Изотопы серы и углерода на активных гидротермальных полях Срединно-Атлантического хребта

Заключение

Есть основание считать, что синтез СН₄ и углеводородов в гидротермальных системах САХ идет по-разному. В осевой циркуляционной гидротермальной системе ТАГ и Брокен Спур основная часть метана флюидов образуется в результате процесса Фишера-Тропша с заметным разделением изотопов углерода ¹³С_СН4 = - 14,6 - 18,0 ).В глубинной циркуляционной системе процесс метаногенеза происходит при взаимодействии водорода, образованного при серпентинизации ультрабазитов, с бикарбонатом океанской воды, в присутствии активного Ni-Fe катализатора, который убыстряет процесс синтеза СН₄, и тем самым препятствует значительному фракционированию изотопов углерода СН₄ по сравнению с углеродом исходного бикарбоната ( ¹³ С = - 13,4 - 14,3, табл. 1). Наличие в сфере реакций СН₄, свободного водорода, СО₂, воды и металлов - катализаторов синтеза может приводить к образованию сложных молекул углеводородов и их производных, например, по реакции:

СН₄ + СО₂ + 2Н₂ С₂Н₅ОН + Н₂О .

По расчетам О. Г. Сорохтина [Сорохтин, Ушаков, 1991] в рифтовых зонах океана в течение года может образовываться 1800 10⁶ т серпентинитов и соответственно 32 10⁶ т СН₄. Результаты моделирования взаимодействия морской воды с толеитовыми базальтами и гарцбургитом также свидетельствуют о возможной генерации большого количества Н₂ и СН₄. Так, при серпентинизации 1 км ³ гарцбургита может образоваться 510⁵ т Н₂ и 2,510⁵ т СН₄ [Дмитриев и др., 1999]. Часть этих абиогенно синтезированных Н₂ и СН₄ вместе с Н₂S выходят в составе флюидов на поверхность дна, где используются в процессах бактериального хемосинтеза и метанотрофии. Образующаяся при этом биомасса микроорганизмов отличается по изотопному составу серы и углерода от фотосинтезированного ОВ.

Сероводород и водород флюидов безусловно полностью утилизируются микрофлорой на активных полях. Этого нельзя сказать с уверенностью о метане, поскольку наблюдаются аномальные концентрации СН ₄ в придонных слоях воды на огромных площадях далеко от мест истечения флюидов [Charlou et al., 1998]. Добавим, что СН₄ - очень устойчивое соединение и его окисление в биосферных условиях возможно только при участии специфических групп метанокисляющих микроорганизмов. Экспериментальные определения скорости бактериального окисления СН₄ в отложениях дна и в водной толще дают, как правило, очень низкие оценки скорости этого процесса [Гальченко и др., 1989; Леин и др., 1993], подтверждая тот факт, что только небольшая часть СН₄ гидротермальных флюидов утилизируется метанотрофами, а основная его часть разносится течениями и рассеивается в океане. Следовательно, в водной толще океана, наряду с биогенным, должно присутствовать значительное количество абиогенно синтезированного гидротермального изотопно-тяжелого СН₄. По различным оценкам при бактериальных процессах окисления Н₂S, Н₂ и других восстановленных соединений на активных гидротермальных полях продуцируется около 1% от общего С_орг, образующегося в фотослое океана, и около 50% в среднем от количества С_орг, достигающего дна в рифтовых зонах.

В составе С_орг гидротермальных образований, наряду с бесспорно биогенными липидами, присутствуют сложные многоатомные н-алканы, состав которых не связан напрямую с преобразованием биогенных структур. Содержание таких н-алканов значительно выше в сульфидных рудах из серпентинитовых вмещающих пород. Но и в этих гидротермальных образованиях количество нефтяных углеводородов резко превышает 10% от общего количества С_орг, поэтому пока нет оснований рассматривать абиогенный синтез УВ как существенный источник нефтяных УВ в океане.