Суббота, 03.12.2016, 07:39
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Естественные науки

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ НА ГЕОХИМИЧЕСКУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ ОСАДКОВ ОЗЕРА ПЕРНАТОЕ (ОСТРОВ ПАРАМУШИР, КУРИЛЬСКАЯ ГРЯДА)

B.Я.Борходоев, П.С.Минюк, C.Д.Пеньевский, Ю.Ю.Иванов, Е.В.Колесов

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ НА ГЕОХИМИЧЕСКУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ ОСАДКОВ ОЗЕРА ПЕРНАТОЕ (ОСТРОВ ПАРАМУШИР, КУРИЛЬСКАЯ ГРЯДА)

Озеро Пернатое расположено на о-ве Парамушир Курильской гряды. Осадки озера, представленные болотными, морскими и озерными фациями, относятся к голоцену. Геохимические характеристики осадков отражают изменения условий осадконакопления. Песчаные отложения, маркирующие этапы эолового накопления, обогащены Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, морские отложения - Al2O3, Na2O, K2O, Ba, Rb, Sr, Zr. Озерным отложениям свойственны высокие содержания SiO2. Направленные изменения геохимических индексов пород (CIA, PIA, CIW) обусловлены климатическими факторами.
 

Ключевые слова: голоцен, озеро Пернатое, геохимия, климат.

 
Введение
Геохимические исследования осадков озер Курильской гряды проводились в рамках Международного (США - Россия - Япония) курильского биокомплексного проекта, направленного на комплексное изучение островов. В данной работе представлены материалы геохимического изучения осадков озера Пернатое (о-в Парамушир). Осадки озера, согласно радиоуглеродным датировкам, относятся к голоцену. В них установлены болотные, морские и озерные фации, отличающиеся по петромагнитным свойствам, комплексу диатомовой флоры, составу спорово-пыльцевых спектров [1; 2]. Пески и песчанистые алевриты характеризуются максимальными значениями магнитных параметров и отражают этапы эоловой активности, совпадающими с похолоданиями климата и регрессиями моря [2].

Объект и методика и исследований
Озеро Пернатое расположено на юге о-ва Парамушир. Его длина составляет 1,35 км, ширина - 0,6 км, периметр - 5,6 км, площадь воды - 0,47 км2, максимальная глубина - 1,8 м (рис. 1).

Из самой глубокой части озера поршневым пробоотборником Ливингстона [29] пробурены три скважины (рис. 1). Осадки скважины PER3 изучались геохимическим, палеомагнитным, палинологическим и диатомовым методами.
Химический состав озерных осадков изучен методом рентгенофлуоресцентного анализа. Изучено 67 образцов, отобранных через 10 см вдоль колонки. Основные породообразующие элементы определены с помощью многоканального рентгенофлуоресцентного спектрометра СРМ-25 (Россия) и S4 Pioneer (Германия). Содержания элементов найдены способом фундаментальных параметров [8].

Редкие элементы определены с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра VRA-30 (Germany). Содержания элементов найдены способом стандарта-фона с использованием некогерентно рассеянной Kaлинии анода рентгеновской трубки [7]. Пределы обнаружения по данной методике следующие: Rb - 0,0004, Sr - 0,0004, Y - 0,0004, Zr - 0,0004, Nb - 0,0003 г/т.

Кроме количественного содержания элементов анализировались некоторые геохимические индексы, модули и отношения элементов:
CIA = [Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)] х100 [22]; PIA = [(Al2O3-K2O) / (Al2O3 + CaO +Na2O-K2O)] х 100 [11]; CIW = [Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)] х 100 [15]. Высокие значения этих индексов отражают вынос мобильных катионов Ca, Na, K относительно устойчивого Al в процессе химического преобразования пород и являются индикаторами степени химического изменения осадка. Относительное количество органики оценено по величине потери при прокаливании (ППП) после прогрева проб до 1000 °С.

Литология
В разрезе скважины выделено три главных литологических слоя.

Слой 1, глубина 646-696 см. Торф бурый плотный с незначительной примесью песка.

Слой 2, глубина 429-646 см. Нижняя часть слоя (гл. 505-646 см) сложена гомогенным массивным алевритом, верхняя часть (гл. 429-505 см) - песчанистым алевритом. В основании слоя (гл. 642-643 см), а также в береговых обнажениях северозападной части озера, обнаружен прослой тефры, коррелятной, возможно, с тефрой кальдеры Курильского озера Камчатки с возрастом около 7600 лет [23].

