ГЕОХИМИЯ, 2007, № 2, с. 199-207
РТУТЬ В ОСАДОЧНОЙ ТОЛЩЕ ОЗЕРА БАЙКАЛ
© 2007 г. В. Ф. Гелетий, Г. В. Калмычков, И. Ю. Пархоменко
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН 664033 Иркутск, ул. Фаворского, 1а e-mail: vgel@igc.irk.ru Поступила в редакцию 23.06.2005 г.
Изучено распределение ртути в осадках оз. Байкал, вскрытых при выполнении Международной программы глубоководного бурения на Байкале (Проект "Байкал - бурение") в 1996-1999 годах. Содержания ртути в древних осадках озера близки к современным, исключением являются несколько пиковых значений, совпадающих по возрасту с периодами активного проявления вулканизма в Прибайкалье. Показано, что ртуть в осадках находится в сорбированной Hg0 форме, причем основное количество металла связано с органическим веществом осадка. При деструкции органического вещества донных осадков в процессе литификации ртуть сохраняется в осадке на остаточном органическом веществе, отражая ее исходное содержание в донных отложениях на момент их формирования. Концентрация ртути в различных литологических типах донных осадков и в целом для осадков оз. Байкал зависит от климата. Осадки, сформированные в теплые периоды, содержат больше металла, чем осадки, образованные в периоды похолоданий или оледенений. Периодические изменения содержания ртути в разрезе донных отложений Байкала отражают изменения ее содержания в атмосфере Земли в позднем кайнозое, определяемые в свою очередь климатом на планете, и могут быть использованы для детальной реконструкции изменений средней глобальной температуры у земной поверхности.
В ходе выполнения Международной программы глубоководного бурения на озере Байкал (проект "Baikal Drilling Project" - ВОР) в 1993-1999 годах было пройдено 5 кустов, скважин (рис. 1) и получены керны осадочных образований озера длиной от 100 до 600 метров. Проведенные исследования этих кернов показали, что осадки Байкала представляют собой исключительно благоприятный материал для изучения изменений природной среды и климата в Центральной Азии в позднем кайнозое [1-3 и др.]. Изучение осадочных разрезов озера с возрастом до 8 миллионов лет позволило провести детальные реконструкции па-леоклимата в регионе на фоне изменения тектонической обстановки и геологических условий в регионе. Исследования распределения ртути в этих же осадочных образованиях позволяет выявить закономерности ее поведения в процессе формирования осадочной толщи Байкала. Интерпретация полученных данных с актуалистических позиций обеспечивается знанием особенностей поведения ртути в современных донных осадках оз. Байкал [4]. Содержание ртути в осадках Байкала связано с концентрацией этого металла в атмосфере, поэтому по распределению ртути в осадочных разрезах и константе, описывающей динамическое равновесие "Hg донный осадок - Hg атмосфера" [4], возможно восстановить содержание этого металла в атмосфере Земли за последние 5 миллионов лет. Такие данные могли бы существенно дополнить информацию о поведении ртути в поверх-
ностных процессах, полученную по распределению ее во льдах Антарктиды за последние 420 тысяч лет [5].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Бурение скважины BDP-96 осуществлялось с помощью разработанного ГНПП "Недра" бурового комплекса "Недра-Байкал-600", который был смонтирован на барже грузоподъемностью 400 т [1]. Проходка скважин в последующие годы 1997, 1998 и 1999 производилась буровым комплексом "Недра-Байкал-2000", установленном на барже водоизмещением 1300 тонн [2, 3]. Непрерывный отбор керна осуществлялся поршневым, гидроударным и роторным керноприемными устройствами, снабженными пластиковыми вкладышами. После подъема керноприемного устройства на баржу пластиковый трубчатый контейнер с осадком сразу переносился в лабораторию, оборудованную на буровом комплексе.
Отбор образцов проводился с нижней торцевой поверхности контейнера в первые минуты после подъема кернов в стеклянные контейнеры фирмы KIMBLE или в аналогичные с массивными полиэтиленовыми крышками с последующей их герметизацией. Осадки помещались параллельно в два контейнера, в осадке из одного устанавливались содержание ртути, а после этого и содержания других элементов, во втором контей-
56°C
55°C
54°C
53°C
52°C
104 B
105 B
106 B
107 B
Рис. 1. Карта Байкала с расположением мест бурения на акватории оз. Байкал при выполнении Международной программы глубоководного бурения в 1993-1999 годах (Baikal Drilling Project - BDP).
нере определялась влажность осадка и плотность по общепринятым методикам [1, 6, 7 и др.]. Высушивание донных осадков проводилось в интервале температур 50-60°. Сухое вещество из второго контейнера и остатки из первого использовалось для определения вещественного состава донных отложений. Так как за один рейс при бурении извлекалось около 2 метров керна, то и пошаговое опробование разреза составляло эту же величину.
