Физико-химическая модель генерации и эмиссии метана на донных осадков озера Байкал
Физико-химическая модель генерации и эмиссии метана на донных осадков озера Байкалд.г.-м.н. Кашик С.А., академик МАНВШ, проф. Исаев В.П. Институт земной коры СО РАНРассматривается модель формирования метана в донных отложениях озера Байкал в результате раннедиагенетических процессов. Показано, что величина равновесного давления в системе растворенный метан-газовая фаза прямо зависит от минерализации порового раствора: чем выше последняя, тем более высокое давление должно быть приложено для сдерживания газовыделений. То есть, чем глубже зашло взаимодействие вода-осадок, тем большее количество метана в растворенной форме накапливается в поровом пространстве донных осадков, и тем большие глубины водной толщи требуются для подавления газовых выбросов. Эмиссия углеводородных газов из донных отложений озера Байкал известна давно. Наиболее многочисленные потоки метана в виде грифонов фиксируются на Селенгинском мелководье, вблизи устья р. Селенги и залива Провал). Выполненные подсчеты показали, что суммарный дебит газовыделений достигает в данном регионе 20 млн. м3 в год [1].Локализация выбросов СН4 в придельтовой зоне озера обусловлена, с одной стороны, выносом больших количеств органического углерода р. Селенгой в виде растительного детрита (достаточно сказать, что ежегодно ею в составе взвеси сбрасывается от 57 до 630 тыс. тонн Сорг., или в среднем 196 тыс. тонн). С другой стороны, тем, что внутренняя ежегодная биогенная нагрузка седиментационного потока фитопланктоном в Байкале еще более впечатлительна и по данным [2] достигает около 4000 тыс. тонн. Быстрому захоронению растительных остатков способствуют высокие скорости осадконакопления вблизи авандельты р. Селенги. Причем точность количественных определений величин скорости накопления отложений не вызывает никаких сомнений. В возникшем всего за два дня (с 13 по 14 января 1862 г.) заливе Провал выше затопленной почвы бывшей Цаганской степи за 100 лет накопился слой ила мощностью 1,8 - 3,6 м [3]. Следовательно, осадконакопление происходило здесь со скоростью от 1,8 до 3,7 см в год. При таких темпах осадкообразования растительный материал не успевал сгорать в хорошо аэрируемой байкальской воде и почти полностью захоронялся в донных отложениях. Еще одним дополнительным источником органического углерода в зоне авандельты могли служить погребенные торфяники бывшей Цаганской низменности, достигающие полуметровой мощности, а также широко развитые до глубин 1-1,5 м заросли водной растительности. Формирование метана происходит в процессе диагенетических преобразований осадка, когда неравновесная система вода-осадок, постепенно трансформируясь на пути к стационарному состоянию, превращается в породу. Как было показано ранее, интенсивное возрастание концентраций СН4 в поровых растворах начинается после процессов нитрат- и сульфатредукции [4], когда исчезают последние источники кислорода. (CH2O)106(NH3)16(H3PO4)+ 84.8NO3- = 7.2CO2 + 98.8HCO3- + 16NH4+ + +42.4N2 +HPO4- + 49.6H2O (денитрификация) (1) (CH2O)106(NH3)16(H3PO4)+ 53SO42- = 106CO2 + 16NH3 + 53S22- + H3PO4 + + 106H2O (сульфатредукция) (2) В противном случае, выделяющийся в результате указанных процессов кислород будет продолжать окислять органику и генерировать углекислый газ. Метанообразование осуществляется на последней стадии раннего диагенеза в результате реакции диспропорционирования [5], в этом случае органический материал (формула Редфилда [6]) разлагается по схеме: (CH2O)106(NH3)16(H3PO4) = 53CH4 + 53CO2 +16NH3 + H3PO4 (3)На внешнем крае Селенгинского мелководья в поверхностном слое осадков в среднем содержится 3% Сорг. от терригенной части [7], то есть примерно 60%, поступающего органического вещества подвергается деструкции сразу ниже поверхности раздела вода-осадок.Чтобы попытаться оценить количество образующегося в процессе раннего диагенеза метана, нами была построена имитационная модель взаимодействия донных отложений с байкальской водой, при этом предполагалось, что весь органический углерод утилизируется по реакциям (1-3). Таким образом, система закрывалась по отношению к источникам растворенного кислорода, то есть первоначально кислородсодержащие байкальские воды в процессе раннего диагенеза не подпитывались газами из озерного резервуара. Это вполне вероятно, так как по многочисленным наблюдениям инверсия окислительного режима на восстановительный происходит уже в самых верхних частях осадках, на глубине от первых миллиметров до первых сантиметров ниже поверхности дна. Так по данным [8] мощность окисленного слоя в районе дельты Селенги колеблется от 0,6 до 23 мм.Моделирование проводилось с помощью программного комплекса "Селектор" [9] при температуре придонной воды (3,8оС) и различных величинах давления, имитируя протекание процессов взаимодействия вода-осадок на различных глубинах. В расчетах использовался уточненный состав байкальской воды [10] и усредненный химический состав верхней части байкальских донных отложений, отобранный по 34 станциям [4].Результаты моделирования показывают, что величина равновесного давления в системе растворенный метан-газовая фаза прямо зависит от минерализации порового раствора: чем выше последняя, тем более высокое давление должно быть приложено для сдерживания газовыделений. Другими словами, чем глубже зашло взаимодействие вода-осадок, тем большее количество метана в растворенной форме накапливается в поровом пространстве донных осадков, и тем большие глубины водной толщи требуются для подавления газовых выбросов. Наибольших величин общей минерализации и содержаний растворенного метана...
Другие файлы:
Природные ресурсы и экология озера Байкал
История исследования озера Байкал, особенности климата. Физико-географические особенности озера, разнообразие растительного и животного мира. Минераль...
Уникальное озеро Байкал
Местонахождение и описание озера Байкал. Длина береговой линии. Максимальная глубина и площадь водного зеркала озера. Возраст озера Байкал. Происхожде...
Озеро Байкал
Формирование и развитие озер, их географическое значение в природе: геотектонические особенности Байкальской впадины и озера Байкал. Экологическое зна...
Паразиты рыб озера Байкал (фауна, сообщества, зоогеография, история формирования)
Книга подготовлена на основе собственных данных автора, собранных в течение 20 лет, и многочисленных литературных данных, которые позволили провести...
Рыбная производительность озера Байкал
Редкая книга - раритет. Книга описывает возможности добычи рыбы озера Байкал....
