Поступление осадочного материала в Байкал и процессы раннего диагенеза в донных осадках озера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.28, доктор геолого-минералогических наук Гранина, Либа Заламановна

• Гранина, Либа Заламановна
• доктор геолого-минералогических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор геолого-минералогических наук Гранина, Либа Заламановна

Введение.

Глава 1. Краткая характеристика региона, озера, водосборного бассейна.

Состояние изученности проблемы.

1.1. Состояние изученности проблемы.

1.2. Краткая характеристика региона, озера и его водосборного бассейна.

Глава 2. Методы и объекты исследования.

2.1. Методы исследования.

2.2. Объекты исследования.

Глава 3. Поступление химических веществ в Байкал, их накопление в донных осадках озера.

3.1. Баланс взвешенных веществ в Байкале.

3.2. Элементный состав речных и озерных взвесей.

3.3. Оценка суммарного поступления химических веществ в Байкал.

3.4. Сопоставление потоков макрокомпонентов с уровнем их накопления в донных осадках.

Глава 4. Окислительно-восстановительные условия в осадках на границе вода-дно

4.1. Окислительные условия в осадках на границе вода-дно.

4.2. Восстановительные условия в осадках на границе вода-дно.

4.2.1. Осадки мелководных приустьвых участков дна, заливов и соров.

4.2.2. Глубоководные осадки в районе гидротермального проявления и районе приповерхностного залегания газовых гидратов.

Глава 5. Внутриводоемный круговорот некоторых биогенных элементов.

5.1. Круговорот углерода в Байкале (обзор).

5.1.1. Баланс органических веществ.

5.1.2. Баланс органического углерода и элементы его круговорота.

5.2. Круговорот железа и марганца в Байкале.

5.2.1. Баланс Бе и Мп.

5.2.2. Внутренний круговорот Бе и Мп.

5.3. Круговорот фосфора в Байкале.

5.3.]. Баланс фосфора.

5.3.2. Внутренний круговорот фосфора.

5.3.3. Связь фосфора и железа.

5.3.4. Фосфор в донных осадках дельты р. Селенга.

5.4. Круговорот кремния в Байкале.

5.5. Характеристики круговорота Р, Si, Fe, Мп в Байкале.

Глава 6. Внутриосадочный цикл Fe, Мп и сопутствующих элементов. 1 Об

6.1. Происхождение и динамика Fe/Mn прослоев в осадках.

6.2. Два типа диагенеза Fe и Мп в зависимости от условий осадконакопления.

6.3 Распределение марганца в донных осадках и поровых водах: модельная аппроксимация.

6.4. Диагенетические преобразования сопутствующих макрои микроэлементов.

Глава 7. Возможности аутогенного диагенетического минералообразования в Байкале.

7.1. Аутигенное минералообразование в зоне окисления.

7.1.1. Биогенная природа накопления оксидов Fe и Мп в осадках.

7.1.2. Константы скорости окисления марганца в осадках.

7.1.3. Железомарганцевые стяжения в Байкале.

7.2. Аутигенное минералообразование в зоне восстановления.

Глава 8. Захороненные Fe/Mn прослои как маркеры изменения условий седиментации в Байкале.

8.1. Особенности захоронения Fe/Mn прослоев в осадках Байкала.

8.2. Захороненные Fe корки в поверхностных осадках.

8.3. Захороненные прослои, содержащие микрокопкреции вивианита.

8.4. Fe/Mn корки, захороненные глубоко под поверхностью дна (нестационарные диагенетические системы).

Глава 9. Состав поровых вод осадков как отражение процессов, осложняющих течение диагенеза; некоторые особенности осадкообразования и диагенеза в Байкале.

9.1. Поровые воды осадков длинных кернов и керпа бурения BDP-93.

9.2. Поровые воды осадков в районе субаквальпой гидротермальной разгрузки.

9.3. Поровые воды осадков в районе залегания газовых гидратов.

9.4. Стабильные изотопы кислорода и водорода в поровых водах.

9.5. О влиянии компонентов поровых вод на состав байкальской воды.

