CC BY
35
УДК 553.31
© Т.Г.Рященко, С.И.Штельмах, Е.Г.Вологина, 2017
I Микроэлементный состав донных осадков озера Байкал (район Академического хребта)
Т.Г.РЯЩЕНКО, С.И.ШТЕЛЬМАХ, Е.Г.ВОЛОГИНА (Институт земной коры СО РАН; 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128).
Рассматриваются результаты исследования содержания и распределения микроэлементов в поверхностных донных осадках (интервал 0-100 см) озера Байкал. Концентрации 25 микроэлементов определялись с помощью спектрометра S8 TIGER. Изучены группы токсичных (с расчетами специального показателя загрязнения Zc), преобладающих и второстепенных компонентов, рассчитаны различные индикаторные коэффициенты, проведена статистическая обработка данных. На основании полученных материалов установлены признаки для выделенных в разрезах-колонках голоценовых илов и позднеплейстоценовых глин. Сходство осадков с континентальными лессовыми отложениями установлено по ванадию, барию, стронцию и рубидию.
Ключевые слова: микроэлементы, содержание, донные осадки, ил, глина, загрязнение, индикаторные коэффициенты.
Рященко Тамара Гурьевна [email protected]
Штельмах Светлана Ивановна [email protected]
Вологина Елена Геннадьевна [email protected]
IMicroelemental composition of bottom sediments of the Baikal lake (the Academic ridge area)
T.G.RYASHCHENKO, S.I.SHTEL'MAKH, E.G.VOLOGINA
The article considers the research results of the microelement contents and distribution in the superficial bottom sediments of the Baikal lake (0-100 cm range). The concentrations of 25 microelements were determined using the S8 TIGER spectrometer. The groups of toxic, dominant and secondary components were studied (with the calculations of the special pollution index Zc), various indicative coefficients were calculated, and the statistical data was processed. Based on the obtained materials, the features of the identified Holocene muds and the Late Pleistocene clays were revealed in the lithological sections. The similarity of the sediments with the continental loessial deposits was established with respect to the vanadium, barium, strontium, and rubidium concentrations.
Key words: microelements, content, bottom sediments, mud, clay, pollution, indicative coefficients.
Изучение донных осадков озера Байкал проводилось в 1993-1999 гг. в рамках Международного проекта «Байкалбурение» [4]. Т.Г.Рященко с коллегами занималась анализом материалов по скв. BDP-1-93 глубиной 100 м для выявления присутствия элементарных эоловых слоев в донных осадках в результате сопоставления последних с континентальными лёссовыми отложениями Иркутско-Черемховской равнины [11]. В 2003 г. появилась возможность изучить микроструктуру, химический состав и некоторые физико-химические свойства самой верхней (0-100 см) части разреза в районе Академического хребта по кернам 17, 18, 19, 22 (21 образец), полученным в рамках работ по интеграционному проекту GEOPASS (Геохимический круговорот, источники и формирование осадков в
оз. Байкал); отбор проводился с помощью грунтовой трубки EAWAG-63/S, интервал опробования составил 10 см (0-10, 10-20, 20-30 см и др.) [7].
Отложения представлены следующими геолого-генетическими комплексами (ГГК): биогенно-терри-генными илами и подстилающими их глинами. Илы являются осадками, накопленными в спокойной обстановке седиментации, образованы преимущественно терригенным материалом. Оценка скоростей современного осадконакопления, литологические данные и результаты диатомового анализа указывают на голоцено-вый возраст поверхностных илов [1, 10]. Горизонт глин имеет позднеплейстоценовый возраст ^3), поскольку в его верхней части обнаружен Stephanodiscus :ЙаЬе1Мш. Календарный возраст отложений, в которых
отмечается пик этого вида, оценивается в 14 000 календарных лет [10, 18, 21].
Результаты изучения микроструктуры, химического состава и свойств образцов осадков по указанным выше кернам (колонкам) были представлены в специальном разделе монографии [12].
Значительно позже те же самые образцы явились объектами изучения их микроэлементного состава с целью сопоставлений с континентальными лёссовыми толщами Прибайкалья и глинистыми отложениями разнообразных геолого-генетических комплексов. Кроме того, проводились расчеты специального показателя Ъс для оценки степени загрязнения осадков и индикаторных отношений (коэффициентов) различных микроэлементов, отражающих общие геохимические особенности толщи. На основе полученных данных установлены признаки для выделенных в разрезах-колонках голоце-новых илов и позднеплейстоценовых глин.
