Введение ВВЕДЕНИЕ В настоящее время в связи с постоянно возрастающей антропогенной нагрузкой...

Введение
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в связи с постоянно возрастающей антропогенной нагрузкой на;<
территории Севера России все большую актуальность приобретают исследования
геохимии серы в компонентах водных экосистем Арктических морей, где в условиях
низкой самоочищающей способности поведение этого элемента не только является
отражением диагенетического преобразования донных осадков, а также влияет на
процессы, определяющие экологическое состояние водоемов.
Сера, являясь весьма реакционноспособным элементом, в зависимости от условий среды
может образовывать соединения с различным уровнем восстановленное™ (от +6 до -2) и,
поэтому наряду с железом и марганцем может считаться своеобразным индикатором
окислительно-восстановительных процессов, протекающих в водных экосистемах. При
этом важно отметить, что в ряду окислительно-восстановительных превращений
соединений марганца (МпОг —>¦ Мп2+), железа (FeOOH -» Fe2+) и серы (SO42' -> H2S),
которые охватывают практически всю область окислительно-восстановительных условий,
существующих в донных осадках, появление сероводорода (и его производных)
свидетельствует о наиболее восстановительной обстановке. С другой стороны
присутствие в водной среде свободного сероводорода - соединения крайне токсичного, не
только губительно для гидробионтов, но вследствие его эмиссии в атмосферу может
представлять угрозу здоровью населения, прилегающих к водоемам территорий.
Одним из уникальных природных объектов, в которых одновременно могут
присутствовать соединения серы с разными степенями окисления являются донные
осадки. Установлено, что ключевым процессом раннего диагенеза морских осадков
является бактериальное восстановление сульфатов [16]. Именно этот процесс
обеспечивает основную анаэробную минерализацию органического вещества в осадках
морей и океанов, приводит к формированию нового аутогенного
комплекса железа, с которым сера тесно связана в процессах диагенеза, а также, являясь
основным процессом диагенетической метаморфизации основного солевого состава
иловых вод, способствует обогащению их биогенными элементами.
Сероводород, образующийся в результате сульфатредукции, трансформируется в донных
отложениях в ряд различных по устойчивости соединений восстановленной серы, в виде
которых она захоранивается в осадках и выводится из1 глобального кругооборота.
Основными формами, составляющими общую восстановленную серу осадков, являются
сульфидная (кислоторастворимые сульфиды), элементная, пиритная и органическая [99].
Микробиологические, геохимические и изотопные аспекты этого процесса, его
распространение и масштабы в природе' изучены достаточно широко [16, 36]. Однако
крайне немногочисленны данные по распределению соединений восстановленной серы в
осадках арктических морей и, в частности, в Белом море, где геохимические исследования
касались главным образом распределения основных химических элементов и в некоторой
мере форм железа и марганца [65,.73, 93], а работы по геохимии серы ограничены
единичными станциями в Кандалакшском заливе [123].
Геохимия серы в донных отложениях пресных водоемов изучена недостаточно.
Предполагается, что для речных вод с низким содержанием сульфатов, насыщенных
кислородом вплоть до придонных слоев роль процесса сульфатредукции незаметна.
Имеется сравнительно большое количество данных по распространенности и численности
сульфатредуцирующих бактерий и скорости процессов сульфатредукции [8, 60] и лишь
отдельные сведения о составе и концентрациях соединений серы в осадках пресных озер и
водохранилищ [36, 71]. Однако, известно, что на участках водотоков, подверженных
сильному антропогенному загрязнению, интенсивность бактериального восстановления
сульфатов мржет возрастать вплоть до появления в водной среде свободного
сероводорода [91, 102, 107]. Наиболее ранимы с экологической точки зрения устьевые
области рек, где взаимодействуют, смешиваются и трансформируются две различные по
генезису водные массы — речная и морская. Кроме того, устьевые области испытывают
.повышенное по сравнению с верховьями техногенное
давление вследствие аккумуляции здесь загрязнений со всего водосборного бассейна. Все
это справедливо для одной из крупнейших рек европейского Севера России - Северной
Двины, в устье которой сосредоточен основной промышленный потенциал Архангельской
области и проживает более половины ее населения.