9.6. Некоторые особенности осадкообразования и диагенеза в Байкале. 204 Заключение. 209 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Поступление осадочного материала в Байкал и процессы раннего диагенеза в донных осадках озера»

Актуальность работы определяется тем, что Байкал является упикальиым природным объектом - озеро отнесено к Участкам Мирового Природного Наследия ЮНЕСКО. В 2006 г., выступая в рамках Байкальского Экономического Форума, представитель ЮНЕСКО подчеркнул, что Байкал - единственный водоем в мире, занимающий место между пресным озером и океаном. Байкал имеет исключительное стратегическое значение как крупнейший источник питьевой воды для мирового сообщества. В настоящее время содержание следовых элементов в регионе находится на уровне природного фона, а концентрации биогенных элементов в водах озера не выходят за пределы сезонных и межгодовых колебаний. Однако изменения в уровне природопользования могут повлиять на содержание и динамику этих элементов в будущем. Из-за большого времени водообмена в Байкале (> 300 лет) па протяжении жизни двух-трех поколений невозможно заметить последствия антропогенных воздействий. Для прогноза вызванных ими изменений необходимо глубокое понимание биогеохимического круговорота ключевых для функционирования экосистемы элементов, которое позволит предсказать отклик экосистемы на любые внешние воздействия. Надежные характеристики баланса химических веществ в озере являются основой для оценки экологического благополучия Байкала и контроля возможных изменений его состояния в будущем.

Дойные отложения представляют собой итог процессов, протекающих на водосборе и в озере. Интегральным показателем состояния водоема служит наличие либо отсутствие окисленного слоя на поверхности его донных осадков. По мере интенсификации хозяйственной деятельности все меньше остается озер, в осадках которых развита окисленная зона. Байкал - один из немногих пресных водоемов, в которых широко представлена окислительная стадия диагенеза, характеризующаяся накоплением и преобразованием соединений Ре и Мп в донных осадках. Благодаря своему расположению вдали от крупных промышленных регионов, Байкал может служить эталоном незагрязненного водоема при оценке антропогенных воздействий на циклы тяжелых металлов и следовых элементов, а также для изучения их поведения в диагенезе. Донные отложения представляют собой летопись глобальных событий в регионе, в них также отражена и недавняя история возможного загрязнения водоема - для расшифровки этих сигналов необходимо понимать динамику трансформации соединений Ре и Мп, являющихся чуткими индикаторами изменения условий в осадках. В Байкале представлен широкий спектр условий осадконакоиления и концентраций органического углерода в отложениях, и это делает его идеальной моделью для изучения редокс реакций в осадках.

Осадконакопление в Байкале, донные осадки озера и протекающие в них процессы изучают не один десяток лет. Несмотря на обилие имеющихся материалов, многие актуальные вопросы оставались до недавнего времени мало изученными. Практически не было данных об элементном составе речной и озерной взвеси, поэтому ни одна из имеющихся версий химического баланса озера не учитывала поступление элементов во взвешенной форме, хотя предполагается (Агафонов, 1990), что речные взвеси поставляют в Байкал около 30% химических веществ. Отсутствие сведений о составе озерной взвеси и надежных данных о составе поровых вод осадков не позволяло рассчитать составляющие внутреннего круговорота элементов. В частности, не была оценена роль диагепетической регенерации биогенных элементов в донных осадках, слабо освещена возможность влияния компонентов поровых вод на состав байкальской воды. Полностью отсутствовали данные о геохимической роли гидротермальных проявлений на дне Байкала. Скудные материалы характеризовали содержание малых элементов в донных осадках; для поровых вод они практически отсутствовали. Наличие стадии окислительного диагенеза является особенностью Байкала, тем не менее, закономерности осадочного цикла Бе, Мп и сопутствующих элементов, участие в нем кислорода и роль биогенного фактора, динамика аккумуляции Бе и Мп в осадках, ее связь с условиями осадконакопления не были изучены.

В начале 1990-х гг., в связи с организацией Байкальского Международного Центра Экологических Исследований при ЛИН СО РАН, начался новый этап изучения озера, в котором приняли участие ведущие ученые мира. Первые международные экспедиции на Байкал были ориентироваиы па изучение донных осадков, процессов осадкообразования и раннего диагенеза. Автору посчастливилось ие только работать в рамках этих международных программ, но и принимать участие в постановке научных задач, интерпретации полученных данных, подготовке публикаций по результатам исследований.

