Известия РАН. Серия физическая, 2019, T. 83, № 11, стр. 1572-1575

ВВЕДЕНИЕ

Детальные геохимические исследования отдельных годовых слоев (т.н. “варв”) в ежегодно ламинированных донных осадках континентальных озер необходимы для моделирования процессов сезонного осадкообразования и установления связи с изменяющимися внешними условиями. При этом, изменение внешних условий может происходить с разной скоростью и иметь различные причины, в том числе и катастрофические. Были выбраны два объекта исследований, расположенных в Центрально-Азиатском регионе – озеро Кучерлинское (Алтай) и озеро Заповедное (Эвенкия). Изучали верхние интервалы осадка, содержащие слои, датируемые последними десятилетиями.

Для озера Кучерлинское неизвестны современные катастрофические события, способные существенно повлиять на процессы осадкообразования. Динамика осадконакопления для этого объекта будет зависеть от погодно-климатических изменений. Для второго объекта зафиксировано точно датированное катастрофическое событие. 30 июня 1908 г. в районе Подкаменной Тунгуски произошел мощный взрыв, наиболее вероятной причиной которого считается падение космического тела, вещество которого не было обнаружено. Достаточно информативные обзоры проведенных исследований позволяют оценить, как масштабы работ, так и количество гипотез о причинах происшедшего [1].

Работы последних лет показали, что применение современных методов микроанализа позволяет получить новые данные о составе рассеянных по поверхности металлических частиц (шариков) и обломков с высокобарическими минералами импактного происхождения, которые могут рассматриваться как остатки внеземного вещества [2, 3]. Однако процедуры и места сбора микрочастиц являются определяющими для интерпретации полученных результатов. Поэтому выделение точно датированного слоя в донных отложениях может дать новый исследовательский материал.

В настоящей работе представлены результаты исследований образцов кернов донных осадков с отдельными годовыми слоями, полученные с использованием методик аналитической микростратиграфии (сканирующий рентгенофлуоресцентный микроанализ с использованием синхротронного излучения – сканирующий РФА СИ) [4].

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОБООТБОР, ПРОБОПОДГОТОВКА

Приледниковое озеро Кучерлинское находится на территории республики Алтай недалеко от высшей точки – горы Белуха. Длина озера до 5 км, ширина 1 км. Отбор кернов в марте 2018 г. проводился ударной трубкой с глубины 45 м.

Озеро Заповедное находится на территории Государственного природного Заповедника “Тунгусский” (Красноярский край) примерно в 40 км от эпицентра взрыва Тунгусского космического тела (ТКТ). Это небольшое пресноводное озеро длиной около 1 км, шириной до 400 м, имеет максимальную глубину до 45 м. Отбор кернов осуществляли со льда ударной трубкой в центральной части озера с глубины 40 м.

В процессе отбора особое внимание было уделено сохранности верхушек кернов, поскольку это необходимо для точной датировки. Керны транспортировали в вертикальном положении, в условиях, исключающих перемешивание верхних, слабо консолидированных слоев осадка. Из половины каждого керна были взяты пробы длиной 170 мм, используемые для непрерывного сканирования по методике [5], вторая половина нарезана с шагом 10 мм с получением набора дискретных проб. Детально процедуры пробоподготовки, проводимые в полевых условиях, описаны в работе [6].

После доставки в ИГМ СО РАН (Новосибирск) в лабораторных условиях из проб для сканирования были приготовлены твердые препараты путем лиофильной сушки и пропитки эпоксидной смолой [4], а дискретные пробы высушены и использованы для проведения дальнейших исследований, в том числе для определения физико-химических свойств осадка и изучения распределения изотопов ¹³⁷Cs и ²¹⁰Pb, необходимого для датировки верхних слоев.

ЭКСПЕРИМЕНТ

Изотопные исследования

Таблица 1.

Оценка линейной скорости осадконакопления для верхних 200 мм керна Зап-1

Изотоп	Скорость_мин, мм/год	Скорость_макс мм/год
137Cs	1.54	1.73
210Pb_exe	1.50	1.61

Для оценки скорости осадконакопления в верхних слоях, перекрывающих временной интервал последнего столетия, были проведены измерения распределения активности изотопов ¹³⁷Cs и ²¹⁰Pb_exe. Измерения проводили в ИГМ СО РАН методом полупроводниковой низко-фоновой гамма-спектрометрии [8]. Полученные профили распределения радиоизотопов для керна Зап-1 приведены на рис. 1а.

