Тяжелые металлы и микроэлементы в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах Северной Якутии

Размещено на http://allbest.ru

Московский государственный университет

им. М.В. Ломоносова (МГУ)

Географический факультет

Кафедра геохимии ландшафтов и географии почв

Тяжелые металлы и микроэлементы в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах Северной Якутии

Васильчук Юрий Кириллович

доктор геолого-минералогических наук профессор,

Буданцева Надежда Аркадьевна

кандидат географических наук

Васильчук Джессика Юрьевна

старший лаборант

Россия, г. Москва



Введение

Район исследований и методика отбора образцов. Авторами выполнено определение содержание микроэлементов, тяжелых металлов и металлоидов в повторно-жильных льдах трех едомных массивов на севере Якутии: Кулар, Бизон и Дуванный Яр (рис. 1)

Рис. 1. Местоположение исследованных позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов на севере Якутии

Разрез повторно-жильных льдов Бизон. Разрез позднеплейстоценового едомного комплекса Бизон расположен на правом берегу р.Колымы, в устье протоки Лакеевская в 15 км ниже Дуванного переката (68°34' с.ш., 158°34' в.д.).

Разрез представлен преимущественно супесчаными отложениями с прослоями органики в виде линз мощностью до 0,5 м ^[1]. В цирке протяженностью 200 м и высотой около 20 м обнажаются сингенетические ледяные жилы вертикальной мощностью до 9 м, шириной в верхней части до 2-2,5 м (рис. 2).



Рис. 2. Повторно-жильные льды в едомной толще разреза Бизон. Фото Ю.Васильчука

Лед жил серый, с крупными пузырьками воздуха и прожилками серой супеси, иногда встречаются вертикальные прослои молочно-белого льда.

Разрез повторно-жильных льдов Дуванный Яр. Едомные отложения разреза Дуванного Яра, расположенного на правом берегу в низовьях р.Колымы, у Дуванного переката (68°37' с.ш., 159°08' в.д.). представлены преимущественно супесчаными отложениями.

В толще отмечено большое количество аллохтонного детрита, который в отдельных интервалах сконцентрирован в виде линз мощностью до 0,5-0,7 м ^[2].

Льдистость пород за счет текстурных льдов часто больше 50%, толща пронизана мощными сингенетическими повторно-жильными льдами, шириной в нижней половине разреза до 3,5-4 м, а в верхней до 2,5 м (рис. 3) и видимой высотой нередко превышающей 20 м. Суммарная мощность ледового комплекса заметно превышает 40, а в отдельные годы и 50 м.



Рис. 3. Повторно-жильные льды в едомной толще разреза Дуванный Яр. Фото Ю.Васильчука

В строении верхнего фрагмента обнажения также обнаруживаются три цикла, каждый из которых представлен слоем довольно однородной темно-серой супеси мощностью 3-4 м, перекрытой сильно оторфованной пачкой супесей, мощностью до 1 м. Гранулометрический состав отложений в верхней половине разреза (исключая верхние 2-5 м) весьма однороден - доминируют пылевые частицы (59-66%). Только в верхней 2-5-метровой толще возрастает мелкопесчаная фракция, хотя и здесь много крупной пыли (до 56%).

Разрез повторно-жильных льдов у пос. Кулар. Детально изученный фрагмент едомной толщи близ пос. Кулар (68°53? с.ш. 131°53? в.д.) в предгорьях Куларского хребта располагается на пологом склоне южной экспозиции долины ручья Бургуаат, в виде наклонного (уклон 4-5°) увала протяженностью по склону более 1 км. Абсолютные отметки подошвы едомы колеблются от 95 м у ручья до 110-120 м в верхней части склона, а кровли - от 105 до 140 м ^[3].

Строение одного из наиболее характерных элементов увала вскрывается в карьере в средней части склона (рис. 4).

Рис. 4. Повторно-жильные льды в едомной толще у пос. Кулар: а - общий вид карьера (на заднем плане в вертикальной стенке - повторно-жильные льды); б - вертикальнослоистая сингенетическая ледяная жила слева и вмещающий ее мощный торфяник, сформировавшийся 33-37 тыс. лет назад. Фото Ю.Васильчука

В его основании отмечены коренные скальные породы, перекрытые щебнистым элювием мощностью до 1 м, на котором залегает слой песка черного цвета с включениями гравия и слабоокатанной гальки мощностью до 2-3 м. Выше залегает собственно едомная толща, состоящая из супеси (пылеватого суглинка) с линзами торфа.