В настоящее время имеется крайне мало обобщений, посвященных закономерностям пресноводного диагенеза. Байкал остается одним из самых чистых крупных водоемов планеты, являясь, таким образом, эталоном глубокого пресного озера. В то же время, Байкал имеет ряд особенностей, позволяющих рассматривать его как модель океана. Собранные за последние годы новые материалы имеют фундаментальный характер и важны не только для понимания закономерностей функционирования уникальной экосистемы озера, но имеют и общелимнологическое значение. Очевидна необходимость их обобщения - актуальность этой задачи, поставленной при написании диссертации, не вызывает сомнений.

Цель исследования - изучить поступление химических элементов в Байкал, закономерности преобразования их соединений в процессах раннего диагенеза в условиях глубокого пресного водоема, характеризующегося постоянной обогащенностью водной толщи кислородом.

Задами исследования:

1. Изучить состав речных и озерных взвесей; оценить роль твердого речного стока в питании озера химическими элементами.

2. Сопоставить потоки макрокомнонентов в озеро с уровнем их накопления в донных осадках.

3. Исследовать биогеохимические циклы Р, 81, Ре, Мп в Байкале.

4. Изучить состав поровых вод осадков; оценить влияние их компонентов на состав байкальской воды.

5. Оценить возможности диагенетического аутигенного минералообразовапия; роль в нем биогенного фактора.

6. Исследовать динамику аккумуляции Ре/Мп прослоев в осадках; внутриосадочный цикл Ре, Мп и сопутствующих элементов в связи с условиями осадкопакопления.

Объекты исследования. В основу работы положены результаты многолетних (преимущественно 1990-2005 гг.) комплексных исследований. Изучен состав взвешенных частиц в центральных районах Байкала, в крупных притоках озера и реке Ангара. Исследован состав твердой и жидкой фазы поверхностных осадков из всех районов Байкала. Изучен состав поровых вод в длинных (до 8 м) кернах осадков ив 100 м керне бурения. Отобраны и исследованы десятки конкреционных образований (Ре/Мп прослои, корки и конкреции, микроконкреции вивианита). Проведен ряд лабораторных экспериментов. На базе собственных и литературных материалов выполнены многочисленные расчеты: охарактеризована приходная статья химического баланса озера; для ряда макроэлементов рассчитан химический баланс; теоретически оценены потоки макрокомпонентов с водами притоков; разными способами рассчитан уровень их аккумуляции в донных осадках. Оценены основные составляющие внутреннего круговорота Р, Б!, Ре и Мп в Байкале. Проведены расчеты, характеризующие возможности аутигенного мипералообразования в осадках; выполнена модельная аппроксимация распределения марганца в донных осадках и поровых водах.

Отобрано и проанализировано более 900 проб донных осадков, более 600 проб поверхностных, придонных и поровых вод; около 100 проб речной и озерной взвеси. При проведении комплексных биогеохимических исследований в 65 образцах одновременно измерены концентрации железобактерий и определены основные показатели осадков и поровых вод, характеризующие условия обитания микроорганизмов. Всего в исследованных природных образцах выполнено несколько тысяч определений более 40 показателей. Для этого использован комплекс современных высокочувствительных методов анализа: измерение концентрации кислорода микроэлектродами, рептгенофлюоресцентный анализ с синхротронным излучением, масс спектрометрия и оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, нейтронно-активационный анализ, атомно-эмиссионная спектроскопия в прямой проточной плазме, атомно-абсорбциопная спектрометрия, рентгеновский микроанализ с электронным микрозондом, высокоэффективная жидкостная ионная хроматография, электронная и трансмиссионная микроскопия и другие.

