книги / Метан в водных экосистемах

симальное значение приурочено к осадкам, отлагающимся возле прибрежных зарослей камыша. В водной толще содержание метана варьировало в диапазоне 20,8-70,2 мкл/л (среднее содержание 39,1 мкл/л).

Таким образом, данные показывают тенденцию к уменьшению содержания метана в донных отложениях и в воде нижнего течения р. Дон по направлению правый берег - центральный участок реки - левый берег, что связано с уменьшением в этом направлении кон­ центрации органических веществ. Как правило, максимальные кон­ центрации метана приурочены к прибрежной полосе (до 30-35 м) правого берега, куда сносится, где продуцируется и аккумулируется наибольшее количество органического вещества. Однако, на неко­ торых участках реки, повышенные концентрации метана фиксиру­ ются на левобережье, что обусловлено влиянием, расположенных здесь, источников загрязнения. Примером является участок, распо­ ложенный в 1 км ниже г. Ростова-на-Дону (ст.45; см. табл.47). Отло­ жения на этом участке, отобранные в центре реки, представлены песком, редко с небольшим наилком, покрытым сверху мелкими об­ ломками раковин моллюсков. Данный факт свидетельствует о выно­ се с этого участка органического и терригенного мелкозернистого материала, что обусловливает и невысокие концентрации метана, как в воде, так и в донных осадках. Значительно более высокие со­ держания метана в отложениях (на 2 порядка) и водной толще (в 2-3 раза) этого участка, приурочены к левому берегу, где из трубы ПУ “Водоканал” сбрасываются сточные воды г. Ростова-на-Дону. Здесь, в результате снижения скорости течения отлагаются менее грубые отложения, что наряду с поступлением сточных вод, способствует более интенсивной генерации метана.

Как правило, для большинства водных объектов характерно бо­ лее высокое содержание метана в придонном слое воды по отно­ шению к поверхностному. Это обстоятельство, а также высокие ко­ эффициенты корреляции между содержаниями метана в придонном и поверхностном слоях воды, в придонном слое воды и донных от­ ложениях (см. раздел 7.3), свидетельствуют о доминировании его эмиссии в водную толщу из последних. Однако, как показывает ана­ лиз материалов, в реках чаще, чем в озёрах и водохранилищах, на­ блюдается обратная картина, что обусловлено более тесной связью реки с окружающей её сушей, с которой могут поступать дополни­ тельные порции метана. Это подтверждается тем, что более высо­ кие содержания метана в поверхностном слое по отношению к при­ донному, как правило, фиксируются на антропогенно загрязнённых участках или в зоне влияния притоков. В среднем разница между концентрациями метана в этих слоях воды не превышает 5,0-10,0

дный район Ладожского озера (рис.54). Снижение концентрации ме­ тана при переходе от речных к озёрным водам отмечалось в озёрах Байкал, Валдай и Ужин, в Рыбинском водохранилище.

рого концентрация метана в воде падает с 12,0 до 3.0-4.0 мкл/л.

В зоне смешения вод р. Кубань с водами Азовского моря пер­ вый метановый барьер регистрируется при значении солености 2%о, содержания метана в воде уменьшалось с 17,1-21,0 до 7,2-7,9 мкл/л. Второй метановый барьер был определен при значении со­ лености 9%о.

СН4

Мк*л/л j

Раздольная

20 -

Рис. 55. Связь содержания метана в воде зон смешения “река - море" с солёностью

Содержание метана в нижнем течении р. Волга (рукав Бахтемир) ниже, чем в р. Дон, его величина варьирует в пределах 4,8-36,7 мкл/л и достаточно равномерно повышается к устью. Для зоны смешения вод р. Волга и Каспийского моря в интервале величины солености 1-2%о фиксируется первый метановый барьер, выра­ жающийся в уменьшении содержания метана с 17,6 мкп/л до 1,8 мкл/л. Второй менее выраженный спад (более чем в 2 раза) обна­ руживается при солености 9%о.