На контакте песка и супеси встречен пласт голубовато-серого сегрегационного льда мощностью до 1,5 м. На высоте 3 и 9 м от подошвы едомной толщи залегают линзы чистого торфа мощностью 1,0-1,5 м, в которых отмечено скопление веточек кустарников, среднеразложившихся корешков, стеблей трав и мхов, а также костей лошади, мамонта, зубра и бизона; в нижней части разреза встречены обломки стволов берез и лиственниц. На высоте 20 м от подошвы едомы расположен менее выраженный прослой торфа.

Главной криолитологической особенностью разреза являются мощные повторно-жильные льды, пронизывающие всю едомную толщу. Ширина жил достигает 3 м, лед коричневато-серый с примесью торфа и супеси. Вмещающие породы на контакте с жилами иногда деформированы, криогенная структура их, как правило, среднеслоистая, средне- и тонкошлировая. Засоленность вмещающих жилы мерзлых отложений по всему разрезу невысока.

В местах перекрывания супеси линзами торфа толщина ледяных шлиров уменьшается от 2-3 до 0,05 см. В целом, разрез едомы здесь можно представить как трехкратное переслаивание пачек супесей, перекрытых линзами торфа. Более детально изучены две нижние из этих трех пачек.

Отбор образцов разрезов Бизон и Дуванный Яр осуществлялся в цинковые контейнеры, что было учтено при интерпретации аналитических данных по содержанию цинка в повторно-жильных льдах этих разрезов.



Методы измерений

Образцы повторно-жильного льда отбирались в полевых условиях в полиэтиленовые пакеты, плавились при температуре не выше 15°С и переливались в химически инертные пластмассовые флаконы.

В образцах выполнены аналитические определения микроэлементного состава методом атомно-абсорбционной спектроскопии в Почвенном институте им. В.В.Докучаева.

Выполнено измерение содержания Sr, Mn, Zn, Cu, Fe, Co. Статистические параметры и графики размаха получены при обработке данных в программе STATISTICA 10.

Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах

Обнажение едомы Бизон. Для оценки фациальной среды формирования жильного комплекса разреза Бизон в сентябре 1999 г. (т.е. уже через 2 недели после опробования) было выполнено определение содержания микроэлементов и тяжелых металлов в повторно-жильных льдах (рис. 5, табл. 2).

Таблица 2. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах в обнажении едомы Бизон (н - не определялось)

Полевой номер Образца на рис.2	Глубина, м (абс. выс. над уровнем моря, м)	Содержание микроэлементов, мкг/л
		Zn	Mn	Cu	Fe	Sr
Жила №3
378-YuV/143	8,1 (+12,5)	-	1,0	8	477	45
378-YuV/140	8,6 (+12,0)	21	26	-	531	22
378-YuV/136	9,8 (+10,8)	0	417	-	475	60
378-YuV/129	10,5 (+10,1)	20	338	-	439	31
378-YuV/146	11,0 (+9,6)	н	187	-	471	26
378-YuV/119	11,1 (+9,5)	5	137	-	700	35
Жила №1
378-YuV/94	4,0 (+16,6)	10	302	-	476	26
378-YuV/89	4,1 (+16,5)	62	441	-	656	46
378-YuV/78	4,3 (+16,3)	-	20	-	564	33
378-YuV/81	4,6 (+16,0)	15	449	0	726	50
378-YuV/82	4,7 (+15,9)	-	66	3	285	18
378-YuV/84	4,95 (+15,65)	2	-	-	246	23
378-YuV/70	5,8 (+14,8)	0	312	-	614	40
378-YuV/76	6,3 (+14,3)	-	21	-	467	43
378-YuV/68	7,25 (+13,35)	-	17	-	422	53
378-YuV/40	7,6 (+13,0)	15	480	1	1606	88
Жила №2
378-YuV/180	2,4 (+18,2)	8	40	1,4	703	33
378-YuV/196	2,6 (+18,0)	5	29	-	1681	32
378-YuV/172	4,6 (+16,0)	29	390	6	695	51
378-YuV/165	5,7 (+14,9)	18	341	-	734	44
378-YuV/158	6,4 (+14,2)	25	43	-	1507	53

Рис. 5. Схема отбора образцов из повторно-жильных льдов разреза Бизон: 1 - повторно-жильный лед; 2 - точки отбора образцов льда



Во льду жил отмечено повышенное содержание железа: в жиле №1 его концентрация варьирует от 285 до 1606 мкг/л, в жиле №2 - от 695 до 1681 мкг/л, жиле нижнего яруса (№3) - несколько ниже - от 439 до 700 мкг/л (табл. 2, рис. 6).

