Институт Океанологии РАН
Физика океана, морская геология, морская биология, морская техника
English | Russian
Лаборатория химии океана Печать E-mail

Ио зав.лабораторией - к.ф-м.н Ветров Александр Александрович.

увеличить
Сотрудники Лаборатории среди участников экспедиции на Северный полюс, август 2007г.
Лаборатория химии океана была организована в Институте океанологии в 1976 году на базе Кабинета органической геохимии (1969г). Целью работ Лаборатории стало химическое и биогеохимическое исследование всех основных элементов морской экосистемы для выявления их изменений под воздействием природных и антропогенных факторов.

Создателем коллектива (1964г) и его научным руководителем является Заслуженный деятель науки РФ, доктор гелого-минералогических наук, профессор, академик РАЕН Евгений Александрович Романкевич. С 2005 года Лабораторию возглавляет доктор геолого-минералогических наук Валерий Иванович Пересыпкин. С 2016 года ио зав. Лабораторией к.ф-м.н. Ветров Александр Александрович. В составе Лаборатории химии океана работает 19 человек, в том числе 4 доктора наук и 5 кандидатов наук.

Исследования химического состава воды, взвеси, донных осадков и биоты в Институте океанологии им. П.П. Ширшова всегда являлись неотъемлемой частью комплексного изучения прибрежной зоны, морей России и Мирового океана. При этом фундаментальные разработки глобальной проблемы круговорота веществ сопровождались изучением концентраций и потоков антропогенных соединений. В условиях усиливающегося загрязнения эти исследования приобрели особое значение в настоящее время. За несколько десятилетий целенаправленного изучения химического состава океана были разработаны новая методология многодисциплинарного изучения морской среды, изменяющейся под воздействием природных и антропогенных факторов, а также химико-аналитические методы анализа морской, иловой и речной воды, взвеси, донных осадков, аэрозолей, планктона и бентоса. Это впервые дало возможность сопоставлять на количественном уровне результаты химического изучения различных морских объектов, почв и потоков веществ с суши.

Особенность подхода к решению экологических задач и проблем рационального природопользования заключается:

  • в охвате изучением и контролем всей системы взаимодействующих природных сред, включая снег, лед, аэрозоли, поверхность моря, толщу воды, донные осадки, представителей планктона и бентоса;
  • в оценке состава и потоков веществ в системе биосинтез - речной сток - абразия берегов - эоловый и ледовый разнос химических веществ различного генезиса;
  • в высокоточных химико-аналитических определениях комплекса наиболее информативных показателей состояния морской среды, в использовании наряду с химическими оптических, гидрохимических, ферментативных, литологических показателей;
  • в создании банка данных наиболее информативных индикаторов состояния среды, самоочищения, захоронения химических веществ.

Лаборатория провела десятки экспедиций в Тихий, Индийский, Атлантический океаны, в моря Российской Арктики и Антарктики, в Черное, Охотское, Японское, Балтийское, Берингово моря, в том числе несколько комплексных биогеохимических экспедиций. Были разработаны методы квазисинхронного отбора различных проб и определения показателей состояния среды. Стратегия оценки необходимого и достаточного набора данных для решения конкретных задач базировалась на дистанционных и натурных наблюдениях in situ.

Основные направления работ Лаборатории химии океана:

  • Экспертная оценка состояния среды по молекулярным маркерам класса углеводородов, лигнина, фенолов, пестицидов, ПАУ, диоксинов.
  •  Выявление природной и антропогенной составляющей потоков и фонового уровня среды при освоении нефтегазовых ресурсов в акваториях, строительстве нефте- и газопроводов, нефтеналивных терминалов и др.
  •  Совершенствование гистохимических, битуминологических, хроматографических, хромато-масс-спектрометрических и других методов изучения природных органических соединений и загрязняющих веществ во всех объектах морской экосистемы.
  • Составление баз данных по химии морской среды.
  • Создание количественных балансовых моделей круговоротов (циклов) природных и загрязняющих органических веществ в системе биота - атмосфера - океан - суша - донные осадки с особым акцентом на цикл углерода, с которым связаны круговороты биогенных веществ и тяжелых металлов природного и техногенного происхождения.
  • Разработка проблемы генезиса органического вещества в гидротермальных системах различного типа.
  • Изучение масштабов неорганического синтеза углеводородов и их молекулярного состава.
  • Совершенствование методологии системного изучения океанических процессов и создание основ химии морской среды и Мирового океана.

