CC BY
17Характерные особенности минерального состава сапропелей малых озер правого берега Оби Среднего Приобья Западной Сибири
Сартаков Михаил Петрович
доктор биологических наук, доцент,
Югорский государственный университет, mpsmps@bk.ru
Осницкий Евгений Михайлович
соискатель Югорский государственный университет, evg.osn@gmail.com
Кудрин Константин Юрьевич
кандидат геолого-минералогических наук, доцент Югорский государственный университет, kudringeo@inbox.ru
Ларина Наталья Сергеевна
кандидат химических наук, доцент, Тюменский государственный университет, nslarina@yandex.ru
Комиссаров Игорь Дисанович
доктор биологических наук, профессор Государственный аграрный университет Северного Зауралья, bar.2000@mail.ru
Целью данной работы является изучение минерального состава донных отложений восьми малых озер, расположенных на правом берегу реки Обь (Западная Сибирь) в Сургутском районе Ханты-Мансийского автономного округа - Югры. Исследования проводились при помощи волнодисперсионной рентгеновскифлуоресцентной (ВДРФ) спектроскопии. Было установлено содержание ОВ, золы и оксидов в золе в исследованных образцах. На основании этих данных была дана классификация исследованных донных отложений. Донные отложения озера С-1 являются алевролитовыми песками, озер Вач Лор, С-189 слабосапропелевыми алевролитовыми песками, озер С-5, С-6, С-3, С-89, С-294 типичными сапропе-лями. В статье представлено содержание основных элементов в золе исследованных образцов.
Ключевые слова: Сапропель, микроэлементы, органическое вещество, волнодисперсионная рентгеновскифлуоресцентная спектроскопия, Среднее Приобье, Западная Сибирь.
1. Введение
Сапропели - это современные или субфос-сильные, тонкоструктурные, коллоидальные отложения континентальных водоемов. В состав сапропелей входят остатки микроскопических водных организмов, значительное количество органического вещества, некоторое количество неорганических компонентов биогенного происхождения, а также минеральные примеси приносного характера. Торфа генетически близки сапро-пелям. Более тонкая структура - основное отличие сапропелей от торфов. Кроме того, отличаются первичные источники органического вещества. Торфа - биогенные гумусовые образования, первичными источниками органического вещества которых являются углеводы растений тор-фообразователей.В сапропелях первичными источниками органического вещества являются жиры и белковые вещества сапропелеобразующих организмов - планктона и водорослей, что и обусловливает различие химического состава торфов и сапропелей. По содержанию органической и неорганической составляющих сапропели относятся к органоминеральной и органической группам донных осадков. Сапропели противопоставляются высокозольным озерным отложениям -глины, пески, мергели, принимая в качестве условной границы для этого разграничения 15% содержания органического вещества [1].
Сапропелевые отложения привлекают внимание исследователей в связи с возможностями их использования в практических целях. Сапропель используют в медицине в качестве аппликаций, разводных ванн для грязелечения, в земледелии каку-добрение, в животноводстве в качестве минеральной подкормки [2].Теоретический интерес сапропе-лям заключается в мнении ряда ученых, что в далеком прошлом они были материалом из которого образовались углеродистые осадочные породы [3].
Целью данной работы явилось исследование минерального состава сапропелей восьми озер с правого берега р. Оби (Западная Сибирь).
х х О го А С.
X
го т
о
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (договор № 18-44860010/19) и Правительства Ханты-Мансийского автономного округа - Югры.
2. Объекты и методы исследования
Сапропель отбирался в восьми малых озерах, расположенных на правом берегу р. Оби в Сургутском районе Ханты-Мансийского автономного
ю
М О
а>
о
см
№ О!
О Ш
т х
<
т о х
X
округа- Югры. Геоморфологически озера расположены на 11-ой надпойменной террасе. Площадь зеркала озер колеблется от 2,2 до 154,7 га, глубина воды колеблется от первых десятков сантиметров до 4,8 метров. Во всех исследованных озерах были отобраны пробы для проведения лабораторно-аналитических исследований.
На рисунке 1 представлены карты схемы расположения озер и точки отбора сапропелей для проведения исследования.
3. Результаты и их обсуждение
Результаты исследования микроэлементного состава озерных вод представлены в таблице 1.
