книги / Метан в водных экосистемах

Содержание метана в донных осадках. В верхнем десятисан­ тиметровом слое донных осадков оз. Валдай содержание СН4 в пе­ риод летней стагнации варьировало в значительных пределах - от 0,21 до 218,2 мкг/г в.в. (табл.ЗО), при этом отчётливо просматрива­ ется тенденция увеличения концентраций метана с глубиной стан­ ций. Так, максимальное содержание выявлено в отложениях Глубо­ кого плёса (ст.ЗЗ), во впадинах которого часто отмечаются явления

Таблица 30 Содержание метана в донных отложениях озёр Валдай и Ужин в период

летней стагнации (по [260])

застойности [291]. Несколько меньшие концентрации наблюдались в осадках глубоководной станции Городского плеса (Pi). Минималь­ ное содержание выявлено в поверхностном слое (0-5 см) отложений прибрежной станции (ст.ЗО). В целом, как в оз. Валдайском, так и в оз. Ужин более высокие концентрации метана фиксируются в под­ поверхностном (5-10 см) горизонте донных осадков.

Таким образом, исследования озёр Валдай и Ужин, проведён­ ные в наиболее характерные периоды годового цикла озёрных про­ цессов, показали значительную вариабельность вертикального рас­ пределения метана во времени, что во многом обусловлено межго­ довыми изменениями гидрометеорологических условий. В период осенней циркуляции и в конце периода зимней стагнации в обоих

озёрах вертикальное распределение метана в водной толще харак­ теризуется увеличением концентраций сверху вниз, с более высо­ кими градиентами для озера Валдай в зимний период. В период летней стагнации картина распределения метана в толще воды озёр значительно меняется, и в обоих озёрах максимальные кон­ центрации фиксируются в поверхностном горизонте. Проведённые в озёрах исследования, помимо вертикального распределения метана в толще воды, позволили оценить и пространственную неоднород­ ность его распределения по их акватории, которая выражается в приуроченности максимальных концентраций метана к воде Восточ­ ного плёса. Полученные данные по распределению метана, позво­ ляют согласиться с Г.С. Шилькрот [291] о том, что “Восточный плёс в своём развитии пошёл особым путём...” Рельеф дна Восточного плёса сложный и изобилует небольшими по площади понижениями. В глубине изолированных котловин этого плёса летом и зимой сильно выражены явления стагнации, что отражается в резком вы­ делении глубинных слоёв на кривых послойного распределения не­ которых гидрохимических компонентов, в том числе и метана. Дос­ таточно высокие содержания этого газа определены и в Городском плёсе, в западный район которого с водой ручьёв поступают про­ мышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды г. Валдай.

Исходя из выше сказанного, можно заключить, что в распреде­ лении метана в озёрах Валдай и Ужин обнаруживаются как черты сходства, так и различия; в оз. Валдай наблюдаются различия и для отдельных его плёсов. Эти различия можно объяснить особенно­ стями озёрных ванн, влиянием водосборной площади и нарушений, связанных с деятельностью человека. В целом, содержание, по­ слойное распределение и распределение метана по акватории озёр Валдай и Ужин, как в водной толще, так и в отложениях отражает экологические условия функционирования их экосистем, являясь достаточно чувствительным индикатором уровня загрязнения.

Озеро Байкал

Байкал - одно из самых грандиозных геологических образова­ ний на Земном шаре. Его специфический состав воды, своеобразие животного и растительного мира, большие глубины, прекрасная вентилируемость озера и высокое содержание молекулярного ки­ слорода вызывают постоянный интерес у учёных всего мира.

Байкал расположен в глубине азиатского континента между 51° и 56° северной широты и между 103° и 110° восточной долготы. Впадина Байкала окружена со всех сторон горными цепями [277]. Цепи гор вплотную подходят к берегам, прерываясь лишь в местах впадения крупных притоков.

Первые сведения по распределению относительных концентра­ ций метана в донных отложениях озера Байкал были получены ав­ торами [255,327] во время проведения экспедиционных работ летом 1988 г. Всего было отобрано 24 пробы, из них 15 проб в зоне влия­ ния Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) (рис.

Рис. 37. Схема расположения станций отбора проб донных осадков в оэ. Байкал (а - 1988 г., б -1994 г.) и их номера (по [285]).

