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

Chơng 10
Thnh phần các chất hữu cơ trầm tích trong hồ
10.1 Giới Thiệu
Thnh phần các chất hữu cơ của trầm tích hồ cung cấp những thông tin rất
quan trọng để nghiên cứu lịch sử về môi trờng hồ, lịch sử biến đổi khí hậu v
các tác động của con ngời lên môi trờng. Các chất hữu cơ trầm tích mang
trong mình nguồn gốc của nớc biểu hiện ở các nguyên tố, các đồng vị v các
phân tử. Sự thay đổi về loại v số lợng của các hợp chất hữu cơ từ nguồn ban
đầu trong v sau quá trình sát nhập với trầm tích hồ cho biết nhiều về môi
trờng vật lí v địa hoá của hồ. Điều tra địa hoá về nguồn gốc v sự biến đổi
của các chất hữu cơ trong các trầm tích hồ l việc rất quan trọng để đa ra
nhiều qui luật.
Thnh phần các vật chất hữu cơ chỉ chiếm một phần của trầm tích hồ song rất
quan trọng. Nó đợc tạo thnh bởi sự pha trộn phức tạp của lipit, cacbon
hyđrat, prôtêin v các hợp chất sinh hoá khác có nguồn gốc từ các mô sống của
các sinh vật nhỏ dới đáy hồ v một phần từ các sinh vật trớc đây sống trong
hồ v trong khu vực lân cận (lu vực hồ). Các chất mùn đợc tổng hợp từ
những chất sinh hoá học khởi đầu ny v đóng vai trò chính trong thnh phần
các hợp chất hữu cơ phức tạp. Nghiên cứu về thnh phần hợp chất hữu cơ trầm
tích l cơ sở để xác định thông tin về giá trị dinh dỡng, tính ôxi hoá khử v cổ
môi trờng chứa trong các vật chất ny. Các ảnh hởng của tác động biến đổi
do vi sinh vật v phân huỷ có chọn lọc của các hợp chất hữu cơ trớc khi chúng
trở thnh một phần của trầm tích đáy hồ l đặc biệt quan trọng.
10.1.1 Tầm quan trọng của các hợp chất hữu cơ trong các trầm tích hồ
Các hợp chất hữu cơ tạo thnh một phần số liệu về lịch sử hồ đợc bảo tồn
trong trầm tích hồ. Các loại sinh vật khác nhau sinh sống phổ biến trong hồ v
lu vực của nó tạo ra các hợp chất hoá học có thnh phần sinh hoá khác nhau.
Thay đổi trong cấu trúc của quần thể những sinh vật ny tạo ra các thay đổi về
số lợng v loại của các hợp chất hữu cơ lắng đọng ở những thời điểm khác
nhau trong quá trình hình thnh v phát triển của hồ. Trong suốt quá trình

lắng đọng xuống đáy hồ hợp chất hữu cơ l đối tợng tác động của các vi sinh
vật m kết quả l các chất hữu cơ ban đầu bị biến đổi. Mức độ thay đổi cung
cấp nhiều thông tin về môi trờng trong quá khứ của hồ hơn, đặc biệt l sự
biến đổi của môi trờng nớc hồ. Thông tin về những loại ny cung cấp một
phần số liệu để nghiên cứu cổ khí hậu hồ v khu vực lân cận v các nghiên cứu
về thnh phần hợp chất hữu cơ của trầm tích đáy hồ ở các khu vực khác nhau
của thế giới l một phần quan trọng trong việc xây dựng lại những số liệu ny.
Thnh phần hợp chất hữu cơ của trầm tích hồ gắn liền với rất nhiều quá trình
sinh hoá v địa hoá khác nhau. Các sinh vật đáy v vi khuẩn phụ thuộc vo
437

các hợp chất hữu cơ để cung cấp năng lợng cho chúng hoạt động. Vì rất nhiều
thnh phần của hợp chất hữu cơ tơng đối dễ bị ôxi hoá thnh dạng ít nguyên
tử cacbon hơn bởi các chất oxi hoá trong nớc. Hơn nữa các phản ứng oxi hoá
khử trong đó các chất vô cơ bị oxi hoá bị giảm đi bởi sự tơng tác vo hợp chất
hữu cơ, l rất phổ biến trong các trầm tích. Các hợp chất hữu cơ l kết quả của
quá trình động lực sinh địa hoá của các thnh phần trầm tích cái ảnh hởng
đến cả quá trình sống v không sống trong trầm tích hồ.
Các loại đá giu hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ lắng đọng trầm tích trong các
hồ cổ cơ lm tăng dấu hiệu để nhận ra sự có mặt của nguồn vật liệu quan trọng
nh dầu lửa. Chẳng hạn, các loại đá ở Trung Quốc kỉ Triat, kỉ phấn trắng ở
Braxin, thể Ecoxen hình thnh ở Bắc Mĩ l các loại đá nguồn gốc của dầu. Một
ứng dụng của việc nghiên cứu hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ đó l sự hiểu
biết về các giai đoạn liên quan trong quá trình lắng đọng trầm tích l rất hữu
ích trong việc tìm kiếm dầu.
10.1.2 Nguồn gốc của hợp chất hữu cơ trong các trầm tích hồ
Nguồn gốc chính của hợp chất hữu cơ tới trầm tích hồ l từ thực vật sống trong
môi trờng nớc hồ v các khu vực lân cận. Nguồn gốc của hợp chất hữu cơ
trong trầm tích hồ v sự biến đổi chúng trong quá trình kết hợp của chúng với
trầm tích hồ đợc miêu tả trong hình 10.1. Gần nh tất cả các hợp chất hữu cơ

có nguồn gốc từ thực vật, dới 10% có nguồn gốc từ động vật.
Thực vật có thể đợc chia thnh hai nhóm chính dựa trên đặc điểm địa hoá của
chúng. Thực vật không có mạch (thiếu gỗ v xenlulozơ) chẳng hạn nh tảo v
thực vật có mạch (có những loại hợp chất trên) chẳng hạn nh các loại cây cỏ,
cây bụi v các cây gỗ lớn. Những loại thực vật ny sống trên đất v trên phần
nớc nông của hồ. Sự đóng góp của hai nhóm thực vật chịu ảnh hởng mạnh
bởi hình thái hồ, địa hình lu vực v tỉ lệ giữa lợng thực vật v số hồ trong
lu vực. Các hợp chất hữu cơ trong các trầm tích hồ chiếm chủ yếu bởi nguồn
gốc từ các loại tảo trong một số hồ v bởi các loại có nguồn gốc từ đất trong một
số hồ khác.
Vi khuẩn v các loại vi sinh vật khác trong nớc v trong trầm tích hồ cũng
nh l đất trong lu vực hồ tiếp tục hoạt động v phân rã các hợp chất hữu cơ
trong đất v nớc. Mặc dù một số vi khuẩn có khả năng quang hợp hoặc hoá
tổng hợp các hợp chất hữu cơ, các môi trờng hồ nói chung chứa đủ các hợp
chất hữu cơ để vai trò chủ yếu của vi sinh vật l sống dị dỡng v phân huỷ các
vật chất ban đầu. Một ngoại lệ quan trọng tồn tại trong các hồ có sự phân tầng
lớn nơi m các vi sinh vật có thể trở thnh những nh sản xuất chính của các
hợp chất hữu cơ ban đầu. Vi khuẩn sinh tổng hợp các dạng của hợp chất hữu cơ
trong khi phá vỡ cấu trúc trớc đó của hợp chất từ thực vật v động vật trong
hồ v lu vực của nó.
438

Hình 10.1:Các nguồn hợp chất hữu cơ tiêu biểu tới trầm tích hồ v sự biến đổi v phân huỷ của chúng
trong quá trình trầm tích. Hợp chất hữu cơ từ tảo trong hồ v từ thực vật trên lu vực l nguồn chính.
Hợp chất đợc vận chuyển bằng đờng hng không có thể từ ngoi lu vực v thờng chỉ đóng góp
một phần nhỏ. Các hạt trôi nổi tập chung ở tầng giữa có phân bố nhiệt không liên tục. Quá trình trôi
nổi lại v vận chuyển xuống dốc di chuyển đí di chuyển các hạt trầm tích từ vùng nông xuống khu
vực sâu hơn của hồ. Quá trình sinh vật tiền sử lý hợp chất hữu cơ xảy ra trong nớc v dới đáy hồ,
lm giảm tổng lợng v thay thế các đóng góp của các thnh phần ban đầu bằng đóng góp của vi sinh
vật.

Cùng với những loại có nguồn gốc trong lu vực hồ gió còn thờng xuyên vận
chuyển các hợp chất khác nhau chẳng hạn nh phấn hoa có nguồn gốc từ bên
ngoi lu vực hồ. Nguồn gốc do gió thờng chiếm một phần nhỏ trong tổng số
chất hữu cơ trầm tích xuống hồ nhng nó chứa những thnh phần khác biệt
hữu ích cho việc nghiên cứu cổ khí hậu.
Một số lợng các nguồn hợp chất hữu cơ tới hồ Michigan một hồ lớn thiếu dinh
dỡng, nớc ngọt đa ra sự đóng góp tơng đối của các nguồn gốc ny: 90%hợp
chất hữu cơ trong nớc hồ l có nguồn gốc từ tảo tạo ra, 5% đợc mang tới hồ
bởi sông, 5% đợc mang bởi gió v giáng thuỷ. Những hợp chất hữu cơ ny l
đối tợng tác động của sự phân rã có chọn lọc khi chúng chìm xuống đáy hồ, v
vì vậy chúng hiếm khi tránh khỏi những tác động trong trầm tích hồ.
10.1.3 Sự biến đổi của hợp chất hữu cơ trong quá trình lắng đọng
Các quá trình khác nhau tác động tới sự thay đổi đặc điểm của hợp chất hữu cơ
trong khoảng thời gian tơng đối ngắn từ lúc bắt đầu lắng chìm đến khi bị
chôn vùi xuống dới đáy hồ. Quá trình chủ yếu l quá trình phân rã diễn ra
trong thời gian lắng đọng. Các nghiên cứu lắng đọng trầm tích ở hồ Michigan
chỉ ra rằng chỉ 6% cacbon hữu cơ hình thnh từ quá trình quang hợp của thực
vật từ bề mặt nớc tới độ sâu 100 m ở phía nam của hồ (Bảng 10.1). Gần 85%
cacbon bị oxi hoá trớc khi rời tầng apilimnion, tầng nhiệt bên trên của hồ
(Eadie, 1984). Khi nghiên cứu ở trung tâm của phía nam hồ Michigan ngời ta
thấy rằng lợng cacbon hữu cơ cng giảm khi cng xuống sâu nh minh hoạ ở
439

hình 10.2. Trầm tích đáy hồ chỉ chiếm dới 10% chất hữu cơ lơ lửng trong nớc
trớc khi bị chìm lắng xuống hồ (Meyer v Eadie, 1993). ở những hồ nông hơn
hợp chất hữu cơ có thời gian chìm lắng ngắn hơn v do vậy bị oxi hoá cũng ít
hơn. Kết quả l những hồ nớc nông thì giu chất hữu cơ hơn những hồ nớc
sâu chẳng hạn nh hồ Laurentian.
Bảng10.1:ớc lợng tổng cacbon hữu cơ trong trầm tích hồ Michigan minh hoạ cờng độ của chu
trình biến đổi của hợp chất hữu cơ trong các hệ thống hồ.