В статье показаны результаты исследования содержания микроэлементов в поверхностных донных осадках (интервал 0-100 см) озера Байкал.
Методика. Концентрации микроэлементов определялись с помощью спектрометра S8 TIGER (Германия, фирма Брукер) [9]. Использовалась рентгеновская трубка с анодом из родия. Высокое напряжение составляло 40-50 кВ, сила тока - 40-50 мА, в случае определения фтора - 70 мА. Время регистрации аналитического сигнала изменялось от 60 до 100 с, время измерения фона
- 30-60 с.
Установлено содержание (ррт) следующих микроэлементов: V, Сг, Со, №, Си, Ъп, РЬ, Лб, Sn, Ва, Sr, Ъг, Се, Rb, S, Е, La, №, X №>, Ga, W, Мо, и,ТЪ (всего 25). Кроме того, определялась концентрация (в %) некоторых породообразующих оксидов (ТЮ2, СаО, Fe2O3, МпО) для расчета ряда индикаторных отношений (П/Ъг, Са^г, Мп/Бе). При обработке полученных данных применялась программа «Стандартная статистика» (EXSEL).
Выделена группа токсичных элементов - V, Сг, Со, №, Си, Ъп, РЬ, Лб, Sn, Е Кроме того, по содержанию установлены преобладающие (Ва, Sr, Се, S, Ъг, Rb) и второстепенные (Ьа, Nd, X, Ga, ТЪ, Мо, и, Nb, W) компоненты. В первом случае концентрация преимущественно >100 ррт, во втором <50 ррт, но может возрастать до 160 или составлять <5 ррт.
Оценка уровня химического загрязнения проводилась по суммарному показателю (Ъс), отражающему эффект воздействия Со, №, Си, Ъп, Лб. Расчет выполняется следующим образом: Ъс=Х[М-(п-1)], где М
- коэффициент концентрации ьэлемента в образце, равный для Со, №, Си, Ъп отношению концентрации токсичного элемента к фоновому содержанию, для РЬ, Лб - отношению их содержаний к предельно допустимым концентрациям (ПДК); п - число учитываемых элементов (п=6) [8].
При изучении континентальных глинистых и лёссовых отложений геолого-литологических разрезов в
районе Братского водохранилища, техногенных глинистых образований на территории Иркутска и глинистого аллювия в районе г. Шелехов, глин из пещеры Горомэ (Окинское плато в Восточном Саяне) [13-15] и данных других публикаций [6] по значениям Ъс выделены три уровня степени загрязнения: слабая (7-18), средняя (19-40) и сильная (>40). Согласно нормативным уровням загрязнения [16], удовлетворительная ситуация может быть при Ъс <16, критическая - 16-32, чрезвычайная - 32-128, катастрофическая (экологическое бедствие) - >128.
Для характеристики общих геохимических особенностей осадков и определения признаков их страти-графо-литологической принадлежности произведен расчет следующих индикаторных отношений (коэффициентов): Т/Ъг (К1), ЬатУ (К2), ^Ъп (К3), Са^г (К4), Мп/Бе (К5), Sr/Ba (К6), Rb/Sr (К7).
При получении коэффициентов Т/Ъг, Са^г, Мп/Бе предварительно проводился расчет концентраций титана, кальция, марганца и железа из содержаний оксидов этих элементов по химическим уравнениям путем составления пропорций.
Например, из уравнения 2Са+02=2Са0 концентрация кальция определяется следующим образом: т(Са)=т(СаО)хМ(Са)/М(СаО), где т(СаО) - масса оксида кальция (%); М(Са) и М(СаО) - произведения молярных масс на количество моль по уравнению (в граммах). Полученная масса кальция т(Са) (%) умножалась на 104 (ррт).
Несколько слов о роли этих коэффициентов.
Пониженные значения К1 (Ti/Ъr), связанные с относительно завышенной концентрацией циркония (циркон относится к группе очень устойчивых к выветриванию минералов), свойственны для более древних, химически зрелых отложений, при этом определенную роль в этом случае играет повышенное содержание глинистой фракции [17].
Коэффициент К4 (Са^г) можно рассматривать в качестве климатического критерия: повышенные значения отражают холодные аридные условия и, следовательно, незначительную степень химической зрелости отложений. Например, для эолово-делювиальных лёссовых покровов (их формирование происходит в условиях холодного семиаридного климата перигляци-альной зоны) К4 определен в диапазоне 105-129; для выделенных в разрезе погребенных почв, образование которых связано с потеплением и увлажнением климата и, соответственно, существенными химическими преобразованиями, этот диапазон составляет 65-94 [15]. Следовательно, более химически зрелые (и более древние по стратиграфической принадлежности) отложения характеризуются пониженными значениями К1 (Т/Ъг) и К4 (Са^г).
