ГЕОХИМИЯ ПОРОВЫХ ВОД ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ОЗЕРА БАЙКАЛ
, ,
ФГБУН Лимнологический институт СО РАН, г. Иркутск
Озеро Байкал – самое глубокое пресноводное озеро в мире, содержит 20% мировых запасов питьевой воды. Воды Байкала обладают исключительным постоянством содержания главных ионов, как по разным котловинам, так и по глубине. Кроме того, байкальские воды от поверхности до дна насыщены кислородом, проникающим и в донные отложения. Поверхностные осадки окислены почти по всей площади дна. Важной особенностью Байкала является то, что благодаря перемешиванию поступающего терригенного материала при переносе системой постоянных течений, в глубоководных котловинах Южного, Среднего и Северного Байкала формируются осадки, близкие по своему химическому составу. Таким образом, создаются предпосылки формирования единого фонового химического состава поровых вод донных отложений озера Байкал. Проведенные нами исследования 10 центральных станций пелагиали трех котловин выявили близость их химического состава и общие закономерности его изменения. Программа исследования «МИРы на Байкале-2009» позволила изучить поверхностные осадки 22 станций, охватывающих самые разнообразные районы озера.
По полученным результатам выделились две группы:
1. Фоновые;
2. Аномальные.
Осадки станций первой группы представлены серыми однородными диатомовыми алевритопелитовыми илами, имели рыжий окисленный слой 5–10 см; отличались горизонтальной слоистостью, имели черные прослои гидротроиллита. Химический состав поровых вод таких осадков и его изменение с глубиной полностью соответствовали результатам, полученным для центральных глубоководных станций. Это позволило подтвердить выводы о единстве солевого состава поровых вод озера Байкал. За исключением аномальных районов (районов нефтегазовой разгрузки и гидротермального вента Фролиха), полученные фоновые данные действительны для всей площади Байкала.
Поровые воды фоновых районов озера Байкал – маломинерализованные гидрокарбонатно-кальциевые, отражающие химический состав водной толщи озера. В процессе диагенетических преобразований с глубиной увеличивается общая минерализация поровых вод без изменения класса и группы вод.
Во всех котловинах озера, как и в водной толще, основным анионом поровых вод является гидрокарбонат-ион. В верхнем окисленном слое осадка в результате адсорбции ионов на гидроокислах железа его концентрации снижаются. В восстановленной зоне осадка, наблюдается увеличение концентраций ионов HCO3-, являющихся прямым продуктом распада захороненного органического вещества. Рост концентраций бикарбоната сопровождается активным метаногенезом в мольном соотношении 1:1. При окислительном диагенезе в верхней части окисленного слоя осадка из-за разрушения серосодержащего органического вещества и окисления сульфидных минералов в поровых водах наблюдается максимум концентраций ионов SO42-. К нижней границе окисленного слоя, расходуясь в процессе сульфатредукции, концентрации ионов SO42- снижаются на порядок. Превалирующая деятельность сульфатредуцирующих бактерий по потреблению сульфатов подтверждена микробиологическими исследованиями. Отличительной чертой сульфатредукции в байкальских осадках является практически полное отсутствие H2S. При общем низком содержании S и высоком содержании Fe2+ в осадке образуется гидротроиллит. Концентрации хлорид-ионов в поровой воде во всех котловинах не превышают 1 мг/л.
Преобладающим катионом в поровых водах является Ca2+, при этом определена высокая корреляция его содержания с содержанием HCO3- (r = 0,95). При выщелачивании минеральной части осадка в раствор извлекаются щелочные и щелочноземельные металлы, однако за счет катионного обмена Na+, K+ и Mg2+ переходят в поглощающий комплекс осадка, вытесняя из него ионы Ca2+, которые и накапливаются в поровой воде.
Осадки станций второй группы отобраны в районах нефте - и газопроявлений, а также в районах присутствия газовых гидратов. Осадки восстановлены с поверхности, перемешаны, представлены смесью песка, плотной глины, нефтяными линзами и прослоями (в районах нефтепроявления). Химический состав поровых вод таких осадков очень неоднороден по концентрациям и разнообразен по составу ионов. Концентрации гидрокарбонат-ионов варьируют от 10 до 400 мг/л в первых сантиметрах осадка. В поровой воде присутствуют ионы ацетата, нитраты, фосфаты, ионы хлора и брома, а также значительные количества редкоземельных элементов (La, Ge, Rb, Y, Ce, Zr, Sm, Nd, Eu). Такой состав, скорее всего, отражает сопутствующую углеводородам разгрузку глубинных вод и активно протекающие в поверхностных осадках микробиальные процессы.
Исследование выполнялось при поддержке Гос. задания 0345-2016-0007, №VIII.76.1.7 (0345–2014–0009) и № 000 (0345–2014–0007).
