Organic carbon in surface sediments of Chaunskaya Bay (East Siberian Sea): results of pyrolytic analysis using the Rock-Eval method

Full Text

Введение

В последние годы ученые уделяют все больше внимания изучению органического углерода (С_орг) донных осадков арктических морей, так как происходящие климатические изменения увеличивают темпы дестабилизации мерзлоты, которая хранит в себе огромные запасы законсервированного С_орг (до 44±10 Мт для Восточно-Сибирского арктического шельфа) [1–3]. Важно отметить, что, поступая на шельф, С_орг при разрушении окисляется до двуокиси углерода (СО₂). Это может привести к серьезному смещению экологического равновесия, в том числе асидификации вод арктических морей [4], и увеличению эмиссии углекислого газа в атмосферу [5]. Основными источниками С_орг, согласно ранее проведенным исследованиям [6–11], являются сток крупных сибирских рек и продукты разрушения берегового ледового комплекса. Для формирования объективного представления о природе С_орг Восточно-Сибирского арктического шельфа необходимо всесторонне изучить региональные особенности процессов переноса, преобразования и накопления С_орг в различных седиментационных и биогеохимических обстановках. В данной работе мы изучаем С_орг донных осадков Чаунской губы – аккумулятивной акватории с полузамкнутым водообменом, сообщающимся с Восточно-Сибирским морем (ВСМ) через небольшой пролив. Данный район уникален своей спокойной литодинамической обстановкой, также в губе отсутствует крупный речной сток, а термоабразия береговой зоны носит зональный характер. Чаунская губа расположена между двумя биогеохимическими провинциями. С западной стороны ВСМ граничит с морем Лаптевых, С_орг поступает в воды ВСМ с речным стоком (Лена, Индигирка и Колыма) и продуктами береговой эрозии, формируя западную биогеохимическую провинцию (ЗБП) [12]. С востока ВСМ граничит с Чукотским морем, откуда поступают тихоокеанские воды, обогащенные биогенными веществами [12]. Для изучения пространственной изменчивости геохимических параметров органического вещества донных осадков Чаунской губы мы применили пиролитический анализ по методу Rock-Eval. Данный анализ позволяет не только определить концентрацию С_орг, но и выявить определяющий вклад морской и наземной компоненты, а также определить степень дигенетического преобразования С_орг. Наряду с широко применяемыми молекулярным и изотопным анализами, данные пиролиза дополняют и расширяют геохимическую интерпретацию о природе С_орг [13–16]. Тем не менее данные пиролитического анализа для С_орг на Восточно-Сибирском арктическом шельфе в настоящее время ограничены. Полученные нами результаты мы объединили с ранее опубликованными данными по особенностям состава С_орг донных осадков Чаунской губы [17] с целью получения более полной картины распределения состава и свойств С_орг на данной акватории. Также мы сопоставили наши результаты с результатами по ВСМ [3, 18].

Материалы и методы исследования

Фактический материал

Площадь опробования охватывает практически всю Чаунскую губу, за исключением западной мелководной части, расположенной ниже о. Айон (рис. 1). Гранулометрический и пиролитический анализы мы выполнили для 32 образцов донных осадков, отобранных с 18 станций с помощью коробчатого пробоотборника с трех различных горизонтов. Для образцов со станций 4, 61 и 82 мы провели только гранулометрический анализ. Все образцы отбирались в ходе научной экспедиции на борту НИС «Академик Опарин» (сентябрь–октябрь 2020 г.). Образцы донных осадков помещали в морозильную камеру и хранили при температуре –18 °C. После транспортировки образцов непосредственно в лабораторию ТПУ их размораживали при комнатной температуре 20–22 °C.

Методы исследования

Пиролитический анализ был выполнен на приборе Rock Eval 6 Turbo компании Vinci Technologies, Франция. Данный анализ представляет собой двухступенчатый процесс, сочетающий пиролиз в кислородной атмосфере и сжигание в кислородных условиях. Пробоподготовительные работы проходили в несколько этапов, на начальном этапе пробы размораживались при комнатной температуре, далее высушивались и гомогенизировались в фарфоровой ступке. По итогу навеску породы (донный осадок) массой 40 мг анализировали в температурном цикле «Reservoir» (рис. 2). Процедура начиналась со 180 °C со скоростью нагрева 25 °C/мин для высвобождения фракции легких летучих соединений и формирования пика S1r (мг УВ/г). Дальнейший нагрев до 650 °С позволяет получить двойной пик S2a (мг УВ/г) и S2b (мг УВ/г), в значительной степени указывающий на распад сложных молекул [15, 19]. Выделившиеся углеводороды измерялись пламенно-ионизационным детектором. Количества CO и CO2, представляющие пики S3CO (мг CO/г) и S3 (мг CO2/г), соответственно, непрерывно измерялись инфракрасным детектором на стадии пиролиза. Затем образец сжигали в окислительной камере, нагреваемой до 850 °С со скоростью нагрева 20 °С/мин. Эта дополнительная стадия окисления позволила определить значения остаточного органического углерода (RC – Residual Carbon, %) и неорганического углерода (MinC, % масс.). Общее содержание органического углерода (TOC – Total Organic Carbon) рассчитывали как сумму пиролизованной (PC – Pyrolysis Carbon, %) и остаточной фракций. Водородный индекс (HI – hydrogen index) и кислородный индекс (OI – oxygen index) определяются из соотношений S2/TOC и S3/TOC соответственно.

