ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 459, № 2, с. 203-207
= ГЕОХИМИЯ
УДК 551.35
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СИСТЕМАТИКА 87^г/8^г В СОВРЕМЕННЫХ ДОННЫХ ОСАДКАХ
КАСПИЙСКОГО МОРЯ
© 2014 г. Член-корреспондент РАН А. В. Маслов, Н. В. Козина, А. А. Клювиткин, А. Н. Новигатский, А. С. Филиппов, В. П. Ковач, В. П. Шевченко, Ю. Л. Ронкин
Поступило 27.05.2014 г.
Б01: 10.7868/80869565214320188
Исследованию процессов накопления современных осадков Каспийского моря посвящены работы Н.И. Андрусова, А.Д. Архангельского, Н.М. Страхова, М.В. Кленовой, С.В. Бруевича, В.П. Батурина, Е.К. Копыловой, Н.М. Арутюновой, В.Ф. Соловьева, А.С. Пахомовой, Т.И. Горшковой, И.А. Алексиной, Л.И. Лебедева, Л.С. Кулаковой, Е.Г. Маева, П.Н. Куприна, С.А. Бруси-ловского, Ю.Н. Гурского, Д.С. Туровского, О.К. Бордовского, Д.Е. Гершановича, Ю.П. Хру-сталева и многих других. В последние годы интерес к исследованию Каспия вновь растет благодаря началу, по инициативе академика А.П. Лисицына, системных работ по созданию его 4Э-модели.
Водосбор Каспия включает Уральскую складчатую систему, дренируемую р. Урал, а также притоками р. Волга, Русскую плиту (р. Волга и ее притоки), Большой и Малый Кавказ (р. Терек, Сулак, Самур, Кура и др.), Богровдаг, Эльбурс (р. Сефид-Руд и др.), Загрос и Копет-Даг (р. Гор-ганруд, Атрек и др.), а также пустыни Западной Туркмении и Казахстана. Урал — это гетерогенная питающая провинция, сложенная магматическими, вулканогенно-осадочными и осадочными комплексами верхнего докембрия и палеозоя. Чехол Русской платформы образован осадочными породами девона, карбона, перми, юры и мела. В пределах Бол. Кавказа обнажены мезозойские и кайнозойские осадочные и эффузивные образования, а также палеозойские метаморфические и
Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской Академии наук, Екатеринбург
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва Институт геологии и геохронологии докембрия Российской Академии наук, Санкт-Петербург
магматические породы [1]. На Мал. Кавказе преобладают эффузивные, вулканогенно-осадочные и осадочные образования, прорванные гипербази-тами и гранитоидами. Северный фланг Эльбурса представлен мезозойскими осадочными породами и кайнозойскими вулканитами; более древние магматические и метаморфические образования играют здесь подчиненную роль, а на территории Копет-Дага преобладают осадочные образования [2]. Гористая суша в пределах каспийского водосбора занимает ~15% и поставляет ~77% взвешенного материала [3]. Ежегодно Каспий получает ~129 • 106 т взвеси [3]; кроме того, в Сев. Каспий в тот же период поступает ~26 • 106 т эолового материала [4].
Разнообразие водосбора в существенной мере затрудняет оценку вклада каждой из указанных питающих провинций в формирование современных донных осадков Каспийского моря. По данным [5, 6], в аллювии низовьев Волги в основном присутствуют детритовые цирконы с и—РЬ-возрастами (млн лет): 2500-2800 (10%), 1600— 2000 (26%), 900—1400 (26%), 380—540 (13%) и 200— 310 (7%). Состав тяжелой фракции аллювия указывает на распространение в областях размыва парапород, основных гнейсов и ультрамафитов [7]. Таким образом, волжская взвесь — это смесь продуктов размыва пород кристаллического цоколя платформы, магматических образований Урала и валдайских гляциальных отложений. Считается, что выносы Волги оказывают решающее влияние на минеральный состав осадков Сев. Каспия [8]. Спектр и—РЬ-возрастов цирконов из среднеюр-ских песчаников восточного фланга Бол. Кавказа, который можно рассматривать как первое приближение к "слепку" с возрастов пород, поставлявших кластику в Сред. и Южн. Каспий, содержит более 73% цирконов "моложе" 350 млн лет. Это указывает на размыв палеозойского фунда-
мента Бол. Кавказа, пород Скифской платформы (?) и магматических образований Мал. Кавказа [5]. В пределах последнего, так же как и продолжающих его Талышских гор, источниками поступающего в Южн. Каспий обломочного материала являются основные магматические породы [7].
