Окислительно-восстановительный потенциал и pH осадков северной части Баренцова и Карского морей

Abstract

Методика определения активной реакции морских грунтов хингидронным и гидро-хингидронным способами дает правильные результаты лишь в тех случаях, когда окислительно-восстановительный потенциал грунта не превышает сколько-нибудь значительно потенциала хингидронного или гидро-хингидронного электрода при данной величине рН. Хинон-хингидронный метод, теоретически подходящий для грунтов, окисляющих хингидрон, за исключением случаев очень высокого окислительно-восстановительного потенциала, превышающего окислительно-восстановительный потенциал хинон-хингидронного электрона при данной величине рН (осадки, содержащие высшие окислы марганца), практически является весьма мало применимым вследствие крайне медленной установки потенциала, зависящей от малой растворимости хинона. В качестве общего правила можно принять, что хингидронный метод дает тем более правильные результаты, чем ближе его потенциал при данном рН к окислительно-восстановительному потенциалу испытуемого грунта (при данной величине буферности). Определение окислительно-восстановительного потенциала морских грунтов гладкими платиновыми электродами происходит достаточно удовлетворительно. Окислительно-восстановительный потенциал верхнего слоя серых грунтов к северу и к юго-востоку от Шпицбергена колеблется от +81 до +154 mV и в среднем равен +105 mV. рН подстилающих грунтов северной части Баренцова моря равна в среднем около 8,25; величины рН в окисленном слое Баренцова моря и в обоих - верхнем и нижнем - слоях грунтов Карского моря, определенные хингидронным методом и его модификациями, вследствие высокого окислительно-восстановительного потенциала и действительного подщелачивания среды при восстановлении высших окислов марганца гидрохиноном дают слишком щелочные, против истинных величин, значения. Возможность образования окисленных осадков (коричневых марганцевых илов) обусловливается соотношением между количеством марганца и отмерших органических остатков, поступающих в донные отложения, и наличием устойчивого содержания кислорода в придонном слое. Сопоставление районов распределения окисленных бурых осадков в северной части Баренцова моря с распределением нитритов указывает на то, что окисленные осадки распространены в тех районах, где количество еще не минерализовавшихся остатков организмов, доходящих до дна, минимально. В соответствии с благоприятным влиянием вертикальной циркуляции на биологическую продуктивность дна и с положениями, высказанными выше, коричневые марганцовые осадки как в Белом, так и в Баренцовом морях четко приурочены к районам с отсутствием вертикальной циркуляции, доходящей до дна в зимнее время. Процесс образования коричневых илов состоит в накоплении сверху вместе с частицами ила высших окислов марганца и окиси железа за счет выветривания минерального материала, приносимого речным стоком или льдом, а частично, вероятно, за счет непосредственного выпадания высших окислов марганца и окиси железа из воды (внутренние моря). Накопление мощных коричневых осадков до 10 см и выше возможно лишь в условиях совершенно устойчивого кислородного режима в течение круглого года и полного отсутствия перебоев в снабжении грунта кислородом./The method for determining the active reaction (pH) of sea bottom grounds by quinhydrone and hydroquinhydrone proved to be effective only in those cases when the oxidation-reduction potential of the ground did not considerably exceed that of the quinhydrone or hydroquinhydrone electrode at a given pH value. Theoretically the quinone-quinhydrone method is most suitable for soils oxidizing the quinhydrone, except cases of exceedingly high oxidation-reduction potential, surpassing that of the quin-quinhydrone electrode at a given pH value, e.g., soils containing higher manganese oxides. It is to be accepted as a general rule that the less difference between the quinhydrone potential and that of the oxidation-reduction potential of the ground is examined, the more reliable are the results afforded by the quinhydrone method at a given pH value. The determination of the oxidation-reduction potential of the sea bottom grounds by means of polished platinum electrodes has proved to be quite efficient. The oxidation-reduction potential of the upper layer of the gray grounds north-ward and southeastward from Spitzbergen fluctuates from +81 to +154 mV the average being +105 mV. The average value of pH in this layer amounts to 7,94. The oxidation-reduction potential of the brown layer in the northern part of the Barents Sea is +265 mV on the average, that of the Kara Sea - +270 mV, these values being practically identical. Their absolute value is exceedingly high. The oxidation-reduction potential of the underlying grey grounds of various tints (blue, green etc.) in the northern part of the Barents Sea averages +153 mV, and that of the Kara Sea - +224 mV. The average value of pH of the undrlying grounds in the northern part of the Barents Sea is 8,25; the values of pH in the oxidized layer of the Barents Sean and in both the upper and lower layers of the Kara Sea grounds, determined either by the both the upper and lower layers of the Kara Sea grounds, determined either by the actual quinhydrone method of by some other modification of the same method due to the high oxidation-reduction potential and the actual alkalinization of the medium when the highest oxides of manganese are reduced by hydroquinone, are too alkaline to be true. Laboratory experiments have shown that at pH value about 8, the maximum oxidation-reduction potential of Fe (OH)2 and Fe (OH)3 paste is about +40 mV, that of Mn (OH)2 + MnO3 paste is about +490 mV. The possibility for the formation of oxidized sediments (brown manganese muds) is conditioned by the interrelationship between the quantity of manganese and of dead organic remains, participating in the formation of bottom sediments and by the presence of stable oxygen content in the bottom layer. The comparison of the area of distribution of the oxidized brown deposits in the northern part of the Barents Sea with that of nitrites has shown the oxidized deposits to be distributed in regions with minimum quantity of non-mineralized remains of organisms, reaching the sea bottom. In accord with the favourable influence of vertical circulation upon the biological productivity of the bottom and the statements expressed above, the brown muds both in the White and the Barents Seas are strictly confined to regions with vertical circulation never reaching the sea-bottom in winter time. The process of brown mud formation consists in the accumulation from above of high manganese roxides and ferric hydroxide at the expense of the weathering of mineral material, brought by rivers and ice, and partly, presumably, at the expense of direct precipitation of high manganese oxides in water (inner seas). The thickness of the oxidized layer is determined by the capacity of water, diffusing into soil, to sustain a sufficient quantity of oxygen in sea bottom. With the gradual growth of the oxidized layer a gradual reduction occurs from below at the expense of the oxidation of the brown mud organic matter. The accumulation of brown sediments of thickness 10 cm. and more is possible in conditions of an absolutely stable oxygen regime throughout the year, provided there are no interruptions in the oxygen supply to the ground.