SPECIFICS OF DISTRIBUTION OF SULPHUR FORMS IN BOTTOM SEDIMENTS OF THREE SMALL HYDROGRAPHICALLY CONNECTED FRESHWATER LAKES (ARKHANGELSK OBLAST)

Круговорот серы как в пространстве, так и во времени, сильно влияет на многие биогеохимические процессы

Целью настоящей работы являлось изучение процесса сульфатредукции в донных отложениях в зимний период еще двух озерах системы − Назаровское и Глубокое и сравнение полученных результатов для трех водоемов.

Коношский район расположен в юго-западной части Архангельской области, в подзоне средней тайги. Район характеризуется избыточным увлажнением. Подстилающие породы на данной территории представлены карбонатными породами, в частности, известняками.

Территория района из-за особенностей рельефа является водоразделом трех больших рек – Северной Двины, Онеги и Кубены. Исследуемая группа озер относится к водосборному бассейну р. Онега (верхнему ее течению), бассейн Белого моря. Водоемы изучаемой группы относятся к мелководным (максимальная глубина озер и на станции отбора ДО: оз. Глубокое – 5,5 м; оз. Белое – 2,9 м; оз. Назаровское – 5,0 м) по площади водного зеркала к категории малых, для них характерна вытянутая форма.

Подземные воды на данной территории в основном представлены водами гидрокарбонатного типа кальциевой группы

Система трех озер расположена в нескольких километрах от дер. Климовская. Водоемы связаны между собой неглубокими ручьями, течение по которым направлено от оз. Глубокое через оз. Белое в оз. Назаровское, далее в р. Нива. В настоящее время на берегах оз. Белое и Глубокое нет жилых строений, на берегу оз. Назаровское расположена дер. Назаровская с очень малым количеством жителей.

Образцы отложений были получены при проведении экспедиций в марте на озерах Глубокое, Белое и Назаровское Коношского района на самых глубоководных участках водоемов (рис.1).

Рисунок 1 - Схема расположения объектов исследования

DOI:10.60797/IRJ.2025.152.80.1

Образцы донных осадков отобраны в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.5.01-80 с помощью ударной грунтовой трубки с дискретностью 5 см. Определение содержания форм серы в донных отложениях проводилось по методике

[3]

, предусматривающей определение сульфидной, элементной, пиритной и органической форм серы из одной навески. Серу кислоторастворимых сульфидов определяли, обрабатывая навеску донных отложений натуральной влажности разбавленной соляной кислотой с нагреванием до кипения и одновременной отдувкой аргоном выделяющегося сероводорода в поглотитель. В зависимости от количества образующегося сероводорода определение его концентрации йодометрическое или фотометрическое. В оставшемся фильтрате осаждали сульфаты в виде ВаSO4 и после прокаливания при 800-850оС определяли гравиметрически. Слегка подсушенный при комнатной температуре после промывки осадок экстрагировали ацетоном в аппарате Сокслета. Для определения элементной серы аликвотную часть экстракта обрабатывали раствором CrCl2, отгоняя аргоном выделяющийся в результате реакции сероводород. Концентрацию последнего определяли фотометрически. В осадке после экстракции определяли пиритную серу после восстановления ее раствором CrCl2 до H2S, количество которого определяли методом объемного йодометрического титрования. Оставшийся после определения пиритной серы осадок отмывали от ионов хрома, подвергали исчерпывающему окислению, переводя органическую серу в сульфат, количество которого определяли гравиметрически. Количество органического вещества (углерода и азота) устанавливали на CHN-анализаторе.

Донные отложения трех исследованных озер были илистыми осадками черного или темно-коричневого цвета с влажностью от 63 до 99%. Минимальное содержание влаги отмечено для ДО оз. Глубокое. Данный водоем также отличался среди озер группы наименьшим количеством органического вещества в расчете на органический углерод (Сорг) (в среднем 10,07%), а наибольшее – выявлено в осадках оз. Белое (23,27%) (табл.1). Полученные результаты свидетельствуют о значительном содержании органического вещества в оз. Белое и Назаровское на уровне концентраций в отложениях озер Виктория (Африка), Воже и Лача (Россия)

Соотношение C/N в отложениях изученных озер так же отличалось. При общей тенденции к его увеличению в толще отложений, в среднем этот показатель составлял для оз. Глубокое – 17; оз. Белое – 13; оз. Назаровское – 9.