Каспийское море в целом рассматривают как три подсистемы накопления кластики [1] : Северный, Средний и Южный Каспий. Сев. Каспий — зона аккумуляции и транзита выносов Волги и Урала. Сред. и Южн. Каспий — крупные седимен-тационные ванны, в которые обломочный материал поступает со стороны как Русской плиты, так и прилегающих горных сооружений [9].
Поступающая в Каспий взвесь представлена в основном мелким алевритом и алевро-пелитом [1, 4]. Распределение пелитовой фракции в современных донных осадках Каспия, по данным работы [3], показано на рис. 1а. На Сев. Каспии широко развиты поля песков; для Сред. и Южн. Каспия характерны наличие узких полос относительно грубозернистых осадков, распространение ракушника и более близкое к берегу нахождение пелито-вых илов. Последние образуют две области, отвечающие Средне- и Южнокаспийской котловинам и их бортам, почти в точности совпадающие с ха-листатическими зонами (рис. 1а).
Для исследования систематики редкоземельных элементов (РЗЭ) в современных донных осадках Каспийского моря использованы пробы (21), отобранные дночерпателем в рейсах 35, 39 и 41 НИС "Рифт" и рейсе НИС "Никифор Шуре-ков" 2013 г. (рис. 1а), а также одна проба взвеси, отобранная из поверхностного горизонта воды с помощью батометра Нискина (ст. Якорь-2). Кроме того, учтены данные [8]. Глубины отбора проб 5—1000 м. Подавляющая часть проб представлена пелитовыми илами серо-черного, серо-зеленого, светло-серого или серо-голубого цвета с прослоями гидротроилита.
Определение содержания РЗЭ выполнено в ИГГ УрО РАН методом ICP-MS на ELAN 9000. Пределы обнаружения РЗЭ — от 0.005 до 0.1 мкг/г, точность 2—7 отн. %. Определение изотопных составов Sr и Nd выполнено в ИГГД РАН. Навески в 100 мг растертых в пудру образцов разлагались в тефлоновых бюксах в смеси HCl + HF + HNO3 при 110°C. Полноту разложения проверяли под бинокуляром. РЗЭ и Sr были выделены посредством стандартной катионообменной хроматографии на колонках смолы BioRad AG1-X8 200—
400 меш, а Nd — с помощью экстракционной хроматографии на колонках LN-Spec (100—150 меш) фирмы "Eichrom".
Изотопные составы Nd и Sr определены на многоколлекторном масс-спектрометре TRITON TI в статическом режиме. Измеренные отношения 143Nd/144Nd нормализованы к отношению 146Nd/144Nd = 0.7219 и приведены к отношению 143Nd/144Nd = 0.512115 в Nd-стандарте JNdi (соответствует значению 143Nd/144Nd = 0.511860 в стандарте La Jolla). Средневзвешенное значение 143Nd/144Nd в стандарте JNdi за период измерений составило 0.512104 ± 4 (n = 7). Отношения 147Sm/144Nd рассчитаны исходя из значений содержания Sm и Nd, определенных методом ICP-MS. Изотопные отношения Sr нормализованы по 88Sr/86Sr = 8.37521. Уровень холостого опыта за время исследований составлял 0.1—0.5 нг (Nd) и 0.3—0.7 нг (Sr). Точность определения изотопных отношений: 143Nd/144Nd ±0.005%, 87Sr/86Sr ±0.05% (2а). При расчете sNd(0) и модельных возрастов íNd(DM) использованы значения 143Nd/144Nd = 0.512638 и 147Sm/144Nd = 0.1967 для однородного хондритового резервуара (CHUR), а также sNd = 0.25 • T2 — 3 • T + 8.5 для деплетиро-ванной мантии (DM).