Также заметно содержание марганца - его концентрация во льду жил варьирует в диапазоне от 1 до 480 мкг/л. Содержание стронция варьирует от 18 до 88 мкг/л, составляя в среднем 30-40 мкг/л. Содержание цинка не превышает 62 мкг/л, меди - 8 мкг/л, во многих образцах концентрация этих элементов ниже предела обнаружения (табл. 2, рис. 6).

а	б
в

Рис. 6. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах в обнажении едомы Бизон (а - жила №1, б - жила №2, в - жила №3)

Кларки элементов в гидросфере следующие: медь - 7 мкг/л, цинк - 30 мкг/л, железо - 40 мкг/л, марганец - 8 мкг/л ^{[4, 5, 9, 10]}.

Среднее мировое содержание элементов в поверхностных речных водах ^[6], рассчитанное по данным о содержании элементов в крупнейших реках разных материков, заметно отличается для цинка, меди и марганца, составляя: для меди - 1,48 мкг/л, марганца - 34 мкг/л, цинка - 0,60 мкг/л, а также для стронция - 60 мкг/л и для железа - 66 мкг/л.

В исследованных жилах цинк имеет близкие к кларку значения, превышая их в два раза в верхней части жилы №1, но это могут быть завышенные значения ввиду высокого коэффициента водной миграции цинка и отбора образца в цинковый контейнер. Медь не превышает кларк и среднее содержание в реках. Содержание стронция также ниже кларка.

Кларки, рассчитанные В.В. Добровольским ^[7] для поверхностных вод суши по данным А.П. Виноградова, А.П. Лисицина, Д. Голдберга, X. Боуэна, К.К.Турекиана, при усредненной минерализации вод принятой за 120 мг/л, отличаются: для Zn ? 20 мкг/л (коэффициент водной миграции составляет 3,3), Mn ? 10 мкг/л (0,12), Fe ? 670 мкг/л (0,15), Cu ?7 мкг/л (2,64), Sr ? 80 мкг/л (2,90).

Таким образом, среди исследованных элементов наибольшими коэффициентами водной миграции обладают цинк, медь и стронций, а наименьшими - железо и марганец, то есть содержание железа и марганца в воде в меньшей степени определяется составом промываемых пород.

Хорошо известно, что в криолитозоне в условиях промерзающих мелких озер и болот, включая полигональные ванны, чаще всего происходит осаждение гидроокислов железа и марганца. Подвижность этих элементов определяется окислительно-восстановительными и щелочно-кислотными условиями. увал порода лёд разрез металл якутия

В восстановительной глеевой обстановке и при кислой реакции среды эти элементы подвижны и мигрируют в растворенной форме; в окислительной и восстановительной сероводородной обстановках и при повышении рН эти элементы осаждаются. Заметное содержание марганца и железа говорит о кислой глеевой обстановке при формировании льда и может служить подтверждением незначительного участия озерных или болотных вод.

Обнажение едомы Дуванный Яр . В жилах разреза Дуванный Яр (рис. 7) методом атомной абсорбции проанализировано пять элементов: цинк, стронций, железо, медь и марганец.

Рис. 7. Схема отбора образцов из повторно-жильных льдов разреза Дуванный Яр: 1 - повторно-жильный лед, 2 -точки отбора образцов льда

Отмечено преобладание железа во льду жил: средние значения его содержания составляют 250-350 мкг/л, максимальное 600 мкг/л (табл. 3, рис. 8). Кларк железа по разным данным ^{[4, 5, 6, 7]} варьирует от 40 до 670 мкг/л, при том, что последнее значение дано для растворенных форм железа и содержание железа в разрезе Дуванного Яра соответствует кларку.

Концентрации марганца достаточно велики (от 11 до 205 мкг/л), при том, что содержание этого элемента в природных средах обычно мало (8-34 мкг/л). Медь в повторно-жильных льдах Дуванного Яра близка к значению кларка, составляя от 3 до 7 мкг/л.

Как и в разрезе Бизон заметное содержание марганца и железа говорит о кислой глеевой обстановке при формировании льда. Кларк цинка составляет от 0,6 до 30 мкг/л, в большинстве образцов повторно-жильного льда концентрация цинка близка к кларку (от 0,9 до 85 мкг/л), но в некоторых образцах она заметно высокая и достигает 358 мкг/л (см табл. 3, рис. 8).

Цинк обладает высоким коэффициентом водной миграции, возможно, значения его содержания завышены из-за того, что образцы отбирались в цинковые контейнеры.

Концентрация стронция в целом варьирует в диапазоне от 17,3 до 40 мкг/л. Медь практически всюду ниже предела обнаружения (см. табл. 3, рис. 8).

