Моделирование биогеохимических процессов в донных отложениях в восточной части Финского залива с использованием диагенетической модели
Аннотация
Для оценки биогеохимических изменений в верхнем слое донных отложений, вызванных биоирригационной активностью бентосных организмов, используется диагенетическая модель CANDI. Для условий восточной части Финского залива проведена верификация модели, показана сопоставимость модельных расчетов с данными натурных наблюдений. Исследована чувствительность модели к пористости донных отложений, выявлена зависимость глубины проникновения кислорода в донные отложения от содержания органического вещества в них. Рассчитан коэффициент биотурбации и биоирригация с учетом численности популяции бентосных организмов, оказывающих механическое воздействие на донные отложения. Результаты моделирования показывают, что постоянное воздействие биоирригации на бентосный слой уже через 5 лет может привести к уменьшению запасов фосфатов и аммония в поровой воде по сравнению со случаем отсутствия биоирригации. Запасы нитратов и сульфатов в поровой воде, наоборот, возрастут. Запасы железа твердой фазы донных отложений изменятся незначительно. Сделан вывод, что при условии отсутствия биоирригации, циклы биогенных элементов и связанных с ними растворенных химических соединений железа через 5 лет изменятся существенно, что в итоге может привести к значительным перестройкам в бентосных системах.
Об авторах
Е. В. Волощук
Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Российский государственный гидрометеорологический университет
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
Т. Р. Еремина
Российский государственный гидрометеорологический университет
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
В. А. Рябченко
Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Россия
Россия
г. Санкт-Петербург
Список литературы
1. Neelov I. A. et. al. A simulation of the Gulf of Finland ecosystem with a 3D model // Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol. 2003. V. 52, N 3. P. 346—359.
2. Savchuk O., Wulff F. Long-term modeling of large-scale nutrient cycles in the entire Baltic Sea // Hydrobiologia. 2009. N 629. P. 209—224.
3. Conley D. et. al. Hypoxia-Related Processes in the Baltic Sea // Env. Science and Technology. 2009. V. 43, N 10. P. 3412—3420.
4. Игнатьева Н. В. Оценка потоков фосфора в пограничной зоне осадок-вода в Псковско-Чудском озере // Ученые записки РГГМУ. 2014. № 34. С. 71—78.
5. Berner R. A. An idealized model of dissolve sulfate distribution in recent sediments // Geochim. Cosmochim. Acta. 1964. V. 28, N 9. P. 1497—1503.
6. Berner R. A. Kinetic models for the early diagenesis of nitrogen, sulfur, phosphorus, and silicon in anoxic marine sediments // The Sea / Ed. Goldberg E. D. V. 5. John Wiley&Sons, 1974. P. 427—450.
7. Lasaga A. C., Holland H. D. Mathematical aspects of non-steady-state diagenesis // Geochim. Cosmochim. Acta. 1976. V. 40, N 3. P. 257—266.
8. JØrgensen B. B. A comparison of methods for the quantification of bacterial sulfate reduction in coastal marine sediments. II. Calculations from mathematical models // Geomicrobiol. Jour. 1978. V. 1, N 1. P. 29—47.
9. Aller R. C. Diagenetic processes near the sediment-water interface of Long Island Sound: I. Decomposition and nutrient element chemistry (S, N, P) // Adv. Geophysics. 1980. V. 22. P. 237—350.
10. Aller R. C. Diagenetic processes near the sediments-water interface of Long Island Sound: II. Fe and Mn // Adv. Geophysics. 1980. V. 22. P. 351—415.
11. Aller R. C. Quantifying solute distributions in the bioturbated zone of marine sediments by defining an average microenvironment // Geochim. Cosmochim. Acta. 1980. V. 44, N 12. P. 1955—1965.
12. Middelburg J. J. A simple rate model for organic matter decomposition in marine sediments // Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. V. 53, N 7. P. 1577—1588.
13. Rabouille C., Gaillard J.-F. Towards the EDGE: early diagenetic global explanation. A model depicting the early diagenesis of organic matter, O2, NO3, Mn, and PO4 // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. V. 55, N 9. P. 2511—2525.
14. Boudreau B. P., Canfield D. E. A comparison of closed- and open-system models for porewater pH and calcite dissolution // Geochim. Cosmochim. Acta. 1993. V. 57, N 2. P. 317—334.