Мп/Ее (К5) обычно мало отклоняется от среднего значения 0,019, которое, согласно классификации Я.И.Юдовича [20], соответствует континентальным
четвертичным отложениям и считается унаследованным от магматических пород. Коэффициент К7 (ДЬ^г) отражает отношение двух преобладающих микроэлементов: при К7>1 рубидия больше, чем стронция, и наоборот; аналогичная ситуация наблюдается для КЗ (У/2п). Остается К2 (Ьа/У), но поскольку лантан является второстепенным по концентрации микроэлементом, а ванадий входит в группу преобладающих, то коэффициент всегда будет <1.
Обсуждение результатов. Группа токсичных микроэлементов. Концентрации токсичных микроэлементов и их распределение в голоценовых илах и верхнеплейстоценовых глинах (табл. 1) показали следующее. Во-первых, во всех колонках преобладает фтор и ванадий, в ничтожном количестве (<4 ррт) присутствует олово; во-вторых, в глинах по сравнению с ила-ми отмечается увеличение фтора, ванадия, цинка, меди и хрома; в-третьих, закономерно возрастает показатель загрязнения (2с) от слабого-удовлетворительного (719 в илах) до среднего-критического (27-36 в глинах) (см. табл. 1). Мышьяк сосредоточен в нижней части разрезов - верхнеплейстоценовых глинах (13-19 ррт), в илах его содержание преимущественно <5 ррт (редко
7-15). Фтор, как известно, является токсичным микроэлементом первого класса, его содержание связано с гранулометрическим составом отложений: в песках фтора содержится 20-150 ррт, в глинах - 450-1200 ррт [18].
Полученные результаты по содержанию токсичных компонентов в донных осадках четырех колонок-разрезов (п=21) позволили произвести их статистическую обработку (табл. 2). По средним значениям концентраций господствует фтор (687 ррт), далее следуют ванадий, цинк, медь и хром, на последнем месте (не считая олова и мышьяка) находится кобальт (22 ррт) (рис. 1). Минимальная степень изменчивости, характеризующаяся коэффициентом вариации (V, %), отмечается для ванадия и свинца (У15-19), в остальных случаях разнородность концентраций возрастает (У25-39). Показатель загрязнения (среднее значение 25) также характеризуется повышенной изменчивостью (У34), что доказывает существующие различия между выделенными геолого-генетическими комплексами исследованных донных осадков.
При изучении микроэлементного состава глинистых отложений пещеры Горомэ выполнялся сравнительный анализ по величине «коэффициента токсичности» (К),
1. Токсичные микроэлементы в донных осадках оз. Байкал (Академический хребет)
Глубина ГГК Микроэлементы гс
интервала, см V Сг Со N1 Си гп F РЬ Л« 8п
Колонка 17
0-10 98 27 9 16 25 32 <200 24 <5 <4 7
10-20 Q4 92 46 37 39 61 62 <200 19 7 <4 19
20-31 174 72 24 59 106 117 104 28 15 <4 31
31-44 Qз 166 81 27 63 92 124 604 30 14 <4 32
Колонка 18
0-10 103 20 15 20 37 38 <200 23 <5 Не опр. 9
10-20 Q4 97 43 27 36 58 58 <200 20 <5 <4 15
20-40 160 54 20 40 70 73 <200 23 <5 <4 16
40-55 174 77 24 66 117 127 280 26 19 <4 36
55-69 Qз 164 79 27 62 99 122 486 29 15 <4 32
69-87 166 86 22 61 97 132 829 30 13 <4 31
Колонка 19
0-10 Q4 141 68 19 44 55 81 383 19 10 <4 22
10-20 158 80 22 50 75 94 190 24 15 <4 27
20-30 Qз 183 87 23 57 89 119 216 28 16 <4 31
30-40 173 86 23 62 91 123 234 28 18 <4 34
40-52 152 85 20 51 58 100 205 24 16 <4 29
Колонка 22
0-10 144 54 15 34 56 74 <200 26 <5 <4 14
10-21 Q4 154 83 20 50 67 100 754 22 15 <4 27
21-31 168 78 21 51 83 113 585 25 14 <4 28
31-38 161 83 20 46 64 108 908 25 13 <4 26
38-52 Qз 152 77 25 57 68 151 1087 32 15 <4 32
52-67 149 70 25 55 66 140 716 30 14 <4 30
Примечание. ГГК - геолого-генетический комплекс осадков; 7с - показатель загрязнения.
