ГЕОХИМИЯ, 2013, № 12, с. 1116-1129
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ ДОННЫХ ОСАДКОВ В ЗОНАХ СМЕШЕНИЯ ВОД ОБИ И ЕНИСЕЯ С ВОДАМИ КАРСКОГО МОРЯ © 2013 г. Эн. Э. Асадулин, А. Ю. Мирошников, В. И. Величкин
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017Москва, Старомонетный пер. 35 e-mail: aasad@igem.ru Поступила в редакцию 07.08.2012 г. Принята к печати 02.10.2012 г.
В статье приводятся результаты изучения геохимических особенностей донных осадков в зонах смешения пресных вод Оби и Енисея с солеными водами Карского моря на основе результатов ней-тронно-активационного анализа элементов. В раздельно сформированных выборках, представляющих отложения эстуариев Оби и Енисея при одинаковой фациальной обстановке седиментации, установлены характерные особенности распределения концентраций ряда химических элементов преимущественно литофильной группы. Эти различия объясняются региональной геолого-геохимической специализацией областей сноса Оби и Енисея, которую наследует геохимический состав транспортируемого к морю терригенного материала. Отбор наиболее информативных элементов-индикаторов и их группировка по характеру поведения показали возможность диагностики обского или енисейского происхождения донных осадков исследуемых акваторий по геохимическому составу небольших групп проб.
Ключевые слова: Карское море, Обь, Енисей, радиоцезий, миграция химических элементов, литофаци-альная обстановка, маргинальный фильтр, геохимическая специализация, элементы-индикаторы, аддитивный геохимический критерий.
DOI: 10.7868/S0016752513120029
ВВЕДЕНИЕ
В ряду десяти окраинных морей Северного Ледовитого Океана Карское море занимает особое место и обладает рядом уникальных особенностей и характеристик, влияющих на радиоэкологическое состояние всех компонентов его экосистемы. Во второй половине ХХ века на его акваторию пришлась наибольшая радиационная нагрузка. Основными источниками загрязнений были глобальные и региональные выпадения из атмосферы, обусловленные ядерными испытаниями, прежде всего на островах Новой Земли, морские течения, переносившие ЖРО (жидкие радиоактивные отходы) от западноевропейских химических предприятий, а также речной вынос радионуклидов с огромных площадей водосборных бассейнов Обской и Енисейской макроарен (6.1 млн км2). Материковый сток в Карское море является наиболее значительным. Около 1350 км3 пресных вод поступает в море ежегодно, что составляет 41% суммарного стока всех рек, впадающих в Северный Ледовитый океан или 56% стока рек сибирского сектора Арктики. Радиоактивное загрязнение поступает вместе с растворенными солями, органикой и взвешенными наносами в размере 193 млн тонн в год.
Области смешения пресных речных вод с солеными морскими водами, маргинальные фильтры по А.П. Лисицыну [1], представляют собой высокоэффективные природные фациальные и геохи-
мические барьерные зоны (ГБЗ) [2] на пути водного переноса различных загрязнений в мировой океан. Прежде всего, это касается нерастворимых и слаборастворимых форм миграции элементов, транспортировка которых осуществляется с взвешенным материалом.
По оценкам различных исследователей [3—11] в маргинальный фильтр Карского моря поступило от 4 до 13 кКи радиоцезия. В результате изучения распределения 137С8 в донных осадках Карского моря ранее нами были выявлены Обская и Енисейская зоны повышенной активности (ЗПА) с максимальными значениями до 100 Бк/кг в ОЗПА и 260 Бк/кг в ЕЗПА [12, 13] в горизонтах осадков 4—12 см. Установленные ЗПА радиоцезия по изолинии 15 Бк/кг находятся в пределах маргинального фильтра и имеют протяженности около 330 км каждая (рис. 1). Полученные результаты в целом хорошо согласуются с материалами наших коллег [14—21] и являются их дополнением. По общему мнению, основным транспортным агентом переноса в открытую часть Карского моря радиоцезия, также как нерастворимых и слаборастворимых стабильных элементов, служит взвешенный материал.
Изучение закономерностей переноса и отложения вещества по обскому и енисейскому профилям "пресная вода—зона смешения—морская вода" показало их практически одинаковый характер.
Рис. 1. Схема расположения станций отбора донных осадков. Положение фаций по М.А. Левитану [6]: А — речная фация, В1 — проксимальная часть фации эстуариев, В2 — дистальная часть фации эстуариев, С3 — равнинная часть фации внутреннего шельфа, С4 — фация затопленной гидросети пра-Оби и пра-Енисея.
С учетом этого, М.А. Левитаном с соавторами [22, 23] было предложено однотипное разделение основных современных фациальных обстановок ис-
следуемых акваторий: пресноводная речная аллювиальная (нижние течения Оби и Енисея, код "А"), солоноватоводная аллювиально-морская (эстуа-
рии Оби и Енисея, код "В"), морская внутреннего шельфа (Обь-Енисейское мелководье, код "С") и морская внешнего шельфа (желоба Воронина и Святой Анны, код
В пределах обстановки эстуариев различаются две аллювиально-морские фации: проксимальная (В1) и дистальная (В2). Гранулометрическим признаком проксимальной фации является наличие в глинистых отложениях алевропсаммитово-го материала (микститы). По всей протяженности дистальной фации осадки представлены преимущественно пелитами — довольно однообразными илами оливково-серого или черного цвета.
