CC BY
35
GEODYNAMICS & TECTONOPHYSICS
Published by the Institute of the Earth's Crust, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
PALEOGEODYNAMICS
2022 VOLUME 13 ISSUE 2s ARTICLE 0602
ISSN 2078-502X
DOI: 10.5800/GT-2022-13-2s-0602
87.
Sr/86Sr ISOTOPE RATIOS IN THE RIVER WATERS OF THE SOUTHERN URALS
D.V. Kiseleva 1E.S. Shagalov© 1, T.G. Okuneva 0 1, N.G. Soloshenko > 1, A.D. Ryanskaya 1, E.A. Pankrushina 1, S.V. Karpova1, K.K. Urazova1, A.R. Sidoruk2
1 Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 15 Academician Vonsovsky St, Ekaterinburg 620016, Russia
2 Ural Federal University, 19 Mira St, Ekaterinburg 620002, Russia
ABSTRACT. 87Sr/86Sr isotopic ratios are widely used to identify strontium sources and study strontium behaviour in (bio)geochemical cycles. 87Sr/86Sr in surface waters can reflect the average composition of bioavailable (i.e. available for further absorption by plants and animals) strontium in the catchment specific area. Based on those 87Sr/86Sr ratios, the regional maps of the bioavailable strontium distribution (strontium isoscapes) can be compiled. A complex block structure characterizes the Ural mountain system. Individual parts (blocks) are composed of rocks of various ages, genesis and geochemical characteristics, which can radically change at a distance of several tens of kilometres. Such variability would be reflected in strontium isotopic ratios, thus making it possible to determine the local isotopic signatures of bioavailable strontium.
This work aimed to study 87Sr/86Sr in the water in the rivers of the Southern Urals. We determined the contents and isotopic ratios of strontium in river water samples collected from the territories of the Orenburg and Chelyabinsk regions and the Republic of Bashkortostan in 2019-2020.
For the first time in the surface water of the rivers in the Southern Urals (Ural, Belaya, Tobol, Karagaily-Ayat, Sim, and others), the 87Sr/86Sr isotopic ratios have been determined, and their variations have been analyzed. 87Sr/86Sr values vary in the range 0.70666-0.71063 (average 0.70908) for the rivers of the Urals basin, 0.70749-0.71058 (average 0.70924) for the Kama-Volga basin, 0.70946-0.71176 (average 0.71071) for the Tobol basin. Such features of the strontium isotopic composition may be due to the influence of underlying rocks of the catchment area drained by river water. The data obtained can be used to identify the sources of strontium input into the water system during hydrological and environmental studies; to confirm the authenticity of food products of plant and animal origin; to carry out comparisons in the studies of the migration of ancient people and animals, as well as to determine the raw material areas for the production of vegetable and woollen textiles and wooden products in antiquity.
KEYWORDS: 87Sr/86Sr; bioavailable strontium; river water; Southern Urals
FUNDING: The study is supported by the Russian Foundation for Basic Research (project 20-09-00194) and performed within the state task of the IGG UB RAS АААА-А18-118053090045-8 at the "Geoanalitik" shared research facilities of the IGG UB RAS. The re-equipment and comprehensive development of the "Geoanalitik" shared research facilities of the IGG UB RAS is financially supported by the grant of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Agreement 075-15-2021-680).
SHORT COMMUNICATION Received: December 7. 2021
FOR CITATION: Kiseleva D.V., Shagalov E.S., Okuneva T.G., Soloshenko N.G., Ryanskaya A.D., Pankrushina E.A., Karpova S.V., Urazova K.K., Sidoruk A.R., 2022. 87Sr/86Sr Isotope Ratios in the River Waters of the Southern Urals. Geodynamics & Tectonophysics 13 (2s), 0602. doi:10.5800/GT-2022-13-2s-0602
Correspondence: Daria V. Kiseleva, podarenka@mail.ru
Revised: December 20, 2021 Accepted: December 30, 2021
ИЗОТОПНЫЕ ОТНОШЕНИЯ СТРОНЦИЯ 875г/8^г В ВОДЕ РЯДА РЕК ЮЖНОГО УРАЛА
Д.В. Киселева1, Е.С. Шагалов1, Т.Г. Окунева1, Н.Г. Солошенко1, А.Д. Рянская1, Е.А. Панкрушина1, С.В. Карпова1, К.К. Уразова1, А.Р. Сидорук2
1 Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАН, 620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15, Россия
2 Уральский федеральный университет, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, Россия
АННОТАЦИЯ. Изотопные отношения стронция 8^г/8^г широко используются для выявления источников стронция и исследования его поведения в (био)геохимических циклах, а в поверхностных водах они могут отражать усредненный состав биодоступного (доступного для дальнейшего поглощения растениями и животными) стронция на конкретной территории водосбора, на основании чего могут быть составлены региональные карты распределения биодоступного стронция ^г изоскейпы). Уральская горная система характеризуется блочной структурой, отдельные части (блоки) которой сложены разнообразными по возрасту, генезису и геохимическим особенностям горными породами, которые могут радикально изменяться на расстоянии нескольких десятков километров. Такая вариативность будет отражаться и в изотопных отношениях стронция, что позволит с достаточно высокой точностью определить локальные метки биодоступного стронция.
