Элементный состав донных отложений Среднего Суздальского озера

Размещено на http://www.allbest.ru

ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СРЕДНЕГО СУЗДАЛЬСКОГО ОЗЕРА

Гусева М.А., Кузнецов Д.Д., Сапелко Т.В.

Аннотация

Для Среднего Суздальского озера выделены периоды осадконакопления, связанные с изменением физико-химических условий формирования осадков в голоцене. Показаны закономерности накопления отдельных металлов и микроэлементов в озере.

Ключевые слова: геоэкология, геохимия, палеолимнология, озёрные отложения, РФА осадок голоцен озеро микроэлемент

Введение

Изучение донных отложений (ДО) позволяет восстановить историю событий, происходивших на территории водосбора озера. В частности, исследование химического состава колонок ДО позволяет восстановить динамику качества воды озер и реконструировать условия формирования донных отложений. Впоследствии выявленные закономерности могут быть использованы для расчёта фоновых значений содержания различных элементов в ДО и позволят разделить природную и антропогенную составляющие их поступления с учетом физико-химических условий формирования осадка.

Материалы и методы

Объектом исследования являются донные отложения оз. Среднего Суздальского, расположенного в черте г. Санкт-Петербург. Это озеро является средним в цепочке из трех озер, расположенных каскадом в направлении с юга на север и соединенных протоками (Верхнее, Среднее и Нижнее Суздальское), в прошлом представлявших единое озеро.

Разрез донных отложений оз. Среднего Суздальского представлен колонкой общей мощностью 4,9 м, отобранной в 2015 году с глубины 4,98 -- 9,87 м. Разрез охарактеризован пробами, взятыми последовательно по 2 см. Отдельные характеристики донных отложений сравниваются с характеристикой донных отложений оз. Верхнее Суздальское [1].

Мы рассматриваем результаты литостратиграфического и элементного химического анализа, выполненного методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии [2].

Результаты и обсуждение

Нижняя часть отложений 9,60 -- 9,87 м (здесь и далее глубины даются от поверхности воды) представлена светло-бурым средне- и мелкозернистым песком с прослоями черного гиттиевого песка такой же размерности. Количество прослоев увеличивается в верхней части горизонта, их мощность меняется в диапазоне 2 -- 15 мм. В этой части мы наблюдаем повышенные значения литофильных элементов, обладающих сродством к силикатным минералам: Al, K, Ba, Sr, Zr, часть из которых (Al, Sr) показана на рис.1.

^{ППП, % Al, мг в.с.н. г-1 Sr, мкг в.с.н. г-1 Co, мкг в.с.н. г-1 Pb, мкг в.с.н. г-1}

Рис. 1. Вертикальные профили распределения потерь при прокаливании (ППП, %), некоторых металлов и микроэлементов в донных отложениях Среднего Суздальского озера

Выше песка лежит маломощный горизонт (9,55 -- 9,60 м) полосчатой гиттии со слоями бурого и черного цвета мощностью 1--3 мм. На границе этой области наблюдается резкое локальное повышение концентрации марганца (рис.2), что может указывать на окислительные условия. Косвенно на это указывают и более низкие значения содержания органического углерода (ППП = 16 -- 25%, в то время как во всем слое гиттии ППП достигают 50% и выше).

Для сравнения на рис. 2 приведено также вертикальное распределение содержания железа и марганца в оз. Верхнее Суздальское. Несмотря на то, что осаждение и марганца, и железа связано с окислительно-восстановительными условиями среды, окисление Mn(II) происходит медленнее, чем Fe(II), соответственно лаг-фаза между изменением концентрации кислорода и увеличением содержания марганца в донных отложениях значительно больше, чем у железа [3].

Среднее Суздальское оз.

Fe,мг в.с.н. г^-1 Среднее Суздальское оз.

