Введение 4 ВВЕДЕНИЕ

Введение
4 ВВЕДЕНИЕ
Особый интерес ученых различного профиля к метану (СН4), являющегося простейшим
представителем подгруппы предельных (метановых) углеводородов, объясняется, по
крайней мере, тремя моментами. Так, изучение условий образования и закономерностей
распределения содержания углеводородных газов и, в частности, метана в воде и
отложениях водоёмов различного типа традиционно представляет интерес как поисковый
критерий нефтегазоносности акваторий, поскольку поиски газовых месторождений и
правильная оценка перспектив газоносности должны основываться на знании основных
этапов генерации углеводородных газов, в том числе, раннедиагенетического (Соколов,
1971; Жижченко, 1974; Геодекян и др., 1978; Обжиров, 1989 и др.).
С другой стороны, количественная оценка содержания метана является важной и
актуальной задачей гидрохимии. Исследования цикла метана показывают, что
микробиологические процессы его круговорота, особенно в пресноводных водоемах,
имеют большую экологическую значимость, поскольку влияют на структуру и
функциональные особенности водной экосистемы в целом. Так, при бактериальном
окислении метана снижается содержание растворённого кислорода в воде, выделяется
диоксид углерода и новообразуется органическое вещество (ОВ) в процессе хемосинтеза.
Поступление метана из донных отложений в водную толщу в виде газовых пузырьков
способствует перемешиванию верхних горизонтов илов и придонной воды, ускоряет
вынос главным образом углерод- и азотсодержащих соединений со дна с газами и
поровым раствором (Мартынова и др., 1995).
В тоже время, в последние годы большое внимание стало уделяться изучению
закономерностей распределения метана и уровня его содержания в различных водных
экосистемах в связи с проблемой глобального потепления климата, а также значительной
ролью метана в атмосферных химических реакциях и, частности в процессах разрушения
озонового слоя. Начиная со второй половины XX века, количество метана в атмосфере
возрастает в среднем со скоростью 1 % в год (Изменения климата. Комплект ..., ЮНЕП
РКИКООН. М., 2003), при этом существенный вклад в общую его эмиссию вносят водные
экосистемы.
Настоящий бум научных исследований метана, как газа, играющего важную роль в
биогеохимическом цикле углерода в гидросфере, атмосфере и верхнем слое литосферы
Земли приходится на период с 1970 по 1990 годы. В это время, главным образом, и
выходит ряд фундаментальных работ (Кузнецов, 1970; Соколов, 1971; Заварзин, 1972;
Алексеев и др., 1978; Кузнецов и др., 1985; Зорькин и др., 1986), посвященных изучению
природы современного метаногенеза в водных и наземных экосистемах; разрабатываются
изотопные методы, в основе
5
которых лежат закономерности фракционирования стабильных изотопов углерода и
водорода, имеющего место при образовании метана различного происхождения. После
выхода в свет этих и других работ значительно расширились границы познания в этой
области, стала ясна важнейшая роль метанобразующих бактерий при анаэробной
деградации ОВ.
Несмотря на определённый прогресс в деле изучения природы современного метаногенеза
в водных объектах, по этой проблематике имеется и большое количество "белых пятен". В
частности, для многих водных объектов не дана количественная оценка содержания
метана в донных отложениях и водной толще; остаются слабо изученными и до конца не
понятыми особенности и закономерности распределения и образования метана в пресных
и эстуарных водоёмах; проведены единичные работы, посвященные наблюдению за
сезонными изменениями концентраций метана в водных объектах, не до конца ясны
взаимоотношения между метаногенами и другими микроорганизмами. Все эти вопросы
ещё остаются не решенными, что связано с относительно недавним началом
количественного и качественного определения газов, в частности метана, в водных
объектах, а также с недостатком эффективных методов, которые позволяют получать
точные результаты по данной проблематике.