Таблица 1
Шифр озер мг/дм3 N1, мг/дм3 Сг, мг/дм3 Ре, мг/дм3 Мп, мг/дм3 гп, мг/дм3 РЬ, мг/дм3
С-1 <0,0002 <0,005 0,0056 0,213 0,104 <0,005 0,0025
С-89 <0,0002 <0,005 <0,0025 1 ,420 0,104 0,008 0,0026
С-3 <0,0002 <0,005 <0,0025 0,068 0,036 <0,005 <0,0020
С-6 <0,0002 <0,005 <0,0025 0,144 0,026 0,076 <0,0020
С-5 <0,0002 <0,005 <0,0025 0,128 0,028 0,009 0,0054
Вач Лор <0,0002 <0,005 0,003 1 ,354 0,322 0,008 0,0039
С-189 <0,0002 <0,005 0,0035 4,420 0,706 0,007 0,0012
С-294 <0,0002 <0,005 <0,0025 2,041 0,216 0,021 0,0022
Рисунок 1 - Карты схемы расположения озер и точки бурения
Питание большинства озер осуществляется за-счет весенних паводков и атмосферных осадков. Озера расположены среди кедровых, сосновых, березовых лесов и обширных болот. Тип зарастания водоемов смешанный - сочетание сплавин и обширных зарослей. Дно озера покрыто ковром макрофитов.
Отбор образцов сапропелей и озерных вод отбирался согласно«Руководству по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донныхотложений» [4].Отбор проб озерной воды для общего химического анализа проводили с глубины 1 м в пластиковую посуду объемом 1 л.Определение макро- и микроэлементов проведено в образцах сухого сапропеля волнодисперсионной рентгеновскифлуорес-центной (ВДРФ) спектроскопией в инжиниринговом центре композиционных материалов на основе соединений вольфрама и редкоземельных элементов государственного аграрного университета Северного Зауралья.Анализ образцов осуществлялся на спектрометре АРЬ ОрИт'Х, оснащенном 1Т-комплексом ОХБАБ для управления прибором и обработки результатов[5]. Пробоподготовка и анализ проводились согласно ГОСТ 33850-2016 "Почвы. Определение химического состава методом рентгенофлуорес-центной спектрометрии".Расчёт концентраций осуществлялся с применением метода фундаментальных параметров с поправочными коэффициентами межэлементного влияния модуля УшОиап [6].
Содержание ионов металлов С< Ы1, Сг, гп, РЬ,указывающих на антропогенное загрязнение озер, минимально. Исследование озера не подвержены сильному антропогенному загрязнению. Реи Мппоступают в озера из грунтовых вод, богатых этими ионами. Содержание ионов Рележит в пределах от 0,068 до 4,42 мг/дм3,Мпот 0,026 до 0,706 мг/дм3.
Содержание Рев озерных водах хорошо коррелирует с содержанием Мп(рис. 2). Так наибольшее содержание Реи Мпнаблюдается в водах озера С-189, наименьшее в водах озер С-1, С-3, С-6, С-5.
Ре, мг/дм5
Рисунок 2 - Зависимость содержания Рвот Мпв озерных водах
В таблице 2 представлены перманганатная окисляемость, содержание хлорид и сульфат ионов, жесткость и содержание нефтепродуктов.
Таблица 2
Шифр озер Перманганатная окисляемость, мг/дм3 Хлорид ион, мг/дм3 Сульфат ион, мг/дм3 Жесткость, градусы жесткости Нефтепродукты, мг/дм3
С-1 23 14 12 <0,1 <0,02
С-89 32 3 41 <0,1 <0,02
С-3 8,4 2,2 21 <0,1 <0,02
С-6 23 27 28 <0,1 <0,02
С-5 22 2,2 7 <0,1 <0,02
Вач Лор 30 11 15 <0,1 <0,02
С-189 9 2,6 18 <0,1 <0,02
С-294 48 15 22 <0,1 <0,02
Вся исследованная вода не загрязнена нефтепродуктами и не является жесткой. Перманганат-ная окисляемость - это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых перманганатом калия. Этот показатель отражает общую концентрацию органики в воде. Наименьшее содержание общей концентрации органики наблюдается в озерах С-3 и С-189, наибольшее в С-294.
На рисунке 3 представлена диаграмма содержания органического вещества (ОВ) в исследованных сапропелях и оксида кремния в золе.