Научная новизна. В работе впервые

• получены надежные данные об элементном составе речных взвесей и оценена роль твердого речного стока в питании озера химическими элементами

• па базе собственных h литературных данных рассчитан химический баланс макрокомпонентов, учитывающий поступление-сток их растворенных и взвешенных форм

• оценены и проанализированы основные составляющие внутреннего круговорота Р, Si, Fe, Мп в озере

• исследована динамика процессов аккумуляции Fe/Mn прослоев в осадках, рассмотрено участие в них кислорода, оценена роль биогенного фактора, рассмотрено поведение в диагенезе сопутствующих элементов

• показано, что Fe/Mn образования, захороненные в осадках озера, могут служить маркерами глобальных событий в регионе

• выявлено, что в отдельных районах озера течение диагенетических процессов осложнено подтоком в осадки высокоминерализоваппых вод различного генезиса

Практическая значимость. Выполненное научное обобщение вносит вклад в понимание закономерностей пресноводного диагенеза - слабоизученной области геологии и геохимии. Полученные результаты планируется опубликовать в форме монографии, адресованной специалистам, изучающим природные системы.

Приводимые в работе оценки приходной части химического баланса были использованы в расчетах (Ходжер, 2005), позволивших выявить угрозу загрязнения Байкала рядом микроэлементов антропогенного происхождения через атмосферный канал. Исследованы условия, при которых возможна мобилизация элементов из донных отложений, переход их в норовые и далее, в придонные воды, что важно при разработке критериев для оценки вероятности вторичного загрязнения водоемов.

Материалы диссертации вошли в атласы: «Atlas: Mineral Resources of Sea Floor // Cobalt-bearing Manganese Crust. Tokyo, 1990. - 123 р.» и «Атлас Байкал. M.: Федеральная служба геодезии и картографии России, 1993. - 160 е.». Они частично опубликованы в справочном издании «The Physical Geography of Northern Eurasia, Oxford University Press. 2002. - 571 р.». Ряд материалов включен в методическое издание «Freshwater Ecosystems Biodiversity Research Methods. Kyoto University Press & Trans. Pacific Press. 2002. - 216 p.». Данные использованы при выполнении хоздоговорных работ в связи с электрификацией острова Ольхоп (отчет «Научные изыскания в районе перехода., Иркутск, 2004 г.»).

Достоверность полученных результатов обеспечена применением комплекса современных высокочувствительных методов химического анализа в аккредитованной лаборатории гидрохимии и химии атмосферы (№ РОСС RU. 0001.513855) Лимнологического института СО РАН. Результаты анализа поровых вод, выполненного в этой лаборатории, согласуются с данными, полученными для тех же проб в Геологической службе США (г. Рестон). Международное тестирование с участием около 20 лабораторий мира, показало, что качество химического анализа образцов донных осадков соответствует международным требованиям (Conley, 1998). Результаты анализа состава осадков и норовых вод согласуются с модельной аппроксимацией профилей их концентрации. Значительная часть изотопных и химических определений была выполнена в ведущих российских и зарубежных лабораториях, имеющих международные сертификаты: Институт ядерной физики (Новосибирск); Геологическая служба США, (Рестоп); Университет Ройд Айлепда (Наррагаисетт); Свободный Университет Брюсселя, Музей Центральной Африки и Королевский институт естественных наук (Брюссель); Швейцарский федеральный институт изучения и технологии окружающей среды (Дюбендорф); Институт Гютенберга (Майнц); Университет Льежа; Университет Антверпена и другие. Полученные результаты опубликованы в рецензируемых российских и международных журналах.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на российских и международных конференциях, совещаниях и симпозиумах: Междун. совещание «Байкал - природная лаборатория для исследования окружающей среды и климата (Иркутск, 1994); Междун. Верещагинские Байкальские Конференции (Иркутск, 1995, 2000, 2005); Всеросс. конференции по использованию синхротронного излучения (Новосибирск, 1995, 2000); Int. Symposium "Geochemistry of landscapes." (Улан-Удэ, 1999); Междун. школы морской геологии (Москва, 1999; 2001; 2003); XVII Симпозиум по геохимии изотопов (Москва, 2004); Вторая Междун. Конф. «Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005); Междун. Конф. «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии» (Улан-Удэ, 2006); the 29lh Int. Geol. Congress (Япония, 1992); ASLO Meeting (США, 1996); XXVII Int. Limnol. Congress (SIL) (Ирландия, 1998); Int. Baikal Symposium (Япония, 1998); the Second Int. Congress on Limnogeology (Франция, 1999); Междупар. совещания по седиментологии Байкала: "BAIK-SED-1" (Германия, 1999) и "BAIK-SED-2" (Бельгия, 2003); the 43rd Conference on Great Lakes (IAGLR) (США, 2000); VI and VII Int. Conf. on Gas in Marine Sediments (С.Петербург, 2000; Баку, 2002); the 1st Stephan Mueller EGU Conference (Израиль, 2000); Int. Workshop the Baikal & Hovsgol drilling project (Монголия, 2001); Int. assoc. of sedimentologists, 21th Meeting (Швейцария, 2001); Int. Symposium on Ancient Lakes.(SIAL-3) (Иркутск, 2002); Annual V.M. Goldschmidt Conferences (Швейцария, 2002; Дания, 2004); the 3rd Mediterranean Clay Meeting (Израиль, 2003); Int. workshop "Terrestrial sediment information and long-term environmental changes in East Eurasia" (Япония, 2003); Int. Conf. "Scicnce for watershed conservation." (Улан-Удэ, 2004); Int. Workshop "Biogeochemical Processes involving Iron Minerals in Natural Waters" (Швейцария, 2003); Int. Workshop "Biosphere Origin and Evolution" (Новосибирск, 2005); EGU 2005 Conference (Австрия, 2005) и другие.