 

Таблица 1. Температурные условия цикла «Reservoir»

Table 1. Temperature mode for the «Reservoir» cycle

Стадия Stage	Начальная температура Initial temperature	Конечная температура Final temperature	Скорость нагрева, °С/мин Heating rate, °С/min	Выдержка при начальной температуре Exposure at initial temperature	Выдержка при конечной температуре Exposure at final temperature
	°С			мин/min
Пиролиз Pyrolisis	180	650	25	10	0
Окисление Oxidation	300	850	20	1	5

 

Рис. 1. Карта станций отбора проб в Чаунской губе и в прибрежных районах Восточно-Сибирского моря

Fig. 1. Map of sampling stations in the Chaunskaya Bay and in coastal areas of the East Siberian Sea

 

Рис. 2. График пиролиза в цикле «Reservoir» по данным [20]

Fig. 2. Pyrogram for the «Reservoir» cycle by [20]

 

Представленные результаты пиролитического анализа были ранее частично опубликованы в работе [17]. Новые данные охватывают практически всю акваторию Чаунской губы, что существенно дополняет представления о биогеохимической природе С_орг в районе исследования.

Измерения размера зерна проводили с помощью лазерного анализатора частиц Analysette 22 NanoTec (Fritsch, Германия). Дисперсную среду создавали с помощью поверхностно-активных веществ ПАВ-901 (Fritsch, Германия). Калибровка выполнялась с применением сертифицированного стандарта F-500 (Fritsch, Германия). Измеренный спектр размеров частиц был представлен в виде % объема в логарифмической шкале, где объем вычислялся по диаметру частиц, принимая сферическую форму. Результаты пересчитывали на фракции пелита (<2 мкм), алеврита (2–63 мкм) и песка (>63 мкм), согласно работе [21]. Расчет статистических параметров выполнялся c использованием программного пакета GRADISTAT v.8.0 [22].

Результаты и обсуждение

Результаты гранулометрического анализа представлены в табл. 2. Донные осадки Чаунской губы состоят в основном из алеврита с примесью песка и пелита. Содержание алевритовой фракции находится в пределах от 6,9 до 91,2 % при среднем 79,1±18 %; песчаной от 0,1 до 92,7 при среднем 11,3±21,3 %; пелитовой от 0,4 до 16,9 при среднем значении 10,2±4,3 %. В данном исследовании мы расширили площадь опробования гранулометрического состава донных осадков, добавив новые станции к ранее опубликованным [17] (выделены знаком звездочка в табл. 2). Дополнительно для данных гранулометрического анализа мы использовали среднее значение по трем горизонтам (верхний 0–2 см, промежуточный 2–5 см, нижележащий 5–10 см). Наше решение обусловлено отсутствием сильного разброса в значениях между горизонтами. Мы приняли во внимание станции 76, 71 и 58 в южной, юго-западной и центральной частях Чаунского залива, где наблюдали большую разницу в количестве песчаного материала между поверхностным слоем (89,6; 26,6; 47,6 %) и промежуточным (1,6; 66,6; 5,8 %). Так, в районе устьевой области рек (станция 76, южная часть Чаунской губы) поверхностный слой на 89,6 % состоит из песчаного материала, а уже промежуточный слой состоит из алеврита (88,9 %) и пелита (9,5 %). Наличие большого количества песчаного материала только в поверхностном слое и нахождение станции 76 недалеко от устьевой области рек говорят нам как о возможном локальном воздействии речного стока, так и о влиянии приливно-отливных течений, или же циркуляции воды, в Чаунской губе. Также присутствие песчаного материала для станции 71, вероятно, связано с наличием древних береговых комплексов в виде галечно-песчаных кос, баров [23, 24]. Однако данные ураганные пробы исключены из выборки, так как могут привести к неправильному определению среднего показателя. Дополнительно мы рассчитали гранулометрические параметры c использованием программного пакета GRADISTAT v.8.0 [22]. Медианный размер зерна Md (D50) составил от 7,8 до 163,6, средний размер зерна Мz составил от 6,8 до 168,6. Увеличение этих параметров функционально обусловлено повышенными значениями критерия перемещения осадочного материала [17]. На рис. 2, а показано пространственное распределение медианного размера зерна (Мd50), с помощью которого можно проследить распространение осадочного материала по всей площади Чаунской губы. Донные осадки, распространенные на мелководье вдоль юго-западного и южного побережья Чаунской губы, характеризуются примесью крупной фракции песка (до 92,1 %). Осадок, расположенный в центральной части, а также в районе проливов (Средний и Певек), представлен алевритовой фракцией. На выходе из губы (зона внутреннего шельфа ВСМ) наблюдается рост содержания пелитовой фракции. Наблюдается закономерность – с удалением от источника сноса осадочного материала, т. е. от прибрежной и береговой зоны, возрастает доля пелитового материала, так как более мелкие частицы могут быть транспортированы на большие расстояния водными потоками.