2. Результаты статистической обработки данных о содержании токсичных микроэлементов в донных осадках оз. Байкал (Академический хребет) (п=21)
П Микроэлементы Zc
V Cr Co Ni Cu Zn F* Pb
Х ф 149 68 22 46 73 99 561 26 25
Х . min 2 20 9 16 25 32 205 19 7
Х max 183 87 37 66 117 151 1087 32 36
а 27,65 19,93 5,57 13,74 22,73 33,07 288,90 3,75 8,49
V, % 19 29 25 30 31 33 51 15 34
0 20,86 15,87 3,86 10,78 18,25 29,92 239,88 3,07 7,05
Ч 158 77 22 51 68 106 585 25 28
Примечание. Здесь и в таблицах 5, 9: П - статистические показатели: Х , Х . , X - среднее, минимальное и максималь-
г ' ср' min' max г 7
ное значения параметра микроструктуры; а - стандартное отклонение; V - коэффициент вариации; 0 - среднее отклонение; Md - медиана; n - число образцов; Zc - показатель загрязнения (в долях единицы); F* (n=13).
Рис. 1. Содержание (ррт) токсичных микроэлементов в донных осадках оз. Байкал в районе Академического хребта (средние значения, п=21, для фтора п=15)
Рис. 2. Содержание (ррт) преобладающих микроэлементов в донных осадках оз. Байкал в районе Академического хребта (средние значения, п=20-21)
который рассчитывался как отношение максимального значения концентрации токсичного компонента (Стах) из исследуемой выборки данных к величине его кларка (Ск1) по А.П.Виноградову: Ю=Стах/СЫ [14]. Донные осадки явились объектом аналогичного сопоставления (табл. 3).
Осадки соответствуют пещерным отложениям по коэффициенту токсичности, рассчитанному для меди (2,5-2,6), цинка (1,8-2,0) и фтора (1,7), старичной фации глинистого аллювия (I) - только по никелю (1,01,0), лёссовому делювию и аллювию (III, IV) - по ванадию (2,0-1,9). Палеоген-неогеновые озерные глины (V) занимают самостоятельное положение: они менее токсичны в сравнении с осадками Байкала по ванадию (1,6), кобальту (1,3), меди (1,0), цинку (0,7), но в них больше свинца (4,8) и никеля (2,1). Можно сделать следующие выводы:
концентрации хрома и никеля в осадках близки к величине кларка, но все остальные токсичные компоненты его превышают;
на общем сравнительном фоне наибольшая близость
между донными осадками и лёссовыми делювиальными толщами наблюдается по ванадию;
глинистые осадки Байкала, старичная фация аллювия и глинистые пещерные отложения обогащены фтором;
свинца в осадках значительно меньше (Ю=2,0), чем в лёссовом делювии (Й=6,3).
По коэффициенту токсичности (концентрации) отмечается повышенное (по сравнению с фоновым) содержание Си (2,5), Со, V, Ъп, РЬ, Е (1,7-2,1), соответствуют фону Сг, № (1,1) (см. табл. 3).
Преобладающие микроэлементы. Результаты обсуждаются в том же порядке, как для токсичных компонентов: данные по концентрациям в каждом образце колонок (табл. 4); основные параметры статистической обработки (табл. 5); график-сопоставление по средним значениям содержания всех компонентов (рис. 2).