В настоящее время большую актуальность имеют исследования природных явлений и
процессов в устьевых участках крупных рек и эстуарных зон. Эстуарные зоны
представляют собой естественный биогеохимический барьер, существующий на границе
наземных и морских экосистем, и мощнейший регулятор геохимических,
литогеохимических и биогеохимических процессов на Земле в целом. Смешение пресной
и соленой водных масс, а также особый гидрологический режим в сочетании с
постоянным потоком ОВ создают в районах впадения рек благоприятные условия для
развития микроорганизмов и активных аэробных и анаэробных деструкционных
процессов. В ходе деструкции ОВ происходит частичный возврат основных биогенных
элементов в водную толщу, что обеспечивает интенсивное протекание биогеохимических
круговоротов С, S, N и Р. В результате складывается достаточно сбалансированная
природная система, выделяющаяся высокой биологической продуктивностью. Особенно
отчётливо это проявляется в Азовском море, характеризующегося обширностью
эстуарной зоны и самой высокой продуктивностью среди водоёмов Мирового океана.
Причиной тому небольшие глубины моря, его хорошая прогреваемость и
перемешиваемость вод, а также мощный привнос биогенных веществ и взвеси,
обогащенной органическим материалом, с континента реками, среди которых особо
выделяется река Дон. Исходя из выше сказанного, Донская эстуарная зона представляет
большой интерес для биогеохимии, гидрохимии, гидрологии и океанологии.
6
Азовское море - сравнительно изученный шельфовый водоём. Существенный вклад в
познание Азовского моря внесли многие ростовские организации - Ростовский
госуниверситет (РГУ), АзНИИРХ, Гидрохимический институт (ГХИ), Мурманский
морской биологический институт КНЦ РАН (ММБИ) и другие. Много экспедиций в этом
бассейне провели Донская устьевая станция (ДУС, г. Азов), Государственный
океанографический институт (ГОИН), а также украинские учреждения - ЮгНИРО,
УкрАзНИИИРХ. В гораздо меньшей степени исследована река Дон.
Степень исследования природных явлений и процессов (геологических, химических,
гидрофизических, биологических) в Азовском море и реке Дон различна и неравномерна в
пространстве и во времени. Многие элементы экосистемы, например, процессы
деградации ОВ в донных отложениях остаются малоизученными, в том числе, процесс
метанообразования, являющийся завершающим этапом преобразования органики.
Поэтому особую значимость, как в теоретическом, так и в практическом плане
приобретает изучение закономерностей образования и распределения метана в донных
отложениях, установление факторов, влияющих на распределение и уровень его
содержания.
В литературе имеются отрывочные сведения о распределении количественного и
качественного состава углеводородных газов в отложениях открытой акватории
Азовского моря (Жижченко, 1984; Верещака, 1988), а также единичные данные по
Цимлянскому водохранилищу о потоках метана в системе "донные отложения - вода атмосфера" (Бессонов и др., 1994). Что касается собственно устьевого участка реки Дон и
Таганрогского залива, то, несмотря на актуальность изучения поведения важнейшего
компонента газового состава донных отложений, каковым является метан, до не давнего
времени в литературе не было опубликованных работ, посвященных проблеме
образования метана на раннедиагенетической стадии трансформации ОВ в этих водных
объектах. Начало крупномасштабному комплексному изучению данного ингредиента в
устьевой области реки Дон было положено в ГХИ, в то время, заведующим лабораторией
Изотопного мониторинга качества вод, профессором Ростовского госуниверситета, д.г.н.,
Ю.А. Фёдоровым. Под его руководством проведены исследования воды (Хорошевская
В.О.) и донных отложений (Гарькуша Д.Н.), с целью изучения особенностей и
закономерностей распределения содержания метана, определения в системе "донные
отложения - вода - атмосфера" потоков метана, как газа играющего важную роль в
биогеохимическом цикле углерода в гидросфере и атмосфере Земли, а также как
возможного индикатора антропогенного загрязнения и экологического состояния
водоёмов и водотоков.
7
Целью данной диссертации является изучение геохимических закономерностей
распределения метана в донных отложениях устьевой области реки Дон, включающей
придельтовый участок, собственно дельту и устьевое взморье (эстуарный участок Таганрогский залив). Исходя из целевого назначения работы, были определены
следующие основные задачи исследования:
1. Изучить пространственно-временное распределение содержания метана в толще
донных отложений мощностью до 0,5 м устьевого участка реки Дон и барьерной зоны
смешения пресных вод реки с более минерализованными водами Таганрогского залива.