Таким образом, донные осадки Чаунской губы представлены разнозернистым осадочным материалом (песчано-алеврито-пелитовый), где преобладает преимущественно алевролитовая фракция. Примесь песчаного материала, вероятно, обусловлена подводно-аллювиальными речными наносами (южная часть Чаунского залива), а также эрозионными наносами со стороны юго-восточной прибрежной зоны и со стороны о. Айон. Распространение пелитового материала в центральной части Чаунской губы и в зоне внутреннего шельфа ВСМ обусловлено удалением от источника сноса осадочного материала, и также осаждением глинистых частиц в стабильных подледных условиях, вне развития активных волновых процессов [17].

В табл. 3 приведены результаты пиролитического анализа донных осадков Чаунской губы. Содержание С_орг в исследуемых пробах варьируется в пределах от 0,4 до 2,06 % при среднем значении 1,1±0,4 %, что находится в пределах допустимых значений для Восточно-Сибирского арктического шельфа и для Арктики в целом [25–29]. Для поверхностного горизонта (0–2 см) С_орг составил от 0,4 до 2,06 % при среднем значении 1,2±0,5 %. Для промежуточного слоя (2–5 см) С_орг составил от 0,4 до 1,85 % при среднем значении 1,1±0,4 %. Для нижележащего слоя (5–10 см) С_орг от 0,6 до 1,53 % при среднем значении 1,2±0,3 %. Значительной разницы в значениях С_орг между горизонтами мы не наблюдали. Поэтому при дальнейшей интерпретации результатов использовали средние значения для каждой станции (рис. 3, б).

На основе количественных данных различных групп углеводородных соединений (пики S1, S2, S3) в донных осадках производится типизация С_орг. Для морского С_орг характерно содержание более высоких концентраций S1и S2. Для терригенного С_орг, который формировался в окислительных условиях, наблюдается более высокое содержание S3 и RC. Такие различия обусловливаются низкой концентрацией/отсутствием лигнина, представляющего собой кислородосодержащий полимер наземного происхождения, содержащегося в морском С_орг. А также для таких значений характерны повышенные концентрации содержания липидных соединений [19]. В исследуемых образцах количество свободных низкомолекулярных углеводородов (пик S1) составило от 0,1 до 0,99 при среднем 0,5±0,2 мг/г. Содержание летучих продуктов термической деструкции ОВ (пик S2) составило от 0,3 до 3,98 мг/г при среднем 2,0±0,9 мг/г. Содержание остаточного кислородсодержащего С_орг (пик S3) составило от 0,7 до 4,68 при среднем 2,3±0,9 мг/г. Количество пиролизируемого углерода (PC – pyrolysis carbon) в донных осадках составило от 0,1 до 0,58 при среднем 0,3±0,1 %, при этом доля остаточного углерода (RC – residual carbon) в три раза выше PC и составила от 0,3 до 1,48 при среднем 0,9±0,3 %. Таким образом, в исследуемых нами образцах, согласно данным различных групп углеводородных соединений, наблюдается в равной степени содержание морского и наземного С_орг при условии возможности преобладания второго, так как наблюдается превышение значений RC относительно PC.

