Рус Eng Cn Перевести страницу на:  
Please select your language to translate the article


You can just close the window to don't translate
Библиотека
ваш профиль

Вернуться к содержанию

Арктика и Антарктика
Правильная ссылка на статью:

Геохимический состав повторно-жильных льдов в Батагайской едоме

Васильчук Юрий Кириллович

ORCID: 0000-0001-5847-5568

доктор геолого-минералогических наук

профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ), географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2009

Vasil'chuk Yurij Kirillovich

Doctor of Geology and Mineralogy

Professor, Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography, Department of Landscape Geochemistry and Soil Geography

119991, Russia, Moscow, Leninskie Gory str., 1, of. 2009

vasilch_geo@mail.ru
Другие публикации этого автора
 

 
Васильчук Джессика Юрьевна

младший научный сотрудник, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

Vasil'chuk Jessica Yur'evna

Junior Scientific Associate, the department of Geochemistry of Landscapes and Geography of Soils, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2007

jessica.vasilchuk@gmail.com
Буданцева Надежда Аркадьевна

кандидат географических наук

старший научный сотрудник, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

Budantseva Nadine Arkad'evna

PhD in Geography

Senior Scientific Associate, the department of Geochemistry of Landscapes and Geography of Soils, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2007

nadin.budanceva@mail.ru
Васильчук Алла Константиновна

доктор географических наук

ведущий научный сотрудник, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, географический факультет, лаборатория геоэкологии Севера

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. Ж10

Vasil'chuk Alla Constantinovna

Doctor of Geography

Leading Scientific Associate, the Laboratory of Geoecology of the North, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. Zh10

alla-vasilch@yandex.ru
Гинзбург Александр Павлович

бакалавр, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, географический факультет

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

Ginzburg Alexander Pavlovich

Bachelor's Degree, the department of Geochemistry of Landscapes and Geography of Soils, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2007

alexandrginzburg13154@yandex.ru

DOI:

10.7256/2453-8922.2021.2.35962

Дата направления статьи в редакцию:

17-06-2021


Дата публикации:

27-07-2021


Аннотация: Предметом исследования являются сингенетические повторно-жильные льды, вскрывающиеся в Батагайском овраге (67°34′49″ с.ш., 134°46′19″ в.д.), расположенном в 10 км юго-восточнее пос. Батагай. Измерения макрокомпонентного состава льда проводились с помощью ионного хроматографа «Стайер» (Россия), предел детектирования по хлорид-иону 0,02 мг/л. Рассмотрен ионный и макроэлементный состав льда во взвешенной и растворённой формах, в позднеплейстоценовом сингенетическом повторно-жильном льду Батагайской едомы. Впервые проведено комплексное геохимическое исследование Батагайского оврага. Рассмотрены льды верхнего и нижнего жильного комплекса разного возраста.   Основными выводами являются: 1. Минерализация позднеплейстоценового жильного льда Батагайской едомы составляет от 66,56 до 424,8 мг/л, от ультрапресной до опресненной, по ионному составу лёд гидрокарбонатно-кальциевый и соответствуют снегу, сформированному под воздействием континентальных воздушных масс. 2. Доля Са содержащегося в растворенной форме составляет не более 20-30%, что касается остальных элементов, то доля содержания Mg, K, Na, Al, Fe, Mn во взвешенной форме более 90%. 3. По минерализации плейстоценовый лёд Батагайской едомы совпадает с ранее исследованными плейстоценовыми повторно-жильными льдами Якутии, а также с плейстоценовыми повторно-жильными льдами внутренней части Аляски.


Ключевые слова:

повторно-жильные льды, поздний плейстоцен, многолетнемерзлые породы, едома, химический состав, Батагай, Якутия, Сибирь, долина Яны, термоэрозия

Работа выполнена в рамках проекта: Антропогенная геохимическая трансформация компонентов ландшафтов (ГЗ) (госбюджет, номер I .4., номер ЦИТИС 121051400083-1

