Биогеохимические процессы образования метана и сероводорода в прибрежных осадках озера Байкал
Автор: Дагурова Ольга Павловна, Гаранкина Валентина Петровна, Дамбаев Вячеслав Борисович, Намсараев Баир Бадмабазарович
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Философия @vestnik-bsu
Рубрика: Химия
Статья в выпуске: 3, 2013 года.
Бесплатный доступ
В прибрежных осадках оз. Байкал определена интенсивность терминальных процессов анаэробной деструкции органического вещества. Интенсивность сульфатредукции варьировала от 0,019 до 0,588 мкг S дм -3 сут -1, метанобразования - от 0,164 до 10,66 мкг С дм -3 сут -1. Выявлено доминирование процесса метанобразования, что характерно и для глубоководных илов озера Байкал. Средние значения процессов в осадках мелководных заливов были выше, чем в прибрежных осадках открытых участков Байкала.
Метанобразование, сульфатредукция, прибрежные осадки, мелководные заливы, оз. байкал
Короткий адрес: https://sciup.org/148181822
IDR: 148181822 | УДК: 574.52
Biogeochemical processes of formation of methane and hydrogen sulfide in coastal sediments of lake Baikal
The rates of terminal processes of anaerobic organic matter destruction in coastal sediments of Lake Baikal were measured. The rate of sulfate reduction varied from 0,019 to 0,588 ßg S dm -3 day -1. Methane formation occurred at a rate of 0,164-10,66 ßg С dm -3 day -1. The dominance of methane formation was revealed that is also characteristic for deep sediments of Lake Baikal. The average rates of processes in shallow bays were higher than in coastal sediments of the Baikal exposed areas.
Текст научной статьи Биогеохимические процессы образования метана и сероводорода в прибрежных осадках озера Байкал
Деструкция органического вещества в осадках водоемов завершается бактериальными процессами метанобразования и сульфатредукции; по количеству органического вещества, использованного в этих процессах, можно оценить масштабы микробной деятельности в анаэробных зонах. При наличии сульфатов распад органического вещества идет в основном при участии сульфатредуцирующих бактерий до H 2 S и углекислоты, а при недостатке SO 4 2- – с участием метанобразующих бактерий с образованием СН 4 и углекислоты [1]. В донных отложениях пресноводных экосистем метаногенез является доминирующим процессом [1–4].
Для Байкала также характерно превалирование процесса метанобразования над сульфатредукцией, что связано с низкими концентрациями сульфатов. В местах поступления антропогенного загрязнения обнаружена интенсификация процесса сульфатредукции, что может предположить использование увеличения численности и активности сульфатредукторов как индикатора экологического неблагополучия отдельных районов Байкала [5]. В районах разгрузки газов и выходов нефти оз. Байкал обнаружена высокая численность и активность метанобразующих бактерий [6, 7]. В прибрежных песчаных осадках оз. Байкал, в т. ч. и в осадках мелководных заливов, скорости процессов метаноб-разования и сульфатредукции до настоящего времени не были изучены.
Цель исследования – оценить процессы образования метана и сероводорода в прибрежной зоне оз. Байкал.
О.П. Дагурова, В.П. Гаранкина, В.Б. Дамбаев и др . Биогеохимические процессы образования метана и сероводорода в прибрежных осадках озера Байкал
Объекты и методы исследования
Исследования прибрежных осадков оз. Байкал были проведены в 2009–2011 гг. в мелководных заливах – Провал, Посольский Сор и Сор Черкалов, а также фоновых (контрольных) участках открытого Байкала Боярск и Энхалук, расположенных вблизи заливов. Изученные мелководные заливы находятся в придельтовом пространстве крупнейшего притока оз. Байкал – р. Селенга.
Скорость микробных процессов определена радиоизотопным методом [8]. Пробы осадков отбирали в пластиковые шприцы, закрытые резиновыми пробками. В пробы вводили 0,1–0,2 мл раствора Nа14НСО 3 для определения процесса метанобразования, Na 2 35SO 4 для определения процесса сульфат-редукции, инкубировали в течение 1–2 суток и фиксировали формалином. Процесс сульфатредукции дополнительно останавливали 10-25%-м раствором ацетата цинка. Обработку фиксированных проб производили по известным методикам [9]. Радиоактивность меченых соединений измеряли на жидкостном сцинтилляционном счетчике Rackbetta (LKB, Швеция).