 

Таблица 2. Гранулометрическая характеристика донных осадков Чаунской губы (Восточно-Сибирское море)

Table 2. Gran size characteristics of bottom sediments of the Chaunskaya Bay (East Siberian Sea)

Станция Station	Долгота Longitude, °E	Широта Latitude, °N	Глубина, м Depth, m	Размерная типизация Grain size classes, %			Статистические параметры Grain size parameters
				Пелит Clay	Алеврит Silt	Песок Sand	Md	Mz
				<2	2–63	>63
				мкм			μm
3	170,50	69,77	13	8,5	85,43	6,1	18,5	14,7
4	170,27	69,76	11	15,3	84,63	0,1	8,2	7,2
7	169,74	69,77	21	15,1±1,1	84,6±0,8	0,35±0,2	9,2±0,6	7,9±0,5
10	169,97	69,54	14	13,3±2,3	86,4±2,1	0,3±0,2	22,1±18,1	9,0±1,5
31	170,38	69,51	12	7,5±0,04	91,2±0,2	1,3 ±0,1	17,4 ± 0,4	13,9±0,2
32	170,55	69,35	11	8,5±2,5	90,4±1,9	1,2±0,6	16,4±3,0	13,1±2,6
33	170,14	69,36	15	12,5±1,2	86,5±0,1	0,9±1,3	11,3±2,0	9,3±1,6
34	169,69	69,55	20	14,9±0,6	84,9±0,6	0,1±0,01	8,9±0,3	7,6±0,2
43	170,11	69,64	23	11,4±0,6	86,2±1,1	2,4±1,7	13,3±1,3	10,9±1,0
57*	169,77	69,27	16,0	15,8±0,2	84,1±0,3	0,1±0,1	7,9± 0,1	7,0±0,1
58	169,86	69,18	15	9,8	84,30	5,8	16,2	13,2
59	170,19	69,21	15	11,3	88,31	0,4	12,2	9,9
60	170,57	69,20	11	7,6±2,4	90,2±1,8	2,1±0,6	18,3±2,6	14,7±2,5
61	169,75	69,37	18	13,2	86,59	0,2	10,2	8,5
62	170,38	69,05	12	6,7±0,4	91,1±0,4	2,2±0,8	18,9±0,8	15,2±0,7
66*	169,98	69,05	14,1	8,6±2,5	87,2±2,0	4,2±4,5	17,6±5,8	14,1±4,4
67*	169,73	69,04	13,7	7,1±0,2	75,6±5,3	17,2±5,5	27,4±2,8	20,6±2,1
68	169,42	69,21	12	13,5	79,93	6,5	13,5	11,3
69*	169,62	69,34	10,0	8,4±4,0	80,4±11,3	11,2±15,3	24,2±17,9	18,0±11,9
70	169,34	69,13	10	2,9	28,00	69,1	129,4	81,5
71	169,05	69,22	9	4,9	68,40	26,6	37,2	28,3
72*	169,36	69,37	9,6	5,7±1,6	71,4±2,6	22,9±4,2	37,2±5,4	26,6±4,8
73*	169,52	69,56	11,3	4,7	49,05	46,2	59,0	41,6
74*	169,48	69,68	11,3	5,8	76,76	17,5	31,7	23,4
76*	170,23	68,87	9,0	9,5	88,90	1,6	15,1	12,0
77	170,36	68,96	11	6,1±0,4	83,4±5,2	10,5±4,8	25,6±2,9	19,9±1,5
82	169,36	69,07	2	0,5	6,85	92,7	163,6	168,6
86	170,50	70,06	21	16,9±4,1	82,9±3,8	0,2±0,2	7,8±2,5	6,8±1,9
88	170,02	70,02	15	12,3±0,8	87,1±0,01	0,6±0,7	11,2±2,0	9,3±1,4
90*	169,71	69,96	13,7	15,8±1,4	83,9±1,1	0,3±0,3	8,5±1,2	7,4±1,0
95*	169,81	70,14	19,3	16,8±3,9	82,9±3,7	0,3±0,3	7,9±2,1	7,1±1,6
97*	170,07	70,45	27,5	13,9±0,6	85,9±0,7	0,1±0,2	8,5±0,9	7,5±0,7
99*	170,43	70,80	28,2	13,3±1,2	86,6±1,1	0,1±0,1	8,1±2,1	7,0±1,7

Расшифровка параметров Md и Mz приведена в тексте/Parameters Md и Mz are explained in the text; *данные, представленные в работе [17]/data presented in [17].