Слой 3, глубина 0-429 см. Алеврит бурый песчаный с прослоями черного тонко- среднезернистого песка на глубинах 13,0-30,0; 122,0-152,5; 177,5-180,5; 225,0-230,0; 250,5-251,5; 380,0-391,0; 429,0-432,5 см.

Результаты исследований и обсуждение результатов
Установлено, что содержания породообразующих и редких элементов, величины геохимических индексов и отношений значительно варьируют по разрезу и, как оказалось, обусловлены литологией и генезисом осадков.

Выделены две главные группы элементов, которые по-разному отражены в разрезе.

Для первой группы наблюдается хорошая корреляция между Al2O3-Na2O (коэффициент корреляции r = 0,90), Al2O3-K2O (r = 0,82), Al2O3 - Ba (r = 0,81), Al2O3 - Sr (r = 0,71), Al2O3 - Zr (r = 0,75), Al2O3 - Rb (r = 0,63). Группа характеризует лагунные фации.

Вторая группа элементов, включающая TiO2, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, SiO2, связана с озерными фациями и контролируется гранулометрией. Коэффициент корреляции между TiO2 и Fe2O3 = 0,96; TiO2 и MgO = 0,90; TiO2 и MnO = 0,92; TiO2 и SiO2 = -0,81; Fe2O3 и MnO = 0,96.

Торф слоя 1 сформирован в болотных условиях. Характеризуется большими величинами потери при прокаливании (ППП) 26,5-88,9 % (среднее: 68,0 %), низкими концентрациями SiO2. Высокие содержания P2O5, CaO, и Al2O3 (20,2-21,5 %) связаны со спецификой осадконакопления в олиготрофных водоемах [28]. Повышенные содержания Cr, Ni, Ba объясняются их сорбцией органическим веществом (рис. 2).

Алевриты слоя 2 представлены фациями соленого водоема с диатомовой флорой Melosira nummuloides (Dillw.) Ag., Cocconeis scutellum Ehr. var. Scutellum, Paralia sulcata (Ehr.) Cl. и др. [1]. Для осадков характерны высокие содержания K2O, Na2O, Ba, Sr, Rb, Zr, а также свойственны повышенные содержания Al2O3 и CaO, но более низкие, чем в слое 1. Обогащение барием связывается с биологической палеопродуктивностью в водоемах, как отмечалось, например, для осадков интерстадиалов Охотского моря [14; 25]. Содержание стронция в морских отложениях выше, чем в пресноводных [4]. Осадки слоя имеют высокие значения индексов CIA=50,44-63,24 (среднее 55,75), PIA=50,49- 65,05 (56,47), CIW = 52,6167,28 (58,96). По термокаппаметрии в них диагностирован пирит и,предположительно, лепидокро- кит. Пирит часто образуется в восстановительных средах и ассоциируется с органикой [5]. Осадки имеют низкую магнитную восприимчивость. Значения ППП в осадках изменяются в пределах 8,7-21,4 % (среднее 15,4 %).


 
Рис. 1. Местоположение озера Пернатое

Алеврит, пески слоя 3 сформированы в пресном водоеме. Содержания Al2O3, Na2O, K2O, Sr, Rb, Zr ниже, чем в слое 2, однако их значения больше варьируют по слою. Максимальные концентрации этих элементов характерны для песков. Содержание SiO2 выше, чем в слое 2. Увеличение кремнезема связано, по-видимому, с увеличением биогенной составляющей. В палеосообществах диатомей доминируют пресноводные Staurosira construens var. Venter, Epithemia adnata и Cocconeis placentula var. euglypta (Ehr.) Cl., участвуют также Staurosirella pinnata, Pseudostaurosira brevistriata, Fragilaria neoproducta и др. [1]. Для слоя характерны значительные колебания концен
траций TiO2, Fe2O3, MnO, MgO, особенно в интервале глубин 0-200 м, где часто встречаются прослои песков. В песках отмечены минимальные значения SiO2 и повышенные значения CaO, Na2O, MgO. Железо и титан в песках связаны с обломочными минералами - магнетитом, титаномагнетитом, ильменитом. Пески имеют высокие значения магнитной восприимчивости и обогащены ферримагнитными минералами, представленными титаномагнетитами (титанистыми магнетитами) с содержанием Fe 68-74 %, Ti - в среднем 6,7 %. В значимых количествах титаномагнетиты содержат примесь Al - 6 % и Mg - 3,8 %. По составу пески попадают в базальтовую и базальтово-андезитовую области на диаграмме (Na2O + K2O) - SiO2 [20], что типично для плиоцен-четвертичных вулканитов Охотского моря [10]. Отложения слоя 3 менее изменены, чем подстилающие отложения. Индексы CIA = 35,42-58,27 (49,99), PIA = 34,78-59,30 (47,94), CIW = 36,18-61,69 (49,90).