Целью работы являлось исследование изотопных отношений стронция 8^г/8^г в воде ряда рек Южного Урала. В образцах речной воды, отобранных в 2019-2020 гг. с территорий Оренбургской и Челябинской областей и Республики Башкортостан, определены содержания (квадрупольная масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой) и изотопные отношения стронция (мультиколлекторная масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой и термоионизационная масс-спектрометрия после хроматографического выделения стронция).
Впервые в поверхностной воде ряда рек Южного Урала (Урал, Белая, Тобол, Карагайлы-Аят, Сим и др.) определены изотопные отношения 8^г/8^г и проанализированы их вариации. Для рек бассейна р. Урал значения 8^г/8^г варьируются в диапазоне 0.70666-0.71063 (среднее 0.70908), для бассейна р. Кама - 0.70749-0.71058 (среднее 0.70924), для бассейна р. Тобол - 0.70946-0.71176 (среднее 0.71071). Подобные особенности изотопного состава стронция могут быть обусловлены типом подстилающих горных пород водосбора, дренируемых речной водой. Полученные данные могут быть использованы для выявления источников поступления стронция в водную систему при гидрологических и экологических исследованиях, для подтверждения аутентичности пищевых продуктов растительного и животного происхождения, для проведения сопоставлений при исследованиях миграций древних людей и животных, а также для определения сырьевых ареалов для производства растительного и шерстяного текстиля, деревянных изделий в древности.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: 8^г/86^г; биодоступный стронций; речная вода; Южный Урал
ФИНАНСИРОВАНИЕ: Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 20-09-00194, в рамках государственного задания ИГГ УрО РАН № АААА-А18-118053090045-8 с использованием оборудования ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН. Дооснащение и комплексное развитие ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН осуществляется при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, соглашение № 075-15-2021-680.
1. ВВЕДЕНИЕ
Радиогенные изотопные отношения стронция 87Sr/ 86Sr широко используются для выявления источников стронция и исследования его поведения в (био)гео-химических циклах. Так, изотопы стронция являются надежным инструментом идентификации взаимодействия водных бассейнов и водоносных горизонтов в различных гидрологических системах (поверхностные, подземные воды) [Frost, Toner, 2004; Zielinski et al., 2018]. В экологических исследованиях изотопы стронция маркируют антропогенный вклад от минеральных удобрений, рудничных, промышленных сточных и муниципальных канализационных вод, а также жидкостей гидроразрыва [Zielinski et al., 2018]. Отношения 87Sr/86Sr позволяют подтверждать происхождение или выявлять контрафактную продукцию растительного
и животного происхождения (сыр, вино, соки, кофе, оливковое масло), а также минеральную воду. В биологии и палеоэкологии изотопы стронция используются для изучения миграций современных и вымерших животных и птиц [Price et al., 2002], а в судебно-кри-миналистических исследованиях и экспертизе могут быть полезны при идентификации неопознанных трупов [Rauch et al., 2007].
Стронций поступает из пород в воду или почву посредством процессов выветривания, оказываясь доступным для дальнейшего поглощения растениями и животными (биодоступным) [Frei K.M., Frei R., 2010]. Для оценки 87Sr/86Sr биодоступного стронция используется целый ряд материалов - зубные и костные ткани ископаемых и современных животных, поверхностная и подземная вода, почва, растительность, раковины
моллюсков. Эти данные используются для выявления источников происхождения в гидрологических, аграрных и археологических исследованиях [West et al., 2010; Frei K.M., Frei R., 2010].
Изотопные отношения стронция в поверхностных водах малых водотоков могут отражать усредненный состав биодоступного стронция на конкретной территории водосбора, в отличие от водотоков крупных рек, усредняющих изотопно-геохимические данные с больших площадей [Scharlotta, Weber, 2014]. Поскольку вода имеет четко идентифицируемое и подтвержденное происхождение и отражает фоновые величины биодоступного стронция с большей хронологической устойчивостью, она может давать более точную картину биодоступных геохимических трассеров в древности даже по сравнению с современной или археологической фауной [Scharlotta, Weber, 2014; Frei K.M., Frei R., 2010].
