ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2012, № 4, с. 319-332
УДК 551
О ГЕНЕЗИСЕ ОРГАНИЧЕСКОГО И КАРБОНАТНОГО УГЛЕРОДА В ОСАДКАХ СЕВЕРНОГО И СРЕДНЕГО КАСПИЯ (ПО ИЗОТОПНЫМ ДАННЫМ)
© 2012 г. А. Ю. Леин, И. И. Русанов*, М. Д. Кравчишина, М. В. Иванов*
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36; E-mail: lein@ocean.ru *Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН 117312 Москва, проспект 60-летия Октября, 7, корп. 2; E-mail: rusanov_igor@mail.ru Поступила в редакцию 06.09.2011 г.
Исследован изотопный состав органического (813С—Сорг) и карбонатного (813С—Скарб) углерода взвеси и осадков в Северном и Среднем Каспии. По изотопному составу Сорг оценено соотношение аллохтонного и автохтонного органического вещества (ОВ) во взвеси. Изменение значений 813С— Сорг в поверхностных осадках по сравнению с 813С—Сорг взвеси связано с процессами аэробного и анаэробного диагенеза. Определение изотопного состава Сорг в осадках может использоваться в дальнейшем в качестве одного из методов при решении проблемы четвертичной трансгрессивно-регрессивной истории Каспия.
Современные осадки Каспийского моря заметно различаются на разных участках дна по вещественному составу, содержанию органического углерода (Сорг) и, как следствие, по скорости диа-генетических процессов, протекающих в них. Преобладание в составе органического вещества (ОВ) компонентов фитопланктоногенного происхождения (автохтонного) приводит к высокой скорости биогеохимических процессов с участием различных групп микроорганизмов. Напротив, при обилии в составе ОВ менее лабильного аллохтонного терригенного ОВ биогеохимическая активность донных осадков снижается. Известно, что значения 513С в органическом веществе, сносимом с суши умеренного пояса, колеблются от —25.2 до —27.8%с [Галимов, 1968], а значения 513С—Сорг морского фитопланктона высоких и средних широт — от —20.0 до —22.0 % [1а-коЪ880п й а1., 2004]. Такая разница в значениях 513С—Сорг может быть использована для установления генезиса Сорг, что и явилось задачей наших исследований.
Генетически разнообразен также карбонатный углерод (Скарб) донных отложений, что должно сказываться на изотопном составе карбонатных образований в осадках Каспия. Для бассейна Каспийского моря установлено многообразие условий седиментогенеза и раннего диагенеза, характеризующих водоемы теплых климатических зон. Здесь выделяют карбонаты седиментацион-ного, диагенетического (аутигенного), терриген-
ного (речной сток и эоловое) и биогенного (раковины) происхождения [Холодов и др., 1989]. Для разных типов карбонатов должны быть характерны свои пределы значений 513С—Скарб. Установление этих пределов — вторая задача наших исследований.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материал для исследования отобран в 2008— 2010 гг. в процессе инженерно-геологических работ и при проведении исследований в рамках Программы Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН "Система Каспийского моря" под руководством А.П. Лисицына. Расположение станций опробования показано на рис. 1.
Каспийское море это бессточный водоем, в который впадают крупные реки: Волга, Урал, Терек, Кума, Кура и др. Речной сток, наряду с испарением, определяют распространение пресных и соленых вод в море и оказывают влияние на колебание уровня моря. Бассейн Каспийского моря географически подразделяется на Северный, Средний и Южный.
Донные осадки отбирали геологической трубкой большого диаметра (ТБД) и гравитационной грунтовой трубкой Ниемисте (ГГТ) и высушивали при 60°С. Содержание СаСО3 определяли методом регистрации объема диоксида углерода, выделившегося при реакции с соляной кислотой. В качестве эталона использовали спектрально -
47°
_I_
48°
49°
50°
J_I_I_I_I_I_I_I_1_
51°
52°
_I_
46°
45°
44°
43°
42°
41° -
Рис. 1. Схема расположения станций отбора проб осадков в Северном и Среднем Каспии.
