ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 1, с. 146-148
УДК 550.4:543.427.4:548.732:621.384.665
МИКРОАНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГОДОВЫХ СЛОЕВ В СОВРЕМЕННЫХ ОСАДКАХ оз. БЕЛЕ
© 2015 г. А. В. Дарьин1, И. А. Калугин1, Я. В. Ракшун2, Chu Guoqiang3, Sun Qing4, Ф. А. Дарьин2, Д. С. Сороколетов2, Д. Ю. Рогозин5
E-mail: darin@ngs.ru
Исследование внутреннего строения годовых слоев в современных осадках оз. Беле (Хакасия) методом рентгенофлуоресцентного микроанализа было проведено в Сибирском и Шанхайском центрах синхротронного излучения. В обоих случаях были использованы похожие условия эксперимента: энергия возбуждения 20—22 кэВ, пятно возбуждающего излучения 80—100 мкм, шаг сканирования 100 мкм. Были получены совпадающие датировки маркирующих слоев. Результаты эксперимента позволяют получить новые представления о геохимии процессов осадконакопления и оценить скорость современного осадкообразования.
DOI: 10.7868/S0367676515010123
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Озерные осадки, содержащие ежегодно ламинированные годовые слои (варвы), имеют очень важное значение для развития палеоклиматиче-ских исследований [1]. Особую роль такие объекты играют при проведении исследований высокого временного разрешения (год на тысячелетней шкале). Необходимость подобных исследований связана с поиском природной цикличности климатических процессов с периодами более нескольких десятков лет, поскольку ряды инструментальных метеонаблюдений, редко превышающие 100—120 лет, слишком коротки для оценки такой периодичности.
Озеро Беле расположено в Ширинском районе республики Хакасия, в 20 км от ранее исследованного нами озера Шира [2]. Озеро состоит из двух бассейнов приблизительно одинакового размера (так называемых Малое и Большое Беле), соединенных относительно узким перешейком. Исследованное нами Малое Беле имеет размеры 6 км в длину и 5 км в ширину. Глубина озера по данным предварительных исследований достигает 45 м.
В 2011 г. с использованием ящика-пробоотборника нами был взят керн Ве1е-Ьс-2011 длиной
230 мм. Из половины керна были приготовлены твердые препараты для сканирующего анализа, вторая половина разделена на порошковые пробы с шагом 5 мм. Эти образцы были использованы для измерения активности изотопов 137С8 и 210РЬ. Распределение активности этих изотопов позволяет оценить скорость современного осадкообразования [3]. На рис. 1 представлены полученные данные. Оценка скорости по 137С8 дает следующие результаты. В предположении, что верх извлеченного керна датируется 2010 г. (т.е. не было потерь при пробоотборе), а максимум активности цезия, маркирующий 1963 г., приходится на пробу 50—55 мм от верха керна, получаются следующие оценки скорости: минимум 1.06 мм/год, максимум 1.17 мм/год. Распределение активности 210РЬ не противоречит этим результатам и подтверждает стабильные условия осадконакопления в озере последние десятилетия.
Активность, Бк ■ кг 1 250
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
3 Institute of Geology and Geophysics of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China.
4 National Research Center of Geoanalysis, Beijing, China.
5 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биофизики Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск.
200 150 100 50 0
Cs-137 • Pb-210 excess
10 20 30 40 50 60 70 Глубина керна от границы вода—осадок, мм
Рис. 1. Профиль активности изотопов 137Cs и 210Pb в керне Bele-bc-2011.
МИКРОАНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГОДОВЫХ СЛОЕВ 147
Оценка скоростей современного осадконакопления и датировка маркирующего слоя в иследованных образцах донных осадков озера Беле
Образец Интервал, мм Скорость, мм/год мин-макс Глубина маркирующего слоя, мм Датировка маркирующего слоя, года н.э.
Bele_bc_2011 0-100 1.19-1.02 100 1926-1912
Bele_2012 0-85 0.93-1.00 85 1925-1919
Следующая важная особенность полученного керна — наличие характерного максимума содержаний стронция ниже 100 мм. Этот максимум может быть маркером изменения уровня (и солености) озера в конце ХГХ—начале XX веков, что зафиксировано в исторических документах и выявлено в осадках находящегося неподалеку оз. Шира [2]. Для оз. Шира конец интервала повышенной солености датируется 1935—1940 гг. н.э. [4]. Принципиально важно как можно точнее датировать слой осадков оз. Беле, маркирующий переход озера к современным условиям осадкообразования.
Используя скорости осадконакопления, рассчитанные по распределению изотопа 137С8, получаем оценку возраста этого слоя осадка в керне Ве1е-Ьс-2011 в интервале 1915—1925 гг. н.э., что на 15—20 лет отличается от датировок для оз. Шира. Это может быть или реальное отличие, связанное с разными условиями осадконакопления в озерах, или погрешность временной модели для оз. Беле, построенной на данных о распределении изотопов по глубине керна.
