В настоящее время существенное внимание мировым сообществом ученых уделяется динамике арктических побережий в связи с глобальными, в частности, климатическими изменениями. Рассматриваются два аспекта данной проблемы: разрушение берегов, сложенных многолетними мерзлыми породами и, как следствие, дополнительное поступление терригенного материла на арктический шельф, и второй аспект, связанный с геохимическими деструктивными процессами, проходящими в прибрежной зоне. Огромное значение для палеоклиматических реконструкций имеет изучение залежей пластового льда, обнажающихся в настоящее время в рыхлых отложениях берегов. Эти залежи на сегодняшний день представляют собой уникальную исчезающую природную лабораторию по исследованию геокрилогических процессов в прошлом.

На формирование геохимических особенностей криолитозоны оказывают влияние гипергенные процессы миграции и концентрации химических элементов [Питулько, 1877; Кокин, 1985; Макаров, 1985, 1998; Романов, 1989; Константинов, 1990; Алексеев, Пиннекер, 2000]. В частности, при образовании залежей пластового льда за счет грунтовых вод их состав, в первую очередь, унаследует петрохимические и геохимические особенности вмещающих пород. В то же время залежи пластового льда, образовавшиеся вследствие захоронения морского льда или за счет атмосферных осадков, отражают солевой состав морской воды и атмосферных осадков и, как правило, резко недосыщены микроэлементами. Как показали экспериментальные исследования, макрокомпонентный состав пластовых льдов контролируется физико-химическими параметрами среды образования, в частности, температурой кристаллизации льда. Снижение температуры приводит к увеличению объема замерзшей воды с соответствующим ростом солености, в основном за счет увеличения анионной компоненты. Этот фактор имеет локальное значение и характеризует температуру кристаллизации льда на определенном участке.

В настоящей работе приведены результаты аналитического исследования химического состава расплавов ископаемых льдов с целью выяснения генезиса залежей пластового льда побережья Карского моря: береговая зона Югорского полуострова (район урочища Шпиндлер, в двух километрах к западу от устья реки Хубтьяха) и береговая зона Усть-Енисейского района (между мысом Сопочная Карга и Диксоном). Дополнительно исследовался гранулометрический и катионно-анионный состав вмещающих рыхлых отложений. Для решения генетических аспектов и условий формирования залежей пластового льда привлекались опубликованные данные по макро- и микрокомпонетному составу атмосферных осадков, грунтовых, речных и морских вод.

Основные результаты комплексного исследования расплавов льда показали, что:

1. Расплавы льда урочища Шпиндлер (Югорский полуостров) характеризуются магниево-кальциевым сульфатно-гидрокарбонатным составом, что характерно для грунтовых вод [Макаров, 1998]. Аналогичная тенденция отмечается для образования ледовых комплексов в Усть-Енисейском районе (особенно для участка Матренин Лог). Однако, в образовании ледового комплекса Иннокеньтьевского участка (устье реки Крестьянки) отмечается существенная роль морской воды, о чем свидетельствует натровый гидрокарбонатно-хлоридный состав расплавов льда.

2. Как показывают анионные соотношения SO₄-Cl-Br, указывающих на относительную величину температуры промерзания влаги [Пигузова, 1999], температура кристаллизации льда для разных участков варьирует. Для Усть-Енисейского района промерзание происходило при более низких температурах, чем для Югорского полуострова.

3. В региональном масштабе, микроэлементный состав расплавов льда отражает геохимическую специализацию пород, по которым циркулируют грунтовые воды. Для пластовых льдов урочища Шпиндлер, образовавшихся, предположительно, в процессе фильтрации грунтовых вод, отмечается повышенное содержание литофильных элементов (циркония, рубидия, иттрия), а для участка Матренин Лог - халькофильных элементов (цинком, медью, никелем), что отражает петрохимический фон этих районов.

4. В распределении РЗЭ в расплавах льда по данным ИСП-МС анализа наблюдается преобладанием тяжелых РЗЭ над легкими, что характерно для природных водных систем.

5. Для отложений термоцирка урочища Шпиндлер (Югорский полуостров) вниз по разрезу суммарные концентрации РЗЭ в расплавах льда увеличиваются, при этом сумма РЗЭ в расплавах льда повышена относительна морской воды и, в нижних ледовых горизонтах, относительно речной воды. Аналогичная тенденция наблюдаются также в распределении РЗЭ в разрезе ледовых отложений Матрениного Лога (Усть-Енисейский район).

6. Наличие выраженной положительной европиевой аномалии в расплавах льда урочища Шпиндлер и Матрениного Лога подтверждает отсутствие взаимодействия с атмосферой влаги, послужившей источником образования льда.

7. В распределении РЗЭ в расплавах льда района устья реки Крестьянка и Иннокентьевского (Усть-Енисейский район) также отмечается обогащение тяжелыми РЗЭ относительно легких, однако, не наблюдается выраженной положительной европиевой аномалии. Суммарные концентрации РЗЭ в расплавах льда повышены относительно морской воды и понижены относительно речной воды.

Полученные данные по распределения РЗЭ и особенности солевого состава расплавов льда урочища Шпиндлера и Матренего Лога свидетельствуют, очевидно, о формировании ледового комплекса при участии морской и атмосферной влаги (для верхних ледовых горизонтов) и грунтовых вод, фильтровавшихся через вмещающие рыхлые отложения. В то же время ледовый комплекс устья реки Крестьянка и Иннокентьевского участка формировался, по-видимому, при участии морской влаги, возможно за счет более длительного взаимодействие атмосферными осадками. Для расплавов льда отмечаются также повышенные относительно урочища Матренин Лог содержания брома, что подтверждает участие морской влаги в образовании льда. Таким образом, распределение РЗЭ в расплавах льда зависит от физико-химических параметров среды.

Полученные результаты подтверждают наличие криогеохимических полей, отражающих особенности условий образования залежей пластовых льдов:

Исследования проведены при поддержке Лаборатории полярных и морских исследований им. Отто Шмидта по гранту, представленном в проекте OSL-06-27 от 29.05.2006.

E.A. Bazhenova¹, B.G. Vanstein², M.V. Dmitrieva²

¹St.-Petersburg State University

²VNIIOkeangeologia, St. Petersburg  

Ссылка на статью:

Баженова Е.А., Ванштейн Б.Г., Дмитриева М.В. Геохимические особенности залежей пластового льда как индикатор их образования (на примере прибрежной зоны Карского моря). Геология морей и океанов: Тезисы докладов XVII Международной школы морской геологии. Т. I. М., 2007, с. 18-20.