Таблица 3. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах в обнажении едомы Дуванного Яра

Номер образца	Абс. выс., м	Содержание микроэлементов, мкг/л
		Zn	Mn	Cu	Fe	Sr
Ж ил а №1
377-YuV/5	51,5	137	17	7	468	18
377-YuV/3	50,1	42	177	-	389	17,3
377-YuV/4	50,0	85	128	-	249	18
377-YuV/1	49,5	61	63	-	312	111
377-YuV/2	49,3	12	123	-	390	36
377-YuV/35	47,4	78	88	-	600	19,2
Ж ил а №2
377-YuV/48	20,0	4	205	4	272	30
377-YuV/74	15,5	3	16	3	343	26
377-YuV/42	14,6	19	11	-	353	26
377-YuV/66	14,4	0,9	139	0	396	40
377-YuV/39	14,0	358	126	5,5	239	26



а	б

Рис. 8. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах в обнажении едомы Дуванный Яр (а - жила №1, б - жила №2)

Обнажение едомы Кулар. В позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах в обнажении едомы в Куларе (рис. 9) было проанализировано содержание щелочноземельных металлов - кальция и магния (макроэлементов природных вод), и микроэлементов - кобальта, меди, марганца и цинка.

Содержание кальция в повторно-жильном льду варьирует от 4 до 13,8 мг/л, содержание магния составляет 2,7-6,1 мг/л. Для повторно-жильного льда в аллювии террас р.Лены Н.П.Анисимова ^[8] приводит содержание кальция и магния в близких диапазонах от 2,8 до 15,6 мг/л и от 1,3 до 9,5 мг/л, соответственно, при этом минерализация льда мала и изменяется в вертикальном разрезе от 0,05 до 0,08 г/л, не показывая взаимосвязи с вариациями содержания макроэлементов.

Содержание марганца в повторно-жильном льду изменяется в широком диапазоне - от 0,6348 до 254,4 мкг/л при среднем содержании равном 57,5 мкг/л и медианном значении 16,1 мкг/л. В воде р.Бургуаат содержание марганца составляет 98,6 мкг/л, в сегрегационном льду - от 10,4 до 25,2 мкг/л, в текстурном льду - от 597 до 3304 мкг/л. Скорее всего, марганец переходит в текстурный лед из растворов, фильтрующихся сквозь минеральные (вероятно, оглеенные) и органические (торфяные) горизонты, а воды, формирующие сегрегационный лед, близки по составу к водам, формирующим повторно-жильный лед.

Глееземы и торфяно-глееземы являются характерными типами почва исследуемого региона. Согласно исследованию Е.М.Лаптевой и др. ^[9] наибольшее содержание Mn в почвах на территории Большеземельской тундры наблюдалось в глееземах (1100-2500 мкг/кг в органических и 340-4000 мкг/кг в минеральных) и торфяно-глееземах (19-21000 мкг/кг в органических и 53-450 в минеральных).

Рис. 9. Схема отбора образцов из повторно-жильных льдов разреза Кулар: 1 - повторно-жильный лед, 2 - точки отбора образцов льда

Таблица 4. Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах в обнажении едомы Кулара