Số liệu rút ra từ các nghiên cứu trầm tích của Eadie v các đồng nghiệp (1984) ở độ sâu 100 m
Thnh phần chu trình cacbon Tổng (g C
hữu cơ
/m
2
/năm)
Sản xuất ban đầu 139
Oxi hoá ở tầng epilimnion -115
Chìm xuống tầng hypolimnion 24
Chìm xuống trầm tích mặt 8
Lơ lửng lại vo tầng hypolimnion 75
Hình 10.2:Hm lợng cacbon hữu cơ, tỉ số C/N v giá trị đồng vị cacbon trong thực vật phù du, vật liệu
h ở năm độ sâu, v lớp trầm tích trên mặt hồ Mictrầm tíc higan. Hm lợng cacbon hữu cơ giảm đi 10
lần, nhng tỉ số C/N v giá trị đồng vị không thay đổi giữa thực vật phù du v giá trị trầm tích (Meyers
hất hữu cơ hng năm tới đáy (Meyer v Eadie
v Eadie 1993).
Các hợp chất hữu cơ sau đó lại chịu tác động oxi hoá v phá huỷ ở dới đáy hồ.
Quá trình lm lơ lửng chất hữu cơ đã bị trầm tích có thể rất đáng kể (chẳng
hạn nh 75 g cacbon hữu cơ/m
2
/năm ở độ sâu 100 m ở hồ Michigan (Bảng 10. 1)
hoặc gần 10 lần lợng hợp c
440

(1993)). Hợp chất hữu cơ bị lơ lửng trở lại, bị tác động bởi hoạt động của vi sinh
trộn rối tốt hơn so với trong những hồ nhỏ.
Xáo trộn sinh học của các trầm tích lớp trên mặt cũng kéo di thời gian oxi hoá
v thêm vo đó l sự phân huỷ do nhu cầu dinh dỡng của sinh vật dới đáy
hồ. Độ sâu của lớp xáo trộn sinh học trong hồ lớn chẳng hạn, l xấp xỉ 10 cm
(Robbins v Edginton, 1975). So với các nghiên cứu ở trầm tích đại dơng cho

thấy 75% của hợp chất hữu cơ xuống đáy bị phá huỷ ở lớp xáo trộn sinh học.
Những nơi m đáy hồ trong điều kiện thiếu oxi theo mùa hoặc vĩnh viễn thì lớp
ny bị thu hẹp lại hoặc không tồn tại bởi vì những sinh vật đáy cần có oxi ho
tan cho quá trình hô hấp.
Rất nhiều hồ trong vùng ôn đới hình thnh tầng nhiệt trong suốt mùa hè khiến
lớp bên dới thiếu oxi v hợp chất hữu cơ trong trầm tích những hồ ny lớn hơn
so với những vùng có oxi ho tan thờng xuyên. Nh vậy ta có thể biết đợc có
tồn tại lớp xáo trộn sinh học hay không dựa vo trầm tích đáy hồ.
on hữu cơ trong trầm tích hồ
ồn gốc trên cạn.
hơn (nghiên cứu ở hồ Otario).
Ton bộ phần d của quá trình tiền xử lí bởi sự tổng hợp của các vi sinh vật
ợc thêm vo trong hỗn hợp, một phần bị biến đổi hoặc phá huỷ. Phần còn lại
đợc bảo tồn.
Kết quả cuối cùng của những quá trình ny l ton bộ các thnh phần của hợp
chất hữu cơ trong trầm tích bị khác đi so với các chất hữu cơ ban đầu tạo ra bởi
các quần thể sinh vật trong v xung quanh hồ. Hơn nữa, lợng chất hữu cơ bị
chôn vùi trong lớp trầm tích sát mặt cũng nhỏ hơn so với lợng chất hữu cơ ban
đầu vo trong hồ.
vật trong nớc. Quá trình ny thờng diễn ra mạnh hơn trong những hồ lớn,
xáo
Hợp chất hữu cơ cũng l đối tợng tác động của các vi sinh vật yếm khí sau khi
bị chôn vùi dới lớp hoạt động sinh học. Nớc của hầu hết các hồ chứa không
đủ sunfat (
2
4
SO ) ho tan để lm giảm hm lợng sunfat - một quá trình quan
trọng. Thay vo đó vi sinh vật tiếp tục quá trình phân huỷ nếu hợp chất hữu cơ
bị trầm tích chứa đủ các điều kiện cho chúng hoạt động. Jonhson v đồng
nghiệp đã thấy có sự giảm hm lợng cacb

Superior. Họ đã tính đợc chu kỳ bán huỷ của cacbon hữu cơ l 100 năm (sau
100 năm thì hm lợng cacbon hữu cơ còn một nửa) ở đáy của hồ rộng v thiếu
dinh dỡng ny.
Những dạng khó phản ứng của hợp chất hữu cơ trở nên chiếm u thế hơn khi
m dạng dễ phản ứng đã đợc sử dụng hết bởi tác động của các vi sinh vật v
bởi sinh vật ăn chất lắng đọng. Các thnh phần có nguồn gốc từ nớc nhìn
chung nhạy cảm với quá trình phân huỷ của sinh vật hơn các thnh phần của
hợp chất hữu cơ có ngu
Các hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ vì vậy có một phần lớn không phản ứng
của hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ trên cạn. Hơn nữa, các chất mùn v lipit
phản ứng kém hơn so với hợp chất amin v cacbonhyđrat, v chiếm tỉ lệ cng
lớn trong hợp chất hữu cơ khi cng xuống sâu
đ
441

10.1.4 Sự tơng tự v khác nhau của hợp chất hữu cơ trong trầm tích
hồ v đại dơng
Môi trờng hồ v đại dơng có sự tơng tự nhau ở rất nhiều bộ phận nhng
vẫn tồn tại những điểm khác biệt quan trọng ảnh hởng đến quá trình trầm
lắng hợp chất hữu cơ. Sự khác nhau ny đợc tăng lên rất nhiều bởi sự đối lập
về kích thớc v tuổi giữa đại dơng v hồ. Lu vực hồ nhỏ hơn rất nhiều so
với đại dơng, nhận đợc trầm tích đất đá từ mặt đất nhiều hơn. Điều ny lm
cho tỉ lệ tốc độ trầm tích của hồ nhanh hơn vợt trội so với đại dơng v hợp
chất hữu cơ bị chôn vùi cũng nhanh hơn. Các chất dinh dỡng nhận đợc từ
mặt đất xuống hồ lm tăng quá trình sản xuất trong nớc của hợp chất hữu cơ.
Sinh vật đáy trong hồ không đa dạng nh trong đại dơng v độ sâu hoạt động
của chúng cũng nhỏ hơn. Thời gian trôi nổi của các hợp chất hữu cơ trong hồ
cũng nhỏ hơn trong đại dơng. Tất cả các nhân tố trên lm tăng khả năng bảo
tồn hợp chất hữu cơ khỏi quá trình oxi hoá. Sự xáo trộn rất mạnh mẽ chất chìm
lắng trong đáy hồ lm lơ lửng lại các hợp chất hữu cơ ngợc lại lại lm cho các

hợp chất hữu cơ lại oxi hoá trở lại. Xáo trộn rối l quá trình rất quan trọng
thậm chí ngay cả ở những hồ có độ sâu tới 100 m.
c độ v loại hợp chất hữu cơ phân huỷ. Một sự khác nhau nữa l
nh trầm tích.
nhanh v có tuổi địa chất tơng đối trẻ. Một số lu vực ven biển từng
l hồ nớc ngọt trớc khi bị ngập nớc biển do quá trình biển lấn mực nớc
biển tăng lên. Nghiên cứu về trầm tích ven biển v các vật liệu trầm tích ven
biển cung cấp những mối quan hệ quan trọng về việc xác định nguồn gốc v sự
Sự khác nhau về tính chất hoá học giữa hồ v đại dơng cũng ảnh hởng đến
hợp chất hữu cơ trong trầm tích. Nớc biển hiếm khi thiếu hoặc không có oxi
ho tan trong khi đó hầu hết các hồ (đặc biệt l vùng ôn đới v hn đới) đều
thiếu oxi ho tan trong suốt thời kỳ phân tầng nhiệt. Sự thiếu oxi ho tan ảnh
hởng tới tố
ion sunphat (
2
4

so
) l ion chủ yếu có trong nớc biển nhng không có hoặc có
rất ít trong hầu hết các hồ. Dới hoạt động của vi trùng, vi khuẩn ion sunfat
kết hợp với các hợp chất hữu cơ trong suốt thời kì đầu hình th
Sự khác nhau về tuổi giữa đại dơng v hồ ảnh hởng đến những đặc điểm của
hợp chất hữu cơ. Đại dơng có tuổi tính bằng hng triệu năm trong khi rất ít
hồ có tuổi trên 10000 năm. Các quá trình hình thnh đá chậm chạp rất quan
trọng đối với đại dơng có thể không xuất hiện trong các trầm tích hồ. Do
những khác nhau ny trầm tích hồ nhìn chung chứa nhiều hợp chất hữu cơ hơn
trầm tích dới đáy đại dơng. Tỉ lệ cacbon hữu cơ trầm tích thờng chiếm
khoảng 7% trong khi đó tỉ lệ ny trong trầm tích đại dơng khoảng vi phần
nghìn. Hơn nữa, hợp chất hữu cơ của trầm tích hồ thờng có nguồn gốc từ trên
cạn hơn l trầm tích đại dơng.