 
Рис. 2. Распределение главных породообразующих и редких элементов по разрезу. Пунктирные линии - элементы со шкалой снизу

Пески связаны с эпохами похолоданий и регрессий моря, когда активизировалось эоловое осадконакопление. Четыре генерации дюн выделены на некоторых тихоокеанских островах [3; 18; 24], коррелируемые с интервалами накопления песков в осадках озера. Слой песков, расположенный в кровле колонки с возрастом менее 1,9 тысяч лет, по-видимому, связан с регрессией моря и второй генерацией дюн, происходившими 1,7-1,3 тысяч лет назад на о-ве Кунашир. Прослой песков на глубине 122-153 см с интерполированным возрастом 3,1-3,3 тысяч лет, коррелируется с похолоданием климата и регрессией моря, происходившими 2,93,4 тысяч лет назад [18; 24]. Накопление песчанистых алевритов (глубина 225-296 см), имеющих возраст 4,0-4,7 тысяч лет, происходило, видимо, синхронно регрессии моря и похолоданию, выявленным на о-вах Кунашир и Беринга 4,5-4,7 тысяч лет назад. Пески на глубине 384-393 см с интерполированным возрастом ~5,5 тысяч лет сформированы во время кратковременного похолодания, установленного 5,4-5,7 тысяч лет назад на о-ве Кунашир. Выделенные этапы эолового накопления близки по возрасту событиям Бонда, которые маркируют ледовый разнос в Северной Атлантике [6].

Величины геохимических индексов CIA, CIW, PIA уменьшаются снизу вверх по разрезу, указывая об ослаблении степени химического изменения осадков (рис. 3). Осадки нижней части разреза более измененные. Характерно, что и пески, отмеченные на различных уровнях, также имеют различную степень изменения, что, видимо, связано не с гранулометрией и сортировкой материала в процессе транспортировки и накопления, а с климатическими факторами. По составу пески идентичные в разрезе. Палинологические данные из нижней части колонки свидетельствуют о более благоприятных климатических условиях, существовавших в атлантический период голоцена [1]. Спорово-пыльцевые спектры верхней части разреза указывают на похолодание климата. Снизу вверх по разрезу наблюдается направленное увеличение отношения остаточной коэрцитивной силы (Bcr) к коэрцитивной силе (Bc), свидетельствующее об увеличении размерности магнитных частиц [2]. Предполагается, что размерность частиц контролировалась химическим выветриванием, интенсивность которого была больше при влажном и теплом климате.
 
Рис. 3. Сопоставление данных: А) Пернатое, индекс химического изменения (CIA); Б) Пернатое, плагиоклазовый индекс изменения (PIA); В) Пернатое, отношение остаточной коэрцитивной силы (Bcr) к коэрцитивной силе (Bc); Г) Венесуэльское побережье, Site 1002, содержание титана [16]; Д) Японское море, site MD01-2421, годовая температура поверхностных вод [17]; Е) Оман, пещера Qunf, содержание изотопа кислорода 18О; Ж) Гвинейское побережье, site MD03-2707, содержание изотопа кислорода 18О; [21, 27]; З) Китай, пещера Dongge, содержание изотопа кислорода 18О; И) инсоляционная кривая

В спорово-пыльцевых спектрах наблюдается постепенное уменьшение вверх по колонке процентного содержания пыльцы Pinus s/g Haploxylon и спор Polypodiacea [1]. Подобный климатический тренд по палинологическим данным выявлен для голоцена о-ва Кунашир с максимально теплым климатом около 6500-5000 лет назад [18; 24].
 
