Гранулометрический состав и содержание органического углерода в донных отложениях мелководного озера бассейна белого моря

Исследования вещественного состава донных осадков в целом включают определения гранулометрического, минерального и химического составов, а также абсолютного возраста осадков.

Гранулометрический состав донных отложений озерных экосистем является одним из основных параметров, характеризующих типы осадков, а также дающих возможность судить о механизме процесса седиментации и динамике водной среды конечного водоема стока. Он оказывает влияние на аккумуляцию органического вещества, физико-механические, окислительно-восстановительные условия, поглотительную способность, структурное состояние осадков [Шерышева и др., 2009]. Гранулометрический состав осадков является функцией гранулометрического состава пород областей питания, динамики среды переноса и седиментации, физико-химических и биолого-химических условий формирования осадков. Результаты гранулометрического анализа в лимнологии используются в основном: 1) для выделения тех или иных разновидностей осадков, согласно принятой классификации; 2) для картирования распространения по акватории тех или иных гранулометрических разностей; 3) для определения характера изменения гранулометрического состава донных отложений по разрезу, чтобы установить характер гидрологического режима и изменение уровневого режима озера в прошлом [Субетто, 2009].

Еще одной из важнейших характеристик озерных отложений является содержание органического вещества (ОВ), которое оценивается по содержанию органического углерода или по потерям при прокаливании (ППП, Т = +550 ºС).

Нами был исследован гранулометрический состав донных отложений малого озера Вильно, расположенного в Каргопольском секторе Кенозерского национального парка (КНП, юг Архангельской области), а также определено содержание органического углерода и ППП в этих отложениях.Озеро Вильно относится к водосбору Белого моря и имеет ледниковое происхождение, характеризуется как мелководное (средняя глубина 2.3 м) и маловодообменное, что обуславливает преобладание внутриводоемных гидрохимических процессов [Широкова и др., 2008].

Отбор проб поверхностного слоя донных отложений (0-10 см) проводился в июле 2009г. Расположение станций отбора проб донных осадков приведено на рисунке 1.

Гранулометрический состав донных отложений проводили во влажных пробах по ГОСТ 12536-79 [1979] пипеточным методом. Перед проведением анализа образцы осадков кипятили с пирофосфатомNaв течение 1 часа, чтобы избежать коагуляции частиц. Определение содержания органического углерода проводилось в воздушно-сухих пробах на CHN-анализаторе 185 HewlettPackard (США). Также в образцах донных отложений были определены потери при прокаливании при 550 ºС [Heiri et al., 2001].

Рис. 1. Расположение станций отбора проб донных отложений в оз. Вильно (КНП, Архангельская область)

Таблица 1.

Фракционный состав донных отложений оз. Вильно, %

* Σ_ал – сумма алевритовых фракций;

**Σ_пел – сумма пелитовых фракций.
По данным гранулометрического анализа (табл. 1) видно явное доминирование алевритовых фракций, которое происходит в основном за счет вклада мелкоалевритовых частиц. Лишь в точке V1 суммы алевритовых и пелитовых фракций находятся на одном уровне (45.6 и 49.3 % соответственно). Согласно гранулометрической классификации [Субетто, 2009] осадки относятся к смешанному и алевритовому типу, что наглядно отражено натрехкомпонентнойтреугольной диаграмме (рис. 2). Поверхностный слой донных отложений оз. Вильно в основном представлен илами, для которых характерно низкое содержание карбонатов (табл. 2).

В работе [Шерышева и др., 2009] рассматривалось влияние морфометрических характеристик и трофического статуса озер на формирование фракционного состава донных отложений. Одним из важных факторов формирования специфики фракционного состава авторы рассматривали небольшую глубину озёр (до 6 м), что характерно и для оз. Вильно. В данных условиях преобладает скорее всего аэробная деструкция органического вещества, которая не обеспечивает полного разложения трудноокисляемых веществ и органическая материя не разлагается до мелких частиц. Подтверждением неполной деградации ОВ в водной среде служат высокие значения содержания органического углерода не только в поверхностном слое (табл.2), но и при углублении в толщу донных отложений до 50 см. Также одним из источников формирования пелитовых фракций указывалось развитие фитопланктона. В озере Вильно летом зафиксированы повышенные значения биомассы фитопланктона [Широкова, 2008] и, как следствие суммарное содержание пелитовых фракций 21.4-49.3%, что выше значений, указанных в работе [Шерышева и др., 2009], – до 10%.