В Белое море с речным стоком (примерно V* объема моря) наряду с биогенными
веществами поступают и различные антропогенные загрязнители, что приводит к
значительной пространственно-временной изменчивости гидрофизических,
гидробиологических, гидрохимических и других параметров морской экосистемы.
Предполагаемое освоение нефтегазовых и минеральных ресурсов на шельфе Белого моря
неизбежно будет сопровождаться увеличением многофакторной экологической
напряженности.
Таким образом, изучение поведения серы в водной среде не только морских, но и пресных
водоемов представляет интерес, как с позиций геохимии, так и с точки зрения экологии.
Целью настоящей работы является изучение поведения серы в окислительновосстановительных биогеохимических процессах, протекающих в водной среде и донных
осадках Белого моря и устья Северной Двины. Для достижения этой цели в процессе
исследования решались следующие задачи:
• Установить количественное содержание и изучить закономерности
распределения соединений восстановленной серы в водах Белого моря и в поверхностных
водах устья Северной Двины.
• Изучить пространственное и вертикальное распределение соединений
восстановленной серы — производных бактериального сероводорода в донных
отложениях устья Северной Двины, выявить факторы, влияющие на их накопление в
речных осадках.
• Установить уровень содержания и закономерности распределения форм
восстановленной серы и реакционноспособного железа в осадках Белого моря, их
трансформацию и перераспределение в ходе окислительно-восстановительных процессов
раннего диагенеза осадков.
it
Научная новизна и практическое значение.
Получены первые данные о распределении восстановленных соединений серы
(сульфидов, элементной серы и тиосульфата) в водах Белого моря и устья Северной
Двины, позволяющие предположить, что анаэробные процессы минерализации
органического вещества начинаются уже в аэробных условиях кислородных вод. Условия
благоприятные для жизнедеятельности анаэробных сульфатредуцирующих бактерий
создаются в микронишах и на поверхности частиц свежего органического детрита.
Проведено изучение закономерностей распределения соединений восстановленной серы производных бактериального сероводорода, в донных осадках устья Северной Двины.
Установлен относительно низкий уровень их накопления в речных осадках,
обусловленный как низким содержанием сульфатов в речных водах, так и преобладанием
в торфянистых водах Северной Двины, сильно метаморфизованного органического
вещества, малодоступного для микроорганизмов, участвующих в редокс-процессах.
Показана значимость локального антропогенного фактора, а именно, богатых органикой
4
серосодержащих сточных вод сульфат-целлюлозных предприятий в формировании уровня
концентраций восстановленной серы в поверхностном слое донных осадков устья реки.
Проведено изучение процессов раннего диагенеза донных осадков Белого моря. В
результате проведенных исследований установлено, что в восстановительных процессах
раннего диагенеза происходит перераспределение в осадках серы, железа и марганца, а
также изменение форм реакционноспособного железа и восстановленной серы в ходе
бактериальной сульфатредукции.
Выявленные особенности формирования состава этих соединений предполагают
инезавершенность диагенетических процессов в исследованной толще осадков, вялое
течение которых обусловлено присутствием в осадках большой доли аллохтонного
трудноминерализуемого органического вещества, приносимого в море речным стоком с
заболоченной территории водосбора.
Данные, полученные в результате проведенных исследований, могут быть использованы
для оценки экологического состояния экосистемы устья Северной Двины и Белого моря в
настоящее время и как сравнительный материал при изменении антропогенной нагрузки
на эти водоемы в будущем. Комплекс геохимических исследований позволил
сформулировать следующие защищаемые положения:
- Анаэробные процессы минерализации органического вещества в водах Белого моря и
устья Северной Двины протекают уже в аэробных условиях этих экосистем . и
обусловлены созданием условий, благоприятных для жизнедеятельности
сульфатредуцирующих бактерий, в микронишах и на поверхности свежего органического
детрита.