Abstract: The subject of this research is the syngenetic ice wedges stripped in the Batagaika crater (67°34 '49" N, 134°46 ' 19 " E), located 10 km southeast of the Batagay settlement. The assessment of macroelement composition of ice was conducted using “Stayer” ion chromatograph (Russia), the chloride ion detection limit is 0.02 mg/l. The article examines the ionic and macroelement composition of ice in suspended and dissolved forms in the Late Pleistocene syngenetic ice wedge of the Batagay yedoma. A comprehensive geochemical research of the Batagaika crater is carried out for the first time. The author explores the upper and lower ice wedges of different age. The main conclusions are as follows: 1) mineralization of Late Pleistocene ice wedge of the Batagay yedoma ranges from 66.56 to 424.8 mg/l, from ultra-fresh to slightly salted; by ionic composition, the ice is bicarbonate-calcium and corresponds to the snow formed under the influence of continental air masses; 2)  the share of Ca contained in the dissolved form does not exceed 20-30%’ as far as other elements, the share of Mg, K, Na, Al, Fe, Mn in the suspended form is over  90%; 3) by mineralization, the Pleistocene ice of Batagay yedoma coincides with the previously studied Pleistocene ice wedges of Yakutia and the Interior Alaska.


Keywords:

Ice wedge, Late Pleistocene, permafrost, yedoma, chemical composition, Batagay megaslump, Yakutia, Siberia, upper Yana valley, thermal erosion

1. Введение

Химические свойства повторно-жильных льдов были изучены с целью расширения представлений о природных факторах формирования ПЖЛ.

Макроэлементный состав подземных льдов формируется при совокупном влиянии ионного состава вод, сформировавших эти льды, и макрокомпонентного состава вмещающих льды отложений. Например, подземные льды в кимберлитовых трубках западной Якутии имеют разный ионный состав благодаря вмещающим их породам: SO4– HCO3, Cl–HCO3, и SO4–Cl с различными катионами [19]. Химический состав пластовых льдов Новосибирских островов в целом отражает макроэлементный состав вмещающих их отложений [8]. Морские аэрозоли влияют на засоление повторно-жильных льдов о. Сибирякова [13]. Уменьшение NaCl засоления ПЖЛ о. Сибирякова отражает почти полную потерю влияния моря на состав льдов в голоцене [14]. Общая минерализация северо-якутских льдов относительно низкая (до 90 мг/л), однако встречаются аномалии солёности (от менее чем 30 мг/л до 400-430 мг/л) [1, 3].

Изука и др. [24] провели исследование жильных льдов, вскрытых обнажением мыса Барроу (Северная Аляска). Ca2+, Na+, SO42-, NO3-, Cl- и другие ионы, входящие в состав льдов, имели морское и континентальное происхождение. Соотношение концентраций одинаковых ионов морского и континентального происхождения свидетельствует о разной роли морской воды в формировании макроэлементного состава льдов. Исследователями было установлено, что весь объём Na+ имеет морское происхождение. Континентальное происхождение имели ионы Ca2+ и SO42-, содержавшиеся в количестве 0,022 ммоль/л и 0,06 ммоль/л, соответственно. Таким образом, было установлено, что макрокомпонентный состав жильных льдов сформировался под совокупным воздействием вмещающих льды грунтов (Ca2+, SO42-) и вод моря Бофорта (Na+, Cl-, Br-) [24].

Исходя из того, что макроэлементы в ПЖЛ во многом являются производными от почвообразующих пород, почвы могут быть использованы в качестве референсного материала по отношению к ПЖЛ. Макроэлементы в почвах Арктики главным образом унаследованы от минералов, слагающих почвообразующие породы [27]. Повышенное содержание петрогенных элементов, а также К в почвах, сформированных на четвертичных отложениях Нижнеалданской впадины, свидетельствует о внутриконтинентальном режиме седиментации в четвертичном периоде [9].

Поверхностные воды часто бывают обогащены химическими элементами вследствие фильтрации сквозь почвы и почвообразующие породы, содержащие эти элементы. К примеру, воды малых рек Канадского Арктического Архипелага содержат Al (50–1638 мг/л), Fe (0,9–865 мг/л) и Mn (54–151 мг/л) в больших количествах [22]. Также важно учитывать соотношения концентраций элементов в речных водах во взвешенной и растворённой формах. Коломбо и др. [22] установили, что Al (1638 мг/л) и Mn (151 мг/л) содержатся в водах рек Канадского Арктического Архипелага в основном во взвешенной форме, а их содержание в растворённой форме меньше в 2 и более раз. Пространственная неоднородность химического состава почв района дельты р. Маккензи (Северо-западные Территории, Канада) выражена в разном содержании Na в почве. Повышенное содержание натрия в почве свидетельствует о периодическом заливании почв водами моря, имеющими хлоридно-натриевый состав, а незасолённые почвы имеют большую роль Ca и Mg [25].

Цель данной работы изучить состав ионов во льду Батагайской едомы с целью определения главного источника образования льда.

