Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 10 ppsx

http://www.ebook.edu.vn Chơng 10 Thnh phần các chất hữu cơ trầm tích trong hồ 10.1 Giới Thiệu Thnh phần các chất hữu cơ của trầm tích hồ cung cấp những thông tin rất quan trọng để nghiên cứu lịch sử về môi trờng hồ, lịch sử biến đổi khí hậu v các tác động của con ngời lên môi trờng. Các chất hữu cơ trầm tích mang trong mình nguồn gốc của nớc biểu hiện ở các nguyên tố, các đồng vị v các phân tử. Sự thay đổi về loại v số lợng của các hợp chất hữu cơ từ nguồn ban đầu trong v sau quá trình sát nhập với trầm tích hồ cho biết nhiều về môi trờng vật lí v địa hoá của hồ. Điều tra địa hoá về nguồn gốc v sự biến đổi của các chất hữu cơ trong các trầm tích hồ l việc rất quan trọng để đa ra nhiều qui luật. Thnh phần các vật chất hữu cơ chỉ chiếm một phần của trầm tích hồ song rất quan trọng. Nó đợc tạo thnh bởi sự pha trộn phức tạp của lipit, cacbon hyđrat, prôtêin v các hợp chất sinh hoá khác có nguồn gốc từ các mô sống của các sinh vật nhỏ dới đáy hồ v một phần từ các sinh vật trớc đây sống trong hồ v trong khu vực lân cận (lu vực hồ). Các chất mùn đợc tổng hợp từ những chất sinh hoá học khởi đầu ny v đóng vai trò chính trong thnh phần các hợp chất hữu cơ phức tạp. Nghiên cứu về thnh phần hợp chất hữu cơ trầm tích l cơ sở để xác định thông tin về giá trị dinh dỡng, tính ôxi hoá khử v cổ môi trờng chứa trong các vật chất ny. Các ảnh hởng của tác động biến đổi do vi sinh vật v phân huỷ có chọn lọc của các hợp chất hữu cơ trớc khi chúng trở thnh một phần của trầm tích đáy hồ l đặc biệt quan trọng. 10.1.1 Tầm quan trọng của các hợp chất hữu cơ trong các trầm tích hồ Các hợp chất hữu cơ tạo thnh một phần số liệu về lịch sử hồ đợc bảo tồn trong trầm tích hồ. Các loại sinh vật khác nhau sinh sống phổ biến trong hồ v lu vực của nó tạo ra các hợp chất hoá học có thnh phần sinh hoá khác nhau. Thay đổi trong cấu trúc của quần thể những sinh vật ny tạo ra các thay đổi về số lợng v loại của các hợp chất hữu cơ lắng đọng ở những thời điểm khác nhau trong quá trình hình thnh v phát triển của hồ. Trong suốt quá trình lắng đọng xuống đáy hồ hợp chất hữu cơ l đối tợng tác động của các vi sinh vật m kết quả l các chất hữu cơ ban đầu bị biến đổi. Mức độ thay đổi cung cấp nhiều thông tin về môi trờng trong quá khứ của hồ hơn, đặc biệt l sự biến đổi của môi trờng nớc hồ. Thông tin về những loại ny cung cấp một phần số liệu để nghiên cứu cổ khí hậu hồ v khu vực lân cận v các nghiên cứu về thnh phần hợp chất hữu cơ của trầm tích đáy hồ ở các khu vực khác nhau của thế giới l một phần quan trọng trong việc xây dựng lại những số liệu ny. Thnh phần hợp chất hữu cơ của trầm tích hồ gắn liền với rất nhiều quá trình sinh hoá v địa hoá khác nhau. Các sinh vật đáy v vi khuẩn phụ thuộc vo 437 http://www.ebook.edu.vn các hợp chất hữu cơ để cung cấp năng lợng cho chúng hoạt động. Vì rất nhiều thnh phần của hợp chất hữu cơ tơng đối dễ bị ôxi hoá thnh dạng ít nguyên tử cacbon hơn bởi các chất oxi hoá trong nớc. Hơn nữa các phản ứng oxi hoá khử trong đó các chất vô cơ bị oxi hoá bị giảm đi bởi sự tơng tác vo hợp chất hữu cơ, l rất phổ biến trong các trầm tích. Các hợp chất hữu cơ l kết quả của quá trình động lực sinh địa hoá của các thnh phần trầm tích cái ảnh hởng đến cả quá trình sống v không sống trong trầm tích hồ. Các loại đá giu hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ lắng đọng trầm tích trong các hồ cổ cơ lm tăng dấu hiệu để nhận ra sự có mặt của nguồn vật liệu quan trọng nh dầu lửa. Chẳng hạn, các loại đá ở Trung Quốc kỉ Triat, kỉ phấn trắng ở Braxin, thể Ecoxen hình thnh ở Bắc Mĩ l các loại đá nguồn gốc của dầu. Một ứng dụng của việc nghiên cứu hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ đó l sự hiểu biết về các giai đoạn liên quan trong quá trình lắng đọng