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

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

73
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thành phần các chất hữu cơ trầm tích trong hồ Thành phần các chất hữu cơ của trầm tích hồ cung cấp những thông tin rất quan trọng để nghiên cứu lịch sử về môi tr ờng hồ, lịch sử biến đổi khí hậu và các tác động của con ng ời lên môi tr ờng. Các chất hữu cơ trầm tích mang trong mình nguồn gốc của n ớc biểu hiện ở các nguyên tố, các đồng vị và các phân tử. Sự thay đổi về loại và số l ợng của các hợp chất hữu cơ từ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 10

Ch ¬ng 10 Thμnh phÇn c¸c chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch trong hå 10.1 Giíi ThiÖu Thμnh phÇn c¸c chÊt h÷u c¬ cña trÇm tÝch hå cung cÊp nh÷ng th«ng tin rÊt quan träng ®Ó nghiªn cøu lÞch sö vÒ m«i tr êng hå, lÞch sö biÕn ®æi khÝ hËu vμ c¸c t¸c ®éng cña con ng êi lªn m«i tr êng. C¸c chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch mang trong m×nh nguån gèc cña n íc biÓu hiÖn ë c¸c nguyªn tè, c¸c ®ång vÞ vμ c¸c ph©n tö. Sù thay ®æi vÒ lo¹i vμ sè l îng cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ tõ nguån ban ®Çu trong vμ sau qu¸ tr×nh s¸t nhËp víi trÇm tÝch hå cho biÕt nhiÒu vÒ m«i tr êng vËt lÝ vμ ®Þa ho¸ cña hå. §iÒu tra ®Þa ho¸ vÒ nguån gèc vμ sù biÕn ®æi cña c¸c chÊt h÷u c¬ trong c¸c trÇm tÝch hå lμ viÖc rÊt quan träng ®Ó ® a ra nhiÒu qui luËt. Thμnh phÇn c¸c vËt chÊt h÷u c¬ chØ chiÕm mét phÇn cña trÇm tÝch hå song rÊt quan träng. Nã ® îc t¹o thμnh bëi sù pha trén phøc t¹p cña lipit, cacbon hy®rat, pr«tªin vμ c¸c hîp chÊt sinh ho¸ kh¸c cã nguån gèc tõ c¸c m« sèng cña c¸c sinh vËt nhá d íi ®¸y hå vμ mét phÇn tõ c¸c sinh vËt tr íc ®©y sèng trong hå vμ trong khu vùc l©n cËn (l u vùc hå). C¸c chÊt mïn ® îc tæng hîp tõ nh÷ng chÊt sinh ho¸ häc khëi ®Çu nμy vμ ®ãng vai trß chÝnh trong thμnh phÇn c¸c hîp chÊt h÷u c¬ phøc t¹p. Nghiªn cøu vÒ thμnh phÇn hîp chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch lμ c¬ së ®Ó x¸c ®Þnh th«ng tin vÒ gi¸ trÞ dinh d ìng, tÝnh «xi ho¸ khö vμ cæ m«i tr êng chøa trong c¸c vËt chÊt nμy. C¸c ¶nh h ëng cña t¸c ®éng biÕn ®æi do vi sinh vËt vμ ph©n huû cã chän läc cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ tr íc khi chóng trë thμnh mét phÇn cña trÇm tÝch ®¸y hå lμ ®Æc biÖt quan träng. 10.1.1 TÇm quan träng cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c trÇm tÝch hå C¸c hîp chÊt h÷u c¬ t¹o thμnh mét phÇn sè liÖu vÒ lÞch sö hå ® îc b¶o tån trong trÇm tÝch hå. C¸c lo¹i sinh vËt kh¸c nhau sinh sèng phæ biÕn trong hå vμ l u vùc cña nã t¹o ra c¸c hîp chÊt ho¸ häc cã thμnh phÇn sinh ho¸ kh¸c nhau. Thay ®æi trong cÊu tróc cña quÇn thÓ nh÷ng sinh vËt nμy t¹o ra c¸c thay ®æi vÒ sè l îng vμ lo¹i cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ l¾ng ®äng ë nh÷ng thêi ®iÓm kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh h×nh thμnh vμ ph¸t triÓn cña hå. Trong suèt qu¸ tr×nh l¾ng ®äng xuèng ®¸y hå hîp chÊt h÷u c¬ lμ ®èi t îng t¸c ®éng cña c¸c vi sinh vËt mμ kÕt qu¶ lμ c¸c chÊt h÷u c¬ ban ®Çu bÞ biÕn ®æi. Møc ®é thay ®æi cung cÊp nhiÒu th«ng tin vÒ m«i tr êng trong qu¸ khø cña hå h¬n, ®Æc biÖt lμ sù biÕn ®æi cña m«i tr êng n íc hå. Th«ng tin vÒ nh÷ng lo¹i nμy cung cÊp mét phÇn sè liÖu ®Ó nghiªn cøu cæ khÝ hËu hå vμ khu vùc l©n cËn vμ c¸c nghiªn cøu vÒ thμnh phÇn hîp chÊt h÷u c¬ cña trÇm tÝch ®¸y hå ë c¸c khu vùc kh¸c nhau cña thÕ giíi lμ mét phÇn quan träng trong viÖc x©y dùng l¹i nh÷ng sè liÖu nμy. Thμnh phÇn hîp chÊt h÷u c¬ cña trÇm tÝch hå g¾n liÒn víi rÊt nhiÒu qu¸ tr×nh sinh ho¸ vμ ®Þa ho¸ kh¸c nhau. C¸c sinh vËt ®¸y vμ vi khuÈn phô thuéc vμo 437 http://www.ebook.edu.vn
c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®Ó cung cÊp n¨ng l îng cho chóng ho¹t ®éng. V× rÊt nhiÒu thμnh phÇn cña hîp chÊt h÷u c¬ t ¬ng ®èi dÔ bÞ «xi ho¸ thμnh d¹ng Ýt nguyªn tö cacbon h¬n bëi c¸c chÊt oxi ho¸ trong n íc. H¬n n÷a c¸c ph¶n øng oxi ho¸ khö trong ®ã c¸c chÊt v« c¬ bÞ oxi ho¸ bÞ gi¶m ®i bëi sù t ¬ng t¸c vμo hîp chÊt h÷u c¬, lμ rÊt phæ biÕn trong c¸c trÇm tÝch. C¸c hîp chÊt h÷u c¬ lμ kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh ®éng lùc sinh ®Þa ho¸ cña c¸c thμnh phÇn trÇm tÝch c¸i ¶nh h ëng ®Õn c¶ qu¸ tr×nh sèng vμ kh«ng sèng trong trÇm tÝch hå. C¸c lo¹i ®¸ giμu hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ l¾ng ®äng trÇm tÝch trong c¸c hå cæ c¬ lμm t¨ng dÊu hiÖu ®Ó nhËn ra sù cã mÆt cña nguån vËt liÖu quan träng nh dÇu löa. Ch¼ng h¹n, c¸c lo¹i ®¸ ë Trung Quèc kØ Triat, kØ phÊn tr¾ng ë Braxin, thÓ Ecoxen h×nh thμnh ë B¾c MÜ lμ c¸c lo¹i ®¸ nguån gèc cña dÇu. Mét øng dông cña viÖc nghiªn cøu hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå ®ã lμ sù hiÓu biÕt vÒ c¸c giai ®o¹n liªn quan trong qu¸ tr×nh l¾ng ®äng trÇm tÝch lμ rÊt h÷u Ých trong viÖc t×m kiÕm dÇu. 10.1.2 Nguån gèc cña hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c trÇm tÝch hå Nguån gèc chÝnh cña hîp chÊt h÷u c¬ tíi trÇm tÝch hå lμ tõ thùc vËt sèng trong m«i tr êng n íc hå vμ c¸c khu vùc l©n cËn. Nguån gèc cña hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå vμ sù biÕn ®æi chóng trong qu¸ tr×nh kÕt hîp cña chóng víi trÇm tÝch hå ® îc miªu t¶ trong h×nh 10.1. GÇn nh tÊt c¶ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ thùc vËt, d íi 10% cã nguån gèc tõ ®éng vËt. Thùc vËt cã thÓ ® îc chia thμnh hai nhãm chÝnh dùa trªn ®Æc ®iÓm ®Þa ho¸ cña chóng. Thùc vËt kh«ng cã m¹ch (thiÕu gç vμ xenluloz¬) ch¼ng h¹n nh t¶o vμ thùc vËt cã m¹ch (cã nh÷ng lo¹i hîp chÊt trªn) ch¼ng h¹n nh c¸c lo¹i c©y cá, c©y bôi vμ c¸c c©y gç lín. Nh÷ng lo¹i thùc vËt nμy sèng trªn ®Êt vμ trªn phÇn n íc n«ng cña hå. Sù ®ãng gãp cña hai nhãm thùc vËt chÞu ¶nh h ëng m¹nh bëi h×nh th¸i hå, ®Þa h×nh l u vùc vμ tØ lÖ gi÷a l îng thùc vËt vμ sè hå trong l u vùc. C¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c trÇm tÝch hå chiÕm chñ yÕu bëi nguån gèc tõ c¸c lo¹i t¶o trong mét sè hå vμ bëi c¸c lo¹i cã nguån gèc tõ ®Êt trong mét sè hå kh¸c. Vi khuÈn vμ c¸c lo¹i vi sinh vËt kh¸c trong n íc vμ trong trÇm tÝch hå còng nh lμ ®Êt trong l u vùc hå tiÕp tôc ho¹t ®éng vμ ph©n r· c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong ®Êt vμ n íc. MÆc dï mét sè vi khuÈn cã kh¶ n¨ng quang hîp hoÆc ho¸ tæng hîp c¸c hîp chÊt h÷u c¬, c¸c m«i tr êng hå nãi chung chøa ®ñ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®Ó vai trß chñ yÕu cña vi sinh vËt lμ sèng dÞ d ìng vμ ph©n huû c¸c vËt chÊt ban ®Çu. Mét ngo¹i lÖ quan träng tån t¹i trong c¸c hå cã sù ph©n tÇng