Уральский регион, протянувшийся между ВосточноЕвропейской и Западно-Сибирской равнинами, является уникальным комплексным геологическим, географическим, историческим и экономическим объектом. Основная часть региона - Уральская горная система -характеризуется блочной структурой, отдельные части (блоки) которой сложены разнообразными по возрасту, генезису и геохимическим особенностям горными породами, которые могут радикально изменяться на расстоянии нескольких десятков километров (например [Puchkov, 2000; и др.]). Такая вариативность будет отражаться и в изотопных отношениях стронция, что позволит с достаточно высокой точностью определить локальные метки биодоступного стронция.
Цель работы - исследование изотопных отношений стронция 87Sr/86Sr в воде ряда рек Южного Урала (Урал, Белая, Сим, Тобол и др.).
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Образцы речной воды (15 шт.) были отобраны в июле - августе 2019 и 2020 гг. (рис. 1) на территориях Оренбургской и Челябинской областей и Республики Башкортостан. Для сопоставительных целей приведены данные по рекам Яндырка, Акмулла, Журумбай и Карагайлы-Аят, полученные ранее [Kiseleva et al., 2018]. Для рек по возможности опробовались основное русло и притоки. Координаты мест отбора зафиксированы GPS-датчиком мобильных телефонов. Образцы отбирали в полипропиленовые пробирки объемом 50 см3, консервировали 1 см3 дважды перегнанной концентрированной азотной кислоты HNO3 и запечатывали лентой фторопластового уплотнительного материала (ФУМ).
Измерения содержания стронция и изотопных отношений 87Sr/86Sr проведены в ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН (г. Екатеринбург) в блоке чистых помещений (классы 6 и 7 ИСО). В отфильтрованных через фильтр «синяя лента» образцах воды проводили определение содержания стронция методом квадрупольной масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на
масс-спектрометре NexION 300S в режиме количественного анализа. Для градуировки масс-спектрометра использовался стандартный образец (Inorganic Ventures) с содержанием стронция 10 мкг/л. Индий (10 мкг/л) использовался в качестве элемента внутреннего стандарта. Исходя из полученных содержаний стронция, рассчитывали коэффициенты упаривания для хро-матографического выделения стронция из воды. Хро-матографическое выделение стронция на смоле SR (Triskem) проведено по одностадийной схеме [Kasya-nova et al., 2019; Muynck et al., 2009].
Измерения изотопного состава стронция проводили на магнитосекторном мультиколлекторном масс-спектрометре с двойной фокусировкой с индуктивно связанной плазмой (МК-ИСП-МС) Neptune Plus и термоионизационном (ТИМС) Triton Plus. Для ТИМС стронций наносили в 1 мкл 3%-ной HNO3 с активатором Ta2O5 на Re ленту-испаритель и проводили измерение в статическом режиме (90 циклов, 8 с интеграции, 30 с базовая линия). Коррекция на изотопное масс-фракциони-рование при измерении изотопного состава стронция проводилась нормированием по 88Sr/86Sr=8.375209 по экспоненциальному закону [Nier, 1938]. Значение изотопного стандарта Sr NIST 987 на время проведения исследований 87Sr/86Sr=0.710257±18 (2 SD, N=8).
Для коррекции масс-дискриминации в МК-ИСП-МС использовали комбинацию брекетинга и нормализации по экспоненциальному закону 88Sr/86Sr=8.375209 [Nier, 1938]. Результаты дополнительно корректировались методом брекетинга с использованием изотопного стандарта карбоната стронция NIST SRM 987 на среднюю величину отклонения от референтного значения 0.710245 (согласно базе данных GeoReM, http:// georem.mpch-mainz.gwdg.de/) для каждых двух проб, взятых «в вилку» между измерениями NIST SRM 987. Для контроля измерений изотопного состава стронция изотопный стандарт NIST SRM 987 регулярно измерялся на протяжении длительного времени (в течение 2020 г.): 87Sr/86Sr=0.71025, 2SD=0.00012 (104 измерения в двух параллелях). Неопределенность в условиях внутрилабораторной воспроизводимости (2 а) для NIST SRM-987 составила ±0.003 %.
Бланк по стронцию составил 0.4 нг, что является пренебрежимо малой величиной для оказания значимого влияния на результаты изотопного анализа при среднем содержании стронция в пробе 0.6 мкг.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты определения содержания стронция (мг/л) и изотопных отношений 87Sr/86Sr в исследованных пробах приведены в табл. 1.
Бассейн р. Урал. Река Урал берет начало на склонах вершины Круглая сопка хребта Уралтау в Учалинском районе Башкортостана, сложенного метаморфическими породами докембрийского возраста. До г. Магнитогорска р. Урал протекает по вулканогенно-осадочным толщам девонского возраста с большими вариациями радиогенных отношений - 87Sr/86Sr 0.70368-0.72749
Рис. 1. Топографическая карта Южного Урала с речной системой (номера точек соответствуют порядковым номерам в табл. 1) (а) и фрагмент геологической карты Южного Урала (б) [Petrov, 2016]. Условные обозначения: https://vsegei.ru/ru/info/atlas/geol. Fig. 1. Topographic map of the Southern Urals with river system (point numbers correspond to the serial numbers in Table 1) (a) and the fragment of the geological map of the Southern Urals (б) [Petrov, 2016]. For legend see https://vsegei.ru/ru/info/atlas/geol.
