Яндекс.Метрика

Е.А. Солдатова,Е.С.Сидкина,Б.А.Кирюхин,П.Н.Максимов,Л.А.Кривенок,В.Иванов,Н.И.Тананаев

: Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов

Актуальность и объект исследования. Межмерзлотные водоносные горизонты и области их разгрузки с приуроченными к ним сезонными наледями подземных вод - особые мерзлотно-гидрогеологические и гидрохимические системы, нетипичные для мощной сплошной криолитозоны центральной Якутии. Различия в содержании хлорфторуглеродов указывают на анаэробный статус некоторых источников, предполагающий микробную деградацию этих соединений метаногенными бактериями. В области разгрузки таких источников происходит резкая смена геохимической обстановки, приводящая к трансформации химического состава вод и запускающая процессы вторичного минералообразования в этой буферной области. В данной работе рассмотрена геохимическая система источника Суллар - самого северного и наименее изученного в группе источников межмерзлотных вод правобережья р. Лены. В ходе экспедиционных исследований в зоне разгрузки источника нами была обнаружена интенсивная аккумуляция аутигенных минералов, в первую очередь соединений железа, а также формирующиеся на них бактериальные маты в виде опалесцирующей пленки. Ряд исследователей связывает трансформацию соединений железа при оттаивании многолетнемерзлых пород с процессами миграции и преобразования органического вещества, в том числе его микробного потребления с выделением метана. Мы предположили наличие взаимосвязи между особенностями вторичного минералообразования и содержанием и эмиссией метана в зоне разгрузки источника. Представленная работа - первое комплексное описание гидрохимии источника межмерзлотных вод Суллар. Целью работы было выявить влияние геохимических условий и микробных сообществ на формирование вторичных минералов и потоков метана с поверхности источника, в частности, оценить влияние смены геохимической обстановки при разгрузке межмерзлотных вод на осаждение Fe и проанализировать связь между этим процессом и потоками метана. Для этого были изучены химический состав воды источника Суллар, потоки парниковых газов с его поверхности, а также минеральный и микробиологический состав корок вторичных минералов и элювия, отобранных в долине источника в непосредственной близости от точек отбора проб воды. Методы. Содержание основных ионов определялось методом ионной хроматографии. Концентрация гидрокарбонат иона и растворенной углекислоты рассчитаны методом равновесного моделирования исходя из значений pH и Eh системы. Содержание микрокомпонентов определялось методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Для выявления сезонной и годовой изменчивости был проведен ретроспективный анализ данных о химическом составе воды источника Суллар за период с 1962 по 2020 гг. Удельные потоки были измерены при помощи камерного метода. Концентрация метана определялась методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором. Текстурно-структурные особенности корок вторичных минералов и элювия определены с помощью петрографического микроскопа. Химический состав отдельных минеральных фаз оценивался с помощью сканирующего электронного микроскопа, оснащенного детектором для энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа. Концентрацию ДНК измеряли на флуориметре. Библиотеки ампликонов создавали с помощью полимерной цепной реакции с универсальными праймерами для области V4. Равновесное моделирование проведено в программе HCh. За исходные данные приняты аналитические данные о химическом составе изучаемых проб воды. Результаты и выводы. Основным минералом, образующимся из природных вод источника Суллар является гетит. Его образование является превалирующим механизмом вывода Fe из раствора. Окислительный (кислородный) барьер имитирован в модели изменением окислительно-восстановительных условий. Модельные результаты согласуются с натурными наблюдениями: уменьшением содержания Fe практически сразу после разгрузки межмерзлотных вод и формированием красно-бурых корок вторичных минералов в долине источника. Наличие корок окислов железа на терригенном материале и преобладание (гидро)окислов железа в минеральном составе осадка, выпавшего из пробы воды источника Суллар в лабораторных условиях, фиксируется по данным СЭМ. Был сделан вывод, что удаление из раствора основной массы Fe связано с образованием (гидро)окислов при его переходе из хорошо растворимой восстановленной формы в менее растворимую, окисленную на кислородном барьере. Механизмом образования железо-карбонатных пленок, обнаруженных на терригенном материале, является испарительное концентрирование в сочетании с увеличением рН при взаимодействии разгружающихся межмерзлотных вод с атмосферой. Железо связывается карбонатными пленками за счет функционирования сорбционного карбонатного барьера: в связи с малым значением произведения растворимости многих карбонатов двухвалентных элементов эти элементы еще до образования своих карбонатов соосаждаются с карбонатом кальция. Помимо Fe, на сорбционном карбонатном барьере осаждается и небольшое количество Mn. Высокая относительная распространенность метанотрофов и низкое количество метаногенов в элювии, отобранном со дна источника Суллар, указывают на то, что метан поступает из межмерзлотного водоносного горизонта и начинает окисляться бактериальными сообществами в приповерхностных условиях, однако значительная часть метана расходуется на эмиссию. Железовосстанавливающие бактерии обнаружены на уже сформировавшихся корках вторичных минералов на высохших участках русла и почти отсутствуют в донном элювии, что исключает их влияние на метаногенез.
индекс в базе ИАЦ: 038087