Биогеохимические характеристики мелководных струйных метановых газовыделений в прибрежных районах Крыма в сравнении с глубоководными сипами Чёрного моря
Biogeochemical characteristics of shallow methane seeps of Crimean coastal areas in comparison with deep-sea seeps of the Black Sea
Biogeochemical characteristics of shallow methane seeps of Crimean coastal areas in comparison with deep-sea seeps of the Black Sea
Дата
2020
Авторы (alternative)
Название журнала
Номер ISSN
Название тома
Издатель
Аннотация
Струйные метановые газовыделения (сипы) — широко распространённый феномен в Мировом океане, в том числе в бассейне Чёрного моря. Актуальность исследований метановых сипов обусловлена их важной ролью в качестве источника метана как парникового и средообразующего газа для водной толщи и атмосферы. В работе представлен сравнительный анализ данных собственных биогеохимических исследований мелководных сипов Крымского полуострова, охватывающих последние десять лет, и материалов, посвящённых глубоководным газовыделениям Чёрного моря. В этот период были проведены поисковые гидроакустические исследования, выявлен компонентный состав пузырькового газа, измерен изотопный состав углерода метана, а также молекулярно-биологическими методами определена структура микробного сообщества бактериальных матов, покрывающих площадки газовыделений, и выполнена оценка газовых потоков от отдельных сипов. В течение многолетнего мониторинга обнаружено и описано 14 отдельных газовыделяющих площадок в прибрежных районах Крыма, которые располагались от мыса Тарханкут на западе полуострова до бухты Двуякорная на юго-востоке. Превалирующая часть прибрежных сипов Крыма имела биогенную природу и сезонный характер газовыделений. К глубинному газу термокаталитического генезиса отнесены сипы в бухте Ласпи. Наблюдался значительный разброс величин изотопного состава углерода метана δ 13 C-CH 4 пузырькового газа прибрежных мелководных районов (−94...−34 ‰), что указывает на разные условия его генерации и созревания в донных отложениях. Так же, как и глубоководным сипам, прибрежным струйным газовыделениям сопутствовали бактериальные маты разной структуры с различными доминирующими видами. Показано, что для формирования устойчивой бактериальной биомассы, основу которой составляли, как правило, сульфид- и сероокисляющие бактерии, необходим флюидный поток восстановленных растворённых газов, тогда как точечная разгрузка пузырькового газа не обеспечивает достаточных градиентов концентрации и может механически разрушать структуру образующегося сообщества. Различными методами сделаны оценки размерных спектров пузырьков и потоков от отдельных струй. Диапазон значений газового потока варьировал от 1,8 л·сут −1 (бухта Мартынова) до 40 л·сут −1 (бухта Ласпи). Проанализированы средообразующие эффекты, связанные с выделением пузырькового газа в прибрежных районах: влияние сипов на кислородный режим в донных осадках и в толще воды над точками газовыделений; вертикальное перемешивание вод за счёт газлифтового эффекта; флюидная разгрузка на площадках струйных газовыделений.
Аннотация (alternative)
Methane gas bubble emissions (seeps) are widespread phenomenon in the World Ocean, inter alia in Black Sea basin. The relevance of the research of methane seeps is due to their important role as a source of methane – greenhouse and environment-forming gas – for water column and atmosphere. The article presents a comparative analysis of the data from our biogeochemical 10-year studies of shallow gas seeps of the Crimean Peninsula and data on deep-sea gas seeps of the Black Sea. During 10-year period, apart from carrying out hydroacoustic research, the following parameters were determined: bubble gas component composition, methane carbon isotopic composition, microbial community structure of bacterial mats, covering gas bubble emission sites, and gas fluxes from separate seeps. During long-term monitoring, 14 separate gas bubble emission sites were detected and described in Crimean coastal areas; they were located from Cape Tarkhankut in the west of the peninsula to the Dvuyakornaya Bay in the southeast. Crimean coastal seeps were mostly of biogenic origin, with a seasonal type of gas bubble emission. Laspi Bay seeps were classified as emissions of deep gas of thermocatalytic genesis. A significant variation was recorded in values of isotopic composition of methane carbon δ13C-CH4 of bubble gas in coastal shallow areas (−94...−34 ‰), which indicates different conditions for bubble gas generation and maturation in seabed sediments. Similar to deep-sea seeps, coastal gas bubble emissions were accompanied by bacterial mats of diverse structure, with different dominating species. As shown, formation of stable bacterial biomass, usually consisting of sulfide- and sulfur-oxidizing bacteria, requires a fluid flux of reduced dissolved gases, while pointwise bubble gas discharge does not provide sufficient concentration gradients and can mechanically disrupt community structure. Various methods were used to estimate the size spectra of bubbles, as well as fluxes from separate seeps. Gas flux values varied from 1.8 L·day−1 (the Martynova Bay) to 40 L·day−1 (the Laspi Bay). The environment-forming effects, related to gas bubble emission in coastal areas, are discussed: effect of seeps on oxygen conditions in seabed sediments and in water column above gas emission sites, vertical water mixing due to gas lift effect, and fluid discharge at gas emission sites.
Ключевые слова
метановые сипы, генезис, изотопный состав, бактериальные маты, гидроакустические методы, средообразующий газ, крымский шельф, Чёрное море
Библиографическое описание
Малахова Т. В., Егоров В. Н., Малахова Л. В., Артёмов Ю. Г., Пименов Н. В. Биогеохимические характеристики мелководных струйных метановых газовыделений в прибрежных районах Крыма в сравнении с глубоководными сипами Чёрного моря // Морской биологический журнал. - 2020. - Т. 5, № 4. - С. 37-55. https://doi.org/0.21072/mbj.2020.05.4.04