Лаборатория располагает следующим основным оборудованием:

Газовый хроматомасс-спектрометр QP 5050A
Жидкостной хроматомасс-спектрометр LCMS QP-2010
Газовый хроматограф GC-2010
Анализатор общего органического углерода TOC - V cph
  • Газовый хроматомасс-спектрометр QP 5050A (с программным обеспечением и библиотекой на 450000 спектров органических соединений) имеет массовый диапазон до 900 дальтон. Это позволяет анализировать самые высококипящие соединения и биополимеры, а также расширенный диапазон сканирования, электронную ионизацию и опцию для анализа твердых проб. При анализе проб морской воды многие анализируемые компоненты (такие как диоксины, пестициды, ПАУ) находятся в следовых количествах, затрудняющих их количественное определение. Система GCMS - QP 5050A позволяет практически без потерь получать для них количественные данные. Спектры неизвестных органических соединений идентифицируются при помощи заложенной в приборе библиотеки и программного обеспечения.
  • Жидкостной хроматомасс-спектрометр LCMS QP-2010. Новая система жидкостной хроматомасс-спектрометр LCMS QP-2010 является уникальным по чувствительности прибором, разработанным для разделения и анализа нелетучих и термочувствительных соединений в матрицах сложного состава, с химической ионизацией при атмосферном давлении (АРСI) и электрораспылительной ионизацией (ЕSI).
    Новая система ионной оптики QоQ включает 3-ступенчатую систему квадрупластин для фокусировки ионного пучка, октопольную линзу для стабилизации отклонения ионов при вариации глубины вакуума и молибденовый квадруполь с предфильтром, что обеспечивает достижение лучших характеристик по детектированию ионов всех масс линейности, воспроизводимости и соотношению сигнал/шум (> 200:1 для 10 пг резерпина в режимах АРСI и ЕSI).
    Программное обеспечение LCMSsolution, работающее в среде Windows NT, полностью автоматизирует управление хроматографом и масс-спектрометром и предлагает следующие возможности:
    • Автоматическая детекция подключенных блоков и систем.
    • Постоянная самодиагностика состояния прибора для обеспечения воспроизводимости результатов и защиты системы в случае прекращения подачи азота, проблем с электропитанием или неполадок.
    • Автонастройка и автокалибровка при помощи встроенной шприцевой системы.
    • Облегченная установка параметров измерений и количественного анализа с помощью вспомогательной функции "Wizard, обеспечивающей повышенную производительность при любых изменениях.
    • "Внутриисточниковая фрагментация" для получения надежной структурной информации и идентификации анализируемых соединений.
    • Многоуровневая структура страхования данных и аудита, соответствующая самым жестким административным требованиям.
    • Быстрая и легкая замена источника ионизации без необходимости перенастройки.
    • Полная поддержка диодно-матричного детектора с расширенными аналитическими функциями.
    • Программирование хода анализа, включая способ детекции, параметры ионизации и полярности ионов, одновременные измерения в режимах сканирования спектра и мониторинга отдельных ионов и др.
    Автоматизация анализов возможна путем применения автоинжекторов и системного контроллера SCL-10Аvp под управлением LCMSsolution.
  • Газовый хроматограф GC-2010. Прибор, разработанный фирмой Шимадзу, полностью отвечает современным требованиям продуктивности хроматографических анализов. Встроенная функция самодиагностики поддерживает постоянное сохранение характеристик оптимальной настройки и обеспечения высокое качество измерений. Большой 16-строчный жидкокристаллический дисплей отображает фактические параметры состояния хроматографа, а также регистрируемую хроматограмму. Совершенная система цифрового программируемого управления газовыми потоками предусматривает проведение анализов при высоких значениях давления и постоянной скорости газа-носителя в колонке, а также измерение соотношений разделения потока в широком диапазоне.