- Присутствие в водах устьевой области Северной Двины низкомолекулярных
метилсернистых соединений обусловлено их поступлением со сточными водами
производства сульфатной целлюлозы.
- Специфика протекания процесса бактериальной сульфатредукции и низкий уровень
накопления соединений восстановленной серы в осадках устья Северной Двины связаны с
низким содержанием сульфатов, значительным вкладом органического вещества
лигнинно-гумусовой природы и влиянием сброса стоков сульфат-целлюлозного
производства.
- Особенности формирования состава восстановленной серы и форм
реакционноспособного железа в толще глубоководных осадков Белого моря обусловлены
незавершенностью диагенетических процессов и связаны с присутствием в составе
органического вещества осадков большой доли аллохтонных трудноминерализуемых
веществ, приносимых в море речным стоком с заболоченной территории водосбора.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Бактериальная сульфатредукция в донных осадках
Направленность превращений соединений серы в природных объектах определяется, как
известно, совокупностью окислительных и восстановительных процессов. Причем, если
процессы окисления восстановленной серы могут осуществляться как химическим, так и
микробиологическим путем, то восстановление сульфатов до сероводорода в условиях
низких температур протекает исключительно при участии живых организмов [16, 36, 124]
и осуществляется по двум направлениям.
Во-первых, это ассимиляторная сульфатредукция, в результате которой сульфат-ион
восстанавливается до SH-групп серосодержащих аминокислот. Таким путем сера
сульфатов включается в состав органических соединений. Энергетика этого процесса у
гетеротрофных организмов обеспечивается дыхательными процессами; у растений для
этих целей используется энергия фотосинтеза.
Второй путь восстановления сульфатов - диссимиляционный. Этот процесс, как более .
продуктивный по сравнению с ассимиляцией (таким путем перерабатывается в 100-1000
раз больше серы), играет важную роль в биогеохимических циклах серы. Он
осуществляется особой группой анаэробных микроорганизмов - сульфатредуцирующими
бактериями, принадлежащими к трем родам: бесспоровые вибрионы рода Desulfovibrio,
палочковидные рода Desulfomonas и палочковидные спорообразующие бактерии рода
Desulfotomaculum. Для их жизнедеятельности наиболее благоприятны условия,
характеризующиеся низким окислительно-восстановительным потенциалом, величиной
рН близкой к нейтральной (но в общем случае рН может быть от 4,0 до 10,0) и
температурой от 2°С и выше. Энергетический обмен сульфатредуцирующих организмов
основан на анаэробном окислении низкомолекулярных органических веществ (или
водорода) до СОг за счет сопряженного восстановления сульфатов до сероводорода. В
конструктивном обмене они не способны к чисто автотрофной ассимиляции
10
диоксида углерода и для своего роста нуждаются в низкомолекулярных органических
веществах [55, 58]. Поэтому их жизнедеятельность тесно связана с активностью других,
гетеротрофных микроорганизмов - ферментаторов (бродилыциков), осуществляющих
первичную переработку органики. Однако эти организмы являются аэробами и в строго
анаэробных условиях они резко замедляют, а затем и вовсе прекращают образование
низкомолекулярных кислот и спиртов, а также простых Сахаров, столь необходимых
сульфатредуцирующим организмам. Таким образом, возникает парадоксальная ситуация
— в строго анаэробных условиях анаэробные организмы не имеют условий
благоприятных для существования. В применении к донным осадкам это означает, что
только верхние горизонты донных отложений, находящиеся под воздействием кислорода
надцонной воды, где одновременно осуществляются процессы аэробной и анаэробной
минерализации органического вещества, являются благоприятными для
жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. В строго анаэробных условиях
восстановительный процесс затухает [16].
