Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 9 pdf

http://www.ebook.edu.vn Chơng 9 So sánh tính chất địa hoá của các hồ nớc mặn có nguồn gốc đại dơng 9.1 Giới thiệu Hồ nớc mặn có thể đợc phân loại thnh 2 nhóm dựa trên cơ sở của nguồn nớc nguyên thuỷ trong hồ. Những nhóm ny thuộc hồ nớc mặn không bắt nguồn từ đại dơng v bắt nguồn từ đại dơng. Hồ nớc mặn không bắt nguồn từ đại dơng nhận nớc ngọt lm đầu vo v trở nên mặn bởi tốc độ bốc thoát hơi nớc cao của vùng khí hậu khô hoặc bán khô hạn, nơi m hệ thống hồ ny đợc tìm thấy nhiều nhất. Nhóm ny của hồ bao gồm phần lớn những hồ nớc mặn nhỏ nội địa cũng nh những hồ lớn, ví dụ nh Biển Chết ở Israel v hồ nớc mặn Great của Mỹ. Nhóm thứ hai của hồ nớc mặn l hồ đại dơng, nơi đợc lm đầy chủ yếu cùng với nớc đã có nớc biển hoặc thnh phần hoá học của nớc biển đã bị thay đổi. Những hồ ny đợc tìm thấy thuộc miền ven biển thờng có quy mô diện tích nhỏ v tính chất đa dạng về phạm vi của vùng khí hậu từ ôn đới tới khô cằn. Vì vậy, hồ đại dơng thay đổi trong các đặc trng của chúng. Đã có rất nhiều nghiên cứu về loại hồ ny. Hầu hết l những nghiên cứu ton diện về hồ Solar, Sinai (Friedman cùng cộng sự, 1973; Cohen cùng cộng sự 1977; Krumbein cùng cộng sự, 1977; Jorgensen cùng cộng sự, 1977; Friedman cùng cộng sự, 1982; Lyons cùng cộng sự, 1984) v hồ Ngập nớc, Bermuda (Neumann, 1969; Hatcher, 1978; Hatcher cùng cộng sự, 1982; Hatcher cùng cộng sự, 1983; Orem cùng cộng sự, 1986; Sharma cùng cộng sự, 1988; Stolz, 1989; Boudreau cùng cộng sự, 1992). Những nghiên cứu khác bao gồm hồ Eil Malk, Palau (Hamner cùng cộng sự, 1982; Burnett cùng cộng sự, 1989), những bể khác nhau đợc tìm thấy trên đảo Christmas, Kiribati (Schoonmaker cùng cộng sự, 1985), v vi hệ thống hồ ven biển ở phía tây v phía nam Australia v dọc vùng ven biển Sinai (Warren, 1982; Playford, 1983; Edward, 1982; Burke, 1989; Kushnir, 1981; Levy, 1974, 1977; Gat v Levy, 1978). Trong chơng ny, có vi nghiên cứu ton diện về tuần hon động lực trong thuỷ địa hoá v sinh địa hoá của hồ nớc mặn đại dơng. 9.2 Các đặc tr}ng chung của hồ n}ớc mặn đại d}ơng Tất cả các hồ nớc mặn đại dơng đều đợc hình thnh hay lấp đầy nớc biển khoảng gần 4000 v 6000 năm trớc đây. Tại thời điểm ny sự gia tăng nhanh chóng mực nớc biển trên ton cầu đã dẫn tới ngập lụt ở các vùng ven biển nằm ở vị trí thấp. Các hồ đại dơng đã đợc hình thnh theo hai cách. Trong cách đầu tiên, khi mực nớc biển tăng lên nớc biển trn ngập vo các vùng trũng, ban đầu hình thnh nên các lagoon. Qua thời gian các lagoon ny trở 417 http://www.ebook.edu.vn nên bị cắt đứt từ phía kết nối với đại dơng, vì vậy trở thnh các hồ nớc biển. Hồ Solar, hồ Ras Mohammad, lagoon Bardawil v các phá liên quan (tất cả đều nằm trên bờ biển Sinai), v nhiều hồ ở Australia đã đợc hình thnh theo cách thức ny. Ví dụ, hồ Solar trở nên bị cắt đứt từ đại dơng khi một bar cát ngầm hình thnh ngang qua miệng của nó. Bar cát ny sau đó đợc lm ổn định bởi sự hình thnh của một vỉa đá ngầm trên rìa về phía biển của hồ. Bar cát ny vẫn có độ rỗng, v hồ Solar hiện thời nhận đầu vo nớc biển bởi việc thấm qua bar cát đó. Trong trờng hợp của nhiều hồ ở Australia, các đụn cát calcium carbonate đã đợc lắng đọng ở rìa bờ biển mới đợc tạo nên bởi sự nâng cao mực nớc biển, do đó cắt dời các hồ khỏi đại dơng. Một sự hạ thấp cục bộ mực nớc biển hay sự nâng lên kiến tạo của một vùng cũng có thể tách các lagoon ra khỏi đại dơng từ kết nối trực tiếp với đại dơng để hình thnh nên các hồ đại dơng. Có một bằng chứng l sự hình thnh của các hồ siêu mặn trên đảo Rottnest (miền tây Australia) xảy ra theo cách thức ny (Playford 1983). Trong trờng hợp thứ hai, các hồ nớc mặn đại dơng đã hình thnh m không có bất kỳ kết nối trực tiếp với đại dơng ban đầu no. Ví dụ, ở các vùng m đã có sự hình thnh các đụn cát ven biển, sự nâng lên của mực nớc biển gây ra mực nớc tầng ngậm nớc đụn cát từ nớc biển cũng tăng theo. Những chỗ lõm xuống giữa các đụn