2. Объекты и методы

2.1. Батагайский овраг

Авторами изучены сингенетические повторно-жильные льды, вскрывающиеся в Батагайском овраге (67°34′49″ с.ш., 134°46′19″ в.д.), расположенном в 10 км юго-восточнее пос. Батагай, в Верхоянском улусе, Республики Якутия (Саха) (рис. 1).

Рис.1.

Батагайский овраг находится в пределах Яно-Адычского плоскогорья в бассейне р. Яна, он окружен хребтом Черского на востоке, Верхоянским хребтом на западе и Эльгинским плоскогорьем на юге. Яно-Адычское плоскогорье сложено алевролитами, песчаниками, глинистыми сланцами триаса и юры, прорванными гранитными интрузиями.

Батагайский овраг расположен на склоне, обращенном на юго-восток 1,5 км вниз по склону у подножья горы Киргилях, чья абсолютная высота составляет 612 м (рис. 1). Протяженность оврага на 2019 год составляет 2,29 км, ширина – 1 км, глубина в среднем около 80 м. Западный борт оврага, находящийся выше по склону, чем восточный, имеет абсолютную высоту 325 м, а восточный – на 38 м ниже, его абсолютная высота 287 м, средний уклон между западным и восточным бортом 4,7%. Обзор серии мультисенсорных спутниковых изображений Батагайского оврага с 1991 по 2018 показал, что площадь оврага увеличилась по меньшей мере в 3 раза – от 0,19 до 0,78 км2, наиболее значительный рост пришёлся на период между 2010 и 2014, а затем замедлился [28].

Абсолютные высоты опробованных ледяных жил (ПЖЛ) и текстурного льда (ТЛ): ПЖЛ-1 – 257-255 м; ПЖЛ-2 – 260-252 м; ПЖЛ-3 – 320-315 м; ПЖЛ-4 и ТЛ-4 (одна точка опробования) – 304 м; ПЖЛ-5 – 273-266 м; ПЖЛ-6 – 305-273; ПЖЛ-7 – 239-226 м. Точки ПЖЛ-5 и ПЖЛ-7 относятся к восточному борту оврага. Остальные точки опробованы у западного и северо-западного бортов, при этом точки ПЖЛ-3 и ПЖЛ-6 – отбор ледяных жил в западной части, где на сегодняшний день происходит наиболее активное формирование оврага (рис. 1). Были также опробованы р. Яна и Батагайка для сравнения их химического состава с химическим составом жил.

Климат, по данным метеостанции Батагай близок к умеренно-холодному [16,21]. Среднегодовая температура воздуха – –14,8 °C. Наиболее холодный месяц – январь с температурами от –43 до –51 °C [ru.climate-data.org]. Выпадает около 194 мм осадков в год.

Многолетнемерзлые породы в бассейне р. Яны имеют сплошное распространение. Активный слой достигает мощности лишь 0,2-0,4 м под лесом и мхом, и 0,4-1,2 м на открытых площадках. Многолетнемёрзлые породы высокольдистые, широко распространены криогенные процессы: термокарст, термоэрозия, солифлюкция, выветривание, морозобойное растрескивание и т. д.

Растительность северо-таежного и лесотундрового типа. Доминируют лиственничные редколесья. Видовой состав представлен лиственницей Каяндера, берёзой, березой карликовой, ольхой, кедровым стлаником, багульником, лапчаткой Толля, осокой рыхлой, шикшей сибирской, брусникой, голубикой, мохово-лишайниковыми комплексами [10].

2.2. Отбор образцов и пробоподготовка

Отбор образцов льда из повторно-жильных льдов, вскрываемых обнажением Батагайского оврага, производился в августе 2017 и 2018 гг. Был изучен ионный состав льдов. Отбор образцов льда из повторно-жильных льдов, вскрываемых обнажением Батагайского оврага, производился в августе 2017 и 2018 гг. Был изучен ионный состав льдов.

Образцы льда отбирались из ледяных жил по вертикали через каждые 10 см вначале с использованием топора (рис. 2), а затем с помощью дрелей Makita DDF481rte 18В и Bosch GSR 36 VE-2-LI со стальными коронками для льда диаметром 51 мм (рис. 3). Для зачистки места отбора приповерхностные 2 см льда снимались с помощью бура и далее отбирались более глубинные образцы из той же лунки. Образец льда диаметром 5 см. высверливался из жил при этом масса каждого образца составляла около 150 г и упаковывался в полиэтиленовые пакеты. Отбор льда сопровождался подробным описанием цвета, прозрачности, структуры, толщины ледяных и грунтовых прожилок, включений, формы и размера ксенолитов, пузырьков воздуха. Координаты разрезов регистрировались с помощью GPS.