№ образца	Глубина отбора, м	Микроэлементы, мкг/л (для Сo, Cu, Mn, Zn) и мг/л (для Ca, Mg)
		Co	Cu	Mn	Zn	Ca	Mg
Повторно-жильный лед
Жила №1
340-YuV/15	13,6	6,2	24,22	22,94	1,8	6,74	3,25
340-YuV/14	14,3	10,23	20,34	11,47	2,4	10,48	5,56
340-YuV/13	14,6	6,7	35,43	8,57	125,5	9,86	4,14
340-YuV/11	14,9	6,0	28,62	20,64	291,6	10,21	3,66
340-YuV/10	15,0	5,6	26,41	98,97	332,2	4,1	2,42
340-YuV/9	15,2	22,1	26,62	15,36	65,58	9,7	5,38
340-YuV/7	15,6	5,1	20,92	63,83	391,6	9,0	4,34
340-YuV/3	17,0	20,68	23,31	67,46	29,61	13,8	6,16
340-YuV/1	17,5	12,3	36,67	6,9	10,83	9,85	5,32
Жила №2
340-YuV/34	2,0	6,6	31,86	254,4	262,5	6,75	2,76
340-YuV/32	4,5	19,69	36,54	187,4	123,5	5,38	2,78
340-YuV/30	5,0	9,77	32,15	126,5	742,8	9,0	3,76
340-YuV/29	6,0	4,64	30,57	224,2	35,61	9,0	3,94
340-YuV/28	6,6	2,2	30,19	0,63	74,09	9,1	4,51
340-YuV/27	7,2	1,6	35,02	11,34	17,74	8,7	4,09
340-YuV/26	7,8	10,04	24,52	110,7	141,1	12,2	4,73
340-YuV/25	8,6	21,41	60,88	142,3	93,05	9,67	3,71
340-YuV/24	9,8	9,8	30,52	189,6	406,6	10,78	4,29
340-YuV/23	10,5	21,97	39,11	172	1764	10,93	4,27
340-YuV/22	11,0	0,62	31,28	9,14	349,5	8,15	2,87
340-YuV/21	11,5	14,36	40,86	8,8	394,6	10,04	4,35
340-YuV/20	12,0	4,7	38,85	2,4	33,82	7,32	3,44
Сегрегационный лед
340-YuV/18	21,0	6,9	28,99	10,49	565,6	4,0	1,95
340-YuV/19	21,5	4,2	0,65	25,27	102	1,04	0,38
Текстурный лед
340-YuV/43	13,5	5,3	2,88	3304	68,70	39,48	25,34
340-YuV/43	13,5	4,6	22,85	3119	17,51	-	-
340-YuV/44	13,0	32,05	27,57	597,7	100	69,53	56,74
340-YuV/54	13,5	184,6	28,73	716,6	5,8	75,28	27,01
340-YuV/56	11,0	49,26	44,27	2956	1802	18,10	11,68
340-YuV/58	4,5	7,85	28,94	2681	1,4	208,0	-
340-YuV/58ф	4,5	5,435	32,72	3850	32,66	-	-
340-YuV/66	12,5	20,05	27,09	31,23	1193	3,518	0,46
р.Бургуаат
340-YuV/63	0,0	13,42	39,55	98,66	2,5	70,66	39,19
340-YuV/63ф	0,0	14,88	25,05	30,28	524,3	70,42	38,42
340-YuV/67 снег	0,0	14,16	23,77	15,57	30,60	0,6591	0,8174

ф - фильтрованные образцы

Согласно данным С.Л.Шварца для выделенной им провинции «многолетней мерзлоты» приведенных Я.Э. Юдовичем и М.П.Кетрисом ^[10] в подземных водах среднее содержание марганца составляет 15,1 мкг/л. Содержание железа - 290 мкг/л, а соотношение марганца к железу 0,005.

В речных водах, по данным Г.Н.Батурина, приведенных Я.Э. Юдовичем и М.П.Кетрисом ^[10], в растворенном веществе речных вод содержится в среднем 8 мкг/л, в целом, в диапазоне от первых мкг/л до 45 мкг/л.

В дождевой воде от 0,14 до 94 мкг/л при среднем содержании 0,2 мкг/л. Таким образом, наиболее близко содержание марганца в повторно-жильных льдах Куларского обнажения к диапазону содержания марганца в дождевых осадках и в воде р.Бургуаат.

Среднее содержание цинка в повторно-жильных льдах Кулара составляет 227 мкг/л, содержание варьирует в широком диапазоне 1,4-1764 мкг/л при медианном значении 93 мкг/л.

В сегрегационном льду - от 102 до 565,6 мкг/л, в текстурном льду - от 5,8 до 1802 мкг/л.

В воде р.Бургуаат содержание цинка составило 2,5 мкг/л. Цинк - комплексообразующий элемент, активно мигрирующий в растворенной форме в кислых условиях среды в виде ионов Zn2+, ZnOH+.

В поверхностных водах среди микроэлементов Zn занимает второе место после Мп. По C.Л. Шварцу, воды зоны гипергенеза содержат в среднем 34 мкг/л Zn, по Муру и Рамамурти в незагрязненных пресных водах растворено от 0,5 до 15 мкг/л Zn ^[5].

Таким образом, среднее содержание цинка в разрезе Кулар значительно превышает среднемировое.

Среднее содержание меди в повторно-жильных льдах составило 32,0 мкг/л, содержание варьирует в диапазоне 20,3-60,8 мкг/л. Среднее содержание кобальта 10,1, варьирует в диапазоне 0,6-22,1 мкг/л.



Дискуссия

Среди исследованных повторно-жильных льдов в разрезе Кулар преобладают халькофильные элементы цинк и медь.

Наибольшее среднее содержание цинка выявлено в разрезе Кулар (258,6 мкг/л), разрез Бизон, напротив, характеризуется преобладанием в повторно-жильных льдах литофильных элементов, марганца и стронция (табл. 5, рис. 10).