trầm tích l rất hữu ích trong việc tìm kiếm dầu. 10.1.2 Nguồn gốc của hợp chất hữu cơ trong các trầm tích hồ Nguồn gốc chính của hợp chất hữu cơ tới trầm tích hồ l từ thực vật sống trong môi trờng nớc hồ v các khu vực lân cận. Nguồn gốc của hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ v sự biến đổi chúng trong quá trình kết hợp của chúng với trầm tích hồ đợc miêu tả trong hình 10.1. Gần nh tất cả các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật, dới 10% có nguồn gốc từ động vật. Thực vật có thể đợc chia thnh hai nhóm chính dựa trên đặc điểm địa hoá của chúng. Thực vật không có mạch (thiếu gỗ v xenlulozơ) chẳng hạn nh tảo v thực vật có mạch (có những loại hợp chất trên) chẳng hạn nh các loại cây cỏ, cây bụi v các cây gỗ lớn. Những loại thực vật ny sống trên đất v trên phần nớc nông của hồ. Sự đóng góp của hai nhóm thực vật chịu ảnh hởng mạnh bởi hình thái hồ, địa hình lu vực v tỉ lệ giữa lợng thực vật v số hồ trong lu vực. Các hợp chất hữu cơ trong các trầm tích hồ chiếm chủ yếu bởi nguồn gốc từ các loại tảo trong một số hồ v bởi các loại có nguồn gốc từ đất trong một số hồ khác. Vi khuẩn v các loại vi sinh vật khác trong nớc v trong trầm tích hồ cũng nh l đất trong lu vực hồ tiếp tục hoạt động v phân rã các hợp chất hữu cơ trong đất v nớc. Mặc dù một số vi khuẩn có khả năng quang hợp hoặc hoá tổng hợp các hợp chất hữu cơ, các môi trờng hồ nói chung chứa đủ các hợp chất hữu cơ để vai trò chủ yếu của vi sinh vật l sống dị dỡng v phân huỷ các vật chất ban đầu. Một ngoại lệ quan trọng tồn tại trong các hồ có sự phân tầng lớn nơi m các vi sinh vật có thể trở thnh những nh sản xuất chính của các hợp chất hữu cơ ban đầu. Vi khuẩn sinh tổng hợp các dạng của hợp chất hữu cơ trong khi phá vỡ cấu trúc trớc đó của hợp chất từ thực vật v động vật trong hồ v lu vực của nó. 438 http://www.ebook.edu.vn Hình 10.1:Các nguồn hợp chất hữu cơ tiêu biểu tới trầm tích hồ v sự biến đổi v phân huỷ của chúng trong quá trình trầm tích. Hợp chất hữu cơ từ tảo trong hồ v từ thực vật trên lu vực l nguồn chính. Hợp chất đợc vận chuyển bằng đờng hng không có thể từ ngoi lu vực v thờng chỉ đóng góp một phần nhỏ. Các hạt trôi nổi tập chung ở tầng giữa có phân bố nhiệt không liên tục. Quá trình trôi nổi lại v vận chuyển xuống dốc di chuyển đí di chuyển các hạt trầm tích từ vùng nông xuống khu vực sâu hơn của hồ. Quá trình sinh vật tiền sử lý hợp chất hữu cơ xảy ra trong nớc v dới đáy hồ, lm giảm tổng lợng v thay thế các đóng góp của các thnh phần ban đầu bằng đóng góp của vi sinh vật. Cùng với những loại có nguồn gốc trong lu vực hồ gió còn thờng xuyên vận chuyển các hợp chất khác nhau chẳng hạn nh phấn hoa có nguồn gốc từ bên ngoi lu vực hồ. Nguồn gốc do gió thờng chiếm một phần nhỏ trong tổng số chất hữu cơ trầm tích xuống hồ nhng nó chứa những thnh phần khác biệt hữu ích cho việc nghiên cứu cổ khí hậu. Một số lợng các nguồn hợp chất hữu cơ tới hồ Michigan một hồ lớn thiếu dinh dỡng, nớc ngọt đa ra sự đóng góp tơng đối của các nguồn gốc ny: 90%hợp chất hữu cơ trong nớc hồ l có nguồn gốc từ tảo tạo ra, 5% đợc mang tới hồ bởi sông, 5% đợc mang bởi gió v giáng thuỷ. Những hợp chất hữu cơ ny l đối tợng tác động của sự phân rã có chọn lọc khi chúng chìm xuống đáy hồ, v vì vậy chúng hiếm khi tránh khỏi những tác động trong trầm tích hồ. 10.1.3 Sự biến đổi của hợp chất hữu cơ trong quá trình lắng đọng Các quá trình khác nhau tác động tới sự thay đổi đặc điểm của hợp chất hữu cơ trong khoảng thời gian tơng đối ngắn từ lúc bắt đầu lắng chìm đến khi bị chôn vùi xuống dới đáy hồ. Quá trình chủ yếu l quá trình phân rã diễn ra trong thời gian lắng đọng. Các nghiên cứu lắng đọng trầm tích ở hồ Michigan chỉ ra rằng chỉ 6% cacbon hữu cơ hình thnh từ quá trình quang hợp của thực vật từ bề mặt nớc tới độ sâu 100 m ở phía nam của hồ (Bảng 10.1). Gần 85% cacbon bị oxi hoá trớc khi rời tầng apilimnion, tầng nhiệt bên trên của hồ (Eadie, 1984). Khi nghiên cứu ở trung tâm của phía nam hồ Michigan ngời ta thấy rằng lợng cacbon hữu cơ cng giảm khi cng xuống sâu nh minh hoạ ở 439 http://www.ebook.edu.vn hình 10.2. Trầm tích đáy hồ chỉ chiếm dới 10% chất hữu cơ lơ lửng trong nớc trớc khi bị chìm lắng xuống hồ (Meyer v Eadie, 1993). ở những hồ nông hơn hợp chất hữu cơ có thời gian chìm lắng ngắn hơn v do vậy bị oxi hoá cũng ít hơn. Kết quả l những hồ nớc nông thì giu chất hữu cơ hơn những hồ nớc sâu chẳng hạn nh hồ Laurentian. Bảng10.1:ớc lợng tổng cacbon hữu cơ trong trầm tích hồ Michigan minh hoạ cờng độ của chu trình biến đổi của hợp chất hữu cơ trong các hệ thống hồ. Số liệu rút ra từ các nghiên cứu trầm tích của Eadie v các đồng nghiệp (1984) ở độ sâu 100 m Thnh phần chu trình cacbon Tổng (g C hữu cơ /m 2 /năm) Sản xuất ban đầu 139 Oxi hoá ở tầng epilimnion -115 Chìm xuống tầng hypolimnion 24 Chìm xuống trầm tích mặt 8 Lơ lửng lại vo tầng hypolimnion 75 Hình 10.2:Hm lợng cacbon hữu cơ, tỉ số C/N v giá trị đồng vị cacbon trong thực vật phù du, vật liệu h ở năm độ sâu, v lớp trầm tích trên mặt hồ Mictrầm tíc higan. Hm lợng cacbon hữu cơ giảm đi 10 lần, nhng tỉ số C/N v giá trị đồng vị không thay đổi giữa thực vật phù du v giá trị trầm tích (Meyers hất hữu cơ hng năm tới đáy (Meyer v Eadie v Eadie 1993). Các hợp chất hữu cơ sau đó lại chịu tác động oxi hoá v phá huỷ ở dới đáy hồ. Quá trình lm lơ lửng chất hữu cơ đã bị trầm tích có thể rất đáng kể (chẳng hạn nh 75 g cacbon hữu cơ/m 2 /năm ở độ sâu 100 m ở hồ Michigan (Bảng 10. 1) hoặc gần 10 lần lợng hợp c 440 http://www.ebook.edu.vn (1993)). Hợp chất hữu cơ bị lơ lửng trở lại, bị tác động bởi hoạt động của vi sinh trộn rối tốt hơn so với trong những hồ nhỏ. Xáo trộn sinh học của các trầm tích lớp trên mặt cũng kéo di thời gian oxi hoá v thêm vo đó l sự phân huỷ do nhu cầu dinh dỡng của sinh vật dới đáy hồ. Độ sâu của lớp xáo trộn sinh học trong hồ lớn chẳng hạn, l xấp xỉ 10 cm (Robbins v Edginton, 1975). So với các nghiên cứu ở trầm tích đại dơng cho thấy 75% của hợp chất hữu cơ xuống đáy bị phá huỷ ở lớp xáo trộn sinh học. Những nơi m đáy hồ trong điều kiện thiếu oxi theo mùa hoặc vĩnh viễn thì lớp ny bị thu hẹp lại hoặc không tồn tại bởi vì những sinh vật đáy cần có oxi ho tan cho quá trình hô hấp. Rất nhiều hồ trong vùng ôn đới hình thnh tầng nhiệt trong suốt mùa hè khiến lớp bên dới thiếu oxi v hợp chất hữu cơ trong trầm tích những hồ ny lớn hơn so với những vùng có oxi ho tan thờng xuyên. Nh vậy ta có thể biết đợc có tồn tại lớp xáo trộn sinh học hay không dựa vo trầm tích đáy hồ. on hữu cơ trong trầm tích hồ ồn gốc trên cạn. hơn (nghiên cứu ở hồ Otario). Ton bộ phần d của quá trình tiền xử lí bởi sự tổng hợp của các vi sinh vật ợc thêm vo trong hỗn hợp, một phần bị biến đổi hoặc phá huỷ. Phần còn lại đợc bảo tồn. Kết quả cuối cùng của những quá trình ny l ton bộ các thnh phần của hợp chất hữu cơ trong trầm tích bị khác đi so với các chất hữu cơ ban đầu tạo ra bởi các quần thể sinh vật trong v xung quanh hồ. Hơn nữa, lợng chất hữu cơ bị chôn vùi trong lớp trầm tích sát mặt cũng nhỏ hơn so với lợng chất hữu cơ ban đầu vo trong hồ. vật trong nớc. Quá trình ny thờng diễn ra mạnh hơn trong những hồ lớn, xáo Hợp chất hữu cơ cũng l đối tợng tác động của các vi sinh vật yếm khí sau khi bị chôn vùi dới lớp hoạt động sinh học. Nớc của hầu hết các hồ chứa không đủ sunfat ( 2 4 SO ) ho tan để lm giảm hm lợng sunfat - một quá trình quan trọng. Thay vo đó vi sinh vật tiếp tục quá trình phân huỷ nếu hợp chất hữu cơ bị trầm tích chứa đủ các điều kiện cho chúng hoạt động. Jonhson v đồng nghiệp đã thấy có sự giảm hm lợng cacb Superior. Họ đã tính đợc chu kỳ bán huỷ của cacbon hữu cơ l 100 năm (sau 100 