CC BY
28
Региональные проблемы. 2019. Т. 22, № 2. С. 40-47. DOI: 10.31433/2618-9593-2019-22-2-40-47.
УДК 556.314:551.583(98)
РЕКОНСТРУКЦИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В ПОЗДНЕМ ПЛЕЙСТОЦЕНЕ-ГОЛОЦЕНЕ ПО ИЗОТОПНОМУ СОСТАВУ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В АРКТИКЕ
А.И. Малов
Федеральный исследовательский Центр комплексного изучения Арктики РАН
имени академика Н.П. Лаверова, набережная Северной Двины 23, г. Архангельск, 163061, e-mail: malovai@yandex.ru
Получены новые данные о современной активности радиоуглерода (углерода-14) и концентрации углерода-13 в подземных водах и травертинах гидротермальной системы Пымвашор, расположенной на стыке Печорской плиты Восточно-Европейской платформы и Предуральского прогиба. Выполнено датирование термальных вод по изотопам углерода и травертинов по изотопам урана-234, урана-238 и тория-230. Установлено, что возраст травертина изменяется от максимума 7,7±1,5 тысяч лет в верхней части травертиновой постройки до минимума 2,5±0,5 тысяч лет в нижней, что связано с неотектоническим поднятием в области травертиновых отложений и соответственно последовательным образованием 12 травертиновых террас. По оригинальной авторской методике произведена оценка активности радиоуглерода в древней термальной воде во время осаждения травертина от 7,7±1,5 до 2,5±0,5 тысяч лет назад и расчет исходной активности радиоуглерода в этой воде в течение периода времени от 13,9±1,5 до 6,2 тысяч лет назад с учетом влияния процессов изотопного разбавления и обмена в зоне аэрации и водоносных горизонтах. Установлено, что исходная активность радиоуглерода и концентрация углерода-13 снизились в молодых водах по сравнению с древними. Это связывается с климатическими изменениями. Снижение концентрация углерода-13 почвенного углекислого газа и уменьшение исходной активности радиоуглерода были вызваны преимущественно более теплым и влажным климатом, разложением ископаемого органического вещества и снижением активности атмосферного радиоуглерода. Возможно также возрастание растворения карбонатов, связанное с повышением доли метеорных вод в термальной системе, и увеличение углеродного обмена между растворенным неорганическим углеродом и почвенным углекислым газом в связи с таянием вечной мерзлоты.
Ключевые слова: углерод-14, изменение климата, изотопы урана, торий-230, травертин.
Введение
Оценки возраста старых травертинов с использованием изотопов углерода обычно используются только в исключительных случаях, поскольку исходные условия, такие как изотопный состав общего растворенного неорганического углерода (РНУ) в водах источников при осаждении травертина, редко доступны [10, 13]. Однако комбинированные измерения активности 14С с 230ТЪ/и датировками и данными 513С широко используются при изучении сталактитов и сталагмитов, образовавшихся в пещерах путем осаждения минералов из воды. Изменения изотопных соотношений углерода в спелеотемах позволяют восстановить климатические и гидрологические
изменения [16, 20]. В нашей работе измеренная активность 14С (14Сто<1ет) в травертиновых формациях гидротермальной системы Пымвашор была использована в сочетании с 230ТЪ/и датированием травертина для оценки исходного содержания 14С РНУ в воде древних термальных источников. Следуя Genty и Massault [5] и Rudzka й а1. [16], доля кажущегося мертвого углерода или эффект разбавления фЕ) была определена путем вычисления разницы между одновременной атмосферной активностью 14С (14С) и рассчитанными значениями 14С0 термальной воды. Затем была предпринята попытка увязать изменения активности изотопов углерода с изменениями климата и геохимическими процессами.
Материалы и методы
Субарктическая гидротермальная система Пымвашор находится в пределах хребта Чернышева, большой структуры на стыке Печорской плиты Восточно-Европейской платформы и Пре-дуральского прогиба в северо-восточной Европе (67°09,77' с.ш., 60°51,1' в.д.). Восемь активных термальных источников приурочены к долине ручья Пымвашор и располагаются на высоте 77-85 абс. м. (рис. 1а).
