Ebbulitive flux of early-diagenetic methane from recent freshwater sediments in lake Nowa Cerekiew (SW Poland)

Mariusz O. Jędrysek - Labolatory of Isotope Geology and Biogeochemistry, University of Wroclaw, Cybulskiego 30, 50-205 Wroclaw, Poland; e-mail: morion@ii.uni.wroc.pl;

Abstract: Observations concerning ebullition of methane from freshwater lake sediments, at depths of 2.8 m and 4.2 m, and occasionally at of 4.5, 5.5 and 11 m have been carried out. A closed type, artificial lake Nowa Cerekiew (SW Poland) about 30 years old, with organic rich sediments 25 cm thick, was selected for this study. Collection of ebulliting gases has been carried out using bottom-situated funnel-shape collectors with connected flasks (exchanged by scubadiving). The observations have been carried out continuously between 1992 to 1996, including winters when the lake was covered by ice.
Concentration of methane in ebullition varied from 9.06% (winter) to 76.82% (early summer). Ebullition (expressed as the mean diurnal production of carbon trapped into the collectors in the form of bubbles of methane naturally released from 1 m3 of the most productive 25 cm uppermost layer of the sediments ((C-CH4)×day-1× m-3)) varied from about 100 mg (C-CH4)×day-1×m-3) to near zero during winter. In contrast to the deeper sampling station (4.2 m), the ebullitive methane from the shallower depth (2.8 m) showed substantial seasonal variation in the d13C(CH4) value, from -63.12‰ during winter to -52.46‰ during summer. The global freshwater lake ebullitive CH4 flux has been roughly estimated at about 5×108 g(C-CH4)×y-1.
The observed enhanced ebullitive CH4 flux during summer and the higher d13C(CH4) value during early summer are apparently a result of: (i) efficient decomposition of the fresh organic matter, deposited into the anoxic zone on the sediment surface, and consequently a relatively more enhanced acetic acid pathway and, (ii) increased bacterial activity at higher temperature. The lower d13C(CH4) value in the deeper sampling station during summer may be a result of: (i) longer time for the organic matter to sink to greater depth and consequently there is greater decomposition of easily degradable compounds which are the main precursors of acetate, (ii) perhaps an increase of bioavailable DIC, due to elevated pressures and lower temperatures at greater depths, enhancing the CO2 pathway, and (iii) limited diffusion of isotopically depleted carbon-bearing compounds from greater depths.

Abstrakt: Przeprowadzono obserwacje ebullicji (naturalnej ucieczki gazu z osadu, w formie bąbli) metanu z jeziornych osadów słodkowodnych. Zbierano gaz na głębokościach 2.8 m i 4.2 m, a w pojedynczych przypadkach na głębokości 4.5 m, 5.5 m i 11 m. Obiektem badań było sztuczne jezioro wypełniające nieczynny, od ok. 30 lat, kamieniołom trzeciorzędowych bazaltów. Miąższość osadów wynosi ok. 25 cm. Gaz zbierano używając specjalnie skonstruowanych do tego celu kolektorów stacjonarnych usadowionych na dnie. Poboru prób dokonywano nurkując. Badania przeprowadzano nieprzerwanie w latach 1992–1996, także zimą, gdy jezioro było zamarznięte.
Stężenie metanu wahało się w granicach od 9.06% (zimą) do 76.82% (wczesne lato). Ebullicje metanu (wyrażone jako średnia dobowa ucieczka węgla, w formie bąbli metanu, z 1m3 osadu ((C-CH4)×doba-1×m-3)) wahały się od ok. 100 mg (C-CH4)×doba-1×m-3 (latem) do niemal 0 (zimą). W przeciwieństwie do głębszej strefy (4.2 m), metan z mniejszej głębokości (2.8 m) wykazywał wahania sezonowe wartości d13C(CH4), od -63.12‰ (zimą) do -52.46‰ (latem). W oparciu o uzyskane wyniki globalną ebullicję metanu oszacowano na rząd około 5×108g(C-CH4)×rok -1.
Intensywniejsza ebullicja CH4 latem i wyższe wartości d13C(CH4) mogły być wynikiem: (1) większej sedymentacji świeżej materii organicznej latem i częściowego rozkładu materii organicznej (prekursorów kwasu octowego) w czasie sedymentacji jeszcze w kolumnie wodnej (dłuższy czas opadania cząsteczek organicznych na większe głębokości) co umożliwiło intensywniejszą fermentację octową w osadach płytszej strefy zbiornika; (2) zwiększonej aktywności mikrobiologicznej (bakterii metanowych) w warunkach wyższej temperatury w osadach płytszych. Niższe wartości d13C(CH4) mogły być spowodowane (1) dłuższym czasem opadania obumarłych cząstek planktonu na większe głębokości co umożliwiało zaawansowany rozkład składników grupowych materii organicznej, które są substratami fermentacji octowej; (ii) wzrostem stężenia węgla nieorganicznego w warunkach wyższego ciśnienia i niższej temperatury – wzrost produkcji metanu w wyniku redukcji CO2; (3) wolniejszej dyfuzji izotopowo lekkiego metanu, z większej głębokości.

Annales
Societatis
Geologorum
Poloniae

Back <--