ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 280-290
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.465
ГЕОХИМИЯ ОСАДКОВ СОВРЕМЕННОГО АРАЛЬСКОГО БАССЕЙНА
© 2015 г. Г. Н. Батурин1, П. О. Завьялов1, Я. Фридрих2
Институт океанологии им. П.П. Ширшова, Москва, Россия e-mail: gbatur@ocean.ru 2Институт прибрежных исследований, Центр Гельмгольца, Германия Поступила в редакцию 18.11.2013 г., после доработки 21.05.2014 г.
Впервые за время изучения системы усыхающего Аральского моря выполнено детальное геохимическое исследование донных отложений и выявлены различия в составе осадков полноводной и регрессивной стадий бассейна. Установлены черты сходства и различия в элементном составе осадков прежней основной акватории, современной сокращенной основной акватории, зоны осушки, взвеси Аму-Дарьи и среднего состава глинистых пород осадочной оболочки Земли. В осадках зараженной сероводородом западной глубоководной впадины происходит заметная концентрация органического вещества, урана и молибдена. Интенсивное осаждение солей происходит в наиболее мелководной части моря и в западной впадине. Осолоненные осадки, обнажающиеся при отступании моря, обессоливаются в результате интенсивного выветривания. Повышенное содержание ртути, установленное во взвеси прежней полноводной Аму-Дарьи, в морских осадках не фиксируется в связи с прекращением речного стока и, возможно, миграцией ртути в атмосферу. Низкое содержание большинства микроэлементов в мелководных соляных отложениях позволяет предположить, что некоторые из них накапливаются, наряду с ураном, в морской воде.
DOI: 10.7868/S0030157415020021
Усыхающий бассейн, бывший ранее Аральским морем, превратился за последние годы в отдельные водоемы (рис. 1) в связи с резко сократившимся стоком реки Сыр-Дарьи, впадающей в Малый Арал, и полностью прекратившимся стоком Аму-Дарьи, впадавшей ранее в Большой Арал.
Этот бассейн, обладавший до середины прошлого века значительными рыбопромысловыми ресурсами, привлекал к себе внимание многих исследователей, изучавших особенности водного режима, биологии и осадконакопления Арала.
Первые сведения по этим вопросам были получены в конце 19 и в начале 20 века, что описано в капитальной монографии Берга [7], а также в ряде статей, опубликованных в Трудах Туркестанского отделения Императорского Русского географического общества. В советское время изучение осадков и гидрологии Аральского моря продолжалось [8, 9, 21—24, 28—31], а в последние годы возобновилось на базе новых материалов [14—20, 25—27, 32, 33, 36—38], но при этом данные о содержании микроэлементном составе осадков ограничивались отдельными элементами, за исключением урана, геохимия которого была рассмотрена в работах [3, 23, 32, 33].
В настоящее время, когда большая часть бывшей площади моря превращается в осолоненную пустыню, возникли экологические проблемы, связанные, в частности, с изменением состава воды и донных осадков, которые экспонируются, усыхают и выветриваются при дальнейшем со-
кращении площади бассейна, превращающейся в арену песчаных бурь [11, 14].
Для рассмотрения вопроса о том, как изменился состав осадков при усыхании моря, нами выполнено сравнительное исследование двух типов образцов: а) полученных нами ранее со дна полноводного Большого Арала и б) собранных в последние годы со дна остаточного бассейна. Фрагмент этой работы был доложен на Международной научной конференции в Москве в 2013 г. [6].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Материал для исследования получен в экспедициях разных лет. Осадки полноводного Большого Арала собраны первым автором в геологической экспедиции Всероссийского Института минерального сырья (1965 г.) при содействии Аральского отделения Казахского научно-исследовательского института рыбного хозяйства (КазНИИРХ), предоставившего в наше распоряжение катер "Олег Кошевой''. Осадки отбирали с борта катера малым дночерпателем (25 х 20 см) вручную с помощью капронового линя. Образец среднего состава взвеси Аму-Дарьи был передан в наше распоряжение Ю.А. Судаковой (ГОИН).
Современные прибрежные и мелководные морские отложения с глубины 2 м и 7 м были собраны П.О. Завьяловым и его сотрудниками в экспедиции ИО РАН 2010 г. Колонка глубоководного осадка (около 30 см) со дна глубоководной
Рис. 1. Изменение площади моря по мере его усыхания к 2000 г.