15. Boudreau B. P. A method-of-lines code for carbon and nutrient diagenesis in aquatic sediments // Computers and Geosciences. 1996. V. 22, N 5. P. 479—496.
16. Soetaert K. et al. A model of early diagenetic processes from the shelf to abyssal depths // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1996. N 60. P. 1019—1040.
17. Van Cappellen P., Wang Y. Cycling of iron and manganese in surface sediments: a general theory for the coupled transport and reaction of carbon, oxygen, nitrogen, sulfur, iron, and manganese // American Journal of Science. 1996. N 296. P. 197—243.
18. Norkko J. et al. A welcome can of worms? Hypoxia mitigation by an invasive species // Global Change Biology. 2012. V. 18, N 2. P. 422—434.
19. Berner R. A. Early diagenesis: a theoretical approach // Princeton University Press. 1980. P. 241.
20. Boudreau B. P. Diagenetic models and their implementation: modelling transport and reactions in aquatic sediments / Bernard P. Boudreau. Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Budapest; Hong Kong; London; Milan; Paris; Santa Clara; Singapore; Tokyo: Springer, 1996.
21. Christensen E. R. A model for radionuclides in sediments influenced by mixing and compaction // Jour. Geophys. Res. 1982. V. 87, N C1. P. 566—572.
22. Boudreau B. P. Is burial velocity a master parameter for bioturbation? // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. V. 58, N 4. P. 1243—1249.
23. Meysman F., Middelburg J., Heip C. Bioturbation: a fresh look at Darwin’s last idea // TRENDS in Ecology and Evolution. 2006. V. 21, N 12. P. 688—695.
24. Kristensen E., Penha-Lopes G., Delefosse M. et al.What is bioturbation? The need for a precise definition for fauna in aquatic sciences // Marine ecology progress series. 2012. V. 446. P. 285—302.
25. Aller R. C. Transport and reactions in the bioirrigated zone // The Benthic Boundary Layer / Eds. Boudreau B. P, Jørgensen B. B. Oxford University Press, 2001. P. 269—301.
26. Максимов А. А. Крупномасштабная инвазия Marenzelleria spp. (Polychaeta; Spionidae) в восточной части Финского залива Балтийского моря // Российский журнал биологических инвазий. 2010. № 4. С. 19—31.
27. Quintana C. O. et al. Simultaneous study of particle reworking, irrigation transport and reaction rates in sediment bioturbated by the polychaetes Heteromastus and Marenzelleria // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 2007. V. 352, N 2. P. 392—406.
28. Sandnes J. et al. Bioturbation and irrigation in natural sediments, described by animal-community parameters // Marine Ecology Progress Series. 2000. N 197. P. 169—179.
29. Максимов А. А. и др. Режимная перестройка экосистемы восточной части Финского залива вследствие инвазии полихет Marenzelleria arctia // Океанология. 2014. Т. 54, № 1. С. 52—59.
30. Reed D. C. et al. Sedimentary phosphorus dynamics and the evolution of bottom water hypoxia: a coupled benthic-pelagic model of a coastal system // Limnology and Oceanography. 2011. N 56. P. 1075—1092.
31. Kankaanpaa H. et al. Seasonal sedimentation of organic matter and contaminants in the Gulf of Finland // Boreal env. Res. 1997. V. 2. P. 257—274.
32. Lehtoranta J. et al. Coastal Eutrophication Thresholds: A Matter of Sediment Microbial Processes // Ambio. 2009. V. 38, N 6. P. 303—308.
33. Dellwig O. et al. A new particulate Mn–Fe–P-shuttle at the redoxcline of anoxic basins // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2010. N 74. P. 7100—7115.
34. Almroth-Rosell E. et al. A new approach to model oxygen dependent benthic phosphate fluxes in the Baltic Sea // Journal of Marine Systems. 2015. N 144. P. 127—141.
Рецензия
Для цитирования:
Волощук Е.В., Еремина Т.Р., Рябченко В.А. Моделирование биогеохимических процессов в донных отложениях в восточной части Финского залива с использованием диагенетической модели. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015;8(4):106-113.
For citation:
Voloshchuk E.V., Eremina T.R., Ryabchenko V.A. Modeling of Biogeochemical Processes in the Sediments of the Eastern Part of the Gulf of Finland by Means of Diagenetic Model. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2015;8(4):106-113. (In Russ.)
Просмотров:
90
Послать статью по эл. почте 