Trầm tích ven biển các đại dơng không giống nh dới vùng biển sâu có sự
tơng tự rất lớn với trầm tích hồ. Chúng tích tụ lại ở những vùng nớc nông
thờng nhận một lợng lớn chất hữu cơ có nguồn gốc lục địa đợc lắng đọng
tơng đối
442

biến đổi của các hợp chất hữu cơ. Kết quả của những nghiên cứu ny đợc ứng
dụng để điều tra tính chất địa hoá học của hồ.
10.1.5 Tuổi của các mẫu trầm tích hồ
Trầm tích hồ nhìn chung tích tụ nhanh hơn trầm tích đại dơng do vậy tuổi
của các trầm tích hồ đặc biệt phù hợp khi xác định tuổi trầm tích từ sự phân rã
của các đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã ngắn. Hai đồng vị phóng xạ thông
thờng nhất phục vụ cho mục đích ny l (chu kì bán rã l 22năm) v
(chu kì l 5730năm). Các thời gian liên quan với các quá trình trầm tích rất
ngắn chẳng hạn theo mùa thờng xác định bởi ( chu kì bán rã 53 ngy).
Tuổi cacbon phóng xạ của trầm tích th nh phần cacbon
hữu cơ. Hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ thờng chứa các mảnh vụn cacbon
hữu cơ trong đó tuổi của đồng vị thờng lớn hơn 1000-2000năm so với tuổi
của trầm tích hồ.Xác định tuổi của các trầm tích thờng gặp khó khăn bởi vì số
lợng các mảnh cacbon không phải l không đổi theo thời gian. Vì lí do đó
ngời ta thờng xác định tuổi của các bon phóng xạ từ các mảnh cacbon không
bị tác động của hợp chất hữu cơ hoặc từ vỏ đá vôi của các sinh vật hồ nhng
những vật liệu ny không phải lúc no cũng có sẵn.
Tuổi của các trầm tích hồ có thể đợc xấp xỉ từ các sự kiện lịch sử có liên quan
đến trầm tích. Ngời ta tập chung vo những cực đại xuất hiện của các nuclít
phóng xạ chu kì bán rã lớn chẳng hạn nh . Đồng vị ny đợc sử dụng lm
bom nguyên tử v các phản ứng hạt nhân. Nuclit ny xuất hiện trong các số
liệu về trầm tích vo năm 1945 v đạt cực đại vo các năm do tác động của các
vụ thử hạt nhân v đạt cực đại một lần nữa vo năm 1986 sau tai nạn ở hạt
nhân ở nh máy hạt nhân Chernobyl ;Wieland(1993). Việc chặt phá rừng

thờng gắn liền với việc thay đổi cây trồng v các loại thụ phấn phân phát
phấn hoa tới các trầm tích hồ. Chẳng hạn, các cây thụ phấn nhờ ong phát triển
Bắc Mỹ, khi ngời châu Âu định c v tiến về phía tây trong những năm
1800 v chặt phá cây phục vụ cho mục đích nông nghiệp của mình đã đẩy
những cây ny về phía tây. Lịch sử của trầm tích hồ trong khu vực có thể đợc
liên hệ với sự di chuyển ny. Một số hồ chứa nham thạch của núi lửa có thể
đợc xác định từ thời điểm hoạt động của núi lửa. Những sự kiện trên chỉ giúp
lm vững thêm các kết luận đợc xác định từ các ti liệu phân rã, phóng xạ
hơn l một phơng pháp xác định tuổi trầm tích một cách độc lập.
10.2 Dấu hiệu của nguồn gốc v sự biến đổi của hợp chất hữu cơ
trong các trầm tích hồ
Sự tích tụ của các hợp chất hữu cơ xuống đáy hồ phản ánh cả về loại v số
lợng của các vật liệu ban đầu v sự biến đổi, phân huỷ của các vật liệu ny.
Các hệ thống hồ khác nhau, nguồn gốc v quá trình biến đổi của các hợp chất
hữu cơ cũng khác nhau tuỳ theo từng khu vực v thời điểm. Mặc dù vậy các
nghiên cứu ở các số liệu của từng hồ riêng biệt l rất cần thiết, nghiên cứu ở
các hồ khác nhau đã giúp ngời ta có cách nhìn tổng hợp về các nhân tố ảnh
Pb
210
C
14
Be
7
ờng xác định từ th
C
14
Ci
137
ở
443

hởng đến thnh phần hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ.
10.2.1 Thông tin nguồn đợc giữ trong tỉ lệ C/N của các trầm tích hồ
Bảng 10.2:Tỉ lệ C/N của các loại cây khác nhau đóng góp hợp chất hữu cơ cho trầm tích hồ v trong
trầm tích các hồ khác nhau:
Mẫu C/N Tham khảo
Cây trên đất
Gỗ sồi trắng, hiện đại 276 Hedges (1985)
Gỗ sồi trắng, 25 ky tuổi 111 Hedges (1985)
Gỗ tổng quán sủi đỏ, hiện đại 264 Hedges (1985)
Gỗ tổng quán sủi đỏ, 2.5 ky tuổi 106 Hedges (1985)
Gỗ cây vân sam, hiện đại 506 Hedges (1985)
Gỗ cây vân sam, 2.5 ky tuổi 541 Hedges (1985)
Gỗ cây vân sam trắng, hiện đại 190 Mayers (1990)
Gỗ cây vân sam trắng,10 ky tuổi 218 Mayers (1990)
Lá cây liễu hiện đại 38 Mayers (1990)
Lá cây doơng hiện đại 22 Mayers (1990)
Sợi cây thông lá kim, hiện đại 42 Mayers (1990)
Cây vân sam lá kim, hiện đại 43 Mayers (1990)
Cây vân sam lá kim, 10 ky 46 Mayers (1990)
Thực vật hồ
Thực vật phù du hồ Piramid 6 Mayers (1990)
Thực vật phù du hồ Michigan 7 Mayers (1990)
Thực vật phù du hồ Wakeham 8 Mayers (1990)
Tảo cát Astertonella formosa
9 Bourbonniere (1979)
Tảo xanh Chlamydamonas sp
7 Bourbonniere (1979)
Thực vật phù du hỗn hợp hồ Biwa 6-7 Nakai v Koyama
(1991)

Các mẫu trầm tích hồ
Trầm tích mặt, hồ Biwa 6 Meyers v Horie
(1993)
Trầm tích mặt hồMichigan 8 Meyers (1984)
Trầm tích bị lơ lửng lại hồ Michigan 8 Meyers (1984)
Trầm tích mặt hồ Walker 8 Meyers (1984)
Trầm tích mặt hồ Pyramit 9 Meyers (1984)
Trầm tích hồ Baikal 11 Qiu (1993)
Trầm tích mặt Coburn Pond 12 Ho v Meyers (1994)
Trầm tích mặt hồ Mangrove 13 Hatcher (1982)
Trầm tích mặt hồ Bosumtwi 14 Tabot v Joannssen
(1992)
Các chất hữu cơ ban đầu có nguồn gốc từ nớc phân biệt với các chất có nguồn
gốc từ đất (lục địa) dựa vo tỉ lệ C/N của các hợp chất hữu cơ trong các trầm
tích. Sự xuất hiện hay biến mất của xenlulozơ trong chất hữu cơ ban đầu sẽ
ảnh hởng đến tỉ lệ C/N. Bảng 10.2 đa ra một vi ví dụ giá trị C/N của một số
loại cây đại diện đóng góp hợp chất hữu cơ cho trầm tích hồ v cung cấp tỉ số
C/N của trầm tích hồ.
444

Các loại cây không mạch trong nớc có tỉ lệ C/N thấp thờng trong khoảng từ 4
đến 10 trong khi thực vật có mạch trên cạn tỉ lệ ny l 20 hoặc lớn hơn. Các hồ
nhận đợc các hợp chất hữu cơ từ thực vật có mạch trên cạn tơng đối nhỏ so
với nhận đợc hợp chất hữu cơ có nguồn gốc dới nớc chẳng hạn nh hồ
Walker v Michigan, cho thấy tỉ số C/N nhỏ so với các hồ nhận đợc một lợng
lớn các chất hữu cơ có nguồn gốc trên cạn nh hồ Mangrore v hồ Bosumtwi
(Bảng 10.2). Tỉ số C/N l 13-14 đối với các trầm tích trên mặt của hai hồ trên
với sự đóng góp của cả cây có mạch v không có mạch đợc (l nguồn hỗn hợp
nguồn đóng góp ban đầu cho hầu hết các hồ ).
Sự phân huỷ có chọn lọc của các hợp chất hữu cơ trong giai đoạn đầu của quá

trình biến đổi có thể thay đổi các thnh phần v sau đó l tỉ số C/N của hợp
chất hữu cơ trong trầm tích hồ. Tỉ số C/N của những loại gỗ mới luôn cao hơn
các loại gỗ đã bị chôn vùi trong trầm tích (Bảng 10.2). Sự thay đổi tơng tự,
mặc dù khó nhận biết hơn nhiều cũng thấy ở các hợp chất hữu cơ trầm tích.
Hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ Michigan trớc khi chìm lắng tỉ số C/N
bằng 9 trong khi đó chất hữu cơ đã lắng đọng bị lơ lửng lại tỉ số ny l 8. Ngời
ta cũng đã quan sát thấy diễn biến tơng tự trong đất (Sollins, 1984), nơi liên
quan tới sự bảo tồn hợp chất chứa nitơ của sinh vật đồng thời giảm các thnh
phần chứa cacbon. Tuy nhiên, những thay đổi xảy trong thnh phần hợp chất
hữu cơ l không đủ lớn để xoá bỏ khác biệt giữa nguồn gốc từ cây có mạch từ
đất v dới nớc.
So sánh với tỉ số C/N của sinh vật phù du, thnh phần trầm tích trên mặt hồ
Michigan cho thấy những tham số ny vẫn bảo tồn nh ban đầu mặc dù có sự
giảm đáng kể tổng lợng các chất hữu cơ trong quá trình chìm lắng (Hình
10.2). Mặc dù hm lợng cacbon hữu cơ giảm rõ rệt khi so sánh sinh vật phù
du v sinh vật đáy nhng khác nhau l rất nhỏ giữa chỉ số C/N ban đầu v cuối
cùng. Tuy nhiên, những biến đổi trong thnh phần các chất hữu cơ phù hợp với
những biến đổi quan sát đợc ở thnh phần sinh vật đó l sự xuất hiện các loại
tảo ở tầng trên của hồ v sự biến mất của loại thực vật ny ở phần dới của nó
(Meyer v Eadie, 1993). Những thay đổi ny dờng nh phản ánh quá trình
hình thnh trầm tích ở các độ sâu khác nhau.
10.2.2 Nguồn thông tin từ thnh phần đồng vị của cacbon
Hầu hết các cây quang hợp kết hợp cacbon vo trong hợp chất hữu cơ sử dụng
con đờng C
3
Calvin, trong đó u tiên kết hợp đồng vị
12
C vo hợp chất hữu cơ,
tạo ra chuyển đổi xấp xỉ -20
0

/
00
từ hm lợng đồng vị cacbon ở nguồn cacbon vô
cơ. Một số cây sử dụng đờng C
4
Hatch-Slack, v một số khác, hầu nh tất cả
các cây mọng nớc, sử dụng đờng biến đổi axit của họ thuốc bỏng (CAM). Giá
trị chuyển đổi theo đờng C
4
l từ -8 đến -12
0
/
00
giá trị ny theo đờng CAM có
thể biến đổi từ -10 đến -20
0
/
00
. Hợp chất hữu cơ tạo ra từ khí CO
2
bởi cây sử
dụng đờng C
3
có giá trị trung bình của đồng vị
13
C (PDB) xấp xỉ -28
0
/
00
v bởi

cây sử dụng đờng C
4
, giá trị ny xấp xỉ -14
0
/
00
(OLeary, 1988). Các hợp chất
hữu cơ có nguồn gốc từ hồ thờng phân biệt về thnh phần đồng vị với các cây
445

