Микробные процессы цикла метана и его баланс в Севастопольской акватории (Чёрное море)

• Автор: Малахова, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 03.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Севастополь
• Количество страниц: 199 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. МЕТАН И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И ПОТРЕБЛЕНИЯ

1.1 Метан в Чёрном море

1.1.1 Происхождение метана в Чёрном море

1.1.2 Исследования биогеохимического цикла метана в Чёрном море

1.2 Биогеохимические процессы в морских водоёмах

1.2.1 Термогенное и биогенное происхождение метана

1.2.2 Изотопный состав метана в донных осадках

1.2.3 Микробные процессы цикла метана в морских водоёмах
1.2.3.1. Метаногенез
1.2.3.2. Аэробное окисление метана. Современное представление о метанотрофии
1.2.3.3 Анаэробное окисление метана
1.2.4 Микробные процессы восстановления сульфата в морских водоёмах .
1.3 Холодные метановые сипы мирового океана: морфология и механизмы образования
1.3.1 Процессы пузырькового и флюидного транспорта в районах холодных сипов
1.4 Средообразующая и экологическая роль метановых струйных газовыделений в Чёрном море
1.4.1 Влияние на трофность и гидрохимическую структуру вод
1.4.2 Карбонатные постройки в районах струйных газовыделений Чёрного моря
1.4.3 Потенциальная экологическая опасность от струйных метановых газовыделений со дна Чёрного моря
1.4.4 Экологическая роль микроорганизмов цикла метана и сульфатредукторов
1.5 Формирование метана в морских акваториях эстуарного типа
1.6 Геологические, гидрологические и гидрохимические параметры
Севастопольского морского региона
РАЗДЕЛ 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Схемы расположения станций отбора проб и методы отбора проб
2.2 Определение концентрации метана в воде и донных отложениях
2.3 Расчёт насыщения метаном поверхностного слоя воды
2.4 Расчёт потоков метана в атмосферу
2.5 Расчёт потока метана из поверхности донных отложений в воду
2.6 Растворимость метана в поровых водах
2.7 Определение соотношения стабильных изотопов углерода (13С/' 12С) и
водорода (2НУ'Н) метана и карбонатов
2.8 Методы определения интенсивности микробных процессов
2.8.1 Метаногенез
2.8.2 Микробное окисление метана
2.8.3 Определение интенсивности сульфатредукции
2.9 Определение физико-химических параметров компонентов
Севастопольской морской акватории
2.9.1 Общая щёлочность
2.9.2 Определение редокс-потенциала среды ЕЬ
2.9.3 Определение водородного показателя pH
2.9.4 Определение органического углерода в донных осадках
2.10 Определение свободного сероводорода в пузырьковом газе и в донных
отложениях
РАЗДЕЛ 3. БАЛАНСОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАНА В МОРСКОЙ АКВАТОРИИ СЕВАСТОПОЛЯ
3.1 Сезонное и пространственное распределение метана в воде прибрежных районов Севастопольской акватории
3.2 Зависимость концентрации растворенного метана в воде от параметров среды
3.3.1 Поток пузырькового газа и средообразующая роль метана в акваториях Севастопольских бухт
3.3.2 Эмиссия метана в атмосферу
3.4 Метан в донных осадках Севастопольской морской акватории
3.4.1 Метан в поверхностном слое донных отложений
3.4.2 Метан в толще донных осадков бухты Севастопольской. Широтный и долготный разрезы
3.4.3 Газовая фаза метана в поровой воде донных осадков и поток метана на границе донные осадки - водная толща
3.4.4 Моделирование динамических параметров системы
3.5 Балансовая модель цикла метана в Севастопольской прибрежной
акватории
РАЗДЕЛ 4 МИКРОБНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЦИКЛА МЕТАНА В ДОННЫХ ОСАДКАХ СЕВАСТОПОЛЬСКОЙ МОРСКОЙ АКВАТОРИИ
4.1 Геолого-литологическая характеристика донных осадков
4.2 Содержание СЩ и БО^" и скорости АОМ, СР и МГ
4.2.1 Влияние струйных метановых газовыделений на изменение концентрации СН4 и АОМ в донных осадках
4.2.2 Регуляция МГ, АОМ и СР
4.2.3 Интегральные значения содержания метана и скоростей микробных процессов
4.2.4 Масштаб времени протекания биогеохимических процессов
4.3 Генезис метана донных осадков и газовых пузырьков: 813С и 82Н.
Заключение к разделу
.РАЗДЕЛ 5. СРАВНЕНИЕ С ГЛУБОКОВОДНЫМИ СТАНЦИЯМИ
ЧЁРНОГО МОРЯ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А

1.2.3.3 Анаэробное окисление метана
Профили распределения содержания метана в морских осадочных отложения свидетельствовали о том, что окисление метана происходит не только в окисленной зоне, но и также в восстановленной толще, куда проникновение кислорода маловероятно. Накопленный материал подтверждает существование анаэробного процесса метанокисления, однако остается дискуссионным вопрос о его механизмах [165, 166].
Применив метод радиоактивных изотопов (14СН4), Зендер и Брок предложили гипотезу обратного метаногенеза. Ими было показано, что 9 культур метаногенов в условиях высокой концентрации метана одновременно с продукцией метана (1.2.3.3.1) окисляют незначительное его количество (0,03 %) с образованием С02, ацетата и метанола (1.2.3.3.2, 1.2.3.3.3) [261] в реакции обратной его образованию (1):
С02+ 4Н+ -> СИ, + 2Н20, (1.2.3.3.1)
СН4 + 2Н20 — С02 + 4Н+, (1.2.3.3.2)
СП, + 4НС03' + 2Н+ -*• С02 + 4НСООН + 20ИГ (1.2.3.3.3)
Было выдвинуто предположение о существовании консорциума между метаногенами, образующих ацетат и метанол, и синтрофного неметаногенного организма, например СРП, метаболизирующего продукты реакции [261]. Подтверждением взаимосвязи процессов АОМ и СР были работы, в которых при инкубации проб морских осадков с 14С-меченным метаном и 358-меченным сульфатом отмечалось совместное увеличение скоростей АОМ и СР [110, 150, 154].
Визуализация анаэробно окисляющих метан консорциумов микроорганизмов с помощью конфокальной микроскопии клеток, гибридизованных с флуорохромом-меченными олигонуклеотидоными зондами, явилась наглядным доказательством гипотезы обратного