чистый реактив СаСО3. Точность определения — 1—2% отн. Содержание Сорг определяли после растворения карбонатов в 3М HCl на экспресс-анализаторе AH-7560 путем регистрации CO2 при сжигании (Т = 900°C) в токе воздуха, очищенного от CO2. При определении изотопного состава Сорг пробы обрабатывались HCl 1 : 4 при нагревании для удаления карбонатов. После этого пробы сжигались на вакуумной циркуляционной установке в кварцевой трубке с CuO при температуре 900°C. Образующийся CO2 запаивался в ампулы и направлялся на изотопный анализ.
Подготовку проб к изотопному анализу углерода карбонатов осуществляли следующим образом. Пробы образцов и стандарт разлагали обезвоженной ортофосфорной кислотой и очищали от примесей криогенным способом. После очистки СО2 запаивался в ампулы и поступал на изотопный анализ. В качестве стандарта СаСО3 использовали образец МСА 8 с 513C = —31.46%. Определение изотопного состава Сорг и Скарб проводили на масс-спектрометре "Delta Plus" (Германия). Точность определений — ±0.1%.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изотопный состав Сорг взвеси. Осадочный материал поступает в бассейн в виде водной взвеси, содержащей наряду с другими компонентами Сорг и Скарб, что позволяет охарактеризовать источники ОВ и карбонатов в осадках.
Каспийское море отличается значительной неоднородностью в распределении взвеси, особенно в Северном Каспии, зависящей в первую очередь от колебаний стока р. Волги. Здесь наблюдается наибольшая концентрация взвеси (до 12.4 мг л-1), в то время как на удалении от приустьевой зоны она падает до 0.08 мг л-1 [Клювит-кин и др., 2009]. Соотношение терригенного и автохтонного ОВ во взвеси можно оценить по изотопному составу Сорг. Например, в поверхностном горизонте (0 м) водной толщи на мелководном шельфе наблюдается четкая зависимость 513С-Сорг взвеси от расстояния от берега: на глубинах менее 50 м максимален вклад изотопно-легкого Сорг, приносимого с суши, главным образом с речным стоком (рис. 2).
В открытом море, на глубинах 340-720 м, значения 513С-Сорг взвеси в поверхностном горизонте водной толщи колеблются от -22.2 до -25.00 %% (табл. 1), причем значение -22.20% более всего отвечает изотопному составу углерода биомассы морского фитопланктона. Причины изотопного облегчения Сорг взвеси в глубоководной Дербентской котловине (ст. 2, 3, 18) пока не вполне понятны. Возможно, в поверхностные воды впадины попадает терригенное изотопно-легкое ОВ с сезонным стоком рек Волги, Урала и др. и задер-
Глубина, м 100
75 50 25
11
28 30
22
-24
-26
813C—C„
-28
%
Рис. 2. Зависимость значений 813С-Сопг взвеси от глубины моря в поверхностном горизонте (0 м) водной толщи на шельфе.
Цифры на графике - номера станций опробования.
живается здесь, участвуя в циклоническом круговороте.
По вертикальному профилю водной толщи взвесь распределяется неравномерно, особенно в верхних 50-60 м. В распределении значений 513С-Сорг взвеси также не наблюдается закономерностей, если не считать, что в придонном слое происходит изотопное облегчение Сорг взвеси до -25.03...-27.09 % [Леин и др., 2010а]. Это, скорее всего, частично связано с поступлением терри-генного ОВ, а также отражает процессы трансформации ОВ взвеси на пути от поверхности водной толщи ко дну.
Изотопный состав Сорг современных донных осадков. Нам известна лишь одна публикация в открытой печати, содержащая данные по изотопному составу Сорг в отложениях Каспия [Галимов, 1968]. В этой работе приведен изотопный состав Сорг в 12 пробах из колонок осадков, отобранных на широте г. Дербента на глубинах 310 м и 775 м. Значения 513С-Сорг варьировали в пределах от -23 до -24.5%.