Главный микроэлемент в осадках - барий. Следует отметить, что в континентальных покровных лёссовых толщах третьей террасы Ангары (микрорайон Солнечный, г. Иркутск) барий также является ведущим компонентом (среднее значение по концентрации 680 ррт),
3. Коэффициенты токсичности донных осадков оз. Байкал (Академический хребет), глинистых и лёссовых отложений различных участков (сравнительный анализ)
Донные осадки Глинистый аллювий - I Пещерные отложения - II III IV V
Стах Ю Стах Ю Стах Ю Коэффициент токсичности - Ю
V 90 183 2,0 105 1,2 367 4,1 1,9 1,9 1,6
Сг 83 87 1,1 121 1,5 214 2,6 1,9 2,1 1,5
Со 18 37 2,1 21 1,2 64 3,6 1,8 0,9 1,3
№ 58 66 1,1 60 1,0 144 2,5 1,5 1,3 2,1
Си 47 117 2,5 34 0,7 212 2,6 0,7 0,9 1,0
Ъп 83 151 1,8 82 1,0 94 2,0 1,9 1,0 0,7
РЬ 16 32 2,0 23 1,4 20 1,3 6,3 2,3 4,8
Б 660 1087 1,7 957 1,5 1097 1,7 Не определялся
Примечание. М - микроэлементы; Ск1 - кларк по А.П.Виноградову (ррт); Стах - максимальное содержание микроэлемента (ррт); Ю=Стах/Ск1; участки: I - глинистый аллювий (г. Шелехов, скв. 1ШС); II - песчано-глинистые отложения пещеры Горомэ (Восточный Саян); III - лёссовый делювий (г. Иркутск, скв. 1416а, 250а), IV - лёссовый аллювий (г. Саянск, скв. 579); V - озерные глины (район г. Биробиджан, скважины 998, 1000).
4. Преобладающие микроэлементы в донных осадках оз. Байкал (Академический хребет)
Глубина интервала, см ГГК Микроэлементы
Ва 8г гг Се КЪ 8
Колонка 17
0-10 644 56 14 61 21 657
10-20 Q4 4772 117 23 73 36 301
20-31 857 250 81 133 88 917
31-44 Qз 983 291 100 121 121 339
Колонка 18
0-10 874 172 Не опр. 70 Не опр. 487
10-20 Q4 3424 34 7 69 11 369
20-40 82 202 83 94 70 659
40-55 991 274 92 138 97 856
55-69 Qз 957 309 123 124 120 524
69-87 1110 331 138 113 134 358
Колонка 19
0-10 Q4 891 306 158 83 91 383
10-20 853 239 181 117 117 190
20-30 Qз 979 202 84 126 107 216
30-40 991 254 122 121 129 234
40-52 878 236 144 106 117 205
Колонка 22
0-10 818 47 14 87 19 415
10-21 Q4 926 262 168 109 122 189
21-31 854 275 158 125 118 124
31-38 894 212 116 116 107 140
38-52 Qз 1438 342 71 157 157 123
52-67 1760 244 62 159 118 160
Примечание. Не опр. - содержание микроэлемента не определялось.
поэтому можно считать его некоторым коррелятором, подтверждающим участие лёссовой пыли при формировании донных отложений [19, 22]. Известно также, что барий занимает господствующее положение в покровных лёссовидных суглинках Европейской части России
(Подмосковье, Заволжье, Закамье), что определяется их гранулометрическим и минеральным составами [3]. Однако в осадках этого элемента значительно больше, при этом наблюдаются пики в интервале 10-20 см (илы) или в нижней части разреза (глины) (см. табл. 4).
5. Результаты статистической обработки данных о содержании преобладающих микроэлементов в донных осадках оз. Байкал (Академический хребет)
П Микроэлементы
Ba Sr Ce S Zr Rb
Х ф 1237 222 110 374 97 95
Х . Ш1П 82 34 61 123 7 11
Х тах 4772 342 159 917 181 157
а 1020,64 90,42 27,85 234,48 53,80 41,89
V, % 83 41 25 63 56 44
е 613,92 69,65 22,34 181,81 43,85 32,90
Ч 926 244 116 339 96 112
Примечание. П - статистические показатели; Ва, Бг, Се, S (и=21); гг, Rb (и=20).
Близость микроэлементного состава покровных лёссовых толщ (г. Иркутск) отмечается по содержанию стронция (среднее значение 270 ррт) и рубидия (80 ррт). Особым признаком донных отложений является их обогащение серой и фтором (о последнем компоненте речь шла выше), значительно меньше в осадках циркония (97 ррт) по сравнению с лессовидными суглинками (260 ррт).
Распределение концентраций микроэлементов характеризуется значительной изменчивостью (У41-83), что связано с выделенными комплексами - голоцено-выми илами и позднеплейстоценовыми глинами (см. таблицы 4, 5).
Для преобладающих и второстепенных микроэлементов рассчитаны коэффициенты концентрации, показывающие отношение их содержания к величине кларка (табл. 6). Повышенные концентрации отмечаются только для Ва, Се (Кс=1,57-1,90).