Содержание марганца, во всех разрезах выше кларка, в Бизоне в 16 раз, для Дуванного Яра в 12, и для Кулара в 4 раза.

Таблица 5. Статистические параметры содержания металлов в повторно-жильных льдах разрезов Кулар, Дуванный Яр и Бизон (все величины кроме размера выборки приведены в мкг/л)

Разрез	Элемент	Среднее	Размер выборки	Медиана	Минимум	Максимум	Max/Min	Верхняя граница нижнего квартиля	Нижняя граница верхнего квартиля
Кулар	Zn	258,6	22	124,5	1,8	1764,0	980,0	33,8	349,5
	Mn	79,7	22	43,3	0,6	254,4	403,8	9,1	142,3
	Cu	32,0	22	30,9	20,3	60,8	2,9	26,4	36,5
	Co	10,1	22	8,2	0,6	22,1	35,6	5,1	14,3
Дуванный Яр	Zn	72,7	11	42,0	0,9	358,0	397,7	4,0	85,0
	Mn	99,3	11	123,0	11,0	205,0	18,6	17,0	139,0
	Cu	4,8	4	4,7	3,0	7,0	2,3	3,5	6,2
	Sr	33,4	11	26,0	17,3	111,0	6,4	18,0	36,0
	Fe	364,6	11	353,0	239,0	600,0	2,5	272,0	396,0
Бизон	Zn	18,0	13	15,0	2,0	62,0	31,0	8,0	21,0
	Mn	202,8	20	162,0	1,0	480,0	480,0	27,5	365,5
	Cu	3,8	5	3,0	1,0	8,0	8,0	1,4	6,0
	Sr	40,5	21	40,0	18,0	88,0	4,8	31,0	50,0
	Fe	689,2	21	564,0	246,0	1681,0	6,8	471,0	703,0



Рис. 10. Графики размаха распределения значений содержания металлов (мкг/л) в повторно-жильных льдах трех разрезов а) Zn; б) Cu; в) Fe; г) Mn

В качестве кларка для сравнения содержания элементов в повторно-жильных льдах взят кларк речных вод, поскольку они, как и повторно-жильные льды, являются пресными, также речные воды по составу ближе к повторно-жильным льдам, чем морские, для которых также разработан кларк. Среднее мировое содержание элементов в поверхностных речных водах ^[6] рассчитанное по данным о содержании элементов в крупнейших реках разных материков составляет для стронция 60 мкг/л, кобальта 0,148 мкг/л, меди 1,48, марганца 34 мкг/л, железа 66 мкг/л, цинка 0,60 мкг/л.

Кларки рассчитанные В.В. Добровольским ^[7] для поверхностных вод суши по данным А.П. Виноградова, А.П. Лисицина, Д. Голдберга, X. Боуэна, К.К.Турекиана, при усредненной минерализации вод принятой за 120 мг/л, следующие: для Zn ? 20 мкг/л (коэффициент водной миграции составляет 3,3)., Mn ? 10 мкг/л (0,12), Fe ? 670 мкг/л (0,15), Cu ?7 мкг/л (2,64)., Sr ? 80 мкг/л. (2,90), Co ? 0,25 мкг/л (0,29). Согласно коэффициенту водной миграции наиболее интенсивен в зоне выветривания вынос цинка, стронция, меди, наименее интенсивен для марганца, железа, кобальта. В разрезах Кулар и Дуванный Яр медианное значение содержания цинка превышает кларк речных вод в 2-6 раз, в разрезе Бизон значения близки кларку.

Содержание меди превышает кларк только в Куларе (в 3 раза), для Дуванного Яра и Бизона значения околокларковые. Содержание стронция измеренные для Дуванного Яра и Бизона меньше кларковых в 2 и 1,5 раза соответственно. Содержание железа, измеренное для этих разрезов соответствует кларку в повторно-жильных льдах Бизона и в 2 раза ниже кларка в Дуванном Яре. Для разреза Кулар было измерено содержание кобальта в 32 раза выше кларкового значения.

В повторно-жильных льдах разреза Кулар наблюдалось относительное накопление халькофильных элементов (меди и цинка) при этом содержание этих элементов выше среднемирового значения для поверхностных вод. Медь и цинк относительно накапливаются в глеевой обстановке, которая могла возникать при отсутствии аэрации при формировании жилы. Причина, по которой разрез Кулар выделяется по накоплению этих элементов, может быть связана с его локальными геохимическими особенностями, отличии в элементном составе грунтов, в частности ввиду того, что разрез расположен в золотоносном районе. Цинк и медь являются частью геохимической ассоциации элементов характерных для золоторудных месторождений и их ореолов рассеяния. Также в эту ассоциацию входит и кобальт, содержание которого в исследуемых льдах также превышает кларк природных поверхностных вод.