  • Газовый хроматограф GC-2014
    Генератор водорода Parker H2PD-150-220
    Генератор водорода Parker H2PD-150-220
    Генератор азота Domnick hunter G1LAB1 230V G1110E UL
  • Газовый хроматограф GC-2014. Новейшая разработка фирмы Шимадзу в области газовой хроматографии, сочетающая в себе лучшие качества популярных моделей GC-14 и GC-2010. Хроматограф GC-2014 предназначен для работы как с капиллярными, так и с насадочными колонками и идеально подходят для выполнения рутинных анализов. GC-2014 - единственный хроматограф на мировом рынке, обеспечивающий цифровой контроль газовых потоков при работе с насадочными колонками. Прибор позволяет устанавливать одновременно капиллярные и набивные колонки, до 3-х инжекторов различного типа и до 4-х независимо температурно-контролируемых детекторов. Это дает возможность пользователю конфигурировать систему практически для любых приложений.
  • Анализатор общего органического углерода TOC - V cph. Анализатор общего углерода TOC-Vcph фирмы Шимадзу является современным, высокоэффективным и высокочувствительным прибором, использующим метод прямого определения концентрации общего углерода. Диапазон измеряемых концентраций углерода от 4 мкг/л до 4 г/л. Анализатор позволяет получать результаты измерения по следующим показателям:
    • общий углерод (ТС)
    • общий азот (ТN)
    • общий органический углерод (ТОС)
    • общий неорганический углерод (IС)
    • общий нелетучий углерод (NPOC)
    • общий летучий углерод (РОС), опционально
  • Генератор водорода Parker H2PD-150-220. Водородный генератор используется для производства сверхчистого водорода.
  • Генератор водорода Parker H2PD-150-220 Эта система, разработанная фирмой Миллипор, позволяет получать сверхчистую воду (воду реагентного качества ТИП I). Предельно малое содержание органических примесей в такой воде на уровне 1-5 мкг/л.
  • Генератор азота Domnick hunter G1LAB1 230V G1110E UL.
    Снабжает любые лабораторные мощности азотом высокой чистоты, используя в качестве сырья сжатый воздух.
  • Газовый хроматограф "Yanaco G-180" в комплексе с интегратором "C-R3A".
  • Спектрофотометры.
  • Флюориметр "Флюорат-02 Панорама"
  • Ультрафильтрационные установки для выделения взвеси и коллоидов, наночастиц и разделения их по фракциям.
  • Комплекс пробоподготовки образцов для выделения фракций органического вещества (электронные весы с чувствительностью до 0.01мг, роторные испарители, муфели, ультразвуковые бани и др.)
  • Анализаторы углерода АН-7529, АН-7560
  • Приборы для определения растворенного органического углерода в речных и морских водах (Л-1, ТОС-5000).
  • Приборы для тонкослойной хроматографии.
  • Гидрофизический зонд, Sealogger CTD ("Sea Bird" Mod 25),
  • 10 литровые батометры Нискина, 30-литровые батометры С-1, исключающие загрязнение проб.

Газовый хроматограф
Флюориметр Флюорат-02 Панорама
Комплекс пробоподготовки

Лаборатория химии океана выполняет следующие виды химических анализов:

  • Гидрохимические определения (pH, Alk, нитраты, нитриты, фосфаты, силикаты, органические формы азота и фосфора).
  • Метан и его гомологи в воде и донных отложениях.
  • Нефтяные углеводороды, в воде, взвеси, донных осадках, аэрозолях, почвах.
  • Лигнин и нитро-, хлор- фенолы в воде, донных осадках, аэрозолях, почвах.
  • Элементный состав (C, N,) природных вод, взвеси, донных осадков, планктона, бентоса.
  • Анализы на содержание взвешенного, растворенного органического вещества и наночастиц в речной, морской воде, иловой воде.
  • Анализы на содержание и состав н-алканов, циклических углеводородов в воде, донных осадках, планктоне, бентосе, почвах, аэрозолях.
  • Содержание и состав полиядерных ароматических углеводородов.
  • Пестициды и полихлорированные бефинилы.

В составе аккредитованного Аналитического центра Института океанологии РАН (№ РОСС RU.0001.514963) Лаборатория химии океана располагает приборами, позволяющими проводить анализы на содержание тяжелых металлов и мышьяка.

Научные заслуги Лаборатории химии океана позволяют  коллективу Лаборатории участвовать в крупных проектах по обеспечению экологической безопасности России:  

  • ФЦП "Мировой океан" (1999-2002, 2003-2007гг.),
  • ОВОС, "Голубой поток" КТК (Каспийского трубопроводного консорциума),
  • проекты "Анива", "Сахалин", проведение экологических экспертиз,
  • гранты президента РФ ("Ведущая научная школа"), гранты Российского Фонда Фундаментальных Исследований,
  • участие в РГ SCOR, научных Советах по проблемам геохимии РАН, Межведомственной ихтиологической комиссии.

Сотрудники Лаборатории отмечены Правительственными наградами и Премиями выдающимся ученым России.