Таблица 1. Результаты определения содержания стронция (мг/л) и изотопных отношений 87Sr/86Sr в исследованных пробах речной воды Южного Урала
Table 1. Sr concentrations (mg/l) and 87Sr/86Sr isotope ratios in the studied samples of river water collected in the Southern Urals
№ пп Шифр Место отбора Бассейн Координаты, град. Широта Долгота Sr±U , мг/л* exp ' 87Sr/86Sr±SE, abs**
1 М-1 р. Урал 54.095247 59.067524 0.24±0.04 0.71063±0.00001
2 ВУр-1 р. Урал 53.874372 59.204794 0.24±0.04 0.70955±0.00001
3 У-1 р. Урал 52.616366 58.987698 0.49±0.10 0.70878±0.00002
4 Пок-4 р. Урал, Ириклинское вдхр. 52.140260 58.845540 0.51±0.09 0.70915±0.00002
5 Иркл-5 р. Урал, Ириклинское вдхр. р. Урал 51.762645 58.812380 0.40±0.07 0.70892±0.00001
6 Горю-3 р. Урал 51.100952 58.090813 0.47±0.09 0.70902±0.00001
7 УРА-1 р. Урал 51.548070 53.366710 0.70±0.13 0.70666±0.00002
8 Арк-1 р. Утяганка 52.650673 59.573681 1.20±0.22 0.70976±0.00001
9 Арк-6 р. Большая Караганка 52.642906 59.551382 1.00±0.18 0.70928±0.00001
10 Белая р. Белая 53.033431 57.084380 0.20±0.04 0.71058±0.00004
11 12 Гамаза Октяб-3 р. Сим р. Ик р. Кама 54.899201 54.443611 57.781213 53.437531 0.10±0.02 4.40±0.80 0.70987±0.00001 0.70749±0.00001
13 Покр-Абд-1 р. Булатовка 53.782846 53.329873 0.39±0.07 0.70903±0.00001
14 НП5-1 р. Яндырка 52.885362 60.118417 0.37±0.07 0.71095±0.00002
15 K-7-1 р. Акмулла 52.860785 60.229995 0.30±0.05 0.71111±0.00001
16 17 В5-1 В13-1 р. Журумбай р. Карагайлы-Аят р. Тобол 52.855691 52.830321 60.362146 60.468055 0.11±0.02 0.32±0.06 0.71134±0.00001 0.71176±0.00001
18 Иматка р. Иматка, приток р. Уй 54.341544 60.098926 0.90±0.16 0.70946±0.00002
19 Тоб-3 р. Тобол 51.455075 61.158646 2.00±0.40 0.70965±0.00001
Примечание. *U - расширенная неопределенность (expanded uncertainty), фактор охвата k=2, доверительная вероятность 95 %. **SE, abs -стандартная ошибка среднего значения единичного измерения (standard error of the mean).
Note. *Uex - expanding uncertainty, coverage factor k=2, confidence probability 95 %. **SE, abs - standard error of the mean.
[Зегаукт et а1., 2003], а между Магнитогорском и Ор-ском река вскрывает преимущественно вулканогенные и осадочные толщи каменноугольного периода, а в некоторых участках - вулканиты девона, обогащаясь стронцием с пониженным 87Зг/8^г отношением. После г. Орска река резко поворачивает на запад и протекает в Губерлинских горах, сложенных гипербазитами среди вулканогенно-осадочных силурийско-девонских комплексов. Они имеют промежуточные значения концентраций стронция (0.47 мг/л) и изотопных отношений 87Зг/8^г (порядка 0.709). После впадения р. Кин-дерля на пути течения р. Урал развиты терригенно-осадочные толщи предуральского краевого прогиба нижнедевонско-нижнепермского возраста. В районе п. Беляевка в разрезе добавляются триасово-юрские отложения. Здесь река снова обогащается стронцием из карбонатсодержащих толщ с низким, вплоть до 0.70662, изотопным отношением. Незначительные вариации изотопного отношения и содержания стронция в воде р. Урал в пределах от г. Магнитогорска до г. Орска связаны с привносом материала различающимися по геохимическому составу левыми и правыми притоками, берущими начало в различных геолого-геодинамических блоках Южного Урала (рис. 2, а).
