2021, T. 61, № 4, стр. 539-542

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время возрастающую актуальность приобретают исследования природных источников эмиссии газа метана в Мировом океане [1–5]. Южный океан в этом отношении наименее изучен. В экспедиции 79-го рейса НИС “Академик Мстислав Келдыш” (январь–февраль 2020 г.) проведены газогеохимические и геомикробиологические исследования в проливе Антарктик (Antarctic Sound), разделяющем Антарктический полуостровов и острова Жуэнвиль (Joinville) и Д'Урвиль (D’Urville) (рис. 1 ). Основная цель этих исследований состояла в изучении распределения метана в водной толще пролива, определении возможной взаимосвязи между увеличением количества метана в воде и ростом пелагического микробного сообщества, оценке поступления метана в атмосферу как газа, провоцирующего парниковый эффект.

Через пролив Антарктик водные массы из моря Уэдделла проникают в пролив Брансфилда, где сталкиваются с водами южной ветви Антарктического Циркумполярного течения (АЦТ) и принимают участие в формировании пограничного течения пролива Брансфилд [6]. Несмотря на определенные успехи в изучении закономерностей распределения метана в море Уэдделла [7], акватории пролива Брансфилда [8], до настоящего времени остается неисследованным распределение полей метана в этом регионе Антарктики, а также влияние течений на формирование водных масс разного происхождения и содержания метана в проливе Антарктик. В нашей работе представлены первые результаты анализа распределения метана на разных горизонтах водной толщи пролива Антарктик.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Для измерения концентрации метана в водных колонках был выбран метод равновесных концентраций “Headspace” [9]. Расчет концентраций метана, растворенного в морской воде, производился по методике [10] в модификации [11] c использованием расчетных констант растворимости метана. Для газохроматографического анализа газового состава применялся газовый хроматограф “ЭХО-EW мод.2” (Россия), оснащенный пламенно-ионизационным детектором (ПИД) и металлической поликапиллярной колонкой (длина 2 м, толщина 0.2–0.3 мм, фаза HayesepSD).

Скорость метанотрофии и метаногенеза определяли газохроматографическим методом с использованием дифторметана в качестве ингибитора монооксигеназы. Дополнительно, фиксировали наличие биоиндикаторных термофильных метанотрофных бактерий. Микроорганизмы культивировали на среде AMS-NS стандартного состава с добавлением микроэлементов по Пфенингу при температуре +60°С в течение 3 сут. Наличие клеток подтверждали с помощью микроскопии непосредственно на борту судна.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В проливе Антарктик было выполнено два продольных разреза длиной 52 и 62 км с тремя и пятью станциями, соответственно, с временны́м интервалом в десять суток. Карта пролива, схемы расположение разрезов и станций и показаны на рис. 1 .

Рис. 1.

Схема расположения островов и разрезов (1 и 2) в районе пролива Антарктик (рейс 79, АМК, январь–февраль 2020, Антарктика).

Первый разрез из трех станций (6622, 6625, 6627) был выполнен в диапазоне глубин от 127 до 947 м 3 февраля 2020 г. Средняя концентрация метана в водной толще разреза составляла 3.91 нмоль/л. Максимальное содержание метана (7.53 нмоль/л) было обнаружено в придонном слое на глубине 947 м на станции 6625. Минимальная концентрация метана (1.22 нмоль/л) была приурочена к горизонту 45 м станции 6625. Распределение метана в водной толще пролива Антарктика на первом разрезе показано на рис. 2 .

Рис. 2.

Распределение метана в воде на разрезе, включающем станции 6622, 6625, 6627.

На рисунке хорошо виден участок с повышенной концентрацией метана (5.00–7.53 нмоль/л) в глубокой части пролива ниже изобаты 400 м. Также заметно вторжение бедных метаном водных масс (1.22–3.00 нмоль/л) из моря Уэдделла в южную часть пролива выше изобаты 100 м. Центральная часть пролива глубиной до 400 м характеризуется сильно перемешанными водными массами с концентрациями метана от 1.83 до 5.09 нмоль/л, однако и на склоне пролива максимальное содержание метана также приурочено к придонному слою.

Второй продольный разрез в проливе Антарктик был выполнен через десять дней и состоял из пяти станций (6645, 6646, 6647, 6648, 6649). Распределение метана в водной толще пролива Антарктик на этом разрезе показано на рис. 3 .

Рис. 3.

Распределение метана на втором разрезе, включающем станции 6645, 6646, 6647, 6648, 6649.

Максимальная концентрация метана составила 7.55 нмоль/л и была приурочена к горизонту 100 м на самой южной станции разреза 6649. Среднее содержание метана в морской воде составило 4.74 нмоль/л. Как и на первом разрезе, протяженная зона с повышенным содержанием метана (6.00–6.11 нмоль/л) была приурочена к глубоководной части пролива – горизонтам ниже 400 м. Северный мелководный участок пролива также обнаруживал увеличение средней концентрации метана до 4.78 нмоль/л. На этом участке не наблюдалось повышения температуры водных горизонтов либо выраженного распреснения, вызванного пресноводным стоком. Поэтому рост концентраций метана вызван, по нашему мнению, вторжением более богатых метаном вод из пролива Брансфилда в северную часть пролива Антарктик под действием ветра или течений.

Анализ микробных сообществ в водной толще пролива показал устойчивую взаимосвязь активности метанотрофов с увеличением количества растворенного в воде метана. Для станций первого разреза скорость метанотрофии была почти в 2 раза выше, чем для второго, и измеренные величины составляли 0.46 и 0.27 нмоль/л в час соответственно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важным результатом проведенных исследований является обнаружение устойчивой стабильной зоны с повышенной концентрацией метана в глубокой части пролива Антарктик, локализованной в придонном слое ниже изобаты 400 м, что подтверждается данными двух разрезов. В целом, район характеризуется невысокими значениями скоростей синтеза и окисления метана. На всех станциях бактериальная утилизация метана преобладала над его синтезом, что говорит о присутствии постоянного источника метана. Вероятно, повышение концентрации метана в придонном слое воды связанно с процессами в глубоководной части пролива Антарктик, где на дне существуют еще не закартированные участки газовой разгрузки.

Источники финансирования. Работа выполнена в рамках Гостемы “Комплексные исследования окружающей среды Южного океана” № FWMM-2019-0007 и Госзаданий № FWMM-2019-0006, регистрационные номера: АААА-А19-119122090009-2 и АААА-А17-117030110035-4.