cát m đã nằm bên dới mực nớc biển từ 6000 năm trớc thì trở nên đợc lấp đầy nớc biển từ tầng ngậm nớc v các hồ đã hình thnh. Lịch sử của thông tin ny đã đợc dẫn chứng bằng số liệu cho các hồ ở nam Australia (Warren 1982) cũng nh cho ngập mặn(Neumann 1969) v các hồ Lovers ở Bermuda. Trái ngợc với các hồ đại dơng khác, bằng chứng trầm tích từ hồ ngập mặn chứng tỏ rằng hồ ny đã đợc hình thnh gần 10000 năm trớc đây nh một hồ nớc ngọt nông. Hồ ny, nằm bên trong một vùng trũng giữa các đụn cát, đợc lm đầy nớc biển thông qua sự thấm qua các đụn cát xung quanh gần 4000 năm trớc đây (Hatcher v những ngời khác 1982). Mặc dù một số hồ hiện nay tiếp nhận đầu vo nớc biển qua các khe hở lớn, nh l các kênh trên mặt ở Eil Malk (Hamner v những ngời khác 1982) cũng nh lagoon Bardawil (Levy 1974) v các hang động ngầm ở hồ Lovers, hầu hết các hồ tiếp nhận đầu vo thông qua sự thấm đơn thuần. Không có hồ đại dơng no đợc tìm thấy có bất kỳ đầu vo dòng nớc ngọt cố định. Thuỷ văn của những hồ ny bị ảnh hởng bởi độ rỗng v khả năng thấm của đá gốc xung quanh, v các quá trình thay đổi mực nớc hoặc của đại dơng hoặc của hồ. Hai quá trình nổi trội ảnh hởng đến mực nớc l những sự thay đổi thuỷ triều trong mực nớc biển v tốc độ bốc hơi của nớc từ các hồ. Những sự thay đổi tại một tần suất thuỷ triều trong mực nớc của một vi hồ đã đợc ghi nhận. Nh đợc mong đợi, các hồ đó với các kênh kết nối với đại dơng, ví dụ hồ Lovers v Eil Malk, có nớc đợc bơm tới v từ hồ đó đáp lại thuỷ triều. Tuy nhiên cả hai hồ ny đều vẫn còn bị phân tầng trong suốt chu kỳ triều, v do vậy, dờng nh l phần lớn nớc vo mỗi hồ trong suốt một thời kỳ triều dâng bị loại bỏ ra 418 http://www.ebook.edu.vn trong thời kỳ triều rút. Những sự dao động thuỷ triều cũng đã đợc ghi nhận vo năm 1971 ở hồ ngập mặn, m tiếp nhận đầu vo chỉ thông qua sự thấm (Hatcher v những ngời khác 1982). Gần 10 năm sau, không quan trắc thấy sự thay đổi no nh vậy, tuy nhiên, chứng tỏ rằng các đụn cát đã hình thnh đá chia tách hồ với đại dơng đã trở nên ít có khả năng thấm hơn vì sự tập trung của calcium carbonate (Sharma 1988). Trong tất cả các trờng hợp đã đề cập đến trớc đây, sự dao động trong mực nớc hồ bị loại trừ v lm giảm với chú ý tới những sự thay đổi thuỷ triều của đại dơng liền kề. Chu trình thuỷ văn của các hồ đại dơng m hoặc nằm ở cách xa đại dơng hoặc bị chia cắt bởi một hng ro khả năng thấm nhỏ hơn so với đã đề cập trớc đây đợc chiếm u thế bởi chu trình bốc hơi/giáng thuỷ theo mùa của khu vực khí hậu m các hệ thống ny nằm trong đó. Nh một chu trình đã đợc mô tả cho một số hồ muối, ruộng muối ven biển nằm ở bờ biển nam Australia (Warren 1982). Vo mùa đông, các hồ nông ny đợc lm đầy nớc lợ tới một mực không đáng kể bên trên mực nớc biển. Trong suốt mùa xuân v mùa hè, nớc hồ bốc hơi tới các mực bên dới mặt nớc ngầm của các đụn cát xung quanh. Nớc thuộc giếng nớc ngầm đụn cát thoát vo trong các hồ muối. Khi mặt nớc ngầm đụn cát giảm xuống dới mực nớc biển, nớc biển sau đó thấm vo trong các đụn cát. Vo cuối mùa hè, do tốc độ bốc hơi cao cực độ của vùng ny, mực nớc của các hồ ny l 20 -40 cm bên dới bề mặt trầm tích. Trong suốt mùa thu v mùa đông, khi tốc độ bốc hơi giảm v giáng thuỷ trên vùng đó tăng, mực nớc của các hồ ny lại tăng lên tới mực nớc cao hơn một trút trên mực nớc biển. Bởi vì khả năng thấm cao của cát trong các đụn cát, mặt nớc ngầm của các đụn cát, v do đó mực nớc hồ, về cơ bản không thể chênh lệch với mực nớc biển. Độ muối của các hồ đại dơng thay đổi từ xấp xỉ độ muối nớc biển tới lớn hơn 100 psu. Nhiều hồ đại dơng m có độ sâu lớn hơn 2 m bị phân tầng suốt phần lớn của năm đó. Trong các hồ siêu mặn sự phân tầng mật độ đ ợc xác định chủ yếu l bởi các thay đổi về độ muối của nớc đi vo, hơn l những thay đổi nhiệt độ xung quanh. Không giống các hồ bị phân tầng bởi nhiệt độ, sự phân tầng trong các hồ ny đợc tuyên bố trong các thời kỳ lợng ma rơi đợc gia tăng v phá vỡ trong các thời kỳ khô hạn. Chu