2. Выявить особенности и закономерности распределения метана в отложениях по
площади реки Дон и Таганрогского залива, а также вертикальному разрезу верхних
горизонтов осадков.
3. Выявить закономерности сезонной динамики концентраций метана в отложениях
района исследования.
4. Выявить и оценить влияние природных (гидрохимических, гидрологических и
метеорологических) и антропогенных факторов и процессов на распределение и уровень
содержания метана в верхнем слое осадков устьевого участка реки и зоны смешения.
5. Установить роль донных отложений в формировании потоков метана в системе
"донные отложения - вода" и уровня его содержания в водной толще устьевой области
реки Дон.
Таким образом, объектом исследования является верхний горизонт (до 0,5 м) донных
отложений устьевого участка реки Дон и барьерной зоны смешения пресных вод реки с
более минерализованными водами Таганрогского залива. Предметом исследования
выступает метан, содержащийся в верхних горизонтах отложений.
Для достижения цели и поставленных задач в период с 1995 по 2004 год были проведены
комплексные экспедиционные исследования и прибрежные наблюдения, фактический
материал которых был положен в основу работы. Материал получен автором при
выполнении научно-исследовательских работ в ГХИ и в период обучения в аспирантуре
РГУ на кафедре Геоэкологии и прикладной геохимии геолого-географического
факультета. Начиная с 1997 г. автор непосредственно участвовал во всех экспедициях,
отбирал пробы и готовил их к анализу. Вся имеющаяся информация о закономерностях
распределения содержания метана была обработана лично автором методами
математической статистики посредством программ анализа данных Ms Excel, Surfer,
STATISTICA.
8
Содержание метана в воде и донных отложениях изучаемых водных объектов
определялось парофазным газохроматографическим методом, по методике разработанной
и применяемой в ГХИ (Тамбиева, Винников, 1989). Гидрохимические анализы воды и
отложений выполнены сотрудниками ГХИ и ДУС по общепринятым в системе
Росгидромета стандартным методикам (Руководство по химическому анализу..., 1977,
1993; Руководство по методам..., 1977).
В работе использованы результаты анализов свыше 900 проб донных осадков для
определения содержания метана, более 500 проб для определения концентраций Copr,
H2S, загрязняющих веществ (нефть и нефтепродукты), величин Eh, численности
метанобразующих и сульфатредуцирующих бактерий, свыше 1000 проб воды - на метан и
другие гидрохимические показатели качества воды (Ог, рН, Сорг, ХПК, БПК5, NO3, NO2,
NFLt, РОД
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые для устьевой области реки Дон исследовано пространственно-временное
распределение содержания метана в верхней толще отложений.
2. На основе большого фактического материала выявлены особенности и закономерности
распределения концентраций метана в отложениях по профилю "устьевой участок Дона
—»• Таганрогский залив —* Азовское море", по площади р. Дон и залива, а также по
вертикали осадков.
3. Выявлены основные особенности сезонной динамики концентраций метана в
отложениях района исследований.
4. Экспериментально доказана связь повышенных концентраций метана с загрязнением
поверхностных вод и отложений веществами органической и неорганической природы.
5. Проведены натурные исследования по определению величин потоков метана в системе
"донные отложения — вода", выявлен их суточный ход. Получено уравнение регрессии,
аппроксимирующее зависимость эмиссии метана в водную толщу от его концентрации в
донных отложениях. Выявлена и обоснована тесная прямолинейная связь между
содержаниями метана в отложениях и в водной толще. Установлена доминирующая роль
донных отложений в формировании уровня содержания метана в воде устьевой области
реки Дон.