lín n¬i mμ c¸c vi sinh vËt cã thÓ trë thμnh nh÷ng nhμ s¶n xuÊt chÝnh cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ban ®Çu. Vi khuÈn sinh tæng hîp c¸c d¹ng cña hîp chÊt h÷u c¬ trong khi ph¸ vì cÊu tróc tr íc ®ã cña hîp chÊt tõ thùc vËt vμ ®éng vËt trong hå vμ l u vùc cña nã. 438 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 10.1:C¸c nguån hîp chÊt h÷u c¬ tiªu biÓu tíi trÇm tÝch hå vμ sù biÕn ®æi vμ ph©n huû cña chóng trong qu¸ tr×nh trÇm tÝch. Hîp chÊt h÷u c¬ tõ t¶o trong hå vμ tõ thùc vËt trªn l u vùc lμ nguån chÝnh. Hîp chÊt ® îc vËn chuyÓn b»ng ® êng hμng kh«ng cã thÓ tõ ngoμi l u vùc vμ th êng chØ ®ãng gãp mét phÇn nhá. C¸c h¹t tr«i næi tËp chung ë tÇng gi÷a cã ph©n bè nhiÖt kh«ng liªn tôc. Qu¸ tr×nh tr«i næi l¹i vμ vËn chuyÓn xuèng dèc di chuyÓn ® di chuyÓn c¸c h¹t trÇm tÝch tõ vïng n«ng xuèng khu vùc s©u h¬n cña hå. Qu¸ tr×nh sinh vËt tiÒn sö lý hîp chÊt h÷u c¬ x¶y ra trong n íc vμ d íi ®¸y hå, lμm gi¶m tæng l îng vμ thay thÕ c¸c ®ãng gãp cña c¸c thμnh phÇn ban ®Çu b»ng ®ãng gãp cña vi sinh vËt. Cïng víi nh÷ng lo¹i cã nguån gèc trong l u vùc hå giã cßn th êng xuyªn vËn chuyÓn c¸c hîp chÊt kh¸c nhau ch¼ng h¹n nh phÊn hoa cã nguån gèc tõ bªn ngoμi l u vùc hå. Nguån gèc do giã th êng chiÕm mét phÇn nhá trong tæng sè chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch xuèng hå nh ng nã chøa nh÷ng thμnh phÇn kh¸c biÖt h÷u Ých cho viÖc nghiªn cøu cæ khÝ hËu. Mét sè l îng c¸c nguån hîp chÊt h÷u c¬ tíi hå Michigan mét hå lín thiÕu dinh d ìng, n íc ngät ® a ra sù ®ãng gãp t ¬ng ®èi cña c¸c nguån gèc nμy: 90%hîp chÊt h÷u c¬ trong n íc hå lμ cã nguån gèc tõ t¶o t¹o ra, 5% ® îc mang tíi hå bëi s«ng, 5% ® îc mang bëi giã vμ gi¸ng thuû. Nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ nμy lμ ®èi t îng t¸c ®éng cña sù ph©n r· cã chän läc khi chóng ch×m xuèng ®¸y hå, vμ v× vËy chóng hiÕm khi tr¸nh khái nh÷ng t¸c ®éng trong trÇm tÝch hå. 10.1.3 Sù biÕn ®æi cña hîp chÊt h÷u c¬ trong qu¸ tr×nh l¾ng ®äng C¸c qu¸ tr×nh kh¸c nhau t¸c ®éng tíi sù thay ®æi ®Æc ®iÓm cña hîp chÊt h÷u c¬ trong kho¶ng thêi gian t ¬ng ®èi ng¾n tõ lóc b¾t ®Çu l¾ng ch×m ®Õn khi bÞ ch«n vïi xuèng d íi ®¸y hå. Qu¸ tr×nh chñ yÕu lμ qu¸ tr×nh ph©n r· diÔn ra trong thêi gian l¾ng ®äng. C¸c nghiªn cøu l¾ng ®äng trÇm tÝch ë hå Michigan chØ ra r»ng chØ 6% cacbon h÷u c¬ h×nh thμnh tõ qu¸ tr×nh quang hîp cña thùc vËt tõ bÒ mÆt n íc tíi ®é s©u 100 m ë phÝa nam cña hå (B¶ng 10.1). GÇn 85% cacbon bÞ oxi ho¸ tr íc khi rêi tÇng apilimnion, tÇng nhiÖt bªn trªn cña hå (Eadie, 1984). Khi nghiªn cøu ë trung t©m cña phÝa nam hå Michigan ng êi ta thÊy r»ng l îng cacbon h÷u c¬ cμng gi¶m khi cμng xuèng s©u nh minh ho¹ ë 439 http://www.ebook.edu.vn
h×nh 10.2. TrÇm tÝch ®¸y hå chØ chiÕm d íi 10% chÊt h÷u c¬ l¬ löng trong n íc tr íc khi bÞ ch×m l¾ng xuèng hå (Meyer vμ Eadie, 1993). ë nh÷ng hå n«ng h¬n hîp chÊt h÷u c¬ cã thêi gian ch×m l¾ng ng¾n h¬n vμ do vËy bÞ oxi ho¸ còng Ýt h¬n. KÕt qu¶ lμ nh÷ng hå n íc n«ng th× giμu chÊt h÷u c¬ h¬n nh÷ng hå n íc s©u ch¼ng h¹n nh hå Laurentian. B¶ng10.1: íc l îng tæng cacbon h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå Michigan minh ho¹ c êng ®é cña chu tr×nh biÕn ®æi cña hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c hÖ thèng hå. Sè liÖu rót ra tõ c¸c nghiªn cøu trÇm tÝch cña Eadie vμ c¸c ®ång nghiÖp (1984) ë ®é s©u 100 m Tæng (g Ch÷u c¬/m2/n¨m) Thμnh phÇn chu tr×nh cacbon S¶n xuÊt ban ®Çu 139 Oxi ho¸ ë tÇng epilimnion -115 Ch×m xuèng tÇng hypolimnion 24 Ch×m xuèng trÇm tÝch mÆt 8 L¬ löng l¹i vμo tÇng hypolimnion 75 H×nh 10.2:Hμm l îng cacbon h÷u c¬, tØ sè C/N vμ gi¸ trÞ ®ång vÞ cacbon trong thùc vËt phï du, vËt liÖu trÇm tÝch ë n¨m ®é s©u, vμ líp trÇm tÝch trªn mÆt hå Michigan. Hμm l îng cacbon h÷u c¬ gi¶m ®i 10 lÇn, nh ng tØ sè C/N vμ gi¸ trÞ ®ång vÞ kh«ng thay ®æi gi÷a thùc vËt phï du vμ gi¸ trÞ trÇm tÝch (Meyers vμ Eadie 1993). C¸c hîp chÊt h÷u c¬ sau ®ã l¹i chÞu t¸c ®éng oxi ho¸ vμ ph¸ huû ë d íi ®¸y hå. Qu¸ tr×nh lμm l¬ löng chÊt h÷u c¬ ®· bÞ trÇm tÝch cã thÓ rÊt ®¸ng kÓ (ch¼ng h¹n nh 75 g cacbon h÷u c¬/m2/n¨m ë ®é s©u 100 m ë hå Michigan (B¶ng 10. 1) hoÆc gÇn 10 lÇn l îng hîp chÊt h÷u c¬ hμng n¨m tíi ®¸y (Meyer vμ Eadie 440 http://www.ebook.edu.vn
(1993)). Hîp chÊt h÷u c¬ bÞ l¬ löng trë l¹i, bÞ t¸c ®éng bëi ho¹t ®éng cña vi sinh vËt trong n íc. Qu¸ tr×nh nμy th êng diÔn ra m¹nh h¬n trong nh÷ng hå lín, x¸o trén rèi tèt h¬n so víi trong nh÷ng hå nhá. X¸o trén sinh häc cña c¸c trÇm tÝch líp trªn mÆt còng kÐo dμi thêi gian oxi ho¸ vμ thªm vμo ®ã lμ sù ph©n huû do nhu cÇu dinh d ìng cña sinh vËt d íi ®¸y hå. §é s©u cña líp x¸o trén sinh häc trong hå lín ch¼ng h¹n, lμ xÊp xØ 10 cm (Robbins vμ Edginton, 1975). So víi c¸c nghiªn cøu ë trÇm tÝch ®¹i d ¬ng cho thÊy 75% cña hîp chÊt h÷u c¬ xuèng ®¸y bÞ ph¸ huû ë líp x¸o trén sinh häc. Nh÷ng n¬i mμ ®¸y hå trong ®iÒu kiÖn thiÕu oxi theo mïa hoÆc vÜnh viÔn th× líp nμy bÞ thu hÑp l¹i hoÆc kh«ng tån t¹i bëi v× nh÷ng sinh vËt ®¸y cÇn cã oxi hoμ tan cho qu¸ tr×nh h« hÊp. RÊt nhiÒu hå trong vïng «n ®íi h×nh thμnh tÇng nhiÖt trong suèt mïa hÌ khiÕn líp bªn d íi thiÕu oxi vμ hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch nh÷ng hå nμy lín h¬n so víi nh÷ng vïng cã oxi hoμ tan th êng xuyªn. Nh vËy ta cã thÓ biÕt ® îc cã tån t¹i líp x¸o trén sinh häc hay kh«ng dùa vμo trÇm tÝch ®¸y hå. Hîp chÊt h÷u c¬ còng lμ ®èi t îng t¸c ®éng cña c¸c vi sinh vËt yÕm khÝ sau khi bÞ ch«n vïi d íi líp ho¹t ®éng sinh häc. N íc cña hÇu hÕt c¸c hå chøa kh«ng 2 ®ñ sunfat ( SO4 ) hoμ tan ®Ó lμm gi¶m hμm l îng sunfat - mét qu¸ tr×nh quan träng. Thay vμo ®ã vi sinh vËt tiÕp tôc qu¸ tr×nh ph©n huû nÕu hîp chÊt h÷u c¬ bÞ trÇm tÝch chøa ®ñ c¸c ®iÒu kiÖn cho chóng ho¹t ®éng. Jonhson vμ ®ång nghiÖp ®· thÊy cã sù gi¶m hμm l îng cacbon h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå Superior. Hä ®· tÝnh ® îc chu kú b¸n huû cña cacbon h÷u c¬ lμ 100 n¨m (sau 100 n¨m th× hμm l îng cacbon h÷u c¬ cßn mét nöa) ë ®¸y cña hå réng vμ thiÕu dinh d ìng nμy. Nh÷ng d¹ng khã ph¶n øng cña hîp chÊt h÷u c¬ trë nªn chiÕm u thÕ h¬n khi mμ d¹ng dÔ ph¶n øng ®· ® îc sö dông hÕt bëi t¸c ®éng cña c¸c vi sinh vËt vμ bëi sinh vËt ¨n chÊt l¾ng ®äng. C¸c thμnh phÇn cã nguån gèc tõ n íc nh×n chung nh¹y c¶m víi qu¸ tr×nh ph©n huû cña sinh vËt h¬n c¸c thμnh phÇn cña hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc trªn c¹n. C¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå v× vËy cã mét phÇn lín kh«ng ph¶n øng cña hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ trªn c¹n. H¬n n÷a, c¸c chÊt mïn vμ lipit ph¶n øng kÐm h¬n so víi hîp chÊt amin vμ cacbonhy®rat, vμ chiÕm tØ lÖ cμng lín trong hîp chÊt h÷u c¬ khi cμng xuèng s©u h¬n (nghiªn cøu ë hå Otario). Toμn bé phÇn d cña qu¸ tr×nh tiÒn xö lÝ bëi sù tæng hîp cña c¸c vi sinh vËt ® îc thªm vμo trong hçn hîp, mét phÇn bÞ biÕn ®æi hoÆc ph¸ huû. PhÇn cßn l¹i ® îc b¶o tån. KÕt qu¶ cuèi cïng cña nh÷ng qu¸ tr×nh nμy lμ toμn bé c¸c thμnh phÇn cña hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch bÞ kh¸c ®i so víi c¸c chÊt h÷u c¬ ban ®Çu t¹o ra bëi c¸c quÇn thÓ sinh vËt trong vμ xung quanh hå. H¬n n÷a, l îng chÊt h÷u c¬ bÞ ch«n vïi trong líp trÇm tÝch s¸t mÆt còng nhá h¬n so víi l îng chÊt h÷u c¬ ban ®Çu vμo trong hå. 441 http://www.ebook.edu.vn