Рис.2. Отбор образцов льда отбирались из ледяных жил с использованием топора. Фото Дж.Васильчук

Рис. 3. Отбор образцов льда отбирались из ледяных жил с использованием дрели со стальными коронками для льда. Фото Дж.Васильчук

Лёд растапливался в пакетах при температуре +20°С. С помощью рН- и ЕС-метров измерялись кислотность и электропроводность воды из растаявшего льда. Технические характеристики рН-метра HANNA pHep 4 HI98127 следующие: диапазон рН – от 0,0-14,0; точность измерения – до 0,1 единицы рН; погрешность измерения – 0,1 единица рН. Технические характеристики ЕС-метра HANNA HI 98311 следующие: диапазон электропроводности – от 0,0 до 3999,0 μS/см; точность измерения – до 0,1 μS/см, конверсионный коэффициент EC-TDS равен 0,45. Затем талая вода переливалась в пластиковые флаконы ёмкостью 10 мл с плотно закрывающейся крышкой.

Количество минеральных и органических включений во льду жил сильно варьировало, поэтому льда менялся от белого до темнокоричневого (рис. 4).

Рис. 4. Лед с малым (а) и большим (б) количеством минеральных и органических включений. Фото Ю.Васильчука

Содержание макроэлементов в растворённой и взвешенной формах было также измерено в результате фильтрования воды. Для этого образцы льда вырубались из ледяных жил при помощи топора таким образом, что масса каждого образца составляла около 500 г. Вырубленный лёд упаковывался в пластиковые пакеты. Образцы жильного льды растапливались в пакетах при температуре +20°С, затем талая вода профильтровывалась на вакуумной фильтровальной установке через бумажный мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Фильтрование талой ледяной воды через мембранные фильтры использовалось для выделения долей общего содержания макроэлементов, принадлежащих взвешенной и растворённой фракциям талой воды. Сравнения этих долей сделало возможным измерение концентраций макроэлементов во взвешенной (>0,45 мкм) и растворённой (<0,45 мкм) формах. Непрофильтрованная вода также использовалась для измерения таких параметров воды, как рН, ЕС и ионный состав. Объём фильтруемой воды составлял 150 мл. Остаток взвеси, задержанной фильтром, затем высушивался вместе с фильтром.

2.3. Лабораторный анализ и анализ и данных

Измерения макрокомпонентного состава льда проводились с помощью ионного хроматографа «Стайер» (Россия), предел детектирования по хлорид-иону 0,02 мг/л. Ионный хроматограф «Стайер» предназначен для качественных и количественных определений неорганических соединений F-, Cl-, NO3-, NO2-, SO42-, PO43-, Na+. NH4+, K+, Mg2+ и Ca2+ в водных растворах различного происхождения (природных, технических, питьевых, в том числе, бутилированных).

Его устройство включает изократический насос, кондуктометрический детектор, разделительную колонку, систему подавления фоновой проводимости и компьютерный комплект для сбора, обработки и хранения хроматографических данных.

Данным методом измерялся состав непрофильтрованной талой воды ПЖЛ1-7.

3. Ионный состав льда и содержание макроэлементов

Изучен ионный состав повторно-жильного льда, вскрытого в Батагайском овраге (рис. 5-8) в 123 образцах из ПЖЛ 1-7. HCO3- (от 0,61 до 6,15 ммоль/л) и катионы Ca2+ (от 0,61 до 5,07 ммоль/л) доминируют в ионном составе всех ледяных жил (табл. 1).

Рис. 5. Панорама Батагайского оврага с вскрытыми повторно-жильными льдами трех ярусов Фото Ю.Васильчука

Рис. 6. Панорама Батагайского оврага с вскрытыми повторно-жильными льдами трех ярусов: справа на фото озерных, слева на фото вверху едомных, внизу таберальных. Фото Ю.Васильчука

Рис. 7. Озерный комплекс с узкими жилами, содержащими большое количество минеральных включений Фото Ю.Васильчука

Рис. 8. Нижняя часть Батагайского оврага с вскрытыми повторно-жильными льдами таберального вероятно самого древнего яруса с узкими жилами, содержащими большое количество минеральных включений Фото Ю.Васильчука

Таблица 1. Ионный состав льда Батагайских жил

ПЖЛ

Показа-тель

ммоль/л

Cl-/SO42-

Cумма ионов, мг/л

Na+

K+

Mg2+

Ca2+

Cl-

NO3-

SO42-

HCO3-

ПЖЛ 1 (n=8)

Мин.