Старые травертиновые отложения имеют толщину 2 м и расположены на высоте 95-88 абс. м., покрывая склон долины на протяжении более 15 м (рис. 1б). Термальный источник № 1 (рис. 1) прекратил отлагать травертин еще до первых наблюдений в 1835 году, то есть более 180 лет назад. Термальный источник № 2 (рис. 1а), также более не функционирующий, находился на расстоянии 20 м от источника № 1. Полное описание гидротермальной системы и предварительные результаты химического и изотопного состава термальных вод и осажденного травертина были опубликованы Ма1оу et а1. [12].
Впоследствии новые определения изотопов углерода, урана и тория были получены по пробам травертина ^Н-04, PSH-31, PSH-32, PSH-37, PSH-10-1 и PSH-10-2). Эти новые результаты
дают дополнительную информацию об эволюции гидротермальной системы (табл. 1, рис. 1б).
Измерения изотопов урана, тория и углерода в воде и травертине проводились как описано ранее Malov et al. [12]. Общий уран определялся без предварительной концентрации ICP-MS в GET, Тулуза. Изотопы урана и тория определяли с использованием альфа-спектрометра («Прогресс-альфа» и «ALFA-DUO», неопределенности 5-6% (Th) и 10-20% (U) в ФИЦКИА РАН, Архангельск и СПбУ, Санкт-Петербург. 513C определяли GC-IMS в ИМК РАН, Санкт-Петербург. Образцы воды для анализа 14С обрабатывали растворами CaCl2 и NaOH для осаждения карбоната. 14C измеряли с использованием LSS Quantulus 1220 в СПбУ, Санкт-Петербург. Неопределенности измерений для 14C варьируются от 1 до 5%.
Все образцы травертина были отобраны с глубин 5-10 см.
В статье используются ненормализованные значения 14C (5, 19, 26, 27). Радиоуглеродное датирование проб подземных вод было выполнено с использованием ненормализованных значений 14C, значения полураспада Либби 5568 лет вместо
5730 лет в формуле t = 8033 • ln(14C0^mc /14CDJC^mc) и применения калибровки 14C возраста [9, с. 140].
Рис. 1. Общее расположение участка исследования с указанием мест отбора проб и структуры склона речной долины с высотным
расположением источников и травертина a: 1 - термальный источник с его номером; «№ 1, 2» - не функционирующие источники; б: 1 -нижнекаменноугольные известняки, 2 - травертин, 3 - погребенный аллювий, 4 - травертиновые террасы, 5 - почвы, 6 - разгрузка термальных вод в прошлом (термальный источник № 1, который осаждал травертин), 7 - место отбора проб травертина с их названиями и 230Th/U возрастами (тыс. лет BP) (по [12] с дополнениями) Fig. 1. General location of the study site showing the sampling locations and the structure of the river valley slope with high-altitude springs and travertine location a: 1 - thermal spring and its number; "№ 1, 2" are non-functioning springs; б: 1 - lower carboniferous limestone; 2 - travertine; 3 - buried alluvium; 4 -travertine terraces; 5 - soils; 6 - thermal waters discharge in the past (thermal source number 1, which deposited travertine); 7 - travertine samplings location and their IDs and 230Th/U ages (ka BP) (modified from [12])
Таблица 1
Изотопный состав и возраст травертинов и термальных вод (по [12] с дополнениями)
Table 1
Isotopic composition and age of travertines and thermal water (modified from [12])
Номер 234U/238U 230Th/238U U/Th возраст (лет) 14Ç modem 513С 14C возраст
пробы (pmc) (%о) (cal ВР)
Травертины
PSH-03 5.02±0.75 0.22±0.03 3890±780 н.а. -6.1 н. а.
PSH-04 3.59±0.47 0.27±0.04 6380±1270 н.а. -6.7 н. а.
