ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 461, № 2, с. 207-209
= ГЕОХИМИЯ =
УДК 550.84.094
ГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ ТЕРРИГЕННОГО МАТЕРИАЛА ИЗ ОБИ И ЕНИСЕЯ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ
© 2015 г. Эн. Э. Асадулин, А. Ю. Мирошников, А. А. Усачева, член-корреспондент РАН В. И. Величкин
Поступило 31.10.2014 г
Б01: 10.7868/80869565215080186
Основной ресурс донных осадков в восточной части Карского моря — материковый сток по речным системам Оби и Енисея. Вместе с многими миллионами тонн взвешенных минеральных частиц, органического детрита, растворенных веществ к морю транспортируются порции разного рода загрязнителей, включая радионуклиды. 1лав-ные источники переносимого реками радиоактивного загрязнения — аккумулированные в ландшафтах водосборных площадей глобальные выпадения и расположенные в верховьях Оби и Енисея действующие радиохимические предприятия [1—3]. Основным транспортом радионуклидов к речным эстуариям и в открытую часть Карского моря служат взвешенные и коллоидные частицы, на которых сорбируются значительные количества радиоактивных веществ [1]. В составе взвесей реки переносят и большинство стабильных химических элементов [4].
В зоне смешения пресных речных вод с солеными морскими в эстуариях Оби и Енисея резко меняются геохимические, гидродинамические условия, что приводит к интенсивному выпадению в осадок транспортируемого к морю терри-генного материала. Подобные зоны — высокоэффективные природные фациальные и геохимические барьеры, или маргинальные фильтры (по А.П. Лисицыну), на пути материкового сноса. Тем не менее в донных осадках Карского моря обнаружены минеральные и органические свидетельства терригенного происхождения существенной части отложений [5]. Периоды наиболее интенсивного выхода терригенного вещества за пределы маргинального фильтра, вероятнее всего, обязаны сезонным паводковым увеличениям динамики речных вод и эпизодическим турбидным
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии наук, Москва E-mail: aasad@igem.ru, aasad@index.ru
(суспензионным, мутьевым) потокам. Возникновение последних обусловлено гравитационной неустойчивостью больших объемов нелитифици-рованных водонасыщенных отложений, образующихся при лавинной седиментации [6]. Далее свою роль в перераспределении осадков играют подводные течения и особенности рельефа дна. В результате поступающий из двух речных систем осадочный материал на каких-то участках дна Карского моря может находиться в смеси или в виде переслаивания.
В случае обнаружения в пробах донных осадков радиоактивного или иного загрязнения, связанного с терригенными частицами, возникает вопрос о регионе его происхождения — обская или енисейская водосборные площади? Цель нашей работы — распознавание и различие терригенных продуктов, принесенных Обью либо Енисеем, среди донных отложений восточной части Карского моря с помощью разработанного авторами ранее аддитивного геохимического критерия [7].
Исследования проводили на материале, собранном во время комплексных экспедиций в эстуариях Оби, Енисея и в Карском море научно-исследовательского судна ГЕОХИ РАН "Академик Борис Петров" в 1995—2001 гг. Поднятые донные осадки специальным образом препарировали в ИГЕМ РАН для последующего анализа радиоцезия и стабильных элементов [3]. Из данных инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА) в качестве индикаторных признаков были отобраны хорошо определяемые геохимически малоактивные элементы преимущественно литофильной группы, которые в наибольшей степени наследуют особенности состава исходных пород. Суммирование индикаторных свойств отдельных признаков дает существенно более контрастные аддитивные показатели, однако частные признаки для избавления от различий их размерности должны быть нормированы. С учетом состава группы индикаторных элементов и осадочной
207
6*
208
АСАДУЛИН и др.
El/El(NASC)
О-О и се О тЗ Й 3 .о .в 3 И й.й^-)
о'О
Рис. 1. График различий средних содержаний нормированных индикаторных элементов в донных осадках фации "В" эстуариев Оби (205 проб) и Енисея (315 проб) [7].
Ось ординат — отношения наблюденных содержаний элемента к содержаниям в эталоне NASC.
80 70 60 50 40 30 20
10 -
и и и и 'штили.......................
-0.60 -0.45 -0.30 -0.15 0 0.15 0.30 0.45
Рис. 2. Совмещенная гистограмма распределения величин аддитивного геохимического критерия agto/Е при экзамене проб донных осадков эстуариев Оби (284 пробы) и Енисея (442 пробы). Ось абсцисс — величины критерия (отрицательные значения свидетельствуют в пользу енисейского типа геохимической специализации, положительные — в пользу обского). Ось ординат — частота встречаемости интервалов величин критерия.
природы исследуемого материала нормирующие параметры (делители) были взяты из общеизвестного "сланцевого эталона" МЛ8С [8], символизирующего геохимический профиль осадочного чехла верхней земной коры. Тесное сходство элементного состава речных взвесей с глинами и сланцами подтверждено в [4].