0.08

0.05

0.34

1.19

0.07

0.00

0.08

1.54

0.85

136.48

Макс.

0.14

0.10

0.68

2.25

0.28

0.01

0.17

2.85

3.31

246.35

Сред.

0.11

0.07

0.50

1.65

0.13

0.00

0.11

2.08

1.35

181.45

ПЖЛ 2 (n=19)

Мин.

0.02

0.02

0.22

0.61

0.04

0.00

0.01

0.87

0.89

74.32

Макс.

0.08

0.22

0.44

1.65

0.11

0.03

0.05

1.95

3.92

163.29

Сред.

0.03

0.09

0.29

0.89

0.05

0.01

0.03

1.21

2.02

103.26

Мин.

Макс.

Мин.

0.06

0.03

0.30

1.03

0.04

0.00

0.04

1.34

0.83

112.78

Макс.

0.12

0.09

0.89

1.71

0.10

0.01

0.07

2.58

1.69

213.63

Сред.

0.09

0.05

0.50

1.43

0.06

0.00

0.06

1.95

1.12

162.88

ПЖЛ 4 (n=1)

1.01

0.11

1.35

1.89

0.58

0.01

0.60

3.17

1.03

325.16

ПЖЛ 5 (n=26)

Мин.

0.04

0.02

0.25

0.89

0.03

0.11

0.05

0.99

0.22

94.74

Макс.

0.21

0.09

1.13

4.13

0.23

0.47

0.34

4.45

0.97

424.85

Сред.

0.12

0.04

0.53

1.86

0.07

0.21

0.14

2.14

0.52

200.12

ПЖЛ 6 (n=28)

Мин.

0.04

0.02

0.22

0.74

0.03

0.00

0.05

0.95

0.27

81.55

Макс.

0.56

0.14

3.29

5.07

0.87

0.48

1.45

6.15

3.04

661.90

Сред.

0.16

0.05

0.62

2.08

0.12

0.14

0.23

2.43

0.58

226.17

ПЖЛ 7 (n=35)

Мин.

0.02

0.03

0.20

0.60

0.03

0.08

0.03

0.61

0.05

66.56

Макс.

0.17

0.14

0.80

2.75

0.13

0.88

0.84

3.20

1.25

285.08

Сред.

0.07

0.06

0.42

1.54

0.06

0.20

0.13

1.70

0.58

164.44

В речной воде р. Яны и р. Батагайки Са также превалирует над другими катионами [4]. Отдельные пробы, отобранные из стенки оврага из ПЖЛ-4 также имеют значительное содержание Na – 1,01 ммоль/л и Mg – 1,35 ммоль/л.

Во всех опробованных жилах среди катионов второй по значимости – Mg2+. По соотношению Cl- и SO42- повторно-жильные льды делятся на две группы: жилы верхнего комплекса с соотношением в среднем больше единицы в ПЖЛ-1, 2 (рис. 9), 3 и 4 от 1.03 до 2.02 и жилы нижнего комплекса ПЖЛ-5, 6, 7 средние значения соотношения меньше единицы и составляют 0.52-0.58. ПЖЛ-2, также принадлежащая нижнему комплексу, показывает наибольшее значение Cl-/SO42- (2,02). Однако большая часть изученных образцов льда не засолена, таким образом, относительно высокий показатель отношения Cl- к SO42- не связаны с влиянием моря.

Рис. 9. Ионный состав повторно-жильных льдов, вскрытых в Батагайском овраге

Рис. 10. Cодержание макроэлементов повторно-жильных льдов, вскрытых в Батагайском овраге

ПЖЛ-6 и ПЖЛ-3 относятся к одному и тому же позднеплейстоценовому повторно-жильному комплексу, при этом ПЖЛ-3 представляет верхнюю часть комплекса, а ПЖЛ-6 – нижнюю.

В ПЖЛ-7 отмечено наименьшее минимальное значение соотношения Cl- к SO42- 0,05. Максимальные концентрации нитратов встречаются в ПЖЛ-7 – 0,88 ммоль/л. Лёд в основном пресный (до 200 мг/л) и опресненный (до 400 мг/л) по классификации ПЖЛ [1,3]. В ПЖЛ-5 и ПЖЛ-6 максимальные значения минерализации достигают 424 и 621 мг/л, что позволяет отнести их к слабосолёным.