10.1.4 Sù t ¬ng tù vμ kh¸c nhau cña hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå vμ ®¹i d ¬ng M«i tr êng hå vμ ®¹i d ¬ng cã sù t ¬ng tù nhau ë rÊt nhiÒu bé phËn nh ng vÉn tån t¹i nh÷ng ®iÓm kh¸c biÖt quan träng ¶nh h ëng ®Õn qu¸ tr×nh trÇm l¾ng hîp chÊt h÷u c¬. Sù kh¸c nhau nμy ® îc t¨ng lªn rÊt nhiÒu bëi sù ®èi lËp vÒ kÝch th íc vμ tuæi gi÷a ®¹i d ¬ng vμ hå. L u vùc hå nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi ®¹i d ¬ng, nhËn ® îc trÇm tÝch ®Êt ®¸ tõ mÆt ®Êt nhiÒu h¬n. §iÒu nμy lμm cho tØ lÖ tèc ®é trÇm tÝch cña hå nhanh h¬n v ît tréi so víi ®¹i d ¬ng vμ hîp chÊt h÷u c¬ bÞ ch«n vïi còng nhanh h¬n. C¸c chÊt dinh d ìng nhËn ® îc tõ mÆt ®Êt xuèng hå lμm t¨ng qu¸ tr×nh s¶n xuÊt trong n íc cña hîp chÊt h÷u c¬. Sinh vËt ®¸y trong hå kh«ng ®a d¹ng nh trong ®¹i d ¬ng vμ ®é s©u ho¹t ®éng cña chóng còng nhá h¬n. Thêi gian tr«i næi cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong hå còng nhá h¬n trong ®¹i d ¬ng. TÊt c¶ c¸c nh©n tè trªn lμm t¨ng kh¶ n¨ng b¶o tån hîp chÊt h÷u c¬ khái qu¸ tr×nh oxi ho¸. Sù x¸o trén rÊt m¹nh mÏ chÊt ch×m l¾ng trong ®¸y hå lμm l¬ löng l¹i c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ng îc l¹i l¹i lμm cho c¸c hîp chÊt h÷u c¬ l¹i oxi ho¸ trë l¹i. X¸o trén rèi lμ qu¸ tr×nh rÊt quan träng thËm chÝ ngay c¶ ë nh÷ng hå cã ®é s©u tíi 100 m. Sù kh¸c nhau vÒ tÝnh chÊt ho¸ häc gi÷a hå vμ ®¹i d ¬ng còng ¶nh h ëng ®Õn hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch. N íc biÓn hiÕm khi thiÕu hoÆc kh«ng cã oxi hoμ tan trong khi ®ã hÇu hÕt c¸c hå (®Æc biÖt lμ vïng «n ®íi vμ hμn ®íi) ®Òu thiÕu oxi hoμ tan trong suèt thêi kú ph©n tÇng nhiÖt. Sù thiÕu oxi hoμ tan ¶nh h ëng tíi tèc ®é vμ lo¹i hîp chÊt h÷u c¬ ph©n huû. Mét sù kh¸c nhau n÷a lμ 2 ion sunphat ( so4 ) lμ ion chñ yÕu cã trong n íc biÓn nh ng kh«ng cã hoÆc cã rÊt Ýt trong hÇu hÕt c¸c hå. D íi ho¹t ®éng cña vi trïng, vi khuÈn ion sunfat kÕt hîp víi c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong suèt thêi k× ®Çu h×nh thμnh trÇm tÝch. Sù kh¸c nhau vÒ tuæi gi÷a ®¹i d ¬ng vμ hå ¶nh h ëng ®Õn nh÷ng ®Æc ®iÓm cña hîp chÊt h÷u c¬. §¹i d ¬ng cã tuæi tÝnh b»ng hμng triÖu n¨m trong khi rÊt Ýt hå cã tuæi trªn 10000 n¨m. C¸c qu¸ tr×nh h×nh thμnh ®¸ chËm ch¹p rÊt quan träng ®èi víi ®¹i d ¬ng cã thÓ kh«ng xuÊt hiÖn trong c¸c trÇm tÝch hå. Do nh÷ng kh¸c nhau nμy trÇm tÝch hå nh×n chung chøa nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ h¬n trÇm tÝch d íi ®¸y ®¹i d ¬ng. TØ lÖ cacbon h÷u c¬ trÇm tÝch th êng chiÕm kho¶ng 7% trong khi ®ã tØ lÖ nμy trong trÇm tÝch ®¹i d ¬ng kho¶ng vμi phÇn ngh×n. H¬n n÷a, hîp chÊt h÷u c¬ cña trÇm tÝch hå th êng cã nguån gèc tõ trªn c¹n h¬n lμ trÇm tÝch ®¹i d ¬ng. TrÇm tÝch ven biÓn c¸c ®¹i d ¬ng kh«ng gièng nh d íi vïng biÓn s©u cã sù t ¬ng tù rÊt lín víi trÇm tÝch hå. Chóng tÝch tô l¹i ë nh÷ng vïng n íc n«ng th êng nhËn mét l îng lín chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc lôc ®Þa ® îc l¾ng ®äng t ¬ng ®èi nhanh vμ cã tuæi ®Þa chÊt t ¬ng ®èi trÎ. Mét sè l u vùc ven biÓn tõng lμ hå n íc ngät tr íc khi bÞ ngËp n íc biÓn do qu¸ tr×nh biÓn lÊn mùc n íc biÓn t¨ng lªn. Nghiªn cøu vÒ trÇm tÝch ven biÓn vμ c¸c vËt liÖu trÇm tÝch ven biÓn cung cÊp nh÷ng mèi quan hÖ quan träng vÒ viÖc x¸c ®Þnh nguån gèc vμ sù 442 http://www.ebook.edu.vn
biÕn ®æi cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬. KÕt qu¶ cña nh÷ng nghiªn cøu nμy ® îc øng dông ®Ó ®iÒu tra tÝnh chÊt ®Þa ho¸ häc cña hå. 10.1.5 Tuæi cña c¸c mÉu trÇm tÝch hå TrÇm tÝch hå nh×n chung tÝch tô nhanh h¬n trÇm tÝch ®¹i d ¬ng do vËy tuæi cña c¸c trÇm tÝch hå ®Æc biÖt phï hîp khi x¸c ®Þnh tuæi trÇm tÝch tõ sù ph©n r· cña c¸c ®ång vÞ phãng x¹ cã chu k× b¸n r· ng¾n. Hai ®ång vÞ phãng x¹ th«ng th êng nhÊt phôc vô cho môc ®Ých nμy lμ 210 Pb (chu k× b¸n r· lμ 22n¨m) vμ 14 C (chu k× lμ 5730n¨m). C¸c thêi gian liªn quan víi c¸c qu¸ tr×nh trÇm tÝch rÊt ng¾n ch¼ng h¹n theo mïa th êng x¸c ®Þnh bëi 7 Be ( chu k× b¸n r· 53 ngμy). Tuæi cacbon phãng x¹ cña trÇm tÝch th êng x¸c ®Þnh tõ thμnh phÇn cacbon h÷u c¬. Hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå th êng chøa c¸c m¶nh vôn cacbon h÷u c¬ trong ®ã tuæi cña ®ång vÞ 14 C th êng lín h¬n 1000-2000n¨m so víi tuæi cña trÇm tÝch hå.X¸c ®Þnh tuæi cña c¸c trÇm tÝch th êng gÆp khã kh¨n bëi v× sè l îng c¸c m¶nh cacbon kh«ng ph¶i lμ kh«ng ®æi theo thêi gian. V× lÝ do ®ã ng êi ta th êng x¸c ®Þnh tuæi cña c¸c bon phãng x¹ tõ c¸c m¶nh cacbon kh«ng bÞ t¸c ®éng cña hîp chÊt h÷u c¬ hoÆc tõ vá ®¸ v«i cña c¸c sinh vËt hå nh ng nh÷ng vËt liÖu nμy kh«ng ph¶i lóc nμo còng cã s½n. Tuæi cña c¸c trÇm tÝch hå cã thÓ ® îc xÊp xØ tõ c¸c sù kiÖn lÞch sö cã liªn quan ®Õn trÇm tÝch. Ng êi ta tËp chung vμo nh÷ng cùc ®¹i xuÊt hiÖn cña c¸c nuclÝt phãng x¹ chu k× b¸n r· lín ch¼ng h¹n nh 137 Ci . §ång vÞ nμy ® îc sö dông lμm bom nguyªn tö vμ c¸c ph¶n øng h¹t nh©n. Nuclit nμy xuÊt hiÖn trong c¸c sè liÖu vÒ trÇm tÝch vμo n¨m 1945 vμ ®¹t cùc ®¹i vμo c¸c n¨m do t¸c ®éng cña c¸c vô thö h¹t nh©n vμ ®¹t cùc ®¹i mét lÇn n÷a vμo n¨m 1986 sau tai n¹n ë h¹t nh©n ë nhμ m¸y h¹t nh©n Chernobyl ;Wieland(1993). ViÖc chÆt ph¸ rõng th êng g¾n liÒn víi viÖc thay ®æi c©y trång vμ c¸c lo¹i thô phÊn ph©n ph¸t phÊn hoa tíi c¸c trÇm tÝch hå. Ch¼ng h¹n, c¸c c©y thô phÊn nhê ong ph¸t triÓn ë B¾c Mü, khi ng êi ch©u ¢u ®Þnh c vμ tiÕn vÒ phÝa t©y trong nh÷ng n¨m 1800 vμ chÆt ph¸ c©y phôc vô cho môc ®Ých n«ng nghiÖp cña m×nh ®· ®Èy nh÷ng c©y nμy vÒ phÝa t©y. LÞch sö cña trÇm tÝch hå trong khu vùc cã thÓ ® îc liªn hÖ víi sù di chuyÓn nμy. Mét sè hå chøa nham th¹ch cña nói löa cã thÓ ® îc x¸c ®Þnh tõ thêi ®iÓm ho¹t ®éng cña nói löa. Nh÷ng sù kiÖn trªn chØ gióp lμm v÷ng thªm c¸c kÕt luËn ® îc x¸c ®Þnh tõ c¸c tμi liÖu ph©n r·, phãng x¹ h¬n lμ mét ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tuæi trÇm tÝch mét c¸ch ®éc lËp. 10.2 DÊu hiÖu cña nguån gèc vμ sù biÕn ®æi cña hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c trÇm tÝch hå Sù tÝch tô cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ xuèng ®¸y hå ph¶n ¸nh c¶ vÒ lo¹i vμ sè l îng cña c¸c vËt liÖu ban ®Çu vμ sù biÕn ®æi, ph©n huû cña c¸c vËt liÖu nμy. C¸c hÖ thèng hå kh¸c nhau, nguån gèc vμ qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ còng kh¸c nhau tuú theo tõng khu vùc vμ thêi ®iÓm. MÆc dï vËy c¸c nghiªn cøu ë c¸c sè liÖu cña tõng hå riªng biÖt lμ rÊt cÇn thiÕt, nghiªn cøu ë c¸c hå kh¸c nhau ®· gióp ng êi ta cã c¸ch nh×n tæng hîp vÒ c¸c nh©n tè ¶nh 443 http://www.ebook.edu.vn