trình hng năm của sự phân tầng v các holomixis đã đợc ghi nhận ở ba hồ trên đảo Rottnest, miền tây Australia (Bunn v những ngời khác, 1984) v ở hồ Solar, Sinai (Cohen v những ngời khác 1977a). Các sự kiện nói chung đợc quan trắc ở các hồ ny l nh sau: Vo mùa đông epilimnion ở bên trên lạnh hơn v độ muối nhỏ hơn tầng nớc sâu ở bên dới. Khi mùa hè tới tốc độ bốc hơi tăng cho tới cuối cùng nó cao hơn đáng kể so với tốc độ của nớc biển cung cấp cho hồ. Điều ny dẫn đến một sự tăng độ muối dần dầncủa lớp nớc trên mặt hồ. Gradient nhiệt độ của hồ biến mất. Các xáo trộn ton phần xảy ra v kết thúc trong một vi tuần ở hồ Solar v một vi tháng ở các hồ Rottnest. Không lâu sau khi những cơn ma mùa đông đầu tiên rơi trên Rottnest, sự phân tầng lại tiếp tục phát triển khi nớc ngọt hơn đi vo lớp bề mặt của hồ từ những sự thấm xung quanh hồ. ở hồ 419 http://www.ebook.edu.vn Solar những trận bão phơng nam trong suốt mùa ma lm cho nớc biển dồn về cạnh ở phía biển của bar cát có độ rỗng, m chia tách hồ Solar với đại dơng. Sự gia tăng mực nớc biển địa phơng ny lm gia tăng áp suất thuỷ tĩnh trên hệ thống nớc ngầm của bar cát đó dẫn tới dòng nớc biển vo trong hồ đợc tăng cờng. Nớc đi vo tơng đối ngọt hơn ny nằm trên nớc siêu mặn chứa trong hồ dẫn tới sự phân tầng độ muối. Nớc của các hồ ny cực trong v kết quả l tia sáng mặt trời có thể đạt tới đáy hồ. Trong suốt sự phân tầng mùa đông một dị thờng nhiệt độ cũng phát triển. Năng lợng mặt trời đợc hấp thụ tại v bên dới đờng tỷ trọng dẫn tới một profile nhiệt độ đảo ngợc. Lớp dới đáy của các hồ ny có thể ấm hơn lớp trên mặt tới 50 0 C. Tuy nhiên, mật độ của nớc biển siêu mặn l đủ cao m hồ không đảo lộn, mặc dù những chênh lệch nhiệt độ giữa epilimnion v tầng nớc dới sâu l cực đại. Khoảng thời gian của các thời kỳ xáo trộn v phân tầng có thể đợc hiệu chỉnh bằng những thay đổi địa phơng v giữa các năm về lợng ma rơi v nhiệt độ trung bình; tuy nhiên chuỗi các sự kiện nói chung vẫn nh nhau. Duy nhất một hồ, Eil Malk, đã đợc thuật lại l bị phân tầng thờng xuyên. Hồ ny không phải l siêu mặn, nhng bị phân tầng bởi những sự thay đổi độ muối giữa nớc đợc chứa thờng xuyên trong hồ v nớc biển đợc trao đổi do thuỷ triều qua các kênh dẫn kết nối nớc bề mặt hồ với đại dơng xung quanh. Tuy nhiên hồ ny không phát triển profile nhiệt độ đảo ngợc nh ở hồ Solar v các hồ ở đảo Rottnest. Lý do của sự khác biệt ny có lẽ l bởi vì sự trao đổi nớc theo thuỷ triều giữa trên mặt hồ v đại dơng loại bỏ lợng nhiệt từ hồ vì thế việc đốt nóng dới mặt nớc không diễn ra. Có lẽ một trong những đặc trng tiêu biểu nhất của các hồ đại dơng trong sự so sánh với các hồ khác l thnh phần ion của nớc. Các thnh phần của một vi nớc hồ đại dơng đợc so sánh với nớc biển v nớc sông trung bình trong Bảng 1. Bởi vì các hồ đại dơng chủ yếu đợc lm đầy bằng nớc biển hơn l nớc ngọt, hoá học nớc hồ đợc đặc trng bởi Na v Cl cùng với các nồng độ ít hơn, mặc dù l quan trọng, của Ca, SO 4 , Mg, v K. Mặc dù một số nớc ngọt bị bay hơi nớc biển có cấu tạo , các tỷ lệ tơng đối của các phần tử l khác nhau. Sự bốc hơi của nớc ngọt sẽ dẫn tới một sự đa dạng của thnh phần nớc hồ có tính kiềm, trong khi đó sự bốc hơi của nớc hồ đại dơng theo một cách tơng tự với sự cô bốc hơi của muối từ nớc biển thông thờng. Calcium carbonate v thạch cao l các chất lắng đọng phổ biến hình thnh trong suốt sự cô bay hơi của nớc hồ đại dơng; các muối độ tan cao hơn thờng không đợc tìm thấy bằng các sản phẩm bốc hơi (Cohen v những ngời khác 1977a; Krumbein v những ngời khác 1977; Levy 1977; Gat v Levy 1978). Ví dụ, muối mỏ có thể hình thnh theo mùa quanh vnh đai của một số hồ đại dơng, nhng thờng ho tan lại trong các thời kỳ ma (Levy 1977). Trong các trờng hợp cá biệt m các hồ đại dơng bị chia cắt từ một nguồn nớc biển, thnh phần của nớc biển lm đầy hồ v các chất lắng đọng có thể thay đổi đáng kể. Ví dụ, nớc biển calcium chloride đã phát triển trong các hồ muối ở trong đất liền của