ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2015, № 4, с. 107-112
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
УДК 549.742:552.143:551.583
МИНЕРАЛОГИЯ ГОЛОЦЕНОВЫХ ОСАДКОВ МАЛЫХ ОЗЕР БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА: СВЯЗЬ С ПАЛЕОКЛИМАТОМ1
© 2015 г. И.В. Даниленко, П.А. Солотчин, Э.П. Солотчина
Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск, Россия; Ira27021980@mail.ru
Поступила в редакцию 02.12.2014 г.
В статье рассмотрены результаты комплексного изучения голоценового терригенно-эвапоритового разреза донных отложений одного из малых соленых озер с карбонатным типом седиментации, расположенного на территории Баргузинской котловины (Республика Бурятия). Исследования проводились с применением широкого спектра методов: рентгеновской дифрактометрии (ХКБ), ИК-спектроскопии, лазерной гранулометрии, определения стабильных изотопов 18О и 13С и других методик. Методом математического моделирования ХКБ профилей хемогенных карбонатных минералов установлено, что они представлены кальцитом и низко-Mg кальцитом. Прослежена динамика изменения содержания карбонатов в озерных осадках от подошвы к кровле разреза (от ~4900 л.н. до наших дней). Полученная карбонатная летопись, дополненная результатами других анализов, раскрывает картину эволюции озерного бассейна в голоцене в зависимости от изменений регионального климата и окружающей среды.
Ключевые слова: терригенно-эвапоритовый разрез донных отложений, рентгеновская дифрактометрия, определение стабильных изотопов 18О и 13С, карбонатная летопись, эволюция озерного бассейна, изменения регионального климата.
Введение. Дискуссионность проблемы глобального потепления и неопределенность климатических прогнозов привела к заметному росту палеоклиматических исследований. До сих пор не установлено, каков вклад антропогенного фактора в современное потепление, неясна причина внезапных кратковременных климатических сдвигов и их периодичность, особенно для внутриконтинентальных областей. Весьма актуальными в этой связи представляются исследования климата голоцена, поскольку он является близким аналогом современности и потенциальным аналогом климата будущего. Зарубежные специалисты, занимающиеся палеоклиматиче-скими реконструкциями, уделяют повышенное внимание современным системам малых соленых озер аридных и семиаридных зон [7, 9, 10, 12]. В силу своих небольших размеров и широко проявленных процессов аутигенного минера-лообразования, приводящих к формированию своеобразных терригенно-эвапоритовых разрезов, эти водоемы фиксируют в своих осадочных летописях даже незначительные изменения
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 14-05-00296а).
окружающей природной среды. В нашей стране исследования малых озер с целью проведения палеоклиматических реконструкций немногочисленны и основываются главным образом на данных палинологического, диатомового анализов и распределении макро- и микроэлементов, тогда как минералогический аспект освещен явно недостаточно. Целью работы являлось исследование минеральных ассоциаций донных осадков бессточных мелководных соленых озер, нередко плайевых, располагающихся в засушливых районах Байкальского региона. Особое внимание мы уделили изучению хемогенных карбонатов, поскольку их структурные особенности, закономерности формирования и последовательность осаждения являются объективными показателями прошлых изменений климата и окружающей среды.
Объекты и методы исследований. Объектом исследования послужили осадки озера Большое Алгинское, расположенного на территории Республики Бурятия в Баргузинской впадине - одном из крупнейших водосборных бассейнов Байкальской рифтовой зоны (рис. 1). Климат территории резко континентальный, суровый и засушливый,
Рис. 1. Местоположение озера Большое Алгинское, Республика Бурятия (космоснимок Google Earth). Координаты точки отбора керна: N 53°37.54', E 109°56.47'.
что определяется ее географическим положением в центре Азиатского материка. Баргузинская котловина характеризуется отрицательной среднегодовой температурой воздуха -4 —7 °С, что способствует образованию вечной мерзлоты, годовая сумма осадков не превышает 200-250 мм [1]. Озеро Большое Алгинское принадлежит к группе Ал-гинских озер, питание которых осуществляется за счет разгрузки глубинных гидротерм, связанных с зонами новейших разломов. Оно является бессточным, имеет форму вытянутого прямоугольника, в юго-восточной части соединено небольшим проливом с Малым Алгинским озером. Площадь водного зеркала составляет 1.04 км2, глубина около 1.0-1.5 м, общая минерализация вод - 3.26 г/л, рН = 9.5, карбонатная щелочность СО2- + НСО- = 6050 мг/л. Большое Алгинское озеро относится к сульфатно-гидрокарбонатному натриевому типу, основным источником его питания является Ал-гинский родник термальных вод. С юго-запада к озеру примыкают болота, в которых берут начало ключи, обеспечивающие устойчивый приток. Воды озера имеют следующий ионный состав (мг/л): С1- (60), БО2- (25690), Ш++К+ (15700), Mg2+ (20), Са2+ (170). [2].
Для изучения донных осадков использовался следующий комплекс методов: рентгеновская дифрактометрия (ХЯБ), ИК-спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия, лазерная гранулометрия, анализ стабильных изотопов 818О и 813С, РФА СИ и атомная абсорбция. Возраст осадков определялся методом ускорительной масс-спектрометрии АМБ (14С) по карбонатному материалу. Качественно новый уровень исследований обеспечен применением современных методов математической обработки ХЯБ профилей
[4].
