Участие гетерогенных микрочастиц в биогеохимических процессах в морях России

Полидисперсная гетерогенная система морской среды состоит из частиц микронного и субмикронного размера, находящихся в воде, как в дисперсионной среде. Концентрация таких частиц часто не превышает 1 миллиграмма в литре морской воды. Взвешенная форма – это переходное состояние вещества, которое в конечном итоге достигает дна. При этом взвешенные в воде микрочастицы из рассеянной формы существования вещества переходят в связанную форму и образуют новый вещественный комплекс – донный осадок. Переходный слой между двумя этими вещественными комплексами принято называть наилком. Наилок – это тонкий (обычно не более 1 см толщиной) текучий флоккулированный слой над осадком влажностью около 90%. Наличие этого переходного слоя типично для шельфовых и внутренних морей, а его свойства зависят от глубины моря, гидродинамических условий, типа подстилающих донных осадков и многих других условий среды. Взвешенные микрочастицы представляет интерес не только как материал для формирования осадков, но и как одна из форм существования химических элементов. При этом большое значение приобретает перенос химических элементов и соединений микрочастицами в сорбированном виде, в том числе, тяжелых металлов, радионуклидов и других загрязняющих веществ. Следует заметить, что именно в наилке происходит аккумуляция многих веществ, сорбированных микрочастицами, что определяет экологическое значение исследования состава этого тонкого слоя в сравнении со взвесью и подстилающими донными осадками. Именно такой подход, который мы разрабатываем последние десять лет в рамках научной школы академика А.П. Лисицына, позволит увидеть весь процесс седиментогенеза. Поведение частиц в водной толще определяется не только физико-химическими процессами, отмеченными выше, но в большей степени биогеохимическими. Под биогеохимическими процессами мы подразумеваем процессы, протекающие с участием микроорганизмов (бактерий и архей). Функционирование «микробной петли» указывает на тесную связь биогенных и абиогенных процессов в трансформации взвешенного органического вещества (микрочастиц) в растворенное и наоборот. Стало быть, наш проект, направленный, в первую очередь, на решение фундаментальных задач современной седиментации, позволяет получать необходимые знания для изучения источников загрязнения, путей переноса поллютантов и микрочастиц, играющих важную экологическую роль в морской экосистеме. Возникает острая необходимость изучения состава микрочастиц, в той или иной мере вовлеченных в биогеохимические циклы, влияющих на продуктивность деятельного слоя и являющихся трассерами важнейших процессов в морской экосистеме (водообмена, эндогенного влияния, поступления аэрозолей и т.д.), в том числе, негативного антропогенного воздействия. В связи с этим очевидна потребность в решении следующих первоочередных фундаментальных задач в проекте: 1) установление источников поставки взвеси в море; 2) распределение и дифференциация (механическая, химическая и биологическая) взвешенных частиц в водной толще, его ассимиляция водоемом; 3) переход взвешенных частиц водной толщи в относительно устойчивое состояние – донный осадок; 4) определение роли микрочастиц в биогеохимических процессах в различных морских геосистемах. Понимание поведения микрочастиц в морской среде, знания об их составе и участии в биогеохимических процессах позволят решить широкий спектр вопросов, связанных с планированием мероприятий по охране окружающей среды, прояснить механизмы, которые контролируют поведение загрязняющих веществ и моделировать последствия экологических катастроф. Таким образом, целью нашего проекта является установление генезиса микрочастиц в системе взвесь – наилок – донный осадок, оценка их потоков и степени вовлеченности в биогеохимические процессы морских экосистем, находящихся под влиянием климатических изменений и возрастающего антропогенного воздействия. Данные, полученные при выполнении проекта, могут играть важную роль при разработке способов предотвращения загрязнения морской среды вследствие высокой антропогенной нагрузки на морские акватории России. Кроме того, исследование водной взвеси – это обязательный компонент экологического мониторинга состояния морской среды.