Было измерено содержание ионов в непрофильтрованном льду, отобранном в нижней части ледового комплекса (ПЖЛ-2) на абсолютной высоте 260-253 м. Ионный состав льда – также гидрокарбонатно-кальциевый, минерализация вдоль разреза меняется незначительно, иногда увеличиваясь на высотах 259 и 254,8 м, из-за росту содержания гидрокарбонатов и ионов Mg2+ и K+. Также на высоте 254,8 м наблюдается пик содержания некоторых микроэлементов (Fe, Al, Si), другой обнаруженный пик не связан с минерализацией (256 м). Олово (Sn), добываемое в этом регионе было обнаружено в ПЖЛ-2 (будучи найдено в непрофильтрованном образце воды, оно может быть связано с педогенными включениями во льду) только на высотах 258-254 м, а в других образцах его содержание не превышало пределов детектирования.

Для ПЖЛ-5, 6, 7 были определены концентрации макроэлементов: K, Na, Ca, Mg. Для элементов рассмотрены их концентрации в сухой взвеси, оставшейся на бумажном фильтре (диаметр пор = 0,45 мкм) после фильтрования, и в растворе, прошедшем сквозь фильтр (далее – «взвесь» и «раствор»).

Значения рН во льду варьируют от 7,2 (единичный случай в верхней части ПЖЛ-5), что относится к нейтральным водам до 7,92, что относится к слабощелочным водам. В основном исследуемый лёд слабощелочной. Электропроводность варьирует в диапазоне от 98 до 175 μS/см. Все льды относятся к кислородным по показателю окислительно-восстановительного потенциала (Eh), то есть, условия миграции элементов окислительные слабощелочные. В растворенной форме во всех изученных ПЖЛ доминирует Са (от 9,2 до 21,8 ppm), как и в водах р. Батагайка (22,9 ppm), на втором месте Mg (от 2,6 до 6,4 ppm), тогда как в водах р. Батагайка концентрация Mg составляет 12,0 ppm. Na и К содержатся в растворенной форме в меньших количествах: Na – от 0,4 до 5,6 ppm, а К – от 1,3 до 3,7 (в водах р. Батагайка в растворе содержится соответственно 5,2 и 1,8 ppm). Во взвешенной форме, наоборот преобладают К и Na. Na содержится в повторно-жильных льдах в концентрации от 10,4 до 197 мг/л, а К – от 24 до 228 мг/л.

Также в ПЖЛ-5, 6 и 7 было измерено содержание Mn, Fe и Al во взвешенной и растворённой формах.

В растворе в жилах в основном преобладает Mn, а во взвешенной форме Fe и Al. Те же тенденции отмечены и в речной воде. Содержание Fe в жилах в растворенной форме варьирует от 0,03 до 0,17 мг/л, а во взвешенной форме от 48 до 356 мг/л. В р. Батагайка в растворенной форме содержится 0,06 мг/л, а во взвешенной 2,41 мг/л.

Содержание Al в жилах в растворенной форме варьирует от 0,03 до 0,10 мг/л, а во взвешенной форме от 79 до 722. В р. Батагайка в растворенной форме содержится 0,04 мг/л, а во взвешенной 6,3 мг/л. Содержание Mn в жилах в растворенной форме варьирует от 0,009 до 0,26 мг/л, а во взвешенной форме от 0,9 до 5,6 мг/л. В р. Батагайка в растворенной форме содержится 0,3 мг/л, а во взвешенной 0,05 мг/л мг/л. Можно отметить одинаковые тенденции в распределении Fe и Al в жилах 5 и 7 в растворенной и взвешенной формах, тогда как в жиле 6 увеличение содержания этих элементов во взвешенной форме коррелирует с уменьшением содержания в растворенной форме.

В повторно жильных льдах макроэлементы встречены в основном во взвешенной форме, причем Fe и Al представлены взвешенной формой на 99-100%. Наибольшее содержание в растворенной форме характерно для Ca (до 30%) и Mg (10-20%). Распределение макроэлементов в растворенной и взвешенной форме совпадает в повторно-жильных льдах и речной воде.