Сульфатредуцирующие бактерии, и соответственно процесс бактериального
восстановления сульфатов, широко распространены как в пресных, так и в морских
водоемах [8, 37, 59, 60, 66, 73]. Их количество максимально в донных осадках,
обогащенных органическим веществом — в заливах, фиордах, внутриконтинентальных и
окраинных морях, осадках приконтинентальной области открытого океана, где оно
исчисляется десятками и сотнями тысяч клеток на 1г или 1 см3 сырого ила. При удалении
от берегов в глубоководные пелагические области океана количество этих организмов
резко понижается. По мере углубления в толщу осадков обычно уменьшается и
количество восстанавливающих сульфат бактерий [16,8,58].
Для оценки интенсивности образования сероводорода в ходе бактериального
восстановления сульфатов в донных осадках в настоящее время наиболее широко
используют метод с применением радиоактивного изотопа 35S [8, 36, 58]. Некоторые
результаты, полученные этим методом разными авторами для различных областей
Мирового океана, приведены в таблице 1. Как видно из приведенных данных
интенсивность восстановления сульфатов в донных осадках природных водоемов
изменяется в очень широких пределах. Она заметно
11
Таблица 1 - Интенсивность сульфатредукции в верхних горизонтах донных отложений, мг
S /кг сырого ила в сутки [16, 36, 37,48, 49, 50, 59, 66, 79, 92,107,113]
1 Интенсив- ИнтенсивМестоположение осадков ность сульфатредук- Местоположение осадков ность
сульфатредукции ции
Осадки литорали и мелководных заливов Осадки океана (средние данные)
Баренцево море, литораль 9,0-24,3 Тихий отсеян
Северное море, литораль мелководье Мелководье Лимфиорда. Каспийское море, литораль
Залив Сиваш (Черное море) 4,9-10,6 1,2-2,5 2,9-4,9 3,9-8,4 15,0-40,0 Калифорнийский
залив 0,056 шельф Мексики 0,045 континент, склон Мексики 0,013 континент, склон Перу
0,14 Перуанский желоб 0,002
Осадки внут?шконтинентальных морей окраина Перуанской кот- 0,0006
(средние данные) ловины
Балтийское море: Индийский океан
мелководные уч-ки 1,38 Аравийское море 0,07
центральные обл. 1,10 окраины Сомалийской 0,001
Черное море: котловины
шельф 1,6
глубоковод. часть 0,48
Азовское море 0,66(зима)
7,55 (лето)
Каспийское море, мелководные
участки 1,18
Белое море, Кандалакшский 0,23-0,91
залив 0,01-3,19
Осадки пресноводных водоемов
'о Местоположение ( эсадков Интенсивность сульфатредукции
Оз. Байкал:
прибрежные районы (устья рек) 0,023-0,213
мелководные (4-3 Ом) участки 0,00004-0,0385
глубоководные (1500-1530 м) участки 0,00001-0,0112
Оз. Белое (Вологодская обл.) 0,0002-0,0011
Оз. Плещеево 0,016-0,16
Оз. Ладожское 0,002-0,190
Оз. Севан, глинистые осадки 0,56-2,73
песчаные отложения 0,08-0,28
Оз. Саково (Вологодская обл.) 3,9
Оз. Черный Китчеер (средняя Волга) 13,3
Оз Лауренс (США) 0,156
Оз. Мичиган (США) 0,29-1,718
Рыбинское водохранилище 0,46-143 (июль)
0,06-4,08 (сентябрь)
Куйбышевское водохранилище 0,2-4,5
Горьковское водохранилище 0,02-3,46
12
уменьшается в направлении от побережья к пелагиали - в некоторых случаях разница
между ними достигает 5-6 порядков. Имеющиеся данные по характеру изменения
интенсивности процесса бактериальной сульфатредукции в толще отложений показывают,
что для восстановленных осадков характерно значительное - на 2-3 порядка — ее
уменьшение при движении от поверхности в глубину осадков. Для слабо
восстановленных осадков подобные закономерности не проявляются [8, 16]. В основе
наблюдаемых закономерностей, вероятнее всего, лежит различие в количестве и качестве
присутствующего в осадках органического вещества. Это, и также низкое содержание
сульфатов, является причиной наблюдаемых колебаний в интенсивности бактериальной
сульфатредукции в пресноводных водоемах различного уровня трофности.