Публикации и личный вклад автора. В основу диссертации положены исследования, осуществленные при непосредственном участии автора. Работа выполнена в лаборатории палеолимнологии и лаборатории гидрохимии и химии атмосферы ЛИН СО РАН в соответствии с планами НИР СО РАН по темам: «Расшифровка палеоклиматов Восточной Сибири в позднем плейстоцене и голоцене»; «Механизмы диагенеза байкальских осадков: микробнальные и геохимические процессы». Исследования проводили в рамках Интеграционной программы СО РАН «Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена Сибири», Международной программы «Байкал-Бурение», а также инициативных проектов, поддержанных грантами РФФИ, которыми автор руководил в 1999-2002 гг. и 2003-2005 гг. Все выводы работы сделаны автором. По теме диссертации в российских и международных журналах опубликовано около 50 статей; диссертант является соавтором ряда монографий.

Структура и объем диссертации; благодарности. Диссертация объемом 240 страниц, содержит 71 таблицу, 59 рисунков. Она состоит из введения, 9 глав, заключения, списка литературы, содержащего 362 источника. Автор выражает искреннюю благодарность всем коллегам и соавторам, творческое сотрудничество с которыми сделало возможным выполнение данной работы. Особая благодарность моему первому учителю д.г.н. И.Б. Мизандронцеву, а также д.г-м.н. В.Д. Мацу и д.г.н. Т.В. Ходжер за многолетнюю поддержку исследований. Автор глубоко признателен иностранным коллегам, работа с которыми позволила получить уникальные данные и бесценный опыт.

Заключение диссертации по теме «Океанология», Гранина, Либа Заламановна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии со структурой водного баланса, поступление химических веществ в Байкал осуществляется преимущественно (от 75 до >99%) с речным стоком. Величины фактически измеренных и теоретически рассчитанных потоков макрокомпонентов близки, указывая, что речные воды привносят исключительно материал, образованный в результате денудации. В зависимости от преобладания в речном стоке растворенных или взвешенных форм элементы разделены на мобильные (Са, Иа, К, Бг, Си, Вг, БЬ), относительно подвижные (Р, 81, К) и малоподвижные (А1, 81, Бе, Мп, Тт, Сг, Ъл, РЬ, Ва, V, Со, Аэ, 8с, Сэ, Шэ, Се, ТЬ) в земной коре. Наиболее подвижные макрокомпоненты Са, М§, N3 поступают в озеро преимущественно - на 84-94%) - в растворешюй форме; для относительно подвижных Р, 81 и К поступление в растворенной форме составляет от 20 до 56% от суммарного; для малоподвижных А1, Бе, Мп оно менее 10%). В целом эта классификация соответствует таковой для главных рек мира; однако в бассейне Байкала Мц, К и 81 подвижнее, чем в среднем на планете.