C
3
ở lu vực xung quanh (Bảng 10.3). Diễn biến tơng tự trong thnh phần
đồng vị cacbon của hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ hồ v từ đất trái ngợc với
trong đại dơng, nơi m chỉ tồn tại sự khác nhau 7
0
/
00
giữa các hợp chất hữu cơ
có nguồn gốc từ tảo v từ lục địa ( Jasper v Gagosian, 1989; Meyers, 1994).
Điều trái ngợc ny l do khác nhau ở dạng d thừa v chiếm u thế của
cacbon ho tan trong hai hệ thống trong nớc biển v CO
2
trong nớc
ngọt.
Bảng 10.3:Giá trị đồng vị cacbon của các loại thực vật khác nhau đóng góp hợp chất hữu cơ cho trầm
tích hồ v trong trầm tích các hồ khác nhau
Mẫu
13
C (

0
/
00
) Tham khảo

3
HCO
Cây trên đất C
3
Nakal v Koyama(1991)
Lu vực hồ Biwa
-25 đến 3 Meyers (1990)
Lá cây liễu -26.7 Meyers (1990)
Lá cây dơng -25 Meyers (1990)
Lá cây dơng lá rung -25.8 Meyers (1990)
Gỗ cây dơng -27.9 Meyers (1990)
Gỗ cây bách xù -22.5 Meyers (1990)
Gỗ cây thông lá kim -24.8 Meyers (1990)
Sợi cây vân sam trắng -25.1 Meyers (1994)
Gỗ cây vân sam trắng -23.1 Meyers, không xuất bản
Vỏ cây vân sam -23.5 Meyers, không xuất bản
Thực vật hồ
Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Biwa -25 đến 28 Nakal v Koyama(1991)
Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Walker -28.8 Meyers (1990)
Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Pyramid -28.3 Meyers (1994)
Hỗn hợp sinh vật phù du hồ Michigan -26.8 Meyers (1994)
Trầm tích hồ
Trầm tích mặt hồ Biwa -25.3 Meyers v Horie (1993)
Trầm tích mặt hồ Walker -24.2 Meyers (1990)
Trầm tích mặt hồ Pyramid -26.9 Meyers, không xuất bản

Trầm tích mặt Coburn Pond -28.4 Ho v Meyers (1994)
Trầm tích mặt hồ Bosumtwi -26.4 Talbot v
Johannessen(1992)
Trầm tích mặt hồ Michigan -26.3 Rea v đồng nghiệp
(1980)
Trầm tích lắng đọng hồ Michigan -27.5 Meyers v Eadie (1993)
Trầm tích mặt hồ Baikal -29.9 Qiu v đồng nghiệp (1993)
Sự tồn tại của một vi dấu vết của quá trình quang hợp cacbon hữu cơ dờng
nh đã tạo cơ hội tìm ra dấu vết về nguồn gốc của hợp chất hữu cơ trong lới
thức ăn hồ v trầm tích hồ. Tuy nhiên, trong hợp chất hữu cơ trầm tích của
hầu hết các hồ nguồn gốc ban đầu trong thnh phần các đồng vị cacbon bị biến
mất. Chẳng hạn, các chất tham gia quang hợp trong hồ Fayetteville Green có
giá trị
13
C biến đổi từ -15 tới -41
0
/
00. M
ặc dù khoảng biến đổi của nguồn thức ăn
khá rộng, hầu hết các sinh vật sống trong hồ có giá trị
13
C trong khoảng từ -25
446

tới -30
0
/
00
v trầm tích đáy có giá trị nyl -28
0

/
00
(Fry, 1986) rất gần với các giá
trị liệt kê trong bảng 10.3 các hồ khác.
Hoạt động vi sinh vật trong thời kỳ đầu của hình thnh trầm tích có thể thay
đổi thnh phần các đồng vị cacbon. Hợp chất hữu cơ l hỗn hợp của rất nhiều
chất khác nhau do vậy nó có thnh phần
vô cơ. C in của sinh vật phù d ợng
13
C chỉ có
trung bình -17 /
00
trong khi lipit ns, 1969).
Tổn thấ lọc của các chất ng hơn có thể tạo ra sự thay đổi
thnh phần đồng vị trong trầm tích khác rất nhiều so với nguồn gốc ban đầu.
Các ph hòng thí nghiệm của cỏ trong đầm lầy C
4
.Spartina
alternif á trình tổn ác vật liệu chứa đồng vị cacbon
nặng l
13 0
t thay đổi
tơng tự nhng nhỏ hơn cũng xảy ra với đồng vị cacbon đã đợc tìm thấy trong
các hợp chất hữu cơ giu cacbon trong bùn trầm tích dới hồ Mangrove, một hệ
thống hồ nớc biển chiếm u thế ở Bermuda (Hatcher,1982). So sánh hm
lợng của
13
C trong hợp chất hữu cơ v trong chất mùn cho thấy có sự hội tụ
khi xuống sâu của hm lợng đồng vị ny (hình 10.3). Sự thay đổi ny luôn
chịu tác động một phần của tổn thất có chọn lọc của hm lợng đồng vị cacbon

nặng (Spiker v Hatcher, 1984) nhng đồng thời còn do nguồn gốc của các chất
hữu cơ từ đất v từ đại dơng. Sự thay đổi do tổn thất có chọn đồng vị cacbon
nặng chỉ vo khoảng -2
0
/
00
trong vi nghìn năm tuổi của trầm tích ny. Sự thay
đổi trong hm lợng
13
C từ -26
0
/
00
trong lớp than bùi đến -18
0
/
00
ở lớp trầm tích
sát mặt rõ rng phản ánh sự thay đổi trong thực vật có nguồn gốc từ đất so với
tảo có nguồn gốc đại dơng trong hồ Magrove. Sự chiếm u thế của cây có
nguồn gốc từ đất đồng thời cũng phù hợp với tỉ số C/N bằng 46 trong lớp than
bùn (Hình 10.3).
So sánh hm lợng đồng vị
13
C trong sinh vật phù du trong trầm tích ở hồ
Michigan cho thấy rằng sự thay đổi trong thnh phần đồng vị gắn liền sự giảm
tổng lợng chất hữ cơ trong quá trình chìm lắng (hình 10.2). Hm lợng đồng
vị
13
C ban đầu v cuối cùng bị giảm giữ xấp xỉ -26

0
/
00
đến -27
0
/
00
nhng hm
lợng bị giảm -29
0
/
00
ở lớp trên mặt l bất thờng. Thay đổi ny trong thnh
phần đồng vị cacbon của hợp chất hữu cơ phù hợp với quá trình tổn thất chọn
lọc của thnh phần có nguồn gốc từ tảo ở lớp trên mặt (Meyers v Eadie, 1993).
Sự thay đổi thnh phần các đồng vị luôn phản ánh quá trình tổn thất trong
trầm tích của hợp chất hữu cơ loại tảo v sự tồn tại sau cùng của các hợp chất
bền hơn.
Biến đổi của hm lợng đồng vị
13
C theo độ sâu sẽ biến mất trong trầm tích hồ
nếu không có sự chiếm u thế của tảo. Trung tâm hồ Michigan chẳng hạn hm
lợng
13
C l -26
0
/
00
từ trầm tích hiện đại cho đến trầm tích 3500 năm tuổi trong
khi hm lợng của cacbon hữu cơ biến đổi từ 1% đến 3%. Tơng tự,Jasper v

Gagosian (1989) đã thấy rằng hm lợng
13
C một vùng trầm tích 100 Ky thuộc
lu vực hồ Pygmy ven bờ Louisian của Mexico dao động trong khoảng -22.5 đến
các đồng vị cacbon khác so với cacbon
u, chẳng hạn, hm lác axit am
0
có hm lợng ny l -28
0
/
00
(Dege
t có chọn dễ phản ứ
ân tích trong p
lora, tạo ra qu thất của c
m cho hm lợng C chỉ còn -13 đến -17 /
00
(Benner,1987). Mộ
447

-26.5
0
/
00.
Sự dao động đó l do nguồn đầu vo của trầm tích hồ từ lục địa v từ
biển. Sự biến đổi của hm lợng đồng vị trong trầm tích rất quan trọng khi
trầm tích đợc hình thnh có hm lợng hợp chất hữu cơ cacbon từ nhỏ đến
trung bình.
Hình 10.3:Hm lợng cacbon hữu cơ, tỉ số C/N v giá trị đồng vị cacbon ở các độ sâu khác nhau trong
lỗ khoan trầm tích hồ Mangrove, Bermuda. Giá trị đồng vị

13
C tơng ứng với chỉ tiêu PDB. Tỉ số C/N
phản ánh sự chiếm u thế của hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ tảo trong lớp bùn thối v từ thực vật
có mạch trong lớp than bùn. Sự hội tụ của tổng giá trị
13
C humin theo độ sâu đại diện cho tổn thất có
chọn lọc của cacbon không humin với tuổi trầm tích nhỏ hơn 4 Ky.Số liệu thu đợc từ Hatcher v đồng
nghiệp (1992, 1993)
Nếu khả năng ảnh hởng của sự biến đổi bị loại bỏ thì sự biến đổi của
13
C ở các
thời gian khác nhau có thể cung cấp các thông tin về lịch sử môi trờng. Lịch
sử của sự nâng lên của hồ Ornatio đợc ghi nhận bởi sự thay đổi hm lợng
đồng vị
13
C từ -27
0
/
00
trong các trầm tích lắng đọng giữa những năm 1800 đến -
25
0
/
00
vo những năm 1970 - 1980 (Schelske v Hodell, 1991). Các thời kỳ khô
hạn của hồ Walker, Navada đã tạo ra các thay đổi hon ton của hm lợng
đồng vị trong hồ nớc mặn ny (Benson, 1991). Tơng tự nh vậy Tabol v
Johannesen (1992) đã ghi lại những thay đổi của đồng vị
13
C hữu cơ sang hm

lợng lớn hơn trong trầm tích hồ Bosumtwi, Ghana, lắng đọng dới điều kiện
cacbon thấp.
khô hạn của trong thời kỳ gần cuối băng h cực đại cách đây 25- 10 Kya. Hợp
chất hữu cơ đợc tổng hợp các sinh vật dới nớc ghi lại thời gian nớc của hai
hồ Walker v Bosumtwi bị cô đọng lại v sau đó mặn hơn. Một minh hoạ kỹ
hơn về sự phản ánh cổ hồ thông qua giá trị đồng vị
13
C đợc cung cấp bởi Ras
(1978). ông đã chỉ ra rằng phần giữa chu trình mở rộng của hợp chất hữu cơ
trong nớc có thể tạo ra hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ tảo với giá trị đồng vị
448