h ëng ®Õn thμnh phÇn hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå. 10.2.1 Th«ng tin nguån ® îc gi÷ trong tØ lÖ C/N cña c¸c trÇm tÝch hå B¶ng 10.2:TØ lÖ C/N cña c¸c lo¹i c©y kh¸c nhau ®ãng gãp hîp chÊt h÷u c¬ cho trÇm tÝch hå vμ trong trÇm tÝch c¸c hå kh¸c nhau: MÉu C/N Tham kh¶o C©y trªn ®Êt Gç såi tr¾ng, hiÖn ®¹i 276 Hedges (1985) Gç såi tr¾ng, 25 ky tuæi 111 Hedges (1985) Gç tæng qu¸n sñi ®á, hiÖn ®¹i 264 Hedges (1985) Gç tæng qu¸n sñi ®á, 2.5 ky tuæi 106 Hedges (1985) Gç c©y v©n sam, hiÖn ®¹i 506 Hedges (1985) Gç c©y v©n sam, 2.5 ky tuæi 541 Hedges (1985) Gç c©y v©n sam tr¾ng, hiÖn ®¹i 190 Mayers (1990) Gç c©y v©n sam tr¾ng,10 ky tuæi 218 Mayers (1990) L¸ c©y liÔu hiÖn ®¹i 38 Mayers (1990) L¸ c©y d ¬ng hiÖn ®¹i 22 Mayers (1990) Sîi c©y th«ng l¸ kim, hiÖn ®¹i 42 Mayers (1990) C©y v©n sam l¸ kim, hiÖn ®¹i 43 Mayers (1990) C©y v©n sam l¸ kim, 10 ky 46 Mayers (1990) Thùc vËt hå Thùc vËt phï du hå Piramid 6 Mayers (1990) Thùc vËt phï du hå Michigan 7 Mayers (1990) Thùc vËt phï du hå Wakeham 8 Mayers (1990) 9 Bourbonniere (1979) T¶o c¸t Astertonella formosa 7 Bourbonniere (1979) T¶o xanh Chlamydamonas sp Thùc vËt phï du hçn hîp hå Biwa 6-7 Nakai vμ Koyama (1991) C¸c mÉu trÇm tÝch hå TrÇm tÝch mÆt, hå Biwa 6 Meyers vμ Horie (1993) TrÇm tÝch mÆt håMichigan 8 Meyers (1984) TrÇm tÝch bÞ l¬ löng l¹i hå Michigan 8 Meyers (1984) TrÇm tÝch mÆt hå Walker 8 Meyers (1984) TrÇm tÝch mÆt hå Pyramit 9 Meyers (1984) TrÇm tÝch hå Baikal 11 Qiu (1993) TrÇm tÝch mÆt Coburn Pond 12 Ho vμ Meyers (1994) TrÇm tÝch mÆt hå Mangrove 13 Hatcher (1982) TrÇm tÝch mÆt hå Bosumtwi 14 Tabot vμ Joannssen (1992) C¸c chÊt h÷u c¬ ban ®Çu cã nguån gèc tõ n íc ph©n biÖt víi c¸c chÊt cã nguån gèc tõ ®Êt (lôc ®Þa) dùa vμo tØ lÖ C/N cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c trÇm tÝch. Sù xuÊt hiÖn hay biÕn mÊt cña xenluloz¬ trong chÊt h÷u c¬ ban ®Çu sÏ ¶nh h ëng ®Õn tØ lÖ C/N. B¶ng 10.2 ® a ra mét vμi vÝ dô gi¸ trÞ C/N cña mét sè lo¹i c©y ®¹i diÖn ®ãng gãp hîp chÊt h÷u c¬ cho trÇm tÝch hå vμ cung cÊp tØ sè C/N cña trÇm tÝch hå. 444 http://www.ebook.edu.vn
C¸c lo¹i c©y kh«ng m¹ch trong n íc cã tØ lÖ C/N thÊp th êng trong kho¶ng tõ 4 ®Õn 10 trong khi thùc vËt cã m¹ch trªn c¹n tØ lÖ nμy lμ 20 hoÆc lín h¬n. C¸c hå nhËn ® îc c¸c hîp chÊt h÷u c¬ tõ thùc vËt cã m¹ch trªn c¹n t ¬ng ®èi nhá so víi nhËn ® îc hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc d íi n íc ch¼ng h¹n nh hå Walker vμ Michigan, cho thÊy tØ sè C/N nhá so víi c¸c hå nhËn ® îc mét l îng lín c¸c chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc trªn c¹n nh hå Mangrore vμ hå Bosumtwi (B¶ng 10.2). TØ sè C/N lμ 13-14 ®èi víi c¸c trÇm tÝch trªn mÆt cña hai hå trªn víi sù ®ãng gãp cña c¶ c©y cã m¹ch vμ kh«ng cã m¹ch ® îc (lμ nguån hçn hîp nguån ®ãng gãp ban ®Çu cho hÇu hÕt c¸c hå ). Sù ph©n huû cã chän läc cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh biÕn ®æi cã thÓ thay ®æi c¸c thμnh phÇn vμ sau ®ã lμ tØ sè C/N cña hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå. TØ sè C/N cña nh÷ng lo¹i gç míi lu«n cao h¬n c¸c lo¹i gç ®· bÞ ch«n vïi trong trÇm tÝch (B¶ng 10.2). Sù thay ®æi t ¬ng tù, mÆc dï khã nhËn biÕt h¬n nhiÒu còng thÊy ë c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch. Hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch hå Michigan tr íc khi ch×m l¾ng tØ sè C/N b»ng 9 trong khi ®ã chÊt h÷u c¬ ®· l¾ng ®äng bÞ l¬ löng l¹i tØ sè nμy lμ 8. Ng êi ta còng ®· quan s¸t thÊy diÔn biÕn t ¬ng tù trong ®Êt (Sollins, 1984), n¬i liªn quan tíi sù b¶o tån hîp chÊt chøa nit¬ cña sinh vËt ®ång thêi gi¶m c¸c thμnh phÇn chøa cacbon. Tuy nhiªn, nh÷ng thay ®æi x¶y trong thμnh phÇn hîp chÊt h÷u c¬ lμ kh«ng ®ñ lín ®Ó xo¸ bá kh¸c biÖt gi÷a nguån gèc tõ c©y cã m¹ch tõ ®Êt vμ d íi n íc. So s¸nh víi tØ sè C/N cña sinh vËt phï du, thμnh phÇn trÇm tÝch trªn mÆt hå Michigan cho thÊy nh÷ng tham sè nμy vÉn b¶o tån nh ban ®Çu mÆc dï cã sù gi¶m ®¸ng kÓ tæng l îng c¸c chÊt h÷u c¬ trong qu¸ tr×nh ch×m l¾ng (H×nh 10.2). MÆc dï hμm l îng cacbon h÷u c¬ gi¶m râ rÖt khi so s¸nh sinh vËt phï du vμ sinh vËt ®¸y nh ng kh¸c nhau lμ rÊt nhá gi÷a chØ sè C/N ban ®Çu vμ cuèi cïng. Tuy nhiªn, nh÷ng biÕn ®æi trong thμnh phÇn c¸c chÊt h÷u c¬ phï hîp víi nh÷ng biÕn ®æi quan s¸t ® îc ë thμnh phÇn sinh vËt ®ã lμ sù xuÊt hiÖn c¸c lo¹i t¶o ë tÇng trªn cña hå vμ sù biÕn mÊt cña lo¹i thùc vËt nμy ë phÇn d íi cña nã (Meyer vμ Eadie, 1993). Nh÷ng thay ®æi nμy d êng nh ph¶n ¸nh qu¸ tr×nh h×nh thμnh trÇm tÝch ë c¸c ®é s©u kh¸c nhau. 10.2.2 Nguån th«ng tin tõ thμnh phÇn ®ång vÞ cña cacbon HÇu hÕt c¸c c©y quang hîp kÕt hîp cacbon vμo trong hîp chÊt h÷u c¬ sö dông con ® êng C3 Calvin, trong ®ã u tiªn kÕt hîp ®ång vÞ 12C vμo hîp chÊt h÷u c¬, t¹o ra chuyÓn ®æi xÊp xØ -200/00 tõ hμm l îng ®ång vÞ cacbon ë nguån cacbon v« c¬. Mét sè c©y sö dông ® êng C4 Hatch-Slack, vμ mét sè kh¸c, hÇu nh tÊt c¶ c¸c c©y mäng n íc, sö dông ® êng biÕn ®æi axit cña hä thuèc báng (CAM). Gi¸ trÞ chuyÓn ®æi theo ® êng C4 lμ tõ -8 ®Õn -120/00 gi¸ trÞ nμy theo ® êng CAM cã thÓ biÕn ®æi tõ -10 ®Õn -200/00. Hîp chÊt h÷u c¬ t¹o ra tõ khÝ CO2 bëi c©y sö dông ® êng C3 cã gi¸ trÞ trung b×nh cña ®ång vÞ 13C (PDB) xÊp xØ -280/00 vμ bëi c©y sö dông ® êng C4, gi¸ trÞ nμy xÊp xØ -140/00 (O’Leary, 1988). C¸c hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ hå th êng ph©n biÖt vÒ thμnh phÇn ®ång vÞ víi c¸c c©y 445 http://www.ebook.edu.vn