Второстепенные микроэлементы. Распределение этих микроэлементов в образцах четырех колонок-разрезов показало, что повышенные концентрации (до 59-159 ррт) отмечаются для La, при этом их возрастание происходит в нижней части разреза - в верхнеплейстоценовых глинах (табл. 7). Аналогичная ситуация наблюдается для Y, Ga, ТЬ, №, но Мо, наоборот, меньше в глинах (колонки 17 и 22). Уран распределяется в разрезах относительно стабильно (преи-
мущественно 6-9 ррт, редко 14-20); во всех образцах присутствует вольфрам (<5 ррт). Таким образом, большинство второстепенных компонентов также указывает на различие между выделенными геолого-генетическими комплексами донных отложений.
Коэффициенты концентрации (см. табл. 6) свидетельствуют о повышенном (по сравнению с фоном) содержании La (3,28) и, особенно, и (8,0) и Мо (16,3).
Индикаторные отношения микроэлементов (коэффициенты). На основании расчетов семи коэффициентов для каждого образца разрезов-колонок и статистической обработки этих данных можно заключить следующее.
Статистическая обработка показала, что изменчивость почти всех коэффициентов очень высокая (У79-150), следовательно, они могут быть критериями разделения осадков на илы и глины ^3) (табл. 8). Действительно, в верхней зоне отмечается резкое повышение К1 (Т/гг), К4 (Са/Бг), КЗ (У/гп), К5 (МпТе), в нижней - уменьшение (табл. 9). Стабильность (У15-18) фиксируется только для К2 ^а/У) и К7 (Ва/Бг), как и предполагалось.
О степени химической зрелости отложений, связанной с их стратиграфической принадлежностью, свидетельствуют значения индикаторных отношений Т/гг (К1) и Са/Бг (К4): в глинах они понижаются, в илах верхней зоны - повышаются (колонки 17, 18, 22).
6. Коэффициенты концентрации микроэлементов
Показатели Микроэлементы
Ba Sr Ce S Zr Rb La Ш Y Ga Th Mo U
С 1237 222 110 374 97 95 95 59 28 19 28 18 20
Ск1 650 340 70 470 170 150 29 37 29 19 14 1,1 2,5
Кс 1,90 0,65 1,57 0,80 0,57 0.63 3,28 1,59 0,97 1,00 2,0 16,3 8,0
Примечание. С - содержание микроэлемента (ррт); Ск1 - кларк по А.П.Виноградову (ррт) [6]; Кс - коэффициент концентрации; для преобладающих микроэлементов использованы средние значения содержаний, второстепенных -максимальные.
7. Второстепенные микроэлементы в донных осадках оз. Байкал (район Академического хребта)
Глубина ГГК Содержание микроэлементов, ррт
интервала, см La Ш Y Ga № Mo U №Ъ W
Колонка 17
0-10 38 34 8 5 8 18 4 <3 <5
10-20 Q4 42 32 10 8 10 12 6 <3 <5
20-31 77 59 26 14 18 8 14 8 <5
31-44 Qз 69 46 23 18 18 7 6 9 <5
Колонка 18
0-10 40 34 Не опр. 6 Не опр. Не опр. Не опр. Не опр. <5
10-20 Q4 44 33 6 7 6 11 <3 <3 <5
20-40 69 48 28 10 16 7 20 8 <5
40-55 87 59 28 16 20 9 14 8 <5
55-69 Qз 74 50 30 17 19 <5 8 13 <5
69-87 68 42 29 18 19 <5 9 16 <5
Колонка 19
0-10 Q4 52 41 21 14 13 5 7 12 <5
10-20 66 38 26 15 15 <5 5 16 <5
20-30 Qз 77 50 18 18 16 9 4 7 <5
30-40 70 45 24 18 18 7 5 10 <5
40-52 54 37 22 16 14 5 4 12 <5
Колонка 22
0-10 57 38 7 10 6 15 <3 <3 <5
10-21 Q4 60 45 25 15 16 6 6 14 <5
21-31 69 48 27 16 18 6 6 13 <5
31-38 70 40 17 15 16 10 4 9 <5
38-52 Qз 95 54 20 19 28 10 5 11 <5
52-67 88 53 14 18 21 14 4 6 <5
По материалам статьи можно сделать следующие выводы.
1. Среди токсичных компонентов первое место принадлежит фтору и ванадию, далее следуют цинк и медь; по величине показателя Ъс установлена более высокая степень загрязнения для позднеплейстоцено-вых глин; токсичные микроэлементы, кроме ванадия и свинца, а также Ъс имеют повышенную степень изменчивости в распределении (У25-39), что подтверждает существующие различия между выделенными в колонках геолого-генетическими комплексами отложений.
