Особенности трансформации органического вещества донных отложений под действием гидротермальных условий среды
Моргунова И.П., Петрова В.И., Литвиненко И.В., Черкашев Г.А.
ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов
Мирового океана имени академика И.С. Грамберга», Санкт-Петербург, Россия
inik@list.ru
Эндогенная поставка вещества в океан в местах разгрузки флюидов, температура которых достигает 300°С и выше, приводит к образованию гидротермальных факелов и аномалий в водной толще, а также рудных построек, состоящих преимущественно из сульфидов цветных металлов и железа, скоплений сульфатов, силикатов и гидроокислов. Металлоносные и рудоносные осадки обнаруженные в большом количестве вблизи таких построек обогащены гидротермальным веществом, которое активно используется и трансформируется уникальными экстремофильными хемосинтезирующими сообществами, населяющими гидротермаль. Битумоид, экстрагируемый из таких донных отложений, представляет собой смесь химических соединений сложного генезиса, которая, как и любая другая химическая система стремится перейти в состояние равновесия, имеющее минимальное значение свободной энергии. При этом реальная энергия активации реакций распада органических соединений настолько высока, что при недостаточно высоких температурах они способны сохраняться в течение длительного геологического времени, если не будут разрушены микроорганизмами [1].
По мнению ряда исследователей [3, 4], процессы, происходящие на дне океана вблизи активных гидротермальных систем, могут приводить к новообразованию сложных молекул углеводородов из простых неорганических соединений, таких как СО, CO2, Н2 и Н2О при наличии характерных для таких сред минеральных катализаторов. В частности, существует мнение, что полиароматические углеводороды (ПАУ) могут образовываться за счёт процессов абиогенного термокаталитического синтеза или поликонденсации простых углеродистых веществ. В то же время существует представление об образовании ПАУ и их алкилгомологов путем окислительной ароматизации цикланов, содержащихся в нативной биоте [5].
Данная работа представляет собой продолжение эксперимента по изучению процессов трансформации рассеянного органического вещества (РОВ) в окислительных условиях среды, начатого нами в 2009 г. [2]. Были проанализированы образцы поверхностных донных отложений (5 станций), отобранные в ходе рейса 32 НИС «Профессор Логачёв» в 2009 году. Осадки сохранялись до момента камеральных исследований в стерильной таре при температуре -18°С. В целях эксперимента часть осадков не замораживали и доводили до воздушно-сухого состояния в кислородных условиях при 30–35°С. Стандартная аналитическая процедура включала в себя определение элементного состава отложений (Сорг, Скарб), группового и молекулярного состава растворимой части РОВ методами препаративной жидкостной хроматографии и ГХ-МС с применением системы Agilent Technologies GC System 6850/5973.
Изученные образцы представлены металлоносными и рудоносными осадками, отобранными непосредственно из зон влияния гидротермального флюида. По своим геохимическим характеристикам и распределению биомаркеров эти отложения сильно отличаются от исследованных нами карбонатных пелагических осадков района, что обусловлено наличием автохтонных, преимущественно бактериальных источников ОВ и процессами его дальнейшего преобразования под влиянием специфических физико-химических условий среды рудного поля.
Сравнительный анализ донных отложений прошедших заморозку и не подвергнутых низкотемпературному стрессу, сохранявшихся при естественной влажности, повышенной температуре и избытке кислорода, показал, что процессы трансформации РОВ в последних не были прерваны. Состав РОВ экспериментальных образцов кардинально меняется в сторону увеличения содержания в них полярных фракций, обогащённых поликонденсированными, гетероциклическими соединениями. При этом в зависимости от свойств конкретного образца (исходного вещества, окислительно-восстановительного потенциала и микробиальной активности) наблюдается рост смолистой или асфальтеновой фракции, а в составе масел, количество которых преимущественно снижается за исключением образца 375, происходит перераспределение в соотношении метан-нафтеновой и ароматической составляющих в пользу последней (рис.1, а). Было обнаружено также, что количество битуминозных компонентов, варьирующее для разных станций (β=0.6÷1.4) находится в прямой зависимости от изменения содержания метан-нафтеновой фракции, в составе которой нарастают преимущественно низкомолекулярные н-алканы (С14÷С23), что может указывать на процессы окислительной термохимической деструкции. Характерное для всех проб увеличение соотношений изопреноидов к их насыщенным аналогам (Пристан/н-С17 и Фитан/н-С18) свидетельствует о продолжающейся биодеградации ОВ, которая в замороженных осадках была остановлена (рис.1, б).
Рис.1. Диаграммы распределения: (а) - группового состава хлороформенного битумоида (Ахл,%), (б) - содержания н-алканов в донных осадках (%)/
Синхронное снижение во всех сухих осадках содержания алкилбензолов (m/z 91), окисляющихся раньше, чем изопреноиды, стераны и терпаны подтверждается в наибольшей степени в осадках станций 362, 373 и 374, в составе которых возрастает содержание диагенетически менее зрелых, бактериальных компонентов: снижается соотношение Ts/Tm для гопанов и возрастает С27/С29 αααR для стеранов.
Значительные трансформации происходят в составе ароматической фракции углеводородов. Увеличение суммарного содержания ПАУ, происходящее преимущественно за счёт фенантрена (m/z 178), характерно только для осадков станции 368, что согласуется с ростом в них смолистых и асфальтеновых компонентов и одновременно со снижением содержания стеранов могут указывать на процессы полимеризации и конденсации [5].
Таким образом, однонаправленность наблюдаемых тенденций трансформации РОВ подтверждается генетической общностью их основных геохимических параметров, а отличия на уровне молекулярного состава определяются, по-видимому, различиями в литолого-минералогическом составе пород и биологической специфичностью изученных образцов.
Список литературы:
Банникова Л.А. Органическое вещество в гидротермальном рудообразовании. М.:Наука, 1990. 206 с.
Петрова В.И., Куршева А.В. О генезисе органического вещества донных отложений гидротермального поля Ашадзе-1 (13°с.ш., САХ) // ДАН. 2009. Т. 429. № 6. С. 802-805.
Foustoukos D. I. Hydrocarbons in Hydrothermal Vent Fluids: The Role of Chromium-Bearing Catalysts // Science. 2004. V.304. P. 1002-1005
McCollom M., Seewald J.S. Abiotic Synthesis of Organic Compounds in Deep-Sea Hydrothermal Environments // Chemical Reviews. 2007. Vol. 107, No. 2 P. 382-401.
Simoneit B. R. T. A review of current applications of mass spectrometry for biomarker/molecular tracer elucidations // Spectrometry Reviews. 2005.V. 24. P. 719– 765.
|