C3 ë l u vùc xung quanh (B¶ng 10.3). DiÔn biÕn t ¬ng tù trong thμnh phÇn ®ång vÞ cacbon cña hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ hå vμ tõ ®Êt tr¸i ng îc víi trong ®¹i d ¬ng, n¬i mμ chØ tån t¹i sù kh¸c nhau 70/00 gi÷a c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ t¶o vμ tõ lôc ®Þa ( Jasper vμ Gagosian, 1989; Meyers, 1994). §iÒu tr¸i ng îc nμy lμ do kh¸c nhau ë d¹ng d thõa vμ chiÕm u thÕ cña cacbon hoμ tan trong hai hÖ thèng HCO 3 trong n íc biÓn vμ CO2 trong n íc ngät. B¶ng 10.3:Gi¸ trÞ ®ång vÞ cacbon cña c¸c lo¹i thùc vËt kh¸c nhau ®ãng gãp hîp chÊt h÷u c¬ cho trÇm tÝch hå vμ trong trÇm tÝch c¸c hå kh¸c nhau 13 C (0/00 ) MÉu Tham kh¶o C©y trªn ®Êt C3 Nakal vμ Koyama(1991) -25 ®Õn –3 Meyers (1990) L u vùc hå Biwa L¸ c©y liÔu -26.7 Meyers (1990) L¸ c©y d ¬ng -25 Meyers (1990) L¸ c©y d ¬ng l¸ rung -25.8 Meyers (1990) Gç c©y d ¬ng -27.9 Meyers (1990) Gç c©y b¸ch xï -22.5 Meyers (1990) Gç c©y th«ng l¸ kim -24.8 Meyers (1990) Sîi c©y v©n sam tr¾ng -25.1 Meyers (1994) Gç c©y v©n sam tr¾ng -23.1 Meyers, kh«ng xuÊt b¶n Vá c©y v©n sam -23.5 Meyers, kh«ng xuÊt b¶n Thùc vËt hå Hçn hîp sinh vËt phï du hå Biwa -25 ®Õn –28 Nakal vμ Koyama(1991) Hçn hîp sinh vËt phï du hå Walker -28.8 Meyers (1990) Hçn hîp sinh vËt phï du hå Pyramid -28.3 Meyers (1994) Hçn hîp sinh vËt phï du hå Michigan -26.8 Meyers (1994) TrÇm tÝch hå TrÇm tÝch mÆt hå Biwa -25.3 Meyers vμ Horie (1993) TrÇm tÝch mÆt hå Walker -24.2 Meyers (1990) TrÇm tÝch mÆt hå Pyramid -26.9 Meyers, kh«ng xuÊt b¶n TrÇm tÝch mÆt Coburn Pond -28.4 Ho vμ Meyers (1994) TrÇm tÝch mÆt hå Bosumtwi -26.4 Talbot vμ Johannessen(1992) TrÇm tÝch mÆt hå Michigan -26.3 Rea vμ ®ång nghiÖp (1980) TrÇm tÝch l¾ng ®äng hå Michigan -27.5 Meyers vμ Eadie (1993) TrÇm tÝch mÆt hå Baikal -29.9 Qiu vμ ®ång nghiÖp (1993) Sù tån t¹i cña mét vμi dÊu vÕt cña qu¸ tr×nh quang hîp cacbon h÷u c¬ d êng nh ®· t¹o c¬ héi t×m ra dÊu vÕt vÒ nguån gèc cña hîp chÊt h÷u c¬ trong l íi thøc ¨n hå vμ trÇm tÝch hå. Tuy nhiªn, trong hîp chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch cña hÇu hÕt c¸c hå nguån gèc ban ®Çu trong thμnh phÇn c¸c ®ång vÞ cacbon bÞ biÕn mÊt. Ch¼ng h¹n, c¸c chÊt tham gia quang hîp trong hå Fayetteville Green cã gi¸ trÞ 13C biÕn ®æi tõ -15 tíi -410/00. MÆc dï kho¶ng biÕn ®æi cña nguån thøc ¨n kh¸ réng, hÇu hÕt c¸c sinh vËt sèng trong hå cã gi¸ trÞ 13C trong kho¶ng tõ -25 446 http://www.ebook.edu.vn
tíi -300/00 vμ trÇm tÝch ®¸y cã gi¸ trÞ nμylμ -280/00 (Fry, 1986) rÊt gÇn víi c¸c gi¸ trÞ liÖt kª trong b¶ng 10.3 c¸c hå kh¸c. Ho¹t ®éng vi sinh vËt trong thêi kú ®Çu cña h×nh thμnh trÇm tÝch cã thÓ thay ®æi thμnh phÇn c¸c ®ång vÞ cacbon. Hîp chÊt h÷u c¬ lμ hçn hîp cña rÊt nhiÒu chÊt kh¸c nhau do vËy nã cã thμnh phÇn c¸c ®ång vÞ cacbon kh¸c so víi cacbon v« c¬. C¸c axit amin cña sinh vËt phï du, ch¼ng h¹n, hμm l îng 13C chØ cã trung b×nh -170/00 trong khi lipit cã hμm l îng nμy lμ -28 0/00 (Degens, 1969). Tæn thÊt cã chän läc cña c¸c chÊt dÔ ph¶n øng h¬n cã thÓ t¹o ra sù thay ®æi thμnh phÇn ®ång vÞ trong trÇm tÝch kh¸c rÊt nhiÒu so víi nguån gèc ban ®Çu. C¸c ph©n tÝch trong phßng thÝ nghiÖm cña cá trong ®Çm lÇy C4.Spartina alterniflora, t¹o ra qu¸ tr×nh tæn thÊt cña c¸c vËt liÖu chøa ®ång vÞ cacbon nÆng lμm cho hμm l îng 13C chØ cßn -13 ®Õn -170/00 (Benner,1987). Mét thay ®æi t ¬ng tù nh ng nhá h¬n còng x¶y ra víi ®ång vÞ cacbon ®· ® îc t×m thÊy trong c¸c hîp chÊt h÷u c¬ giμu cacbon trong bïn trÇm tÝch d íi hå Mangrove, mét hÖ thèng hå n íc biÓn chiÕm u thÕ ë Bermuda (Hatcher,1982). So s¸nh hμm l îng cña 13C trong hîp chÊt h÷u c¬ vμ trong chÊt mïn cho thÊy cã sù héi tô khi xuèng s©u cña hμm l îng ®ång vÞ nμy (h×nh 10.3). Sù thay ®æi nμy lu«n chÞu t¸c ®éng mét phÇn cña tæn thÊt cã chän läc cña hμm l îng ®ång vÞ cacbon nÆng (Spiker vμ Hatcher, 1984) nh ng ®ång thêi cßn do nguån gèc cña c¸c chÊt h÷u c¬ tõ ®Êt vμ tõ ®¹i d ¬ng. Sù thay ®æi do tæn thÊt cã chän ®ång vÞ cacbon nÆng chØ vμo kho¶ng -2 0/00 trong vμi ngh×n n¨m tuæi cña trÇm tÝch nμy. Sù thay ®æi trong hμm l îng 13C tõ -26 0/00 trong líp than bïi ®Õn -180/00 ë líp trÇm tÝch s¸t mÆt râ rμng ph¶n ¸nh sù thay ®æi trong thùc vËt cã nguån gèc tõ ®Êt so víi t¶o cã nguån gèc ®¹i d ¬ng trong hå Magrove. Sù chiÕm u thÕ cña c©y cã nguån gèc tõ ®Êt ®ång thêi còng phï hîp víi tØ sè C/N b»ng 46 trong líp than bïn (H×nh 10.3). So s¸nh hμm l îng ®ång vÞ 13C trong sinh vËt phï du trong trÇm tÝch ë hå Michigan cho thÊy r»ng sù thay ®æi trong thμnh phÇn ®ång vÞ g¾n liÒn sù gi¶m tæng l îng chÊt h÷ c¬ trong qu¸ tr×nh ch×m l¾ng (h×nh 10.2). Hμm l îng ®ång vÞ 13C ban ®Çu vμ cuèi cïng bÞ gi¶m gi÷ xÊp xØ -26 0/00 ®Õn -27 0/00 nh ng hμm l îng bÞ gi¶m -290/00 ë líp trªn mÆt lμ bÊt th êng. Thay ®æi nμy trong thμnh phÇn ®ång vÞ cacbon cña hîp chÊt h÷u c¬ phï hîp víi qu¸ tr×nh tæn thÊt chän läc cña thμnh phÇn cã nguån gèc tõ t¶o ë líp trªn mÆt (Meyers vμ Eadie, 1993). Sù thay ®æi thμnh phÇn c¸c ®ång vÞ lu«n ph¶n ¸nh qu¸ tr×nh tæn thÊt trong trÇm tÝch cña hîp chÊt h÷u c¬ lo¹i t¶o vμ sù tån t¹i sau cïng cña c¸c hîp chÊt bÒn h¬n. BiÕn ®æi cña hμm l îng ®ång vÞ 13C theo ®é s©u sÏ biÕn mÊt trong trÇm tÝch hå nÕu kh«ng cã sù chiÕm u thÕ cña t¶o. Trung t©m hå Michigan ch¼ng h¹n hμm l îng 13C lμ -260/00 tõ trÇm tÝch hiÖn ®¹i cho ®Õn trÇm tÝch 3500 n¨m tuæi trong khi hμm l îng cña cacbon h÷u c¬ biÕn ®æi tõ 1% ®Õn 3%. T ¬ng tù,Jasper vμ Gagosian (1989) ®· thÊy r»ng hμm l îng 13C mét vïng trÇm tÝch 100 Ky thuéc l u vùc hå Pygmy ven bê Louisian cña Mexico dao ®éng trong kho¶ng -22.5 ®Õn 447 http://www.ebook.edu.vn
-26.50/00.Sù dao ®éng ®ã lμ do nguån ®Çu vμo cña trÇm tÝch hå tõ lôc ®Þa vμ tõ biÓn. Sù biÕn ®æi cña hμm l îng ®ång vÞ trong trÇm tÝch rÊt quan träng khi trÇm tÝch ® îc h×nh thμnh cã hμm l îng hîp chÊt h÷u c¬ cacbon tõ nhá ®Õn trung b×nh. H×nh 10.3:Hμm l îng cacbon h÷u c¬, tØ sè C/N vμ gi¸ trÞ ®ång vÞ cacbon ë c¸c ®é s©u kh¸c nhau trong lç khoan trÇm tÝch hå Mangrove, Bermuda. Gi¸ trÞ ®ång vÞ 13C t ¬ng øng víi chØ tiªu PDB. TØ sè C/N ph¶n ¸nh sù chiÕm u thÕ cña hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ t¶o trong líp bïn thèi vμ tõ thùc vËt cã m¹ch trong líp than bïn. Sù héi tô cña tæng gi¸ trÞ 13C humin theo ®é s©u ®¹i diÖn cho tæn thÊt cã chän läc cña cacbon kh«ng humin víi tuæi trÇm tÝch nhá h¬n 4 Ky.Sè liÖu thu ® îc tõ Hatcher vμ ®ång nghiÖp (1992, 1993) NÕu kh¶ n¨ng ¶nh h ëng cña sù biÕn ®æi bÞ lo¹i bá th× sù biÕn ®æi cña 13C ë c¸c thêi gian kh¸c nhau cã thÓ cung cÊp c¸c th«ng tin vÒ lÞch sö m«i tr êng. LÞch sö cña sù n©ng lªn cña hå Ornatio ® îc ghi nhËn bëi sù thay ®æi hμm l îng ®ång vÞ 13C tõ -270/00 trong c¸c trÇm tÝch l¾ng ®äng gi÷a nh÷ng n¨m 1800 ®Õn - 250/00 vμo nh÷ng n¨m 1970 - 1980 (Schelske vμ Hodell, 1991). C¸c thêi kú kh« h¹n cña hå Walker, Navada ®· t¹o ra c¸c thay ®æi hoμn toμn cña hμm l îng ®ång vÞ trong hå n íc mÆn nμy (Benson, 1991). T ¬ng tù nh vËy Tabol vμ Johannesen (1992) ®· ghi l¹i nh÷ng thay ®æi cña ®ång vÞ 13C h÷u c¬ sang hμm l îng lín h¬n trong trÇm tÝch hå Bosumtwi, Ghana, l¾ng ®äng d íi ®iÒu kiÖn kh« h¹n cña trong thêi kú gÇn cuèi