Аналогичный ход кривой отмечен для содержания изотопа 18O по сталагмитам пещер Dongge и Tianmen в Китае [9; 26] и пещер в Омане и Йемене [12; 13], которые свидетельствуют о направленном ослаблении азиатских муссонов в течение голоцена. С уровня 8 тыс. лет выявлено уменьшение температуры поверхностных вод Японского моря в районе Kuroshio (site MD01-2421) [17], а также в Атлантике вблизи Гвинейского побережья (site MD03-2707) [21; 27]. Ослабление терригенного привноса, вследствие уменьшения атмосферных осадков зафиксировано по содержанию титана в осадках около побережья Венесуэлы (site 1002) [16]. В целом, охарактеризованные кривые повторяют тренд летней инсоляционной кривой для голоцена Северного полушария [19] (см. рис. 3).

Таким образом, геохимические характеристики осадков оз. Пернатое отражают изменения условий осадконакопления. Песчаные отложения, маркирующие этапы эолового накопления, обогащены Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, морские отложения - Al2O3, Na2O, K2O, Ba, Rb, Sr, Zr. Озерным отложениям свойственны высокие содержания SiO2. Направленные изменения геохимических индексов пород (CIA, PIA, CIW) обусловлены климатическими факторами.

Библиографический список

1. Ложкин А.В. Первая озерная летопись изменений климата и растительности Северных Курил в голоцене / А.В. Ложкин [и др.] // Доклады РАН. - 2010. - Т. 430. - № 2. - С. 198-200.
2. Минюк П.С. Петромагнитные свойства осадков озера Пернатое (остров Парамушир, Курильская гряда) как показатели изменений условий осадконакопления / П.С. Минюк [и др.] // Физика Земли. - 2013. - № 1. - С. 1-10.
3. Разжигаева Н.Г. Развитие береговых дюн при изменениях уровня моря / Н.Г. Разжигаева, Л.А. Ганзей // Океанология. - 2005. - Т. 45. - № 1. - С. 150160.
4. Юдович Я.Э. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия) / Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис. - Сыктывкар : Геопринт, 2011. - 742 с.
5. Berner R.A. Sedimentary pyrite formation: An update // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 1984. - V. 48. - P. 605-615.
6. Bond G.C., Showers W., Cheseby M., Lotti R., Almasi P., deMenocal P., Priore P., Cullen H., Hajdas I., Bonani G. A pervasive millennial-scale cycle in North Atlantic Holocene and glacial climates // Science. - 1997. - V. 278. - P. 1257-1266.
7. Borkhodoev V. Ya. X-ray fluorescence determination of rubidium, strontium, yttrium, zirconium and niobium in rocks // Journal of Trace and Microprobe Techniques. - 1998. - V. 16. - P. 341-352.
8. Borkhodoev V.Ya. Accuracy of the fundamental parameter method for x-ray fluorescence analysis of rocks // Х-Ray Spectrometry. - 2002. - V. 31. - P. 209-218.
9. Cai Y., Zhang H., Cheng H., An Z., Edwards R.L., Wang X., Tan L., Liang F., Wang J., Kelly M. The Holocene Indian monsoon variability over the southern Tibetan Plateau and its teleconnections // Earth and Planetary Science Letters. - 2012.- V. 335-336. - P. 135-144.
10. Emel'yanova T.A., Lelikov E.P., S'edin V.T. Geochemical features of the Okhotsk Sea Cenozoic volcanism // Geo-Marine Letter. - 2006. - V. 26. - P. 275286.
11. Fedo C.M., Nesbitt H.W., Young G.M. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance // Geology. - 1995. - V. 23. - P. 921- 924.
12. Fleitmann D., Burns S.J., Mangini A., Mudelsee M., Kramers J., Villa I., Neff U., Al-Subbary A.A., Buettner A., Hippler D., Matter A. Holocene ITCZ and Indian monsoon dynamics recorded in stalagmites from Oman and Yemen (Socotra) // Quaternary Science Review. - 2007. - V. 26. - P. 170-188.
13. Fleitmann D., Burns S.J., Mudelsee M., Neff U., Kramers J., Mangini A., Matter A. Holocene forcing of the Indian Monsoon recorded in a stalagmite from southern Oman // Science. - 2003. - V. 300. - P. 1737-1739.