PSH-04 5.11±0.41 0.20±0.03 2760±600 15.65±0.45 -6.3 н. а.
PSH-05 5.56±0.96 0.2±0.03 3758±750 н.а. -5.8 н. а.
PSH-10-1 н.а. н.а. н.а. н.а. -5.9 н. а.
PSH-10-2 5.05±1.26 0.18±0.03 2460±490 н.а. -6.0 н. а.
PSH-31 4.44±1.11 0.24±0.04 5850±1170 15.93±0.22 -5.8 н. а.
PSH-32 4.04±0.29 0.31±0.03 7720±1540 17.09±0.30 -4.9 н. а.
PSH-37 4.21±0.87 0.24±0.04 5400±1080 14.41±0.23 NA н. а.
PSH-37 5.04±0.30 0.35±0.03 6540±1300 14.41±0.23 -5.0 н. а.
Термальные воды современных действующих источников
tI-3 3.81±0.61 н.а. н.а. 19.29±0.37 -10.7 6230±180
tII-1 3.53±0.49 н.а. н.а. 18.97±0.90 -9.8 5440±480
tIII-1 4.02±0.65 н.а. н.а. 16.00±1.52 -9.6 6970±900
Примечание: н.а. - не анализировалось
Результаты и обсуждение
Возраст травертина изменяется от максимума 7,7±1,5 тысяч лет в верхней части структуры до минимума 2,5±0,5 в нижней (табл. 1, рис. 1), что связано с неотектоническим поднятием в области травертиновых отложений и соответственно последовательным образованием 12 травертиновых террас [12].
230ТЪ/и возраст, полученный в 2013 году для образца PSH-4 (6,4±1,3 тыс. лет), был исключением из общей тенденции. Однако повторный анализ этой выборки в 2015 году позволил получить меньший возраст: 2,8±0,6 тыс. лет назад (см. табл. 1); этот новый возраст находится в диапазоне значений, типичных для самого молодого травертина в нижней части этой структуры (рис. 1б). Кроме того, изохронный возраст [6, 17] 50-сантиметровой травертиновой колонки (образцы PSH-10-1 и PSH-10-2), определенный Максимовым и Кузнецовым [1], показал значения от 2±0,2 до 2,4±0,2 тыс. лет, что соответствует определенно-
му нами возрасту молодого травертина в образце PSH-10-2 (рис. 1).
После измерения значения современной активности 14С в травертине (14Сто<1ет) (табл. 1) рассчитанное содержание радиоуглерода РНУ во время осаждения травертина (14Сса1с) может быть определено с использованием следующей формулы [9]:
14Сса1с =14Стоает • ехр(1/8033) (1), где 1 - 230ТЪ/и возраст травертина. Полученные значения 14Сса1с (табл. 2, рис. 2) соответствуют активности 14С РНУ в древних термальных водах из источника № 1 во время осаждения травертина (рис. 1). Время осаждения травертина - это 230ТЪ/и возраст старого травертина (табл. 1) и период разгрузки древних термальных вод на поверхность (нижняя ось X на рис. 2, период от 7,7±1,5 до 2,5±0,5 тыс. лет).
На рис. 2 также показана линия тренда расчетной исходной активности 14С РНУ (14С0) термальных источников (пунктирная линия).
