西シベリア南東部における泥炭地表層水化学の空間的・時間的変化を地質、大気循環、帯状特徴の機能として解析した

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Sci. Total Environ..2020 Sep;733:139343. S0048-9697(20)32860-6. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139343.Epub 2020-05-11.

西シベリア南東部における泥炭地表層水化学の空間的・時間的変化を地質、大気循環、帯状特徴の機能として解析した

Spatial and temporal variations in mire surface water chemistry as a function of geology, atmospheric circulation and zonal features in the south-eastern part of Western Siberia.

Yu A Kharanzhevskaya
E S Voistinova
A A Sinyutkina

PMID: 32446081 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139343.

抄録

本研究では、西シベリアの南東部で採取された泥炭鉱から採取された水試料の化学的性質を分析した。その目的は、この地域の環境条件及び地質学的歴史に関連して、泥炭鉱の水化学の空間的及び時間的パターンを決定することであった。その結果、Fe, Са, Mg, Na, HCOイオンの濃度は、ロシアやヨーロッパの他の地域と比較して高く、西シベリアの地質条件と一致していることがわかった。高鉄濃度は、この地域最大の鉄鉱床であるバカール鉱床の堆積鉱石の分布と関連しており、深さ150〜200mの様々な白亜紀の堆積岩の地層で表される。鉄を豊富に含んだ岩石は、森林に供給される深い地下水の高い鉄濃度に貢献しています。地下水中の鉄,マグネシウム,ナトリウム,塩素,塩分濃度の上昇は、西シベリア南部(4500-2500年前)に発生した発熱期に起因するもので、岩石の炭酸化と塩分濃度が上昇した。湿地帯の水理化学的状態の特徴は、1年の間に化学組成が変化し、支配的な陰イオンがHCOからClやSOへと変化したことである。移行期の泥炭地と豊かな湿原の水は、HCOとСаが優勢であることが特徴である。これまでの研究では、泥炭地の規模と発達段階が泥炭地の水化学の形成に主要な役割を果たしていることが示されている。小規模な湿地帯と移行期の泥炭地は、豊富なミネラル栄養によって特徴づけられ、一方、泥炭地の化学組成は、主にその地形的位置と大規模な河川水系への近接性によって決定される。本研究の結果は、西シベリアの泥炭地生態系の機能をよりよく理解し、将来の研究のための水のサンプリング戦略を改善することにつながる。

This study analysed the chemistry of water samples collected from mires in the south-eastern part of Western Siberia. The aim was to determine spatial and temporal patterns in the hydrochemistry of mires in relation to the environmental conditions and geological history of the region. The results show that concentrations of Fe, Са, Mg, Na, and HCO ions are higher than those obtained in other regions of Russia and Europe, which is consistent with the geological conditions of Western Siberia. High Fe concentrations are associated with the distribution of sedimentary ore in the region's largest iron ore basin, the Bakchar deposit, which is represented by strata of various Cretaceous sedimentsary rock at depths of 150-200 m. The Fe-rich rocks contribute to the high Fe concentrations in deep groundwater that feeds into the fens. The increase in Са, Mg, Na, Cl, and HCO in the water resulted from a xerothermic period that occurred in the southern part of Western Siberia (4500-2500 years ago) that increased the carbonation and salinity of the rocks. A feature characteristic of the hydrochemical regime in raised bogs is the transformation of the chemical composition during the year, with a change in dominant anions from HCO to Cl or SO. The water in transitional mires and rich fens were characterised by the predominance of HCO and Са. Studies have shown that the size and stage of development play leading roles in the formation of the water chemistry in the mires. Small bogs and transitional mires were characterised by a rich mineral nutrition; while, the chemical composition of fens was mainly determined by their geomorphologic position and proximity to large river systems. The results of this study provide a better understanding of the functions of peatland ecosystems in Western Siberia and improve water sampling strategies for future research.