1.2. Сульфатредукция — основной процесс анаэробной минерализации органического
вещества в донных осадках
В ходе диагенеза органическое вещество (ОВ) взаимодействует с окисленной
минеральной составляющей осадков, выступая в роли восстановителя. Интенсивность
окислительно-восстановительных процессов, глубину превращений минеральной и
органической составляющих, и как следствие, окончательный минеральный и химический
облик осадков определяют такие основные факторы как физико-географические условия
среды осадкообразования (количество и качество органического вещества, поступающего
на дно в ходе седиментации), скорость осадкообразования, минеральный и химический
состав абиогенного материала [108, 121].
В ходе седиментации изменяется как групповой, так и элементный состав ОВ. Для
группового состава характерно уменьшение содержания всех компонент, свойственных
живому планктону (белков, аминокислот, углеводов, липидов), с одновременным
увеличением количества продуктов их гумификации (гуминовых и фульвовых кислот и
нерастворимых гуминов) [108]. Изменение элементного состава органики не столь
однозначно, поскольку известно, что С-, N- и Р-составляющие органического вещества
проявляют различную устойчивость в
13
процессах его минерализации. При разложении ОВ в ходе седиментации происходит
обогащение его углеродом и обеднение азотом и особенно фосфором [18, 108]. В
результате выше перечисленных причин ОВ, достигшее дна и затем участвующее в
диагенетических окислительно-восстановительных процессах, изменено тем больше, чем
дольше протекает процесс седиментации.
Скорость процесса минерализации ОВ удовлетворительно описывается уравнением
реакции первого порядка. При этом количество вещества минерализовавшегося за время t
определяется равенством
Gt = Go e"',
где Go - исходное количество вещества при t=0; k - константа скорости реакции первого
порядка. Однако, поскольку в любой природной системе органическое вещество
многокомпонентно по составу, то скорость его минерализации будет определяться не
только количеством ОВ, но и уровнем лабильности составляющих его компонентов [8,
16].
Для описания процессов минерализации органического вещества применяется, так
называемая, стехиометрическая модель, основывающаяся на среднем составе планктона:
(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138О2 = 106СО2 + 122Н2О + 16HNO3 + Н3РО4;
(СН2О)1()б(КНз)1бНзРО4 + 53SO42' = 106НСО3" + 53H2S + 16HN3 + Н3РО4.
Приведенные уравнения описывают распад ОВ в аэробных и анаэробных условиях,
соответственно.
Основное направление преобразования ОВ - это его аэробная минерализация за счет
растворенного в воде кислорода при высоких значениях окислительновосстановительного потенциала (Eh) - порядка 400 мВ. Окислительный тип диагенеза с
минерализацией органического вещества в аэробных условиях характерен для
пелагических областей океана с очень низкими скоростями осадконакопления и
концентрацией ОВ (Сорг < 0,3%). Начавшись в водной толще, наиболее интенсивно
процесс аэробной деструкции ОВ продолжается на поверхности осадков, на что указывает
присутствие здесь огромного количества микроорганизмов [8, 18, 103]. По оценкам Е.А.
Романкевича в поверхностном слое осадков перерабатывается 91-97% органики,
достигшей дна
14
[108], не оставляя при этом заметного следа ни в составе минеральной части осадка, ни в
составе пропитывающих его иловых вод.
