Метан и тяжелые газообразные углеводороды в донных отложениях Карского моря (результаты 59-го рейса НИС «Мстислав Келдыш»)
П.Б. Семенов1, А.А. Крылов1, Е.А. Логвина1, Д.Д. Портнова1,2
1 ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов
Мирового океана имени академика И.С. Грамберга»,Санкт-Петербург, Россия
2 Санкт-Петербургский Государственный Университет
xauliod@yahoo.com
Комплексные экспедиционные работы проводились в акватории Карского моря в сентябре-октябре 2011 года на НИС «Академик Мстислав Келдыш». Грунтовый пробоотбор с применением грунтовой трубки, бокс-корера, трубки неймисто, и мультикорера выполнен на 24 станциях (рис. 1). Всего в ходе экспедиционных работ в 59-ом рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» было отобрано 137 образцов газа из донных осадков методом head space.
Рис. 1. Положение станций грунтового пробоотбора в 59-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш».
Отобранные образцы были проанализированы в стационарной лаборатории методом газовой хроматографии с помощью Shimadzu GC 2014, оснащенным пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой Wide Bore Restek Rt-Aluminia bond/Na2SO4 50m x 0,53 mm x 10μm. Круг определяемых компонентов включал метан (CH4) и тяжелые газообразные углеводороды (ТУВГ) состава С1-С5 (C2H6, C3H8 , i-C4H10, C4H10, C2H4, C5H12, CH4, i-C4H8).
Для изучения латерального и вертикального распределения концентраций метана и ТУВГ выбраны два репрезентативных субмеридиональных разреза: разрез 1, включающий станции пробоотбора 5013, 5015, 5016, 5018, 5021, 5008, 5020, 5009, 5024 и разрез 2- станции 5031, 5032, 5033, 5034, 5039, 5042. Разрез 1 простирается от Енисейского залива (ст. 5013) через мелководную часть акватории Карского моря (ст. 5024) в пределах изобаты 50 м (см. рис. 1). Наиболее южная начальная точка разреза 2 расположена восточнее разреза 1(ст. 5031), а наиболее северная - к западу от последнего, в глубоководной части морской акватории (ст. 5042, глубина 475 м).
На рисунке 2 представлена схема вертикального и горизонтального распределения концентраций метана (а) и ТУВГ (б), которая иллюстрирует постепенное снижение концентраций метана в направлении река-море. Исключением является наиболее южная точка профиля (ст. 5013). Данная станция характеризуется песчаным грунтом, не удерживающим газы, и не представляет интерес в отношении газовой геохимии. В остальном, обращает на себя внимание достаточно резкое снижение концентраций метана в направлении поверхностного слоя осадка (3-7 см), до значений близких к равновесным (5ppm, “total headspace gas”). Лишь для станции 5015 характерна сравнительно высокая концентрация данного компонента в поверхностном горизонте пробоотбора (7,5 см) - 64 5ppm, “total headspace gas”. На этой же станции отмечается и максимальная для рассматриваемого разреза и всего массива данных в целом концентрация метана, достигающая 147 ppm, “total headspace gas”, а также наиболее «крутой» наклон кривой вертикального распределения данного газа в опробованном поверхностном слое осадочного чехла. Суммарная концентрация ТУВГ не обнаруживает столь очевидного и логичного характера распределения, при том, что максимальные значения этого показателя также зафиксированы в точке 5015.
а
б
Рис.2. Схема распределения концентраций метана (а) и ТУВГ (б) на разрезе 1.
В отношении метана аналогичная закономерность прослеживается и для Разреза 2 (рис. 3). Повсеместно незначительные концентрации данного газа убывают по мере удаления от эстуарной зоны и возрастания глубины моря. Наибольший интерес представляет станция 5042 с максимальной поддонной глубиной опробования (285 см). Здесь концентрация метана почти неизменна или слабо возрастает вниз по разрезу, образуя резкий пик на горизонте 250 см, который соответствует диамиктону со значительной примесью псефитового материала.
а
б
Рис.3. Схема распределения концентраций метана (а) и ТУВГ (б) на разрезе 1.
В заключении, следует отметить, что, наблюдаемое во всех случаях снижение концентраций метана по мере удаления от речных эстуариев, несомненно, связано с уменьшением количества органического вещества (ОВ), поступающего с речным стоком. Продукты биологической деструкции ОВ (углекислый газ, ацетат) служат источником для генерации метана анаэробными метаногенными микроорганизмами. При этом, резкое снижение концентрации метана в направлении поверхностного слоя осадков, вероятно, связано с деятельности сульфат-редуцирующих бактерий, конкурирующих с метаногенами за восстановительные эквиваленты или опосредовано использующие метан для анаэробного восстановления сульфатов. В связи с тем, что в подавляющем большинстве случаев концентрации метана на поверхности морского дна оказываются исчезающее малыми, мы предполагаем крайне незначительные масштабы поступления метана в водную толщу (и далее в атмосферу) из донных осадков района опробования.
ТУВГ традиционно рассматриваются как маркеры термогенной миграции, притом, что доказана возможность их биогенной продукции в следовых количествах. Вполне возможно, отсутствие четкой корреляции распределения ТУВГ (концентрации которых в целом незначительны) и метана, наблюдаемое в нашем случае также связано и с глубинным потоком этих газов, учитывая, что район исследования находится в зоне выявленных залежей углеводородов.
Работа выполнена при поддержке гранта Российско-Германской лаборатории полярных исследований им. О.Ю. Шмидта (OSL).
НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Материалы III всероссийской конференции
молодых ученых и специалистов
«Новое в геологии и геофизике Арктики, Антарктики и Мирового океана»
посвящённой 100-летию со дня рождения
Р. М. Деменицкой
Санкт-Петербург, 5-6 апреля 2012 г.
Ответственные редакторы:
А.А. Черных,
А.Г. Редько,
Е.А. Логвина,
А.А. Крылов.
190121, Санкт-Петербург, Английский проспект, 1
ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга»
Тел. (812)713-83-79
Факс. (812)714-14-70
www.vniio.ru
|