Преобладающую часть донных осадков на барьере река-море составляют отложения дисталь-ной фации В2. Здесь, в главном маргинальном фильтре, происходит накопление основной массы осадочного материала и наиболее существенная задержка токсичных химических элементов и радионуклидов. Поэтому изучение геохимии этой части эстуариев имеет особое значение [22, 23].
Несмотря на одинаковость условий осадкона-копления, генетические различия размываемых пород областей водосбора Оби и Енисея наложили свой отпечаток на минеральный и геохимический состав донных отложений. В частности, наличие черных рудных минералов и смектита более характерно для енисейских осадков. Обские осадки более обогащены иллитом, фитодетритом [22, 24].
Химический состав осадков фации В2, по данным М.А. Левитана, в целом отличается максимальными концентрациями А1203, Fe2Oз, ТЮ2, М§О, СаО, Со, Sc, S; Ей, ТЬ, Yb, Lu, причем обские осадки В2 относительно более обогащены такими элементами, как La, Се, Рг, Nd, Sm, Ей, Gd, ТЬ, Dy, Но, Ег, Ш, RЬ, Сз, Sг, Ва, Fe, N1, Se, Аз, SЬ, ТЪ, Вг, Л§. Эти данные, несмотря на небольшое количество наблюдений, достаточно хорошо сходятся с полученными нами ранее результатами статистической обработки представительного аналитического материала по опробованию донных осадков эстуариев Оби и Енисея во время российско-германской экспедиции 1997 года [12]. По относительно повышенным концентрациям химических компонентов обские и енисейские отложения разделились следующим образом. Эстуарий Оби: Fe2O3, Вг, Аз, Sb, Rb, Сз, La, Се, Sm, Ей, ТЬ, Yb, Та, ТЪ, и, эстуарий Енисея: СаО, Sr, Sc, А§, Hf.
В пробах енисейских донных осадков из зоны маргинального фильтра было установлено наличие радиоцезия (137Сз) с более высокой в среднем удельной активностью, чем в обских пробах аналогичного положения. Самое большое различие обских и енисейских отложений проявилось не столько в средних содержаниях химических элементов, сколько в частотных спектрах статистического распределения концентраций некоторых
из них. Наиболее контрастными в этом отношении оказались спектры Сз, СаО, La, Ce, ТЪ, и, Fe2O3, что наглядно отобразилось на совмещенных гистограммах распределения [12].
Изучение содержаний тяжелых металлов в осадках эстуариев Оби и Енисея показало, что преобладающей формой нахождения Fe, Zn, Си, Со, N1, Сг, РЬ, Cd является геохимически инертная литогенно-обломочная [25]. Иными словами, металлы переносятся зафиксированными в минеральных терригенных частицах, а также в детрите (преимущественно растительного происхождения). В обской воде, за счет повышенного содержания фульвовых и гуминовых кислот, упомянутые элементы частично связывается в металлооргани-ческие комплексы. В целом, как свидетельствует работа Л.Л. Деминой с соавторами, определяющее влияние на характер переноса и накопления металлов в фациальной обстановке эстуариев Оби и Енисея оказывают терригенные процессы [25]. В силу первичной генетической связи с терригенным материалом, распределения концентраций литофиль-ных элементов в обских и енисейских донных осадках должны в наибольшей степени наследовать геохимическую специфику материнских пород.
Вопросы поступления через маргинальный фильтр в Северный Ледовитый океан континентального осадочного материала, особенности его минералого-геохимического состава и геохимические процессы на маргинальном фильтре детально рассмотрены в работах В.В. Гордеева [26], Ф. Шостера [27]. Наиболее полный аналитический обзор информации за период 1993—2003 годы по геохимическим особенностям эстуариев Оби и Енисея содержится в публикации В.В. Гордеева, Б. Беесков и Ф. Рахольда [28]. На основе изученного материала многих исследований, авторы фиксируют следующие заключения. Прямое сравнение показывает значительное различие по химическому и минералогическому составу как донных осадков, так и взвешенных твердых частиц в эстуариях Оби и Енисея. Это обусловлено определяющими геологическими особенностями областей водосбора (Енисей — трапповые базальты плато Путорана, Обь — сланцеподобные отложения Западно-Сибирской равнины). Вместе с тем, в геохимии двух арктических эстуариев больше сходств, нежели различий, которые по масштабу своих проявлений не очень существенны. Соглашаясь с таким выводом, мы попытались изучить возможность распознавания по аналитическим данным обский и енисейский терриген-ный материал при относительно невысокой его геохимической контрастности. Интерес к решению подобной задачи в немалой степени связан с упоминавшейся выше особенностью миграции радиоцезия.
В данной статье рассматриваются результаты сопоставления выборочных распределений кон-
центраций преимущественно литофильных химических элементов в донных осадках барьерных зон Оби и Енисея. Цель исследования — определение наиболее информативных элементов и возможности ид
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.