Рис. 2. Монотонное снижение активности 14C (от 14C , до 14C . ) и его расчетной исходной
* calc modern Г
активности (14C0) РНУ в воде термальных источников гидротермальной системы Пымвашор
Подземные воды разгружались на поверхность от 7,7±1,5 тыс. лет назад до настоящего времени (нижняя ось X) и пополнялись от 13,9±1,5 до 6,2 тыс. лет назад (верхняя ось X). Атмосферная активность радиоуглерода (14Catm) в период восполнения термальных вод от 13,9±1,5 до 6,2 тыс. лет назад (верхняя ось X) представлена в виде изогнутой линии с использованием INTCAL 09 [22]. Средняя температура в июле (T, °С) изображена в виде кривой линии по данным [23]. Линии тренда показаны в виде экспоненциальных кривых
Fig. 2. Monotonic decrease in the 14C activity (from 14C , to 14C d J and its initial TDIC (14C0) activity
calc modern * 0
in thePymvashor hydrothermal system's thermal spring water
Ancient groundwater flowed to the surface during the period from 7.7±1.5 to 0 ka BP (lower X-axis), and recharged for the period of 13.9±1.5 - 6.2 ka BP (upper X-axis). Atmospheric (14Catm) activity in the period of ancient thermal water replenishment from 13.9±1.5 to 6.2 ka BP (upper X-axis) is marked as a curved line with the use of INTCAL 09 [22]. An average temperature in July (T, °C) is marked as a curved line according to the data [23]. The trend lines are shown in the form of exponential curves
Значения 14C0 рассчитывались с использованием уравнения:
14С0 =14C • exp(t/8033) (2),
где для современных действующих источников 14C соответствует 14Cmodem (табл. 1), а для древних вод - 14Ccalc (табл. 2); t - 14C возраст термальных вод (табл. 1).
Предполагается, что время пребывания воды термального источника в водоносном горизонте было почти постоянным в течение последних 13,9±1,5 тыс. лет. Этот период определен как сумма максимального возраста травертина (7,7±1,5 тыс. лет BP) и среднего возраста термальных вод современных источников (6,2 тыс. лет BP). Для расчетов 14C0 был принят средний радиоуглеродный возраст термальной воды 5,51 тыс. лет [12, табл. S11]. Рассчитанные значения 14C0 приведены в табл. 2.
Концептуальная схема, используемая при оценке 14С0, показана на рис. 3.
Таблица 2
Рассчитанные значения 14Ccalc для старых термальных вод источника № 1, из которых осаждались травертины более 180 лет назад (образцы PSH-04, PSH-31, PSH-32 и PSH-37), и расчетные начальные значения 14C0 вод действующих источников и старых термальных вод
Table 2
Calculated 14C . values for old thermal waters from the
calc
spring number 1, from which travertines were deposited more than 180 years ago (samples PSH-04, PSH-31, PSH-32, and PSH-37), and calculated initial 14C0 values of active spring waters and old thermal waters
Номер пробы 14C modern (pmc) 14C calc (pmc) 14C0 (pmc)
Старые термальные воды из источника № 1
PSH-04 - 22.08±1.56 43.8±6.0
PSH-31 - 33.02±4.48 65.6±11.2
PSH-32 - 44.73±7.82 88.8±18.8
PSH-37 - 28.24±3.55 56.1±9.5
PSH-37 - 32.56±4.87 64.7±11.2
Термальные воды действующих источников
tI-3 19.29±0.37 - 38.4±5.8
tII-1 18.97±0.90 - 34.8±5.2
tIII-1 16.00±1.52 - 34.3±5.1
Среднее для действующих источников 18.09±0.93 35.8
V
^ soi]
^ g^ocheni processes
уравнение (2)
14,
14/
0Ш C0=!4C exp (5510/8033)
'С после геохимических процессов
*C в области
питания
14
Г _+|4с =,4с
^cair calc modem С в древне.и источнике ЛИ во время осаждения травертина
уравнение (1)
схр (t /8033)
' 1 v WU '
-J С ,
ITllHllTIl
4С измеренное в травертине
Рис. 3. Эволюция 14C РНУ в термальных водах/травертинах и расчеты значений 14Cadc и 14Cg 14Csoil - значение 14C для почвенного CO2, 14Crechar - значение 14C для воды в области питания, tTh/U - возраст травертина, определенный по Th/U методу, 5510 - возраст 14C для термальной воды, определенный в [12]
Fig. 3. Evolution of 14C DIC content in thermal waters/travertines, and calculations of 14Caalc and 14C0values 14Csoil is 14C - value for the soil CO2, 14Crechar - 14C value of the area of water replenishment, tTh/U - travertine age defined by the Th/U method, 5510 - age 14C for thermal water defined in [12]
Согласно этим расчетам, среднее значение 14С0 для самых древних порций воды, из которых осаждались самые старые травертины в верхней части травертиновой постройки (образцы PSH-31 и PSH-32 на рис. 1б), составило 88,8 рте. Это значение почти в 2,5 раза больше, чем среднее значение 14С0 для термальных вод действующих источников (35,8 рте) (табл. 2).
