Органические вещества в термальных водах Камчатки (кислородсодержащие соединения)

Полуостров Камчатка является активным вулканическим регионом, который обладает мощными термоминеральными ресурсами. Формирование высокотемпературных гидротермальных систем здесь происходит в условиях резкого термоградиентного режима благодаря близкому положению магматического очага к поверхности. Одни из наиболее высокотемпературных гидротермальных систем в пределах полуострова Камчатка – Мутновская, Паратунская и Узон-гейзерная. Ранее осуществлялись исследования органического вещества средней летучести в термальных водах Камчатки [2–4, 6, 7]. Однако состав и молекулярно-массовое распределение кислородсодержащих соединений подробно не рассматривались. Вместе с тем это многочисленная группа органических соединений, объединяющая несколько классов органических соединений, которые являются биохимически важными соединениями и участвуют во многих процессах, происходящих в системе «вода–порода– газ–органическое вещество».

Исследование термальных вод и пароводяной смеси полуострова Камчатка проводилось в летний период 2005, 2007 и 2009 гг. Для отбора проб термальной воды на органическое вещество использовалась посуда из темного стекла с притертой крышкой емкостью 0,5 дм3, предварительно промытая хромовой смесью и дистиллированной водой. При анализе пароводяной смеси, поступающей из глубоких скважин, отбирался конденсат этой смеси. Концентрат органических соединений получали методом твердофазной экстракции. Качественный анализ органических соединений проводили на газовом хрома-томасс-спектрометре Shimadzu GCMS-QP2010S.

Кислородсодержащие органические соединения присутствуют практически во всех исследуемых термальных водах и пароводяной смеси, причем их доля в составе органического вещества средней летучести составляет значительную часть, до 80% (в среднем около 25%). Всего установлено 41 кислородсодержащее соединение. К кислородсодержащим органическим соединениям относятся спирты, альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты и эфиры. Также сюда могут быть отнесены некоторые амиды и стероиды [1]. Это обширная группа органических соединений широко распространена в биосфере, присутствует в природных водах и имеет, вероятно, биогенное происхождение [5]. Самые «многочисленные» гомологические ряды в исследуемых водах – это карбоновые кислоты (14 соединений), эфиры (11 соединений) и спирты (5). На остальные гомологические ряды приходится 11 соединений (альдегиды, кетоны, стероиды и 1 лактам).

Характерным классом кислородсодержащих соединений в термальных водах Камчатки являются спирты, достигающие в среднем 20%. Спирты – производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на соответствующее число гидроксильных групп

(–ОН) [1]. В исследуемых водах установлены спирты с числом атомов углерода в молекуле – С5, С8, С10, С15, С16. Наблюдается резкое преобладание четных гомологов (отношение нечетных к четным 0,2), что указывает, вероятно, на их биогенное происхождение в термальных водах исследуемых районов. Кроме спиртов широко распространены эфиры, в среднем около 18%. В исследуемых нами водах установлено 11 эфиров.

К кислородсодержащим компонентам, установленным в термальных водах, относятся также альдегиды и кетоны, занимающие в среднем 12%, и карбоновые кислоты (в среднем 10%). Молекулярно-массовое распределение карбоновых кислот указывает на явно биогенное происхождение в исследуемых водах (отношение нечетных кислот к четным в среднем 0,3). Всего установлено 14 карбоновых кислот.

К остальным гомологическим рядам кислородсодержащих соединений, установленных в термальных водах, относятся стероиды, явно биогенные компоненты, продукт животного происхождения, найденные только в одном месте – кипящий водяной котел Дачного термального поля, и лактамы или амиды, представленные только одним компонентом – 2-пирролидоном – со-единеним, содержащим наряду с углеродом, водородом и кислородом еще и азот.

Таким образом, органические соединения средней летучести, содержащие в своем составе атом кислорода, установлены практически во всех исследуемых термальных водах и пароводяной смеси Мутновского и Па- ратунского геотермальных районов и кальдеры Узон. Всего установлено 41 кислородсодержащее соединение, относящееся к 7 гомологическим рядам. Их относительное содержание в составе органического вещества средней летучести около 25%. Широкого распространения достигают спирты, эфиры, карбоновые кислоты, альдегиды и кетоны. Эти соединения широко продуцируются в биосфере и имеют, вероятно, биогенное происхождение. На это указывают и особенности молекулярно-массового распределения карбоновых кислот и спиртов.