ГЕОХИМИЯ МАЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАКОВИНАХ ПРЕСНОВОДНЫХ МОЛЛЮСКОВ ИЗ РЕК ЮЖНОГО ПРИУРАЛЬЯ
|
Введение
1. Геолого-географический обзор бассейна р. Белая
2. Карбонатные раковины как объект исследования
3. Геохимия элементов (Sr-Fe-Mn)
3.1. Изотопная характеристика Sr в карбонатных образованиях и ее применение
3.2.1. Геохимические особенности Sr, Fe, Mn
3.2.2. Поведение Sr, Fe, Mn в диагенезе карбонатов
4. Методика проведения работ
4.1. Рентгенофазовый анализ
4.2. Микрозондовый анализ
4.3. Определение концентраций примесных элементов
4.4. Определение изотопного состава стронция
5. Результаты
5.1. Рентгенофазовый анализ
5.2. Микрозондовый анализ
5.3. Атомно-эмиссионный анализ
5.4. Изотопный состав стронция
6. Обсуждения и выводы
Заключение
Список литературы
1. Геолого-географический обзор бассейна р. Белая
2. Карбонатные раковины как объект исследования
3. Геохимия элементов (Sr-Fe-Mn)
3.1. Изотопная характеристика Sr в карбонатных образованиях и ее применение
3.2.1. Геохимические особенности Sr, Fe, Mn
3.2.2. Поведение Sr, Fe, Mn в диагенезе карбонатов
4. Методика проведения работ
4.1. Рентгенофазовый анализ
4.2. Микрозондовый анализ
4.3. Определение концентраций примесных элементов
4.4. Определение изотопного состава стронция
5. Результаты
5.1. Рентгенофазовый анализ
5.2. Микрозондовый анализ
5.3. Атомно-эмиссионный анализ
5.4. Изотопный состав стронция
6. Обсуждения и выводы
Заключение
Список литературы
Химический и изотопный состав в Мировом океане зависит от множества факторов.
Однако один из важнейших – это континентальный речной сток, годовой объем которого
составляет 42 тыс. км3. Вместе с речными водами в океан приносятся различные химические
элементы, вынесенные из дренируемых горных пород. Питание океана осадочным материалом
осуществляется из двух главных групп: экзогенных и эндогенных. Среди экзогенных
источников важнейшую роль играет речной сток. В речных водах химические элементы
мигрируют как во взвешенной, так и в растворенной форме. Соотношение растворенных и
взвешенных форм химических элементов в речных водах в значительной степени зависит от их
химических свойств (Перельман, 2016). Ряды подвижности элементов в речных водах
определяются во многом геохимическим поведением при процессах выветривания. На границе
река — море осаждается основная масса взвешенного и часть растворенного материала. Это
приводит к тому, что в океане резко преобладающей формой миграции большинства
химических элементов является растворенная. Изучению геохимии речного стока посвящена
данная работа.
Среди всего разнообразия приносимых химических элементов особое место занимает
стронций. Его годовой объем, приносимый континентальными реками, на сегодня оценивается
в пределах от 2.21х1012 г до 2.73х1012 г (Кузнецов и др., 2012). Изотопный состав Sr в реках
строго зависит от петрографического и минералогического состава пород, которые
размываются потоком (Wadleigh et al., 1985; Goldstein, Palmer, 1988). Изучение изотопного
состава Sr в речном стоке позволяет нам оценивать не только вклад континентального стока в
Мировой океан в настоящее время, но и изменчивость величины 87Sr/86Sr под влиянием
геологических факторов. Анализируя изотопный состав Sr рек, можно восстанавливать
характеристики среды осадконакопления (петрографический фон) для докембрийских и
фанерозойских палеобассейнов, как открыто-морских, так и озерных, а также коррелировать
древние толщи между собой.
Всё это делает изучение изотопно-геохимических характеристик стронция в
пресноводных и морских отложениях современных и палеобассейнов осадконакопления
актуальным при решении различного рода геологических задач.
Концентрация стронция в речных водах очень низкая, поэтому для исследования
изотопно-геохимических характеристик выбран материал, который обеспечил необходимую
точность. Таким материалом являются карбонатные раковины моллюсков, которые при жизни
захватывают химические элементы и осаждают его в стенках своих раковин. Основной целью4
данной работы являлось выявление закономерностей изменения изотопного состава стронция, а
также концентраций сопутствующих элементов от петрографического фона реки Белая,
протекающей по территории республики Башкирия. Эта крупнейшая река Южного Приуралья,
дренируя как породы Уральской складчатой системы, так и отложения Восточно-Европейской
платформы, позволяет нам оценить вклад различных геологических обстановок на изучаемые
изотопно-геохимические параметры. А связь через реки Кама и Волга с Каспийским морем
делает Белую одним из важнейших поставщиков изотопов стронция в изолированный Каспийский бассейн.
