Геохимия поровых вод донных отложений в северо-восточной части шельфа Баренцева моря

Представлены результаты изучения химического состава поровых вод донных осадков в северо-восточной части Баренцева моря. Установлено, что минерализация иловых вод формируется главным образом за счет ионов Cl^–, Na⁺ и в меньшей степени сульфат-иона и Mg²⁺. По составу поровые воды относятся к хлоридным натриевым и близки к составу поверхностной воды Баренцева моря. Впервые приведены экспериментальные данные о емкости катионного обмена (13,98–35,50 мг-экв/100 г породы) и составе обменного комплекса отложений (Na>Mg>Ca>K). По классификации В.А. Сулина 90% исследованных проб поровых вод имеет морской генезис, в оставшихся наблюдается изменение типа вод на хлоридно-натриево-кальциевый за счет процессов катионного обмена в донных илах. Установлено крайне слабое проявление процессов редукции сульфатов в некоторых образцах и их отсутствие в подавляющем большинстве проб донных осадков.

Показано, что особенность поровых вод — слабое протекание процессов их прямой метаморфизации. Обнаружено, что концентрация растворенных редкоземельных элементов (РЗЭ) в поровых водах составляет до 1,589 мкг/л при содержании их в илах до 144,051 мг/кг, наблюдается отрицательная цериевая и положительная европиевая аномалии как в поровых водах, так и в донных осадках. По результатам расчета индекса насыщения для всех проб выявлено недонасыщение поровых вод по отношению к содержанию гипса и галита и пересыщение в некоторых пробах относительно кальцита и доломита, что свидетельствует о возможности образования последних в осадках в ходе диагенеза. Комплексная интерпретация полученных результатов позволила получить полное представление о ведущих геохимических процессах формирования химического облика иловых вод в системе поровые воды–донные осадки в северо-восточной части Баренцева моря.

1. Айбулатов Н.А., Матюшенко В.А., Шевченко В.П. и др. Новые данные о поперечной структуре латеральных потоков взвешенного вещества по периферии Баренцева моря // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1999. Т. 6. С. 526–540.

2. Анисимов М.А., Иванова В.В., Пушина З.В., Питулько В.В. Лагунные отложения острова Жохова: возраст, условия формирования и значение для палеогеографических реконструкций региона Новосибирских островов // Изв. РАН. Сер. Геогр. 2009. Т. 5. С. 107–119.

3. Гурский Ю.Н. Макросостав иловых вод и формы бора в донных отложениях Баренцева моря // Седиментологические процессы и эволюция морских экосистем в условиях морского перигляциала. Т. 1. 2001. С. 73–80.

4. Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутренных морей. Методы изучения и процессы формирования химического состава иловых вод в отложениях Черного, Азовского, Каспийского, Белого, Балтийского морей. М.: ГЕОС, 2003. С. 332.

5. Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутренных морей. Иловые воды Красного и Средизмного морей. Зоны эстуариев // Закономерности формирования и калссификация вод литогидросферы. М.: ГЕОС, 2007. 449 с.

6. Гурский Ю.Н., Левшенко Т.В. Метаморфизация иловой воды Каспийского моря в связи с процессами обмена в системе иловая вода–осадок // Геохимия природных вод: Тр. Второго междунар. симпозиума, Ростов-на-Дону, 17–22 мая, 1982. С. 488–496.

7. Давыдов А.В., Хоштария В.Н., Вовк Н.В. и др. Геологическое строение и нефтегазоносность шельфов Карского и Баренцева морей и перспективы поисково-разведочного бурения // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2016. № 9. С. 7–12.

8. Дубинин А.В. Геохимия редкоземельных элементов в океане. М.: Наука, 2006. 360 с.

9. Дубинина Е.О., Коссова С.А., Мирошников А.Ю., Кокрятская Н.М. Изотопная (D, 18O) систематика вод морей арктического сектора России // Геохимия. 2017. № 11. С. 1041–1052.

10. Карельская А.Г., Агарова И.Я. Сезонная изменчивость некоторых гидролого-гидрохимических показателей поровых вод баренцевоморской литорали // Океанология. 1979. Т. 19. С. 250–257.

11. Козлов С.А. Опасные для нефтегазопромысловых сооружений геологические и природно-техногенные процессы на Западно-Арктическом шельфе России // Нефтегазовое дело. 2005. № 1. С. 1–25.

12. Лаптева А.М., Плотицына Н.Ф. Микроэлементы в донных отложениях Баренцева моря на стандартном разрезе «Кольский меридиан» // Вестн. МГТУ. 2017. Т. 20. С. 242–251.

13. Маслов А.В., Козина Н.В., Политова Н.В., Шевченко В.П. Систематика ряда редких и редкоземельных элементов в современных донных осадках Баренцева моря // Тр. 12-го Уральского литол. совещ. 2018. С. 216–219.