Реки Большая Караганка (в верховье р. Караган-ка) и Утяганка (левый приток) относятся к речному
бассейну реки Урал, протекают в Челябинской области через осадочные породы раннекаменноугольного возраста и вулканогенные и вулканогенно-осадочные комплексы позднего девона. Истоки рек приурочены к территории Суундукского тоналитового массива. На возвышенном мысу, образованном слиянием рек Большая Караганка и Утяганка, находится археологический памятник Аркаим - укрепленное поселение эпохи средней бронзы. Вода этих рек характеризуются довольно высоким содержанием стронция (1.0-1.2 мг/л) и изотопными отношениями 0.70928-0.70976. Из рис. 2, а, видно, что они вносят большой вклад в повышение ^г/^г отношения и содержания стронция при впадении в р. Урал выше устья Ириклинского водохранилища.
Бассейн р. Кама. Белая - река на Южном Урале и в Предуралье; левый и самый крупный приток р. Камы. Протекает по территории Башкортостана и по его границе с Татарстаном. Исток находится в болотах к востоку от горы Иремель, сложенной среднерифей-скими породами авзянской свиты Башкирского ан-тиклинория. Протекая в юго-юго-западном направлении по достаточно узкой полосе серменевской и бель-ской свит силурийско-девонского возраста, р. Белая вбирает реки Башкирского антиклинория, Кракин-ского гипербазитового аллохтона, восточного крыла Зилаирской синформы и западного крыла Уралтауской
антиформы. Делая плавный поворот на запад, обтекая комплексы Башкирского антиклинория (878г/868г 0.73338-0.88367 [СогокИоу et а1., 2019; авторские данные]) в районе п. Ира, река разворачивается на север. Ниже впадения правого притока р. Нугуш, по мере выхода на равнину, долина постепенно расширяется; после впадения р. Уфы р. Белая представляет собой типично равнинную реку. Здесь она течет по различным пермским отложениям.
Река Белая опробована в ее южной части в районе карстовой пещеры Шульган-Таш - широкоизвестного объекта карстоведческих и археологических исследований благодаря наскальным рисункам первобытного человека эпохи палеолита. Пещера заложена в толще пелитоморфных серых известняков верхнего девона и нижнего карбона (878г/8(^г 0.70873-0.71034 [ЮБе1еуа et а1., 2020]).
Река Сим (правый приток р. Белой) протекает по территории Челябинской области и Республики Башкортостан. Она берет свое начало и большей частью течет по осадочным протерозойским толщам (878г/86Бг 0.705-0.712 (карбонатные толщи), некоторые минеральные фазы (глауконит) имеют изотопное отношение до 2-4 [Kuznetsov et а1., 2006; 7акБеуа et а1., 2008]), местами пересекая неширокие толщи верхнедевон-ско-нижнепермского возраста. После г. Аша река течет по широкой долине, заполненной неоген-четвертичными отложениями, подстилающейся пермскими толщами с «островами» нижнетриасовых пород. Игна-тиевская пещера - памятник природы и культуры мирового значения, расположена в скальном правом берегу р. Сим, залегает в доломитизированных известняках фаменского яруса верхнего девона (878г/86Бг 0.708120.71109, авторские данные).
Несмотря на то, что образцы из рек Белая и Сим отбирались в районах распространения карбонатных толщ девона - карбона, они несут в себе существенные метки от древних докембрийских толщ (878г/86Бг более 0.710, рис. 2, б).
Река Ик и ее приток р. Булатовка (через левый приток р. Тирис) - река в Башкортостане, Татарстане и Оренбургской области, левый приток р. Камы. Протекает в пределах Бугульминско-Белебеевской возвышенности, в основном вскрывает отложения казанского яруса верхнепермского периода (значения 878г/86Бг 0.70727-0.70745, авторские данные). По содержанию стронция и его изотопному отношению реки довольно контрастны (4.4 мг/л Sr при 878г/8^г отношении 0.70749 для р. Ик и 0.39 мг/л Sr при 878г/8^г отношении 0.70903 для р. Булатовка).
Бассейн р. Тобол. Тобол - река в Казахстане и России, левый и самый многоводный приток р. Иртыш, протекает над глубинным разломом земной коры и разграничивает Курганский синклинорий и Тоболо-Убаганское поднятие. В верховье течет на юго-восток вдоль границы с Казахстаном, в районе заброшенного поселка Приречный (Казахстан) резко меняет направление на северо-северо-восточное. В Россию вновь
втекает в районе п. Усть-Уйское (Курганская область), где сливается с р. Уй. Территория водосбора представляет собой довольно плоскую часть Урало-Тобольского плато, закрытую неоген-четвертичными глинами (преимущественно озерными), с небольшими «окнами» - мульдами, выполненными корами выветривания по палеозойским породам акаргино-буруктальского дунит-гарцбургитового, барамбаевского диорит-пла-гиогранитного и шалкарского гранитного комплексов,
0.706
0.710-
0.709 -
0.708 -
0.707 (в) 0.712
♦ ♦ ^4 мг/л ♦ ♦
♦
♦ B7Sr/B'Sr ♦ ♦ Sr, мг/л ♦
0.4
03 , г
0.2 л - 0.1
0.711 -
<р ùj
0.710-
0.709
14 15 16
17 18 19
Рис. 2. Вариации содержаний стронция (мг/л) и отношения 87Sr/86Sr в водах рек, относящихся к бассейнам р. Урал (а), Кама (б), Тобол (е).