Главные достижения Лаборатории за последние 5-6 лет

  • Создана количественная модель потоков, баланса, круговорота углерода в Мировом океане. Рассчитан обмен разных форм углерода со смежными геосферами Земли.
  • Получено численное выражение закона локализации масс углерода в донных осадках Мирового океана. Открыто, что депо накопления органического вещества в современном океане совпадает с очагами нефтегазонакопления.
  • Решена фундаментальная проблема трансформации важнейших классов органических соединений в системе аэрозоли - планктон - взвесь - донные осадки; получены количественные оценки деструкции биополимеров, синтеза геополимеров и их перехода в осадочный резервуар.
  • Разработана системная методология многодисциплинарного изучения круговорота веществ в Мировом океане (аэрозоли, планктон, бентос, морская, иловая и речная вода, коллоиды, взвеси, донные осадки и почвы), а также химико-аналитические методы анализов. Это впервые дало возможность получить сопоставимые данные для основных объектов биосферы, которые необходимы для климатических прогнозов и рационального природопользования.
  • Разработаны основы нового направления в океанологии - органической химии океана. Установлены маркеры полярного литогенеза, генезиса органического вещества в донных отложениях Мирового океана. Разработаны модели региональных циклов веществ для Арктических морей России, общая балансовая модель, карты первичной продукции по многолетним спутниковым и натурным данным (1978-2006 гг.). Выполненные исследования являются составной частью для прогноза изменения климата в Арктическом регионе.
  • Обобщены результаты многолетних исследований и созданы основы геохимии лигнина в Мировом океане (докторская диссертация Пересыпкина В.И.). Доказано, что лигнин и его производные являются одним из основных источников и прямым индикатором потоков терригенного и антропогенного органического вещества в Мировом океане.
  • Установлен углеводородный состав органического вещества рифтовых зон и получены принципиально новые данные по генезису гидротермальных нефтей и соотношению биосинтеза, хемосинтеза и термокатализа в сульфидных рудах, гидротермальных донных отложениях и флюидах гидротермальных полей Срединно-Атлантического хребта (Менез Гвен, Лаки Страйк, Рэйнбоу, Лост Сити, Брокен Спур, Таг, Снейк Пит, 1445 с.ш.) и Восточно-Тихоокеанского поднятия (950с.ш., 21с.ш., и впадины Гуаймас).
  • Впервые разработана методика выделения дальтоновых фракций наночастиц в морской и речной воде. Выявлены их состав и поведение в зависимости от адсорбционных центров, резонансных потенциалов и взаимодействия органических веществ с минеральной матрицей. Результаты работы позволяют прогнозировать дальность распространения частиц различных размерностей в конечных водоемах стока при поступлении в них природных и техногенных веществ.

Монографии:

  • Романкевич Е.А., Ветров А.А. Цикл углерода в арктических морях России. М.: Наука, 2001. 302 с.
  • Опыт системных океанологических исследований в Арктике. (А.П. Лисицын, М.Е. Виноградов, Е.А. Романкевич) М.: Научный Мир, 2001, 644 с.
  • Печорское море. Системные исследования. (Романкевич Е.А., А.П.Лисицын, М.Е.Виноградов) М.: "МОРЕ", 2003. 502 с.
  • Vetrov A.A., Romankevich E.A. Carbon Cycle in the Russian Arctic Seas. Berlin: Springer, 2004. 331 p.
  • Vetrov A.A., Romankevich E.A. The Barents Sea Distribution, sources, variability and burial of organic carbon. In: R. Stein and R.W. Macdonald (Eds). The Organic Carbon Cycle in the Arctic Ocean. Springer, 2004, Chapter 7.7., PP. 266-278
  • Саенко Г.Н. Владимир Иванович Вернадский: Ученый и мыслитель. Под ред. С.С. Лаппо. - М.: Наука, 2002. 235 с.
  • Пересыпкин В.И. Состав органического вещества донных отложений // В. кн. Океанологические исследования фронтальной зоны Гольфстрима: Полигон «Титаник» / Отв. ред. А.М. Сагалевич, Ю.А. Богданов, М.Е. Виноградов. М.: Наука, 2002. С. 213-235.
  • В.И. Пересыпкин, Е.А. Романкевич. Биогеохимия лигнина в Мировом океане. М.: Наука, в печати.
 
См.также по теме
Нет публикаций по теме
Российская академия наук
Почтовая система Ocean Институт Океанологии РАН Проект OceanDB