lagoon Bardawil, do tơng tác của thnh phần nớc biển v 420 http://www.ebook.edu.vn các trầm tích calcium carbonate mịn ở khu vực ny. Sự tơng tác ny dẫn tới một sự hình thnh đá trầm tích đolomit trong các trầm tích của các hồ muối ny (Levy 1977a, b). Các quần xã sinh học của các hồ đại dơng, đặc biệt l các hồ siêu mặn, bị chi phối bởi các sinh vật nguyên sinh, chủ yếu l các vi khuẩn lục v vi khuẩn sulfur. Các động lực học quần xã cột nớc đã đợc nghiên cứu tốt nhất ở hồ Solar v hồ Eil Malk. Trong các hồ phân tầng ny "các mảng" vi khuẩn thờng an do vi khuẩn ộ sâu của dị thờng ớc lớn hơn với đại /hệ động vật của một vùng m tồn tại trong các hồ nớc mặn đại dơng l rất hiếm hoi. Rất ít những nghiên cứu thoả đáng đợc lm ở các vùng ny; những ngoại lệ đáng chú ý nhất l với hồ ngập mặn v hồ Solar. Các trầm tích của hồ ngập mặn l bùn giu chất hữu cơ m bên trong đó có một sự phân bố theo độ sâu đợc xác định tốt của các vi khuẩn khác nhau (Stolz 1990). Trong tối đa 10 cm có một sự phong phú của vi khuẩn lục coccoid, vi khuẩn lục sợi nhỏ, v vi khuẩn sulfur oxy hoá mu tía với những số tảo cát nhỏ hơn v mu tía m vi khuẩn quang dỡng mu xanh. Các khóm giữa 10 v 30 cm của vi khuẩn quang dỡng mu tía trở nên phong phú hơn, mặc dù vi oá trong lớp trên hình thnh trong lớp dị thờng nhiệt độ. Các quá trình trung gi dẫn tới sự thiết lập của một dị thờng nhiệt độ ở xấp xỉ đ nhiệt độ trong các hồ. Trong hồ Solar cho các lớp xen kẽ của chủ yếu l quang dỡng (các cơ thể sử dụng ánh sáng nh một nguồn năng lợng) vi khuẩn sulfur hay vi khuẩn lục, cũng nh vi khuẩn chemolithotrophic (các tổ chức sử dụng CO 2 nh l một nguồn carbon v nhận đợc năng lợng từ sự oxy hoá các thnh phần vô cơ) v chemoorganotrophic (các tổ chức sử dụng vật chất hữu cơ nh một nguồn carbon v nhận đợc năng lợng từ sự oxy hoá các thnh phần chất hữu cơ) ở các tầng thấp hơn. Thnh phần sinh học của hồ Eil Malk có phần no đó l biến động hơn. Bên cạnh đó một mảng vi khuẩn sulfur quang hợp tại lớp dị thờng nhiệt độ, cũng có mật độ của các động vật thân giáp, một loi cá v hai loi sứa hiện có ở hng nớc bên trên (Hamner v những ngời khác 1982). Mật độ đợc gia tăng so với hồ Solar có lẽ l do sự trao đổi n dơng v độ muối thấp hơn của hồ ny. Hồ ngập mặn không bị phân tầng v do đó không phát triển những loại mảng vi khuẩn ny; tuy nhiên, việc lm trội sinh vật cột nớc đó l vi khuẩn lục v các động vật thân giáp. Cả hồ Eil Malk v ngập mặn đều rất phong phú (Hamner v những ngời khác 1982; Hatcher v những ngời khác 1982). Những sự kết hợp trầm tích khuẩn lục coccoid v vi khuẩn sulfur oxy hoá vẫn l các tổ chức phong phú nhất. vi khuẩn sulfate-giảm đi l chiếm u thế bên dới một độ sâu bằng 30 cm trong các trầm tích. Sự có mặt của vi khuẩn sulfur oxy h cùng của những trầm tích ny l có phần ngạc nhiên. Những trầm tích ny vô cùng thiếu oxy v do đó chứa nồng độ sulfide rất cao Thông thờng ngời ta mong đợi sẽ tìm thấy các tổ chức quang dỡng thiếu oxy trong những môi trờng nh vậy; tuy nhiên, trong hồ ny, bởi vì dị thờng nhiệt độ sulfur nằm 421 http://www.ebook.edu.vn bên dới độ sâu đền bù ánh sáng, vi khuẩn sulfur oxy hoá đợc đợc chiếu cố. Trong hồ Solar, nh ở các hồ đại dơng siêu mặn khác, các trầm tích đợc dn xếp của các mảng vi khuẩn lục thạch tầng dát mỏng. Khi nớc biển bị bốc hơi n giảm hạch thạch cao v cacbornate đã lắng đọng. (Krumbein v những ngời khác 1977). 