Таким образом, в диссертации изложены данные экспериментальных исследований,
посредством которых решались задачи, имеющие большое значение для понимания
особенностей и закономерностей пространственно-временного распределения метана в
устьевых участках рек и эстуарных водоёмах. Вскрытые при этом закономерности
послужили более глубокому пониманию процессов, происходящих в изучаемых водных
объектах. Важным
9
является то, что в диссертации показана возможность практического использования
уровня содержания метана и его распределения в отложениях устьевой области р. Дон для
оценки экологического состояния и степени загрязнённости ОВ. С этой целью
разработана и предложена методика оценки. Материалы работы использованы в
лаборатории Изотопного мониторинга качества вод Гидрохимического института
(Росгидромет) при разработке методических рекомендаций по оценке уровня
загрязнённости донных отложений водоёмов и водотоков России и эстуарных зон по
показателю "метан". На защиту выносятся следующие положения:
1. От верховья устьевого участка р. Дон к морскому краю дельты содержание метана в
самом верхнем слое донных отложений возрастает. В зоне смешения речных и морских
вод в Таганрогском заливе при солёности 1,0-2,0 %о фиксируется резкий спад
концентрации метана, после чего его количество по направлению к устью залива
снижается менее значительно. В поперечном плане р. Дон наблюдается снижение
концентрации метана в донных отложениях от правого берега к левому. В заливе имеет
место уменьшение содержания метана от периферии прибрежной зоны к центральной его
части.
2. В донных отложениях реки Дон и Таганрогского залива, как правило, содержание
метана увеличивается от поверхностного слоя к нижележащему. Максимальный пик
концентрации метана обычно наблюдается на глубинах более 5 см. На участках,
подверженных значительному загрязнению ОВ и характеризующихся низкими
концентрациями кислорода у дна, уже в 0-5 см слое донных отложений одновременно с
интенсивной сульфатредукцией наблюдается активный метаногенез, что подтверждается
наличием здесь пиков максимумов концентраций, как сероводорода, так и метана.
3. В верхних горизонтах донных отложений устьевой области реки Дон преобладает метан
современного биохимического происхождения.
4. Уровень содержания метана и его распределение в верхних слоях донных осадков
характеризует биогеохимическую обстановку, складывающуюся в отложениях и на
границе их раздела с водной толщей.
5. Концентрация метана в верхних горизонтах донных отложений определяет его
содержание в воде устьевой области реки Дон, что подтверждается наличием тесной
прямолинейной зависимости между содержанием газа в этих двух средах.
10
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы,
содержащего 200 наименований. Общий объем диссертации составляет 170 страниц,
включая 32 таблицы и 83 рисунка.
Материалы и основные положения диссертации докладывались на многочисленных
научных конференциях и симпозиумах. По теме диссертации опубликовано 35 работ, в
том числе две монографии - "Метан в водных экосистемах" и "Закономерности
океанографических и биологических процессов в Азовском море".
Автор искренне благодарен научному руководителю д.г.н., профессору, зав. кафедры
Физической географии, экологии и охраны природы РГУ Фёдорову Ю.А. за ценные
советы и помощь при постановке темы и подготовке данной работы. Автор сердечно
благодарит ст.н.с. ГХИ Тамбиеву Н.С. за научные консультации и помощь в написании
главы, посвященной методике отбора и анализа проб для определения содержания метана;
особую благодарность выражает вед. инженеру ГХИ Фоминой Е.А. за проявленное
внимание к представленной работе и помощь при её оформлении, доценту кафедры
Физической географии, экологии и охраны природы РГУ, к.г.н. В.И Денисову за участие в
разработке методологии проведения экспериментальных работ по определению потоков
метана, вед. науч. сотр. ГХИ, к.х.н. Л.М. Предеиной, вед. науч. сотр., зав. лаборатории
Методов анализа и технологического контроля ГХИ, к.х.н. Л.В. Боевой, а также
сотрудникам ДУС за выполненные работы по определению ингредиентов вод и донных
отложений, научные консультации и дискуссию. Автор глубоко признателен
преподавательскому составу кафедры Геоэкологии и прикладной геохимии, кафедры
Физической географии, экологии и охраны природы РГУ и сотрудникам ГХИ за научное
общение, полезные советы и конструктивную критику.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РФФИ № 03-05-65187 и НШ1967.2003.5.