b¨ng hμ cùc ®¹i c¸ch ®©y 25- 10 Kya. Hîp chÊt h÷u c¬ ® îc tæng hîp c¸c sinh vËt d íi n íc ghi l¹i thêi gian n íc cña hai hå Walker vμ Bosumtwi bÞ c« ®äng l¹i vμ sau ®ã mÆn h¬n. Mét minh ho¹ kü h¬n vÒ sù ph¶n ¸nh cæ hå th«ng qua gi¸ trÞ ®ång vÞ 13C ® îc cung cÊp bëi Ras (1978). «ng ®· chØ ra r»ng phÇn gi÷a chu tr×nh më réng cña hîp chÊt h÷u c¬ trong n íc cã thÓ t¹o ra hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ t¶o víi gi¸ trÞ ®ång vÞ cacbon thÊp. 448 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 10.4:Hμm l îng cacbon h÷u c¬, tØ sè C/N vμ gi¸ trÞ ®ång vÞ cacbon cña trÇm tÝch hå Baikal, Siberia. Sù gi¶m trong tØ sè C/N vμ gi¸ trÞ ®ång vÞ 13C ë líp chuyÓn tiÕp bïn/bïn cã chøa t¶o c¸t cho thÊy ®ãng gãp cña hîp chÊt h÷u c¬ hå cã nguån gèc tõ t¶o gi¶m b¾t ®Çu tõ c¸ch ®©y 6800 ybp LÞch sö 9000 n¨m cña hå Baikan ë vïng ®«ng nam Sibªria ® îc cung cÊp bëi thμnh phÇn cacbon h÷u c¬ trong mét lç khoan trÇm tÝch phÝa b¾c l u vùc (Qiu,1993). Suèt trong kho¶ng thêi gian nμy c¸c nói b¨ng dêi ®i vμ c¸c khu rõng hiÖn ®¹i tiÕn ®Õn thay thÕ. TØ sè C/N trong líp trÇm tÝch bïn, ®Êt sÐt mμu xanh biÕn ®æi trong kho¶ng tõ 15 ®Õn 50 tõ c¸ch ®©y 6800 n¨m trë vÒ tr íc vμ dÊu hiÖu cña sù ®ãng gãp chÝnh cña c©y cã m¹ch trªn c¹n (H×nh 10.4). TØ sè nμy thay ®æi rÊt Ýt xung quanh gi¸ trÞ 15 ë líp trÇm tÝch bªn trªn tÝch tô tõ 6800 n¨m trë l¹i ®©y. Sù thay ®æi cña lo¹i trÇm tÝch tõ lo¹i chiÕm u thÕ bëi thùc vËt do b¨ng tan ch¶y xuèng hå ®Õn lo¹i ®· cã sù xuÊt hiÖn cña t¶o cho thÊy r»ng ho¹t ®éng s¶n xuÊt d íi hå b¾t ®Çu t¨ng tõ c¸ch ®©y xÊp xØ 6800 n¨m. KÕt luËn trªn l¹i ® îc cñng cè khi cã sù gia t¨ng cña hμm l îng cacbon h÷u c¬ trong trÇm tÝch (H×nh 10.4). Sù gi¶m cña chØ sè C/N trong giai ®o¹n tõ 6800 n¨m trë l¹i ®©y cho thÊy chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ t¶o ®· chiÕm tØ lÖ lín h¬n trong tæng l îng c¸c chÊt h÷u c¬ trong hå. Hμm l îng ®ång vÞ cacbon h÷u c¬ thay ®æi tõ xÊp xØ -23 0/00 trong líp trÇm tÝch phÝa d íi líp c¸ch ®©y 6800 n¨m (líp h×nh thμnh tõ 6800 n¨m tr íc ®©y trë vÒ tr íc) tíi xÊp xØ -28 0/00 trong líp h×nh thμnh tõ 6800 n¨m trë l¹i ®©y. Ho¹t ®éng s¶n xuÊt chÊt h÷u c¬ trong hå t¨ng kÕt hîp víi sù xuÊt hiÖn c¸c khu rõng vμ chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ nh÷ng lo¹i thùc vËt nμy cã lÏ ®· tÝch tô trong trÇm tÝch hå tõ kho¶ng thêi gian nμy. Thay ®æi trong thμnh phÇn ®ång vÞ cã thÓ cho thÊy sù thay ®æi lo¹i thùc vËt trªn l u vùc tõ c¸c lo¹i cá l·nh 449 http://www.ebook.edu.vn
nguyªn C4 ( ë nh÷ng vïng bÞ ®ãng b¨ng th êng xuyªn) tíi c©y th©n gç C3 (Qiu, 1993). Thay ®æi lo¹i thùc vËt lμ mét vÝ dô cho tr êng hîp cã thÓ cho phÐp ph©n biÖt thμnh phÇn ®ång vÞ cña hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc trªn c¹n víi chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc d íi hå. 10.2.3 Nguån th«ng tin tõ c¸c ®ång vÞ bÒn cña Nit¬ C¸c th«ng tin lÞch sö hå quan träng vÒ nguån gèc vμ sù h×nh thμnh hîp chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch cã thÓ ®¹t ® îc tõ thμnh phÇn ®ång vÞ nit¬, mÆc dï ®ång vÞ 15 N ch a ® îc nghiªn cøu réng r·i. Hîp chÊt v« c¬ chøa nit¬ cã s½n trong c©y trªn c¹n vμ d íi thÊp kh¸c nhau vÒ thμnh phÇn c¸c ®ång vÞ Ion nit¬rat ( NO 3 ) chøa ®Õn 100/00 ®ång vÞ 15N trong khi ph©n tö nit¬ khÝ gÇn nh kh«ng chøa lo¹i ®ång vÞ nμy (Peter, 1987). Sù kh¸c nhau nμy ® îc b¶o tån trong thμnh phÇn c¸c ®ång vÞ cña sinh vËt phï du (15N chiÕm 80/00) vμ c©y trªn c¹n (15N chiÕm 10/00) vμ ® îc sö dông ®Ó t×m ra c¸c mèi quan hÖ chuçi thøc ¨n cña sinh vËt vïng ®Çm ph¸ cöa s«ng bëi Peterson (1985). Mét vμi cuéc ®iÒu tra ®ång vÞ nit¬ trong trÇm tÝch hå cho thÊy r»ng c¸c th«ng tin rót ra tõ sù kh¸c nhau gi÷a d¹ng khÝ vμ d¹ng hoμ tan cña thμnh phÇn ®ång vÞ nit¬ vÉn ® îc b¶o toμn. Thø tù u tiªn ph¶n øng cña c¸c lμ kh«ng cã hoÆc kh«ng ®¸ng kÓ. Pang vμ Nriagu (1976, 1977) ®· thÊy r»ng c¸c trÇm tÝch ë khu vùc hå Superior vμ Ontario n¬i nhËn ® îc mét l îng lín chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ ®Êt cã hμm l îng 15N nhá h¬n so víi nh÷ng n¬i nhËn ® îc chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ hå chiÕm chñ yÕu (3,7 so víi 4,90/00 ). Mét l îng ®¸ng kÓ nit¬ h÷u c¬ so víi tæng l îng c¸c hîp chÊt h÷u c¬ bÞ ph©n r· ë c¸c líp trÇm tÝch phÝa d íi lμm t¨ng tiÒm n¨ng chuyÓn ®æi gi÷a c¸c ®ång vÞ trong trÇm tÝch. MÆc dï vËy kh«ng cã sù thay ®æi trong hμm l îng 15N cña trÇm tÝch líp trªn mÆt vμ ë nh÷ng líp bªn d íi (H×nh 10.5). HÇu hÕt sù ph©n huû cña hîp chÊt h÷u c¬ mμ cã thÓ g©y ra sù chuyÓn ®æi cña ®ång vÞ nit¬ chØ x¶y ra trong qu¸ tr×nh ch×m l¾ng vμ tr íc khi h×nh thμnh trÇm tÝch ë hå Great Lake. Meyer vμ Eadie (1993) cho r»ng cã sù biÕn ®æi -1 ®Õn - 20/00 trong hμm l îng 15N cña hîp chÊt h÷u c¬ tr×m l¾ng gi÷a líp gÇn bÒ mÆt vμ gÇn ®¸y cña hå Michigan. BiÕn ®æi nμy lμ phï hîp víi qu¸ tr×nh tiÒn sö lý chÊt h÷u c¬ cña vi sinh vËt trong qu¸ tr×nh h×nh thμnh trÇm tÝch hå ®· quan s¸t ® îc trong c¸c nghiªn cøu. TrÇm tÝch cña hå Bosumtwi (lμ hå ® îc h×nh thμnh do sù va ch¹m cña mét thiªn th¹ch víi mÆt ®Êt ë Ghana vμ lμ hå thiÕu «xi th êng xuyªn), ®· ghi l¹i sù biÕn ®æi cña hμm l îng ®ång vÞ nit¬ khi khÝ hËu biÕn ®éng lμm cho mùc n íc dao ®éng (H×nh 10.6). Hμm l îng lín h¬n cña ®ång vÞ 15N xuÊt hiÖn trong c¸c trÇm tÝch trong thêi kú thêi tiÕt ®ãng b¨ng, kh« (Talbot vμ Johannesson, 1992). Sù tæn thÊt bèc h¬i cña am«niac (NH3) khái c¸c muèi kiÒm x¶y ra suèt trong thêi kú nμy vμ sù biÕn ®æi cña 15N ph¶n ¸nh qu¸ tr×nh s¶n xuÊt trong n íc hîp chÊt h÷u c¬ tõ nit¬ hoμ tan ®· biÕn ®æi. 450 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 10.5: Hμm l îng nit¬ h÷u c¬ vμ gi¸ trÞ ®ång vÞ cña nã ë c¸c ®é s©u trÇm tÝch hå Suprioc.Sù gi¶m theo ®é s©u vÒ hμm l îng cho thÊy qu¸ tr×nh ph©n huû cña hîp chÊt h÷u c¬ chøa nit¬, nh ng gi¸ trÞ ®ång vÞ 15N kh«ng ph¶n ¸nh ®iÒu nμy. Gi¸ trÞ t ¬ng ®èi lín cña ®ång vÞ nit¬ b¶o tån sù chiÕm u thÕ cña hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ t¶o l¾ng ®äng ë vÞ trÝ nμy (sè liÖu cña Biwa vaNriagu, 1977) H×nh 10.6: Hμm l îng cacbon h÷u c¬, tØ sè C/N vμ gi¸ trÞ ®ång vÞ 13C,15N cña trÇm tÝch hå Bos mtw, Ghana. TØ sè C/N, gi¸ trÞ ®ång vÞ 13 C,15N trong líp bïn thèi ghi l¹i thêi k× t¨ng c êng ho¹t ®éng s¶n xuÊt cña hå vμ ® îc dù ®o¸n lμ thêi k× t¨ng c êng ho¹t ®éng s¶n xuÊt cña hå vμ ® îc dù ®o¸n lμ thêi kú khÝ hËu Èm ít trong kho¶ng thêi gian c¸ch ®©y tõ 9000 ®Õn 3000 ybp (Tabot vμ Johannescen 1992) TØ lÖ C/N trong hîp chÊt h÷u c¬ cñng cè thªm sù ph¶n ¸nh cña hμm l îng 15N vÒ sù thay ®æi khÝ hËu. Gi¸ trÞ cña chØ sè nμy biÕn ®æi trong kho¶ng tõ 15 ®Õn 35 rÊt gÇn víi sù dao ®éng trong ph©n phèi c¸c chÊt h÷u c¬ ®Õn trÇm tÝch khi ®iÒu kiÖn khÝ hËu thay ®æi. Sù thay ®æi nhá nhÊt ® îc thÊy trong líp bïn ®¹i diÖn cho thêi kú mùc n íc hå æn ®Þnh t ¬ng ®èi cao, khÝ hËu vμ l u vùc hå t ¬ng ®èi Èm ít (Talbot vμ Johannesson, 1992). Sù chuyÓn dÞch tíi thêi kú t ¬ng ®èi æn ®Þnh h¬n nμy diÔn ra vμo ®Çu thêi kú Holocen (H×nh 10.6). Gi¸ trÞ hμm l îng ®ång vÞ 13C trong hîp chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch còng ghi l¹i c¸c 451 http://www.ebook.edu.vn