Изучение распределения метана в воде при впадении р. Раз­ дольная в Амурский залив также показало, что по мере увеличения солености содержание метана уменьшается с 20,0-22,5 мкл/л до 2,0-0,2 мкл/л, а при возрастании величины солености больше 24%о содержание метана падает ниже предела обнаружения [138]. Пер­ вый метановый барьер прослеживался при солёности 1-2 %о, второй - 16 %о. Аналогичная закономерность была ранее обнаружена аме­ риканскими исследователями для р. Потомак [403] и р. Элси [297]. В этих эстуариях в воде выявлено резкое падение концентрации ме­ тана в зоне смешения при солёности 1-4 %о. В зонах переходных от эстуарных к морским водам, при солёности характерной для каждо­ го водного объекта (для р. Элси 26%о), выявлен второй, менее вы­ раженный метановый барьер (см. рис.55).

Авторами установлена тесная корреляция между солёностью и содержанием метана в воде зон смешения речных и морских вод, которая носит экспоненциальный характер [138,271]. Это свиде­ тельствует о том, что изменение содержания метана в этих зонах нельзя объяснить только процессами смешения. В Таганрогском за­ ливе экспоненциальная зависимость обнаружена также между со­ лёностью воды и содержанием метана в отложениях.

Рассмотрение распределения содержания метана в отложениях по профилю Нижний Дон - Таганрогский залив показало уменьше­ ние его концентраций в этом направлении [253]. Если в р. Дон отло­ жения, в которых содержания метана в верхнем слое (0-10 см) не превышают 1,0 мкг/г в.в., достаточно редки и преобладают значения от 1,0 до 10,0 мкг/г в.в., нередко более 10,0 мкг/г в.в., то в Таганрог­ ском заливе, наоборот, в верхнем десятисантиметровом горизонте превалируют значения менее 1,0 мкг/г в.в., и лишь в осадках немно­ гочисленных точек его содержания достигают 10,0 мкг/г в.в. и более. Особенно резкий спад концентраций метана в верхнем слое осадков наблюдается при переходе от речного участка к Таганрогскому за­ ливу в интервале солёности 0,5-3 %о (рис.56). Выявленное снижение

мость между содержаниями метана в воде и верхнем слое донных осадков (см. раздел 7.3.) позволяет утверждать, что спад концен­ трации этого газа в водной толще при переходе от речного участка к Таганрогскому заливу связан с уменьшением его количества в верх­ нем горизонте отложений. Это, в свою очередь, обусловлено сни­ жением скорости продукции метана в нём. Уменьшение скорости продукции метана в верхнем слое отложений, очевидно, вызвано ухудшением условий для жизнедеятельности бактерий, поскольку при переходе от речного участка (основной источник поступления

органических и неорганических компонентов в залив) к Таганрогско­ му заливу снижается количество содержащихся в воде органических веществ. Непосредственно в Таганрогском заливе основная доля их осаждается в восточной части залива, где и фиксируется наиболее высокая концентрация метана, как в воде, так и в донных отложени­ ях.

В целом, эстуарные участки (зоны смешения река - море) яв­ ляются мощными геохимическими барьерами. При превращении речной воды в морскую основной качественный скачок осуществля­ ется в диапазоне солёности от 1 до 2 %о (11]. Переход гидрокарбо­ натных донских вод в хлоридно-натриевые морские также происхо­ дит в основном при солёности 1-2 %о, при этом, помимо изменения соотношения между компонентами основного солевого состава и ионной силы раствора, наблюдаются изменения температурного и кислородного режима воды, кислотно-щелочных условий, количест­ во пелитовых частиц во взвеси уменьшается втрое, происходит осаждение значительных количеств металлов (287], уменьшается количество питательных биогенных солей, происходит снижение численности бактериопланктона, количества сапрофитных бактерий

иинтенсивности фотосинтеза, отмечается резкое уменьшение РОВ

иВОВ (11].