Результаты. Осадочный разрез (длина керна 75 см) вскрыт в центральной части акватории водоема в феврале 2010 г. методом бурения с поверхности льда (рис. 2). Верхние 20 см отложений представлены влажным мягким осадком, сложенным алевритом и пелитом с незначительной примесью песка. Биогенная компонента включает в себя многочисленные створки диатомей, раковины гастропод и растительные остатки. Ниже по разрезу, как показывают результаты лазерного гранулометрического анализа, размерность осадка в целом увеличивается, возрастает содержание алевритовой и псаммитовой фракций; песчаный материал распределен в отложениях как равно-
МИНЕРАЛОГИЯ ГОЛОЦЕНОВЫХ ОСАДКОВ МАЛЫХ ОЗЕР БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА
109
Цитологическая Карбонаты, % 813 С, %о б18 О, %о
колонка; возраст 14С, лет о 10 20 30 40 50 0 0.40.81.21.6 2 -10.5-10-9.5-9-8.5-8
ю
S
Не определено (мало карбонатов)
Рис. 2. Литологическая колонка отложений озера Большое Алгинское, возраст (14С), распределения карбонатов и стабильных изотопов.
1 - пелит, 2 - алеврит, 3 - псаммит, 4 - диатомеи, 5 - растительные остатки, 6 - раковины моллюсков.
мерно, так и в виде линз и включений неправильной формы. Во всем интервале присутствуют диатомеи, количество створок которых возрастает в базальном горизонте 70.2-75 см. Среди диа-томей доминируют донные разновидности, чаще всего представители родов Cymbella, Nitzschia, Dentucula, Amphora и др.; планктонные диатомеи немногочисленны. Раковины брюхоногих моллюсков (рис. 3), принадлежащие преимущественно к родам Anisus и Lymnaea, также представлены в значительном количестве, отдельные экземпляры могут достигать нескольких мм в диаметре.
Методом XRD-анализа в ансамбле минералов осадков озера Большое Алгинское определены карбонаты, кварц, плагиоклаз, калиевый полевой шпат, гипс, слюда (биотит), амфибол, хлорит, эпизодически присутствуют пирит, ангидрит CaSO4, тенардит Na2SO4. Постоянный компонент осадка - карбонаты, количественный анализ которых выполнен ИК-спектроскопией. В распреде-
лении карбонатов наблюдается отчетливый тренд увеличения содержания от подошвы к кровле разреза (рис. 2). Они сложены главным образом мелкозернистыми агрегатами плохо окристалли-зованных частиц хемогенного кальцита с примесью низкомагнезиального кальцита. Присутствие в осадках низко-Mg кальцитов, представляющих собой твердые растворы MgCO3 в кальците [11], удалось обнаружить с помощью метода математического моделирования рентгеновских дифракционных спектров. Разложение ХЯБ профилей карбонатов на индивидуальные пики функцией Пирсона VII позволило установить положение максимума, интегральную интенсивность аналитического пика (М1=104) карбонатных фаз и получить их количественные соотношения (рис. 4). Определение содержания MgCO3 в структуре Mg-кальцитов проводилось по калибровочным графикам зависимости величины межплоскостного расстояния d104 от концентрации MgCO3 в мол. % [8]. Количество магния в
Рис. 3. Раковина Лтяш яр. хорошей сохранности (глубина 34-35 см).
природных низкотемпературных Mg-кальцитах является важнейшим индикатором физических и химических условий среды их образования [6]. Экспериментально показано, что осаждение кар-
бонатов кальцит-доломитового ряда определяется рядом факторов: Mg2+/Ca2+-отношением в воде, ее общей карбонатной щелочностью (концентрации НСО3 СО2- и Н2СО3), соленостью, величиной рН, температурой, органической продуктивностью озера [3]. Эти факторы контролируются водным балансом озера, зависящим от климатических условий в его водосборном бассейне.
В результате проведенных исследований из осадочного разреза озера Большое Алгинское получена новая летопись климата голоцена Западного Забайкалья за последние 4900 лет. Выделено два крупных периода его эволюции. Первый этап, представленный отложениями интервала 47-75 см, охватывает конец теплого и влажного атлантического периода (время формирования озерного бассейна), и начало суббореального периода, длившегося в Евразии от 4800 до 2200 л. н. (14С). Для этого этапа характерны сравнительно высокие скорости осадконакопления - порядка 1 мм/год, что следует из данных радиоуглеродного датирования, показывающих возраст осадков в подошве керна (74-75 см) - 4870±180 лет и на уровне 37-38 см - 4480±180 лет. Содержание хе-могенного кальцита здесь сравнительно невелико, лишь в конце первого этапа оно достигает ~25% от минеральной части осадка, что свидетельствует о слабой минерализации и умеренной карбонатной щелочности вод. Противофазные тренды распределений стабильных изотопов в осадках
30
2@°СиКа
Рис. 4. Результаты моделирования функцией Пирсона VII экспериме
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.