Однако один из важнейших – это континентальный речной сток, годовой объем которого
составляет 42 тыс. км3. Вместе с речными водами в океан приносятся различные химические
элементы, вынесенные из дренируемых горных пород. Питание океана осадочным материалом
осуществляется из двух главных групп: экзогенных и эндогенных. Среди экзогенных
источников важнейшую роль играет речной сток. В речных водах химические элементы
мигрируют как во взвешенной, так и в растворенной форме. Соотношение растворенных и
взвешенных форм химических элементов в речных водах в значительной степени зависит от их
химических свойств (Перельман, 2016). Ряды подвижности элементов в речных водах
определяются во многом геохимическим поведением при процессах выветривания. На границе
река — море осаждается основная масса взвешенного и часть растворенного материала. Это
приводит к тому, что в океане резко преобладающей формой миграции большинства
химических элементов является растворенная. Изучению геохимии речного стока посвящена
данная работа.
Среди всего разнообразия приносимых химических элементов особое место занимает
стронций. Его годовой объем, приносимый континентальными реками, на сегодня оценивается
в пределах от 2.21х1012 г до 2.73х1012 г (Кузнецов и др., 2012). Изотопный состав Sr в реках
строго зависит от петрографического и минералогического состава пород, которые
размываются потоком (Wadleigh et al., 1985; Goldstein, Palmer, 1988). Изучение изотопного
состава Sr в речном стоке позволяет нам оценивать не только вклад континентального стока в
Мировой океан в настоящее время, но и изменчивость величины 87Sr/86Sr под влиянием
геологических факторов. Анализируя изотопный состав Sr рек, можно восстанавливать
характеристики среды осадконакопления (петрографический фон) для докембрийских и
фанерозойских палеобассейнов, как открыто-морских, так и озерных, а также коррелировать
древние толщи между собой.
Всё это делает изучение изотопно-геохимических характеристик стронция в
пресноводных и морских отложениях современных и палеобассейнов осадконакопления
актуальным при решении различного рода геологических задач.
Концентрация стронция в речных водах очень низкая, поэтому для исследования
изотопно-геохимических характеристик выбран материал, который обеспечил необходимую
точность. Таким материалом являются карбонатные раковины моллюсков, которые при жизни
захватывают химические элементы и осаждают его в стенках своих раковин. Основной целью4
данной работы являлось выявление закономерностей изменения изотопного состава стронция, а
также концентраций сопутствующих элементов от петрографического фона реки Белая,
протекающей по территории республики Башкирия. Эта крупнейшая река Южного Приуралья,
дренируя как породы Уральской складчатой системы, так и отложения Восточно-Европейской
платформы, позволяет нам оценить вклад различных геологических обстановок на изучаемые
изотопно-геохимические параметры. А связь через реки Кама и Волга с Каспийским морем
делает Белую одним из важнейших поставщиков изотопов стронция в изолированный Каспийский бассейн.
В ходе проделанной работы был проведён изотопно-геохимический анализ карбонатных
раковин современных моллюсков вида Unio, отобранных в бассейне реки Белая и её притоков с
целью установления связей изменения изотопно-геохимических параметров раковин с
петрографическим фоном бассейна:
Анализ геологических карт Южно-Уральского региона позволил рассмотреть как
тектонические структуры, характеризующие площадь водосбора р. Белая, так и типы
дренируемых пород вдоль всего русла Белой;
Определен минеральный состав карбонатной фазы, слагающей раковины. По
результатам рентгенофазового анализа, что раковина сложена арагонитом;
Обнаружена первичная ростовая зональность, которая могла образоваться в ходе
наращивания раковины моллюском. Однако в ходе микрозондового анализа не было
обнаружено постседиментационного нарушения зон роста и геохимической
зональности, что говорит о гомогенном строении раковины и отсутствии
диагенетической перекристаллизации;
Определены концентрации примесных (Mn, Fe и Sr) элементов в раковинах
моллюсков, отобранных как в русле р. Белая, так и с большинства её главных
притоков. Несмотря на то, что по изменению концентрации железа закономерностей
не наблюдается, полученные данные демонстрируют изменение стронциймарганцевого отношения в сторону обогащения стронцием при переходе от горного к
равнинному типу суббассейнов. Это говорит об увеличивающейся роли карбонатносульфатных осадочных пород платформы и уменьшающейся роли метаморфитов
складчатой области вдоль русла рек.