Таким образом, понижение концентрации метана в воде и дон­ ных отложениях зон смешения, вероятнее всего, связано с умень­ шением скорости продукции (генерации) метана в отложениях, что в свою очередь, обусловлено снижением содержания органического вещества. Подтверждением вышесказанного служит тесная корре­ ляции между содержанием метана и фульво- и гуминовыми кисло­ тами, полученные для эстуариев р. Раздольная - Амурский залив Японского моря [138] и р. Волга - Каспийское море [271]. Этот вы­ вод также был подтверждён в арктическом эстуарии р. Енисей - Карское море, где обнаружена корреляция между содержаниями метана и органического вещества в донных осадках и выявлено уменьшение концентрации метана в морской воде по сравнению с речной в 20 раз [183]. Важную роль играют большие глубины и уда­ лённость от берегов, в результате чего в донные отложения посту­ пает более минерализованное органическое вещество, что делает его менее доступным для микроорганизмов.

Немаловажной причиной понижения концентрации метана в зо­ не смешения является уменьшение генерации метана путём вос­ становления С02, из-за усиления конкурентного этому процессу про­ цесса сульфатредукции. Локальные очаги высоких концентраций в этих зонах обнаружены в местах, подверженных мощному антро­ погенному воздействию. Образование метана здесь происходит пу­

тём брожения свежего органического вещества или деструкции нефти и нефтепродуктов.

Далее на примере реки Дон и Таганрогского залива рассмотре­ ны биогеохимические особенности распределения и образования метана в воде и донных осадках.

Особенности пространственного распределения метана в воде и донных отложениях реки Дон и Таганрогского залива. Наи­ более подробно Нижний Дон (от г. Аксай до впадения в Таганрог­ ский залив) и собственно Таганрогский залив Азовского моря был исследован во время трёх экспедиций, проведённых в конце летне­ го периода, а именно в августе 1995, 1996, 2000 гг. В другие перио­ ды (июль 1997, сентябрь 1997, 1998, август 1999 и т.д.) экспедици­ онные работы преследовали иные цели, поэтому в это время отбор проб на метан производился лишь на некоторых немногочисленных станциях.

Впериод вышеобозначенных экспедиционных исследований содержание метана в водной толще определяли в поверхностном и придонном слоях. При исследовании распределения метана в дон­ ных отложениях основное внимание было обращено на верхний го­ ризонт (до 10 см), который, активно взаимодействуя с водной тол­ щей, соответствует современному состоянию водных объектов. На некоторых станциях пробы были отобраны и в более глубоких слоях (чаще до 50 см). В единичных случаях глубина опробования дости­ гала 60-100 см.

Вр.Дон и Таганрогском заливе отбор проб проводился в основ­ ном по сети Росгидромета (Донской устьевой станции) (табл. 49, рис. 57), которая по количеству станций опробования превышает на порядок сеть наблюдений других организаций, например, АзНИИРХа.

Втаблицах 50 и 51 приведены данные, полученные в ходе про­ ведения экспедиционных исследований в августе 1995, 1996 и 2000

гг.в нижнем течении р. Дон и Таганрогском заливе. Согласно обоб­ щённым данным, содержание метана в поверхностном и придонном слоях воды р. Дон соответственно варьировало в пределах 15,1- 89,4 мкл/л и 9,7-88,8 мкл/л. В Таганрогском заливе его концентрация в среднем была меньше, изменяясь в диапазоне 2,1-79,6 мкл/л и

1,9-80,0 мкл/л соответственно в поверхностном и придонном слоях.

Вр. Дон чаще, чем в Таганрогском заливе содержание метана в поверхностном слое воды превышали его концентрации в придон­ ном.

Вдонных отложениях р. Дон содержание метана в поверхност­ ном (0-5 см) и подповерхностном (5-10 см) горизонте соответствен-