2. При сравнительном анализе коэффициента токсичности (К) осадков с различными объектами (см. табл. 3) сходство с континентальными лессовыми отложениями установлено по ванадию (это ведущий токсичный компонент); только хром и никель соответствуют величине кларка, но все остальные микроэлементы его превышают.
3. В составе преобладающих микроэлементов господствует барий, который является критерием сходства донных осадков и континентальных лёссовых
толщ, кроме того, некоторая близость отмечается по концентрациям стронция и рубидия; к числу особенностей осадков относится их обогащение серой; имеет место высокая степень изменчивости концентраций преобладающих компонентов ^41-83), что также подтверждает разделение толщи осадка на молодые илы и более древние глины.
4. В группе второстепенных микроэлементов относительно повышенное содержание имеют лантан, неодим, при этом их больше в нижней части разреза -позднеплейстоценовых глинах; стабильно присутствуют уран и вольфрам; по коэффициенту концентрации (см. табл. 6) отмечается резкое повышение содержания молибдена, урана и лантана по сравнению с фоновыми значениями.
5. Рассчитанные индикаторные отношения микроэлементов (Т/Ъг, Са^г) также явились критериями для выделенных стратиграфо-литологических (геолого-генетических) комплексов: установлены их пониженные значения для глин (более древних и химически зрелых) и повышенные для илов (более молодых и менее химически зрелых).
8. Индикаторные отношения микроэлементов (коэффициенты) в донных осадках оз. Байкал (Академический хребет)
Глубина интервала, см Индикаторные отношения микроэлементов (коэффициенты)
ГГК п/гг Ьа/У у/гп Са^г Мп^е Sr/Ba Rb/Sr
К1 К2 КЗ К4 К5 К6 К7
Колонка 17
0-10 134 0,39 3,06 148 0,22 0,09 0,38
10-20 Q4 86 0,46 1,48 73 0,47 0,02 0,31
20-31 46 0,44 1,49 42 0,03 0,29 0,35
31-44 Qз 46 0,42 1,34 43 0,03 0,30 0,42
Колонка 18
0-10 Не опр. 0,39 2,71 46 0,34 Не опр. Не опр.
10-20 Q4 253 0,45 1,67 223 0,39 0,01 0,32
20-40 33 0,43 2,19 44 0,07 2,46 0,35
40-55 44 0,50 1,37 44 0,04 0,28 0,35
55-69 Qз 44 0,45 1,34 44 0,04 0,32 0,39
69-87 35 0,41 1,26 41 0,03 0,30 0,40
Колонка 19
0-10 Q4 27 0,37 1,74 44 0,05 0,34 0,30
10-20 27 0,42 1,68 52 0,02 0,28 0,49
20-30 Qз 61 0,42 1,54 62 0,03 0,21 0,53
30-40 42 0,40 1,41 50 0,03 0,26 0,51
40-52 36 0,36 1,52 55 0,02 0,27 0,50
Колонка 22
0-10 225 0,40 1,95 234 0,07 0,06 0,40
10-21 Q4 31 0,39 1,54 51 0,05 0,28 0,47
21-31 31 0,41 1,49 47 0,03 0,32 0,43
31-38 46 0,43 1,52 66 0,03 0,24 0,50
38-52 Qз 71 0,63 1,01 46 0,03 0,24 0,46
52-67 80 0,59 1,06 59 0,08 0,14 0,48
9. Результаты статистической обработки данных по индикаторным отношениям элементов (коэффициентам) в донных осадках оз. Байкал (Академический хребет) (п=21)
Индикаторные отношения элементов (коэффициенты)
П п/гг Ьа/У у/гп Са^г Мп^е Sr/Ba Rb/Sr
К1* К2 ю К4 Х6* К7*
X ф 78 0,44 1,64 72 0,10 0,34 0,42
Х . Ш1П 27 0,36 1,06 41 0,02 0,02 0,31
Х тах 253 0,63 3,06 234 0,47 2,46 0,53
а 63,41 0,066 0,494 56,81 0,134 0,511 0,094
V, % 91 15 30 79 134 150 18
е 42,96 0,044 0,337 31,11 0,097 0,214 0,060
Ч 46 0,42 1,52 50 0,04 0,28 0,41
Примечание. К1*, К6*, К7* рассчитаны при и=20.
Результаты получены с использованием материально-технической базы ЦКП (Центр коллективного пользования) «Геодинамика и геохронология» ИЗК СО РАН, г. Иркутск, в рамках проекта НИР 0346-2014-0009.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вологина Е.Г. Условия голоценового осадкообразования в озере Байкал // Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. - Иркутск, 2002.