11
ГЛАВА 1
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 Характеристика
материалов
Район исследования включает в себя нижнее течение реки Дон (от г. Константиновска до
впадения в Таганрогский залив) и собственно Таганрогский залив (рис. 1). В этих
границах район исследования незначительно выходит за пределы современной устьевой
области реки Дон (рис. 2). Устьевая область Дона - типичное неприливное устье реки с
многорукавной дельтой в стадии выполнения залива. Её верхней границей (вершиной)
считается (Симов, 1989) створ у станицы Раздорской (150 км от устья). Это граница,
дальше которой нагонные колебания уровня моря не распространяются. Нижней морской
границей устьевой области считается линия, соединяющая Белосарайскую и Долгую косы
в Таганрогском заливе. Площадь устьевой области около 50 тыс. км2, протяженность 300
км, из которых на 140 км протянулся Таганрогский залив. В указанных границах она
включает в себя устьевой участок реки - от ст. Раздорской до вершины дельты (или
придельтовый участок реки), дельту (по разным подсчетам площадью от 340 км2 до 540
км2) и устьевое взморье (Таганрогский залив моря). Кроме собственно реки Дон и
Таганрогского залива были опробованы отложения отдельных участков малых рек
бассейна Нижнего Дона, а также отложения восточного района Азовского моря.
Изучение закономерностей распределения метана в донных отложениях устьевой области
реки Дон и факторов, влияющих на уровень его содержания и распределения, выполнено
по материалам комплексных экспедиционных исследований и прибрежных наблюдений,
проведённых в период с 1995 по 2004 год. К полученным материалам были привлечены
данные, любезно предоставленные Н.С. Тамбиевой - с.н.с. ГХИ, полученные в конце мая начале июня и октябре 1991 г. в ходе проведения комплексных гидрохимических
исследований р. Дон (от г. Константиновска до г. Азов) и его притоков, а также во время
постановки модельных экспериментов в мезокосмах на озере Кривом и реке Северский
Донец.
Наиболее детально отложения изучены в низовье Нижнего Дона (от г. Аксай до впадения
в Таганрогский залив) и собственно в акватории Таганрогского залива (табл. 1, 2). При
проведении экспедиционных исследований отбор проб, в основном, производился по сети
Росгидромета, которая по количеству станций опробования превышает на порядок сеть
наблюдений других организаций, например, АзНИИРХа. Как правило, исследования
проводились в летне-осенний период: в 1995, 1996, 2000, 2002 - в августе; в 1997 г. - в
июле и сентябре; в 1998 г. - в сентябре.
12
место прорыва ' нефгслр
Константиновск
Побе
Задонский Новотроипкое
Каяльский
Эльбузд
)Батайск
Рис. 1. Схема расположения станций наблюдения 1- станции отбора проб; 2- станции
экспериментального определения потоков метана в системе "донные отложения — вода атмосфера "
13
Большей частью исследования выполнены на научно-исследовательских судах Донской
устьевой станции: СЧС-150 "Гидрофизик" (капитан Каменсков П.П.) и т/х "Гроза"
(капитан Полюшкин Л.Л.).
С целью определения потоков метана из донных отложений в 1999 г. наблюдения велись
на прибрежных станциях: в июне - в р. Темерник; в августе - в р. Дон (Нахичеванская
протока); в октябре - в Таганрогском заливе (Очаковская коса). Наблюдения за сезонными
изменениями концентраций метана проводились в прибрежной зоне р. Дон (в районе
водозабора г. Ростов-на-Дону) два раза в месяц с февраля 2000 г. по октябрь 2001 гг.
Наблюдения за изменением содержания метана при внесении в воду специфических
загрязняющих веществ (нафталина, хинолина, бифенила, азота, фосфора, фенола, СПАВ,
сточных вод, содержащих значительные количества метанола) велись в мезокосмах,
поставленных на оз. Кривом и р. Сев. Донец (Фёдоров, Тамбиева, Гарькуша, 2005).
Кроме этого, неоднократно опробованы донные отложения и вода малых рек АзовоЧерноморского бассейна (pp. Большая Крепкая, Тузлов, Грушевка, Аксай, Темерник,
Мёртвый Донец, Эльбузд, Кагальник, Кубань, Миус и другие), а также почвы, подземные
воды и атмосферные осадки (снег, дождевые воды), талые снеговые, ливневые воды и
сточные воды различных производств и хозяйств.