Hình 10.4:Hm lợng cacbon hữu cơ, tỉ số C/N v giá trị đồng vị cacbon của trầm tích hồ Baikal,
Siberia. Sự giảm trong tỉ số C/N v giá trị đồng vị
13
C ở lớp chuyển tiếp bùn/bùn có chứa tảo cát cho
thấy đóng góp của hợp chất hữu cơ hồ có nguồn gốc từ tảo giảm bắt đầu từ cách đây 6800 ybp
Lịch sử 9000 năm của hồ Baikan ở vùng đông nam Sibêria đợc cung cấp bởi
thnh phần cacbon hữu cơ trong một lỗ khoan trầm tích phía bắc lu vực
(Qiu,1993). Suốt trong khoảng thời gian ny các núi băng dời đi v các khu
rừng hiện đại tiến đến thay thế. Tỉ số C/N trong lớp trầm tích bùn, đất sét mu
xanh biến đổi trong khoảng từ 15 đến 50 từ cách đây 6800 năm trở về trớc v
dấu hiệu của sự đóng góp chính của cây có mạch trên cạn (Hình 10.4). Tỉ số
ny thay đổi rất ít xung quanh giá trị 15 ở lớp trầm tích bên trên tích tụ từ
6800 năm trở lại đây. Sự thay đổi của loại trầm tích từ loại chiếm u thế bởi
thực vật do băng tan chảy xuống hồ đến loại đã có sự xuất hiện của tảo cho
thấy rằng hoạt động sản xuất dới hồ bắt đầu tăng từ cách đây xấp xỉ 6800
năm. Kết luận trên lại đợc củng cố khi có sự gia tăng của hm lợng cacbon
hữu cơ trong trầm tích (Hình 10.4).
Sự giảm của chỉ số C/N trong giai đoạn từ 6800 năm trở lại đây cho thấy chất

hữu cơ có nguồn gốc từ tảo đã chiếm tỉ lệ lớn hơn trong tổng lợng các chất hữu
cơ trong hồ. Hm lợng đồng vị cacbon hữu cơ thay đổi từ xấp xỉ -23
0
/
00
trong
lớp trầm tích phía dới lớp cách đây 6800 năm (lớp hình thnh từ 6800 năm
trớc đây trở về trớc) tới xấp xỉ -28
0
/
00
trong lớp hình thnh từ 6800 năm trở
lại đây. Hoạt động sản xuất chất hữu cơ trong hồ tăng kết hợp với sự xuất hiện
các khu rừng v chất hữu cơ có nguồn gốc từ những loại thực vật ny có lẽ đã
tích tụ trong trầm tích hồ từ khoảng thời gian ny. Thay đổi trong thnh phần
đồng vị có thể cho thấy sự thay đổi loại thực vật trên lu vực từ các loại cỏ lãnh
449

nguyên C
4
( ở những vùng bị đóng băng thờng xuyên) tới cây thân gỗ C
3
(Qiu,
1993). Thay đổi loại thực vật l một ví dụ cho trờng hợp có thể cho phép phân
biệt thnh phần đồng vị của hợp chất hữu cơ có nguồn gốc trên cạn với chất
hữu cơ có nguồn gốc dới hồ.
10.2.3 Nguồn thông tin từ các đồng vị bền của Nitơ
Các thông tin lịch sử hồ quan trọng về nguồn gốc v sự hình thnh hợp chất
hữu cơ trầm tích có thể đạt đợc từ thnh phần đồng vị nitơ, mặc dù đồng vị
15

N cha đợc nghiên cứu rộng rãi. Hợp chất vô cơ chứa nitơ có sẵn trong cây
trên cạn v dới thấp khác nhau về thnh phần các đồng vị Ion nitơrat (
chứa đến 10
0
/
00
đồng vị
15
N trong khi phân tử nitơ khí gần nh không chứa loại
đồng vị ny (Peter, 1987). Sự khác nhau ny đợc bảo tồn trong thnh phần
các đồng vị của sinh vật phù du (
15
N chiếm 8
0
/
00
) v cây trên cạn (
15
N chiếm
1
0
/
00
) v đợc sử dụng để tìm ra các mối quan hệ chuỗi thức ăn của sinh vật
vùng đầm phá cửa sông bởi Peterson (1985).
Một vi cuộc điều tra đồng vị nitơ trong trầm tích hồ cho thấy rằng các thông
tin rút ra từ sự khác nhau giữa dạng khí v dạng ho tan của thnh phần đồng
vị nitơ vẫn đợc bảo ton. Thứ tự u tiên phản ứng của các l không có hoặc
không đáng kể. Pang v Nriagu (1976, 1977) đã thấy rằng các trầm tích ở khu
vực hồ Superior v Ontario nơi nhận đợc một lợng lớn chất hữu cơ có nguồn

gốc từ đất có hm lợng
15
N nhỏ hơn so với những nơi nhận đợc chất hữu cơ có
nguồn gốc từ hồ chiếm chủ yếu (3,7 so với 4,9
0
/
00
). Một lợng đáng kể nitơ hữu
cơ so với tổng lợng các hợp chất hữu cơ bị phân rã ở các lớp trầm tích phía
dới lm tăng tiềm năng chuyển đổi giữa các đồng vị trong trầm tích. Mặc dù
vậy không có sự thay đổi trong hm lợng
15
N của trầm tích lớp trên mặt v ở
những lớp bên dới (Hình 10.5).
ớc khi hình thnh trầm
tích ở hồ Great Lake. Meyer v Eadie (1993) cho rằng có sự biến đổi -1 đến -
2
0
/
00
trong hm lợng
15
N của hợp chất hữu cơ trìm lắng giữa lớp gần bề mặt v
gần đáy của hồ Michigan. Biến đổi ny l phù hợp với quá trình tiền sử lý chất
hữu cơ của vi sinh vật trong quá trình hình thnh trầm tích hồ đã quan sát
đợc trong các nghiên cứu.
Trầm tích của hồ Bosumtwi (l hồ đợc hình thnh do sự va chạm của một
thiên thạch với mặt đất ở Ghana v l hồ thiếu ôxi thờng xuyên), đã ghi lại sự
biến đổi của hm lợng đồng vị nitơ khi khí hậu biến động lm cho mực nớc
dao động (Hình 10.6).

Hm lợng lớn hơn của đồng vị
15
N xuất hiện trong các trầm tích trong thời kỳ
thời tiết đóng băng, khô (Talbot v Johannesson, 1992). Sự tổn thất bốc hơi của
ản ánh quá trình sản xuất trong nớc hợp chất hữu cơ từ nitơ ho

3
NO
)
Hầu hết sự phân huỷ của hợp chất hữu cơ m có thể gây ra sự chuyển đổi của
đồng vị nitơ chỉ xảy ra trong quá trình chìm lắng v tr
amôniac (NH
3
) khỏi các muối kiềm xảy ra suốt trong thời kỳ ny v sự biến đổi
của
15
Nph
tan đã biến đổi.
450

Hình 10.5: Hm lợng nitơ hữu cơ v giá trị đồng vị của nó ở các độ sâu trầm tích hồ Suprioc.Sự giảm
theo độ sâu về hm lợng cho thấy quá trình phân huỷ của hợp chất hữu cơ chứa nitơ, nhng giá trị
đồng vị
15
N không phản ánh điều ny. Giá trị tơng đối lớn của đồng vị nitơ bảo tồn sự chiếm u thế
của hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ tảo lắng đọng ở vị trí ny (số liệu của Biwa vaNriagu, 1977)
Hình 10.6: Hm lợng cacbon hữu cơ, tỉ số C/N v giá trị đồng vị
13
C,
15

N của trầm tích hồ Bosmtw,
Ghana. Tỉ số C/N, giá trị đồng vị
13
C,
15
N trong lớp bùn thối ghi lại thời kì tăng cờng hoạt động sản
xuất của hồ v đợc dự đoán l thời kì tăng cờng hoạt động sản xuất của hồ v đợc dự đoán l thời
kỳ khí hậu ẩm ớt trong khoảng thời gian cách đây từ 9000 đến 3000 ybp (Tabot v Johannescen 1992)
Tỉ lệ C/N trong hợp chất hữu cơ củng cố thêm sự phản ánh của hm lợng
15
N
về sự thay đổi khí hậu. Giá trị của chỉ số ny biến đổi trong khoảng từ 15 đến
35 rất gần với sự dao động trong phân phối các chất hữu cơ đến trầm tích khi
điều kiện khí hậu thay đổi. Sự thay đổi nhỏ nhất đợc thấy trong lớp bùn đại
diện cho thời kỳ mực nớc hồ ổn định tơng đối cao, khí hậu v lu vực hồ
tơng đối ẩm ớt (Talbot v Johannesson, 1992). Sự chuyển dịch tới thời kỳ
tơng đối ổn định hơn ny diễn ra vo đầu thời kỳ Holocen (Hình 10.6).
Giá trị hm lợng đồng vị
13
C trong hợp chất hữu cơ trầm tích cũng ghi lại các
451

thay đổi về khí hậu qua sự thay đổi loại cây trên lu vực xung quanh hồ
Bosumtwi (Talbot v Johannesson, 1992). Hm lợng lớn hơn của đồng vị ny
trong các mảnh vụn trầm tích (Hình 10.6) phản ánh sự đóng góp của thực vật
C
4
sống trong điều kiện khô hạn hơn gần cuối của thời kỳ băng h lớn nhất 25 -
10 Kya. Hm lợng bị quang hợp -25
0

/ trong lớp bùn sâu v các lớp trầm tích
ẩm iện nay với các khu rừng bao phủ xung quanh hồ.
10.3 Nguồn gốc v sự thay đổi của các chất mùn
Các chất mùn thờng chiếm từ 60 đến 70% lợng hợp chất hữu cơ trong các
trầm tích trẻ v trên 90% trong các trầm tích gi hơn (Ishiwatari, 1985). Mặc
dù các chất mùn không dễ để xác định đặc điểm nhng chúng vẫn cung cấp các
thông tin về nguồn gốc v sự biến đổi của các hợp chất hữu cơ đợc tích tụ. Dựa
vo sự ho tan của các chất mùn trong các môi trờng khác nhau ngời ta chia
chúng ra lm ba loại: axit fulvic (ho tan trong cả axit v bazơ ), axit mùn (chỉ
tan trong bazơ không tan trong axit) v humin (không tan trong cả axit v
kiềm). Hợp chất hữu cơ phức tập có tên l kerogen thờng đợc dùng để miêu
tả phần không bị ho tan của hợp chất hữu cơ trong các đá trầm tích. Phần ny
chính l humin trẻ v các trầm tích không ho tan. Do có tính liên tục của mối
quan hệ căn nguyên ban đầu v sản phẩm, nguồn gốc của kerogen đã đợc áp
dụng cho hợp chất humin bởi một số nh nghiên cứu về hồ.
Một số các học thuyết đã đợc đa ra để giải thích nguồn gốc của các chất hữu
cơ. Do sự đa dạng của các chất hữu cơ ban đầu, khả năng hoạt động của chúng
v môi trờng lắng đọng khác nhau không học thuyết no có thể giải quyết
trọn vẹn vấn đề. Bốn giả thuyết về sự hình thnh của các chất mùn trong đất
đợc đa ra bởi Steveson (1982) v minh hoạ một số các thnh phần thông
thờng cho các học thuyết:
(a) Chất gỗ đợc phân hủy bởi các vi sinh vật thnh các axit mùn v sau đó
thnh axit fulvic,
(b) Chất gỗ đợc vi trùng, vi khuẩn phân huỷ thnh các monome phenol (chỉ có
một phân tử C
6
H
5
OH) sau đó các monome phenol ny kết hợp lại thnh các
chất mùn, xelulozơ đợc vi trùng,