thay ®æi vÒ khÝ hËu qua sù thay ®æi lo¹i c©y trªn l u vùc xung quanh hå Bosumtwi (Talbot vμ Johannesson, 1992). Hμm l îng lín h¬n cña ®ång vÞ nμy trong c¸c m¶nh vôn trÇm tÝch (H×nh 10.6) ph¶n ¸nh sù ®ãng gãp cña thùc vËt C4 sèng trong ®iÒu kiÖn kh« h¹n h¬n gÇn cuèi cña thêi kú b¨ng hμ lín nhÊt 25 - 10 Kya. Hμm l îng bÞ quang hîp -250/00 trong líp bïn s©u vμ c¸c líp trÇm tÝch bªn trªn cho thÊy nguån gèc cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ tõ c¸c c©y C3 trong thêi kú Èm ít tr íc ®©y vμ hiÖn nay víi c¸c khu rõng bao phñ xung quanh hå. 10.3 Nguån gèc vμ sù thay ®æi cña c¸c chÊt mïn C¸c chÊt mïn th êng chiÕm tõ 60 ®Õn 70% l îng hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c trÇm tÝch trÎ vμ trªn 90% trong c¸c trÇm tÝch giμ h¬n (Ishiwatari, 1985). MÆc dï c¸c chÊt mïn kh«ng dÔ ®Ó x¸c ®Þnh ®Æc ®iÓm nh ng chóng vÉn cung cÊp c¸c th«ng tin vÒ nguån gèc vμ sù biÕn ®æi cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ® îc tÝch tô. Dùa vμo sù hoμ tan cña c¸c chÊt mïn trong c¸c m«i tr êng kh¸c nhau ng êi ta chia chóng ra lμm ba lo¹i: axit fulvic (hoμ tan trong c¶ axit vμ baz¬ ), axit mïn (chØ tan trong baz¬ kh«ng tan trong axit) vμ humin (kh«ng tan trong c¶ axit vμ kiÒm). Hîp chÊt h÷u c¬ phøc tËp cã tªn lμ “kerogen” th êng ® îc dïng ®Ó miªu t¶ phÇn kh«ng bÞ hoμ tan cña hîp chÊt h÷u c¬ trong c¸c ®¸ trÇm tÝch. PhÇn nμy chÝnh lμ humin trÎ vμ c¸c trÇm tÝch kh«ng hoμ tan. Do cã tÝnh liªn tôc cña mèi quan hÖ c¨n nguyªn ban ®Çu vμ s¶n phÈm, nguån gèc cña kerogen ®· ® îc ¸p dông cho hîp chÊt humin bëi mét sè nhμ nghiªn cøu vÒ hå. Mét sè c¸c häc thuyÕt ®· ® îc ® a ra ®Ó gi¶i thÝch nguån gèc cña c¸c chÊt h÷u c¬. Do sù ®a d¹ng cña c¸c chÊt h÷u c¬ ban ®Çu, kh¶ n¨ng ho¹t ®éng cña chóng vμ m«i tr êng l¾ng ®äng kh¸c nhau kh«ng häc thuyÕt nμo cã thÓ gi¶i quyÕt trän vÑn vÊn ®Ò. Bèn gi¶ thuyÕt vÒ sù h×nh thμnh cña c¸c chÊt mïn trong ®Êt ® îc ® a ra bëi Steveson (1982) vμ minh ho¹ mét sè c¸c thμnh phÇn th«ng th êng cho c¸c häc thuyÕt: (a) ChÊt gç ® îc ph©n hñy bëi c¸c vi sinh vËt thμnh c¸c axit mïn vμ sau ®ã thμnh axit fulvic, (b) ChÊt gç ® îc vi trïng, vi khuÈn ph©n huû thμnh c¸c monome phenol (chØ cã mét ph©n tö C6H5OH) sau ®ã c¸c monome phenol nμy kÕt hîp l¹i thμnh c¸c chÊt mïn, xeluloz¬ ® îc vi trïng, (c) vi khuÈn ph©n huû thμnh c¸c polyphenol (gåm nhiÒu ph©n tö C6H5OH ), chÊt nμy sau ®ã l¹i kÕt hîp l¹i thμnh c¸c chÊt mïn, (d ) ® êng vμ axit amin c« ®Æc l¹i thμnh d¹ng c¸c chÊt mïn. M«i tr êng d íi n íc nh×n chung cã Ýt chÊt gç vμ xenluloz¬ nh lμ c¸c chÊt tiÒn th©n ban ®Çu cho sù h×nh thμnh chÊt mïn h¬n so víi m«i tr êng trªn c¹n. Thurman (1985 ) ®· ® a ra mét sè gi¶ thuyÕt vÒ sù h×nh thμnh chÊt mïn cho nh÷ng n¬i thiÕu chÊt gç. C¸c hîp chÊt h÷u c¬ ® îc läc qua m« cña thùc vËt d íi n íc, hoÆc qua ®Êt vμ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ hoμ tan trong líp n íc mÆt bÞ «xi ho¸ bëi ¸nh s¸ng lμ c¸c nguån cã thÓ cña c¸c thμnh phÇn ph©n tö träng 452 http://www.ebook.edu.vn
l îng thÊp, c¸c chÊt nμy sau ®ã ® îc tæng hîp thμnh chÊt mïn. ChÊt mïn cã nguån gèc tõ gç th êng th¬m h¬n so víi lo¹i cã nguån gèc tõ c¸c lo¹i mμ gç vμ xenluloz¬ kh«ng chiÕm u thÕ. C¸c nhãm thμnh phÇn ®Þa ho¸ häc cña c¸c chÊt mïn rÊt phong phó vμ phøc t¹p. Nghiªn cøu c¸c hîp chÊt h÷u c¬ nμy ng êi ta còng sö dông c¸c ph ¬ng ph¸p truyÒn thèng ch¼ng h¹n nh ph ¬ng ph¸p ph©n tÝch cÊu tróc vμ quang phæ ®Ó t×m ra nguån gèc vμ sù biÕn ®æi cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬. Nh÷ng ph ¬ng ph¸p nμy ®«i khi cßn ch a phï hîp nh ng còng ®ñ ®Ó x¸c ®Þnh r»ng c¸c chÊt mïn, lμ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh thay ®æi sù kÕt hîp cña c¸c hîp chÊt h÷u sinh häc, tiÕp tôc tr¶i qua sù kÕt hîp cã giíi h¹n trong c¸c trÇm tÝch hå. Nh÷ng thay ®æi nhá trong thμnh phÇn cña c¸c chÊt mïn trong trÇm tÝch hå ®· ® îc nghiªn cøu. Hå Haruna, NhËt lμ mét hå nhá trong ®ã c¸c chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ t¶o chiÕm u thÕ (Ishiwatari, 1980). TØ lÖ ®ãng gãp cña axit fulvic, axit mïn, vμ humin trong c¸c trong tæng c¸c chÊt mïn thay ®æi theo ®é s©u trong mét lç khoan cña líp trÇm tÝch cã tuæi 460 n¨m. TØ lÖ axit fulvic, axit mïn gi¶m trong khi tØ lÖ humin t¨ng (H×nh 10.7). Sù thay ®æi nμy ®i liÒn víi sù gi¶m tæng l îng chÊt h÷u c¬ cho thÊy sù ph©n huû u tiªn ®èi víi c¸c axit mïn vμ axit fulvic. Kh¸c nhau gi÷a tØ lÖ c¸c axit amin cã tÝnh axit vμ c¸c axit amin c¬ b¶n so víi c¸c axit amin trung tÝnh víi c¸c lo¹i chÊt mïn kh¸c nhau cho thÊy chóng ®· cã lÞch sö kh¸c nhau (Yamamoto vμ Ishiwatari, 1992). Ba lo¹i chÊt mïn nμy ®¹i diÖn cho ba tr¹ng th¸i kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh tæ hîp pr«tªin vμ ® êng tõ c¸c nguån th«ng th êng, hoÆc lμ nguån gèc kh¸c cña chÊt h÷u c¬ ban ®Çu. C¸c gi¸ trÞ C/N kh¸c nhau cña tõng lo¹i chÊt mïn cã thÓ ® îc gi¶i thÝch dùa vμo thμnh phÇn ho¸ häc cña tõng lo¹i vμ nh÷ng tØ sè nμy kh«ng thay ®æi mÆc dï c¸c tØ lÖ ®ãng gãp cña chóng trong tæng c¸c chÊt mïn lμ thay ®æi theo tuæi trÇm tÝch (H×nh 10.7). Qua thêi kú hμng ngh×n n¨m, c¸c ¶nh h ëng cña sù kÕt hîp c¸c chÊt mïn tiÕp tôc diÔn ra trong c¸c trÇm tÝch hå. Humin t¨ng tõ 65% tæng sè c¸c chÊt mïn ë trªn mÆt ®Õn 85% ë ®¸y cña trÇm tÝch hå Michigan, ®é s©u t ¬ng øng víi thêi gian c¸ch ®©y 3500 n¨m (Rea, 1980). §ãng gãp vμo sù gia t¨ng nμy lμ do cã sù chuyÓn ®æi c¸c axit fulvic vμ axit mïn thμnh humin, nh ng nh×n tæng thÓ sù gi¶m cña hμm l îng cacbon h÷u c¬ trÇm tÝch cho thÊy cã sù biÕn ®æi cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong toμn lç khoan vμ sù ph©n huû cã u thÕ cña axit fulvic vμ axit mïn ®Æc biÖt trong c¸c trÇm tÝch trÎ. MÆc dï cã sù ph©n huû cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ trong lç khoan nμy nh ng hμm l îng cña ®ång vÞ 13C trong tæng l îng cacbon h÷u c¬ kh«ng thay ®æi vμ b»ng -26,30/00. TØ sè C/N cña c¸c axit fulvic vμ axit mïn ®Òu xÊp xØ b»ng 10.7 ®· cho thÊy c¸c axit nμy cã nguån gèc tõ n íc hoÆc lμ vi sinh vËt. Tr¸i l¹i phÇn humin cã tØ sè C/N xÊp xØ 15. Humin th êng cã gi¸ trÞ C/N trong kho¶ng tõ 14 ®Õn 16 (Ishitawari, 1985), tØ sè nμy cho thÊy vËt liÖu cã nguån gèc chñ yÕu tõ xenluluz¬ cña thùc vËt trªn c¹n ®ãng vai trß quan träng trong humin. 