Выводы

В повторно-жильных льдах разрезов Бизон и Дуванный Яр, по cравнению с разрезом Кулар, значительно выделяются литофильные (марганец, стронций) элементы. При этом содержание стронция во льдах разреза Бизон ниже среднемировых значений для поверхностных вод.

Марганец и железо, высоко подвижные в глеевой обстановке, представлены во льдах разрезов Дуванный Яр и Бизон в значительно большем количестве, чем в разрезе Кулар, что может говорить о разных окислительно-восстановительных условиях при формировании жил, вероятно в Куларе обстановка была при формировании жил либо окислительной (в течение длительного времени) либо была более щелочной, чем в других разрезах, а в Дуванном Яре и Бизоне - в основном восстановительной глеевой и кислой. Также возможно некоторое участие озерных или болотных вод в формировании жил Дуванного Яра и Бизона.

Аккумуляция халькофильных элементов (меди, цинка, кобальта) в повторно-жильных льдах разреза Кулар может быть обусловлена его расположением в районе золоторудных месторождений и повышенным содержанием этих элементов в грунтах.

Авторы благодарны д.г.н., вед. н. с. лаборатории геоэкологии Севера МГУ Алле Васильчук за помощь в полевых исследованиях, а также за конструктивное обсуждение.



Библиография

1.Васильчук Ю.К., Васильчук А.К., ван дер Плихт Й., Кучера В., Ранк Д. Радиоуглеродное датирование позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов в обнажении Бизон в низовьях Колымы // Доклады Российской Академии Наук. 2001. Том 379. № 1. С. 104-109 (Vasil'chuk Yu.K., Vasil'chuk A.C., van der Plicht J., Kutschera W., Rank D. Radiocarbon dating of the Late Pleistocene ice wedges in the Bison section in the lower reaches of the Kolyma River // Doklady Earth Sciences. 2001. Vol. 379. N5. P. 589-593).

2.Васильчук Ю.К., Васильчук А.К., Сулержицкий Л.Д., Буданцева Н.А., Кучера В., Ранк Д., Чижова Ю.Н. Возраст, изотопный состав и особенности формирования позднеплейстоценовых синкриогенных повторно-жильных льдов Дуванного Яра // Криосфера Земли. 2001. Том 5. № 1. С. 24-36.

3.Васильчук Ю.К. Изотопно-геохимическая характеристика позднеплейстоценового повторно-жильного комплекса Куларской котловины // Доклады АН СССР. 1990. Том 310. N 1. С. 154-157.

4.Дривер Дж. Геохимия природных вод. М., Мир, 1985. 440 с.

5.Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. Издательство: Астрея-2000, 1999. 610 с

6.Surface and Ground Water, Weathering, and Soils. Ed. J.I.Drever. Vol. 5. of Treatise on Geochemistry. Ed.: H.D.Holland, K.K.Turekyan. Amsterdam. Elsevier. 2005. 625 p.

7.Добровольский В.В. Геохимическое землеведение. М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2008. 207 с.

8.Анисимова Н.П. Криогидрохимические особенности мерзлой зоны. Новосибирск. Наука. 1981. 152 с.

9.Лаптева Е.М., Каверин Д.А., Пастухов А.В., Шамрикова Е.В., Холопов Ю.В. Ландшафтно-биогеографические аспекты аккумуляции и миграции тяжелых металлов в почвах Арктики и Субарктики Европейского Северо-Востока // Известия Коми научного центра УрО РАН. Выпуск 3(23). Сыктывкар, 2015. С. 47-60.

10.Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимия марганца. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО. РАН, 2014. 540 с.



Аннотация

Тяжелые металлы и микроэлементы в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах Северной Якутии. Васильчук Юрий Кириллович доктор геолого-минералогических наук профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ) 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2009

Буданцева Надежда Аркадьевна кандидат географических наук старший научный сотрудник, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, географический факультет, МГУ имени М.В.Ломоносова 119991, Россия, Other область, г. Moscow, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

Васильчук Джессика Юрьевна старший лаборант, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ) 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1

Предметом исследования являются содержание микроэлементов, тяжелых металлов и металлоидов в повторно-жильных льдах трех едомных массивов на севере Якутии: Кулар, Бизон и Дуванный Яр.Едомные отложения разреза Дуванного Яра вскрыты на правом берегу в низовьях р.Колымы, у Дуванного переката.

Разрез позднеплейстоценового едомного комплекса Бизон, расположен на правом берегу р. Колымы, в устье протоки Лакеевская в 15 км ниже Дуванного переката. Едомная толща близ пос. Кулар в предгорьях Куларского хребта располагается на пологом склоне южной экспозиции долины ручья Бургуаат в виде наклонного увала протяженностью по склону более 1 км.

Основным методом исследования является атомно-абсорбционная спектроскопия, выполненная в Почвенном институте им. В.В.Докучаева. Образцы повторно-жильного льда отбирались в полевых условиях в полиэтиленовые пакеты, плавились при температуре не выше 15°С и переливались в химически инертные пластмассовые флаконы. Основными выводами проведенного исследования являются:

а) в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах разрезов Бизон и Дуванный Яр по cравнению с разрезом Кулар значительно выделяются литофильные (марганец, стронций) элементы;

б) содержание стронция во льдах разреза Бизон ниже среднемировых значений для поверхностных вод;

в) марганец и железо, высоко подвижны в глеевой обстановке представлены во льдах разрезов Дуванный Яр и Бизон в значительно большем количестве, чем в разрезе Кулар, что может говорить о разных окислительно - восстановительных условиях при формировании жил, вероятно в Куларе обстановка была при формировании жил либо окислительной (в течение длительного времени) либо была более щелочной, чем в других разрезах, а в Дуванном Яре и Бизоне - в основном восстановительной глеевой и кислой.

Ключевые слова: тяжелые металлы, металлоиды, едома, Северная Якутия, Кулар, Бизон, Дуванный Яр, повторно-жильный лед, поздний плейстоцен, кларк элемента



Abstract

Heavy metals and trace elements in the Late Pleistocene re-vein ice of Northern Yakutia. Vasil'chuk Yurij Kirillovich Doctor of Geology and Mineralogy Professor, the department of Geochemistry of Landscapes and Soil Geography, Lomonosov Moscow State University 119991, Russia, Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2009. vasilch_geo@mail.ru

Budantseva Nadine Arkad'evna PhD in Geography Senior Research Fellow at the Department of Landscape Geochemistry and Soil Geography 119991, Russia, Moscow, ul. Leninsky Gory, Moscow State University. nadin.budanceva@mail.ru

Vasil'chuk Jessica Yur'evna Senior Assistant at the Department of Landscape Geochemistry and Soil Geography of Moscow State University 119991, Russia, Moscow, ul. Leninskie Gory, 1. young-krishna@yandex.ru

The subject of the study is the content of trace elements (heavy metals and metalloids) in the Late Pleistocene ice-wedge casts of three yedoma blocks of Northern Yakutia: Kular, Bison and Duvanny Yar. Yedoma deposits of Duvanny Yar are exposed on the right bank in the lower course of the Kolyma River, near the Duvanny riffle, in the Kolyma Lowland. It is drained by the northward flowing Kolyma River, the sixth largest river flowing into the Arctic Ocean.

The lowland is bordered by the North Anyuy Range to the east, the Yukagir Plateau to the south, the Alazeya Plateau to the southwest and the Ulakhan-Sis Ridge to the northwest.

The Late Pleistocene Bison yedoma complex is located on the right bank of the Kolyma River, in the mouth of the Lakeevskaya Channel 15 km below the Duvanny riffle. Yedoma near the Kular village in the foothills of the Kular range is located on the mild slope of southern aspect in the valley of the Burguaat creek in the form of an inclined slope extending over a slope of more than 1 km. The main reseacrh method is atomic absorption spectroscopy, performed in the V.V. Dokuchaev Soil Science Institute. Samples of ice wedges were sampled in the field in polyethylene bags, melted at a temperature not higher than 15 °C and poured into chemically inert plastic bottles. The main conclusions of the study are as follows:

a) in the late Pleistocene ice-wedge casts of the Bison and Duvanny Yar sections, lithophile elements (Mn, Sr) are significantly distinguished in comparison with the Kular section;

b) the content of Sr in the ice of the Bison section is below the world's average for surface water;

c) Mn and Fe, highly mobile in gley reducting medium, are represented in the ice of the Duvanny Yar and Bison sections in much larger quantities than in the Kular section; it can be connected with different redox conditions during the formation of ice wedges. Probably in Kular the conditions were oxidative (for a long time) or more alkaline than in other sections, and in Duvanny Yar and Bison - mostly gley reducing and acid.

Keywords: ice-wedge cast, Duvanny Yar, Bison, Kular, Northern Yakutia, yedoma, metalloids, heavy metals, Late Pleistocene, clarke (mean concentration)

Размещено на Allbest.ru

...