На рис. 2 показаны расчетные значения 14С0 по отношению к возрастам древних подземных вод, пополнявших гидротермальную систему в период от 13,9±1,5 до 6,2 тыс. лет назад (верхняя ось X). Возраст древних термальных вод был получен путем сложения возраста травертина со средним возрастом термальных вод действующих источников (табл. 1).
Согласно INTCAL 13 Г151, 14С составлял 120-128 рте 13,9±1,5 тыс. лет назад и ~105 рте 6,2 тыс. лет назад (рис. 2). Таким образом, показатель эффекта разбавления DE в этот период увеличивался от 39,2 до 69,2 рте фЕ 5=128-88,8 и DE62 = 105-35,8). Это указывает на нестабильность химических процессов, снижающих активность 14С. Можно предположить, что она была связана с растворением карбонатных минералов почвы и водоносного горизонта в областях питания и транзита подземных вод гидротермальной системы в течение этого периода [9]. В начальный период работы гидротермальной системы более значительную роль в ее питании играли глубинные рассолы [12], что обусловило более высокую минерализацию древних термальных вод по сравнению с современными водами, а также их более высокую минеральную насыщенность. Поэтому процессы растворения горных пород были заторможены.
Более высокое среднее отношение активностей изотопов 234и/238и в травертине (5,2±0,85) по сравнению с водами современных термальных источников (3,8±0,58) [12] подтверждает эти предположения. Изотопный состав отражает баланс между эффектом отдачи и скоростью растворения вмещающих пород. Более высокое отношение 234и/238и предполагает более низкую скорость растворения горных пород, и наоборот [2, 11]. Таким образом, при формировании состава древних термальных вод, которые образовывали травертин, роль перехода 234и в воду за счет эффекта отдачи была выше, чем переход и в раствор, обусловленный объемным растворением пород водоносного горизонта. Позже роль метеорной воды возросла и сейчас составляет более 99% [12]. За счет этого минеральная насыщенность раствора понизилась и процессы растворения карбонатных пород усилились.
Однако этот процесс также должен вызвать и повышение значений 513С в термальных водах. Это противоречит данным настоящего исследования, согласно которым и 14С0, и 513С снижаются с уменьшением возраста воды. Значения 513С в травертинах, осажденных на поверхности земли в период от 7,7±1,5 до 2,5±0,5 тыс. лет назад водой, поступившей в гидротермальную систему в период от 13,9 ± 1,5 до 8,7 ± 0,5 тыс. лет назад, показывают, что 513С снижается с -4,9 до -6,7%о (рис. 4).
При определенных предположениях можно связать изменения в 14С0 и 513С с изменением климата. В табл. 3 представлены возможные изменения геохимических процессов и окружающей среды, вызванные изменением климата, и возможные их воздействия на значения 14С0 и 513С в соответствии с [7, 8]. Очевидно, что в целом возможны
три предположения: (1) геохимические процессы не изменились за последние 13,9±1,5 тыс. лет; (2) большинство геохимических процессов, перечисленных в табл. 3, не влияют на 14С0 и 513С; (3) геохимические процессы изменились в течение последних 13,9±1,5 тыс. лет, и они оказывают влияние на 14С0 и 513С, однако окончательным резуль-
Рис. 4. Снижение значений 013С травертинов в
гидротермальной системе Пымвашор Прямая линия представляет собой линию тренда
Fig. 4. Decrease in ö13C values of travertines in the Pymvashor hydrothermal system Straight line marks the linear trend line
татом является снижение 14C0 и 513C.