МГУО
мкд вд
РГУО
предустъсвое прострявство Азовского моря
Рис. 2. Устьевая область Дона и её районирование (районирование проведено автором в
соответствии с классификацией В.Н. Михайлова, 1998):
1-устьевой участок реки; 2- придельтовый участок реки; 3- дельта; 4- устьевое взморье;
РГУО (ВУО) —речная
граница (вершина) устьевой области; МКД—морской край дельты; МГУО — морская
граница устьевой области;
ВД- вершина дельты. Пунктиром показаны границы устьевой области
14
Экспедиционные исследования заключались в отборе проб донных отложений и воды
(поверхностный и придонный слой) с измерением на каждой станции глубины,
температуры, рН, содержания растворённого кислорода, биогенных элементов,
минерализации (солёности) и некоторых других гидрохимических показателей качества
воды (Сорг, ХПК и БПК5). В зависимости от поставленных задач, в отдельные периоды в
донных отложениях, помимо концентрации метана, определены содержания
сероводорода, нефти и нефтепродуктов, Сорг, величины Eh, численность
сульфатредуцирующих и метанобразующих бактерий.
Таблица 1 Основные станции отбора проб в нижнем течении реки Дон (сеть
Росгидромета)
№ станции
Описание станций отбора проб
ст. 51 ст. 50 ст. 49
ст. 48 ст. 47 ст. 46 ст. 45 ст. 44
ст. 43 ст. 42 ст. 41 ст. 0
Протока Аксай. Станция расположена в черте г. Аксай; 0,5 км выше устья протоки; 1 км
ниже сброса сточных
вод консервного завода
р. Дон. Станция расположена в 6,5 км выше г. Ростова-Н/Д; 1 км выше г. Аксай; 1 км
выше впадения пр.
Аксай
р. Дон. Станция расположена в черте г. Ростов-Н/Д; в 2,0 км выше Зелёного острова, на
уровне нового
Ростовского водозабора
р. Дон. Станция расположена в черте г. Ростов-Н/Д; на уровне речного порта
р. Дон. Станция расположена в черте г. Ростов-Н/Д; в районе впадения р. Темерник
р. Дон. Станция расположена в черте г. Ростов-Н/Д; 0,5 км ниже впадения р. Темерник
р. Дон. Станция расположена 1 км ниже г. Ростов-Н/Д; 0,5 км ниже сброса сточных вод
ПУ "Водоканал"
р. Дон, хутор Колузаево. Станция расположена в 0,5 км ниже хутора, в 4,5 км ниже устья
р. Койсуг, в 3,5 км
ниже пристани, в створе уровенного водпоста
р. Дон, рукав Большая Каланча - х. Дугино. Станция расположена в 0,5 км выше хутора, в
1,0 км выше
пристани
р. Дон, рук. Старый Дон - г. Азов. Станция расположена в 1,0 км выше г. Азова у
насосной станции
(водозабор г. Азова)
р. Дон, рук. Старый Дон - г. Азов. Станция расположена в 0,5 км ниже г. Азова, в 0,5 км
ниже выпуска
горканализации
Гирло Песчаное, устье р. Дон, выход в Таганрогский залив____________________
Содержание метана в отложениях измеряли в поверхностном слое 0-5 см и далее через
каждые 5-10 см отобранного керна до глубины 50 см от поверхности дна (max - до 100
см). В некоторых точках, в связи с тем, что донные осадки вымывались из
пробоотборника конструкции Государственного океанографического института (ГОИН),
пробы отбирали дночерпателем только из поверхностного слоя (0-5 см). Визуальное
описание отложений осуществлялось непосредственно при подъёме пробоотборника
(дночерпателя). В первую очередь выделялись и описывались макрослои мощностью от
нескольких миллиметров до первых десятков сантиметров, их цветовые отличия,
консистенция, содержание окислов, гидроокислов и сульфидов Fe, на качественном
уровне определялся гранулометрический состав (по основным размерным единицам:
песок, гравий, алеврит, пелит), уделялось внимание структуре макрослоёв и контактам
между ними. Выделялись гомогенные и пятнистые структуры. Контакты между
макрослоями разделялись на три основных типа: чёткий, нечёткий, постепенный.