năm thì hm lợng cacbon hữu cơ còn một nửa) ở đáy của hồ rộng v thiếu dinh dỡng ny. Những dạng khó phản ứng của hợp chất hữu cơ trở nên chiếm u thế hơn khi m dạng dễ phản ứng đã đợc sử dụng hết bởi tác động của các vi sinh vật v bởi sinh vật ăn chất lắng đọng. Các thnh phần có nguồn gốc từ nớc nhìn chung nhạy cảm với quá trình phân huỷ của sinh vật hơn các thnh phần của hợp chất hữu cơ có ngu Các hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ vì vậy có một phần lớn không phản ứng của hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ trên cạn. Hơn nữa, các chất mùn v lipit phản ứng kém hơn so với hợp chất amin v cacbonhyđrat, v chiếm tỉ lệ cng lớn trong hợp chất hữu cơ khi cng xuống sâu đ 441 http://www.ebook.edu.vn 10.1.4 Sự tơng tự v khác nhau của hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ v đại dơng Môi trờng hồ v đại dơng có sự tơng tự nhau ở rất nhiều bộ phận nhng vẫn tồn tại những điểm khác biệt quan trọng ảnh hởng đến quá trình trầm lắng hợp chất hữu cơ. Sự khác nhau ny đợc tăng lên rất nhiều bởi sự đối lập về kích thớc v tuổi giữa đại dơng v hồ. Lu vực hồ nhỏ hơn rất nhiều so với đại dơng, nhận đợc trầm tích đất đá từ mặt đất nhiều hơn. Điều ny lm cho tỉ lệ tốc độ trầm tích của hồ nhanh hơn vợt trội so với đại dơng v hợp chất hữu cơ bị chôn vùi cũng nhanh hơn. Các chất dinh dỡng nhận đợc từ mặt đất xuống hồ lm tăng quá trình sản xuất trong nớc của hợp chất hữu cơ. Sinh vật đáy trong hồ không đa dạng nh trong đại dơng v độ sâu hoạt động của chúng cũng nhỏ hơn. Thời gian trôi nổi của các hợp chất hữu cơ trong hồ cũng nhỏ hơn trong đại dơng. Tất cả các nhân tố trên lm tăng khả năng bảo tồn hợp chất hữu cơ khỏi quá trình oxi hoá. Sự xáo trộn rất mạnh mẽ chất chìm lắng trong đáy hồ lm lơ lửng lại các hợp chất hữu cơ ngợc lại lại lm cho các hợp chất hữu cơ lại oxi hoá trở lại. Xáo trộn rối l quá trình rất quan trọng thậm chí ngay cả ở những hồ có độ sâu tới 100 m. c độ v loại hợp chất hữu cơ phân huỷ. Một sự khác nhau nữa l nh trầm tích. nhanh v có tuổi địa chất tơng đối trẻ. Một số lu vực ven biển từng l hồ nớc ngọt trớc khi bị ngập nớc biển do quá trình biển lấn mực nớc biển tăng lên. Nghiên cứu về trầm tích ven biển v các vật liệu trầm tích ven biển cung cấp những mối quan hệ quan trọng về việc xác định nguồn gốc v sự Sự khác nhau về tính chất hoá học giữa hồ v đại dơng cũng ảnh hởng đến hợp chất hữu cơ trong trầm tích. Nớc biển hiếm khi thiếu hoặc không có oxi ho tan trong khi đó hầu hết các hồ (đặc biệt l vùng ôn đới v hn đới) đều thiếu oxi ho tan trong suốt thời kỳ phân tầng nhiệt. Sự thiếu oxi ho tan ảnh hởng tới tố ion sunphat ( 2 4 so ) l ion chủ yếu có trong nớc biển nhng không có hoặc có rất ít trong hầu hết các hồ. Dới hoạt động của vi trùng, vi khuẩn ion sunfat kết hợp với các hợp chất hữu cơ trong suốt thời kì đầu hình th Sự khác nhau về tuổi giữa đại dơng v hồ ảnh hởng đến những đặc điểm của hợp chất hữu cơ. Đại dơng có tuổi tính bằng hng triệu năm trong khi rất ít hồ có tuổi trên 10000 năm. Các quá trình hình thnh đá chậm chạp rất quan trọng đối với đại dơng có thể không xuất hiện trong các trầm tích hồ. Do những khác nhau ny trầm tích hồ nhìn chung chứa nhiều hợp chất hữu cơ hơn trầm tích dới đáy đại dơng. Tỉ lệ cacbon hữu cơ trầm tích thờng chiếm khoảng 7% trong khi đó tỉ lệ ny trong trầm tích đại dơng khoảng vi phần nghìn. Hơn nữa, hợp chất hữu cơ của trầm tích hồ thờng có nguồn gốc từ trên cạn hơn l trầm tích đại dơng. Trầm tích ven biển các đại dơng không giống nh dới vùng biển sâu có sự tơng tự rất lớn với trầm tích hồ. Chúng tích tụ lại ở những vùng nớc nông thờng nhận một lợng lớn chất hữu cơ có nguồn gốc lục địa đợc lắng đọng tơng đối 442 http://www.ebook.edu.vn biến đổi của các hợp chất hữu cơ. Kết quả của những nghiên cứu ny đợc ứng dụng để điều tra tính