4. Дискуссия

Повторно-жильный лед формируется преимущественно из талого снега. В Южной Якутии в Эльконском ураново-рудном районе [11] снег гидрокарбонатно-кальциевого состава, что показывает влияние солей преимущественно континентального происхождения на состав осадков в условиях низкой антропогенной нагрузки. В 2010-2012 гг. были проведены исследования состава современного снега в Якутии по трансекту от Якутска до Оймякона, охватывающей разные типы ландшафтов [12]. По величине минерализации снеговые воды в районе исследований ультрапресные, с диапазоном изменения в пределах одного порядка – 8,4–26,5 мг/л. Для снежного покрова всех типов мерзлотных ландшафтов, за исключением высокогорных ландшафтов горных пустынь, характерно идентичное соотношение макрокомпонентов: доминирующим анионом является гидрокарбонат-анион, а доминирующим катионом кальций, на втором месте натрий. Высокогорные пустынные ландшафты (2400-2700 м н.у.м.) характеризуются гидрокарбонатно-аммонийным составом снега [12]. На севере Якутии (Новосибирские острова) состав снега хлоридно-натриевый [8].

Для сопоставления льдов разных регионов по минерализации Ю.К. Васильчуком разработана гидрохимическая классификация (систематика) подземных льдов: ультрапресные льды с минерализацией менее 50 мг/л, пресные – 50-200 мг/л, опресненные – 200-400 мг/л, слабосоленные – 400-1000 мг/л, среднесоленые – 1000-5000 мг/л, сильнозасоленные – 5000 мг/л и более [1,3].

Для жильных льдов Батагайского разреза (характерен гидрокарбонатно-кальциевый состав, минерализация льдов при этом варьирует от 66,56 до 424,8 мг/л (табл. 1)[29], то есть колеблется от ультрапресных до опресненных. Минерализация повторно-жильного льда в бухте Мира на о. Новая Сибирь составила – 97,4 мг/л, а минерализация пластовых льдов варьировала от 18 до 130 мг/л [8]. Жильные льды о. Новая Сибирь отличались по ионному составу от остальных типов льдов они были гидрокарбонатно-натриевыми, в то время как остальные льды относились к хлоридно-натриевым, при этом дождевая вода также оказалась гидрокарбонатно-натриевой, а снег хлоридно-натриевым [8].

В повторно-жильных льдах п-ова Ямал (Маре-Сале) состав в основном гидрокарбонатно-натриевый, минерализация этого льда в пределах 17-76 мг/л [15]. О.Л.Опокина и Е.А.Слагода с соавт. [13] рассмотрели химический состав повторно-жильных льдов о-ва Сибирякова в Карском море, минерализация этих повторно-жильных льдов, изменяется от 29 мг/л до 92,1 мг/л. В тоже время в составе ПЖЛ преобладают ионы Na+ и Cl-, что показывает большую роль морских воздушных масс в формировании осадков. Минерализация термокарстово-пещерного и голоценового льда озерного происхождения в несколько раз выше 165,5–244,5 мг/л, преобладают ионы гидрокарбоната Ca2+ и Mg2+ и SO42-, что характерно для пресноводных водоемов [13].

В Северной Якутии минерализация голоценовых повторно-жильных льдов составила 2-100 мг/л, так же, как и в повторно-жильных льдах Западной Сибири. Плейстоценовые повторно-жильные льды имеют минерализацию от 60 до 478 мг/л. Содержание солей зависит от расстояния от моря: плейстоценовые повторно-жильные льды п-ова Быковский характеризуются минерализацией 200 мг/л, при этом плейстоценовые повторно-жильные льды отдаленных от моря районов Плахинского яра 110 мг/л, Дуванного Яра – 120 мг/л, Зеленого мыса – 110 мг/л, Усть-Омолонского Яра 130 мг/л, низовий Омолона – 120 мг/л [3].

Еще меньше минерализация ПЖЛ едом междуречий – здесь лед жил чаще ультрапресный: в Куларской котловине в среднем 70 мг/л, в центре Омолоно-Анюйской едомы (верховья реки Тимкинской) – 50–60 мг/л (в каждом из упомянутых выше разрезов едом проанализировано от 30 до 50 образцов жильного льда). Отличительной чертой всех сингенетических жил в едомах является доминирование гидрокарбонатов, составляющих часто более половины от общего содержания солей, причем это характерно и для более, и для менее минерализованных льдов. Из остальных компонентов обращает на себя внимание Са, во многих случаях превышающий 25% от общего содержания солей; в толщах едом из внутренних районов междуречий заметны сульфаты [3].