Содержание грубодисперсной фракции во всех пробах варьировало от 5.1 до 29.1% при среднем значении для всей выборки 12.6%. При исключении из выборки ее максимального значения 29.1% (в точке V3) среднее значение уменьшается до 8.5%. Повышенное содержание псаммитов в точке V3 по сравнению с другими образцами можно связать с активным гидродинамическим режимом вблизи истока р. Виленки (рис.1).

По содержанию тонкодисперсных фракций донные отложения озера можно отнести к грубодисперсным [ГОСТ 9169-75, 1976]

Рис. 2. Гранулометрические характеристики донных отложений оз. Вильно.

Химические характеристики донных отложений оз. Вильно

Согласно классификации Н.В. Кордэ по количественному содержанию органического вещества осадки можно отнести к органическим сапропелитам [Кордэ, 1960].

Содержание ОВ в донных осадках тесно связано с их гранулометрическим составом [Романкевич и др., 2001]. Однако в нашем случае корреляционный анализ не выявил никаких заметных связей в распределении органического вещества по фракциям осадка. Корреляция гранулометрических фракций с содержанием органического углерода для псаммитов была слабой (r = 0.24), для алевритовых и пелитовых фракций – средняя (r = 0.39÷0.42). В целом можно сделать вывод, что органическое вещество поверхностного слоя донных отложений оз. Вильно мозаично распределяется по всем частицам грунта.

Общепринятым коэффициентом пересчета содержания С_орг в концентрации органического вещества считается 2 [Агатова и др, 2005]. Таким образом, концентрации ОВ, полученные методом сухого сожжения на CHN-анализаторе, варьируют от 19.70 до 31.82%, при среднем содержании ОВ 24.92%. Сравнительный анализ данных, полученных разными методами, показал, что значения ППП (Т = +550 ºС) несколько выше значений, полученных на CHN-анализаторе. Такую разницу можно объяснить тем, что при длительном прокаливании (в течение 4-х часов) образцы осадков теряли летучие соли, неорганический углерод, а также воду, связанную глинистыми минералами или оксидами металлов [Heiri et al., 2001].

Выводы:

1. 
   Поверхностный слой донных отложений оз. Вильно представлен сапропелистыми илами с низким содержанием карбонатов.
   
2. 
   Осадки относятся к грубодисперсным смешанного типа с преобладанием алевритовых фракций.
   
3. 
   Содержание органического вещества в осадках достаточно высокое, что объясняется его неполной деградацией, как в толще воды, так и в донных отложениях.
   

Агатова А.И., Аржанова Н.В., Лапина Н.М. и др. Пространственно-временная изменчивость органического вещества в прибрежных экосистемах Кавказского шельфа Черного моря // Океанология. 2005.Т.45. №4. С. 670-677.

Белкина Н.А. Роль донных отложений в процессах трансформации органического вещества и биогенных элементов в озерных экосистемах // Труды Карельского научного центра РАН. 2011. № 4. С. 35-41.

ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.

ГОСТ 9169-75 Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация.

Кордэ Н.В. Биостратификация и типология русских сапропелей. – М.: Изд-во АН СССР, 1960. – 220 с.

Романкевич Е.А., Ветров А.А. Цикл углерода в арктических морях России. – М.: Наука, 2001. – 302 с.

Субетто Д.А. Донные отложения озер: Палеолимнологические реконструкции. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2009. – 339 с.

Шерышева Н.Г., Ракитина Т.А., Поветкина Л.П. Условия формирования гранулометрического состава иловых отложений на территории национального парка «Самарская лука» // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. Самарская Лука. 2009. Т. 18, № 3. С. 104-113.

Широкова Л.С., Воробьева Т.Я., Забелина С.А., Морева О.Ю., Климов С.И. Характеристика продукционно-деструкционных процессов малых озер Архангельской области // Современные проблемы науки и образования. 2008. № 5. С. 17-24.