Реферат на тему Физико-химическая модель генерации и эмиссии метана на донных осадков озера Байкал

д.г.-м.н. Кашик С.А., академик МАНВШ, проф. Исаев В.П.

Институт земной коры СО РАН

Рассматривается 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.

(CH2 O)106 (NH3 )16 (H3 PO4 )+ 84.8NO3 - = 7.2CO2 + 98.8HCO3 - + 16NH4 + +

+42.4N2 +HPO4 - + 49.6H2 O (денитрификация) (1)

(CH2 O)106 (NH3 )16 (H3 PO4 )+ 53SO4 2- = 106CO2 + 16NH3 + 53S2 2- + H3 PO4 +

+ 106H2 O(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:

(CH2 O)106 (NH3 )16 (H3 PO4 ) = 53CH4 + 53CO2 +16NH3 + H3 PO4 (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 СелекторСписок литературы

1. Исаев В.П., Коновалова Н.Г.Б Михеев П.В./ Геология и геофизика. 2002. Т. 47. N 7. С. 638-643.

2. Вотинцев К.К., Поповская Г.И. В кн.: Круговорот вещества и энергии в озерах и водохранилищах. Листвиничное на Байкале, 1973. С. 75-77.

3. Казенкина Г.А., Ладохин Н.П. // Труды Вост.-Сиб. Геологического института. 1961. Вып. 3. С. 35-49.

4. Кашик С.А., Мазилов В.Н.//ДАН. 1991.Т. 316. N 4. С. 966-969.

5. Froelich P.N., Klinkhammer G.P., Bender M.L. at al.// Geochm. et Cosmochim. Acta.1979. V. 43. P. 1075-10-90.

6. RedfieldA.C.// Am. Sci. 1958. V. 46. P. 206-226.

7. Выхристюк Л.А. Органическое вещество донных осадков Байкала. Новосибирск: Наука, 1980. 80 с.

8. Martin P., Granina L., Martens K., Goddeeris B.// Hydrobiologia. 1998. V. 367. P.163-174.

9. Карпов И.К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии. Новосибирск: Наука, 1981. 247 с.

10. Кашик С.А., Карпов И.К., МазиловВ.Н.// ДАН. 1993.Т. 328. С.731-734.

11. Makhov G.A., Bazhin N.M./ /Chemosphere. 1999. V. 38. P. 1453-1459.

12. Мизандронцев И.Б. В кн.: Проблемы Байкала. Новосибирск: Наука, 1978. С. 33-46.

13. Кузьмин М.И., Калмычков Г.В., Гелетий В.Ф.. и др.// ДАН. 1998. Т. 362. С. 541-543.

14. Коллектив участников проекта Байкал-бурение// Геология и геофизика. 2000. Т. 41. N 1. С. 3-32.

Похожие рефераты на эту тему:

Реферат на тему Исчезнет ли человек как вид. Реферат на тему Облик энергосбережения Доклад: Об особенностях антропогенного кризиса Реферат на тему Проблемы экологии автомобильного транспорта России Реферат на тему Чистый колодец на своем участке Реферат на тему Синергия экологии и бизнеса Реферат на тему Струйные энергетические технологии Реферат на тему Многоуровневый расчетный мониторинг обращения отходов в городе с использованием ПК "Гарант-отходы" Доклад: Вода, которую мы пьем Курсовая работа на тему Воздействие нефти на гидросферу Земли Реферат на тему Глобальное потепление - "парниковый эффект" Реферат на тему Экологический кризис, два мира в философии и эко-совместимость знаний Доклад: Экология и здоровье ребенка Реферат на тему Биосфера и предотвращение экологической катастрофы Доклад: Геопатогенные зоны Реферат на тему Адаптация к температуре Реферат на тему Влияние транспорта на окружающую среду Реферат на тему Ловушка для животноводов и тяжёлых металлов Реферат на тему Атмосферный воздух Реферат на тему Ресурсы и качество подземных вод Реферат на тему Качество вод водохранилищ Реферат на тему Качество морских вод России Реферат на тему Ресурсы и качество вод озер Реферат на тему Состояние водных экологических систем Доклад: Зимние виды аллергии Реферат на тему Зелёные насаждения и их роль в современном городе Доклад: Лучшая защита от радиации - время и расстояние Реферат на тему Информационное общество: надежды и опасения Доклад: Экология монастырей Реферат на тему Экология на железной дороге Реферат на тему Негативные изменения состояния водного бассейна крупного города под влиянием деятельности человека Доклад: Изменение численности физиологических групп почвенных микроорганизмов и биологической активности почв Реферат на тему Автомобиль на жидком газовом топливе Реферат на тему Оценка эффективной высоты и потолка подъема дымового факела от высотного точечного источника выбросов вредных примесей Реферат на тему Экология геофизических полей Реферат на тему Анализ критериев опасности загрязнения атмосферы для растений Реферат на тему Экологическая обстановка Донбасса Доклад: Влияние нефтезагрязнения почвы на структуру популяций клещей-орибатид Доклад: Микробиологическая и ферментативная оценка нефтезагрязненных участков биоценозов Нижневартовского района Реферат на тему Характеристика нефтяного загрязнения территории Мамонтовского месторождения нефти Реферат на тему Оценка качества воздуха нефтегазодобывающих районов Реферат на тему Исследование состава донных отложений рек бассейна нижней Оби (в пределах Ханты-Мансийского автономного округа) Доклад: Изменение физико-химического состава почв и грунтовых вод вблизи шламовых амбаров Реферат на тему Комплексная гигиеническая оценка накопления поллютантов атмосферного воздуха в депонирующих средах Реферат на тему Мониторинг территорий нефтегазовых промыслов методом почвотестирования Доклад: Исследование и прогноз развития систем расселения населения Среднего Приобья Доклад: Влияние вариантов рекультивации нефтезагрязненной почвы на рост и развитие растений Доклад: Самовосстановление нарушенных фитоценозов на нефтезагрязненных участках суходолов и верховых болот Доклад: Воздействие разработки месторождений на население птиц сосняков-беломошников Доклад: Защита воздушного бассейна нефтяного региона