14. Новиков М.А. К вопросу о фоновых значениях уровней содержания тяжелых металлов в донных отложениях Баренцева моря // Вестн. МГТУ. 2017. № 20. С. 280–288.

15. Новиков М.А., Драганов Д.М. Загрязнение воды и донных отложений тяжелыми металлами в области полярного фронта Баренцева моря // Вестн. МГТУ. 2018. № 21. С. 150–159.

16. Павлова Л.Г. Геохимия иловых вод в условиях арктического ледово-морского седиментогенеза. Мурманск, 2001. 291 с.

17. Стрекопытов С.В., Дубинин А.В. К геохимии железистых стяжений Баренцева моря // Океанология. 2001. Т. 41. С. 386–393.

18. Ступакова А.В., Кирюхина Т.А., Суслова А.А. и др. Перспективы нефтегазоносности мезозойского разреза Баренцевоморского бассейна // Георесурсы. 2015. № 2. С. 13–26.

19. Сулин В.А. Условия образования, основы классификации и состав природных вод, в частности воды нефтяных месторождений. Л.: Изд-во АН СССР, 1948. 107 с.

20. Харитонова Н.А., Вах Е.А. Редкоземельные элементы в поверхностных водах Амурской области. Особенности накопления и фракционирования // Вестн. Томского гос. ун-та. 2015. Т. 396. С. 232–244.

21. Черновская Е.Н. Гидрологические и гидрохимические условия на литорали Восточного Мурмана и Белого моря. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 113 с.

22. Шишкина О.В. Геохимия морских и океанических иловых вод, М.: Наука, 1972. 228 с.

23. Шишкина О.В., Павлова Г.А., Быкова В.С. Геохимия галогенов в морских и океанских осадках и иловых водах. М.: Наука, 1969. 119 с.

24. Appelo C.A.J., Postma D. Geochemistry, groundwater and pollution. L.: A.A. Balkema Publishers, 2005. 649 p.

25. Christian R.R., Wiebe W.J. The effects of temperature upon the reproduction and respiration of a marine obligate psychrophile // Canad. J. Microbiol. 1974. Vol. 20. P. 1341–1345.

26. Elderfield H., Whitfield M., Burton J.D. et al. The oceanic chemistry of the rare-earth elements // Philosoph. Transactions Royal Soc. of London. Ser. A, Mathematical and Physical Sci. 1988. Vol. 325, P. 105–126.

27. Finke N., Jørgensen B.B. Response of fermentation and sulfate reduction to experimental temperature changes in temperate and Arctic marine sediments // ISME J. 2008. Vol. 2. P. 815–829.

28. Kazak E.S., Kazak A.V. Experimental features of cation exchange capacity determination in organic-rich mudstones // J. Natural Gas Sci. and Engineering. 2020. Vol. 83. P. 103456.

29. Kharitonova N.A., Chelnokov G.A., Karabtsov A.A., Kiselev V.I. Geochemistry of Na–HCO3 groundwater and sedimentary bedrocks from the central part of the SikhoteAlin mountain region (Far East of Russia) // Appl. Geochem. 2007. Vol. 22. P. 1764–1776.

30. Kulakov M.Y., Pogrebov V.B., Timofeyev S.F. et. al. Ecosystem of the Barents and Kara seas, coastal segment (22,p) // Global Coastal Ocean: Interdisciplinary Regional Studies and Syntheses. 2006. Vol. 14. P. 1139–1177.

31. Laukert G., Makhotin M., Petrova M.V. et al. Water mass transformation in the Barents Sea inferred from radiogenic neodymium isotopes, rare earth elements and stable oxygen isotopes // Chem. Geol. 2019. Vol. 511. P. 416–430.

32. Lien V.S., Trofimov A.G. Formation of Barents Sea Branch Water in the north-eastern Barents Sea // Polar Res. 2013. Vol. 32. P. 1–14.

33. Line L.H., Jahren J., Hellevang H. Mechanical compaction in chlorite-coated sandstone reservoirs — examples from Middle–Late Triassic channels in the southwestern Barents Sea // Marine and Petrole. Geol. 2018. Vol. 96. P. 348–370.

34. Loeng H., Ozhigin V., Ådlandsvik B. Water fluxes through the Barents Sea // ICES J. Marine Sci. 1997. Vol. 54. P. 310–317.

35. Schauer U., Loeng H., Rudels B. et al. Atlantic Water flow through the Barents and Kara Seas // Deep Sea Res. P. I: Oceanographic Res. Pap. 2002. Vol. 49. P. 2281–2298.

36. Sholkovitz E.R. The aquatic chemistry of rare earth elements in rivers and estuaries // Aqua. Geochem. 1995. Vol. 1. P. 1–34.

37. Viers J., Dupré B., Gaillardet J. Chemical composition of suspended sediments in World Rivers: New insights from a new database // Sci. Total Environ. 2009. Vol. 407. P. 853–868.