15
Определение гранулометрического состава отложений выполнено в лаборатории РГУ
ситовым методом в соответствии с ГОСТ 12536-79. В ходе проведения анализа было
допущено одно отступление от стандарта, а именно, приготовленную суспензию
пропускали через сита с отверстиями 0,25 мм и 0,01 мм, тогда как по методике,
минимальные отверстия сита составляют 0,1 мм. Задержавшаяся на сите 0,25 мм частицы
классифицировались как "ракушечный материал"; частицы, оставшиеся на сите 0,01 мм
составили "песчаный материал"; суспензия, прошедшая через сито 0,01 мм отнесена к
"глинистому материалу". Принятый подход обоснован (Фёдоров и др., 1998) и не
противоречит классическим методам, используемым в океанологии.
Таблица 2
Основные станции отбора проб в Таганрогском заливе (сеть Росгидромета)
№ станции Координаты
с.ш. в.д.
0 47"05'3" 39°15'0"
1 47"05'0" 39° 11'2"
2 47" 04'5" 39° 05' 8"
3 47" 08' 4" 39" 01'6"
4 47" 11'4" 39" 01'6"
5 47"10'6" 38" 58'6"
6 47и09'1" 38" 56' 2"
7 47" 05'9" 38" 58' 0"
8 47" 04'9" 38" 49'9"
9 47"05'3" 38" 40' 8"
10 47°03'О" 38"43'0"
11 47" 00' 0" 38"46'0"
12 47" 57' 5" 38" 48'5"
13 47"01'3" 38" 35'7"
14 46" 59'0" 38"27'0"
15 47° 01'5" 38" 09' 4"
16 46" 59'4" 38°13'0"
17 46" 56'8" 38" 17'6"
18 46° 55' 4" 38°20'2"
19 46" 53' 6" 38"23'3"
20 46"56'0" 38" 12' 0"
21 46" 45'5" 38" 14'4"
22 46"43'3" 38"15'0"
23 46" 46'9" 38" 16' 2"
24 46" 54'7" 38" 07' 2"
25 46" 53'5" 38" 02'7"
26 47" 03'8" 37" 5tf 4"
27 47" 01'6" 37" 51'6"
28 46"58'0" 37" 53' 6"
29 46" 54'8" 37" 55'4"
30 46"52'0" 37"57'0"
31 46" 53'5" 37"48'0"
32 46и52'0" 37" 38'4"
33 46и48'0" 37"41'0"
34 46" 52'2" 37" 20' 8"
35 46"50'1" 37" 25' 2"
36 46" 48' 8" 37" 28' 0"
37 46" 47'4" 37"31'1"
38 46" 46'4" 37" 33'2"
16
В работе использовались результаты анализов свыше 900 проб донных отложений для
определения содержания метана, около 100 проб для определения концентраций
сероводорода, численности сульфатредуцирующих и метанобразующих бактерий, более
70 определений загрязняющих веществ (нефть и нефтепродукты), ~ 30 проб для
определения в отложениях Сорг и Eh, свыше 1000 проб воды - на метан и другие
гидрохимические показатели качества воды (О2, рН, Сорг, ХПК, БПК5, NO3, NO2, NH4,
РО4 и др.).
Начиная с 1997 г. автор непосредственно участвовал во всех экспедициях, отбирал пробы
и готовил их к анализу. Вся имеющаяся информация о закономерностях распределения
содержания метана была обработана лично автором методами математической статистики
посредством программ анализа данных Ms Excel, Surfer, STATISTICA. Достоверность
коэффициентов корреляции определяли по стандартным таблицам (Лакин, 1980). При
оформлении фактического материала были использованы программы Ms Word, Corel
Draw 11, Photoshop 7 и другие.
1.2 Методика исследований
Отбор и обработка проб осуществлялась в соответствии с требованиями Руководств... и
Наставлений... (1968, 1977). Гидрохимические анализы воды и донных отложений были
выполнены сотрудниками Гидрохимического института и Донской устьевой станции по
общепринятым в системе Росгидромета стандартным методикам (Руководство по
химическому анализу..., 1977, 1993; Руководство по методам..., 1977).