chất địa hoá học của hồ. 10.1.5 Tuổi của các mẫu trầm tích hồ Trầm tích hồ nhìn chung tích tụ nhanh hơn trầm tích đại dơng do vậy tuổi của các trầm tích hồ đặc biệt phù hợp khi xác định tuổi trầm tích từ sự phân rã của các đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã ngắn. Hai đồng vị phóng xạ thông thờng nhất phục vụ cho mục đích ny l (chu kì bán rã l 22năm) v (chu kì l 5730năm). Các thời gian liên quan với các quá trình trầm tích rất ngắn chẳng hạn theo mùa thờng xác định bởi ( chu kì bán rã 53 ngy). Tuổi cacbon phóng xạ của trầm tích th nh phần cacbon hữu cơ. Hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ thờng chứa các mảnh vụn cacbon hữu cơ trong đó tuổi của đồng vị thờng lớn hơn 1000-2000năm so với tuổi của trầm tích hồ.Xác định tuổi của các trầm tích thờng gặp khó khăn bởi vì số lợng các mảnh cacbon không phải l không đổi theo thời gian. Vì lí do đó ngời ta thờng xác định tuổi của các bon phóng xạ từ các mảnh cacbon không bị tác động của hợp chất hữu cơ hoặc từ vỏ đá vôi của các sinh vật hồ nhng những vật liệu ny không phải lúc no cũng có sẵn. Tuổi của các trầm tích hồ có thể đợc xấp xỉ từ các sự kiện lịch sử có liên quan đến trầm tích. Ngời ta tập chung vo những cực đại xuất hiện của các nuclít phóng xạ chu kì bán rã lớn chẳng hạn nh . Đồng vị ny đợc sử dụng lm bom nguyên tử v các phản ứng hạt nhân. Nuclit ny xuất hiện trong các số liệu về trầm tích vo năm 1945 v đạt cực đại vo các năm do tác động của các vụ thử hạt nhân v đạt cực đại một lần nữa vo năm 1986 sau tai nạn ở hạt nhân ở nh máy hạt nhân Chernobyl ;Wieland(1993). Việc chặt phá rừng thờng gắn liền với việc thay đổi cây trồng v các loại thụ phấn phân phát phấn hoa tới các trầm tích hồ. Chẳng hạn, các cây thụ phấn nhờ ong phát triển Bắc Mỹ, khi ngời châu Âu định c v tiến về phía tây trong những năm 1800 v chặt phá cây phục vụ cho mục đích nông nghiệp của mình đã đẩy những cây ny về phía tây. Lịch sử của trầm tích hồ trong khu vực có thể đợc liên hệ với sự di chuyển ny. Một số hồ chứa nham thạch của núi lửa có thể đợc xác định từ thời điểm hoạt động của núi lửa. Những sự kiện trên chỉ giúp lm vững thêm các kết luận đợc xác định từ các ti liệu phân rã, phóng xạ hơn l một phơng pháp xác định tuổi trầm tích một cách độc lập. 10.2 Dấu hiệu của nguồn gốc v sự biến đổi của hợp chất hữu cơ trong các trầm tích hồ Sự tích tụ của các hợp chất hữu cơ xuống đáy hồ phản ánh cả về loại v số lợng của các vật liệu ban đầu v sự biến đổi, phân huỷ của các vật liệu ny. Các hệ thống hồ khác nhau, nguồn gốc v quá trình biến đổi của các hợp chất hữu cơ cũng khác nhau tuỳ theo từng khu vực v thời điểm. Mặc dù vậy các nghiên cứu ở các số liệu của từng hồ riêng biệt l rất cần thiết, nghiên cứu ở các hồ khác nhau đã giúp ngời ta có cách nhìn tổng hợp về các nhân tố ảnh Pb 210 C 14 Be 7 ờng xác định từ th C 14 Ci 137 ở 443 http://www.ebook.edu.vn hởng đến thnh phần hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ. 10.2.1 Thông tin nguồn đợc giữ trong tỉ lệ C/N của các trầm tích hồ Bảng 10.2:Tỉ lệ C/N của các loại cây khác nhau đóng góp hợp chất hữu cơ cho trầm tích hồ v trong trầm tích các hồ khác nhau: Mẫu C/N Tham khảo Cây trên đất Gỗ sồi trắng, hiện đại 276 Hedges (1985) Gỗ sồi trắng, 25 ky tuổi 111 Hedges (1985) Gỗ tổng quán sủi đỏ, hiện đại 264 Hedges (1985) Gỗ tổng quán sủi đỏ, 2.5 ky tuổi 106 Hedges (1985) Gỗ cây vân sam, hiện đại 506 Hedges (1985) Gỗ cây vân sam, 2.5 ky tuổi 541 Hedges (1985) Gỗ cây vân sam trắng, hiện đại 190 Mayers (1990) Gỗ cây vân sam trắng,10 ky tuổi 218 Mayers (1990) Lá cây liễu hiện đại 38 Mayers (1990) Lá cây doơng hiện đại 22 Mayers (1990) Sợi cây thông lá kim, hiện đại 42 Mayers (1990) Cây vân sam lá kim, hiện đại 43 Mayers (1990) Cây vân sam lá kim, 10 ky 46 Mayers (1990) Thực vật hồ Thực vật phù du hồ Piramid 6 Mayers (1990) Thực vật phù du hồ Michigan 7 Mayers (1990) Thực vật phù du hồ Wakeham 8 Mayers (1990) Tảo cát Astertonella formosa 9 Bourbonniere (1979) Tảo xanh Chlamydamonas sp 7 Bourbonniere (1979) Thực vật phù du hỗn hợp hồ Biwa 6-7 Nakai v Koyama (1991) Các mẫu trầm tích hồ Trầm tích mặt, hồ Biwa 6 Meyers v Horie (1993) Trầm tích mặt hồMichigan 8 Meyers (1984) Trầm tích bị lơ lửng lại hồ Michigan 8 Meyers (1984) Trầm tích mặt hồ Walker 8 Meyers (1984) Trầm tích mặt hồ Pyramit 9 Meyers (1984) Trầm tích hồ Baikal 11 Qiu (1993) Trầm tích mặt Coburn Pond 12 Ho v Meyers (1994) Trầm tích mặt hồ Mangrove 13 Hatcher (1982) Trầm tích mặt hồ Bosumtwi 14 Tabot v Joannssen (1992) Các chất hữu cơ ban đầu có nguồn gốc từ nớc phân biệt với các chất có nguồn gốc từ đất (lục địa) dựa vo tỉ lệ C/N của các hợp chất hữu cơ trong các trầm tích. Sự xuất hiện hay biến mất của xenlulozơ trong chất hữu cơ ban đầu sẽ ảnh hởng đến tỉ lệ C/N. Bảng 10.2 đa ra một vi ví dụ giá trị C/N của một số loại cây đại diện đóng góp hợp chất hữu cơ cho trầm tích hồ v cung cấp tỉ số C/N của trầm tích hồ. 444 http://www.ebook.edu.vn Các loại cây không mạch trong nớc có tỉ lệ C/N thấp thờng trong khoảng từ 4 đến 10 trong khi thực vật có mạch trên cạn tỉ lệ ny l 20 hoặc lớn hơn. Các hồ nhận đợc các hợp chất hữu cơ từ thực vật có mạch trên cạn tơng đối nhỏ so với nhận đợc hợp chất hữu cơ có nguồn gốc dới nớc chẳng hạn nh hồ Walker v Michigan, cho thấy tỉ số C/N nhỏ so với các hồ nhận đợc một lợng lớn các chất hữu cơ có nguồn gốc trên cạn nh hồ Mangrore v hồ Bosumtwi (Bảng 10.2). Tỉ số C/N l 13-14 đối với các trầm tích trên mặt của hai hồ trên với sự đóng góp của cả cây có mạch v không có mạch đợc (l nguồn hỗn hợp nguồn đóng góp ban đầu cho hầu hết các hồ ). Sự phân huỷ có chọn lọc của các hợp chất hữu cơ trong giai đoạn đầu của quá trình biến đổi có thể thay đổi các thnh phần v sau đó l tỉ số C/N của hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ. Tỉ số C/N của những loại gỗ mới luôn cao hơn các loại gỗ đã bị chôn vùi trong trầm tích (Bảng 10.2). Sự thay đổi tơng tự, mặc dù khó nhận biết hơn nhiều cũng thấy ở các hợp chất hữu cơ trầm tích. Hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ Michigan trớc khi chìm lắng tỉ số C/N bằng 9 trong khi đó chất hữu cơ đã lắng đọng bị lơ lửng lại tỉ số ny l 8. Ngời ta cũng đã quan sát thấy diễn biến tơng tự trong đất (Sollins, 1984), nơi liên quan tới sự bảo tồn hợp chất chứa nitơ của sinh vật đồng thời giảm các thnh phần chứa cacbon. Tuy nhiên, những thay đổi xảy trong thnh phần hợp chất hữu cơ l không đủ lớn để xoá bỏ khác biệt giữa nguồn gốc từ cây có mạch từ đất v dới nớc. So sánh với tỉ số C/N của sinh vật phù du, thnh phần trầm tích trên mặt hồ Michigan cho thấy những tham số ny vẫn bảo tồn nh ban đầu mặc dù có sự giảm đáng kể tổng lợng các chất hữu cơ trong quá trình chìm lắng (Hình 10.2). Mặc dù hm lợng cacbon hữu cơ giảm rõ rệt khi so sánh sinh vật phù du v sinh vật đáy nhng khác nhau l rất nhỏ giữa chỉ số C/N ban đầu v cuối cùng. Tuy nhiên, những biến đổi trong thnh phần các chất hữu cơ phù hợp với những biến đổi quan sát đợc ở thnh phần sinh vật đó l sự xuất hiện các loại tảo ở tầng trên của hồ v sự biến mất của loại thực vật ny ở phần dới của nó (Meyer v Eadie, 1993). Những thay đổi ny dờng nh phản ánh quá trình hình thnh trầm tích ở các độ sâu khác nhau. 10.2.2 Nguồn thông tin từ thnh phần đồng vị của cacbon Hầu hết các cây quang hợp kết hợp cacbon vo trong hợp chất hữu cơ sử dụng con đờng C 3 Calvin, trong đó u tiên kết hợp đồng vị 12 C vo hợp chất hữu cơ, tạo ra chuyển đổi xấp xỉ -20 0 / 00 từ hm lợng đồng vị cacbon ở nguồn cacbon vô cơ. Một số cây sử dụng đờng C 4 Hatch-Slack, v một số khác, hầu nh tất cả các cây mọng nớc, sử dụng đờng biến đổi axit của họ thuốc bỏng (CAM). Giá trị chuyển đổi theo đờng C 4 l từ -8 đến -12 0 / 00 giá trị ny theo đờng CAM có thể biến đổi từ -10 đến -20 0 / 00 . Hợp chất hữu cơ tạo ra từ khí CO 2 bởi cây sử dụng đờng C 3 có giá trị trung bình của đồng vị 13 C (PDB) xấp xỉ -28 0 / 00 v bởi cây sử dụng đờng C 4 , giá trị ny xấp xỉ -14 0 / 00 (OLeary, 1988). Các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ hồ thờng phân biệt về thnh phần đồng vị với các cây 445 http://www.ebook.edu.vn C 3 ở lu vực xung quanh (Bảng 10.3). Diễn biến tơng tự trong thnh phần đồng vị cacbon của hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ hồ v từ đất trái ngợc với trong đại dơng, nơi m chỉ tồn tại sự khác nhau 7 0 / 00 giữa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ tảo v từ lục địa ( Jasper v Gagosian, 1989; Meyers, 1994). Điều trái ngợc ny l do khác nhau ở dạng d thừa v chiếm u thế của cacbon ho tan trong hai hệ thống trong nớc biển v CO 2 trong nớc ngọt. Bảng 10.3:Giá trị đồng vị cacbon của các loại thực vật khác nhau đóng góp hợp chất hữu cơ cho trầm tích hồ v trong trầm tích các hồ khác nhau Mẫu 13 C ( 0 / 00 ) Tham khảo 3 HCO Cây trên đất C 3 Nakal v Koyama(1991) Lu vực hồ Biwa -25 đến 3 Meyers (1990) Lá cây liễu -26.7 Meyers (1990) Lá cây dơng -25 Meyers (1990) Lá cây dơng lá rung -25.8 Meyers (1990) Gỗ cây dơng -27.9 Meyers (1990) Gỗ cây bách xù -22.5 Meyers (1990) Gỗ cây thông lá kim -24.8 Meyers (1990) Sợi cây vân sam trắng -25.1 Meyers (1994) Gỗ cây vân sam trắng -23.1 Meyers, không xuất bản Vỏ cây vân sam -23.5 Meyers, không xuất bản Thực vật hồ Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Biwa -25 đến 28 Nakal v Koyama(1991) Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Walker -28.8 Meyers (1990) Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Pyramid -28.3 Meyers (1994) Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Michigan -26.8 Meyers (1994) Trầm tích hồ Trầm tích mặt hồ Biwa -25.3 Meyers v Horie (1993) Trầm tích mặt hồ Walker -24.2 Meyers (1990) Trầm tích mặt hồ Pyramid -26.9 Meyers, không xuất bản Trầm tích mặt Coburn Pond -28.4 Ho v Meyers (1994) Trầm tích mặt hồ Bosumtwi -26.4 Talbot v Johannessen(1992) Trầm tích mặt hồ Michigan -26.3 Rea v đồng nghiệp (1980) Trầm tích lắng đọng hồ Michigan -27.5 Meyers v Eadie (1993) Trầm tích mặt hồ Baikal -29.9 Qiu v đồng nghiệp (1993) Sự tồn tại của một vi dấu vết của quá trình quang hợp cacbon hữu cơ dờng nh đã tạo cơ hội tìm ra dấu vết về nguồn gốc của hợp chất hữu cơ trong lới thức ăn hồ v trầm tích hồ. Tuy nhiên, trong hợp chất hữu cơ trầm tích của hầu hết các hồ nguồn gốc ban đầu trong thnh phần các đồng vị cacbon bị biến mất. Chẳng hạn, các chất tham gia quang hợp trong hồ Fayetteville Green có giá trị 13 C biến đổi từ -15 tới -41 0 / 00. M ặc dù khoảng biến đổi của nguồn thức ăn khá rộng, hầu hết các sinh vật sống trong hồ có giá trị 13 C trong khoảng từ -25 446 [...]... rằng có sự biến đổi -1 đến 20/00 trong hm l ợng 15N của hợp chất hữu cơ trìm lắng giữa lớp gần bề mặt v gần đáy của hồ Michigan Biến đổi ny l phù hợp với quá trình tiền sử lý chất hữu cơ của vi sinh vật trong quá trình hình thnh trầm tích hồ đã quan sát đ ợc trong các nghiên cứu Trầm tích của hồ Bosumtwi (l hồ đ ợc hình thnh do sự va chạm của một thiên thạch với mặt đất ở Ghana v l hồ thiếu ôxi th ờng... phần lipit của các hạt trầm tích tinh hơn thì hoạt động của sinh vật mạnh hơn so các hạt trầm tích thô Các hạt tinh thời gian rơi xuống đáy hồ chậm hơn so với các hạt thô do vậy lm tăng tác động của vi sinh vật lên các chất hữu cơ Sự giảm của tỉ số chất béo/UCM ở các hạt tinh cũng cho thấy sự có mặt của hoạt động phân giải của vi khuẩn trong phần d của dầu lửa có lẽ chảy ra từ dầu mỡ của các ph ơng... nhất của trầm tích hồ chứa aplystanol (24,2 6- imetyl-5 (H)-cholestan-3 -ol ) trong