(c) vi khuẩn phân huỷ thnh các polyphenol (gồm nhiều phân tử C
6
H
5
OH ),
chất ny sau đó lại kết hợp lại thnh các chất mùn,
(d ) đờng v axit amin cô đặc lại thnh dạng các chất mùn. Môi trờng dới
00
bên trên cho thấy nguồn gốc của các hợp chất hữu cơ từ các cây C trong thời kỳ
ớt trớc đây v h
3
nớc nhìn chung có ít chất gỗ v xenlulozơ nh l các chất tiền thân ban đầu
cho sự hình thnh chất mùn hơn so với môi trờng trên cạn.
Thurman (1985 ) đã đa ra một số giả thuyết về sự hình thnh chất mùn cho
những nơi thiếu chất gỗ. Các hợp chất hữu cơ đợc lọc qua mô của thực vật
dới nớc, hoặc qua đất v các hợp chất hữu cơ ho tan trong lớp nớc mặt bị
ôxi hoá bởi ánh sáng l các nguồn có thể của các thnh phần phân tử trọng
452

lợng thấp, các chất ny sau đó đợc tổng hợp thnh chất mùn. Chất mùn có
nguồn gốc từ gỗ thờng thơm hơn so với loại có nguồn gốc từ các loại m gỗ v
xenlulozơ không chiếm u thế.
Các nhóm thnh phần địa hoá học của các chất mùn rất phong phú v phức
tạp. Nghiên cứu các hợp chất hữu cơ ny ngời ta cũng sử dụng các phơng
pháp truyền thống chẳng hạn nh phơng pháp phân tích cấu trúc v quang
phổ để tìm ra nguồn gốc v sự biến đổi của các hợp chất hữu cơ. Những phơng
pháp ny đôi khi còn cha phù hợp nhng cũng đủ để xác định rằng các chất
mùn, l sản phẩm của quá trình thay đổi sự kết hợp của các hợp chất hữu sinh
học, tiếp tục trải qua sự kết hợp có giới hạn trong các trầm tích hồ.
Những thay đổi nhỏ trong thnh phần của các chất mùn trong trầm tích hồ đã

đợc nghiên cứu. Hồ Haruna, Nhật l một hồ nhỏ trong đó các chất hữu cơ có
nguồn gốc từ tảo chiếm u thế (Ishiwatari, 1980).
Tỉ lệ đóng góp của axit fulvic, axit mùn, v humin trong các trong tổng các chất
mùn thay đổi theo độ sâu trong một lỗ khoan của lớp trầm tích có tuổi 460
năm. Tỉ lệ axit fulvic, axit mùn giảm trong khi tỉ lệ humin tăng (Hình 10.7).
Sự thay đổi ny đi liền với sự giảm tổng lợng chất hữu cơ cho thấy sự phân
huỷ u tiên đối với các axit mùn v axit fulvic. Khác nhau giữa tỉ lệ các axit
amin có tính axit v các axit amin cơ bản so với các axit amin trung tính với
các loại chất mùn khác nhau cho thấy chúng đã có lịch sử khác nhau
(Yamamoto v Ishiwatari, 1992). Ba loại chất mùn ny đại diện cho ba trạng
thái khác nhau trong quá trình tổ hợp prôtêin v đờng từ các nguồn thông
thờng, hoặc l nguồn gốc khác của chất hữu cơ ban đầu. Các giá trị C/N khác
nhau của từng loại chất mùn có thể đợc giải thích dựa vo thnh phần hoá
học của từng loại v những tỉ số ny không thay đổi mặc dù các tỉ lệ đóng góp
của chúng trong tổng các chất mùn l thay đổi theo tuổi trầm tích (Hình 10.7).
Qua thời kỳ hng nghìn năm, các ảnh hởng của sự kết hợp các chất mùn tiếp
tục diễn ra trong các trầm tích hồ. Humin tăng từ 65% tổng số các chất mùn ở
trên mặt đến 85% ở đáy của trầm tích hồ Michigan, độ sâu tơng ứng với thời
gian cách đây 3500 năm (Rea, 1980). Đóng góp vo sự gia tăng ny l do có sự
chuyển đổi các axit fulvic v axit mùn thnh humin, nhng nhìn tổng thể sự
giảm của hm lợng cacbon hữu cơ trầm tích cho thấy có sự biến đổi của các
hợp chất hữu cơ trong ton lỗ khoan v sự phân huỷ có u thế của axit fulvic
v axit mùn đặc biệt trong các trầm tích trẻ. Mặc dù có sự phân huỷ của các
hợp chất hữu cơ trong lỗ khoan ny nhng hm lợng của đồng vị
13
C trong
00
của các
xit fulvic v p xỉ bằng cho thấy các axit ny có nguồn
gốc từ nớc hoặc l vi sinh vật. Trái hần humi có tỉ số C/N xấp xỉ 15.

Humin thờng có giá trị C/N trong khoảng từ 14 đến 16 (Ishitawari, 1985), tỉ
số ny cho thấy vật liệu có nguồn gốc chủ yếu từ xenluluzơ của thực vật trên
cạn đóng vai trò quan trọng trong humin.
tổ
a
ng lợng cacbon hữu cơ không thay đổi v bằng -26,3
0
/ . Tỉ số C/N
axit mùn đều xấ 10.7 đã
lại p n
453

Hình 1
tí
0.7:Thnh phần hợp chất humin trong trầm tích hồ Haruna, Nhật. Hợp chất hữu cơ trong trầm
ch ny có nguồn gốc chủ yếu từ tảo v nhạy cảm với giai đoạn biến đổi ban đầu của trầm tích. Hm
hân huỷ có chọn lọc của axit
fulvic v axit mùn trong các trầm tích hồ Haruna v Michigan đồng thời bác bỏ
có sự chuyển đổi giữa chúng. Hơn nữa, ảnh hởng của sự kết hợp của chúng l
rất nhỏ. Cụ thể l tỉ số H/C của axit fulvic (xấp xỉ 2,2) v axit mùn (xấp xỉ 1,6)
không thay đổi theo độ sâu lỗ khoan. Giá trị H/C lớn hơn 1 phản ánh có cấu tạo
bởi chất béo của chất mùn hồ Huron v hợp chất có nguồn gốc từ tảo v vi sinh
vật chiếm u thế hơn l thực vật có mạch. Nguồn gốc từ tảo của axit fulvic v
axit mùn cũng phù hợp với tỉ số C/N tìm thấy trong các trầm tích các hồ ny
(Haruna v Michigan).
Phơng pháp so sánh các mẫu gỗ của các cây hiện đại v gỗ của các cây đã bị
chôn vùi hng nghìn năm trong các lớp trầm tích đã đợc sử dụng để tìm ra sự
thay đổi cấu tạo hoá học của các chất mùn (Meyers, 1980; Hedges, 1985;
Hatcher, 1987). Mục đích của những nghiên cứu nh vậy l quan sát xem
xenlulozơ - một đại phân tử đợc cấu tạo từ nhiều đơn vị chất béo, biến đổi nh

thế no trong mối quan hệ với lignin, cũng l một phân tử lớn một cấu tạo bởi
nhiều dơn vị chất thơm (có mạch vòng). Phổ khuyếch đại cờng độ của mạch
cacbon đồng vị
13
C đã cho thấy cây tuyết tùng bị chôn vùi trong các đầm lầy có
chứa nhiều chất béo thiên nhiên đợc xem l chứa nhiều trong xenlulozơ. Xem
xét trong lỗ khoan khác nơi có nhiều hoạt động của vi sinh vật cho thấy có sự
tổn thất các đặc điểm của chất béo v xuất hiện các đặc điểm của chất thơm.
Một cấu trúc tơng tự cũng tìm thấy trong phần chất mùn trầm tích hồ
Mangrove (Hình 10.8).
lợng cacbon hữu cơ giảm theo độ sâu chủ yếu l do tổn thất của axit mùn đồng thời cũng lm tăng
đóng góp của humin. Tỉ lệ C/N không chịu ảnh hởng của quá trình biến đổi của các chất (theo
Yamamoto v Ishiwatari 1992).
Các chất mùn từ trầm tích hồ đã đợc khảo sát, nghiên cứu về khả năng biến
đổi, kết hợp giữa các thnh phần của nó. Bourbonniere v Meyers (1978) đã sử
dụng phổ nhìn thấy v phổ hồng ngoại để tìm ra khả năng ngng tụ của axit
fulvic vo trong axit mùn trong nửa mét khoan của trầm tích hồ Haruna. Họ
tìm kiếm để chứng minh cho sự chuyển đổi ny trong một lỗ khoan 550 năm
tuổi. Quan sát ny đã củng cố thêm kết luận sự p
454

13
Hình 10.8:Phổ khuyếch đại của hạt nhân đồng vị C trạng thái rắn (NMR) của gỗ bị chôn vùi (Great
Dismal Swamp, Virginia) v các mẫu humin (hồ Mangrove, Bermuda). Phổ NMR cho thấy chuyển đổi từ
cacbon béo trong gỗ đợc bảo tồn sang cacbon thơm trong gỗ bị phân huỷ. Chuyển đổi trong phổ
humin với sự gia tăng của tuổi trầm tích ghi lại chuyển đổi từ hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ đất
sang hựop chất hữu cơ có nguồn gốc từ tảo( Theo Hatcher(1982); Spiker(1987).
Sự chuyển đổi từ các đặc điểm của chất béo sang các đặc điểm của chất thơm
đã cho phép ngời ta suy ra sự chuyển đổi của humin sang dạng bền vững hơn
trong thời kỳ xấp xỉ 10 Ky tơng tự nh đã thấy trong các mẫu gỗ (Hatcher,