Окислительно-восстановительный потенциал отложений определяли с помощью
портативного рН метра иономера "Экотест 2000".
Посевы и определение численности сульфатредуцирующих и метанобразующих бактерий
проводились сразу после подъема колонок на борт судна, в соответствии с методикой
(Романенко, Кузнецов, 1974). Концентрацию сероводорода в донных отложениях
определяли фотометрическим методом с деметилпарафенилендиамином. Из донных
отложений сероводород выделяли отдувкой азотом особой чистоты из подкисленной
пробы. Все виды микробиологических исследований выполнены ст.н.с. ГХИ,
микробиологом Якуниной О.В., определение содержания сероводорода - вед. науч. сотр.,
зав. лаборатории методов анализа и технологического контроля ГХИ, к.х.н. Л.В. Боевой.
Содержание и групповой состав нефтяных компонентов в отложениях и воде определялся
гл.н.с. ЮО ИВП РАН и ГХИ, докт. хим. наук, проф. А.Г. Страдомской. Анализ выполнен
методом систематического анализа, включающего комплекс аттестованных методик (РД
17
52.24.476-95, РД 52.24.454-95, РД 52.24.440-95, РД 52.24.505-95) и позволяющим из одной
пробы воды или донных отложений определять суммарное содержание нефтепродуктов,
их групповой и компонентный состав (углеводороды, смолы, асфальтены), а также
оценивать тип, возраст и источник нефтяного загрязнения, роль биогенной составляющей
(Страдомская, 1984, 1989).
Скорость метаноокисления определяли известным методом (Кузнецов, Дубинина, 1989), в
соответствии, с которым интенсивность процесса оценивали по убыли метана в опытных
склянках (без консерванта) по сравнению с контрольными (с консервантом).
Инкубирование опытных флаконов производили в течение суток и в течение 1 часа - для
сравнения. После инкубации пробы консервировали (с помощью шприца) 0,1 мл
насыщенного раствора сулемы. Для инкубации использовали флаконы, применяемые для
парофазного анализа (Тамбиева, Винников, 1989).
Определение величин потоков метана заключалось в непосредственном измерении его
потоков на водном объекте с помощью накопительных камер - ловушек (Фёдоров и др.,
20026; 2005). В этом случае измеряемый поток включает в себя и диффузионный и
конвективный перенос газа; доля каждого из них в общем потоке зависит от
существующих в водном объекте условий. Для измерения потоков метана было
изготовлено специальное оборудование. Устройство для сбора метана из донных
отложений (ловушка) (рис. 3) представляет собой цилиндрическую ёмкость (1)
(внутренним диаметром 103 мм и длиной 300-350 мм), открытую снизу и переходящую в
верхней части в конус (2). К конусу, оканчивающемуся патрубком, герметично
подсоединена силиконовая трубка (3) для отбора газовой фазы. В верхней же части
накопителя остается небольшой объем воздуха для сбора метана, как диффундирующего
из донных осадков и воды, так и мигрирующего в свободном состоянии (в виде газовых
пузырьков). Таким образом, коническая верхняя часть ловушки исполняет роль
концентратора газа. Объём воздуха в этой части может меняться из-за повышения или
снижения уровня воды под влиянием сгонно-нагонных явлений, поэтому за изменением
объёма воздуха внимательно следят и фиксируют его величину в момент отбора газовой
фазы. Обычно объем воздуха составляет 100-300 см3. Данное оборудование применяется
пока в прибрежных районах водных объектов на малых глубинах (до 25-35 см). Ловушка
для устойчивости снабжена крепежными узлами, в которые вставляются направляющие
металлические штыри, закрепляющие ее в грунте таким образом, чтобы между нижней
кромкой ловушки и донными осадками был минимальный зазор. Ловушка
устанавливается медленно и аккуратно, чтобы не повредить структуру осадков, при этом
силиконовая трубка открыта. После придания ловушке устойчивого положения через
Список литературы