Изотопно-концентрационная характеристика природных вод Новосибирской области как инструмент контроля их взаимодействия с окружением

Abstract

Актуальность: необходимость создания методики различения близких по изотопному составу кислорода и водорода водоемов на основании их изотопно-концентрационных характеристик. Цель: сопоставить изотопно-концентрационные характеристики отдельных водоемов, выявить их применимость для оценки различий водоемов, имеющих близкие изотопные составы кислорода и водорода. Методы. Лабораторное изучение химического состава природных вод методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой проводилось в проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета. Определение комплекса величин δD, δ18O, δ13СDIC вод и растворенного неорганического углерода проводилось в центре коллективного пользования Института геологии и минералогии СО РАН с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженного приставками пробоподготовки H/Device и GasBench II. Результаты. Представлены данные изотопных исследований природных вод с. Скала Новосибирской области (Россия). Изотопный состав кислорода и водорода указывает на метеорно-инфильтрационное происхождение всех изученных вод. Большинство изученных объектов имеют изотопные характеристики, сопоставимые с другими объектами области: от -142 до -114 ‰ для δD, от -18,5 до -11,6 ‰ для δ18O. Неординарный изотопный состав кислорода и водорода зафиксирован для пробы подземной воды, отобранной в с. Скала: легкий изотопный состав кислорода и водорода вместе с повышенными значениями дейтериевого эксцесса. По изотопно-концентрационной характеристике растворенного неорганического углерода изученные воды разделены на три группы: дренажные воды карьеров с низким содержанием растворенного неорганического углерода тяжелого изотопного состава (значения δ13CDIC от -5,3 до -4,4 ‰), речные воды с умеренным содержанием растворенного неорганического углерода и широкой вариацией изотопного состава углерода (значения δ13CDIC от -13,3 до -6,8 ‰), подземные воды с максимальным содержанием растворенного неорганического углерода и самым легким из представленных изотопным составом углерода (значения δ13CDIC от -13,3 до -9,2 ‰). Вид характеристики определяется индивидуальными условиями накопления DIC и изотопного обмена вод с окружающей средой.

The relevance of the research is caused by the need to develop the differentiation method for the water reservoirs with similar hydrogen and oxygen isotope composition using the combined isotope and concentration characteristic. Purpose: to compare combined isotope and concentration characteristics of individual water reservoirs and to reveal whether to apply them or not for differentiation of the water reservoirs with similar hydrogen and oxygen isotope composition. Methods. Laboratory studies of the chemical composition of natural waters by means of titration, ion chromatography, mass spectrometry with inductively coupled plasma and analysis of the chemical composition of waters using titration were carried out at the Research Laboratory of Hydrogeochemistry at the School of Earth Sciences and Engineering of the Tomsk Polytechnic University. The δD, δ 18O, δ 13СDIC values of waters and dissolved inorganic carbon were determined in the Research Equipment Sharing Center at the Institute of Geology and Mineralogy SB RAS using the Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, equipped by the H/Device and GasBench II. Results. Investigation of the isotope composition of H, O and dissolved inorganic carbon in the natural waters of Skala village in Novosibirsk region (Russia) was carried out. Isotope composition of all studied waters indicates their meteoric and infiltration genesis. Most waters have isotope composition comparable with it in other water objects of the region: δD values are varying from -142 to -114 ‰ whereas δ 18O values are varying from -18,5 to -11,6 ‰. Unusual isotope composition of hydrogen and oxygen has been detected in ground water from Skala village: depleted δD and δ 18O values combined with exceeding deuterium excess values. Waters under investigation were distinguished in three groups using combined isotope and concentration characteristic of dissolved inorganic carbon: drainage water from mine pit with low dissolved inorganic carbon concentration and enriched with δ 13CDIC values from -5,3 to -4,4 ‰, river waters with moderate dissolved inorganic carbon concentration and wide δ 13CDIC values from -13,3 to -6,8 ‰, ground waters with maximal dissolved inorganic carbon concentration and depleted δ 13CDIC values from -13,3 to -9,2 ‰. The combined isotope and concentration characteristics type of individual water reservoir depends on the water accumulation and isotope exchange with environment.