14. Gorbarenko S.A., Goldberg E.L., Kashgarian M., Velivetskaya T.A., Zakharov S.P., Pechnikov V.S., Bosin A.A., Psheneva O.Yu., Ivanova E.D. Millennium scale environment changes of the Okhotsk Sea during Last 80 kyr and their phase relationship with global climate changes // Journal of Oceanography. - 2007. - V. 63. - P. 609-623.
15. Harnois L. The CIW index: A new chemical index of weathering // Sedimentary Geology. - 1988. - V. 55. - P. 319-322.
16. Haug G.H., Hughen K.A., Sigman D.M., Peterson L.C., Rohl U. Southward migration of the intertropical convergence zone through the Holocene // Science. - 2001. - V. 293. - P. 1304-1308.
17. Koizumi I. Diatom-derived SSTs (Td' ratio) indicate warm seas off Japan during the middle Holocene (8.23.3 kyr BP) // Marine Micropaleontology. - 2008. - V. 69. - P. 263-281.
18. Korotky A.M., Razjigaeva N.G., Grebenniko- va T.A., Ganzey L.A., Mokhova L.M., Bazarova V.B., Sulerzhitsky L.D., Lutaenko K.A. Middle-and late- Holocene environments and vegetation history of Kunashir Island, Kurile Islands, northwestern Pacific // The Holocene. - 2000. - V. 10. - № 1. - P. 311-331.
19. Laskar J., Robutel P., Joutel F., Gastineau M., Correia A. C. M., Levrard B. A long-term numerical solution for the insolation quantities of the Earth // Astronomy and Astrophysics. - 2004. - V. 428. - P. 261285.
20. Le Maitre R.W. A Classification of Igneous Rocks and Glossary of Terms. - Oxford: Blackwell Scientific, 1989. - 193 p.
21. Leduc G., Sachs J.P., Kawka O.E, Schneider R.R. Holocene changes in eastern equatorial Atlantic salinity as estimated by water isotopologues // Earth and Planetary Science Letters. - 2013. - V. 362. - P. 151162.
22. Nesbitt H.W., Young G.M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. - 1982. - V. 299. - P. 715717.
23. Ponomareva V.V., Kyle P.R., Melekestsev I.V., Rinkleff P.G., Dirksen O.V., Sulerzhitsky L.D., Zaretskaia N.E., Rourke R. The 7600 (14C) year BP Kurile Lake caldera-forming eruption, Kamchatka, Russia: stratigraphy and field relationships // Journal of Volcanology and Geothermal Research. - 2004. - V. 136. - P. 199-222.
24. Razjigaeva N.G., Grebennikova T.A., Ganzey L.A., Mokhova L.M., Bazarova V.B. The role of global and local factors in determining the middle to late Holocene environmental history of the South Kurile and Komandor islands, northwestern Pacific // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. - 2004. - V. 209. - P. 313-333.
25. Sato M.M., Narita H.N., Tsunogai S. Barium Increasing prior to Opal during the Last Termination of Glacial Ages in the Okhotsk Sea Sediments // Journal of Oceanography. - 2002. V. 58. - P. 461-467.
26. Wang Y., Cheng H., Edwards R.L., He Y., Kong X., An Z., Wu J., Kelly M.J., Dykoski C.A., Li X. The Holocene Asian Monsoon : Links to Solar Changes and North Atlantic Climate // Science. - 2005. - V. 308. - P. 854-857.
27. Weldeab S., Lea D.W., Schneider R.R., Andersen N. 155,000 years of West African monsoon and ocean thermal evolution // Science. - 2007. - V. 316. - P. 13031307.
28. Wilson T.A., Amirbahman A., Norton S.A., Voytek M.A. A record of phosphorus dynamics in oligotrophic lake sediment // Journal of Paleolimnology. - 2010. - V. 44. - P. 279-294.
29. Wright H.E.Jr., Mann D.H., Glaser P.H. Piston corers for peat and lake sediments // Ecology. - 1984. - V. 65. - P. 657-659.

Вестник Северо-Восточного государственного университета
Магадан 2013. Выпуск 19

Категория: Естественные науки | Добавил: x5443 (22.11.2016)
Просмотров: 5 | Теги: КУРИЛЬСКАЯ ГРЯДА | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016