Осажденное на маргинальных фильтрах в эстуариях Оби и Енисея терригенное вещество в процессе длительного переноса от мест размыва геологических образований многократно перемешивалось. Поэтому можно считать, что распределения концентраций геохимически более или менее инертных элементов в отложениях одинаковых фациальных обстановок эстуариев Оби и Енисея (код "В", по М.А. Левитану [5]) отражают обобщенные региональные геохимические профили водосборных площадей этих рек и имеют закономерные различия (рис. 1).
На графике выделяются две группы нормированных элементов: одна с относительно повышенными содержаниями в обской выборке проб и другая — в енисейской. Из них формируются два аддитивных показателя, имеющих противоположное значение:
agi1 = 1/13(ЯЪ + С8 + La + Се + Ш + 8ш + + Ей + УЪ + Lu + Ш + Та + ТЬ + и), agi2 = 1/4(СаО + 8е + Сг + Со).
В отличие от семиэлементного аддитивного показателя обской выборки, использованного в [7], здесь для уменьшения вероятности ошибок agi1 был расширен добавлением Ей, УЪ, Lu, Ш, Ta, и. Показатели объединяются в аддитивный геохимический критерий распознавания обских и енисейских терригенных отложений agtО/Е, который
является бинарным классификатором с величинами критерия, симметрично распределенными относительно нуля:
agto/Е = 1п^1^2).
Представление об эффективности геохимического аддитивного критерия распознавания дают результаты экзамена заведомо известного материала из выборок проб донных осадков эстуариев Оби и Енисея (рис. 2).
На экзамене, с формальной точки зрения, ошибки для обской выборки — отрицательные значения данного варианта критерия, а для енисейской — положительные. Для классификации донных отложений открытого моря по принадлежности Обь/Енисей следует подойти более консервативно и определить некоторый диапазон значений agtО/Е (так называемая "серая зона" бинарного классификатора), в пределах которого результаты классификации будут считаться неопределенными. В качестве такого диапазона была выбрана область пересечения обской и енисейской гистограмм (рис. 2), которая находится примерно между границами десятой перцентили обского распределения и девяностой енисейского, а именно от —0.08 до +0.14 в значениях используемого здесь варианта agtО/Е. Вероятными причинами неопределенных классификаций могут быть перемешивание обского и енисейского материалов, поступление веществ иного происхождения либо случайные аномальные содержания отдельных элементов, суммируемых в формуле критерия.
Для анализа распределения обского и енисейского терригенных материалов в восточной части Карского моря по результатам геохимического рас-
ГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ ТЕРРИГЕННОГО МАТЕРИАЛА
209
100 км
I_I
КАРСКОЕ МОРЕ
К» О Д
о Г 0 °л 1
,, т" Енисейский залив " ^-
Обская губа
Рис. 3. Распределение на шельфе восточной части Карского моря терригенного материала, выносимого Обью и Енисеем.
Кружки — местоположение станций опробования осадков, цвет кружков символизирует результат геохимического распознавания происхождения донных осадков: белый — из обской макроарены, черный — из енисейской, серый — различие нечеткое (возможна смесь).
познавания были привлечены данные по донным осадкам со станций пробоотбора в пределах внутреннего шельфа, включая дистальные зоны эстуариев Оби и Енисея. С учетом привязки работы к вопросам распространения техногенного загрязнения рассматривали только первые сантиметры колонок проб, представляющие современную седиментацию. Результаты обработки отобранного материала представлены на рис. 3. Очевидно, что максимальное распространение по дну восточной части Карского моря имеют отложения, распознавшиеся как обские. Это полностью соот-
ветствует преобладающей роли Оби в транспортировке к морю терригенного материала: по общепринятым оценкам средний годовой сток взвешенных наносов 16 млн т у Оби, 13 млн т у Енисея. Пробы, определенные с помощью геохимического критерия как енисейские, почти целиком локализованы в эстуарной зоне, причем в ее дистальной области сосредоточено множество точек с пробами неопределенной принадлежности. Характер их расположения — тенденция к смещению на северо-восток от впадения Енисея — позволяет допустить привнос обского терригенного материала по направлению Обь-Енисейского морского течения и соосаждение вместе с енисейским. Таким образом, часть возможного загрязнения в донных осадках дистальной зоны эстуария Енисея и на северо-восток от нее может оказаться поступившим из Оби в то время как обратное маловероятно.
Авторы благодарят группу ядерно-физических методов анализа ИГЕМ РАН (руководитель А.Л. Керзин) за определения концентраций элементов в донных осадках.
Работа выполнена при финансовой поддержке программы Президиума РАН № 18, направление 5.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Степанец О.В., Борисов А.П., Комаревский В.М., Лигаев А.Н., Мирошников А.Ю., Асадулин Э.Э. // Геоэкология. 2004. № 5. С. 415-421.
2. Miroshnikov A., Semenkov I. // Radiation Protection Dosimetry. 2012. V. 152. № 1/3. P. 89-93.
3. Мирошников А.Ю. // Геоэкология. 2012. № 6.
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.