9.3. Những phản ứng trầm tích-lỗ hổng-n}ớc t}ơng đối. Trong mục ny hệ thống trầm tích-lỗ hổng-nớc của hồ ngập mặn, Bermuda, v hồ Solar, Sinai, đợc thảo luận chi tiết. Những hệ thống hồ ny đã đợc chọn phân tích vì có sẵn cơ sở dữ liệu v các điều kiện tơng phản của hai hệ thống hồ (Bảng 2). Cũng nh vậy, các loại trầm tích đợc tìm thấy ở hai hồ ny l rất khác nhau; hệ quả l, những phản ứng thình thnh đá trầm tích ban đầu trong hai hệ thống, mặc dù tơng tự về một số điểm, nhng khác nhau về mặt định lợng. Những sự khác nhau ny cung cấp một số cảm nhận cho phạm vi của các phản ứng trầm tích - lỗ hổng - nớc có thể diễn ra trong các hồ nớc mặn đại dơng. 9.3.1. Hồ ngập mặn Bermuda Hồ ngập mặn nằm ở ven biển phía nam Bermuda trong một vị trí hạ thấp giữa các đụn cát. Nớc hồ bắt nguồn chú yếu từ nớc đại dơng thấm qua các vỉa đá vôi có lỗ hổng của đảo (Hatcher v những ngời khác 1982). Bờ đại dơng cách gần 100 m tới phía đông nam của hồ. Hatcher v những ngời khác (1982) đã quan trắc những dao động thuỷ triều lên tới 15 cm, biểu lộ một sự trao đổi nớc rõ rng l lớn qua vỉa đá vôi. Hơn nữa, không có hang động no kết nối đại dơng trực tiếp tới hồ đợc tìm thấy đóng vai trò nh những ống dẫn hiệu quả của sự trao đổi nớc. Nguồn nớc ngọt duy nhất l ma rơi v dòng chảy theo sau từ các sờn cỏ dốc xung quanh; không có dòng chảy thờng xuyên hay các suối nớc ngọt chảy vo trong chỗ trũng ny. Do đó hồ l một môi trờng mặn v không phải l một khối nớc ngọt hay lợ. Độ muối thực sự thay đổi không nớc hồ trở thnh quá bão ho đầu tiên với các khoáng chất carbonate v sau đó với thạch cao. Những khoáng chất ny có thể bị lắng đọng từ sự ho tan v chìm lắng trong các trầm tích. Bởi vì ánh sáng có thể xuyên qua tới đáy của các hồ ny, các tổ chức tự dỡng chịu mặn cũng có thể sống ở bề mặt trầm tích. Trong hồ Solar v hồ ngập mặn những tổ chức ny l vi khuẩn lục, mặc dù các khóm vi khuẩn khác cũng sống trên v bên trong các trầm tích. Những nồng độ sulfate cao trong cột nớc lm thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩ sulfate nh Desulfovibrio. Hoạt động của Desulfovibrio trong hồ Solar đã đợc chỉ ra cho giảm nồng độ sulfate của nớc lỗ hổng tới một phạm vi m không đạt tới sự bão ho thạch cao (Jorgense v những ng ời khác 1977). Vì vậy, t cao có thể bị lắng đọng trong các trầm tích chỉ trong những thời kỳ sản sinh tảo trong hồ. Hệ quả l, các profile độ sâu qua các trầm tích của những hồ ny biểu hiện ngỡng kích thích dới hng năm của các mảng tảo., m không chứa thạch cao, nhng chứa carbonate đợc tạo ra do vi khuẩn xen vo giữa các lớp 422 http://www.ebook.edu.vn đáng kể v ngợc lại với lợng ma rơi, ví dụ một sự tăng độ muối lên xấp xỉ 1 0 / 00 trong suốt một tình trạng khô hạn 2 tuần đã đợc ghi nhận bởi Hatcher v những ngời khác (1982). Cột nớc l trong v nói chung không sâu hơn 1.5 - 2 m trên khắp ton bộ hồ. Nền đá vôi của chỗ hạ thấp xuống ny đợc tìm thấy ở độ sâu bằng vi centimeter tới 20 m v hon ton đợc phủ len bởi một tầng than bùn, có độ dy trung bình l 2 m. Trầm tích nằm bên trên tầng than bùn gồm có một lớp mùn nằm ngang, rất giu chất hữu cơ. Các lớp trên cùng của lớp mùn l kết bông v độ rỗng cao (độ rỗng 80-90%); các lớp sâu hơn có một độ đặc có vẻ cao. Những nghiên cứu về những cốt lõi trầm tích từ hồ bởi Hatcher v những ngời khác (1982) bao gồm một phân tích chi tiết về thnh phần hữu cơ của các Caulera v các tảo xanh khác. Hệ động vật bao gồm chủ yếu l cá nhỏ, gồm có Gambusia, giun, loi chân bụng, v loại hầu đớc. Quần xã sinh vật phù du hầu nh ton gồm các động vật thân giáp v vi khuẩn lục. Không tìm thấy tổ chức no có thể bioturbate hay lm ẩm sinh học một cách đáng kể theo phơng thẳng đứng. Các vi sinh vật đóng một vai trò chủ đạo trong chu trình hoá địa sinh của C, S, v các loại hoá chất khác. Sự phân tầng của các vi sinh vật trong trầm tích đã đợc mô tả ở một phần trớc. Điều nhấn mạnh trong mục ny đặt vo chu trình hoá địa sinh của carbon v sulfur trong hệ thống trầm tích-lỗ hổng-nớc. Một mô hình đợc hiện diện để giúp đỡ cho việc định lợng quan hệ giữa các chất không ho tan của nớc kẽ v sự phân huỷ vật liệu hữu cơ do sự giảm sulfate gián tiếp về mặt vi sinh học. Một mô hình tơng tự cũng đợc lm bởi Boudreau v những ngời khác (1992). 