1 - проба и еб номер; 2 - зона повышенных концентраций метана в донных осадках.

Значительное содержание метана, на 2-3 порядка превышаю­ щее его содержание в других точках, было выявлено в пробах 20а, 19, 23 и 24 (табл.31). Все эти пробы отбирались напротив устьев рек, подверженных сильной антропогенной нагрузке. Донные отло­ жения были представлены илами и древесными остатками.

В зоне влияния БЦБК (рис.37а) пробы донных отложений отби­ рались с трех горизонтов: 0-5, 5-10 и 10-15 см. Оказалось, что в че­ тырех из шести точек опробования (52, 64, 82, 86) самым обогащен­ ным метаном слоем был промежуточный. Наиболее обедненным был слой, отобранный с глубины более 10 см. Относительное со­ держание СН„ в промежуточном слое превышало таковое в нижнем в 1,4-190 раз (табл.31). Визуально были отмечены различия в цвете и составе промежуточного и нижнего слоя. Последний был пред­ ставлен серым песчано-глинистым уплотненным осадком, в то вре­ мя как промежуточный слой был более рыхлым, имел буровато­ коричневый цвет и содержал древесные волокна. Верхний слой имел голубовато-серый оттенок.

Содержание метана в верхнем окисленном слое донных отло­ жений в пробах 64, 82, 86 было в 25-100 раз ниже, чем концентра-

Т а б л и ц а 3 3

Содержание метана в донных отложениях оз. Байкал и рек в районе

Вповерхностном слое воды прибрежной части от р. Салзан до

р.Хара-Мурин содержание метана варьирует более широко - от 0,3 до 12,0 мкл/л (в среднем 2,4 мкл/л). Наиболее высокие концентра­ ции метана в поверхностном слое озера обнаружены в районе ХараМуринской банки: т. 10-2 - 4,2; т. 17-1 - 4,2 и т. 11-1 - 12,1 мкл/л. Непосредственно в зоне влияния БЦБК концентрация метана в воде характеризуется интервалом значений от 0,3 до 4 мкл/л, в среднем менее 2 мкл/л. Это свидетельствует об отсутствии тенденции воз­ растания содержания метана в поверхностном слое воды в направ­ лении от открытой части озера к прибрежному району, подвергаю­ щемуся перманентному воздействию сточных вод БЦБК.

Содержание метана в донных отложениях рек изменяется от 0,06 до 0,17 мкг/r сырого ила (табл.33). Отмечено существенное по­ вышение содержания метана в хорошо прогреваемых и более мел­ ководных с застойным гидравлическим режимом участках (проба

526)по сравнению с участками рек, где скорость течения значи­ тельно выше (проба 52а).

Впруде-аэраторе содержание метана в донных отложениях достигало 0,87 мкг/г сырого ила. Аэрация пруда в момент отбора проб отсутствовала, что фактически превратило его в прудотстойник. Это и подтверждают данные по содержанию метана в воде и донных отложениях.

Впробах донных отложений озера содержание метана колеб­ лется от 0,01 до 1,46 мкг/г сырого ила. Как правило, отложения, представленные песками, содержали метана на порядок меньше, чем сложенные илом. Наблюдается тенденция увеличения концен­ трации метана в направлении от поверхностного слоя к слою, кото­ рый, при отборе проб дночерпателем, соответствует промежуточ­

ному. Содержание метана в нижнем слое почти повсеместно в 2-4 раза превышает его концентрацию в верхнем. Исключение пред­ ставляет точка 70, где содержание метана больше в приповерхно­ стном слое по отношению к слою, расположенному ниже. В этом же направлении наблюдается повышение содержания углерода-13 в изотопном составе органического вещества донных отложений [266].

Ксожалению, не всегда удавалось отобрать пробы из верхнего

инижнего слоев. В таких случаях бралась усредненная проба, соот­ ветствующая интервалу 0,0-0,1 м. Поэтому для определения пло­ щади загрязнения донных отложений сточными водами БЦБК на тех станциях, где были получены данные для нижнего и верхнего слоев, они были усреднены путем суммирования и деления на два. Анализ результатов расчетов показал, что усредненное содержание метана