Рис. 1.

а – Профили активности изотопов цезий-137 и свинец-210 в керне Зап-1. б – Временная модель с оценкой возраста маркирующего слоя на глубине 160 мм. в – Фото поверхности вскрытого керна Зап-1.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Во всех полученных кернах визуально наблюдается наличие тонкой слоистости, что свидетельствует об отсутствии волнового перемешивания и биотурбации донных осадков. Профиль распределения ²¹⁰Pb_exe удовлетворительно аппроксимируется экспоненциальной функцией, а распределение ¹³⁷Cs имеет четко выраженный максимум, маркирующий глобальные выпадения после испытаний ядерного оружия 1961 г. [9]. Эти данные также указывают на постоянные условия седиментации и позволяют строить возрастные модели из оценок средней скорости осадконакопления для исследуемого интервала.

Для образцов озера Кучерлинское был выбран интервал, содержащий визуальные слои толщиной более 1 мм (рис. 2). На фотографии оптического шлифа выделяются пары чередующихся темных и светлых слоев. Изменения отношения Rb/Sr совпадают с изменениями его структуры. Полученные данные позволяют построить геохимическую модель сезонного осадкообразования в озерах приледникового типа. Профиль отношения Rb/Sr внутри отдельного годового слоя отражает динамику весеннего паводка, интенсивность летних осадков и соотношение частиц терригенного материала различного размера [10].

Рис. 2.

Нормированное Rb/Sr отношение вдоль профиля сканирования образца Куч-2, совмещенное с фотографией оптического шлифа. Энергия возбуждения 23 кэВ, шаг сканирования 0.1 мм. Экстремумы Rb/Sr отношения совпадают с границами визуальных слоев.

В табл. 1 представлены оценки линейной скорости накопления осадков в керне Зап-1 для верхних 200 мм. Из полученных данных можно оценить среднюю линейную скорость осадконакопления в керне Зап-1 величиной 1.6 мм/год. Исходя из этой величины и предположения, что верх керна датируется годом отбора, можно построить простую возрастную модель глубина керна–возраст осадка (рис. 1б) как линейную зависимость.

В керне Зап-1 на фоне темноокрашенных глин с общей слабо выраженной тонкой слоистостью, наблюдается четко выраженный светлый слой толщиной 5–8 мм. Слой находится на глубине 160 мм от границы вода–осадок. Полученная возрастная модель позволяет оценить дату образования этого белого слоя 1908–1910 гг. и связать его образование со взрывом ТКТ.

Полученные данные показали, что в маркирующем слое наблюдается аномальное содержание ряда породообразующих и микроэлементов (рис. 3). При этом повышенное содержание наблюдается для элементов, характеризующих терригенный материал, поступающий в озеро с территории водосбора (K, Ti, Rb, Y, Zr). Резкое повышение содержания этих элементов в белом слое свидетельствует об усиленном терригенном сносе. С большой степенью вероятности можно утверждать, что это след сейсмического события и кислотных дождей, спровоцировавших повышенный снос терригенного материала, обусловленных взрывом ТКТ в 1908 г. Вывал леса на огромной территории и последовавшие за взрывом пожары привели к нарушению задернованности почвы, что явилось причиной увеличения смыва материала с территории водосбора. Повышения содержания терригенного материала в донных осадках привело к относительному уменьшению доли органогенной компоненты, что выразилось в отрицательных аномалиях в содержаниях таких элементов, как Br, Zn, Mo и ряде других. Полученные данные позволяют уточнить модель сезонного осадконакопления в озерах таежной зоны и точно определить временной интервал, соответствующий 1908 г.

Рис. 3.

Профили изменения содержаний ряда микроэлементов в керне Зап-1.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИГМ СО РАН при поддержке грантами РФФИ № 19-04-00320 (пробоотбор и пробоподготовка) и № 18-55-53016 (методики микроанализа), с использованием оборудования ЦКП “СЦСТИ” на базе ВЭПП-3/ВЭПП-4М/НЛСЭ ИЯФ СО РАН, поддержанного Минобрнауки России (уникальный идентификатор проекта RFMEFI62117X0012)”.