Результаты и обсуждение
В прибрежных осадках исследуемых районов были измерены интенсивности терминальных процессов анаэробной деструкции органического вещества – сульфатредукции и метанобразования (табл.).
Значения процессов характеризовались большой вариабельностью. Интенсивность сульфатредук-ции в заливах и фоновых участках варьировала от 0,019 до 0,588 мкг S дм-3 сут-1; высокое значение – 13,38 мкг S дм-3 сут-1 – выявлено в заиленных песках залива Сор Черкалов. Метанобразование из СО 2 происходило со скоростью 0,164–10,66 мкг С дм-3 сут-1. Максимальные значения выявлены в осадках Посольского Сора и фонового участка Энхалук. Интенсивности метанобразования и сульфатредук-ции не превышали значений процессов в глубоководных участках открытого Байкала [6].
Таблица
Интенсивность терминальных микробных процессов анаэробной деструкции в прибрежных осадках оз. Байкал
|
Дата |
Сульфатредукция, мкг S дм3 сут-1 |
Расход С в процессе суль-фатредукции, мкг С дм3 сут-1 |
Метанобразование, мкг С дм3 сут-1 |
Расход С в процессе метаногенеза, мкг С дм3 сут-1 |
|
Провал |
||||
|
август 2009 |
- |
- |
0,306 |
1,225 |
|
август 2009 |
0,019 |
0,015 |
4,775 |
19,10 |
|
июль 2010 |
0,059 |
0,046 |
1,295 |
5,179 |
|
среднее |
0,039 ±0,0008 |
0,030 ±0,0005 |
2,125 ±9,985 |
8,502 ±0,586 |
|
Посольский Сор |
||||
|
июль 2010 |
0,038 |
0,028 |
0,164 |
0,657 |
|
март 2011 |
- |
- |
0,670 |
2,679 |
|
ноябрь 2011 |
0,588 |
0,441 |
10,66 |
42,63 |
|
среднее |
0,221 ±0,202 |
0,166 ±0,113 |
3,831 ±70,035 |
15,32 ±1120,5 |
|
Сор Черкалов |
||||
|
июль 2010 |
13,38 \ |
10,03 \ |
2,134 \ |
8,535 |
|
Боярск, фон |
||||
|
июль 2010 |
0,212 |
0,159 |
0,881 |
3,524 |
|
ноябрь 2011 |
0,327 |
0,245 |
2,732 |
10,93 |
|
ноябрь 2011 |
0,303 |
0,228 |
9, 994 |
39,98 |
|
среднее |
0,281 ±0,007 |
0,210 ±0,004 |
4,536 ±46,40 |
18,14 ±742,36 |
|
Энхалук, фон |
||||
|
июль 2010 |
0,502 \ |
0,377 \ |
0,147 \ |
0,586 |
Рис. 1. Расход органического вещества в терминальных процессах анаэробной деструкции оз. Байкал
сульфатредукция м етаногенез
Мелководные заливы
Фоновые участки
Рис. 2. Расход органического вещества в терминальных процессах анаэробной деструкции в прибрежных осадках
Сравнение среднего расхода органического вещества на изучаемые процессы выявило доминирование процесса метанобразования (рис. 1), что характерно и для глубоководных илов оз. Байкал [6]. В заливе Сор Черкалов величины расхода С орг на оба процесса были соизмеримы, с небольшим преобладанием сульфатредукции. В осадках этого сора также выявлены наибольшие концентрации органического вещества, высокие численности бактерий и интенсивности процессов аэробной и анаэробной деструкции.
Значительных отличий в интенсивностях процессов между заливами и контрольными участками обнаружено не было. Однако средние величины процессов в заливах были несколько выше (рис. 2).
Таким образом, процесс анаэробной деструкции в прибрежных осадках озера Байкал в основном завершается образованием метана, как и в глубоководных осадках озера; образование сероводорода незначительно. В мелководных заливах процессы протекали несколько интенсивнее, чем в прибрежных участках открытого Байкала.
