Первые изотопно-гидрогеохимические данные по природным водам юго-восточного склона кряжа Чекановского (арктические районы Сибирской платформы)

Abstract

Актуальность исследования обусловлена получением материалов по неизученным ранее природным водам юго-восточного склона кряжа Чекановского (арктические районы Сибирской платформы). Исследуемый район относится к труднодоступным, со сплошным распространением многолетнемерзлых пород. Цель: выявить геохимические особенности природных вод юго-восточного склона кряжа Чекановского. Методы. Полевое опробование проведено в соответствии с общепринятыми методиками. Химико-аналитические исследования выполнены методами титриметрии, ионной хроматографии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Анализ изотопных отношений [sigma]D, [sigma]18O, [sigma]13С проводился на приборе Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженном приставками пробоподготовки H/Device (для анализа отношений [sigma]D) и GasBench II (для анализа отношений [sigma]18O и [sigma]13СDIC). При анализе гидрогеохимической информации использовались коэффициенты: геохимические (Ca/Na, Ca/Mg, Ca/Si, Mg/Si, Na/Si, Si/Na, rNa/rCl и SO4/Cl), концентрации и водной миграции по А. И. Перельману. Результаты. Представлены первые результаты изотопно-геохимических исследований природных вод юго-восточного склона кряжа Чекановского, расположенного в низовьях реки Лены, в арктических районах Сибирской платформы. Изучены реки и временные водотоки, образующиеся в период таяния многолетнемерзлых пород. Установлено, что воды ультрапресные с величиной общей минерализации от 63 до 100 мг/дм3, по показателю pH (6,9-7,9) нейтральные и слабощелочные. Характеризуются показателем химического потребления кислорода от 1,6 до 9,7 мгО/дм3. Речные воды имеют преимущественно гидрокарбонатный кальциевый состав. Временные водотоки отличаются преобладанием сульфат-иона, а также низкими значениями ХПК от 1,6 до 3,1 мгO/дм3. Рассчитанные коэффициенты водной миграции распределились следующим образом: очень сильная интенсивность миграции I, Se, Br; сильная Sr, B, Sb; средняя As, P, Ni, Cu, Li, Ba, Zn, U, Sn, Mo; слабая (инертная) Sc, Y, Be, Mn, Pb, Si, Ge, Cr, Rb, Co, V, Fe, Ga, Th, Al, Zr, Ti. Изотопные отношения кислорода и водорода изучаемых вод варьируют в широком диапазоне для [sigma]18O: от -24,2 до -19,5 ‰, и для [sigma]D - от -183,0 до -149,3 ‰. По изотопному составу воды имеют метеорное происхождение. Наблюдается смещение акцента питания вод от зимнего к летнему для рек, в то время как для временных водотоков в большей степени проявляются зимние (снеговые) источники. Изотопные отношения [sigma]13CDIC варьируют от -9,7 до -7,2 ‰. В речных водах наблюдаются как положительные (до -7,2 ‰), так и отрицательные (до -9,7 ‰) отклонения [sigma]13CDIC относительно проб, отобранных из временных водотоков. Для них характерны значения от -8,0 до -7,7 ‰. Можно предположить, что обогащение углекислотой и изотопом 13CDIC происходит, в первую очередь, за счет карбонатных пород и углекислоты, образованной в ходе вегетации растений типа C4.The relevance of the study is caused by the obtaining of the previously unexplored isotope-hydrogeochemical data on the natural waters of the south-east slope of the Chekanovsky ridge (Arctic regions of the Siberian Platform). The study area is difficult due to the access continuous distribution of permafrost. The aim of the research is to identify the geochemical features of the natural waters of the south-east slope of the Chekanovsky ridge. Methods. Field sampling was carried out in accordance with generally accepted methods. Chemical analytical studies were performed by titrimetry, ion chromatography and inductively coupled plasma mass spectrometry. The analysis of the isotope ratios ([sigma]D, [sigma]18O, and [sigma]13СDIC) was carried out on an Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253 equipped with H/Device (for analyzing [sigma]D ratios) and GasBench II (for analyzing [sigma]18O and [sigma]13СDIC ratios) sample preparation attachments. In the study of hydrogeochemical data, we used geochemical coefficients (Ca/Na, Ca/Mg, Ca/Si, Mg/Si, Na/Si, Si/Na, rNa/rCl and SO4/Cl), coefficients of concentration and water migration according to A. I. Perelman. Results. The paper presents the first results of isotope-geochemical studies of the natural waters of the south-east slope of the Chekanovsky ridge, located in the downstream of the Lena river, in the Arctic regions of the Siberian Platform. The rivers and temporary streams formed during the period of thawing of permafrost have been studied. It was established that the waters are ultra-fresh with a total salinity of 63 to 100 mg/dm3, neutral and slightly alkaline in terms of pH (6,9-7,9), characterized by chemical oxygen demand (COD) from 1,6 to 9,7 mgO/dm3. River waters have a predominantly bicarbonate calcium composition. Temporary streams are characterized by the predominance of sulfate ion, as well as low COD values - from 1,6 to 3,1 mgO/dm3. The calculated coefficients of water migration were distributed as follows: very high intensity of migration of I, Se, Br; high Sr, B, Sb; average As, P, Ni, Cu, Li, Ba, Zn, U, Sn, Mo; low Sc, Y, Be, Mn, Pb, Si, Ge, Cr, Rb, Co, V, Fe, Ga, Th, Al, Zr, Ti. The isotopic ratios of oxygen and hydrogen were studied in a wide range for [sigma]18O - from -24,2 to -19,5 ‰, and for [sigma]D - from -183,0 to -149,3 ‰. According to the isotopic composition the waters has a meteor origin. A shift in the water supply from winter to summer is observed for rivers, while winter (snow) sources are more pronounced for temporary streams. The [sigma]13CDIC isotopic ratios range from -9,7 to -7,2 ‰. In river waters, both positive (up to -7,2 ‰) and negative (up to -9,7 ‰) deviations of [sigma]13C relative to samples taken from temporary streams (characterized by values from -8,0 to -7 ‰), are observed. It supposed enrichment of water with carbon dioxide and heavy isotope 13C firstly due to material and isotopic exchange with the carbonate rocks weathered by soil CO2 formed from plants of type C4.