Тезисы научной конференции ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ 2004 года, Секция ГЕОЛОГИЯ

Навстречу 250-летию Московского университета

Подсекция: Геохимия

Геохимия литогидросферы.
Некоторые результаты изучения пограничных морей России

Ю.Н.Гурский

Непосредственно эта тема посвящена всестороннему изучению иловых вод в донных отложениях Черного, Азовского, Каспийского, Белого, Балтийского и других морей. Иловые воды представляют собой основную часть современной морской литогидросферы. Сама литогидросфера характеризует водную фазу литосферы, тесно связанную с водами Мирового океана. Большой материал по этой теме опубликован автором в монографии с аналогичным названием [1]. Продолжение темы содержится во 2-м томе монографии, который к концу года предполагается опубликовать в издательстве ГЕОС.

Исследования проводились автором на протяжении нескольких десятилетий вместе с коллегами по геологическому факультету МГУ, а также с сотрудниками и студентами кафедры геохимии, в основном на научно-исследовательских судах Московского университета, которые им, к сожалению, безвозвратно потеряны в начале 90-х годов.

Несколько слов о терминологии. Понятие литогидросферы, которое может быть не всем знакомо, предложено автором в 1973 г., также в одном из докладов на юбилейной конференции, посвященной 20-летию кафедры геохимии. Литогидросфера соответствует водной фазе литосферы и охватывает совокупность иловых, поровых, пластовых и других разновидностей подземных вод, заключенных преимущественно в осадочной оболочке и связанных в генетическом или структурном отношениях со свободной гидросферой и Мировым океаном. Часть литогидросферы, приуроченная к современным отложениям, именуется современной морской, или континентальной литогидросферой. Изучение морской литогидросферы основано на сочетании регионального и генетического анализа закономерностей ее развития в единой системе пространства и времени. Изучение связано с выявлением источника и направления доминантных геохимических процессов.

При реализации проектов комплексных исследований, основанных на всестороннем изучении жидкой, твердой, газообразной фаз донных отложений, с особым вниманием к составу органического вещества, которое играет очень важную роль в характере и интенсивности развития биохимических процессов на стадии диагенеза, автором были предложены методы изучения фациальных профилей и геохимических полигонов, благодаря чему были установлены новые закономерности формирования химического состава иловых вод. На их основе можно решать и задачи прикладного характера.

Был выполнен детальный анализ нескольких тысяч проб иловой воды и осадков. Особенно это касается Черного и Каспийского морей, в каждом из которых проведены десятки научных экспедиций. Обратимся к материалам по Черному морю. Химический состав иловых вод был изучен здесь на фациальных профилях и полигонах в северо-западном, Крымском (Ялтинском), Керченско-Таманском, юго-восточном (Рионском, Батумском), юго-западном (Прибосфорском) районах, в западной и восточной частях глубоководной впадины (рис. 1).

Установлено, что градиент хлорности и М, или солености между придонной и иловой водой в большинстве случаев положителен, как в Черном, так и в других внутренних морях, что связано с влиянием гравитационного фактора.

Их изменения по вертикали обусловлены исходной соленостью палеобассейнов, в которых сформировались отложения, и последующими процессами гравитационного и диффузионного выравнивания концентраций. В Черном море это новоэвксинские, древнечерноморские и современные отложения. Обычно наибольшая соленость наблюдается в верхних горизонтах отложений и не превышает для большей части акватории 24 г/кг (Cl= 13,2 г/кг). Пониженная соленость приурочена к новоэвксину. Минимальная хлорность на ст. 120 в западной части глубоководной впадины составила 6,1, М=10,0 г/кг на глубине 6,5 м. Отношение М/Cl в основном понижается в колонках с глубиной. В вертикальном профиле отложений по Cl и М выделяются 2 зоны: верхняя - с быстрым понижением этих величин с глубиной по колонкам, в среднем до 3 м, и нижняя

Рис. 1. Схема расположения станций в Черном море

зона относительно стабильной солености, в которой процесс вторичного осолонения вод новоэвксинского бассейна резко замедляется.

Процесс редукции сульфатов, широко развитый в осадках Черного и других морей и приуроченный в основном к отложениям голоцена, приводит к существенной перестройке анионного состава иловой воды: удалению SO₄ и повышению щелочности - Alk (HCO₃^- , CO₃^2-), затем осаждению Са²⁺ в виде СаСО₃.и удалению его из иловой воды:

2[CH₂O] + SO₄^2- H₂S + 2HCO₃^- ; Ca²⁺ + 2HCO₃^- CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Этот важнейший биохимический процесс отражает первый этап метаморфизации химического состава иловой воды. Об интенсивности его можно судить по абсолютным и относительным (по отношению к Cl) концентрациям SO₄, Alk и величине отношения ЭAlk/SO_4. Существенное значение при этом имеют фациальная обстановка, состав и скорость минерализации ОВ, условия изоляции донных отложений от придонных вод.

Второй этап прямой метаморфизации развивается при затухании редукционного процесса. Формирование воды Cl-Ca типа связано с накоплением Са при катионном обмене. При этом количество Са может в 3- 4 раза превысить его исходное содержание в придонной воде. О степени метаморфизации воды можно судить по росту соответствующих отношений Са к Cl, Na, Mg. В западной части Черного моря эти отношения выросли от 5 до 8,5 раз. В наибольшей степени аналогичный процесс проявился в отложениях Балтийского моря. Обратная метаморфизация с появлением иловых вод карбонатного типа имеет локальный характер и связана с грязевым вулканизмом, разгрузкой пресных вод, или антропогенным загрязнением. Состав иловых вод может свидетельствовать о палеосолености и палеохимии водоемов лишь при сохранении седиментогенной обстановки в отложениях. Нарушение относительной замкнутости системы донных отложений вызывает развитие эпигенетических процессов, обусловленных геолого-тектоническими причинами, или антропогенным загрязнением.

1. Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутренних морей. Том 1. Методы изучения и процессы формирования химического состава иловых вод в отложениях Черного, Азовского, Каспийского, Белого, Балтийского морей. М. ГЕОС. 2003. 332 с.