Номера по оси абсцисс (и на графике а) соответствуют номерам в табл. 1. Соединенные точки соответствуют течению реки от истока к устью. Положение точек 8 и 9 (р. Большая Караганка и ее приток р. Утяганка) соответствует их географическому месту впадения в р. Урал между точками 3 и 4 (см. рис. 1, а).
Fig. 2. Sr contents (mg/l) and 87Sr/86Sr ratios in the river water related to the Ural (a), Kama (б) and Tobol (е) basins. Numbers in the horizontal axis correspond to the numbers in Table 1. The points connected by lines indicate the river flow from source to mouth. The position of points 8 and 9 (Bolshaya Karaganka River and its tributary, Utyaganka River) corresponds to their geographical place of confluence with the Ural River between points 3 and 4 (see Fig. 1, a).
а также терригенными породами осадочных толщ позднего девона и акаргинской вулканогенной толщи раннего карбона. Значения 87Sr/86Sr при повышенных содержаниях стронция до 2 мг/л могут быть связаны с породами чехла Западно-Сибирской плиты.
Река Карагайлы-Аят (в верховье Акмулла) протекает на юге Челябинской области России и Костанай-ской области Казахстана. В бассейне р. Карагайлы-Аят располагаются несколько десятков археологических объектов разного времени - укрепленные поселения Каменный Амбар и Коноплянка (XXI-XVII вв. до н.э.), могильник Неплюевский (XIX-XVI вв. до н.э.), Журум-бай, Елизаветпольское-20 и др. Река берет начало в Джабык-Карагайском бору северо-западнее села Акмулла (Карталинский район Челябинской области) среди гранитоидов Джабык-Карагайского массива. Течет сначала на юг по кремнистым осадочным толщам рым-нинской свиты раннего ордовика, затем поворачивает на восток, протекая по вулканогенно-осадочным породам брединской свиты, вулканитам акаргинской толщи и осадкам еткульской толщи раннего карбона (турнейский и визейский ярусы). Принимает ряд притоков: р. Журумбай (левый приток), р. Яндырка (правый приток), берущих свое начало среди гранитоидов Варшавского и Неплюевского массивов соответственно. Частично в зону водосбора попадают Южно-Варшавский и Карагайский ультрамафитовые массивы. Высокие радиогенные значения 87Sr/86Sr в исследованных реках (рис. 2, в) могут быть обусловлены высокими изотопными отношениями стронция в породах, корах выветривания и почвах в пределах водосбора исследуемых рек: граните Варшавского массива (0.71564), граните Неплюевского массива (0.80755) и кварцитосланце из района д. Коноплянка (0.75355) [Ki-seleva et al., 2018].
Иматка - небольшой (21 км) левый приток р. Уй в Челябинской области, левого притока р. Тобол. Имат-ка берет начало среди силурийско-раннедевонских кремнистых терригенных осадков булатовской толщи. Затем она пересекает Вандышевский гранитный массив, на юге которого впадает в р. Уй. На рис. 2, в, она характеризуется относительно низкими значениями 87Sr/86Sr при повышенных содержаниях стронция, что может быть связано с мантийной природой Ван-дышевского массива (87Sr/86Sr 0.705497-0.707966 для однотипного и одновременного Степнинского массива [Bea et al., 2005]), в отличие от гранитоидов Варшавского и Неплюевского массивов (87Sr/86Sr 0.706700.71625, которые имеют повышенную континентальную составляющую [Tevelev et al., 2006; State Geological Map..., 2018]).
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Впервые в поверхностной воде ряда рек Южного Урала (реки Урал, Белая, Тобол, Карагайлы-Аят, Сим и др.) и дренируемых ими породах водосбора (карбонатные толщи по берегам рек Белая, Сим и пермских песчаников Бугульминско-Белебеевской возвышенности)
определены изотопные отношения 87Sr/86Sr и проанализированы их вариации. Для рек бассейна р. Урал значения 87Sr/86Sr варьируются в диапазоне 0.706660.71063 (среднее 0.70908), для бассейна р. Камы -0.70749-0.71058 (среднее 0.70924), для бассейна р. Тобол - 0.70946-0.71176 (среднее 0.71071). На примере крупной р. Урал, пересекающей множество геолого-геохимически разнообразных структур, показаны вариации значений 87Sr/86Sr отношений в широком диапазоне и сильное влияние бассейна водосбора. В пределах Оренбургской и Челябинской областей намечается тренд увеличения среднего значения отношений изотопов стронция в речной воде с запада на восток. Подобные вариации обусловлены типом подстилающих горных пород водосбора, дренируемых речной водой. Полученные данные могут быть использованы для выявления источников поступления стронция в водную систему при гидрологических и экологических исследованиях, для подтверждения аутентичности пищевых продуктов растительного и животного происхождения, для проведения сопоставлений при исследованиях миграций древних людей и животных, а также для определения сырьевых ареалов для производства растительного и шерстяного текстиля, деревянных изделий в древности.