9.3.1.1. Hoá học nớc lỗ hổng có tính mô tả Các gradient nớc lỗ hổng của pH, độ kiềm tổng cộng, tổng lợng giảm sulfur, bisulfide, v sunfat ho tan cho mùn hồ Ngập mặnđợc chỉ ra trong Hình 1. Đó l bằng chứng từ gradient pH dốc đợc quan sát ở trên 5 cm của trầm tích m các phản ứng trầm tích-lỗ hổng-nớc tiến hnh nhanh chóng v có thể đi kèm với sự lắng đọng ban đầu của trầm tích giu chất hữu cơ. Sự giảm pH gấp l do sự có mặt của CO 2 v H 2 S, cả các thnh phần "axit", đợc tạo ra nh một kết quả của sự oxy hoá vật liệu hữu cơ thông qua phản ứng sulfate gián tiếp do vi khuẩn. Sự tăng tổng độ kiềm gần nh đều đều cùng với sự tăng độ sâu của trầm tích nớc lỗ hổng thể hiện rằng carbon vô cơ ho tan đợc bổ xung cho nớc lỗ hổng khi carbon hữu cơ không bền bị tiêu thụ tăng dần dần (Hình 9.1b). Sự gia tăng trong tổng độ kiềm ny chỉ cân bằng sự thiếu hụt điện trở của nớc lỗ hổng gây ra bởi sự giảm sulfate. Kết luận ny rõ rng đợc chứng minh trong Hình 9.1c, biểu thị rằng gần nh tất cả sulfate bị giảm về mặt số lợng cho HS - v H 2 S trong khi carbon vô cơ ho tan (chủ yếu l HCO 3 - ) đợc trầm tích ở 5m trên cùng của trung tâm, hoá học nớc lỗ hổng sâu, v sự thảo luận về những nguồn có thể của các vật chất hữu cơ. Đới ven biển của hồ đợc bao gồm một vòng dy các cây đớc v sự phân bố không đều của tảo, gồm có 423 http://www.ebook.edu.vn tạo ra bỏi sự oxy hoá của vật liệu hữu cơ (Các hình 1b,c). Những phản ứng ny l đặc trng của nhiều hệ thống trầm tích-lỗ hổng-nớc kỵ khí (ví dụ Berner 1980). Tuy nhiên, tính duy nhất của các trầm tích chôn vùi nông của hồ Ngập mặnm chúng l vật liệu v mùn gần nh nghèo chất hữu cơ , v các phản ứng liên quan đến các mảnh vụn silic v carbonate l không quan trọng về mặt số lợng, nh l các phản ứng hoá học dẫn tới sự tạo ra của các trầm tích bay hơi. Vì vậy, những trầm tích ny đối lập sâu sắc với các trầm tích của, ví dụ, hồ Solar, Sinai (xem mục 3.2), v đảo Christmas, Kiribati (Schoonmaker v những ngời khác 1985), trong đó sự hình thnh khoáng chất hữu cơ l một quá trình quan trọng. Hình 9.1. Các gradient lỗ hổng nớc của (A) độ pH, (B) độ kiềm tổng cộng, v (C) tổng lợng sulfur bị giảm (các vòng tròn đặc), bisulfide (các vòng tròn rỗng) v sulfate ho tan (các tam giác) đợc đo đạc ở lớp mùn hồ Ngập nớc. Sự giảm độ pH nhanh v tăng monotonic trong độ kiềm tổng cộng biểu hiện rằng sự phân huỷ vật liệu hữu cơ diễn tiến nhanh chóng trong các trầm tích giải phóng CO 2 vo trong nớc lỗ hổng. Sự giảm sulfate v tăng các loi giảm sulfurthể hiện rằng sự phân huỷ vật liệu hữu cơ chủ yếu l bởi sự giảm sulfate. 3.1.2. Mô hình trầm tích-lỗ hổng-nớc Hệ thống trầm tích-lỗ hổng-nớc của hồ Ngập mặnchính nó thêm phần cho sự phát triển của một mô hình định lợng minh hoạ những phản ứng trong hệ thống. Các phản ứng hoá học, trừ các phản ứng liên quan đến chu trình hoá địa sinh carbon v sulfur, l không quan trọng về mặt định lợng, v các trầm tích gần nh l một hệ thống một thnh phần của vật liệu hữu cơ không bền cao. Primosten, Nam T, vo tháng 5 năm 1988. Mô hình ny l một sự mở rộng Profile lỗ hổng nớc nhận đợc từ các trầm tích thể hiện rằng sự phân bố theo phơng thẳng đứng của phần tử ho tan đợc kiểm soát tới một mức độ đáng kể bởi các phản ứng địa hóa học liên quan đến sự lm giảm giá trị vật chất hữu cơ do phản ứng sulfate gián tiếp do vi khuẩn. Mô hình đợc mô tả ở đây đầu tiên đợc đa ra bởi Roland Wollast ở Hội nghị chuyên đề quốc tế lần thứ 10 về "Hoá học của biển Địa Trung Hải" tổ chức tại 424 http://www.ebook.edu.vn của công việc của Ben Yaakov (1973) v Leeper (1975) v những mô tả về mặt định lợng quá trình của sự phân hủy chất hữu cơ bởi vì sự giảm sulfate trong một hệ thống địa hoá học đóng kín. Sự phân bố vi khuẩn sulfur oxy hoá cho tích của hồ Ngập a hồ ny hầu nh trớc nằm trên vi khuẩn lm giảm sulfate trong các trầm mặnđã mô tả trớc đây, hệ thống trầm tích-lỗ hổng-nớc củ chắc chắn đợc đóng kín với chú ý tới các loại sulfur. Phản ứng mô tả lực điều khiển ton bộ l: SHHCOSOOCH 23 2 42 22 o (1) Vì vậy, sự hô hấp của một mole của carbon hữu cơ tạo ra một mole của carbon vô cơ ho tan v tơng ứng với một sự tơng đơng của độ kiềm trong nớc lỗ hổng ở xung quanh. Sự phân bố của các loại carbon, sulfur v Bo vô cơ ho