1982).
455

Tuy nhiên, sự thay đổi trong đặc điểm của humin cũng luôn đi liền với sự thay
đổi loại trầm tích (Hình 10.3). Do vậy rất nhiều khả năng thay đổi đó phản ánh
sự khác nhau trong nguồn gốc của các chất hữu cơ ban đầu trong các trầm tích
lắng đọng ở các thời gian khác nhau. Các đặc điểm chất thơm nhiều hơn của
humin trong các lớp trầm tích gi nhất v sâu nhất (Hình 10.8) phù hợp với tỉ
số C/N giá trị
13
C (Hình 10.3) cho thấy sự chiếm u thế của vật liệu của thực
vật có mạch trong lớp trầm tích than bùn trong khi chất béo thiên nhiên giu
hơn trong humin của lớp trầm tích cách mặt 5 m lại cho thấy sự đóng góp nhỏ
của thực vật có mạch trong trong lớp bùn bên trên ny. Các hợp chất mùn vì
vậy m có thể bảo tồn thnh phần của mình từ nguồn ban đầu của các chất
hữu cơ về các nguyên tố, đồng vị v cấu trúc phân tử.
10.4 Nguồn gốc v sự biến đổi của lipit mang dấu vết sinh học
Nhiều kết luận đã đợc rút ra từ nguồn gốc v sự biến đổi cấu trúc của các chất
hữu cơ tích tụ trong các trầm tích hồ từ các nghiên cứu về thnh phần lipit của
chúng. Lipit đợc xác định l phần còn lại khi chiết dung môi hữu cơ. Geolipit
thờng đợc dùng để chỉ các vật liệu lấy đợc từ các trầm tích vì có sự khác
nhau thnh phần cấu tạo của các hợp chất sinh học bền v thnh phần các
mẫu địa chất. Geolipit thờng chiếm khoảng từ 1% đến 10% tổng lợng hợp
chất hữu cơ trầm tích. Trong các trầm tích gi v đã bị hoá đá nơi m khác
nhau giữa các lipit sinh học ban đầu v geolipit đã bị biến đổi cng lớn thì
thuật ngữ bitum đợc sử dụng để chỉ các geolipit.
Phần lipit chiết của các trầm tích hồ tạo ra các hydrocacbon, axitcabonxylic,
rợu, xêton, alđêhyt v các chất liên quan có ít nhất 10 nguyên tử cacbon. Rất
nhiều những chất ny có nguồn gốc sinh học riêng biệt v tất cả đều phản ánh
điều khiển enzim trong cấu trúc phân tử của mình. Sự duy trì đặc điểm sinh

học ny thể hiện ở các tên sinh học đợc viết tắt đối với rất nhiều chất. Đặc
điểm ny lm cho lipit có ý nghĩa để xác định nguồn gốc chất hữu cơ.
Các đặc tính địa hoá học của các geolipit trong trầm tích trẻ v cha bị hoá đá
đợc cung cấp bởi các bảng tổng kết (Barnes v Barnes, 1978; Crawell, 1982;
John, 1986; Muller, 1987). Chúng tôi cung cấp các công trình nghiên cứu lm
dẫn chứng cho sự tơng ứng giữa các thnh phần geolipit mang dấu vết sinh
học với những thay đổi về nớc trong hồ v biến đổi của chất trầm tích trong
tiến trình lịch sử đã qua. Các biến đổi thấy trong phần mang dấu vết sinh học
có thể đợc sử dụng nh l đại diện cho các quá trình chung ảnh hởng đến
hợp chất hữu cơ trong hồ, nhng một điều quan trọng cần nhớ rằng tổng lợng
lipit chỉ chiếm vi phần trăm của hợp chất ny.
10.4.1 Sự thay đổi của Lipit trong quá trình lắng đọng
Nghiên cứu về sự lắng đọng của hạt vật chất bị cản trở bởi các đo đạc trầm tích
cho chúng ta thấy rằng lipit đã bị biến đổi một lợng quan trọng trong qúa
trình chìm lắng xuống đáy hồ, vì vậy thnh phần của geolipit khác xa so với
456

thnh phần của lipit nguồn ban đầu.
Tỉ lệ đóng góp của các axit no v rợu no trở nên nhỏ hơn v có sự xáo trộn
n có nguồn gốc từ
93).
Tơng tự, Kawamura (1987 ) thấy rằng n-C
17
có nguồn gốc từ tảo trong phân
phối của các alkan mạch thẳng giảm một lợng đáng kể ở trầm tích mặt hồ
Haruna, Nhật. Các hợp chất lipit có nguồn gốc dới nớc đã đợc chứng minh
dễ bị phân huỷ hơn trong quá trình chìm lắng của các vật liệu xuống hồ có lẽ
do chúng tơng đối nguyên chất cha bị tác động trớc khi bắt đầu quá trình
chìm lắng xuống hồ. Trái lại, các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ trên cạn đã
đợc tác động bởi các vi sinh vật trớc khi đến hồ v chỉ những phần lipit bền

nhất mới tồn tại để trở thnh một phần của trầm tích hồ nên ít bị phân huỷ
trong môi trờng nớc hơn.
So sánh thnh phần lipit của các sinh vật trong nớc với các sinh vật nằm dới
các trầm tích cho thấy rằng xu hớng phân huỷ tơng tự nh đã thấy trong các
nghiên cứu về lắng đọng. Robinson (1984) đã phân tích thnh phần lipit của vi
sinh vật, sinh vật đơn bo từ Priest Pot, một hồ giu dinh dỡng ở Anh. Họ
thấy rằng các rợu no mạch thẳng có mạch cacbon ngắn hơn thì có tốc độ phân
rôcacbon no,
mạch nhánh, dạng ít phản ứng nhất của geolipit béo, đã đợc tìm thấy trong
các trầm tích cũng có dạng mạch v độ di mạch tơng tự nh các hyđrocacbon
ban đầu (Crawell, 1987; Rieley, 1991).
Sự phân huỷ chiếm u thế của các thnh phần có nguồn gốc từ tảo đã tạo ra
chênh lệch trong tỉ lệ loại geolipit có nguồn gốc khác nhau trong các hợp chất
hữu cơ đợc giữ trong trầm tích của hầu hết các hồ. Chẳng hạn Goossens
trong cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ khi các trầm tích thu thập cng ở dới
sâu trong hồ Michigan (Meyers, 1980, 1984).
Rợu v axit mạch thẳng n-C
16,
n-C
18
có nguồn gốc từ tảo kém u thế hơn trong
khi các chất m mạch cacbon có 24 đến 30 nguyên tử cacbo
các vỏ cây chiếm phần quan trọng hơn. Tốc độ phân hủy của axit béo tính từ sự
biến đổi các chất trầm tích cho thấy n-C
16
phân hủy nhanh xấp xỉ 10 lần so với
n-C
30
(Meyers v Eadie, 19
huỷ nhanh hơn các rợu cùng loại nhng có mạch cacbon di hơn v các chất có

mạch cabon nhiều hơn hai liên kết đôi thì sẽ không tồn tại khi xuống dới đáy
hồ. Sự biến đổi thnh phần lipit tiếp tục diễn ra trong trầm tích đáy hồ ny,
hầu hết diễn ra mãnh liệt ở lớp trên mặt.
Các lipit trở nên đặc biệt ít d thừa, v hm lợng của các chất bao bọc bên
ngoi các lipit, chỉ có thể tách ra sau các phản ứng thuỷ phân, tăng lên. Trong
một số hồ bằng chứng về sự ôxi hoá do vi sinh vật của các hiđ
(1989) chỉ ra rằng các lipit có nguồn gốc thực vật trên đất chiếm u thế trong
thnh phần các chất mang nguồn gốc sinh học trong trầm tích hồ Vechten, H
Lan, mặc dù tỉ lệ cacbon cho thấy rằng đóng góp nhỏ của loại ny trong tổng số
cacbon hữu vo trong hồ.
10.4.2 Các biến đổi của các nguồn ban đầu v sự kết hợp có chọn lọc
457

Thnh phần geolipit phản ánh ảnh hởng của các nguồn đầu vo ban đầu v
biến đổi có chọn lọc trong v sau quá trình trầm tích. Trong các cấu trúc phân
tử của geolipit một số dễ bị biến đổi bởi sự kết hợp các chất để tạo nên các loại
a
các chất nh l hợp chất lipit có chứa oxi. Trong loại hyđrocacbon no mạch
thẳng, hyđrocacbon mạch di bị phân huỷ kém hơn hyđrocacbon mạch ngắn v
vì vậy có thể cung cấp bằng chứng về sự thay đổi của nguồn ban đầu. Một minh
hoạ về tính chiếm u thế của chuyển đổi hidrôcacbon no mạch thẳng từ n-C
27
trong các trầm tích trớc năm 1900 tới n-C
31
trong trầm tích gần đây của hồ
Priest Pot, Anh, đã cho thấy rằng các loại cỏ trong vùng đầm lầy v ven hồ đã
thay thế các cây gỗ nh l nguồn gốc chủ yếu của các hợp chất hữu cơ (Crawell,
1987). Trái lại với các hyđrocacbon mạch di, các hyđrocacbon no mạch ngắn bị
biến đổi một lợng đáng kể v nhìn chung không miêu tả đúng mức sự đóng
góp của các loại tảo đối với hợp chất hữu cơ trong trầm tích hồ.

Đóng góp của hợp chất hu cơ có nguồn gốc từ hồ v khu vực nó vì vậy ít nhất
cũng phản ánh một phần thnh phần sinh học trong trầm tích hồ mặc dù biến
đổi nhiều hơn của các chất có nguồn gốc ny so với các chất có nguồn gốc trên
cạn. Axit no mạch thẳng phân bố trong trầm tích hai hồ giu dinh dỡng
Estawaite Water v Blelham Tarn, Anh có hai dạng đạt cực đại với tỉ lệ tơng
đơng nhau l C
16
v C
24
(Crawell, 1974) đại diện cho các đặc điểm của cả sinh
vật dới nớc v trên cạn. Trái lại, phân phối của tìm thấy trong trầm tích của
hồ thiếu dinh dỡng Grasmere chỉ có một cực đại l C
26
cho thấy sự chiếm u
thế của thực vật trên cạn.
Hơn nữa, phân phối của hyđrocacbon mạch thẳng cung cấp các thông tin gần
đúng về loại cây trồng. Trong các trầm tích m các loại cỏ chiếm u thế thì n-
C
31
l loại hyđocacbon no mạch thẳng chiếm u thế, trong khi n-C
29
v n-C
27
lại
chiếm nhiều hơn trong các trầm tích hồ nơi m các cây rụng lá theo mùa chiếm
u thế (Crawell, 1973). Đo đạc thnh phần đồng vị cacbon của hyđrocacbon no
mạch thẳng trong trầm tích v trong vỏ cứng của cây cho phép phân biệt các
nguồn geolipit rõ rng hơn. So sánh giá trị đồng vị
13
C của hyđrocacbon mạch

thẳng n-C
25
với n-C
29
chiết từ trầm tích hồ Ellesmere, Anh v từ lá cây gần hồ
đã chỉ ra rằng lá cây liễu l nguồn chính của thnh phần geolipit ny (Rieley
cùng cộng sự, 1991).
Sự phân huỷ có chọn lọc v thay thế các thnh phần mang dấu vết sinh học bởi
hoạt động của vi sinh vật đã thay đổi phân phối của geolipit trong trầm tích hồ.
Phân phối của hyđrocacbon no mạch thẳng trong lớp trầm tích mặt các hồ
thiếu dinh dỡng Motosu v Biwa, Nhật chiếm u thế bởi C
29
, c
31
v C
33
cho
phép dự đoán các hợp chất ny có nguồn gốc từ vỏ cứng của cây trên cạn (Hình
10.9).
mới hơn các loại khác. Việc so sánh giữa các cấu trúc phân tử dễ bị biến đổi v
các cấu trúc phân tử khó bị biến đổi hơn giúp cho có thể phân biệt đợc các
biến đổi do kết hợp các chất với các thay đổi của nguồn ban đầu.
Các hyđrocacbon nhìn chung không nhạy cảm với sự biến đổi do kết hợp giữ
458