2. Геохимия окружающей среды / Ю.Е.Сает, Б.А.Ревич, Е.П.Янин и др. - М.: Недра, 1990.
3. Добровольский В.В. Гипергенез и коры выветривания. -М.: Научный мир, 2007.
4. Коллектив участников проекта «Байкалбурение». Высокоразрешающая осадочная запись по керну глубоководного бурения на Посольской банке в озере Байкал (ВДР-99) // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. № 2. С. 163-193.
5. Краткий справочник по геохимии / Г.В.Войткевич, А.Е.Мирошников, А.С.Поваренных, В.Г.Прохоров - М.: Недра, 1970.
6. Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв. - М.: Академический Проект; Гаудеамус, 2007.
7. Особенности осадконакопления в озере Байкал в голоцене / Е.Г.Вологина, М.Штурм, С.С.Воробьева и др. // Геология и геофизика. 2003. Т. 44. № 5. С. 407-421.
8. Порядин А.Ф., Хованский А.Д. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. - М.: Издательский дом «Прибой», 1996.
9. Ревенко А.Г. Физические и химические методы исследования горных пород и минералов в Аналитическом центре ИЗК СО РАН // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5 (1). С. 101-114.
10. Регулярные осцилляции климата в масштабе тысячелетий и видообразование в озере Байкал / М.А.Грачев, А.Г.Горшков, И.Н.Азарова и др. // Основные закономерности глобальных и региональных изменений климата и природной среды в позднем кайнозое Сибири. - Новосибирск, 2002. С. 107-121.
11. Рященко Т.Г. Проявление эоловой седиментации в Прибайкалье и возможность ее участия в формировании зонных осадков Байкала // Байкал - природная лаборатория для исследования изменений окружающей среды и климата. Т. 2. Глобальные изменения в прошлом: Тезисы докладов Международного симпозиума. - Иркутск, 1994. С. 42.
12. Рященко Т.Г., Ухова Н.Н. Химический состав дисперсных грунтов: возможности и прогнозы (юг Восточной
Сибири). - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2008.
13. Рященко Т.Г., Штельмах С.И. Микроэлементный состав техногенных отложений прибрежных участков строительства в Иркутске // Труды 3-й Международной конф. «Создание и использование искусственных земельных участков на берегах и акватории водных объектов», 29 июня-3 августа 2013 г. - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2013. С. 259-262.
14. Рященко Т.Г., Штельмах С.И. Микроэлементный состав отложений пещеры Горомэ // Известия СО Секции наук о Земле РАЕН. 2015. № 2 (51). С. 88-96.
15. Рященко Т.Г., Штельмах С.И., Худоногова Е.В. Геохимические критерии при изучении геолого-литологических разрезов дисперсных грунтов (микроэлементный состав) // Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии. Вып. 7. Труды IX Российско-Монгольской конференции «Солнечно-земная физика и сейсмогеодинамика Байкало-Монгольского региона», 10-12 октября 2011 г. - Иркутск: Институт солнечно-земной физики СО РАН, Институт земной коры СО РАН, 2012. С. 120-126.
16. Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007.
17. Танделов Ю.П. Фтор в системе почва - растение. - Красноярск, 2012.
18. Центрические диатомовые водоросли позднего кайнозоя озера Байкал: морфология, систематика, стратиграфическое распространение, этапность развития (по материалам глубокого бурения) / М.И.Кузьмин, Г.К.Хурсевич, А.А.Прокопенко и др. - Новосибирск: ГЕО, 2009.
19. Штельмах С.И. Распределение микроэлементов в дисперсных грунтах ключевых участков юга Восточной Сибири (инженерно-геологические и геоэкологические аспекты) // Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2010.
20. Юдович Я. Э. Индикаторное значение отношения Mn/Fe в осадочных породах // Доклады Академии наук. 2000. Т. 375. № 2. С. 233-234.
21. A synthesis of post-glacial diatom records from Lake Baikal / J.P.Bradbury, Ye.V.Bezrukova, G.P.Chernyaeva et al. // Journal of Paleolimnology.1994.Vol. 10. Pp. 213-252.
22. Ryashchenko T.G., Akulova V.V., RubtsovaM.N. Aeolian sedimentation in Pribaikalye (Late Pleistocene - Holocene) // Quaternary International. 355 (2015). Pp. 52-56.