Накопление макрокомпонентов в озере, оцененное по балансу масс, согласуется с рассчитанной их аккумуляцией в поверхностных донных отложениях. Близость этих независимых оценок показывает, что породообразующие элементы осаждаются в осадках в форме слабо измененных продуктов выветривания. Исключение представляет Мп, для которого характерно накопление в поверхностных окисленных осадках. Аналогичная диагенетическая аккумуляция в осадках, обусловленная тем, что на большей части дна отложения окислены, характерна и для Бе и Р; 81 накапливается, благодаря биооеаждению со створками отмерших диатомей. Между концентрацией кислорода в придонной воде, глубиной его проникновения в осадки, мощностью окисленного слоя, редокс потенциалом осадков имеются прямые связи - все эти показатели контролируются скоростью осадконакоплепия. Концентрация кислорода в придонной воде прямо пропорциональна уровню аккумуляции Бе и Мп в окисленных осадках, которую, в конечном счете, также контролирует скорость осадконакоплепия.

Круговорот органического углерода в Байкале определяет основные закономерности биогеохимического цикла Р, 81, Ре и Мп в озере. Среди составляющих их внутреннего круговорота наибольшее значение имеют потребление биотой и последующая ремиперализация биологических частиц в водной толще озера. Благодаря значительным глубинам в Байкале (как в океане), ремиперализация является основным процессом, обеспечивающим (на 78-98%) первичное продуцирование биогенными элементами. Диагенетическая регенерация в осадках поставляет всего 3% (Р) - 6% (81) от потребностей биоты, что характерно для крупных озерных и морских систем. Даже в дельте Селенги, основ ноге притока озера, вклад диффузионного потока из поровых вод в обеспечение биологического сообщества соединениями фосфора незначителен. Сорбция фосфатов на гидроксиде Fe не играет существенной роли в выведении фосфора из внутреннего круговорота. Рассчитанное условное время оборота элементов в водной толще - от 20 (Мп) до 160 (Р) лет - существенно ниже времени водообмена в Байкале (> 300 лет), что отражает интенсивность их внутреннего круговорота.

Накопление соединений Fc и Mil в окисленных осадках сопровождается их диагенетической дифференциацией, формированием обогащенных прослоев и корок на редокс барьере. Этот процесс происходит при активном участии железобактерий, что доказано результатами комплексных биогеохимических исследований и лабораторных экспериментов. Распределение Мп в осадках и поровых водах аппроксимируется моделью, из которой оценены константы скорости окисления и восстановления Мп в осадках. Рассчитанная из модели константа скорости окисления Мп близка аналогичной величине, полученной в эксперименте (30 и 120 лет"1, соответственно).

В глубоководных прослоях (корках) концентрации Fe и Мп, уровень обогащения марганцем (Mn/Fe = до 1-4) сопоставимы с таковыми в конкрециях морей и океанов; прослои также обогащены рядом сопутствующих элементов. В то же время, окисное рудообразование не находит своего завершения в пелагических илах озера. Конкреции формируются преимущественно па мелководной периферии Байкала и являются железистыми образованиями. Исключение представляют обогащенные Мп (и рядом микроэлементов) конкреции, в образовании которых, по-видимому, участвуют гидротермальные воды.

Рассчитанное из данных о составе поровых вод и осадков время in situ, необходимое для формирования осадочных Fe/Mn прослоев, согласуется с возрастом вмещающих отложений. Изучение динамики процесса аккумуляции позволило выделить два типа диагенеза Fe и Мп в Байкале. Они характерны для районов сравнительно высоких (I тип) и низких (II тип) скоростей осадкопакопления. В первом случае преобладают аллохтонные (длительность десятки и сотни лет), во втором - аутигенные (длительность тысячи лет) процессы накопления и перераспределения Ре и Мп в осадках. Такой временной масштаб позволяет рассматривать Fe/Mn прослои, захороненные в восстановленных отложениях, в качестве маркеров изменения условий седиментации в озере. Выделены и охарактеризованы три типа захороненных Fe/Mn реликтов, маркирующие события, происходившие в регионе от сотен лет до десятков тысяч лет назад. При определенных условиях в окисленных отложениях Байкала имеют место нестационарные диагенетические системы, подобные океаническим, в которых окислительный фронт продвигается вглубь осадка, и па нем формируется диагенетическая слоистость.

