Редкие щелочи в термальных водах вулканических областей

ВВЕДЕНИЕ.

К началу настоящих работ для гидротерм районов действующего вулканизма Советского Союза полностью отсутствовали сведения по содержанию цезия, а единичные определения лития и рубидия были сомнительными из-за несовершенства ранее применявшихся методик. За рубежом к этому времени геохимия редких щелочей в гидротермах освещалась несколько шире, особенно в водах Японии (Yasumitsi Y.1966; Kimura K., Yokoyama Y., Ikeda N.1954), Новой Зеландии (Turner , 1952; White ,1957; Ellis, Wilson,1960) и Северной Америки (в основном работы D.White). Исследования чаще ограничивались констатацией содержаний и приведением отдельных отношений элементов. В некоторых статьях Эллиса и Уайта затронуты вопросы генезиса редких щелочей.

Первые единичные определения лития и рубидия в термальных водах Камчатки принадлежат К. Шмидту (1883 г.), В начале 30-х годов нашего столетия камчатские воды детально обследовал Б. И. Пийп. В его монографии (1937) кроме данных К. Шмидта, приводятся качественные определения лития и рубидия спектральным методом, выполненные Н. С. Курнаковым, Спустя 20 лет было сделано еще 2-3 определения лития в курильских термах (Иванов, 1961) и в водах Горячего озера вулкана Головнина (Зеленов, 1961). Однако результаты ранних анализов, из-за методической неточности, по-видимому, значительно завышены. В конце 60-х годов редкие щелочи попутно с другими компонентами определялись в некоторых источниках Горячего Пляжа о. Кунашир (Курильские острова) (Зотов, 1970).

Настоящая работа является результатом пятилетних исследований (1965-1970 гг.) геохимии лития, рубидия и цезия в современном гидротермальном процессе. Происхождение редких щелочей в термальных водах обусловлено процессами формирования собственно термальных вод, поэтому последняя глава посвящена происхождению современных гидротерм. Работа написана на материале Камчатки и частично Курильских островов. В необходимых случаях привлечены литературные сведения по водам других областей активного вулканизма.

Полевые и аналитические работы. В поле проводили обследование источников, их описание, замер температуры, определение значения рН, отбор осадков из вод и водных проб. Объем пробы обычно составлял 0,5 л, максимальный - 40 л. Концентрирование проб для последующего определения проводили, как правило, упариванием и редко - с помощью ионообменной смолы КУ-2. Полученный упариванием сухой остаток растворяли в 20 мл 0,05 N НСl. Определение редких щелочей проводилось в лабораториях фотометрии пламени институтов АН СССР ГеоХИ и ИГЭМ. Натрий и калий определялись прямым методом; изредка прямым методом определялись и редкие щелочи - при высоких содержаниях или при недостаточном количестве воды. Во избежание влияния на точность анализа несовпадения состава эталонов и проб готовили комплексные эталоны на основе 0,05 N НСl, в которых выдерживались соотношения натрия и калия, как в пробах. В некоторых случаях проводили буферирование проб по калию и натрию при определении лития, рубидия и цезия до эталонного уровня. Если расход пробы распылителем невелик, то интенсивность излучения лития в пламени, содержащем высокие количества натрия и калия, падает, рубидия - незначительно повышается, цезия - повышается значительно. Неучет этого влияния ведет к большим ошибкам: до 20% по литию и до 40% по цезию при содержании 1 мг/л. Чувствительность определения редких элементов в отдельных пробах зависит от обогащения, и поэтому в каждом конкретном случае при содержании элемента ниже предела чувствительности этот предел в таблицах указывается. Чувствительность определения в пламени: лития - 0,01 мг/л, рубидия и цезия 0,03 мг/л. Ошибка составляет 2-3% от определяемой величины. Серия из 9 проб, одновременно отобранных на одном участке и одновременно обрабатываемых, показала отклонение < 1%. Однако, учитывая возможные непредвиденные осложнения состава вод, следует считать точность 5-10%.

Автор рада случаю поблагодарить С. И. Набоко, помогавшую на всех этапах исследования, М. Г. Валяшко, О. Д. Ставрова и И. К. Жеребцову, просмотревших рукопись и сделавших ценные замечания, В. И. Лебедева и Г. Е. Каленчук, под руководством которых автором выполнялись аналитические определения редких щелочных элементов, а также сотрудников Института вулканологии, предоставлявших отдельные уникальные пробы и пробы из труднодоступных мест.