ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ПРОФИЛЯ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ В ИНДИКАЦИИ УСЛОВИЙ ЕЕ ФОРМИРОВАНИЯ В ГОЛОЦЕНЕ © 2013 г. Н. С. Ларина*, С. И. Ларин*, Т. И. Моисеенко**
*Тюменский государственный университет 625003, Тюмень, ул. Семакова, 10; nslarina@yandex.ru **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, Москва, ул. Косыгина 19; moiseenko.ti@gmail.com Поступила в редакцию 09.08.2011 г.
Принята к печати 29.11.2011 г.
Приводятся результаты изучения геохимических показателей слоев торфяной залежи (на примере верхового болота юга Тюменской области). Согласно с временной шкалой, определенной на основе радиоуглеродных датировок, а также изменчивостью геохимических данных, выделены 4 стадии формирования залежи в голоцене: палеоозеро (5600—5750 л.н.); низинный торф (4550—5600 л.н.); переходный тип торфа (4200—4550 л.н.); верховой торф (0—4200 л.н.). Методом главных компонент проанализирована связь между различными характеристиками залежи и дана оценка условиям ее формирования в различные временные периоды, включая климатические условия (в относительных единицах). Выделен антропогенный сигнал накопления некоторых металлов в болотных системах.
Ключевые слова: верховой торф, геохимия, реконструкция.
БОТ: 10.7868/80016752513020064
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Дифференциация профиля торфяной залежи отражает многие временные аспекты: особенности органогенно-аккумулятивного почвообразования, биогеохимическую миграцию элементов, изменение климата и растительности в течение голоцена, а также специфику современной стадии торфогенеза. При формировании торфа, в нем постоянно накапливается материал, синхронно откладываются вещества, незначительно перемещающиеся со временем внутри залежи, что позволяет провести послойную датировку горизонтов, оценить биогеохимическую обстановку в различные временные периоды, степень как локального, так и глобального антропогенного воздействия на окружающую среду. Изучению болотных систем в мировой науке уделяется огромное значение. Торфяные залежи позволяют рассматривать достаточно длительный временной интервал, включая дотехногенный период [1, 2] и период индустриального развития на планете. Современный период антропогенной деятельности характеризуется рассеиванием большого спектра металлов, что приводит к повышению содержания их в природной среде [3], и, соответственно, — в верхних слоях торфяной залежи. Используются залежи также для оценки космической активности в голоцене [4]. Исключительно высокая сорбционная способность торфа позво-
ляет им удерживать вещества, выпадающие из атмосферы в результате глобального и локального загрязнения [5]. Это дает возможность использовать торфяные залежи как объект для получения информации, хотя и косвенной, о климатических условиях и изменениях чистоты атмосферы в период накопления торфа.
Территория юга Тюменской области, включающая большое количество озер и болот, в соответствии с Рамсарской конвенцией, отнесена к водно-болотным угодьям международного значения (официальный статус был присвоен в 1996 г.). Угодье расположено на площади 1217 тыс. га в пределах лесостепной и подтаежной зон юга Тюменской области. Значительные площади занимают низинные торфяники, по сравнению с которыми доля верховых торфяников незначительна. Верховые торфяники формируются в долинах древних рек, в депрессиях, среди боровых песков и подстилаются песчаными породами, часто при зарастании озер или в высохших озерных котловинах на водоупорных отложениях благодаря образованию застойных поверхностных вод [6, 7]. Это способствует появлению моховых фитоцено-зов преимущественно сфагнового состава, что в конечном итоге приводит к образованию торфяников, получивших наименование "рямов". Среди последних Кызылтунский рям является достаточно представительным объектом для рекон-
струкции условий лесостепной зоны Западной Сибири.
Целью данной работы являлось изучение динамики ряда геохимических показателей в голоцене на основе химического анализа и датирования слоев торфяной залежи верхового болота (на примере Кызылтунского ряма); реконструкция влияния климатических условий на формирование залежи; оценка динамики содержаний элементов, включая последний период антропогенного рассеивания элементов.
МЕТОДИКА
Объектом исследования стал верховой торфяник Кызылтунский рям, расположенный на юго-востоке Тюменской области (рис. 1). Абсолютные отметки в центре торфяника — 109.7 м над уровнем моря. Верховой торфяник сформировался в округлой котловине на месте древнего озера, о чем свидетельствует наличие озерной террасы с относительной высотой порядка 1.5—2.0 м по бортам впадины, в которой он находится. Котловина не замкнутая, ее естественным продолжением является осоково-тростниковое займище с ивовыми зарослями. Центральная часть торфя-
ника занята исключительно кустарничками (багульник, брусника, клюква, мирт) и сфагновыми мхами, с редкой угнетенной сосной и порослью березы. В краевых частях древостой менее угнетен, поверхность покрыта сфагновыми и зелеными мхами с пушицей и морошкой.
Образцы торфа были отобраны в 2005 году открытой шурфовкой из разреза в центральной части торфяной залежи. Общая мощность торфа, измеренная по стенке шурфа, составляет 480 см. Стратиграфия профиля (отсчет сверху):
— 0—15 см — современная торфяная дернина;
— 15—20 см — темная торфяная дернина;
— 20—360 см — верховой торф, в котором встречаются остатки погребенной древесины (21—87 см — неразложившийся торф; 87—105 см — плохо разложившийся верховой торф).
