МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ И БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДНОЙ ТОЛЩИ И ДОННЫХ ОСАДКОВ КАРСКОГО МОРЯ
1, 1, 1, 1,
2, 1
1. Учреждение Российской академии наук Институт микробиологии им. РАН, E-mail:
2. Институт океанологии им. РАН
Карское море – уникальный водоем для исследований процессов в системе река-море. Суммарный речной сток Оби, Енисея и малых рек составляет около 1400 км3 в год, что сравнимо с общим речным стоком во все остальные моря российского сектора Арктики. Исследования, проведенные в сентябре 2007 года в рамках комплексной экспедиции Института океанологии РАН им. в 54-м рейсе НИС «Мстислав Келдыш» позволили получить приоритетные данные о содержании метана, численности микроорганизмов и активности ключевых микробных процессов в водной толще и донных осадках Карского моря и эстуария реки Обь.
Водные массы Карского моря имеют разное происхождение и, соответственно, гидрохимический состав. По данным зондирования, температура опресненных вод в эстуарии реки Обь достигала +70С. Напротив, температура поверхностного водного слоя в северной части Карского моря варьировала от +2.0 до +3.00С, а ниже слоя термоклина имела постоянные отрицательные значения. Численность бактериопланктона (БП) сильно варьировала в разных частях Карского моря. На разрезе от пресных вод реки Обь до северной части Карского моря максимальные величины численности клеток микроорганизмов были получены в эстуарии (2-3 млн. клеток в мл; биомасса бактерий 200-570 мкг/л). Относительно высокая численность и биомасса бактерий наблюдалась во всей зоне смешения морских и речных вод (700-800 тыс. клеток в мл). Резкое снижение численности БП отмечено в северных водных массах Карского моря (120 –250 тыс. клеток в мл). Величины численности и биомассы БП превышают полученные в 1993 году, что может быть связано не только с годовыми колебаниями, но и с применением более совершенного оборудования, позволяющего выявить очень мелкие клетки, размеры которых находятся на пределе разрешающей способности оптического микроскопа. При использовании данных бактериальной темновой ассимиляции 14С углекислоты была рассчитана суточная продукция бактерий. Варьирование величин продукции значительно превышало соответствующие показатели по биомассе БП. В речных водах величина суточной продукции составляла 10-20 мкг C л-1, в то время как в поверхностных водах северных станций – 1.5 – 3.0 мкг C л-1. В глубинных водах величина суточной продукции была крайне низкой (0.12 – 0.45 мкг C л-1). Время удвоения биомассы БП в поверхностном водном слое желоба Св. Анны, полученное в параллельных экспериментах микроскопическим и радиоизотопным методом, составило 5,7-7,8 сут. Исходя из данных биомассы и продукции БП были вычислены П/Б коэффициенты, отражающие удельную активность бактериопланктона. В водах эстуария П/Б коэффициенты варьировали от 0.4 до 0.7, что соответствует показателям, известным для мезотрофных водоемов; в холодных глубинных водах коэффициенты были крайне низки, достигая значений 0.03-0.06.
Содержание метана в водной толще Карского моря весьма низкое, от 0.09 – 0.46 мкл СН4 л-1 в северной части моря до 1.5 мкл СН4 л-1 в западной. Максимальное содержание метана, как и ожидалось, обнаружено в водах эстуария (до 2.0 мкл СН4 л-1). Явных закономерностей в распределение метана по глубине водной толщи выявлено не было. Интенсивности бактериального окисления метана (МО) были невелики в северной акватории Карского моря (от 2.0 до 5.0 нл СН4 л-1 сут-1). Повышенная интенсивность МО зарегистрирована в водах эстуария (15 – 160 нл СН4 л-1 сут-1).
В проведенных исследованиях важным биогеохимическим показателем был состав углерода органического вещества взвеси δ13С-Сорг., служивший показателем ее состава. δ13Сорг взвеси в водах эстуария и всей зоны смешения варьировало от -29 до -30‰. Изотопно легкий состав взвеси свидетельствовал о влиянии терригенного органического вещества, поступающего со стоком Оби. В водах Ямальского разреза, в незначительной степени подверженных речному влиянию, δ13Сорг взвеси составляла -26 – -29‰, что свидетельствует о планктоногенном генезисе взвешенного вещества.
В исследованной акватории Карского моря и эстуария реки Обь отобраны пробы донных отложений. В большинстве образцов верхний слой содержал полужидкий пелитовый или пелито-алевритовый ил. Влажность поверхностного слоя осадка составляла 86-94%, а на глубине 7-10 см – 77-88%. Концентрация метана в поверхностных осадках была незначительной и варьировала от 10 до 100 мкл СН4 дм-3. на ряде станций достигая 300 мкл СН4 дм-3. Процесс метанобразования (МГ) протекал во всех поверхностных илах. Интенсивность процесса изменялась от 40 до 500 нл СН4 дм-3 сут-1. Одновременно с МГ зафиксирован процесс его окисления. Численные значения интенсивности МО варьировали от 20 до 200 нл СН4 дм-3 сут-1. В осадках эстуария р. Обь интенсивность МО достигала 2000 нл СН4 дм-3 сут-1.
Во всех образцах донных отложений зарегистрирован процесс восстановления сульфатов (СР). Интенсивность СР варьировала от 4 до 156 мкг S дм-3 сут-1. Продукция восстановленной серы составляла 0.8 – 12.2 мг S м-2 сут-1. Сравнение двух основных анаэробных процессов показывает, что при процессе сульфатредукции потребляется больше Сорг. чем в процессе метаногенеза.
Данные микробиологических и биогеохимических исследований интенсивности микробных процессов циклов углерода и серы подтвердили правомерность разделения акватории Карского моря на отдельные зоны
Выполненная работа выполнена при частичной финансовой поддержке программы Президиума РАН МКБ и гранта РФФИ 08-04-00248.