 

Рис. 3. Карты пространственного распределения: а) медианного размера зерна (Мd50) в донных осадках Чаунской губы (Восточно-Сибирское море); б) органического вещества С_орг (TOC), % в донных осадках Чаунской губы; в) водородного индекса (HI), мг УВ/г С_орг в донных осадках Чаунской губы; г) кислородного индекса (OI), мг СО₂/г С_орг

Fig. 3. Spatial distribution maps: a) median grain size (Md50) in bottom sediments of the Chaunskaya Bay (East Siberian Sea); b) organic matter of TOC, % in bottom sediments of the Chaunskaya Bay; c) hydrogen index (HI), mg of HC/g of TOC in the bottom sediments of the Chaunskaya Bay; d) oxygen index (OI), mg CO₂/ g TOC

 

Окисление С_орг и дальнейшие его преобразования отражаются на значениях индексов HI и OI. Для исследованных образцов HI составил от 34 до 232 при среднем значении 166±34 мг УВ/г С_орг (рис. 3, в); OI составил от 135 до 571 при среднем 199±63 мг СО₂/г С_орг (рис. 3, г). Наибольшие значения OI наблюдаются в центральной части Чаунской губы (станция 58, поверхностный горизонт), в юго-западной части (станция 70, поверхностный горизонт) и в районе пролива Певек (станция 3, поверхностный горизонт), что указывает на активные процессы деградации и минерализации, происходящие в данных районах. Хотелось бы отметить превышение OI для поверхностного окисленного горизонта 58 станции почти в 2 раза относительно промежуточного горизонта (нижележащий горизонт отсутствует для данной станции), что коррелирует с изменениями гранулометрического состава, где горизонт 0–2 на 48 % состоит из песчаного материала.

Проведенные ранее исследования показали, что значение HI в ~100 мгУВ/г С_орг рассматривается как усредненное переходное значение между морским и терригенным типом С_орг в осадках арктических морей [30, 31]. Для С_орг морского происхождения значения HI находятся в диапазоне (~200–300 мгУВ/г С_орг), в то время как для терригенного С_орг значения HI меньше 100 мгУВ/г С_орг. Похожая картина наблюдалась в Карском море, где значения HI>100 мгУВ/г С_орг были зафиксированы в глубоководных районах близ кромки шельфа, а значения HI<100 мгУВ/г С_орг фиксировались в прибрежной части, район устьев рек Оби и Енисея [31]. Данное распределение наблюдалось также и для залива Гудзон [30]. Однако для осадков моря Лаптевых и ВСМ, напротив, максимальные значения HI отмечались для прибрежных районов [18]. Данные результаты послужили дополнительным подтверждением ранее сформулированной гипотезы об увеличении доли свежесинтезированного и слабопреобразованного С_орг вдоль побережья Сибирской Арктики по направлению с запада на восток [32]. Для донных осадков Чаунской губы максимальные HI (208,217,227,232 мгУВ/г С_орг) наблюдаются в юго-восточной части исследуемого района (станции 31, 32, 60, 76), при этом в целом по всему заливу значения HI≥150 мгУВ/г С_орг, что может свидетельствовать об усилении вклада первичной продукции, обусловленного слабым воздействием речного стока, циклонической циркуляции вод и термоабразии береговой зоны в Чаунской губе. По мере удаления от залива, в районе мыса Шелагский, а также в районе станции 82 значения HI резко снижаются до 34 мг УВ/г С_орг, что указывает на отсутствие прямого источника свежесинтезированного С_орг.

На базе диаграммы Ван-Кревелена мы построили модифицированную диаграмму зависимости HI от OI индексов для уточнения генезиса С_орг. Данная диаграмма традиционно используется в нефтяной геохимии с целью типизации керогена в соответствии с генезисом исходного С_орг. Согласно представленной диаграмме, I тип характерен для морского С_орг, II тип – для смешанного С_орг и III тип – для терригенного С_орг [18] (рис. 4). Значения HI и OI преимущественно попадают в область, относящуюся ко второму типу, отвечающему за смешанный генезис С_орг. Несколько станций попадают или граничат с третьим типом, однако мы считаем, что для донных осадков Чаунской губы характерно наличие смешанного типа С_орг. Это также подтверждает выводы, представленные выше.

Свежесинтезированное С_орг донных отложений характеризуется высокими значениями отношения HI/OI (>2), тогда как для С_орг, претерпевшее цикл диагенетических преобразований, значения отношения HI/OI снижаются. Для донных осадков Чаунской губы отношение HI/OI составило от 0,2 до 1,5 при среднем значении 0,9±0,3, что может указывать на начальные процессы переработки и деградации ОВ в районе исследования. Однако вместе с вышеперечисленными выводами полученные результаты не исключают приток свежесинтезированного С_орг в донных осадках Чаунской губы.