— 360—460 см — низинный торф буро-рыжего цвета;
— 460—480 см — суглинки черного цвета.
Для привязки к абсолютной геохронологической шкале на радиоуглеродный анализ из разреза отобрано 19 образцов, в том числе 12 образцов торфа. Определение остаточной активности углерода выполнено в лаборатории геологии и палео-
Таблица 1. Результаты радиоуглеродного датирования торфа и скорость накопления отложений в торфяной залежи
Глубина слоя, см
Радиоуглеродный возраст, лет назад
Интер вал глубин , см Интервал возраста, л.н.
0 - -5 0
0 - 3 10
5 0 - - 75
3 10 - -590
75 - -9 1
5 90 - - 1055
91 - -1 31
1 0 55 -1 970
1 31 -243
1 9 70 -3 115
2 43 -2 83
3 1 15 -3 530
238 -3 03
3 503 -3 675
303 -3 53
3 675 -4 175
353 -3 99
4 1 75 -4 265
399 -4 24
1 9 70 -3 115
424 -4 37
4265 -4 605
437 -4 75
5335 -5 735
Скорость накопления, мм/год
45-55 70-80 86-96 126-136 240-246 278-288 301-304 348-358 397-401 419-429 434-439 470-481
310 ± 40 590 ± 40 1055 ± 50 1970 ± 50 3115 ± 40 3530 ± 55 3675 ± 60 4175 ± 60 4265 ± 70 4605 ± 45 5335 ± 65 5735 ± 60
1.61 0.89 0.34 0.44 0.98 0.96 0.38 1.00 5.11 0.74 0.17 1.03
климатологии кайнозоя Института геологии СО РАН на двухканальной установке по бензольно-сцинтилляционному варианту. Для расчета возраста использован период полураспада 14С, равный 5570 лет, сам возраст рассчитан относительно 1950 года (до использования ядерного оружия; даты используются в указанной лаборатории для расчетов радиоуглеродного возраста) [8].
Для изучения геохимических особенностей торфяника в историческом аспекте отбор проб производился послойно (с шагом 3 см). В лабораторных условиях образцы доводились до воздушно сухого состояния при комнатной температуре, измельчались и просеивались через сито (^ = 2 мм). Для определения рН, ЕЙ, электропроводности (х) была приготовлена водная вытяжка из торфа (1 г торфа в 25 мл воды), в которой рН и ЕЙ определяли потенциометрическим, а х — кондуктометри-ческим методами. Определение зольности (ЗТ), гигроскопической влажности и потерь при прокаливании (ППП) проводили гравиметрическим методом.
Для определения остальных показателей навеска торфа озолялась при температуре 550°С, золу растворяли в 10%-ной азотной кислоте. В полученной вытяжке Р (в пересчете на Р2О5), Мп и Fe определяли фотометрическим методом, остальные металлы (К, Си, РЬ, Сё, Sr, N1, Zn) — методом атомно-абсорбционной спектрометрии в пламени.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Радиоуглеродное датирование. По данным определения абсолютного радиоуглеродного возраста придонных слоев торфа (табл. 1), формирование торфяника началось 5735 ± 60 лет, что соответствует верхней части атлантического периода голоцена. За весь период формирования торфяника зависимость радиоуглеродного возраста от глубины залегания образца имеет характер, близкий к линейному = 0.97 при Р = 0.95, рис. 2), однако скорость накопления торфа разных горизонтов существенно различается (табл. 2).
Возраст, лет назад
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0-1-1-1-1-1-1
50 -
100 -
150 -
§ 200 -
« 250 -и
ю
& 300 -£
350 -400 -450 -500 -
Рис. 2. Зависимость радиоуглеродных датировок Кызылтунского ряма от глубины залегания образца.
т-1-1-1-г
Зольность и органическое вещество. В соответствии с морфологическим описанием слой на глубине 460—480 см (5600—5700 л.н.) представлен суглинками черного цвета. В этом интервале происходит резкое снижение зольности (от 60 до 10%), среднее значение на этом участке составляет 45 ± 8% (рис. 3а). Косвенным показателем содержания органического вещества могут служить потери при прокаливании (ППП). Данный показатель связан с зольностью соотношением: ППП = 100 — ЗТ. Основываясь на динамике изме-
нения зольности можно заключить, что в данный период времени происходило значительное увеличение содержания органического вещества. Данный слой соотносится с минеральным гуму-сированным горизонтом, что характерно для донных отложений эвтрофированных озер и свидетельствует о существовании палеоозера на месте формирования торфяной залежи. После некоторой непродолжительной стабилизации условий, сопровождающейся возрастанием зольности, снова следует период снижения зольности до глу-
Таблица 2. Средние значения основных геохимических показателей по исследуемому разрезу (Р = 0.95)
Глубина, см
ЗТ, % рН X, мкСм/см ЕЬ, В Вид торфа
4 . 9 ± 1 .4 2.8 - 7.2 4 . 5 ± 0 .1 4.3 - 4.6 7 8.2 ± 10. 5 58 .3 -90 .5 0 .39 ± 0.0 1 0. 38 -0. 40 Верховой
2 . 3 ± 0 .6 1. 4-3.7 4 . 7 ± 0 .2 4. 3-4.9 73. 8 ± 9 . 3 6 1 .8 -9 1.1 0.41 Верховой
3.3 ± 2. 1 4 . 4 ± 0 .3 68. 7 ± 1 2.3
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.