По данным работы [10], содержание РЗЭ в волжской взвеси составляет ~157 мкг/г, для взвеси р. Урал этот параметр существенно меньше (99 мкг/г). В осадках дельты р. Волга суммарное содержание РЗЭ варьируется от ~57 до 152 мкг/г. Среднее содержание РЗЭ в современных донных осадках Сев. Каспия составляет 106 ± 44 мкг/г. Для Сред. и Южн. Каспия эта величина несколько иная (соответственно 113 ± 17 и 95 ± 22 мкг/г), но с учетом статистических погрешностей в целом сопоставима.
Нормированные на RPSC (составная проба глинистых пород чехла Русской платформы [11]) спектры распределения РЗЭ в современных донных осадках различных частей/подсистем Каспийского моря показаны на рис. 1б—д. Средняя величина (La/Yb)RPSC в осадках дельты Волги составляет 0.98 ± 0.05. Примерно такое же значение свойственно современным донным осадкам Сев. Каспия (1.01 ± 0.09). Для Сред. Каспия средняя величина (La/Yb)RPSC несколько выше (1.11 ± 0.04), а в Южн. Каспии она вновь сопоставима со значениями, характерными для дельты р. Волга и Сев. Каспия. Приведенные значения хорошо корре-лируются с величиной (La/Yb)RPSC, свойственной волжской взвеси (1.02), но отличаются от значения (La/Yb)RPSC во взвеси р. Урал (0.73). Параметр (Gd/Yb)RPSC c учетом статистических погрешностей одинаков как во взвеси р. Волга (1.13), так и
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
205
(б)
Дельта р. Волга
с.ш.
48°
РЛ21 |8
Из Ш
4 [Г] 10
□5 га 11
44°
40°
45° в.д.
0 3 и_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_ILa Се Рг Ш Sm Ей Gd ТЬ Бу Но Ег Тт YЬ Lu
Рис. 1. Станции, на которых выполнены отбор проб современных донных осадков Каспия (а), а также нормированное на RPSC содержание РЗЭ в осадках дельты р. Волга (б), Северного (в), Среднего (г) и Южного Каспия (д). 1 — станция и ее номер; 2 — направление течений, по [3]; 3—7 — количество пелитовой фракции (%) в осадках, по [3] (3 — менее 5, 4 — 5—10, 5 — 10—30, 6 — 30—50, 7 — более 50); 8 — ракушники; 9 — химические осадки Кара-Богаз-Гола; 10 — распределение РЗЭ в речной взвеси р. Волга, по [10]; 11 — то же во взвеси р. Урал, по [10]; 12 — то же в пробах, охарактеризованных в [8]. Серый фон на рисунках б—д — спектры распределения РЗЭ для соответствующих подсистем Каспия.
ЛР3Э/ТР3Э 12
10 8
(а)
50
100
(Ьа/ТЪ)*
100 г
50
Осадочные породы)-
Ерзэ
(б)
10
10
100
Ерзэ
-5
-10
87Sr/86Sr = 0.7043-0.7049, (в)
(Х" еш = 0.8-1.6
X
<07
02 ♦3
X4
05
0.70
0.71
0.72 87Sr/86Sr
Рис. 2. Положение фигуративных точек составов современных донных осадков Каспия на диаграммах ЕРЗЭ-ЛРЗЭ/ТРЗЭ (а), ЕРЗЭ-(Ьа/УЪ^ (б) и
8^г/8^г-вш(0) (в).
1-3 - современные донные осадки (1 - Сев. Каспий, 2 - Сред. Каспий, 3 - Южн. Каспий); 4 - RPSC; 5 -гранитоиды Урала [13]. Остальные обозначения см. на рис. 1.
в современных донных осадках ее дельты и всех частей Каспийского моря (соответственно 1.16 ± ± 0.04, 1.21 ± 0.13, 1.13 ± 0.04 и 1.21 ± 0.12). Это же присуще и параметру (Еи/Еи*)^^
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.