453 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 10.7:Thμnh phÇn hîp chÊt humin trong trÇm tÝch hå Haruna, NhËt. Hîp chÊt h÷u c¬ trong trÇm tÝch nμy cã nguån gèc chñ yÕu tõ t¶o vμ nh¹y c¶m víi giai ®o¹n biÕn ®æi ban ®Çu cña trÇm tÝch. Hμm l îng cacbon h÷u c¬ gi¶m theo ®é s©u chñ yÕu lμ do tæn thÊt cña axit mïn ®ång thêi còng lμm t¨ng ®ãng gãp cña humin. TØ lÖ C/N kh«ng chÞu ¶nh h ëng cña qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña c¸c chÊt (theo Yamamoto vμ Ishiwatari 1992). C¸c chÊt mïn tõ trÇm tÝch hå ®· ® îc kh¶o s¸t, nghiªn cøu vÒ kh¶ n¨ng biÕn ®æi, kÕt hîp gi÷a c¸c thμnh phÇn cña nã. Bourbonniere vμ Meyers (1978) ®· sö dông phæ nh×n thÊy vμ phæ hång ngo¹i ®Ó t×m ra kh¶ n¨ng ng ng tô cña axit fulvic vμo trong axit mïn trong nöa mÐt khoan cña trÇm tÝch hå Haruna. Hä t×m kiÕm ®Ó chøng minh cho sù chuyÓn ®æi nμy trong mét lç khoan 550 n¨m tuæi. Quan s¸t nμy ®· cñng cè thªm kÕt luËn sù ph©n huû cã chän läc cña axit fulvic vμ axit mïn trong c¸c trÇm tÝch hå Haruna vμ Michigan ®ång thêi b¸c bá cã sù chuyÓn ®æi gi÷a chóng. H¬n n÷a, ¶nh h ëng cña sù kÕt hîp cña chóng lμ rÊt nhá. Cô thÓ lμ tØ sè H/C cña axit fulvic (xÊp xØ 2,2) vμ axit mïn (xÊp xØ 1,6) kh«ng thay ®æi theo ®é s©u lç khoan. Gi¸ trÞ H/C lín h¬n 1 ph¶n ¸nh cã cÊu t¹o bëi chÊt bÐo cña chÊt mïn hå Huron vμ hîp chÊt cã nguån gèc tõ t¶o vμ vi sinh vËt chiÕm u thÕ h¬n lμ thùc vËt cã m¹ch. Nguån gèc tõ t¶o cña axit fulvic vμ axit mïn còng phï hîp víi tØ sè C/N t×m thÊy trong c¸c trÇm tÝch c¸c hå nμy (Haruna vμ Michigan). Ph ¬ng ph¸p so s¸nh c¸c mÉu gç cña c¸c c©y hiÖn ®¹i vμ gç cña c¸c c©y ®· bÞ ch«n vïi hμng ngh×n n¨m trong c¸c líp trÇm tÝch ®· ® îc sö dông ®Ó t×m ra sù thay ®æi cÊu t¹o ho¸ häc cña c¸c chÊt mïn (Meyers, 1980; Hedges, 1985; Hatcher, 1987). Môc ®Ých cña nh÷ng nghiªn cøu nh vËy lμ quan s¸t xem xenluloz¬ - mét ®¹i ph©n tö ® îc cÊu t¹o tõ nhiÒu ®¬n vÞ chÊt bÐo, biÕn ®æi nh thÕ nμo trong mèi quan hÖ víi lignin, còng lμ mét ph©n tö lín mét cÊu t¹o bëi nhiÒu d¬n vÞ chÊt th¬m (cã m¹ch vßng). Phæ khuyÕch ®¹i c êng ®é cña m¹ch cacbon ®ång vÞ 13C ®· cho thÊy c©y tuyÕt tïng bÞ ch«n vïi trong c¸c ®Çm lÇy cã chøa nhiÒu chÊt bÐo thiªn nhiªn ® îc xem lμ chøa nhiÒu trong xenluloz¬. Xem xÐt trong lç khoan kh¸c n¬i cã nhiÒu ho¹t ®éng cña vi sinh vËt cho thÊy cã sù tæn thÊt c¸c ®Æc ®iÓm cña chÊt bÐo vμ xuÊt hiÖn c¸c ®Æc ®iÓm cña chÊt th¬m. Mét cÊu tróc t ¬ng tù còng t×m thÊy trong phÇn chÊt mïn trÇm tÝch hå Mangrove (H×nh 10.8). 454 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 10.8:Phæ khuyÕch ®¹i cña h¹t nh©n ®ång vÞ 13C tr¹ng th¸i r¾n (NMR) cña gç bÞ ch«n vïi (Great Dismal Swamp, Virginia) vμ c¸c mÉu humin (hå Mangrove, Bermuda). Phæ NMR cho thÊy chuyÓn ®æi tõ cacbon bÐo trong gç ® îc b¶o tån sang cacbon th¬m trong gç bÞ ph©n huû. ChuyÓn ®æi trong phæ humin víi sù gia t¨ng cña tuæi trÇm tÝch ghi l¹i chuyÓn ®æi tõ hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ ®Êt sang hùop chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc tõ t¶o( Theo Hatcher(1982); Spiker(1987). Sù chuyÓn ®æi tõ c¸c ®Æc ®iÓm cña chÊt bÐo sang c¸c ®Æc ®iÓm cña chÊt th¬m ®· cho phÐp ng êi ta suy ra sù chuyÓn ®æi cña humin sang d¹ng bÒn v÷ng h¬n trong thêi kú xÊp xØ 10 Ky t ¬ng tù nh ®· thÊy trong c¸c mÉu gç (Hatcher, 1982). 455 http://www.ebook.edu.vn
Tuy nhiªn, sù thay ®æi trong ®Æc ®iÓm cña humin còng lu«n ®i liÒn víi sù thay ®æi lo¹i trÇm tÝch (H×nh 10.3). Do vËy rÊt nhiÒu kh¶ n¨ng thay ®æi ®ã ph¶n ¸nh sù kh¸c nhau trong nguån gèc cña c¸c chÊt h÷u c¬ ban ®Çu trong c¸c trÇm tÝch l¾ng ®äng ë c¸c thêi gian kh¸c nhau. C¸c ®Æc ®iÓm chÊt th¬m nhiÒu h¬n cña humin trong c¸c líp trÇm tÝch giμ nhÊt vμ s©u nhÊt (H×nh 10.8) phï hîp víi tØ sè C/N gi¸ trÞ 13C (H×nh 10.3) cho thÊy sù chiÕm u thÕ cña vËt liÖu cña thùc vËt cã m¹ch trong líp trÇm tÝch than bïn trong khi chÊt bÐo thiªn nhiªn giμu h¬n trong humin cña líp trÇm tÝch c¸ch mÆt 5 m l¹i cho thÊy sù ®ãng gãp nhá cña thùc vËt cã m¹ch trong trong líp bïn bªn trªn nμy. C¸c hîp chÊt mïn v× vËy mμ cã thÓ b¶o tån thμnh phÇn cña m×nh tõ nguån ban ®Çu cña c¸c chÊt h÷u c¬ vÒ c¸c nguyªn tè, ®ång vÞ vμ cÊu tróc ph©n tö. 10.4 Nguån gèc vμ sù biÕn ®æi cña lipit mang dÊu vÕt sinh häc NhiÒu kÕt luËn ®· ® îc rót ra tõ nguån gèc vμ sù biÕn ®æi cÊu tróc cña c¸c chÊt h÷u c¬ tÝch tô trong c¸c trÇm tÝch hå tõ c¸c nghiªn cøu vÒ thμnh phÇn lipit cña chóng. Lipit ® îc x¸c ®Þnh lμ phÇn cßn l¹i khi chiÕt dung m«i h÷u c¬. Geolipit th êng ® îc dïng ®Ó chØ c¸c vËt liÖu lÊy ® îc tõ c¸c trÇm tÝch v× cã sù kh¸c nhau thμnh phÇn cÊu t¹o cña c¸c hîp chÊt sinh häc bÒn vμ thμnh phÇn c¸c mÉu ®Þa chÊt. Geolipit th êng chiÕm kho¶ng tõ 1% ®Õn 10% tæng l îng hîp chÊt h÷u c¬ trÇm tÝch. Trong c¸c trÇm tÝch giμ vμ ®· bÞ ho¸ ®¸ n¬i mμ kh¸c nhau gi÷a c¸c lipit sinh häc ban ®Çu vμ geolipit ®· bÞ biÕn ®æi cμng lín th× thuËt ng÷ bitum ® îc sö dông ®Ó chØ c¸c geolipit. PhÇn lipit chiÕt cña c¸c trÇm tÝch hå t¹o ra c¸c hydrocacbon, axitcabonxylic, r îu, xªton, al®ªhyt vμ c¸c chÊt liªn quan cã Ýt nhÊt 10 nguyªn tö cacbon. RÊt nhiÒu nh÷ng chÊt nμy cã nguån gèc sinh häc riªng biÖt vμ tÊt c¶ ®Òu ph¶n ¸nh ®iÒu khiÓn enzim trong cÊu tróc ph©n tö cña m×nh. Sù duy tr× ®Æc ®iÓm sinh häc nμy thÓ hiÖn ë c¸c tªn sinh häc ® îc viÕt t¾t ®èi víi rÊt nhiÒu chÊt. §Æc ®iÓm nμy lμm cho lipit cã ý nghÜa ®Ó x¸c ®Þnh nguån gèc chÊt h÷u c¬. C¸c ®Æc tÝnh ®Þa ho¸ häc cña c¸c geolipit trong trÇm tÝch trÎ vμ ch a bÞ ho¸ ®¸ ® îc cung cÊp bëi c¸c b¶ng tæng kÕt (Barnes vμ Barnes, 1978; Crawell, 1982; John, 1986; Muller, 1987). Chóng t«i cung cÊp c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu lμm dÉn chøng cho sù t ¬ng øng gi÷a c¸c thμnh phÇn geolipit mang dÊu vÕt sinh häc víi nh÷ng thay ®æi vÒ n íc trong hå vμ biÕn ®æi cña chÊt trÇm tÝch trong tiÕn tr×nh lÞch sö ®· qua. C¸c biÕn ®æi thÊy trong phÇn mang dÊu vÕt sinh häc cã thÓ ® îc sö dông nh lμ ®¹i diÖn cho c¸c qu¸ tr×nh chung ¶nh h ëng ®Õn hîp chÊt h÷u c¬ trong hå, nh ng mét ®iÒu quan träng cÇn nhí r»ng tæng l îng lipit chØ chiÕm vμi phÇn tr¨m cña hîp chÊt nμy. 10.4.1 Sù thay ®æi cña Lipit trong qu¸ tr×nh l¾ng ®äng Nghiªn cøu vÒ sù l¾ng ®äng cña h¹t vËt chÊt bÞ c¶n trë bëi c¸c ®o ®¹c trÇm tÝch cho chóng ta thÊy r»ng lipit ®· bÞ biÕn ®æi mét l îng quan träng trong qóa tr×nh ch×m l¾ng xuèng ®¸y hå, v× vËy thμnh phÇn cña geolipit kh¸c xa so víi 456 http://www.ebook.edu.vn