Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Серебренникова О.В. 1, 2 Ельчанинова Е.А. 1, 2 Гладких М.А. 2 Русских И.В. 1 Стрельникова Е.Б. 1 Ерофеев В.И. 2

---

1 ФГБУН «Институт химии нефти СО РАН»

2 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Настоящая статья посвящена исследованию особенностей состава и направленности трансформации органических соединений в толще донных осадков пресного озера Фыркал и высокоминерализованного озера Мормышанского, расположенных в степной зоне юга Сибири, в связи со спецификой источника и условий накопления органического вещества. Показано, что основными отличиями осадков озер Фыркал и Мормышанского является низкое общее содержание в последних всех групп органических соединений, отсутствие сквалена и соединений со спиртовыми группами, следовых количеств токоферолов и алкилфурана. Состав стероидов в осадках характеризует соотношение растительного и животного источников органического вещества, состав н-алканов – различных представителей растительных форм. Молекулярный состав пентациклических тритерпеноидов зависит от окислительно-восстановительного потенциала в бассейне седиментации. Вниз по вертикальному профилю осадков в составе тритерпеноидов снижается относительное содержание олеановых структур, в осадках озера Фыркал – растет доля насыщенных структур, отсутствующих в осадках озера Мормышанского.

Статья в формате PDF

0 KB

степные озера

донные отложения

углеводороды

кислородсодержащие соединения

стероиды

тритерпеноиды

1. Природные воды Ширинского района республики Хакасия / Под ред. В.П. Парначева. – Томск: Изд-во Томского ун-та. – 2003. – 183 с.

2. Семикина С.С., Барышникова О.Н., Барышников Г.Я. Влияние природных условий на формирование лечебных грязевых озер (на примере Мормышанского озера) // География и природопользование Сибири. – 2013. – № 16. – С. 162–173.

3. Серебренникова О.В., Стрельникова Е.Б., Дучко М.А., Кадычагов П.Б., Русских И.В. Химический состав органического вещества донных отложений пресных и соленых озер юга Сибири // Водные ресурсы. – 2015. – Т. 42, № 6. – С. 623–634.

4. Современное состояние курортно-рекреационного потенциала Сибири / Левицкий Е.Ф., Джабарова Н.К., Зятева О.Ф., Яковенко Э.С. – Томск: Изд-во Томского ун-та. – 2001. – 103 с.

5. Meyers P.A. Applications of organic geochemistry to paleolimnological reconstructions: a summary of examples from the Laurentian Great Lakes // Organic geochemistry. – 2003. – V. 34. – P. 261–289.

6. Muri G., Wakeham S.G. Organic matter and lipids in sediments of Lake Bled (NW Slovenia): source and effect of anoxic and oxic depositional regimes // Organic Geochemistry. – 2006. – V. 37. – P. 1664–1679.

7. Ortiz J.E., Moreno L., Torres T., Vegas J., Ruiz-Zapata B., García-Cortés Á., Galán L., Pérez-González A.A. 220 ka paleoenvironmental reconstruction of the Fuentillejo maar lake record (Central Spain) using biomarker analysis // Organic Geochemistry. – 2013. – V. 55. – P. 85–97.

8. Pearson E.J., Farrimond P., Juggins S. Lipid geochemistry of lake sediments from semi-arid Spain: relationships with source inputs and environmental factors // Organic Geochemistry. – 2007. – V. 38. – P. 1169–1195.

9. Peters К.E. The Biomarker Guide: Biomarkers in the Environment and Human History / К.Е. Peters, C.C. Walters, J.М. Moldowan. – Cambridge: University Press, 2005. – V. 1. – 492 p.

Озерные отложения содержат липиды живых организмов, находящихся в озере, и поступающих с водосборной площади. Распределение и состав липидов в донных осадках (ДО) связаны с источниками и процессами трансформации органического вещества (ОВ) [6, 8], изменениями окружающей среды на местном и региональном уровне [5, 7].