Среднее содержание и пределы изменения концентраций сульфатов в ДО отражает следующую тенденцию: оз. Глубокое (0,09 (0,01−0,76%)) < оз. Назаровское (0,59 (0,02−2,03)%) < оз. Белое (2,71 (0,50−7,00)%) (рис.2). Для оз. Белое и Глубокое наибольшие количества сульфатов обнаружены в 2009 году, а для оз. Назаровское в 2010 году. В толще отложений всех озер сульфатов обнаруживалось в еще заметных количествах (изменение содержания на поверхности и в толще ДО), %: Глубокое (0,75→0,19; 0,05→0,10); Белое (7,00 →0,65; 1,68 →1,51); Назаровское (0,75 →0,43; 0,02 →0,51). Среднее содержание соединений восстановленной серы в ДО оз. Глубокое составляло 0,39 (0,11 – 1,66)%, оз. Белое – 2,56 (0,31 – 11,71)%, оз. Назаровское – 1,57 (0,14 – 3,15)%. Наибольшие ее количества определены в ДО, отобранных в 2009 г. (рис.2).

Рисунок 2 - Распределение параметров в донных отложениях озер: 

а - Глубокое; б - Белое; в - Назаровское

DOI:10.60797/IRJ.2025.152.80.3

Среднее содержание соединений восстановленной серы в ДО оз. Глубокое составляло 0,39 (0,11 – 1,66)%, оз. Белое – 2,56 (0,31 – 11,71)%, оз. Назаровское – 1,57 (0,14 – 3,15)%. Наибольшие ее количества определены в ДО, отобранных в 2009 году (рис.2).

Для оз. Глубокое преобладала в оба года исследований органическая составляющая в среднем 83%, достигая 92% (рис.3). В оз. Белом наблюдалась в верхних горизонтах отложений в наибольшем количестве органическая составляющая до 94%. В толще отложений распределение форм изменялось – на лидирующую позицию выходила уже пиритная сера, вклад которой был до 81% от всех форм восстановленной серы. В отложениях оз. Назаровское наблюдалась значительная межгодовая изменчивость в распределении форм серы: в первый год – органической серы было заметно больше в среднем 80%, во второй год – определена схожая с осадками оз. Белое тенденция к снижению этой составляющей по мере погружения в толщу отложений, где на глубине увеличивалась до 68% доля пиритной серы.

Рисунок 3 - Распределение форм серы в донных отложениях озер: 

а - Глубокое; б - Белое; в - Назаровское

DOI:10.60797/IRJ.2025.152.80.4

В абсолютных значениях количества пиритной серы в отложениях оз. Глубокое в среднем насчитывали 0,06% (от 0 до 0,65%), в оз. Белое – 0,93% (от 0,02 до 7,60%), в оз. Назаровское – 0,41% (от 0,03 до 1,04%). О значимых количествах пиритной серы может свидетельствовать сравнение со значениями для этой формы серы в донных отложениях Черного моря, в которых оно достигало 2,62%

[3]

. Основной процесс образования пирита – взаимодействие образующегося сероводорода с соединениями Fe(II) в микроаэрофильных условиях

[3]

. При отсутствии восстановления сульфатов, сульфид в основном появляется в среде из-за минерализации восстановленной органической серы

[3]

,

[9]

,

[10]

.

Исследования системы озер Глубокое-Белое-Назаровское в течение двух лет в период зимней межени показали межгодовые различия в содержании органического вещества и соединений серы в донных осадках этих водоемов.

Не обнаружено корреляционной зависимости между изменением содержания ОВ и накоплением соединений восстановленной серы.

Влияние же на протекание сульфатредукции в отложениях изученных озер оказало содержание сульфатов.

Минимальное содержание органического вещества, сульфатов и соединений восстановленной серы отмечено в ДО оз. Глубокое. В них восстановленная сера была представлена в основном органической составляющей, что свидетельствует о небольшой активности протекания процесса сульфатредукции.

Наибольшее значение всех определяемых показателей обнаружено в осадках самого мелководного озера системы ‒ оз. Белое. В толще донных отложений этого водоема отмечено заметное увеличение содержания сульфатов, что в анаэробных условиях приводило к активизации их восстановления и накопления значительных количеств восстановленной серы. Среди форм восстановленной серы уже доминировала пиритная сера.

Озеро Назаровское, хотя оно замыкающее в системе, занимало промежуточное положение. В осадках этого водоема накапливалось чуть меньшее количество серы и углерода по сравнению с оз. Белое. Но в толще осадков так же отмечалась более активное протекание восстановления сульфатов.

Увеличение содержания сульфатной и пиритной серы в нижних слоях донных отложениях в той или иной степени во всех изученных озерах, возможно, связано с разгрузкой сульфатсодержащих вод. Это сказалось на специфике накопления соединений восстановленной серы в донных осадках озер Глубокое-Белое-Назаровское.