Параметр T_peak, температура максимального выхода УВ, характеризует термическую стабильность С_орг и может служить дополнительным индикатором для определения источника С_орг [33]. Высокие значения T_peak характерны для продуктов разложения незрелых гумусовых веществ (420–470 °C), обнаруженных в органоминеральных горизонтах почв [13]. Морские гумусовые кислоты распространены среди арктических морских водорослей и, соответственно, повсеместно присутствуют в осадках арктических шельфовых морей [34]. Гуминовые вещества также составляют значительную долю терригенного С_орг [34].

 

Рис. 4. Модифицированная диаграмма Ван-Кревелена для поверхностных осадков Чаунской губы (Восточно-Сибирское море)

Fig. 4. Modified Van Krevelen-type diagram of surface sediments across the Chaunskaya Bay (East Siberian Sea)

 

Таблица 3. Параметры Rock-Eval для образцов поверхностных осадков, отобранных на акватории Чаунской губы (Восточно-Сибирское море)

Table 3. Rock-Eval parameters for Chaunskaya Bay (East-Siberian Sea) surface sediments

Образец Station	Горизонт отбора, см Sampling horizon, cm	Глубина, м Depth, m	Tpeak, °C	S1r, мгHC/g	S2b, мгHC/g	S3, мгHC/g	PC, %	RC, %	Сорг TOC, %	HI	OI	MinC, %	HI/OI
3	0–2	13,0	465	0,39	1,92	3,26	0,31	0,73	1,04	185	313	0,2	0,6
7	2–5	21,0	461	0,53	2	3,12	0,33	1,09	1,42	141	220	0,1	0,6
	5–10		463	0,52	1,84	2,23	0,29	1,02	1,31	140	170	0,09	0,8
10	2–5	14,0	461	0,57	2,9	2,73	0,39	1,15	1,54	188	177	0,11	1,1
	5–10		462	0,64	2,74	2,4	0,38	1,15	1,53	179	157	0,11	1,1
31	0–2	12,0	461	0,63	2,91	3,14	0,41	1,1	1,51	193	208	0,14	0,9
	2–5		463	0,73	3,28	2,85	0,45	1,13	1,58	208	180	0,11	1,2
32	0–2	11,0	464	0,71	3,08	3,37	0,43	0,99	1,42	217	237	0,11	0,9
	5–10		464	0,51	2,67	2,07	0,35	0,97	1,32	202	157	0,09	1,3
33	0–2	15,0	458	0,99	3,98	4,36	0,58	1,48	2,06	193	212	0,18	0,9
	2–5		462	0,87	3,68	3,53	0,52	1,33	1,85	199	191	0,13	1,0
34	0–2	20,0	458	0,57	2,46	3,09	0,36	1,34	1,7	145	182	0,16	0,8
	2–5		459	0,45	3,01	2,89	0,4	1,16	1,56	193	185	0,15	1,0
43	0–2	23,0	454	0,55	2,1	3,83	0,35	1,16	1,51	139	254	0,22	0,5
	2–5		460	0,48	2,1	3,24	0,33	1,12	1,45	145	223	0,15	0,6
57*	0–2	16,0	451	0,62	2,87	4,2	0,44	1,32	1,76	163	239	0,17	0,7
	2–5		453	0,73	2,67	3,18	0,41	1,2	1,61	166	198	0,16	0,8
58	0–2	15,0	462	0,16	1,05	4,68	0,25	0,57	0,82	128	571	0,16	0,2
	2–5		458	0,37	1,27	2,27	0,22	0,76	0,98	130	232	0,11	0,6
59	2–5	15,0	463	0,73	2,94	2,67	0,41	1,14	1,55	190	172	0,11	1,1
60	0–2	11,0	463	0,66	3,24	2,96	0,43	1,04	1,47	220	201	0,12	1,1
	5–10		466	0,61	2,91	2,12	0,38	0,9	1,28	227	166	0,09	1,4
62	0–2	12,0	465	0,74	3,9	3,69	0,52	1,31	1,83	213	202	0,16	1,1
	2–5		466	0,57	3,21	2,74	0,42	1,05	1,47	218	186	0,14	1,2
66*	0–2	14,1	449	0,47	2,11	3,05	0,32	1,01	1,33	159	229	0,15	0,7
	2–5		453	0,46	2,4	2,71	0,34	1,01	1,35	178	201	0,11	0,9
67*	0–2	13,7	448	0,75	2,24	2,78	0,35	0,94	1,29	174	216	0,13	0,8
	2–5		455	0,42	1,36	1,4	0,2	0,56	0,76	179	184	0,1	1,0
68	5–10	12,0	459	0,37	1,25	2,35	0,23	0,81	1,04	120	226	0,11	0,5
69*	0–2	10,0	449	0,37	1,15	1,67	0,19	0,6	0,79	146	211	0,11	0,7
	2–5		453	0,24	0,91	1,33	0,14	0,48	0,62	147	215	0,07	0,7
70	0–2	10,0	452	0,13	0,58	1,33	0,1	0,3	0,4	145	333	0,06	0,4
71	0–2	9,0	454	0,16	0,78	0,76	0,11	0,33	0,44	177	173	0,07	1,0
	2–5		465	0,21	0,84	0,72	0,12	0,38	0,5	168	144	0,06	1,2
72*	2–5	9,6	451	0,25	0,89	0,94	0,13	0,44	0,57	156	165	0,07	0,9
	5–10		454	0,27	0,88	0,78	0,13	0,45	0,58	152	134	0,07	1,1
73*	2–5	11,3	451	0,51	1,71	1,77	0,25	0,66	0,91	188	195	0,09	1,0
74*	2–5		454	0,29	1,09	1,14	0,16	0,55	0,71	154	161	0,08	1,0
76*	0–2	9,0	456	0,23	0,86	0,91	0,12	0,37	0,49	176	186	0,05	0,9
	2–5		462	0,62	2,69	1,79	0,35	0,81	1,16	232	154	0,08	1,5
77	0–2	11,0	462	0,23	1,34	1,28	0,18	0,47	0,65	206	197	0,07	1,0
	2–5		458	0,16	0,7	1,05	0,11	0,31	0,42	167	250	0,08	0,7
82	2–5	2,0	647	0,08	0,32	1,46	0,08	0,85	0,93	34	157	0,11	0,2
86	0–2	21,0	457	0,69	2,6	2,41	0,37	1,15	1,52	171	159	0,14	1,1
	2–5		452	0,62	2	2,32	0,31	1,13	1,44	139	161	0,09	0,9
	5–10		451	0,68	2,3	2,28	0,34	1,09	1,43	161	159	0,13	1,0
90*	0–2	13,7	449	0,33	1,63	1,89	0,24	0,82	1,06	154	178	0,11	0,9
	5–10		454	0,55	1,98	2,2	0,29	0,95	1,24	160	177	0,11	0,9
	2–5		446	0,61	1,96	2,04	0,29	0,95	1,24	158	165	0,14	1,0
95*	0–2	19,3	457	0,51	2,27	2,36	0,33	1,03	1,36	167	174	0,12	1,0
	2–5		453	0,28	1,45	1,54	0,21	0,8	1,01	144	152	0,1	0,9
	5–10		449	0,43	1,3	1,88	0,22	0,95	1,17	111	161	0,1	0,7
97*	0–2	27,5	451	0,65	2,26	2,49	0,34	1,14	1,48	153	168	0,14	0,9
	2–5		448	0,4	1,52	1,67	0,23	0,81	1,04	146	161	0,12	0,9
	5–10		441	0,37	1,07	1,89	0,2	0,76	0,96	111	197	0,09	0,6
99*	0–2	28,2	453	0,48	1,53	1,54	0,23	0,83	1,06	144	145	0,08	1,0
	2–5		455	0,46	1,2	1,68	0,2	0,67	0,87	138	193	0,1	0,7