впадины в западной части моря получена с помощью прямоточной трубки Я. Фридрих в экспедиции 2004 г. [32, 33].
Элементный состав материала определяли в Аналитическом сертификационном испытательном центре ИПТМ РАН методом ИСП—МС в с контролем результатов по стандартам СГД-1А (ГСО 521-84П) и СГД-2А (ГСО 8470-2005) под руководством В.К. Карандашева. Определение органического и карбонатного углерода выполнено Н.П. Толмачевой (ИО РАН) химическим методом. Определение общего кремнезема выполнено Е.О. Золотых (ИО РАН) микрохимическим методом, разработанным А.Б. Исаевой.
В связи с тем, что материал для разных видов анализов брали из разных навесок, а такие значи-
мые для соленосных отложений элементы как галогены мы не анализировали, полученные данные по основному составу осадков, видимо, не являются окончательными.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты определения основного химического состава материала представлены в табл. 1, которая состоит из двух частей: в левой части приведены данные по составу взвеси и осадков, относящихся к периоду действующего речного стока, а в правой части — по составу материала, сформировавшегося в последние годы тотального обмеления бассейна. В таблицу включены также данные о среднем составе глинистых осадочных пород Зем-
Таблица 1. Содержание макроэлементов в осадах до и после прекращения речного стока (%)
Полноводный Арал
Элемент речная взвесь морские осадки впадина, низ кларк берег глубина 7 м впадина, верх глубина 2
8102 21.9 21.3 20.5 57.5 18.8 16.6 13.6 (0.3)
А1203 14.3 19.3 11.4 18 6.7 7.1 5.3 0.11
Т102 0.6 0.43 0.44 0.72 0.32 0.31 0.18 0.006
Са0 12.2 12.7 9.2 3.5 17.1 15.0 14.5 37.8
МБ0 3.3 2.8 2.5 2.3 4.1 3.0 3.3 0.80
№20 1.5 1.6 4.4 0.9 3.6 6.1 9.5 1.4
К20 2.5 2.05 2.1 2.75 1.85 1.6 1.4 0.78
Fe20з 5.3 4.7 5.7 4.75 3.15 1.6 2.2 0.08
Мп0 0.105 0.082 0.045 0.09 0.04 0.03 0.026 0.03
Р205 0.125 0.17 0.09 0.17 0.11 0.077 0.13 0.030
8 общ 0.08 0.64 1.8 0.36 3.1 6.9 3.8 18.2
с орг 0.45 1.22 1.33 - 0.41 0.48 2.75 0.39
С ^мин 8.7 3.7 3.8 - 13.6 6.6 8.7 2.85
Усыхающий Арал
ли (кларки) по данным [12]. Соответственно, по такому же типу составлены таблицы 2 и 3, в которых приведены результаты определения микро-
элементов и отдельно тов (РЗЭ).
редкоземельных элемен-
Макроэлементы
Рассмотрение и сопоставление средних величин макроэлементного состава взвеси Аму-Дарьи, осадков полноводного моря и осадочных пород показывает следующее (табл. 1, рис. 2):
% 100 г
10
0.1
0.01
_|_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
А1203 ТЮ2 СаО МбО №20 К20 Fe2O3 МпО Р205 8общ Сорг С02
Рис. 2. Схема распределения макроэлементов в осадках полноводного моря.
1 — Среднее в глинистых породах [12], 2 — взвесь Аму-Дарьи, 3 — осадки основной акватории полноводного моря, 4 — осадки нижней части колонки из впадины.