В течение тысяч лет в осадках накапливаются прослои, представленные практически чистыми гидроксидами Ре и Мп. В них протекает длительный природный эксперимент, обеспечивающий высокоселективное обогащение прослоев сопутствующими элементами. Р и Аэ существенно накапливаются в Ре прослоях; Мо и Сс1 - в Мп прослоях; как Ре, так и Мп прослои умеренно обогащены Са и Бг. Обогащение происходит, главным образом, в результате процессов сорбции и соосаждеиия.

Расчеты показывают, что в зоне восстановительного диагенеза могут формироваться аутигенные сульфиды Ре и тяжелых металлов, вивианит, реддингит, в отдельных случаях - родохрозит. Последовательность формирования новых минеральных фаз определяется скоростями осадконакопления. Важным источником ионов для их образования служат захороненные Ре/Мп микрозоны.

Благодаря расположению озера в зоне активного рифта, в отдельных его районах течение диагенетических процессов осложнено подтоком в осадки высокоминерализованных вод различного генезиса, происходящим в местах тектонических нарушений, о чем свидетельствует химический и изотопный состав поровых вод. В Северном Байкале, в бухте Фролиха имеется единый очаг субаквальной и субаэральной разгрузки. На дне бухты, на пересечении разломов происходит субаквальная разгрузка гидрокарбонатно-натриевых и гидрокарбонатно-сульфидно-натриевых гидротерм. Здесь в составе поровых вод метеорного генезиса прослеживается влияние вод глубинного происхождения. В Южном Байкале, на различных горизонтах (до 55 м) в толще осадков выявлен локальный подток минерализованных хлоридпо-натрисвых и сульфатно-кальциевых вод. Их источником, вероятно, служат подземные воды, являющиеся реликтами древних соленых озер, подток которых может осуществляться по зонам повышенной проницаемости. Аналогичный подток отмечен в близлежащем районе залегания газовых гидратов метана - здесь поровые воды осадков характеризуются максимальной минерализацией. В то же время, щелочность этих вод понижена, что, вероятно, является отличительным признаком наличия газовых гидратов в пресном водоеме с гидрокарбонатными водами.

Проведенные исследования позволили выявить основные закономерности диагенетических процессов в крупнейшем пресном водоеме, практически пе подвергшемся воздействию хозяйственной деятельности. При этом показано решающее влияние на их протекание темпов и условий осадконакопления.

С другой стороны, благодаря исключительной глубине Байкала и ряду других его особенностей, в озере широко распространены турбидиты, развита стадия окислительного диагенеза в осадках, прослеживается «океанический» тип редокс профиля. Здесь имеются нестационарные диагенетичеекие системы, образуются газовые гидраты, а в обеспечение первичного продуцирования биогенными элементами преобладающий вклад вносит реминерализация биологических частиц в водной толще. Такие черты не характерны для функционирования озер, они имеют сходство с явлениями и процессами в морских системах.

Список литературы диссертационного исследования доктор геолого-минералогических наук Гранина, Либа Заламановна, 2007 год

1. Агафонов Б.П. Экзолитодинамика Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск, Наука, 1990.-176 с.

2. Азарова И.Н., Горшков А.Г. , Грачев М.А. и др. Определение элементной серы в донных осадках методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Журнал аналитической химии, 2001, 56(10): 1062-1066.

3. Алекин O.A., Моричева Н.П. Расчет характеристик карбонатного равновесия // Современные методы анализа природных вод. М., Изд. АН СССР, 1962: 158-171.

4. Аргучинцев В.Л., Потемкин В.Л. Исследование распределения геофизических факторов в районе Фролихинского подводного источника (озеро Байкал) // География и природные ресурсы, 2001, 3: 130-132.

5. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л., Наука, 1980. 129 с.

6. Атлас Байкала. Москва-Иркутск, ГУГК СССР, 1969. 30 с.