Трудно представить, что геохимические процессы не изменились за последние 13,9±1,5 тыс. лет. Геохимическая среда может измениться в ответ на изменение климата. Например, когда оттаивает многолетняя мерзлота, углерод, который был заблокирован в ней, может выделяться в виде CO2 и метана. Кроме того, когда оттаивает многолетняя мерзлота, закрытая система подземных вод может стать открытой для CO2 в почве, способствуя обмену углерода между РНУ и CO2 в почве. Размораживание вечной мерзлоты может
Возможные изменения в геохимических процессах и окружающей среде, вызванные изменением климата, и их возможное влияние на 14C0 и 513С (по [7, 8] с дополнениями)
Possible changes in geochemical processes and the environment caused by climate change, and their possible impact on 14C0 and 513С (modified from [7, 8])
Таблица 3
Table 3
Процессы 14C * 0 513e * Примечания
(1) Возрастание растворения карбонатов, вызванное повышением доли метеорных вод в термальной системе. j f Как показывают соотношения 234и/238и в травертинах и термальных источниках Пымвашор.
(2) Возрастание изотопного обмена между РНУ и почвенным С02 в связи с таянием многолетнемерзлых пород. f j Этот процесс происходит главным образом в области питания в условиях открытой системы.
(3) Дополнительный С02 при метаногенезе. j f Этот процесс происходит главным образом в области питания в условиях закрытой системы.
(4) Дополнительный С02 при разложении погребенного органического вещества. j j или —> Некоторая добавка С02 может оставаться в воде в виде С02(ас[) без дальнейшей реакции с карбонатами с образованием бикарбоната. В этом случае снижается 513С. Если весь С02 прореагировал с карбонатами, 513С может остаться без изменения.
(5) Эффекты изменений климата и 14Саьл от плейстоцена к голоцену. j j Изменения в геохимическом состоянии окружающей среды: Снижение 513С почвенного С02 в связи с более теплым и влажным климатом, снижение 14С . . ' atm
Наши результаты: со снижением возраста воды от 13,9±1,5 до 6.2 тыс. лет, оба 14С0 и 513С снижаются. j j
Примечание: * Изменения 14C0 и 513С (f: возрастание; j: снижение; —: без изменений)
оказывать влияние на 14С0 и 513С по-разному, как указано в табл. 3.
Результаты этого исследования заключаются в том, что (1) как 14С0, так и 513С уменьшились с уменьшением возраста воды; (2) хотя 14Са4т также уменьшилось, в то же время уменьшение 14С0 происходит быстрее, чем уменьшение 114Са4т (рис. 2). Поэтому можно интерпретировать результаты, приведенные в этой статье, следующим образом. Все процессы, перечисленные в табл. 3, могли иметь место при таянии многолетнемерзлых пород. Принимая во внимание, что эффекты процессов (1)—(3) могут быть сбалансированы (т.е. результирующие изменения могут быть незначительными), на 14С0 и 513С в основном воздействуют процессы (4) и (5). В то время как процесс (5) может вызвать снижение 14С0 параллельно изменениям 14Са(т, некоторый другой процесс (процессы) (например, процесс (4)), возможно, ускорил изменения в 14С0, вызвав большую разницу между 14С0 и 14Са(т для более молодой воды, чем для более древней.
Заключение
Данные о современной активности радиоуглерода (14Сто<1ет) в травертиновых формациях гидротермальной системы Пымвашор использовались в сочетании с 230ТЪ/и датированием травертина для оценки содержания 14С РНУ в термальной воде во время осаждения травертина (14Сса1с). С известными значениями 14Сса1с и средним возрастом термальной воды и в предположении, что возраст воды был постоянным в течение последних 13,9±1,5 тыс. лет, было оценено начальное содержание 14С РНУ (14С0) в термальной воде. Результаты этого исследования заключаются в том, что (1) как 14С0, так и 513С уменьшились с уменьшением возраста воды; (2) хотя атмосферная активность 14С (14Са(т) также снизилась, в то же время уменьшение 14С0 происходит быстрее, чем уменьшение 14Са(т.