Mn, мг в.с.н. г^-1 Верхнее Суздальское оз.,

Fe, мг в.с.н. г^-1 Верхнее Суздальское оз.,

Mn, мг в.с.н. г^-1

Рис. 2 Железо и марганец в донных отложения Среднего и Верхнего Суздальского озера

Выше расположен горизонт темно-бурой и бурой однородной гиттии (4,98 -- 9,55 м). В этой части мы выделяем несколько геохимических зон, используя петрохимические генетические модули [4,5].

Индекс химического выветривания CIA, рассчитанный по молекулярным количествам петрогенных оксидов по формуле:

(1),

связывают с интенсивностью химического выветривания [4]. Мобильными элементами в этом случае считаются Ca, Na и K, а немобильным -- Al. Считается, что при химическом выветривании породы теряют мобильные элементы, соответствено, чем выше степень выветривания, тем меньше остается мобильных элементов и тем выше значения CIA. Часто этот индекс используют как индикатор палеоклимата (связывая более высокие значения с более теплым и влажным климатом), однако было показано [6], что в некоторых случаях CIA увеличивается во время холодных стадий, поэтому этот индикатор не может однозначно свидетельствовать об условиях окружающей среды.

Также были рассчитаны гидролизатный (2) и алюмокремниевый (3) модули, приведенные на рисунке 3, по формулам:

(2)

(3)

Гидролизатный модуль позволяет при изучении терригенных и глинистых отложений разделять породы, содержащие продукты гидролиза (оксиды алюминия, железа, титана), и кремнезем. Чем выше значение ГМ, тем более глубокое выветривание претерпевают породы источников сноса, а более низкие значения указывают на более зрелые осадочные породы. Алюмосиликатный модуль также показывает степень зрелости осадочных отложений [4].

В нашем случае относительное понижение значений CIA в слое 8 -- 9 м совпадает с повышенными значениями гидролизатного модуля, что может указывать на преобладание процессов физического выветривания над процессами химического выветривания в происхождении материала осадка. Также в этом слое отмечено более высокое содержание железа и пониженные значения алюмокремниевого модуля. Противоположный ход АМ и ГМ, для которых часто характерна положительная корреляция, связан с тем, что отложения бедны глиноземом, но обогащены железом.

CIA ГМ AM Fe/Mn

Рис. 3. Геохимические индикаторы условий осадконакопления оз. Среднее Суздальское

В слое 6 -- 8 м содержание железа и марганца относительно низкое, а содержание органического углерода растет. Расходование растворенного в воде кислорода на окисление органического вещества может привести к восстановительным условиям среды, при которых и железо, и марганец переходят в растворенную форму. Для марганца и железа коэффициенты корреляции с ППП по всей гиттиевой части колонки равны -0,48 и -0,49 соответственно. Скорее всего, лишь небольшая часть железа и марганца осаждается с органическим веществом, в то же время рост поступления органического вещества в озеро способствует изменению окислительно-восстановительных обстановок, и, следовательно, увеличению растворимости Mn и Fe, что и приводит к отсутствию наблюдаемых общих для всего периода осадконакопления закономерностей.

В верхнем слое 6,0 -- 4,98 м отмечено достаточно резкое увеличение содержания железа. Это сопровождается также и увеличением содержания некоторых сидерофильных элементов, таких как Со, а также серы и халькофильных элементов -- Pb, Cu, Zn. В этом слое отмечена положительная корреляция между гидролизатным модулем и алюмокремниевым модулем (ГМ > 35, что позволяет классифицировать этот слой как гидролизатные породы [4]).

Содержание железа остается высоким, однако соотношение Fe/Mn в этом слое постепенно уменьшается к поверхности. Изменение этого показателя связывается с изменением щелочности среды [7] (на границе 6,0 м мы можем предполагать восстановительные условия, и марганец, для которого характерна высокая подвижность, постепенно мигрирует вверх -- его концентрация возрастает ближе к поверхности). Это согласуется с уменьшением концентрации органического вещества (в этом слое коэффициент корреляции содержания марганца и ППП -0,89).

