Изотопные вариации углерода карбонатов и органического вещества минеральных озер Забайкалья

Минеральные озера представляют собой уникальные экосистемы, в которых экстремально высокие рН сочетаются с высокими концентрациями солей вплоть до насыщающих. Засушливый климат, высокая солнечная активность благоприятствуют испарению воды и образованию высокоминерализованных озер.

Цель исследования – изучение изотопных вариаций углерода карбонатов и органического вещества в донных осадках минеральных озер Забайкалья.

Объекты и методы исследования

Объектом нашего исследования являлось минеральное озеро Белое, расположенное в Селенгин-ском среднегорье. Отбор проб производился в различные сезоны года с февраля по сентябрь 2008 г.

Содержание карбонатов и соотношение стабильного изотопа ¹³С/¹²С органического вещества и карбонатов определяли на масс-спектрометре BreathMAT plus (Finnigan) с относительной погрешностью ±0,1‰ Углекислый газ для анализа на масс-спектрометре получали путем обработки карбонатных материалов 100%-й ортофосфорной кислотой и улавливали специальными ловушками с насыщенным раствором Ва(ОН) 2 в виде карбоната бария. Затем полученные карбонаты разлагали орто-фосфорной кислотой с образованием СО 2 и анализировали.

Для определения изотопного состава органического вещества образцы предварительно отмывали HCI от карбонатов. Сжигание проводили при температуре 5500С с CuO в качестве окислителя до СО2. Результаты выражали в виде величин δ 13С‰ в промилле, откалиброванных по отношению к стандартам PDB (белемнит из формации PD). Содержание органического вещества в исследуемых образцах выражали в процентах, на минеральную часть навески.

Результаты и обсуждение

Сезонная динамика содержания органического вещества и карбонатов в донных осадках оз. Белое по сезонам года имеет неравномерный характер (табл. 1). Так, максимальное содержание органического вещества и карбонатов с февраля по сентябрь месяц имеют два пика – это февраль и июль (рис. 1). Наибольшее количество органического вещества и карбонатов в феврале было 25,55% и 52,3%, в июле 29,03% и 39,5% соответственно. В феврале при низких температурах происходит осаждение солей. В этот период органическое вещество медленно разлагается гетеротрофными микроорганизмами. Весной при таянии ледового покрова и снега на озере в водоеме происходит разбавление солей.

С наступлением плюсовых температур окружающей среды органическое вещество, не разложившееся в зимний период, начинает разлагаться различными группами гетеротрофных микроорганизмов. Минимальное количество органического вещества и карбонатов в мае равно 2,17% и 19,2% соответственно. В последние дни мая по июль происходит накопление карбонатов вследствие выпадения малых количеств атмосферных осадков, а также высокой солнечной инсоляции и интенсивного процесса расходования воды на испарение. В июле наблюдается выпадение обильных атмосферных осадков, характерное в условиях засушливого климата и постепенное снижение температуры окружающей среды по сентябрь.

Атмосферные осадки в течение вегетационного периода года выпадают крайне неравномерно. В мае-июне их выпадает всего в пределах 15-25%, а в июле-августе до 60% годовой суммы осадков. С октября по апрель осадков выпадает также очень мало и они не превышают 15-20% от годового количества. Низкие температуры зимы и незначительный снежный покров обуславливают глубокое промерзание грунтов и мелких озер [1].

Таблица 1

Содержание изотопного состава углерода карбонатов и органического вещества в озере Белое

Дата от бора проб

Рис. 1. Содержание органического вещества и карбонатов в озере Белое в ремя от бора проб

СО

Рис. 2. Изотопный состав углерода органического вещества в озере Белое в ремя от бора проб

Рис. 3. Изотопный состав углерода карбонатов озера Белое

Проведенные исследования по изотопному составу углерода показали, что в апреле наблюдается деструкция органического вещества, δ ¹³С орг составляет -16,60‰ (рис. 2). В мае происходит синтез органического вещества. Значение δ ¹³С органического вещества составляет -30,36‰, что соответствует утяжелению изотопного состава δ ¹³С_карб -10,77‰, донные осадки наследует изотопный состав первичных продуцентов органического вещества. В июне и июле отмечается утяжеление изотопного состава органического вещества до -19,48‰, при этом наблюдалось облегчение δ ¹³С карб (рис. 3). Происходит минерализация органического вещества. В сентябре наблюдается обратное облегчение изотопного состава органического вещества. В этот период донные осадки наследуют изотопный состав прибрежной растительности. В зимний период, который длится до февраля, изотопный состав органического вещества изменяется не значительно [2].

Таким образом, широкий диапазон варьирования δ ¹³С орг указывает на то, что донные осадки отражают изотопный состав C_орг вещества, как первичных продуцентов, так и его потребителей. Полученные данные являются изотопными характеристиками процессов, которые происходили в иловых осадках озер, и представляют значимость для понимания особенностей формирования и генезиса органических и минеральных углеродсодержащих веществ в изученных экосистемах.

Работа выполнена при поддержке грантов Президиума СО РАН № 38, 95, МО РФ РНП 2.1.112 165 и НОЦ « Байкал ».