Нами проанализированы 54 пробы осадков Северного и Среднего Каспия, которые представлены окисленными песками, слабовосстановлен-ными и восстановленными алевритово-глини-стыми и глинисто-алевритовыми илами новокаспийского возраста и глинами более древних отложений.
Отложения мелководного Северного Каспия (глубина 7.4 м). В изученной колонке осадков (ст. 194-08-1) верхние 13 см представлены современными разнозернистыми песками с примесью алеврита и пелита (рис. 3, табл. 2), с большим количеством раковинного детрита и целых раковин моллюсков из мелководных сообществ, с линзами алеврито-глинистого серого ила.
0
Таблица 1. Концентрация взвеси, Сорг и С^д и изотопный состав Сорг взвеси водной толщи Каспийского моря
Номер рейса НИС "Рифт" Номер станции глубина, м Горизонт, м Взвесь, мг л 1 С, ^орг' % от взвеси С, ^карб' % от взвеси 813С-Сорг, %е
0 0.42 17.7 1.5
32 рейс 6 60 20 40 0.20 0.19 35.2 29.5 18.8 -
58 0.45 8.4 - -
0 0.39 45.1 1.1
20 0.30 33.3 20.3 -
32 рейс 8 1 10 40 50 0.28 0.27 42.9 15.2 2.0 -
85 0.15 14.7 - -
105 0.08 10.0 27.5 -
0 0.57 12.63 -23.04
29 рейс 1 1 30 0.68 25.29 - -23.84
XI, 2008 75 60 0.53 28.68 - -22.36
70 0.25 52.80 - -22.93
0 0.78 18.5 4.6 -22.20
10 0.38 4.6 8.8 -
29 рейс 1 4 25 0.55 4.7 14.0 -22.16
XI, 2008 340 65 0.21 14.1 - -22.67
120 0.22 25.3 5.8 -23.68
335 0.33 1.9 4.8 -23.93
35 рейс VI, 2010 1 5 5 6 0-75 100-285 - - - -26.68 -27.26
0 0.83 13.4 3.7 -23.60
10 0.48 12.5 19.0 -
30 0.65 14.3 15.6 -23.97
1 8 50 0.28 5.5 15.3 -23.28
720 75 0.26 4.1 2.6 -
370 0.34 4.3 12.2 -24.97
700 0.28 1.1 5.0 -25.46
29 рейс XI, 2008 715 0.25 0.0 5.4 -25.93
0 0.56 24.9
3 0.57 47.0 - -
20 10 0.76 40.2 - -
35 0.66 6.9 14.0 -
50 0.23 3.4 19.3 -
90 0.13 0.0 0.0 -
Таблица 1. Окончание
Номер рейса НИС "Рифт" Номер станции Горизонт, м Взвесь, мг л 1 С, орг % от взвеси С, карб % от взвеси 813С—Сорг, %
глубина, м
0 1.04 19.0 2.3 —23.07
10 0.93 13.8 сл —23.10
20 0.92 0.6 0.5 —23.98
2 35 0.62 9.6 сл —24.37
427 60 0.39 1.3 сл —24.27
300 0.28 0.3 сл —25.44
400 0.26 0.2 2.1 —25.23
мультикорер 8.67 0.3 сл —22.48
0 0.82 27.8 сл —25.00
35 рейс 8 1.21 10.5 — —23.47
VI, 2010 16 1.66 28.5 сл —20.89
3 40 0.40 10.8 сл —20.90
749 80 0.19 2.4 сл —21.63
120 0.15 сл сл —
600 0.11 сл сл —27.47
700 0.18 сл сл —27.09
6 0.54 15.5 6.8 —25.55
40 21 0.44 11.7 11.5 —25.28
1 85 44 0.28 9.1 18.7 —22.51
180 0.64 1.0 4.8 —
Примечание. Прочерк — нет данных.
По данным рентгенофлуоресцентного анализа
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.