Расшифровка параметров Tpeak, S1, S2, S3, PC, RC, TOC, HI, OI, MinC приведена в тексте (раздел «Материалы и методы исследований»)/Parameters Tpeak, S1, S2, S3, PC, RC, TOC, HI, OI, MinC are explained in the text (Section «Materials and methods»); *данные, представленные в работе [17]/Data presented in [17].

Рис. 5. Взаимосвязь водородного (слева) и кислородного индексов (справа) и параметра T_peak, °С

Fig. 5. Correlation of HI (left plot) and OI (right plot) and T_peak, °С

 

Значения T_peak для донных осадков исследуемого района находятся в диапазоне от 441 до 647 °C при среднем значении 460±26 °C, что определяется наличием более термически-устойчивой гумусовой компоненты. Наши данные значительно отличаются от данных для центральной и северо-западной частей шельфа ВСМ [18], где значения T_peak не превышают 400 °C. На левом графике рис. 5 мы наблюдаем положительную корреляцию между T_peak и значениями HI для всех трех горизонтов. Особенно высокая корреляция наблюдается для нижнего горизонта (R=0,72 при достоверности аппроксимации R²=0,51) и поверхностного горизонта (R=0,62 при достоверности аппроксимации R²=0,38), что потенциально указывает на присутствие термически устойчивой морской компоненты в составе С_орг донных осадков Чаунской губы. На правом графике корреляционная связь между T_peak и значениями OI полностью отсутствует.