Принципиально другое значение минерализация ОВ имеет в осадках, обогащенных ОВ это осадки шельфа и материкового склона океана, окраинных и внутренних морей, где
содержание органики (по Сорг) колеблется от 0,5 до 20 и более процентов. В таких
осадках распад ОВ происходит при низких значениях Eh и осуществляется по анаэробной
схеме. При этом процесс бактериальной сульфатредукции является основным и для
окисления органического вещества используется" кислород сульфатов. Однако и в этом
случае анаэробному распаду ОВ практически всегда предшествует его аэробная
минерализация, т.е. в осадках существует область, где одновременно осуществляется и
аэробный, и анаэробный процессы разложения ОВ: Подтверждением этого является
одновременное присутствие в таких зонах аэробных сапрофитных и анаэробных
сульфатредуцирующих и метанообразующих бактерий [8, 18, 66]. Подтверждают это и
обнаруживаемые в подповерхностных слоях восстановленных осадков
диагенетические максимумы нитратов и сульфатов [16,v33], местоположение которых
совпадает с границей проникновения в толщу отложений хотя бы микроколичеств
кислорода за счет биотурбулентного перемешивания осадков бентосными организмами.
Чисто анаэробный распад ОВ происходит только ниже этого верхнего слоя отложений
при участии главным образом сульфатредуцирующих бактерий..
Окислительно-восстановительные процессы, происходящие в осадках в ходе
восстановительного диагенеза, накладывают отпечаток, как на собственно осадки, так и
заключенные в них иловые воды. Было показано [16, 17, 127], что уменьшение
содержания сульфатов, расходуемых на восстановление ОВ по реакции
SO42" + 2С + 2Н2О -> 2НСО3' + H2S,
сопровождается возрастанием щелочного резерва иловых вод, что в свою очередь
приводит к выпадению СаСО3 и уменьшению содержания Са2+ в иловой воде.
Вследствие этого морской тип иловой воды изменяется на хлоридно-щелочной.
В результате распада и деструкции ОВ в анаэробной среде иловые воды уже
поверхностных осадков значительно обогащены биогенными элементами и
15
растворенным ОВ по сравнению с наддонной водой. Наличие хорошо выраженной
обратной зависимости между биогенными элементами - минеральными формами
разложения ОВ — и поведением сульфатов в иловых водах [142] также является
подтверждением действенности механизма анаэробного окисления ОВ за счет сульфатов
при участии сульфатредуцирующих бактерий [18].
Как говорилось выше, процессы восстановительного диагенеза характерны для осадков с
повышенным содержанием ОВ. На долю таких осадков приходится всего около трети
площади поверхности дна Мирового океана, но именно здесь накапливается практически
вся поступающая на дно органика (~ 97,5%) [36]. Окислительный распад ОВ на
поверхности этих осадков сменяется на восстановительный, при котором основным
процессом анаэробной минерализации ОВ является восстановление сульфатов
микроорганизмами [16, 103].
1.3. Процессы окисления и связывания сероводорода
Сероводород, образовавшийся в результате сульфатредукции, в нейтральной и
слабощелочной среде (что обычно отвечает условиям водной среды и донных осадков)
может окисляться как чисто химическим, так и микробиологическим путем.
Схематично полный путь окисления сульфидов до сульфатов может быть представлен
следующим образом:
S2" _> S°(Sn2O -» S2O32" -» SmO62" -> SO32" -> SO42", где n = 2 + 5, m = 2 + 6.
Таким образом, в среде где протекает окислительный процесс, присутствуют
промежуточные продукты окисления сероводорода: элементная сера, тиосульфат-,
политионат- и сульфит - ионы. Конечным продуктом окисления сульфидов в аэробных
или микроаэрофильных условиях могут быть только сульфаты:
2H2S + О2 -> 2 S0' + 2Н2О
H2S + 2O2->SO42" + 2H+.
В окислении восстановленных соединений серы принимают участие различные группы
микроорганизмов. В аэробных условиях это, прежде всего,
16
различные серобактерии и обширная группа тионовых бактерий, которые развиваются на
границе аэробной и анаэробной зон толщи воды или донных осадков [38,124]. Мощность
такой пограничной зоны может изменяться в широких пределах - от нескольких
миллиметров до нескольких десятков метров, как, например, в воде Черного моря [21].