7. Атлас «Байкал». М., Федеральная служба геодезии и картографии России, 1993. -160 с.

8. Афанасьев А.Н. Водные ресурсы и водный баланс бассейна оз. Байкал. Новосибирск, Наука, 1976.-297 с.

9. Баневич С.М., Буркова В.П. Мелков В.Н. и др. Геохимические параметры состава OB критерии оценки экологической обстановки осадконакоплепия в оз. Байкал // Геохимия, 1991, 12: 1667-1682.

10. Барам Г.И., Верещагин А.Л., Голобокова Л.П. Применение микроколоночной высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ-детекцией для анализов анионов в объектах окружающей среды // Журнал аналитической химии, 1999, 54(9): 962-965.

11. Батурин Г.Н. Геохимия железомарганцевых конкреций океана. М., Наука, 1986. 328 с.

12. Безрукова Е.В., Богданов 10.А. Вильяме Д.Ф., Гранина Л.З. и др. Глубокие изменения экосистемы Северного Байкала в голоцене // Докл. All СССР, 1991. 321(5): 1032-1036.

13. Биология гидротермальных систем. (A.B. Гебрук, ред.) М„ ИОРАН, 2002. 543 с.

14. Богданов 10.А., Купцов В.М. Шевченко B.II. и др. Современные потоки химических элементов из водной толщи в донные осадки озера Байкал И Доклады Академии Паук, 1997.352(1): 100-104.

15. Борзенкова И.И., Зубаков В.А. Климатический оптимум голоцена как модель глобального климата в начале 21 века // Метеорология и климатология, 1984, 8: 6977.

16. Бухаров A.A. Протоактивизированные зоны древних платформ. Новосибирск, Наука, 1987.-201 с.

17. Бухаров A.A., Мурашко Д.Н., Фиалков В.А. Железомарганцевые конкреции на подводном склоне Ушканьего острова (озеро Байкал) // Геология и геофизика, 1992, 1:22-29.

18. Бухаров A.A., Фиалков В.А. Геологическая структура дна Байкала. Новосибирск, Наука, 1996,- 117 с.

19. Вартапян Г.С., Гольдберг В.М. Влияние изменчивости проницаемости глин и напряженного состояния пород на условия закрытости водоносных систем // Отечественная геология, 1996, 8: 43-47.

20. Вейнберг Г.Г. Температурный коэффициент Вант-Гоффа и уравнение Аррениуса в биологии //Журнал общей биологии, 1983, 54(1): 31-42.

21. Ветров В.А. Микроэлементы в природных средах региона оз. Байкал. Обоснование мониторинга. Автореф. дне. докт. г.-м. наук. М., 1996. 52 с.

22. Ветров В.А., Кузнецова А.И. Микроэлементы в объектах окружающей среды региона оз. Байкал. Новосибирск, Изд. СО РАН ОИГГМ, 1997. 236 с.

23. Виноградов А.П. Химический элементный состав организмов моря. М., Паука, 2001. -621 с.

24. Власова J1.K. Речные наносы бассейна озера Байкал. Новосибирск, Наука, 1983. 131 с.

25. Вологина Е.Г., Штурм М., Воробьева С.С., Грапнна JI.3., Тощаков С.Ю. Особенности осадконакопления в озере Байкал в голоцене // Геология и геофизика, 2003,44(5): 407-421.

26. Волохии Ю.Г., Мельников М.Е., Школьник Э.Л. и др. Гайоты Западной Пацифики и их рудоносность. М., Наука, 1995. 386 с.

27. Вотинцев К.К. Гидрохимия озера Байкал. М., Изд. АН СССР, 1961. 311 с.

28. Вотинцев К.К. Осадконакопление в озере Байкал // Водные ресурсы, 1992, 6: 51-58.

29. Вотинцев К.К. Первичная продукция в Байкале и ее значение для биолимнических процессов в озере // Изв. АН СССР, сер. биол., 1971, 6: 892-900.

30. Вотинцев К.К. Природные условия озера Байкал в связи с разработкой стандарта качества его воды // Водные ресурсы, 1993, 20: 595-604.31.