Для проверки полученных результатов и уточнения временной модели современного осадконакопления в оз. Беле были подготовлены и проведены эксперименты по детальному исследованию верхних 100 мм кернов Ве1е-Ьс-2011 и Ве1е-2012 (этот керн был получен в той же точке озера в марте 2012 г. и по литологическим характеристикам совпадает с керном 2011 г).
ПРОБОПОДГОТОВКА
Образцы для исследования были приготовлены по методикам, описанным в [5] из мокрых кернов, включая отбор плашек без нарушения последовательности слоев, сублимированную вакуумную сушку и пропитку эпоксидной смолой. Твердые препараты использовались для приготовления плоскопараллельных пластинок толщины 2 мм с полированными поверхностями и оптических шлифов, соответствующих анализируемым поверхностям. Наличие шлифов позволяет получать фотографии поверхности анализируемых образцов и проводить сопоставление аналитических данных и визуально выделяемых слоев.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Измерения образцов керна Bele-bc-2011 проводились в Сибирском центре синхротронного и терагерцевого излучения (Институт ядерной физики, СО РАН, Новосибирск) на аппаратуре и по методикам [6] на энергиях возбуждения 22 кэВ с шагом 100 мкм. Пятно засветки на образце имело размеры 100 мкм в направлении перемещения образца и 250 мкм поперек образца. Время измерения в точке составляло 15 с. Образцы керна Bele-2012 исследовались в Шанхайском центре синхротронного излучения (Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Institute of Applied Physics, Shanghai, China). Энергия возбуждения составляла 20 кэВ, пятно возбуждающего излучения на образце имело размеры 80 мкм на 120 мкм, шаг сканирования составлял 100 мкм, время измерения в точке 5 с.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Ранее при исследовании внутреннего строения годовых слоев в донных осадках озера Шира было показано, что геохимическим маркером годового слоя в соленых озерах является отношение Ca/Sr [7]. Минимум отношения приходится на осенний период и обусловлен ростом содержания стронция в хемогенной компоненте осадка, осаждающейся в этот сезон. Для подсчета годовых слоев в осадках озера Беле был использован этот же показатель — отношение площадей аналитических пиков Ca и Sr в спектрах характеристического рентгеновского излучения.
Подсчет слоев проводился вручную по про-филограммам отношения Ca/Sr, совмещенным с фотографиями оптических шлифов, соответствующих анализируемым поверхностям образцов кернов. Одновременно проводился подсчет визуально выделяемых слоев. Пример такого подсчета представлен на рис. 2. Подсчет визуально выделяемых слоев на интервале 59—85 мм дает оценку скорости 0.96 мм/год. С использованием геохимического индикатора получаем близкую величину — 0.93 мм/год. В таблице представлены полученные оценки скорости для разных интервалов исследованных образцов. Полученные датировки маркирующего слоя для обоих кернов имеют перекрывающийся интер-
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 1 2015
10*
148
ДАРЬИН и др.
Рис. 2. Вариации Са/8г отношения вдоль образца Беле 2012 в интервале 56—85 мм, совмещенные с фотографией шлифа интервала 55—85 мм.
вал значений, совпадающий с датировкой по изотопу 137Cs (1925-1915 гг.).
Таким образом, оценки возраста маркирующего слоя, полученные двумя независимыми методами для двух разных кернов донных осадков озера Беле совпадают и существенно (на15-25 лет) отличаются от датировок аналогичного события в озере Шира. Наиболее логичное объяснение этого расхождения, по нашему мнению, то, что система осадкообразования в оз. Беле, как более глубоководном и менее соленом, быстрее реагировала на изменение уровня и раньше вернулась к современным условиям осадконакопления.
Работа выполнена с использованием оборудования Сибирского центра синхротронного и терагер-цового излучения при частичной финансовой поддержке Минобрнауки России и Российского научного фонда. Исследования поддержаны грантами РФФИ № 13-05-00871, № 14-02-00631, № 13-0500429 и интеграционным проектом президиума СО РАН № 34.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ojala Ä.E.K., Francus P., Zolitschka B., Besonen M., Lamoureux S.F. // Quat. Sci. Rev. 2012. V. 43. P. 45.
2. Kalugin I., Darin A., Tretyakov G, Rogozin D. // Quaternary Int. 2013. V 290-291. Р. 245.
3. Aliev R.A., Bobrov V.A., Kalmykov St.N., Melgunov M.S., Vlasova I.E., Shevchenko V.P., Novigatsky A.N., Lisit-zin A.P. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2007. V 274. №2. P. 315.
4. Парначев В.П., Вишневецкий И.И., Макаренко H.Ä. и др. Природные воды Ширинского района республики Хакасия. Томск: Изд-во Томского ун-та, 2003. 183 с.
5. ДарьинÄ.B., Калугин И.А., РакшунЯ.В. // Изв. РАН. Сер. Физ. 2013. Т. 77. № 2. С. 204.
6. Дарьин Ä.B., Ракшун Я.В. // Научный вестник НГТУ. 2013. № 2 (51). С. 119.
7. Дарьин Ä.B., Калугин И.А., Максимов M.Ä., Третьяков T.Ä., Ракшун Я.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2013. Т. 77. № 2. С. 207.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 1 2015
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.