5. ЗАЯВЛЕННЫЙ ВКЛАД АВТОРОВ / CONTRIBUTION OF THE AUTHORS
Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку публикации.
The authors contributed equally to this article.
6. КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ / CONFLICT OF INTERESTS
Авторы заявляют об отсутствии у них конфликта интересов. Все авторы прочитали рукопись и согласны с опубликованной версией.
The authors have no conflicts of interest to declare. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.
7. ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Bea F., Fershtater G.B., Montero P., Smirnov V.N., Molina J.F., 2005. Deformation-Driven Differentiation of Granite Magma: The Stepninsk Pluton of the Uralides, Russia. Lithos 81, 209-233. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2004.10.004.
Frei K.M., Frei R., 2010. The Geographic Distribution of Strontium Isotopes in Danish Surface Waters - A Base for Provenance Studies in Archaeology, Hydrology and Agriculture. Applied Geochemistry 26 (3), 326-340. https://doi. org/10.1016/j.apgeochem.2010.12.006.
Frost C.D., Toner R.N., 2004. Strontium Isotopic Identification ofWater-Rock Interaction and Ground Water Mixing. Ground Water 42 (3), 418-432. https://doi.org/10.1111/ j.1745-6584.2004.tb02689.x.
Gorokhov I.M., Zaitseva T.S., Kuznetsov A.B., Ovchinni-kova G.V., Arakelyants M.M., Kovach V.P., Konstantinova G.V., Turchenko TL., Vasilyeva I.M., 2019. Isotope Systematics and
Age of Authigenic Minerals in Shales of the Upper Riphean Inzer Formation, South Urals. Stratigraphy and Geological Correlation 27, 133-158. https://doi.org/10.1134/S0869 593819020035.
Kasyanova A.V., Streletskaya M.V, Chervyakovskaya M.V., Kiseleva D.V., 2019. A Method for 87Sr/86Sr Isotope Ratio Determination in Biogenic Apatite by MC-ICP-MS Using the SSB Technique. AIP Conference Proceedings 2174, 020028. https://doi.org/10.1063/1.5134179.
Kiseleva D.V., Shagalov E.S., Chervyatsova O.Ya., Oku-neva T.G., Soloshenko N.G., 2020. Sr Isotope Ratios in the Water-Rock System of the Shulgan-Tash (Kapova) Cave. Proceedings of the Fersman Scientific Session of the GI KSC RAS 17, 260-264 (in Russian) [Киселева Д.В., Шагалов Е.С., Червяцова О.Я., Окунева Т.Г., Солошенко Н.Г. Изотопные отношения стронция в системе вода-порода пещеры Шульган-Таш (Капова) // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2020. Т. 17. С. 260-264]. https:// doi.org/10.31241/FNS.2020.17.049.
Kiseleva D.V, Shagalov E.S., Zaitseva M.V., Streletskaya M.V., Karpova S.V., 2018. Isotope-Geochemical (Sr, Pb) Study of the Section of the Soil and Plant Layer in the Area of Archaeological Sites of the Bronze Age in the Southern Urals. Geoarchaeology and Archaeological Mineralogy 10, 37-41 (in Russian) [Киселева Д.В., Шагалов Е.С., Зайцева М.В., Стрелецкая М.В., Карпова С.В. Изотопно-геохимическое (Sr, Pb) исследование разреза почвенно-растительно-го слоя в районе археологических памятников эпохи бронзы на Южном Урале // Геоархеология и археологическая минералогия. 2018. Т. 5. С. 37-41].
Kuznetsov A.B., Gorokhov I.M., Semikhatov M.A., Kislo-va I.V, Maslov A.V., Krupenin M.T, Prasolov E.M., 2006. New Data on Sr- and C-Isotopic Chemostratigraphy of the Upper Riphean Type Section (Southern Urals). Stratigraphy and Geological Correlation 14, 602-628. https://doi.org/10.11 34/S0869593806060025.
Muynck D.D., Huelga-Suarez G., Heghe L.V., Degryse P., Vanhaecke F., 2009. Systematic Evaluation of a Strontium-Specific Extraction Chromatographic Resin for Obtaining a Purified Sr Fraction with Quantitative Recovery from Complex and Ca-Rich Matrices. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 24, 1498-1510. https://doi.org/10.1039/B 908645E.