Содержания ^ в осадках определялось методом холодного пара на модернизированном анализаторе РАФ-1М (аналитик Л.Д. Андрулайтис), технология измерений, характеристики примененных методов и список используемых стандартов приведены в [8]. Для определения форм нахождения ртути использовалась комбинированная схема термического и атомно-абсорбционного анализов в сочетании с экспериментально-аналитическим подходом, предусматривающим исполь-
зование синтетических ртутьсодержащих минералов в качестве калибровочных стандартов. Эта схема была ранее успешно использована для определения форм ртути в донных осадках Ангарских водохранилищ [9], а также в современных поверхностных донных отложениях озера Байкал [4]. Определение содержания общего органического углерода и серы в образцах проводилось в соответствии с рекомендациями [10]. Биогенный кремнезем в донных отложениях определялся по специальной методике, разработанной для анализа этого компонента в байкальских осадках (аналитик М.И. Арсенюк) [1-3]. Элементный состав донных осадков Байкала изучался методами РФА, атомной абсорбции, эмиссионной спектроскопии и классической химии по методикам, принятым в Институте геохимии СО РАН [1, 2, 11 и др.]. Проводилось также литологическое описание образцов с изготовлением смер-слайдов по общепринятым методикам.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучение форм нахождения ртути в древних донных осадках Байкала, вскрытых при глубоководном бурении, показало, что во всех образцах ртуть находится исключительно в виде физически сорбированной формы (рис. 2, верхняя кривая) с температурой выхода около 230°С [4, 9]. Этим древние донные осадки отличаются от современных отложений Байкала, для которых в единичных случаях было зафиксировано присутствие, наряду с физически сорбированной, и другой формы ртути, температура максимума выхода из образца которой составляет 460-520°С (рис. 2, нижняя кривая). Данная форма связывается, судя по экспериментальным данным, с присутствием в осадке сульфидных минералов например киновари или других минералов, содержащих ртуть в виде примеси [5], что подтверждается и результатами минералогическими исследованиями поверхностных осадков Байкала [6]. Других форм металла, которые потенциально могли бы присутствовать в донных отложениях [12], в осадках Байкала также обнаружено не было. В дальнейшем, говоря о содержании ртути в донных осадках, вскрытых при глубоководном бурении, мы будем иметь в виду содержание в них физически сорбированной формы этого элемента.
Глубоководное бурение 1996 года (ВРР-96). Скважины глубиной до 300 метров были пробурены на вершине подводного Академического хребта при глубине воды в 321 метр (рис. 1). Выход керна составил около 95% [1]. Осадки представлены биогенно-терригенными илами с возрастом до 5 миллионов лет. Среднее содержание ^ в осадках 1996 года равно 16 ррЬ (31 определе-
_I_I_I_
200 400 600
Температура, °С
Рис. 2. Данные термического атомно-абсорбционно-го анализа о формах нахождения ртути в донных осадках оз. Байкал. Нижняя кривая показывает наличие двух форм ртути: сорбированную и незначительное количество сульфидной формы. Такое сочетание установлено лишь в нескольких образцах поверхностных осадков оз. Байкала. [4]. Для подавляющего числа поверхностных образцов и для всех образцов, вскрытых при бурении, присутствует только сорбированная форма (верхняя кривая).
ние). Это были первые данные о содержании ^ в осадочной толще Байкала.
Глубоководное бурение 1998 года (BDR-98). Скважина глубиной более 600 метров также была пройдена на Академическом хребте оз. Байкал при глубине воды в точке бурения 333 метра (рис. 1). Систематически керн отбирался при бурении до глубины 600 метров, его выход составил не менее 95%. Осадки разреза представлены, так же как и для скважин 1996 года, биогенно-терригенными илами. Чередование глинистых слоев и слоев с повышенным содержанием створок диатомовых водорослей определяется сменой во времени теплого и холодного климатов [2, 13 и др.]. Распределение ртути в керне характеризуется гистограммой, приведенной на рис. 3, среднее содержание ртути по всему 600-метровому разрезу равно 63 ррЬ (325 измерений), что близко к среднему
60 г
50 -
40 -
30 -
20 -
10 -
- 1 - 2
100
200
300
400
500 Щ, ррЬ
Рис. 3. Гистограммы распределения ртути в поздне-кайнозойских (1) и в современных осадках (2) оз. Байкал (по нашим данным).
значению для современных осадочных образований оз. Байкал [4].
Глубоководное бурение 1999 года (ЕРР-99). В процессе бурения были вскрыты 350 метров осадков на Посольской банке в Южной котловине озера Байкал, регулярный отбор керна с выходом до 95% производился до 250 метров. Глубина воды в точке бурения 201 метр. Осадки разреза представлены чередующимися слоями биогенно-терригенных илов со слоями ледниково-озерных глин. Подробное описание и стратиграфия разреза приведены в [3]. Распределение ртути по разре-
зу верхних 129 метров характеризуется нормальным законом, среднее значение 50 ррЬ.
Для всех древних осадков Байкала, в которых было установлено содержание определен также литологический и вещественный состав указанными выше методами. По всем показателям исследованные нами осадки принципиально не отличаются
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.