đó nguồn gốc sinh học của nó không thấy trong các hệ thống n ớc ngọt Sự vắng mặt của aplystanol trong trầm tích trẻ cho thấy các sinh vật n ớc ngọt đã tổng hợp nên hợp chất trên không còn tồn tại trong hồ Motte nữa Các chất sterol đã đ ợc sử dụng để phân biệt đóng góp có nguồn gốc trong n ớc với các đóng góp của vật liệu... cùng của chuỗi biến đổi đó thì hoặc l các sterol no hoặc l có chứa các vòng thơm, v do đó, cải thiện sự ổn định hơn về mặt địa hoá học Quá trình các sterol bị biến đổi theo các con đ ờng oxi hoá v khử nh ng không quá trình no tỏ ra chiếm u thế hơn quá trình còn lại Thay vo đó việc đồng thời cùng tồn tại của hai quá trình cho thấy có sự tập hợp phức tạp các vi khuẩn trong hệ sinh thái hồ Gần nh tất cả các. .. ngắn đặc biệt l axit không no mạch hở l sản phẩm của quá trình tổng hợp của các loại tảo trong hồ Các lipit ny dễ dng bị chuyển hoá bởi vi sinh vật trong trầm tích Các axit béo mạch thẳng n-15:0 v mạch nhánh iso-15:0 l các sản phẩm của quá trình tác động của vi trùng vi khuẩn với lipit trong trầm tích v chúng l đại diện cho giai đoạn sản xuất thứ hai của lipit bắt đầu từ hợp chất hữu cơ nguồn ban đầu... quan giữa các thay đổi của nguồn gốc sterol với lịch sử của môi tr ờng đã tìm thấy ở hồ Motte, Pháp Các trầm tích trong ton độ 468 http://www.ebook.edu.vn sâu 6m kể từ đáy hồ chứa gorgostanol, đ ợc cho rằng l sản phẩm phân giải gorgosterol (22,2 3- mêtylen-23,2 4- imetyl-cholest-5-en-3 -ol) bởi vi sinh vật Ng ời ta cho rằng gorgosterol đ ợc tạo ra bởi một loại thực vật phù du có nhiều trong hồ (Wunsche... hình 10. 13 Sự có mặt cũng nh biến mất của các liên kết đôi, của các gốc mêtyl (-CH3 ) ở các vị trí khác nhau trên mạch cacbon chiều di của nhánh cacbon ở vị trí cacbon số 17 v vị trí trong không gian của các nhóm thế đã tạo nên các chất có ý nghĩa địa hoá học khác nhau Đặc biệt, các loại tảo có khả năng tổng hợp với một l ợng lớn các loại sterol khác nhau v các hợp chất có mạch vòng có liên quan Các. .. về trầm tích hồ Leman, Thuỵ Sĩ Mermoud v các đồng nghiệp (1985) thấy rằng epicholestanol (Hình 10. 13) có trong lớp trầm tích trên mặt của lỗ khoan ở phần thiếu oxi v sâu của hồ nh ng không có trong các phần khác của nó v các lớp trầm khác của lỗ khoan đó Họ kết luận rằng sự giu dinh d ỡng của hồ hiện nay đã tạo sự thiếu oxi theo mùa trong khu vực sâu của hồ tạo điều kiện cho các sinh vật hoạt động... tảo 10. 4.5 Sự bảo tồn v phân huỷ của các axit béo trong trầm tích hồ Các axit béo nhạy cảm với sự phân huỷ v biến đổi hơn hầu hết các loại khác của các lipit sinh học do nó có cấu trúc thẳng, có chứa các nhóm axit cacbonxylic(-COOH) v sự có mặt của các liên kết đôi C = C Một vi axit lại nhạy cảm hơn các axit khác; do đó so sánh sự khác nhau giữa các chất có thể giúp cho phân biệt ảnh h ởng kết hợp các. .. hơn Các tham số ny cho thấy có sự bảo tồn một l ợng đáng kể các axit béo trong lớp trầm tích sâu hơn của hồ ny Trên nền tảng của các chỉ số CPI v CDI ng ời ta có thể đánh giá mức độ giu dinh d ỡng của hồ cũng nh l hoạt động của vi sinh vật Nguồn ban đầu các axit béo đã không bị thay thế ton bộ bởi hoạt động của thnh phần vi sinh vật trong ví dụ ny vì tốc độ trầm tích t ơng đối cao của hồ Suwa Các axit . đáy của hồ Michigan. Biến đổi ny l phù hợp với quá trình tiền sử lý chất hữu cơ của vi sinh vật trong quá trình hình thnh trầm tích hồ đã quan sát đợc trong các nghiên cứu. Trầm tích của hồ Bosumtwi. sâu hơn của hồ. Quá trình sinh vật tiền sử lý hợp chất hữu cơ xảy ra trong nớc v dới đáy hồ, lm giảm tổng lợng v thay thế các đóng góp của các thnh phần ban đầu bằng đóng góp của vi sinh vật. Cùng. trong các trầm tích. Các hợp chất hữu cơ l kết quả của quá trình động lực sinh địa hoá của các thnh phần trầm tích cái ảnh hởng đến cả quá trình sống v không sống trong trầm tích hồ. Các loại