В верхних 4 см гиттии отмечена слоистость по цвету: наблюдаются слои темно-бурого и черного цвета мощностью около 3 мм.

В поверхностном слое донных отложений оз. Среднего Суздальского рассчитаны отношения концентрации к кларку осадочных пород [8] следующих элементов (КК): Mn -- 15,7, S -- 11,2, Co -- 1,5, Ni -- 0,1 Cu -- 0,8, Sr -- 0,1, Ва -- 3,0, V -- 0,2, Zn -- 2,9, Pb -- 8,2. Для элементов, имеющих повышенные КК, относительно высокие концентрации наблюдаются во всем верхнем слое 6,0 -- 4,98 м, таким образом, они скорее всего связаны с особенностями осадконакопления в данный период.

Заключение

На основе геохимических исследований были выявлены отдельные периоды в формировании донных отложений оз. Среднего Суздальского, связанные с изменением физико-химических условий осадконакопления. Чтобы выявить закономерности в накоплении определенных элементов в известных условиях, в дальнейшем планируется рассмотреть всю систему Суздальских озер в целом и верифицировать полученные результаты по другим показателям (палинологическим, диатомовым и др.), сопоставив отличающиеся периоды осадконакопления с изменением климатических условий и уровня антропогенной нагрузки.

Библиографический список

Сапелко Т. В., Игнатьева Н. В., Кузнецов Д. Д., Лудикова А. В., Терехов А. В., Корнеенкова Н. Ю., Гусева М. А., Шеманаев К. В. Диагностика антропогенных изменений озёрных экосистем европейской части России по палеолимнологическим данным // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем: материалы III Международной конференции 23-27 октября 2017 г. в г. Санкт-Петербурге. - СПб, 2017. - С. 279-283.

М-02-0203-09. Методика выполнения измерений массовой доли натрия, кремния, кальция, титана, ванадия, хрома, бария, марганца, железа, никеля, меди, цинка, стронция, свинца, циркония, молибдена, алюминия, магния в порошковых пробах почв и донных отложений рентгеноспектральным методом с применением энергодисперсионных рентгенофлуоресцентных спектрометров типа EDX фирмы Shimadzu. - CПб: ООО "Аналит", 2009. - 18 с.

Мартынова М.В. Железо и марганец в пресноводных отложениях. Монография / Отв. ред. д.г.н. Мартынова М.В. - М., 2014. - 215 с.

Интерпретация геохимических данных: Учебное пособие / И. В. Скляров и др. / Под ред. Е. В.Склярова. - М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - 288 с

Кулькова М. А. Методы прикладных палеоландшафтных геохимических исследований: Учебное пособие для геоэкологических, геохимических специальностей вузов. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2012. - 152 с.

Минюк П.С., Бордохоев В.Я. Геохимические индикаторы седиментационных и постседиментационных событий в озерах Северо-Востока России // Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории. Материалы VII Всероссийского литологического совещания (Новосибирск, 28-31 октября 2013 г.). В 3 т. - Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2013. - Т. II. - 422 с.

Краускопф К.Б. Разделение марганца и железа в осадочном процессе //Геохимия литогенеза. - М.: ИЛ, 1963. - С.294 - 339

Геохимия окружающей среды / Ю. Е. Сает, Б. А. Ревич, Е. П. Янин и др. - М.: Недра, 1990. - 335 с.

M.A. Guseva, D.D. Kuznetsov, T.V. Sapelko

Chemical composition of the bottom sediments of Srednee Suzdalskoe lake

Abstract. The study revealed the periods of sedimentation in Srednee Suzdalskoe lake associated with changes of the physical and chemical conditions of the formation of bottom sediments during the Holocene. The patterns of accumulation of some metals and microelements in the lake are shown.

Keywords: geoecology, geochemistry, paleolimnology, lake sediments, X-ray fluorescence

Размещено на Allbest.ru