tan bị kiểm soát bởi các phơng trình cân bằng sau: HHCOCOH 332 (2) (3) HCOHCO 2 33 HHSSH 2 (4) HOHBBOHOH 4 332 (5) Trong hệ thống ny chó tám biến đợc liên hệ với nhau bằng 4 phơng trình cân bằng ở trên, cộng 4 sự rng buộc cân bằng khối lợng khác: 0 TT BB xCC TT (6) 0 (7) (8) xAA TT 0 2 x S T trong đó B (9) vo trong tính toán ảnh hởng của T l nồng độ tổng cộng của muối Bo; C T l tổng nồng độ của carbon vô cơ; A T l độ kiềm tổng cộng; S T l tổng nồng độ của các loại sulfur bị giảm đi; v x l số nguyên tử carbon hữu cơ đã phân huỷ trên một đơn vị thẻ tích nớc lỗ hổng. Ký hiệu bên trên 0 biểu thị giá trị ban đầu của nồng độ của các loại do nớc tạo thnh trong nớc biển bị giữ lại nguyên thuỷ. Hệ thống ny dẫn tới một phơng trình bậc 6 với chú ý tới a H +, m có thể dễ dng đợc giải số. Vì vậy, có thể mô tả tiến trình của thnh phần nớc khe trong suốt quá trình giảm sulfate nếu hệ thống địa hoá học ny gần nh l khép kín. Mô hình có thể đợc cải tiến bằng việc lấy nitrogen hữu cơ, m đợc giải phóng nh amoniac trong ton bộ sự phân huỷ chất hữu cơ dớc các điều kiện kỵ khí theo: o OHNHHCONOHCSO 3316106260106 2 4 1610653 Vì vậy, với một sự tăng của một đơn vị carbon vô cơ đợc bổ sung cho hệ thống bởi sự phân huỷ của vật liệu hữu cơ m thnh phần của nó có một tỷ lệ Redfield điển hình C/N bằng 6.6, sự tăng tơng ứng về độ kiềm sẽ l 1.15. Trong trờng hợp của trầm tích hồ Ngập nớc, tỷ số C/N nh đợc xác định bởi 425 http://www.ebook.edu.vn Hatcher v những ngời khác (1982) l bằng 12; vì vậy, sự gia tăng tơng đối của độ kiềm sẽ l 1.08. Chúng ta đã sử dụng tỷ số ny trong các tính toán mô hình của chúng ta. Những kết quả tính toán mô hình đợc thể hiện trong các hình 9.2-9.6. Tơng quan tốt giữa tổng độ kiềm đo đạc v tổng carbon vô cơ ho tan đợc thể hiện trong hình 9.2. Thật ra tính toán mô hình (đờng thẳng) thích hợp với số liệu ệu hữu cơ l hợp lý. Hơn nữa, tỷ số C/N bằng 12, nh đã đợc Hatcher v những ngời khác đo đạc (1982), l đợc dự đoán từ quan hệ giữa tổng độ kiềm quan trắc v tổng carbon vô cơ ho tan (cũng xem Hatcher v những ngời khác 1982). tốt chứng tỏ rằng sự lựa chọn của tỷ số C/N bằng 12 cho sự phân huỷ vật li Hình 9.2. Quan hệ giữa độ kiềm tổng cộng v carbon ho tan tổng cộng đợc xác định từ các tính toán mô hình v phân tích lỗ hổng - nớc trong hồ Ngập nớc. Sự đồng ý chặt chẽ giữa các tính toán mô hình (đờng thẳng) v các phân tích lỗ hổng-nớc (các vòng tròn đen) biểu thị rằng tỷ lệ C:N của việc phân huỷ vật liệu hữu cơ đợc giả thiết cho l gần 12 cho các tính toán mô hình l đúng đắn. Hình 9.3 thể hiện rằng sự gia tăng tổng độ kiềm có quan hệ tuyến tính với sự tạo ra tổng sulfide trong nớc lỗ hổng của lớp mùn hồ ngập nớc. Các giá trị đã đo đạc, mặc dù phần no phân tán ở những nồng độ cao, giảm một cách hợp lý gần tới quan hệ tuyến tính đã dự đoán bằng mô hình. Tơng quan ny chứng minh hơn nữa giả thiết của một hệ thống địa hoá học gần nh khép kín bằng một sự xấp xỉ tốt. Cũng nh vậy, ở các vùng tốc độ trầm tích cao, chẳng hạn nh hồ ngập nớc, giả thiết của một hệ thống trầm tích-lỗ hổng-nớc gần khép kín l có giá trị trong nhiều trờng hợp (Berner 1980). 426 [...]... sự oxy hoá kỵ khí của vật liệu hữu cơ (ví dụ Moulin v những ng ời khác 198 5) trong n ớc tầng nông (vỉa-bờ-thềm), các trầm tích n ớc biển ngậm carbonate, có thể tính toán xấp xỉ 10% của tổng sản phẩm carbonate của môi tr ờng ny (Morse v Mackenzie 199 0; Sabine v Mackenzie 199 1) 9. 