При определенных допущениях можно связать изменения в 14С0 и 513С с изменением климата: снижение 513С в почвенном С02 и снижение 14С0 вызвано более теплым и влажным климатом и снижением 14С . Кроме того, снижение 14С может быть связано с повышенным растворением твердого карбоната, вызванным увеличением метеорной воды в системе, добавлением С02, полученного в результате метаногенеза, и добавлением С02, вызванным разложением ископаемых органических веществ. Снижение 513С может быть связано с увеличением углеродного обмена между РНУ и почвенным С02, вызванным оттаиванием вечной мерзлоты, и добавлением С02 при разло-
жении ископаемого органического вещества.
В целом совместное изучение изотопов углерода, урана и тория в травертинах может дать дополнительную информацию о процессах эволюции гидрогеологических систем.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 18-05-60151_ Арктика и 18-0501041 А), УрО РАН (проект АААА-А18-118012390242-5) и Министерства образования и науки России (проект AAAA-A19-119011890018-3).
ЛИТЕРАТУРА:
1. Любас А.А. Палеореконструкция среды обитания пресноводных моллюсков в неоген-четвертичных водотоках с экстремальными природными условиями: автореф. диссертации. Архангельск: ИЭПС УрО РАН, 2015. URL: http://disser.herzen. spb. ru/Preview/Vloj e -nia/000000248_Disser.pdf (дата обращения: 22.03.2019).
2. Малов А.И. Использование геологических реперов для оценки времени нахождения подземных вод в водоносном горизонте по уран-изотопным данным на примере Севе-ро-Двинской впадины // Литология и полезные ископаемые. 2013. Т. 48, № 3. C. 274-285. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18901162 (дата обращения: 22.03.2019).
3. Alm T., Vorren R.D. Climate and plants during the last ice age // Plant Life. Troms0: University of Troms0, Museum, 1993. P. 4-7.
4. Donahue D.J., Linick T.W., Jull A.J.T. Isotope-ratio and background corrections for accelerator mass spectrometry radiocarbon measurements // Radiocarbon. 1990. Vol. 32. P. 135-142. DOI: 10.2458/azu_js_rc.32.1261.
5. Genty D., Massault M. Carbon transfer dynamics from bomb-14C and 513C time series of a laminated stalagmite from SW France - modelling and comparison with other stalagmite records // Geochim-ica Cosmochimica Acta. 1999. Vol. 63. P. 15371548. DOI: 10.1016/S0016-037(99)00122-2.
6. Geyh M.A. Reflections on the 230Th/U dating of dirty material // Geochronometria. 2001. Vol. 20. P. 9-14.
7. Han L-F., Plummer L.N., Aggarwal P. A graphical method to evaluate predominant geochemi-cal processes occurring in groundwater systems for radiocarbon dating // Chemical Geology. 2012. Vol. 318-319. P. 88-112. URL: https://doi. org/10.1016/j.chemgeo.2012.05.004 (дата обращения: 22.03.2019).
8. Han L-F., Plummer L.N., Aggarwal P. The curved 14C vs. 513C relationship in dissolved inorganic carbon: A useful tool for groundwater age- and geochemical interpretations // Chemical Geology. 2014. Vol. 387. P. 111-125. DOI: 10.1016/j. chemgeo.2014.08.026.
9. Han L-F., Plummer L.N. A review of single-sample-based models and other approaches for radiocarbon dating of dissolved inorganic carbon in groundwater // Earth-Science Reviews. 2016. Vol. 152. P. 119-142. URL: https://doi. org/10.1016/j.earscirev.2015.11.004 (дата обращения: 22.03.2019).
10. Kronfeld J., Vogel J.C., Rosenthal E. et al. Age and paleoclimatic implications of bet shean travertines // Quaternary Research. 1988. Vol. 30. P. 298-303.
11. Malov A.I. Estimation of uranium migration parameters in sandstone aquifers. Journal of Environmental Radioactivity. 2016; 153:61-67. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2015.11.006.