В анаэробных условиях окисление восстановленной серы осуществляют фототрофные
серобактерии, которые при достаточной освещенности используют соединения
восстановленной серы в качестве донора электронов:
2СО2 + H2S + 2Н2О -» 2СН2О + SO42' + 2Н+;
2 H2S + СО2 -+ 2 S0 + СН2О + Н2О.
Известен, также вид анаэробных тионовых бактерий, способных окислять
восстановленную серу за счет кислорода нитратов:
бЗгОз2"^ 8NO3" + Н2О -+ 10 SO42' + 4N2 + 2Н+.
При химическом окислении сероводорода обнаруживаются те же промежуточные
соединения, что и при микробиологическом процессе.
В условиях природных водоемов окисление, скорее всего комбинированное. Наиболее
вероятно, что процесс окисления протекает в два этапа: абиотическое образование
сульфатов и тиосульфатов, с последующим бактериальным доокислением тиосульфата до
сульфата [21,119,145].
Следует отметить, что как при бактериальном, так и при химическом окислении
сероводорода первым продуктом его окисления является элементная сера (2H2S + О2 -»
2S0 + 2Н2О), которая, таким образом, может считаться своеобразным маркером
присутствия H2S, даже несмотря на отсутствие последнего в настоящий момент времени.
Одновременно с окислением сероводорода происходит его взаимодействие с
реакционноспособными формами металлов, прежде всего железа (FepeaKll) [8, 16, 36]. До
тех пор, пока в осадках содержание реакционноспособного железа избыточно по
отношению к H2S, он будет быстро и нацело связываться в сульфид железа. При этом в
соответствии с величиной произведения растворимости (nPFes = [S'2] • [Fe2+] = 10*18'4)
содержание сульфидных ионов в иловой воде ничтожно мало. Проявление в осадках
заметных (хотя бы по запаху) количеств сероводорода возможно только в том случае, если
продуктивность сульфатредукции превышает
17
ресурс реакционноспособного железа. В случае полного исчерпания FepeaKU
образующийся в осадках сероводород способен взаимодействовать с
реакционноспособными формами других металлов, содержание которых, однако,
несопоставимо меньше по сравнению с железом, или связываться частью обломочного
железа минеральных осадков, но процесс этот по сравнению с первым значительно более
медленный [16].
Таким образом, наличие или отсутствие свободного сероводорода в водной среде вообще
или в донных осадках в частности определяется соотношением интенсивности и
продуктивности процесса восстановления сульфатов с одной стороны и наличием
окислителей, а также способностью осадков к связыванию образующегося сероводорода,
с другой.
1.4. Соединения серы — производные бактериального сероводорода — геохимическое
проявление процесса сульфатредукции
Как было изложено выше, процесс бактериальной сульфатредуции является основным в
анаэробной минерализации органического вещества, поступающего в водоем.
Выделяющийся при этом сероводород в результате сопряженных химических и
микробиологических процессов трансформируется в ряд различных по устойчивости
соединений восстановленной серы [16, 99]. При достаточно интенсивном редукционном
процессе в твердой фазе осадков находятся кислоторастворимые сульфиды металлов
(преимущественно железа), пирит, элементная хера и сера, связанная с органическим
веществом. Кроме восстановленной, практически всегда здесь же присутствует некоторое
количество неизрасходованной в процессе сульфатной серы. При развитом процессе
сульфатредукции в иловых водах, пропитывающих осадок, могут присутствовать также
свободный сероводород, сульфиты, политионаты и тиосульфаты. Однако пересчет их
содержания на осадок в целом существенного значения для оценки уровня общей
восстановленной серы донных отложений не имеет. Таким образом, в состав суммы
производных сероводорода (ZSH2s)> характеризующей общее
Список литературы