3.2 Hồ Solar, Sinai Ng ợc lại với các trầm tích mùn đ ợc tìm thấy ở hồ ngập mặnv một số hồ đại d ơng khác, các mảng vi khuẩn... xáo trộn tốt, có các quần xã sinh học giống hơn các quần xã đ ợc tìm thấy trong các môi tr ờng đại d ơng ven biển liền kề Trong tất cả các tr ờng hợp đã đ ợc dẫn chứng vùng sinh vật đáy đ ợc chiếm u thế bởi các tổ trức sinh vật nhân nguyên thuỷ không quan tâm tới các thuộc tính vật lý v hoá học của n ớc nằm bên trên trong hồ Tính chất địa hóa học trầm tích trong hồ ngập n ớc, một hồ xáo trộn tốt nằm... kết luận chung có thể đ ợc lm quan tâm đến các quá trình hoá địa sinh hoạt động trong các hệ thống ny Các đặc tr ng hoá học v vật lý hồ của những hồ ny bị ảnh h ởng mạnh mẽ bởi cân bằng n ớc, v do đó thể hiện khí hậu hồ v thuỷ văn của hệ thống Bởi vì tỷ lệ bốc hơi cao, một số n ớc hồ trở thnh siêu mặn v có thể đạt tới sự bão ho với các khoáng chất bốc hơi Các hồ khác, m đ ợc đặt trong những môi tr ờng... độ sâu trong các đặc tr ng cột n ớc đã đ ợc mô tả tr ớc đây Các khu vi khuẩn lục chiếm u thế các trầm tích trên mặt trong ton bộ hồ, v trong các vùng nông hơn của hồ, các phản ứng vi khuẩn chi phối các quá trình thnh tạo đá trầm tích Khi hồ trở nên sâu hơn, các phản ứng vi khuẩn trở nên ít quan trọng v sự lắngđọng hơi n ớc của các khoáng chất tăng đáng kể Krumbein v những ng ời khác ( 197 7) đã mô tả... sánh với hồ Solar, một hồ siêu mặn, Trong cả hai hệ thống sự phân huỷ do vi khuẩn của các vật liệu hữu cơ l một quá trình trội Các trầm tích của hồ ngập mặnl độc nhất vô nhị theo đó chúng bao gồm một lớp mùn giu chất hữu cơ m không chứa những l ợng đáng kể của các mảnh vụn silic hay carbonate Các kết quả từ những phân tích lỗ hổng n ớc v một mô hình trầm tích-lỗ hổng-n ớc đề suất rằng sự phân huỷ vật liệu... sâu có thể trở thnh kỵ oxy Các hệ thống bị phân tầng, siêu mặn có xu h ớng phát triển một tầng n ớc d ới sâu m l ấm hơn so với epilimnion lên tới 500C Tính chất khí hậu v thuỷ văn của hồ quyết định cho thnh phần thực vật v động vật của vùng Vùng sinh vật của hồ đã tìm thấy trong các khu vực khí hậu khô giáo đ ợc chiếm u thế bởi các tổ chức sinh vật nhân nguyên thuỷ Các hồ ở các khu vực ôn ho hơn, với... kín Hình 9. 4 Sự phân bố của các loi lm giảm sulfur trong quan hệ với carbon vô cơ đ ho tan trong n ớc lỗ hổng Các kết quả của tính toán mô hình cho H2S + HS- đ ợc chỉ ra (đ ờng liền nét) v các nồng độ HS- đ ợc mô hình tính toán đ ợc vẽ ra (đ ờng nét đứt) Các tính toán mô hình dự đoán rằng HS- v H2S có thể l phong phú nh trong n ớc lỗ hổng, v các kết quả mô hình so sánh tốt với các kết quả của các phân... chóng lm vật đệm n ớc lỗ hổng cho độ pH gần bằng 6 .9 (Hình 9. 5) Độ pH ny l đ ợc dự đoán từ phản ứng H2S = H+ + hS- (12) v phù hợp với giá trị đ ợc chấp nhận của hằng số cân bằng xấp xỷ bằng 7 trong ph ơng trình (12) (Stumm v Morgan 198 1) Hình 9. 5 Các tính toán mô hình (đ ờng cong) thể hiện rằng n ớc lỗ hổng của hồ ngập mặn cần đ ợc lm đệm ở độ pH=7 pH đ ợc đo đạc trong n ớc lỗ hổng của hồ ngập mặn (các. .. tròn đặc) thích hợp tốt với các tính toán mô hình Vai trò của sự giảm sulfate trong sự kết tủa, v gần đây, sự ho tan, của calcium carbonate trong các hệ thống trầm tích-lỗ hổng-n ớc đã đ ợc thảo luận trong ti liệu (ví dụ Ben Yaakov 197 3; Leeper 197 5; Mackenzie v những ng ời khác 198 1; Morse v những ng ời khác 198 5; Walter 198 6; Morse v Mackenzie 199 0) Tuy nhiên, rất ít các hệ thống đã đ ợc điều tra... ng của các trầm tích hồ 4 29 http://www.ebook.edu.vn ở trong những khu vực khô hạn hơn Những trầm tích ny, mặc dù chúng có hm l ợng carbon hữu cơ cao, th ờng l mỏ phức tạp của các muối khoáng bốc hơi v ccác khoáng chất đ ợc tạo ra từ sinh vật Ví dụ đ ợc nghiên cứu thích hợp nhất về loại trầm tích ny l nghiên cứu ở hồ Solar Hồ Solar l một hồ nhỏ (140 50 m), nông (sâu 4 -6 m) đặt ở Sinai Peninsula Hồ . đolomit trong các trầm tích của các hồ muối ny (Levy 197 7a, b). Các quần xã sinh học của các hồ đại dơng, đặc biệt l các hồ siêu mặn, bị chi phối bởi các sinh vật nguyên sinh, chủ yếu l các vi khuẩn. đến các quá trình hoá địa sinh hoạt động trong các hệ thống ny. Các đặc trng hoá học v vật lý hồ của những hồ ny bị ảnh hởng mạnh mẽ bởi cân bằng nớc, v do đó thể hiện khí hậu hồ v thuỷ văn của. Mackenzie 199 0; Sabine v Mackenzie 199 1). 9. 3.2. Hồ Solar, Sinai Ngợc lại với các trầm tích mùn đợc tìm thấy ở hồ ngập mặnv một số hồ đại dơng khác, các mảng vi khuẩn lục nền Tôlit l đặc trng của các