Nier A.O., 1938. The Isotopic Constitution of Strontium, Barium, Bismuth, Thallium and Mercury. Physical Review 54 (4), 275-278. https://doi.org/10.1103/PhysRev.54.275.
Petrov O.V. (Ed.), 2016. Geological Map of Russia and Adjacent Water Areas. Scale 1:2500000. VSEGEI Publishing House, Saint Petersburg (in Russian) [Геологическая карта России и прилегающих акваторий. Масштаб 1:2500000 / Ред. О.В. Петров. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2016].
Price TD., Burton J.H., Bentley R.A., 2002. The Characterization of Biologically Available Strontium Isotope Ratios for the Study of Prehistoric Migration. Archaeometry 44 (1), 117-136. https://doi.org/10.1111/1475-4754.00047.
Puchkov V.N., 2000. Paleogeodynamics of the Southern and Middle Urals. Gilem, Ufa, 146 p. (in Russian) [Пучков В.Н.
Палеогеодинамика Южного и Среднего Урала. Уфа: Ги-лем, 2000. 146 с.].
Rauch E., Rummel S., Lehn C., Buttner A., 2007. Origin Assignment of Unidentified Corpses by Use of Stable Isotope Ratios of Light (Bio-) and Heavy (Geo-) Elements - A Case Report. Forensic Science International 168 (2-3), 215-218. https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2006.02.011.
Scharlotta I., Weber A., 2014. Mobility of Middle Holocene Foragers in the Cis-Baikal Region, Siberia: Individual Life History Approach, Strontium Ratios, Rare Earth and Trace Elements. Quaternary International 348, 37-65. https:// doi.org/10.1016/j.quaint.2014.03.040.
Seravkin I.B., Kosarev A.M., Gorozhanin V.M., 2003. Rb and Sr Isotopic Ratios and Radiologic Age of the Volcano-genic Complexes of the Baimak-Buribai (D1EMS), Irendyk (D1-D2e) and Karamalytash (D2e) Suites. Geological Collection 3, 141-151 (in Russian) [Серавкин И.Б., Косарев А.М., Горожанин В.М. Изотопные отношения Rb и Sr и радиологический возраст вулканогенных комплексов бай-мак-бурибаевской (D1EMS), ирендыкской (D1-D2e) и карамалыташской (D2e) свит // Геологический сборник. № 3. 2003. C. 141-151].
State Geological Map of the Russian Federation, 2018. South Ural Series. Scale 1:200000. Sheet N-41-XXV (Kartaly). Explanatory Note. Moscow Branch of VSEGEI, Moscow, 175 p. (In Russian). [Государственная геологическая карта Российской Федерации. Серия Южно-Уральская. Масштаб 1:200000. Лист N-41-XXV (Карталы): Объяснительная записка. М.: МФ ВСЕГЕИ, 2018. 175 с.].
Tevelev A.V., Kosheleva I.A., Popov V.S., Kuznetsov I.E., Osipova T.A., Pravikova N.V., Vostretsova E.S., Gustova A.S., 2006. Paleozoids of the Eastern Ural/Trans-Ural Junction. A.M. Nikishin (Ed.), Proceedings of the Laboratory of Orogeny. Iss. 4. MSU Publishing House, Moscow, 300 p. (in Russian) [Тевелев А.В., Кошелева И.А., Попов В.С., Кузнецов И.Е., Осипова Т.А., Правикова Н.В., Вострецова Е.С., Густова А.С. Палеозоиды зоны сочленения Восточного Урала и Зауралья // Труды лаборатории геологии складчатых поясов / Ред. А.М. Никишин. М.: Изд-во МГУ, 2006. Вып. 4. 300 с.].
West J.B., Bowen G.J., Dawson T.E., Tu K.P. (Eds), 2010. Isoscapes: Understanding Movement, Pattern, and Process on Earth through Isotope Mapping. Springer, 478 p. https:// doi.org/10.1007/978-90-481-3354-3.
Zaitseva T.S., Gorokhov I.M., Ivanovskaya T.A., Semikhatov M.A., Kuznetsov A.B., Mel'nikov N.N., Arakelyants M.M., Yakovleva O.V., 2008. Mössbauer Characteristics, Mineralogy and Isotopic Age (Rb-Sr, K-Ar) of Upper Riphean Glau-conites from the UK Formation, the Southern Urals. Stratigraphy and Geological Correlation 16, 227-247. https://doi. org/10.1134/S0869593808030015.
Zielinski M., Dopieralska J., Belka Z., Walczak A., Siepak M., Jakubowicz M., 2018. Strontium Isotope Identification of Water Mixing and Recharge Sources in a River System (Oder River, Central Europe): A Quantitative Approach. Hydro-logical Processes 32 (16), 2597-2611. https://doi.org/10. 1002/hyp.13220.