Рисунок 3 - Содержание ОВ в сапропелях и ЭЮ2 в золе
Донные осадки можно разделить на группы по содержанию в них ОВ. Содержание ОВ меньше 10% -пески алевролитовые и глинистые илы, ОВ 10-30% -слабосапропелевые алевролитовые и глинистые илы, ОВ 30-50% - глинистые сапропелевые илы, ОВ 50-70% - сапропелево-глинистые илы, ОВ свыше 70% - сапропели[2]. Опираясь на эту классификацию озерные отложения озера С-1 являются алевролитовыми песками, озер С-189, Вач Лор -сапропелево-глинистыми илами, озер С-294, С-89, С-3, С-6, С-5 - сапропелями.
По другой классификации сапропели можно разделить на тип, класс и вид по содержанию золы, оксидов кальция и железа, биологическому и минералогическому составу [2]. В табли-це3представлена данная классификация.
Таблица 3
Содержа ние, %
Озе-
ра Зола СаО Рв2О3
С-5 3,80 0,434 0,383
С-6 8,09 0,625 0,536
С-3 17,71 1,190 0,746
С-89 23,64 2,550 0,898
С-
294 27,94 1,120 0,876
Вач
Лор 45,51 1,480 2,160
С-
189 42,16 0,995 2,450
С-1
91,92 1,100 1,200
Биологический и мине-ралоги-ческий состав
Органические остатки> 45%
Органические остатки - 45%, БЮ2> 30%
Органические остатки< 45% БЮ2> 30%
Тип
Биогенный
Класто
сто-генный
Класс Вид
Органический -
Орга- носиликатный Орга- но-песча-ни-стый
Силикатный Пес-чани-стый
По данной классификации выделяются те же группы. Сапропели озер С-5, С-6, С-3, С-89, С-294 имеют биогенный тип и органический класс. Могут быть использованы, как удобрения, кормовые добавки, лечебные грязи, для производства строительных материалов, клеящих добавок и буровых растворов. Сапропели озер Вач Лор, С-189, С-1 имеют кластогенный тип, но различаются по классу и виду. Могут быть использованы, как удобрения, лечебные грязи.С ростом содержания золы в сапропеле наблюдается рост содержания оксида железа в золе, за исключением образца С-1 который является алевролитовым песком (рис. 4).
2,500 2.000
#
1,500
ь
1.000
• ,8675 ,#
• • •
• ....■■■■
20,00 10,00
Рисунок 4 - График зависимости содержания Ре2Ю3 в золе, от количества золы в сапропелях
В таблице 4 представлены основные элементы входящие в состав золы исследованных са-пропелей.
Таблица 4
Элементы Озера
С-1 С-189 Ванг-Лор С-294 С-89 С-3 С-6 С-5
Б1, % 34,470 16,290 14,110 8,820 7,040 5,240 1,780 0,583
А1, % 5,390 1,050 3,780 1,840 1,120 0,955 0,565 0,361
Ре, % 0,840 1,710 1 ,51 0 0,613 0,628 0,522 0,375 0,268
К, % 1,980 0,192 0,994 0,590 0,259 0,204 0,154 0,038
Ыа, % 0,825 0,063 0,287 0,116 0,057 0,067 0,096 0,016
Са, % 0,787 0,712 1,060 0,804 1,820 0,850 0,447 0,310
Мд, % 0,348 0,164 0,390 0,141 0,132 0,126 0,066 0,054
Среди представленных элементов можно выделить две группы. Первая группа элементов (А1, К, Ыа), составляющих терригенную (обломочную) часть донного осадка. Вторая группа элементов (Са, Мд), входящих в состав карбонатов. Бгтак же входящий в эту группу не выявлен. Третья группа элементов (2п, Си, Нд), связанных с антропогенным воздействием не выявлена.
4. Заключение
Донные отложения озера С-1 являются алевролитовыми песками, имеют кластогенный вид, силикатный класс и песчанистый вид. Для них характерны большее содержание золы (91,92%) и
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю
М О
а>
о
CS
№ Ol
О Ш
m х
повышенное содержание элементов составляющих терригенную часть (Al, K, Na) относительно других исследованных образцов. Содержание Рвсреднее и не вписывается в общую зависимость содержания железа в золе от содержания золы в образце.Следов антропогенного воздействия не выявлено. Основная сфера применения: удобрения, лечебные грязи.