Цель данной работы – выявление особенностей состава и направленности трансформации органических соединений в толще донных осадков пресного и высокоминерализованного озер степной зоны юга Сибири в связи со спецификой источника и условий накопления органического вещества.

Материалы и методы исследования

Для сравнительного анализа состава органических соединений ДО степных озер были выбраны пресное оз. Фыркал (Хакасия) и гиперсоленое оз. Мормышанское (Алтайский край).

Вода оз. Фыркал слабощелочная, по составу гидрокарбонатная, кальциево-магниевая, минерализация составляет 0,3 г/дм3, окислительно-восстановительный потенциал в поверхностном слое сапропелевидных осадков – -45 мB [1]. Илы населены диатомеями и другими водорослями. Растительность по берегам оз. Фыркал представлена степными травами.

Оз. Мормышанское – соленое бессточное озеро площадью 5,4 км², расположено в Романовском районе Алтайского края. Минерализация вод оз. Мормышанского составляет 280–355 г/дм3 [4], что резко ограничивает развитие полноценных растительных сообществ. В больших количествах присутствуют рачки Artemia Salina. Рапа озера представляет собой сульфатно-хлоридный натриевый рассол со щелочной реакцией среды. Значения окислительно-восстановительного потенциала донных отложений находятся в интервале +9 – +35 мВ. По берегам озера преобладает солерос обыкновенный, распространены некоторые разновидности щавеля, растет тростник обыкновенный [2], вблизи озера расположены заросли акации.

Скважины с отбором керна были пробурены на расстоянии около 10 м от восточного берега озера Мормышанского и северного берега озера Фыркал.

Битуминозные компоненты (липиды) выделяли из высушенных и измельченных ДО экстракцией раствором 7 % метанола в хлороформе при 60 °С.

Анализ состава органических соединений проводили на магнитном хромато-масс-спектрометре DFS фирмы «Thermo Scientific» (Германия). Условия проведения анализа приведены в работе [3].

Результаты исследования и их обсуждение

В липидах, присутствующих в ДО пресного озера Фыркал и гиперсоленого озера Мормышанского идентифицированы алканы, ароматические углеводороды (УВ), карбоновые кислоты и их эфиры, альдегиды, кетоны, токоферолы, фураны, тиофены, стероиды и тритерпеноиды. Кроме того, в ДО пресного оз. Фыркал обнаружены ациклические спирты (таблица). По всему исследованному разрезу ДО озера Фыркал содержат существенно более высокие количества всех классов липидных компонентов по сравнению с ДО озера Мормышанского, что связано с большим количеством живых организмов растительного происхождения, за счет которых происходило накопление ОВ в пресном озере. При сохранении в пределах каждого разреза качественного группового состава липидов, свидетельствующего о достаточной стабильности обстановок и источника ОВ, поступавшего в осадок на протяжении всего периода осадконакопления, содержание отдельных групп в глубоко захороненных осадках снижается.

Повышенное содержание некоторых соединений отмечено в средней части разрезов. Это касается ациклических спиртов и н-алкан-2-онов в ДО озера Фыркал, н-альдегидов и метиловых эфиров карбоновых кислот в ДО оз. Мормышанского, а также н-алканов в осадках обоих разрезов. При этом молекулярный состав этих групп соединений на отдельных участках разреза остается практически неизменным (рис. 1). Только в составе н-алканов оз. Мормышанского в верхней части разреза максимум молекулярно-массового распределения приходится на н-алканы С29 и С31, отвечающие наземной флоре, в средней – фиксируется дополнительный всплеск концентрации С23 и С25, характерных для макрофитов, а в нижней – максимум смещен на С27, что может быть следствием изменения в количественном соотношении поступавших в нижний и верхний слои осадков отдельных представителей наземной флоры. В ДО оз. Фыркал по всему разрезу вклад наземных растений и макрофитов в формировании состава ОВ мало менялся.