По данным параметров T_peak, HI и OI особенно выделяется станция 82, район мыса Наглёйнгын, где фиксируется очень высокая температура выхода углеводородов (647 °С), минимальный водородный показатель (34 мг СО₂/г С_орг) и максимальное количество содержания песчаного материала в донном осадке, что, вероятно, указывает на активные абразионные процессы, переносящие в более глубоководные зоны Чаунской губы песчаный материал с минимальным содержанием органического материала. Похожую картину мы наблюдаем и для станции 70, расположенной неподалеку от мыса Наглёйнгын.

Согласно работам [34–37], С_орг адсорбируется преимущественно на минеральных поверхностях пелитовых частиц, что защищает его от микробной деградации и способствует сохранению. В исследуемых нами образцах донных осадков мы не наблюдаем линейной связи (при R=0,315 при достоверности аппроксимации R²=0,0995) между долями пелитовых частиц и содержанием С_орг. При этом корреляция между содержанием пелитового материала и значениями OI и HI согласуется с ранее опубликованными данными [17].

 

Рис. 6. Взаимосвязь параметра С_орг и доли пелитовой фракции в осадках

Fig. 6. Correlation of TOC and the fraction of clay particles in surface sediments

 

Результаты пиролитического анализа показали, что определяющую роль в формировании состава С_орг донных осадков Чаунской губы играют первичная продуктивность вод и процессы эрозии береговой зоны. Также в составе С_орг прослеживается вклад речного стока, однако он имеет менее выраженный характер ввиду незначительного поступления речных наносов в воды исследуемого района. Приведенные выводы подтверждают возможность использования метода Rock-Eval как дополнительного геохимического индикатора при изучении особенностей состава С_орг. Тем не менее формирование более полного представления о биогеохимическом цикле углерода в акватории Чаунской губы может быть обеспечено только за счет комплексного исследования системы «вода – донные отложения», в том числе на молекулярном и изотопном уровнях.

Заключение

По результатам пиролитического анализа было установлено, что содержание С_орг варьируется от 0,4 до 2,06 %. В данной работе мы впервые показываем пространственную выдержанность С_орг для донных осадков исследуемого района. С_орг концентрируется преимущественно в центральной части Чаунской губы. Вдоль береговой зоны и на внутреннем шельфе ВСМ концентрации С_орг снижаются. В центральной, юго-западной частях и в районе пролива Певек были зафиксированы повышенные значения OI, что указывает на возможный вклад слабоокисленного С_орг. Сопоставление ряда индексов показало, что состав С_орг определяется путем усиления вклада первичной продуктивности Чаунских вод, а также поступлением терригенного С_орг в результате береговой эрозии и незначительного речного стока. Таким образом, все вышеперечисленные факторы формируют особую биогеохимическую акваторию в Чаунской губе, где отсутствует крупный речной сток, а полузамкнутый аккумулятивный седиментационный бассейн, отделенный от ВСМ островом Айон, и слабое циркуляционное течение благоприятно воздействуют на усиление первичной биопродуктивности Чаунских вод. Немаловажную роль играют эрозионные процессы вдоль береговой зоны Чаунской губы, за счет которых происходит приток терригенного С_орг и, соответственно, дальнейшее его окисление и минерализация.

About the authors

Natalina А. Poltavskaya

National Research Tomsk Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: geoikigai@tpu.ru

Assistant, Junior Research Assistant

Russian Federation, Tomsk

Elena V. Gershelis

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: elenapanova@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0854-9212

Cand. Sc., Associate Professor

Russian Federation, Tomsk

Aleksandr N. Charkin

Pacific Oceanological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: charkin@poi.dvo.ru
ORCID iD: 0000-0001-9273-9950

Laboratory of Advanced Methods of Marine Research

Russian Federation, Vladivostok

Elena I. Yaroshchuk

Pacific Oceanological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: e.yaroshchuk@poi.dvo.ru

Researcher

Russian Federation, Vladivostok

Natalya V. Guseva

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: gusevanv@tpu.ru

Dr. Sc., Professor

Russian Federation, Tomsk

Igor P. Semiletov

Pacific Oceanological Institute, Russian Academy of Sciences; National Research Tomsk Polytechnic University

Email: ipsemiletov@alaska.edu
ORCID iD: 0000-0003-1741-6734

Corresponding Member of the RAS, Dr. Sc., Head of the Laboratory, Professor

Russian Federation, Vladivostok; Tomsk

References

Supplementary files