Определен изотопный состав стронция в изученных раковинах в бассейнах р. Белая.
В ходе этого исследования была подтверждена закономерная изменчивость роли
размываемых пород, что было обнаружено при анализе концентрации стронция и
марганца. Изотопное отношение 87Sr/86Sr максимально в верховьях Белой (0,720), где
она протекает по кристаллическим породам Башкирского мегантиклинория. Это
отношение резко уменьшается (до 0,708) при выходе речных вод на платформенные
отложения, что также обусловлено вкладом пермских карбонатов и сульфатов.
Интерпретируя совокупность геолого-геохимических данных, можно сделать вывод, что
карбонатные раковины современных перловиц сохраняют и отражают изотопно40
геохимическую обстановку среды их обитания. Эти характеристики строго зависят от
петрографического состава области сноса и от доли поступающего в речные воды материала,
поставляемого определённым типом размываемых горных пород. В то же время, при условии
достаточной сохранности ископаемых аналогов раковин перловиц, отсутствия диагенетических
преобразований, данный вид исследований пригоден для оценки и реконструкции областей
питания Южно-Уральского региона в геологическом прошлом.
Автор благодарен Т.Л.Турченко за помощь в проведении рентгенофазового анализа,
О.Л.Галанкиной – при электронно-микроскопическом исследовании, О.В.Волиной – за
определение химического состава образцов на базе ресурсного центра Научного парка Методы
анализа состава вещества МАСВ СПбГУ.
раковин современных моллюсков вида Unio, отобранных в бассейне реки Белая и её притоков с
целью установления связей изменения изотопно-геохимических параметров раковин с
петрографическим фоном бассейна:
Анализ геологических карт Южно-Уральского региона позволил рассмотреть как
тектонические структуры, характеризующие площадь водосбора р. Белая, так и типы
дренируемых пород вдоль всего русла Белой;
Определен минеральный состав карбонатной фазы, слагающей раковины. По
результатам рентгенофазового анализа, что раковина сложена арагонитом;
Обнаружена первичная ростовая зональность, которая могла образоваться в ходе
наращивания раковины моллюском. Однако в ходе микрозондового анализа не было
обнаружено постседиментационного нарушения зон роста и геохимической
зональности, что говорит о гомогенном строении раковины и отсутствии
диагенетической перекристаллизации;
Определены концентрации примесных (Mn, Fe и Sr) элементов в раковинах
моллюсков, отобранных как в русле р. Белая, так и с большинства её главных
притоков. Несмотря на то, что по изменению концентрации железа закономерностей
не наблюдается, полученные данные демонстрируют изменение стронциймарганцевого отношения в сторону обогащения стронцием при переходе от горного к
равнинному типу суббассейнов. Это говорит об увеличивающейся роли карбонатносульфатных осадочных пород платформы и уменьшающейся роли метаморфитов
складчатой области вдоль русла рек.
Определен изотопный состав стронция в изученных раковинах в бассейнах р. Белая.
В ходе этого исследования была подтверждена закономерная изменчивость роли
размываемых пород, что было обнаружено при анализе концентрации стронция и
марганца. Изотопное отношение 87Sr/86Sr максимально в верховьях Белой (0,720), где
она протекает по кристаллическим породам Башкирского мегантиклинория. Это
отношение резко уменьшается (до 0,708) при выходе речных вод на платформенные
отложения, что также обусловлено вкладом пермских карбонатов и сульфатов.
Интерпретируя совокупность геолого-геохимических данных, можно сделать вывод, что
карбонатные раковины современных перловиц сохраняют и отражают изотопно40
геохимическую обстановку среды их обитания. Эти характеристики строго зависят от
петрографического состава области сноса и от доли поступающего в речные воды материала,
поставляемого определённым типом размываемых горных пород. В то же время, при условии
достаточной сохранности ископаемых аналогов раковин перловиц, отсутствия диагенетических
преобразований, данный вид исследований пригоден для оценки и реконструкции областей
питания Южно-Уральского региона в геологическом прошлом.
Автор благодарен Т.Л.Турченко за помощь в проведении рентгенофазового анализа,
О.Л.Галанкиной – при электронно-микроскопическом исследовании, О.В.Волиной – за
определение химического состава образцов на базе ресурсного центра Научного парка Методы
анализа состава вещества МАСВ СПбГУ.