12. Malov A.I., Bolotov I.N., Pokrovsky O.S. et al. Modeling past and present activity of a subarctic hydrothermal system using O, H, C, U and Th isotopes // Applied Geochemistry. 2015. Vol. 63. P. 93-104. URL: https://doi.org/10.1016/j. apgeochem.2015.07.003 (дата обращения: 22.03.2019).
13. Martin-Algarra A., Martin-Martin M., Andreo B. et al. Sedimentary patterns in perched spring travertines near Granada (Spain) as indicators of
the paleohydrological and paleoclimatological evolution of a karst massif // Sedimentary Geology. 2003. Vol. 161. P. 217-228. D0I:10.1016/ S0037-0738(03)00115-5.
14. Mook W.G., van der Plicht J. Reporting 14C activities and concentrations // Radiocarbon. 1999. Vol. 41. P. 227-239.
15. Reimer P.J., Bard E., Bayliss A. et al. IntCal13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves, 0—50,000 yrs cal BP // Radiocarbon. 2013. Vol. 55. P. 1869-1887. URL: https://doi. org/10.2458/azu_js_rc.55.16947 (дата обращения: 22.03.2019).
16. Rudzka D., McDermotta F., Baldinib L.M. et al. The coupled 513C-radiocarbon systematics of three Late Glacial/early Holocene speleothems; insights into soil and cave processes at climatic transitions // Geochimica Cosmochimica Acta. 2011. Vol. 75. P. 4321-4339.
17. Schwarcz H.P., Latham A.G. Uranium series dating of contaminated calcite using leach-ates alone // Chemical Geology. 1989. Vol. 80. P. 35-43.
18. Stuiver M., Polach H.A. Reporting of 14C data // Radiocarbon. 1977. Vol. 19. P. 355-363.
19. Stuiver M. Workshop on 14C data reporting // Radiocarbon. 1980. Vol. 22. P. 964-966.
20. Wong C.I., Breecker D.O. Advancements in the use of speleothems as climate archives // Quaternary Science Reviews. 2015. Vol. 127. P. 1-18. URL: https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2015.07.019 (дата обращения: 22.03.2019).
RECONSTRUCTION OF CLIMATIC CHANGES IN THE LATE PLEISTOCENE-HOLOCENE USING ISOTOPIC COMPOSITION OF HYDROTHERMAL FORMATUONS IN THE ARCTIC
A.I. Malov
New data were obtained by the author on the current activity of radiocarbon and carbon-13 concentrations in groundwater and travertines of the Pymvashor hydrothermal system located at the junction of the Pechora plate of the East European Platform and the Pre-Ural down warp. Thermal waters and travertines have been dated using isotopes carbon, uranium-234, uranium-238, and thorium-230. It is established that the age of travertine varies from a maximum of 7.7±1.5 thousand years in the upper part of the travertine structure to a minimum of2.5±0.5 thousand years in the lower one, which is associated with neotectonic uplift in the travertine deposits area and, accordingly, sequential formation of 12 travertine terraces. According to the original author's method, the radiocarbon activity in ancient thermal water was estimated during the deposition of travertine in the period from 7.7±1.5 to 2.5±0.5 thousand years ago. The author has also calculated the initial activity of radiocarbon in this water over the period from 13.9±1.5 to 6.2 thousand years ago taking into account the influence of isotopic dilution and exchange processes in the aeration zone and aquifers. He established that the initial activity of radiocarbon and concentration of carbon-13 decreased in young waters as compared to ancient ones. It is associated with the climatic change. Decreases in carbon-13 concentration of soil carbon dioxide and in the initial activity of radiocarbon took place due to warming and moistening of the climate, decomposition offossil organic matter and a decrease in the activity of atmospheric radiocarbon. An increase in carbonate dissolution is also possible, due to an increase in the proportion of meteoric waters in thermal system, and an increase in carbon exchange between dissolved inorganic carbon and soil carbon dioxide because of permafrost melting.
Keywords: carbon-14; changing of the climate; uranium isotopes; thorium-230; travertine.