1
Таблица 2. Распределение микроэлементов (г/т) в осадках до и после прекращения речного стока
Осадки породы До сокращения стока После прекращения стока
Элемент речная взвесь осадки 1965 г. впадина, низ побережье глубина 7 м впадина, верх глубина 2 м
НЕ 0.068 0.37 0.13 0.02 0.03 0.017 0.018 0.006
Аё 0.2 0.12 0.07 0.045 0.20 0.057 <0.02 <.02
В1 0.3 0.36 0.27 0.23 0.19 0.16 0.07 <.01
са 0.3 0.22 0.14 0.12 0.13 0.05 0.17 <.03
Та 1.4 0.76 0.61 0.64 0.36 0.36 0.19 <.04
яь 1.5 1.5 1.7 1.4 0.58 0.70 0.83 <.06
W 1.8 1.8 1.5 2.2 1.45 0.90 0.70 <.02
Мо 2 1.2 1.6 15.5 3.0 2.7 51.5 0.21
Ве 3 2.0 1.5 1.3 1.0 1.1 0.45 0.12
и 3.2 2.5 4.7 5.6 3.4 3.1 10.1 2.6
Яп 3.5 2.6 1.5 1.6 1.05 0.92 0.52 <.14
ш 4.5 2.2 1.7 2.6 1.3 1.7 0.78 <.04
5 5.9 5.8 6.6 3.0 3.3 2.3 .049
ТЬ 10 10 8.1 8.5 5.0 4.8 2.2 0.10
№ 11 5.7 7.2 9.0 4.4 5.6 2.5 0.16
А5 13 17 38 24.8 9.7 8.9 5.8 1.2
Яс 13 14.4 12 9.4 6.2 7.5 4.0 <0.3
Ga 19 11.5 13.7 15.3 7.2 8.5 5.1 <.05
Со 20 16 19.5 15.7 8.7 7.6 6.3 1.1
РЬ 20 19.6 15.1 19 11.8 10.1 7.1 0.24
Y 26 19 13 15.7 10.1 10.1 4.9 0.8
La 32 25 22.5 26 14.8 13.1 6.9 0.74
Си 45 37 22.4 19.8 15 14.2 15 <0.9
Li 46 40 46.5 42.6 27.2 31.5 25.5 1.5
N1 62 47.3 36.6 33.9 25 23.3 22.5 7.2
Ъп 70 95 86 65.2 45.7 43.9 31.7 3.5
Сг 100 89 75 79 38 37.2 29.6 <0.9
V 130 100 106 146 57 55 51 <0.6
Rb 140 96 78.5 89.4 45 43 28 1.1
Ъг 160 79 55 95 44 55 25 2.7
Яг 240 245 893 1163 1050 1782 4527 5300
Ва 510 400 480 376 307 230 174 79
А. Во время полноводного периода макроэле-ментный состав осадков основной акватории был близок к составу речной взвеси, за исключением того, что осадки были в восемь раз богаче серой (0.64 против 0.08%) и почти в три раза богаче органическим углеродом (1.22% против 0.45%), но в два с лишним раза беднее карбонатным углеродом (3.7% против 8.7%). Видимо, это отражает влияние биопродуктивности водоема на формирование состава осадков.
Осадки западной впадины (нижний горизонт колонки, 22—24 см) были заметно беднее алюминием, кальцием, марганцем и фосфором, но богаче серой и натрием в два—три раза. При этом все три типа этого материала существенно обеднены относительно среднего состава глинистых пород мира кремнеземом, алюминием и титаном, но обогащены кальцием и натрием при сопоставимом содержании прочих макроэлементов.
Таблица 3. Содержание редкоземельных элементов в осадках и взвеси, г/т
До прекращения стока рек После прекращения стока рек
элемент взвесь Аму-Дарьи осадки 1965 г. впадина, низ берег берег море 7 м впадина, верх шельф 2 м
ст. 9 ст. 73 0—2 см 8—10 см
La 25.1 26.7 18.5 26.0 15.1 14.5 13.1 6.9 0.74
Се 50.9 54.9 37.0 57.4 32.1 30.9 27.1 14.4 1.4
Рг 5.8 6.5 4.4 6.1 3.6 3.8 3.1 1.6 0.15
№ 21.8 25.0 16.9 24.8 13.8 13.8 12.6 6.3 0.61
8т 4.3 4.9 3.2 4.7 2.7 2.8 2.5 1.2 0.13
Ей 0.85 1.0 0.63 1.0 0.64 0.63 0.49 0.26 <0.004
Gd 4.0 4.2 2.9 4.1 2.6 2.6 2.4 1.1 0.15
ТЬ 0.63 0.65 0.43 0.60 0.39 0.40 0.34 0.17 0.018
Dy 2.7 3.3 2.3 3.48 2.1 2.0 2.0 0.98 0.069
Но 0.57 0.68 0.47 0.6
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.