Structural group composition of dissolved organic matter in waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra

The relevance of the research is related to the intensive economic development of the Arctic part of the European North of Russia, which entails a sharp increase in anthropogenic pressure on vulnerable ecosystems of the Far North. At climate warming, melting of permafrost can provoke the formation of new thermokarst lakes and subsidence, which in its turn facilitates the removal of organic matter from peat into natural environments. The main aim is to reveal the features of composition of dissolved organic matter and its possible sources in the waters of thermokarst lakes of the Bolshezemelskaya tundra (near Naryan-Mar), with different water-mirror areas and at different stages of evolution. Methods. Analysis of the dissolved organic matter content in the waters of thermokarst lakes was carried out in the laboratory of georesources and the environment of Toulouse by the method of complete burning of dissolved organic carbon. In the laboratory of physicochemical methods of analysis of the Institute of Petroleum Chemistry of the SB RAS (Tomsk), by a three-step extraction at various pH the chloroformed concentrates were obtained. They contain dissolved organic matter. Organic structures were studied by Infrared spectroscopy. The structural-group composition of dissolved organic matter was determined by gas chromatography-mass spectrometry method. Results. Organic compounds in the waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra are mainly represented by hydrocarbons of aliphatic structure, carboxylic acid esters and aromatic compounds belonging to three homologous series. It was found, that low-molecular n-alkanes predominate in the small acid lake BZ-12, the main sources are bacteria, lower plants (unicellular algae) and phytoplankton. In the more mature and less acidic lake BZ-13, the main contribution belongs to higher terrestrial plants and coast marine algae. Phytoplankton also plays an important role in enriching water with dissolved organic matter. Accordingly, with evolution of the lake ecosy stem during recycling of a layer of peat sediments, the organic matters in waters are changed from the autochthonous to the allochthonnous

Elemental composition of macrophytes of thermokarst lakes in Western Siberia

Relevance. Macrophytes are one of the key participants in accumulation of chemical elements in lake ecosystems, but despite this, the issue of elemental composition of macrophytes of thermokarst lakes in Western Siberia and accumulation of chemical elements relative to the sediments and pore water remains practically unexplored. The aim of the research is to describe the formation of elemental composition of macrophyte species of thermokarst lakes in the north of Western Siberia and to identify the possibility of their use in biomonitoring. The objects of research were macrophyte plants (Hippuris vulgaris L., Glyceria maxima (Hartm.) Holmb., Comarum palustre L., Ranunculus spitzbergensis Hadac, Carex aquatilis Wahlenb s. Str., Menyanthes trifoliata L.), sediments and pore waters of thermokarst lakes of the north of Western Siberia. Methods. The elemental composition of the samples was studied by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP/MS, Agilent Technologies, 7500 se), the concentration of anions in water samples was determined by liquid chromatography (Dionex ICS/2000), the dissolved organic carbon was defined by infrared spectroscopy TOC/VCSN, Shimadzu), the organic carbon content of the sediments was determined by infrared spectrometry (Horiba Jobin Yvon Emia/320V C/S Analyzer). Statistical processing of data was carried out using the STATISTICA 6.0 software package. Results. The coefficients of biological accumulation of chemical elements in macrophytes relative to sediments and pore water were calculated for four key thermokarst lakes. It has been shown that macronutrients (Na, Mg, Ca), some heavy metals and metalloids (Ni, Cu, Zn, Co, As, Cd), as well as B and Mo are actively accumulated in water plants of thermokarst lakes of Western Siberia. High coefficients of accumulation of heavy metals indicate a significant phytoremediation function of macrophytes in a given territory

Structural group composition of dissolved organic matter in waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra

Актуальность исследования связана с интенсивным хозяйственным освоением арктической части Европейского Севера России, которое влечет за собой резкое увеличение антропогенной нагрузки на уязвимые экосистемы Крайнего Севера. В условиях потепления климата таяние вечной мерзлоты может провоцировать образование новых термокарстовых озер и просадок, что в свою очередь способствует выводу органического вещества из торфа в поверхностные воды. Цель исследования: выявление особенностей состава растворенного органического вещества и его возможных источников в водах термокарстовых озер, расположенных на одном из ключевых участков исследований Большеземельской тундры (вблизи г. Нарьян-Мар), имеющих разные площади водного зеркала и находящихся на разных этапах развития. Методы. Анализ содержания растворенного органического углерода в водах термокарстовых озер был выполнен в лаборатории георесурсов и окружающей среды г. Тулузы методом полного сжигания растворенного органического углерода. В лаборатории физико-химических методов исследования Института химии нефти СО РАН (г. Томск) методом трехступенчатой экстракции при различных рН были получены хлороформные концентраты, содержащие растворенные органические вещества. Концентраты изучались методом инфракрасной спектроскопии для установления условного содержания структур органических веществ. Методом хромато-масс-спектрометрии был определен структурно-групповой состав растворенных органических веществ. Результаты. Органические соединения в водах термокарстовых озер Большеземельской тундры представлены в основном углеводородами алифатического строения, сложными эфирами карбоновых кислот и ароматическими соединениями, принадлежащими трем гомологическим рядам. Установлено, что в малом кислом озере BZ-12 преобладают низкомолекулярные н-алканы, основными источниками которых являются низшие растения (одноклеточные водоросли) и фитопланктон. В более зрелом и менее кислом озере BZ-13 н-алканы представлены длинными молекулярными цепями, характерными для высших наземных растений и прибрежно-морских водорослей. Установлено, что с развитием экосистемы озера при переработке слоя торфяных осадков в водах озер происходит смена органического вещества с автохтонного на аллохтонное.The relevance of the research is related to the intensive economic development of the Arctic part of the European North of Russia, which entails a sharp increase in anthropogenic pressure on vulnerable ecosystems of the Far North. At climate warming, melting of permafrost can provoke the formation of new thermokarst lakes and subsidence, which in its turn facilitates the removal of organic matter from peat into natural environments. The main aim is to reveal the features of composition of dissolved organic matter and its possible sources in the waters of thermokarst lakes of the Bolshezemelskaya tundra (near Naryan-Mar), with different water-mirror areas and at different stages of evolution. Methods. Analysis of the dissolved organic matter content in the waters of thermokarst lakes was carried out in the laboratory of georesources and the environment of Toulouse by the method of complete burning of dissolved organic carbon. In the laboratory of physicochemical methods of analysis of the Institute of Petroleum Chemistry of the SB RAS (Tomsk), by a three-step extraction at various pH the chloroformed concentrates were obtained. They contain dissolved organic matter. Organic structures were studied by Infrared spectroscopy. The structural-group composition of dissolved organic matter was determined by gas chromatography-mass spectrometry method. Results. Organic compounds in the waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra are mainly represented by hydrocarbons of aliphatic structure, carboxylic acid esters and aromatic compounds belonging to three homologous series. It was found, that low-molecular n-alkanes predominate in the small acid lake BZ-12, the main sources are bacteria, lower plants (unicellular algae) and phytoplankton. In the more mature and less acidic lake BZ-13, the main contribution belongs to higher terrestrial plants and coast marine algae. Phytoplankton also plays an important role in enriching water with dissolved organic matter. Accordingly, with evolution of the lake ecosy stem during recycling of a layer of peat sediments, the organic matters in waters are changed from the autochthonous to the allochthonnous

Elemental composition of macrophytes of thermokarst lakes in Western Siberia

Актуальность. Растения-макрофиты являются одним из ключевых звеньев накопления химических элементов в озерных экосистемах, несмотря на это в настоящее время остается практически не изученным вопрос элементного состава макрофитов термокарстовых озер Западной Сибири и аккумуляции ими химических элементов относительно донных отложений и поровой воды. Цель: описание формирования элементного состава видов макрофитов термокарстовых озер севера Западной Сибири и выявление возможности их использования в биомониторинге. Объектами исследования служили растения-макрофиты (Hippuris vulgaris L., Glyceria maxima (Hartm.) Holmb., Comarum palustre L., Ranunculus spitzbergensis Hadac, Carex aquatilis Wahlenb s. str., Menyanthes trifoliata L.), донные отложения, поровые воды донных отложений термокарстовых озер севера Западной Сибири. Методы. Исследование элементного состава образцов проводилось методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП/МС, Agilent Technologies, 7500 се), концентрации анионов в образцах воды определялись методом жидкостной хроматографии (Dionex ICS/2000), определение растворенного органического углерода проводилось методом инфракрасной спектроскопии (TOC/VCSN, Shimadzu), содержание органического углерода донных отложений определялось методом инфракрасной спектрометрии (Horiba Jobin Yvon Emia/320V C/S Analyzer). Статистическая обработка данных проводилась с использованием пакета программ STATISTICA 6.0.Результаты. Коэффициенты биологического накопления химических элементов в макрофитах относительно донных отложений и поровой воды были рассчитаны для четырех ключевых термокарстовых озер. Было показано, что водными растениями термокарстовых озер Западной Сибири активно накапливаются макроэлементы (Na, Mg, Ca), некоторые тяжелые металлы и металлоиды (Ni, Cu, Zn, Co, As, Cd), а также B и Mo. Высокие коэффициенты накопления тяжелых металлов могут говорить о существенной фиторемедиационной функции растений-макрофитов данной территории.Relevance. Macrophytes are one of the key participants in accumulation of chemical elements in lake ecosystems, but despite this, the issue of elemental composition of macrophytes of thermokarst lakes in Western Siberia and accumulation of chemical elements relative to the sediments and pore water remains practically unexplored. The aim of the research is to describe the formation of elemental composition of macrophyte species of thermokarst lakes in the north of Western Siberia and to identify the possibility of their use in biomonitoring. The objects of research were macrophyte plants (Hippuris vulgaris L., Glyceria maxima (Hartm.) Holmb., Comarum palustre L., Ranunculus spitzbergensis Hadac, Carex aquatilis Wahlenb s. Str., Menyanthes trifoliata L.), sediments and pore waters of thermokarst lakes of the north of Western Siberia. Methods. The elemental composition of the samples was studied by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP/MS, Agilent Technologies, 7500 se), the concentration of anions in water samples was determined by liquid chromatography (Dionex ICS/2000), the dissolved organic carbon was defined by infrared spectroscopy TOC/VCSN, Shimadzu), the organic carbon content of the sediments was determined by infrared spectrometry (Horiba Jobin Yvon Emia/320V C/S Analyzer). Statistical processing of data was carried out using the STATISTICA 6.0 software package. Results. The coefficients of biological accumulation of chemical elements in macrophytes relative to sediments and pore water were calculated for four key thermokarst lakes. It has been shown that macronutrients (Na, Mg, Ca), some heavy metals and metalloids (Ni, Cu, Zn, Co, As, Cd), as well as B and Mo are actively accumulated in water plants of thermokarst lakes of Western Siberia. High coefficients of accumulation of heavy metals indicate a significant phytoremediation function of macrophytes in a given territory