Hình 10.9: Phân bố của các hydrocacbon, rợu no v các axit no mạch thẳng trong trầm tích mặt đợc
đa ra l tỉ lệ phần trăm 10 với tổng lợng hợp chất hữu cơ. Các thnh phần mạch di có nguồn gốc từ
thực vật trên đất, trong khi đó các thnh phần mạch ngắn đợc tạo ra bởi quá trình sản xuất trong
nớc. Hoạt động sản xuất của hồ tăng từ hồ thiếu dinh dỡng Motasa tới hồ giu dinh dỡng Suwa v
tỉ lệ thnh phần mạch di (mạch ngắn giảm khi các hoạt động sản xuất trong hồ tăng (Số liệu của

Kawamura v Ishiwatari 1985)
Phân phối của rợu no mạch thẳng của hai hồ ny cũng chiếm u thế bởi
thnh phần mạch di mang nguồn gốc từ sáp cây (Kawamura v Ishiwatari,
1985). Tuy nhiên, phân bố của các rợu no mạch thẳng có độ di mạch lại khác
nhau rõ rệt. Có sự chiếm u thế của rợu no mạch thẳng C
16
trong ton bộ tầng
sinh quyển. Các axit no mạch thẳng C
16
có thể tìm thấy trong cây trên cạn, tảo
dới hồ, vi khuẩn v các vi sinh vật khác. Sự u thế ny của nó trong các trầm
tích ny, nơi m cả hiđrocacbon v rợu no, mạch thẳng xuất phát chủ yếu từ
các lipit có nguồn gốc trên cạn, cho thấy việc tận dụng các vi sinh vật v quá
trình tổng hợp lại của axit béo dễ phản ứng đã xảy ra để trở thnh rợu v các
hyđrocacbon. Trầm tích hồ Suwa chứa một lợng đáng kể hyđrocacbon mạch
thẳng C
17
đợc dự đoán có nguồn gốc từ tảo, v phần axit v rợu no mạch
thẳng chiếm u thế bởi C
16
. Đóng góp tơng đối nhỏ của axit v rợu có mạch
di cho thấy rằng các lipit có nguồn gốc trên cạn đóng góp tỉ lệ nhỏ trong hồ
Suwa so với sự đóng góp của tảo.
Một số hợp chất lipit dờng nh đặc biệt chống lại biến đổi trong trầm tích.
459

Chẳng hạn, Cranwell (1985) đã thấy sự hiện diện của C
37
v C
39

metyl (CH
3
-)
v etyl (C
2
H
5
-) xêton không no trong các trầm tích ba hồ ở Anh trong khi ba hồ
khác không có sự có mặt của các chất ny. Những thnh phần có mạch di đã
dợc tìm thấy trong nhiều trong vùng đại dơng nơi m chúng chống lại sự
ơng đồng với nguồn của
các xêton ny trong đại dơng. Khác nhau giữa các trầm tích hồ ở Anh đã phản
ánh khác nhau về các loại tảo trong hồ trong thời gian trầm tích bị lắng đọng.
Các este sáp (loại este có phân tử lợng cao) cũng đợc thấy rằng chống lại sự
biến đổi. Fukushima v Ishikawatari (1984) đã so sánh phân phối các phân tử
của axit béo v rợu trong este sáp ở lớp trầm tích bề mặt của ba hồ ở Nhật, đó
l các hồ thiếu dinh dỡng Motosu chiếm u thế bởi axit no mạch thẳng C
24
v
rợu no mạch thẳng mang đặc điểm của nguồn gốc lớp biểu bì của lá cây, hồ
dinh dỡng tốt Shoji chiếm u thế bởi hợp chất mạch thẳng n-C
16
có nguồn gốc
từ thực vật dới nớc v một phần nhỏ các chất có mạch cacbon di có nguồn
gốc từ vật liệu trên cạn. Trầm tích từ hồ dinh dỡng trung bình Haruna có
thnh phần l các este sáp có phân tử lợng trung gian của hai loại trên, có
axit mạch thẳng n-C
16
v rợu no mạch thẳng n-C
24

l phần chính của este sáp
ny. Este sáp, do khả năng khó ho tan của chúng v có lẽ do sự kém nhạy cảm
với hoạt động của vi khuẩn, đã cung cấp một phần nguồn gốc ban đầu của các
lipit trầm tích.
10.4.3 ảnh hởng của kích thớc các hạt lên các chất geolipit
động sản xuất chất hữu cơ
của sinh vật dới đáy. Vì vậy phân bố của hyđrocacbon no mạch thẳng chứa số
lợng nhỏ của các thnh phần từ tảo (có mạch cacbon ngắn) v thay vo đó l
các thnh phần có nguồn gốc trên cạn, các hyđrocacbon n-C
27, n
-C
29
, n-C
31
nh
đã chỉ ra tỉ lệ mạch di/mạch ngắn đều lớn hơn 1 trong bảng 10.4. Tuy nhiên,
các axit no đơn chức mạch thẳng đợc tạo bởi tảo v thực vật trên cạn với tỉ lệ
nh nhau tỉ lệ mạch di/mạch ngắn l gần bằng 1.
Chỉ số u tiên các bon (CPI) đa ra bởi Bray v Evans (1961) đợc sử dụng để
đo mức độ biến đổi của các geolipit mạch thẳng. Chỉ số ny, về thực chất, l số
đại diện cho bao nhiêu nét đặc trng về độ di mạch của nguồn sinh học ban
đầu đợc bảo tồn trong các hợp chất lipit trong đất. Trong vật liệu lipit còn
cha bị biến đổi số nguyên tử cacbon lẻ chiếm u thế trong thnh phần
hyđrocacbon, v số nguyên tử cacbon chẵn chiếm u thế trong axit béo v rợu.
Đặc trng độ di mạch bị giảm đi khi các thnh phần bị biến đổi v thnh
biến đổi trong lớp trầm tích có tuổi ở kỷ Ecoxen (Marlowe, 1984). Mặc dù
nguồn của các xêton ny không xác định đợc trong các trầm tích nhng có lẽ
nó có đợc l do sự hình thnh các loại tảo có nguồn t
Trầm tích hồ ngay cả khi đợc lọc tốt nhất cũng vẫn l tập hợp các hạt khoáng
v các hạt chất hữu cơ. Mối quan hệ giữa kích thớc của hạt trầm tích v các

geolipit đã đợc Thomson v Eglinton (1978) nghiên cứu từ năm loại kích
thớc hạt khác nhau ở Rostherne Mere, Anh. Đó l một hồ dinh dỡng tốt v
việc thiếu oxi ở dới đáy đã hạn chế khả năng hoạt
460

phần do tác động của vi sinh vật thay thế cho chúng.
Chỉ số CPI tơng đối cao (> 3 - 4)của các geolipit hồ Rostherne Mere cho thấy
rằng các đặc trng sinh học của cả hyđrocacbon v axit no đơn chức mạch
thẳng đợc giữ lại tơng đối lớn. Tuy nhiên, quá trình vi khuẩn tiền sử lý các
hợp chất hữu cơ đã phân huỷ nhiều các hyđrocacbon no mạch thẳng độ di
mạch ngắn v có lẽ đã thay thế nhiều các chất béo ban đầu v một phần các
axit bởi vi khuẩn. Mức độ các thay đổi ny diễn ra biến đổi tuỳ theo từng kích
thớc hạt trầm tích.
Đặc điểm của các lipit có nguồn gốc trên cạn v tổng lợng các lipit chiết đợc
nhìn chung giảm khi kích thớc của hạt lắng đọng giảm. Cấu trúc ny phù hợp
với sự giảm số lợng các mảnh vụn thực vật v chỉ số C/N trong trầm tích. Xu
hớng giảm lợng lipit chiết đợc lại bị đảo ngợc đối với loại hạt sét l loại hạt
có khả năng chứa đợc nhiều các hyđrocacbon no mạch hở v axit béo. Diện
tích bề mặt trên mỗi đơn vị trọng lợng lớn hơn v khả năng giữ các chất d
thừa của các hạt khoáng đã tăng hm lợng lipit trong loại đất ny.
Hai thay đổi khác cũng liên quan đến thay đổi kích thớc của hạt lắng đọng
trong thnh phần lipit đó l sự giảm tỉ lệ hyđrocacbon no mạch hở so với hỗn
hợp phức tạp (UCM) các hyđrocacbon v sự giảm tỉ lệ của axit không no n-C
18
với axit no n-C
18
. Hỗn hợp phức tạp các hyđrocacbon cho thấy sự đóng góp của
các chất đợc tạo bằng cách biến đổi các hyđrocacbon thờng l từ hợp chất
hữu cơ cũ trong đất chẳng hạn nh trong đá trầm tích hoặc l phần d của dầu
lửa.

Hoạt động của vi khuẩn đối với hợp chất hữu cơ có thể cũng tạo ra hỗn hợp
phức tạp các hydrocacbon ny. Sự khác nhau trong kích thớc của các hạt kết
hợp với chỉ số CPI giảm cho thấy rằng thnh phần lipit của các hạt trầm tích
tinh hơn thì hoạt động của sinh vật mạnh hơn so các hạt trầm tích thô.
Các hạt tinh thời gian rơi xuống đáy hồ chậm hơn so với các hạt thô do vậy lm
tăng tác động của vi sinh vật lên các chất hữu cơ. Sự giảm của tỉ số chất
béo/UCM ở các hạt tinh cũng cho thấy sự có mặt của hoạt động phân giải của
vi khuẩn trong phần d của dầu lửa có lẽ chảy ra từ dầu mỡ của các phơng
tiện hoạt động trên các con đờng trong lu vực hồ (Thomson v Edington,
1978 ).
Mặc dù cũng có thể do đóng góp của gió đa các hạt có kích thớc nhỏ tới hồ.
Tơng tự nh vậy Meyers v Takeuchi (1979) đã thấy rằng các hạt trầm tích có
kích thớc nhỏ hơn nhìn chung chứa nhiều các chất béo, thơm v hỗn hợp phức
tạp các hiđrocacbon có thể chiết đợc cũng nh l các axit béo hơn l các hạt
thô trong hồ Huron.
Hơn nữa, kích thớc của hỗn hợp phức tạp các hyđrocacbon trầm tích giảm
theo khoảng cách từ cửa sông Sagiaw cho thấy nguồn chủ yếu từ phần d của
dầu hoả từ các khu vực dân c lân cận chảy tới.
10.4.4 Các số liệu về nguồn của các hyđrocacbon no, mạch hở trong
461