Geochemical specific of sediments at methane cold seep site on the Laptev Sea outer shelf

Актуальность. Характерной особенностью шельфа моря Лаптевых является наличие участков массированной разгрузки метан-содержащих флюидов с поверхности морского дна в водную толщу - метановых сипов. Ключевыми биогеохимическими процессами, протекающими при миграции метана через осадочную среду, являются анаэробное окисление метана и бактериальная сульфатредукция. Активность этих процессов приводит к изменению окислительно-восстановительных условий седиментации, что влияет на биогеохимические циклы ряда редокс-чувствительных элементов. Цель: изучение влияния просачивающихся метан-содержащих флюидов на геохимические циклы железа, углерода и некоторых редокс-чувствительных элементов. Объект. Были проанализированы данные о концентрациях углерода, железа, и ряда редокс-чувствительных элементов (Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cr, Ba, Mo, U) в трех кернах донных осадков, отобранных на внешнем шельфе моря Лаптевых. Два из трех кернов получены на участках с зарегистрированной разгрузкой метан-содержащих флюидов и рассматривались в качестве осадков, подверженных анаэробному окислению метана. Методы: пиролиз (Rock-Eval 6 Turbo, Vinci Technologies), рентгенофлуоресцентный анализ (HORIBA X-Ray Analytical Microscope XGT 7200), масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС, ELAN DRC-e). Результаты. Содержания TOC и Fe в донных осадках не отражают влияния анаэробного окисления на их геохимические циклы и контролируются спецификой пространственного распределения потоков осадочного материала. Во всех изученных кернах отмечаются повышенные концентрации Mn, приуроченные к поверхностному горизонту осадков. На участках разгрузки метана поверхностный слой донных осадков характеризуется обогащением Mo, Ni и Cr. Избирательное обогащения поверхностного слоя осадков некоторыми редокс-чувствительными элементами может быть вызвано миграцией метан-содержащих флюидов, способствующих переносу элементов в растворенной форме из более глубоких горизонтов. Сорбция этих элементов органическим веществом и окислами/гидрокислами Fe-Mn, по-видимому, является ключевым механизмом, контролирующим осаждение Mo, Ni и Cr.Relevance. A specific feature of the Laptev Sea shelf is the sites of discharge of methane-containing fluids from the surface of the seabed into the water column (methane cold seeps). The key biogeochemical processes occurring during methane migration through the sedimentary environment are anaerobic oxidation of methane and bacterial sulfate reduction. The activity of these processes encourages a change in the redox conditions of sedimentation, which affects the biogeochemical cycles of some redox-sensitive elements. The aim of the research is to study the influence of methane-containing fluids on the geochemical cycles of iron, carbon and some redox-sensitive elements. Objects. The data of the concentrations of carbon, iron, and some of redox-sensitive elements (Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cr, Ba, Mo, U) in three bottom sediment cores sampled on the outer shelf of the Laptev Sea were analyzed. Two of the three cores were obtained at methane cold seep sites and were considered as sediments subject to anaerobic methane oxidation. Methods: pyrolysis (Rock-Eval 6 Turbo, Vinci Technologies), X-Ray analysis (HORIBA X-Ray Analytical Microscope XGT 7200), Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS, ELAN DRC-e). Results. TOC and Fe contents in sediments do not reflect the impact of anaerobic oxidation on their geochemical cycles and controlled by the specifics of the spatial distribution of sedimentary material. In all the studied cores, there are elevated Mn concentrations confined to the surface layer of sediments. At methane cold seep sites, the surface layer of bottom sediments is characterized by enrichment in Mo, Ni and Cr. The selective enrichment of the surface layer of sediments with some redox-sensitive elements can be caused by the migration of methane-containing fluids, which facilitate the transport of elements in dissolved form from deeper horizons. The sorption of these elements by organic matter and Fe-Mn oxihydroxides appears to be the key mechanism controlling the deposition of Mo, Ni, and Cr

Methane seepage impact on authigenic pyrite morphology in sediments of the Laptev Sea continental slope

Актуальность. В работе представлены результаты изучения морфологии и размеров аутигенного пирита, присутствующего в донных осадках как в рассеянном виде, так и в ассоциации с карбонатными стяжениями. С позиции изучения условий раннего диагенеза аутигенный пирит считается наиболее важным сульфидным минералом железа по причине его наибольшей диагенетической стабильности относительно других сульфидов железа. Ранее проведенные многочисленные исследования морфологии и размеров аутигенного пирита показывают возможность использования этой информации для оценки окислительно-восстановительных условий осадконакопления и раннего диагенеза как в современных, так и в древних осадочных бассейнах. Целью работы являлось изучения морфологических и размерных характеристик аутигенного пирита для оценки влияния сульфат-управляемого анаэробного окисления метана на условия раннего диагенеза. Методы: гидроакустические исследования (Kongsberg EA600), рентгенодифракционный анализ (Bruker D2 Phaser), сканирующая электронная микроскопия с локальным энергодисперсионным анализом (TESCAN VEGA 3 SBU). Основные результаты. В морфологическом отношении пирит представлен идиоморфными и гипидиоморфными кристаллами, фрамбоидами и их скоплениями, радиальными наростами, а также стержневидными агрегатами. Средний диаметр фрамбоидов, а также высокое значение стандартного отклонения в обеих рассматриваемых выборках свидетельствует о диагенетическом происхождении пирита. Сульфат-управляемое анаэробное окисление метана является доминирующим процессом, контролирующим формирование сульфидов железа, что подтверждается наличием достаточно крупных фрамбоидов диаметром до 49 мкм. Наблюдаемое разнообразие морфологических форм пирита может отражать изменение диагенетической среды с течением времени, вызванное вариативностью потока метан-содержащих флюидов.Relevance. The paper presents the results of studying the morphology and size distribution of authigenic pyrite, both present in sediments and in carbonate nodules. From the point of view of studying the conditions of early diagenesis, authigenic pyrite is considered the most important iron sulfide mineral due to its greatest diagenetic stability relative to other iron sulfides. Numerous previous studies of the morphology and size of authigenic pyrite show the possibility of using this information to assess the redox conditions of sedimentation and early diagenesis in both modern and ancient sedimentary basins. The aim of the research was to study the morphology and size distribution of authigenic pyrite to assess the effect of sulfate-controlled anaerobic oxidation of methane on the conditions of early diagenesis. Methods: field hydroacoustic researches (Kongsberg EA600), X-ray diffraction (Bruker D2 Phaser), scanning electron microscopy with local energy dispersive analysis (TESCAN VEGA 3 SBU). Results. Morphologically, pyrite is represented by idiomorphic and hypidiomorphic crystals, framboids and their clusters, radial outgrowths, and also rod like aggregates. The mean diameter of framboids, as well as the high value of standard deviation, indicate the diagenetic origin of pyrite. Sulfate-driven anaerobic oxidation of methane is the dominant process that controls the formation of iron sulfides, which is confirmed by the presence of fairly large framboids up to 49 μm in diameter. The observed diversity of pyrite morphology may reflect the change in the diagenetic environment over time, due to the variability of the flow of methane-bearing fluids