Elemental composition of macrophytes of thermokarst lakes in Western Siberia

Актуальность. Растения-макрофиты являются одним из ключевых звеньев накопления химических элементов в озерных экосистемах, несмотря на это в настоящее время остается практически не изученным вопрос элементного состава макрофитов термокарстовых озер Западной Сибири и аккумуляции ими химических элементов относительно донных отложений и поровой воды. Цель: описание формирования элементного состава видов макрофитов термокарстовых озер севера Западной Сибири и выявление возможности их использования в биомониторинге. Объектами исследования служили растения-макрофиты (Hippuris vulgaris L., Glyceria maxima (Hartm.) Holmb., Comarum palustre L., Ranunculus spitzbergensis Hadac, Carex aquatilis Wahlenb s. str., Menyanthes trifoliata L.), донные отложения, поровые воды донных отложений термокарстовых озер севера Западной Сибири. Методы. Исследование элементного состава образцов проводилось методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП/МС, Agilent Technologies, 7500 се), концентрации анионов в образцах воды определялись методом жидкостной хроматографии (Dionex ICS/2000), определение растворенного органического углерода проводилось методом инфракрасной спектроскопии (TOC/VCSN, Shimadzu), содержание органического углерода донных отложений определялось методом инфракрасной спектрометрии (Horiba Jobin Yvon Emia/320V C/S Analyzer). Статистическая обработка данных проводилась с использованием пакета программ STATISTICA 6.0.Результаты. Коэффициенты биологического накопления химических элементов в макрофитах относительно донных отложений и поровой воды были рассчитаны для четырех ключевых термокарстовых озер. Было показано, что водными растениями термокарстовых озер Западной Сибири активно накапливаются макроэлементы (Na, Mg, Ca), некоторые тяжелые металлы и металлоиды (Ni, Cu, Zn, Co, As, Cd), а также B и Mo. Высокие коэффициенты накопления тяжелых металлов могут говорить о существенной фиторемедиационной функции растений-макрофитов данной территории.Relevance. Macrophytes are one of the key participants in accumulation of chemical elements in lake ecosystems, but despite this, the issue of elemental composition of macrophytes of thermokarst lakes in Western Siberia and accumulation of chemical elements relative to the sediments and pore water remains practically unexplored. The aim of the research is to describe the formation of elemental composition of macrophyte species of thermokarst lakes in the north of Western Siberia and to identify the possibility of their use in biomonitoring. The objects of research were macrophyte plants (Hippuris vulgaris L., Glyceria maxima (Hartm.) Holmb., Comarum palustre L., Ranunculus spitzbergensis Hadac, Carex aquatilis Wahlenb s. Str., Menyanthes trifoliata L.), sediments and pore waters of thermokarst lakes of the north of Western Siberia. Methods. The elemental composition of the samples was studied by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP/MS, Agilent Technologies, 7500 se), the concentration of anions in water samples was determined by liquid chromatography (Dionex ICS/2000), the dissolved organic carbon was defined by infrared spectroscopy TOC/VCSN, Shimadzu), the organic carbon content of the sediments was determined by infrared spectrometry (Horiba Jobin Yvon Emia/320V C/S Analyzer). Statistical processing of data was carried out using the STATISTICA 6.0 software package. Results. The coefficients of biological accumulation of chemical elements in macrophytes relative to sediments and pore water were calculated for four key thermokarst lakes. It has been shown that macronutrients (Na, Mg, Ca), some heavy metals and metalloids (Ni, Cu, Zn, Co, As, Cd), as well as B and Mo are actively accumulated in water plants of thermokarst lakes of Western Siberia. High coefficients of accumulation of heavy metals indicate a significant phytoremediation function of macrophytes in a given territory