Донные отложения озер Вач Лор, С-189 являются сапропелево-глинистыми илами имеют кла-стогенный вид, органосиликатный класс и органо-песчанистый вид. Для них характерны среднее содержание золы (45,51%, 42,16% соответственно) и среднее содержание элементов составляющих терригенную часть (Al, K, Na) относительно других исследованных образцов. Содержание Рвнаибольшее. Следов антропогенного воздействия не выявлено. Основная сфера применения: удобрения, лечебные грязи.
Донные отложения озер С-5, С-6, С-3, С-89, С-294 являются типичными сапропелями, имеют биогенный вид, органический класс. Содержание золы наименьшее и падает в ряду С-5, С-6, С-3, С-89, С-294. Содержание элементов составляющих терригенную часть (Al, K, Na) и Рвнаименьшее и падает в ряду С-5, С-6, С-3, С-89. Следов антропогенного воздействия не выявлено.Основная сфера применения: удобрения, кормовые добавки, лечебные грязи, для производства строительных материалов, клеящих добавок и буровых растворов.
Литература
1. Кордэ Н.В. Биостратификация и типология русских сапропелей. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 219 с.
2.Штин С.М. Озерные сапропели и их комплексное освоение. - М.: Изд-во МГГУ, 2005. - 373 с.
3. О роли скелетного и бесскелетного биогенного материала в формировании органического вещества баженовской свиты / Ю.Н. Занин, А.Г. Замирайлова, В.Р. Лившиц, В.Г. Эдер // Геология и геофизика. - 2008. - Т. 49. - № 4. - С. 357-366.
4. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 239 с.
5.Shackley, M. Steven (Ed.) X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF) in Geoarchaeology 2011 DOI 10.1007/978-1 -4419-6886-9 http://www.newbooks-services.de/MediaFiles/Texts/1/9781461436201_Excer pt_001.pdf
6. Hans A. van Sprang Fundamental parameter methods in XRF spectroscopy // Advances in X-ray Analysis, Vol.42, 2000
Characteristic peculiarities of the mineral composition of sapropeles of small lakes of the right shore of the Middle Oborie OF Western Siberia Sartakov M.P., Osnitsky E.M., Kudrin K.Yu., Larina N.S.,
Komissarov I.D. Yugra State University, Tyumen State University, State Agricultural
University of Northern Trans-Urals The aim of this work is to study the mineral composition of bottom sediments of eight small lakes located on the right bank of the Ob River (Western Siberia) in the Surgut region of the Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug - Ugra. The studies were carried out using wave dispersive X-ray fluorescence (WDFR) spectroscopy. The content of OM, ash, and oxides in the ash in the samples was established. Based on these data, a classification of the studied bottom sediments was given. The bottom sediments of Lake S-1 are siltstone sands, Lakes Vach Lor, S-189 weakly sapropelic siltstone sands, lakes S-5, S-6, S-3, S-89, S-294 are typical sapropels. The article presents the content of the main elements in the ash of the samples studied.
Key words: Sapropel, trace elements, organic matter, wave dispersive X-ray fluorescence spectroscopy, Middle Ob region, Western Siberia.
References
1. Korde N.V. Biostratification and typology of Russian sapropels. -
M.: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1960 .-- 219 p.
2. Shtin S.M. Lake sapropels and their integrated development. -
M.: Publishing House of Moscow State University, 2005 .-- 373 p.
3. On the role of skeletal and skeletal biogenic material in the
formation of organic matter of the Bazhenov formation / Yu.N. Zanin, A.G. Zamiraylova, V.R. Livshits, V.G. Eder // Geology and Geophysics. - 2008. - T. 49. - No. 4. - S. 357-366.
4. Guidelines for hydrobiological analysis of surface water and
bottom sediments. - L .: Gidrometeoizdat, 1983. 239 p.
5. Shackley, M. Steven (Ed.) X-Ray Fluorescence Spectrometry
(XRF) in Geoarchaeology 2011 DOI 10.1007 / 978-1-44196886-9 http://www.newbooks-services.de/MediaFiles/Texts/ 1 / 9781461436201_Excerpt_001.pdf
6. Hans A. van Sprang Fundamental parameter methods in XRF
spectroscopy // Advances in X-ray Analysis, Vol. 42, 2000
3
<
m о x
X