Отличием ДО оз. Мормышанского является также отсутствие по всему разрезу сквалена и ациклических спиртов, а также пониженное содержание высокомолекулярных представителей метиловых эфиров карбоновых кислот.

Содержание карбоновых кислот, представленных во всех образцах донных отложений рядом С6–С18 с преобладанием четных гомологов, а среди них пальмитиновой кислоты (С16), максимально в поверхностном слое и снижается вниз по глубине, свидетельствуя о трансформации этих соединений в толще ДО. Во всех исследованных ДО обнаружены изопропиловые эфиры миристиновой и пальмитиновой кислот, а также н-альдегиды ряда С22–С28 с преобладанием четных структур.

Алифатические спирты, характерные для водных растений и включающие н-алканолы ряда C19–C30 с доминированием четных гомологов, и фитол – продукт деградации хлорофилла фотосинтезирующих растений, обнаружены только в ДО пресного озера.

В составе ДО обоих озер обнаружены токоферолы (витамин Е), среди которых в оз. Фыркал доминирует α-форма, а в ДО соленого оз. Мормышанского в сопоставимом количестве присутствует также его ацетат.

Содержание отдельных групп органических соединений в ДО, мкг/г сухого осадка

Примечание. *Полициклические ароматические УВ.

Алкилтиофены, содержание которых снижается вниз по глубине ДО оз. Фыркал и возрастает – в ДО оз. Мормышанского, представлены соединениями С20 с нормальным и изопреноидным алкильным заместителями. В ДО оз. Фыркал присутствует также 3-метил-2-(3,7,11-триметилдодецил)-фуран – фуран С20 с изопреноидной цепью.

ДО исследованных озер характеризуются наличием ПАУ, представленных би- (БА), три- (ТА) и тетрациклическими (ТеА) структурами. Их суммарное содержание минимально в глубоко захороненных осадках (рис. 2).

Среди ароматических соединений в ДО оз. Фыркал по всему разрезу доминируют биарены – нафталин, его метил- и полиметилзамещенные производные, а преобладает в смеси дигидротриметилнафталин. Триарены представлены фенантреном и его метил-, диметил- и триметилзамещенными гомологами, а тетрациклические арены – флуорантеном и пиреном. В ДО оз. Мормышанского биарены присутствуют в следовых количествах. На глубинах до 40 см в составе аренов преобладают трициклические (преимущественно фенантрен), а ниже – тетрациклические (пирен и флуорантен) структуры.

Содержание стероидов, характерных для живых организмов и современных осадков, снижается с глубиной захоронения ДО обоих озер. В их составе в ДО оз. Фыркал доминируют насыщенные стигмастаноны (С29) с преобладанием α-изомера. Вниз по разрезу величина отношения изомеров α к β возрастает от 2,3 до 3,7, суммарная доля С29 в составе стероидов – от 70 до 82 % отн. В отличие от оз. Фыркал, в верхнем слое ДО оз. Мормышанского в составе стероидов преобладают (54 % отн.) холестаноны (С27), с отношением α/β, составляющем 0,3. С увеличением глубины захоронения осадка доля С27 стероидов резко снижается, и в осадке на глубине 70–80 см стероиды представлены исключительно соединениями С29 (рис. 2). Отношение α/β холестанонов С27 возрастает на глубине 30–40 см до 1,0, а стигмастанонов – от 0,6 до 0,8, а на глубине 70–80 см и до 1,5. В ДО оз. Фыркал присутствует стигмаст-5,22-диен-3-ол, содержание которого, как и остальных стероидов, вниз по разрезу снижается. В ДО оз. Мормышанского стероиды со спиртовыми заместителями отсутствуют. Доминирование в верхнем слое ДО оз. Мормышанского стероидов – производных холестерола и преобладание в составе холестанонов 5β изомера обусловлено широким развитием в водоеме представителей животного мира (рачок Artemia Salina). В остальных слоях, а также в ДО оз. Фыркал преобладают продукты преобразования ситостерола, характерного для растительных сообществ.

Библиографическая ссылка