С.В.Алексеевым и Л.П.Алексеевой исследован химический состав подземных льдов кимберлитовых трубок Якутии. В кимберлитовых трубках Зарница и Якутская (Далдын-Алакитское кимберлитовое поле) состав подземных льдов гидрокарбонатный, гидрокарбонатно-хлоридный и хлоридный, среди катионов доминируют Ca2+ и Mg2+, состав кальциево-магниевый, либо магниево-кальциевый. На глубине 130-150 м минерализация льда не превышает 100-400 мг/л, на глубине 160-180 минерализация повышается до 1000 мг/л, а на глубине 180-220 м достигает 6500-12000 мг/л [17-19]. По минерализации и составу ионов исследуемый нами лёд близок к подземному льду в породах, вмещающих кимберлитовые трубки Далдын-Алакитского кимберлитового поля на глубине 130-150 м, несмотря на то, что эти льды разного генезиса.

Фриц с соавторами [23] изучали корреляцию содержания отдельных ионов в подземном льду с содержанием растворённого углерода и выявили значимую положительную корреляцию содержания ионов Mg2+ и K+ с содержанием растворённого органического углерода. Ионный состав повторно-жильных льдов разного возраста был изучен ими на территории Северной Америки и Евразии. Голоценовые повторно жильные льды были изучены на побережье Юкона (Кэй пойнт, Роланд бэй, о-в Хершел), в дельте р. Лены (о-в Самойлов), на востоке моря Лаптевых (о-в Муостах и Ойгосский Яр), плейстоценовые льды были изучены на внутренней территории Аляски (Фэрбенкс), на побережье Юкона (Роланд бэй, о-в Хершел) на Новосибирских островах (о-в Большой Ляховский), на западе моря Лаптевых (п-ов Мамонтов Клык).

В одной из жил в Фэрбенксе минерализация достигает 211 мг/л, при повышенном содержании нитратов 38 мг/л, состав льда гидрокарбонатно-кальциевый, в прочих жилах содержание нитратов находится в пределах 0,52-1,8 мг/л, как и в Батагайских жилах, а минерализация достигает максимального значения в 96 мг/л. Состав повторно-жильного плейстоценового льда побережья Юкона сульфатно-кальциевый при минерализации 234-295 мг/л. Жильные льды о-ва Большой Ляховский имеют гидрокарбонатно-натриевый состав, а жильные льды п-ова Мамонтов Клык имеют гидрокарбонатно-натриевый и гидрокарбонатно-кальциевый состав при этом минерализация достигает 74 и 125 мг/л. Плейстоценовые повторно-жильные льды острова Муостах также гидрокарбонатно-кальциевого состава, с минерализацией до 82 мг/л, при этом голоценовые жилы о-ва Муостах имеют минерализацию до 33 мг/л и хлоридно-натриевый состав. Исследованные Фрицем с соавторами [23] голоценовые повторно-жильные льды характеризуются меньшей минерализацией, так, например, на побережье Юкона минерализация голоценовых жил достигает 63 мг/л, а состав жил гидрокарбонатно-кальциевый (о-в Хершел и Кей пойнт) и хлоридно-натриевый (Ролланд бэй). Голоценовые жилы о-ва Самойлов имеют минерализацию до 50 мг/л и гидрокарбонатно-кальциевый состав. Голоценовые жилы Ойгосского Яра по составу хлоридно-натриевые, их минерализация достигает 21 мг/л [23].

Таким образом, по минерализации плейстоценовый лёд Батагайской едомы совпадает с ранее исследованными плейстоценовыми повторно-жильными льдами Якутии [3], а также с плейстоценовыми повторно-жильными льдами внутренней части Аляски [23]. Ионный состав повторно-жильных льдов гидрокарбонатно-кальциевый и соответствует снегу, сформированному под воздействием континентальных солей [14,15], как и жилы внутренней части Аляски [23].

5. Заключение

1. Минерализация позднеплейстоценового жильного льда Батагайской едомы составляет от 66,56 до 424,8 мг/л, от ультрапресной до опресненной, по ионному составу лёд гидрокарбонатно-кальциевый и соответствуют снегу, сформированному под воздействием континентальных солей.

2. Авторами было проведено методическое исследование содержания макроэлементов в растворённой и взвешенной форме во льду. Выявлено, что доля Са содержащегося в растворенной форме составляет не более 20-30%, что касается остальных элементов, то доля содержания Mg, K, Na, Al, Fe, Mn, Sr, Ba во взвешенной форме более 90%.

Благодарности

Мы выражаем благодарность А. Ю. Тришину за помощь при проведении полевых работ.

Библиография
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.

Результаты процедуры рецензирования статьи

В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.

Предмет исследования – геохимический состав повторно-жильных льдов в Батагайской едоме и факторы его формирования.

Методология исследования основана на сочетании теоретического и эмпирического подходов с применением методов анализа, измерения, обобщения, сравнения, синтеза.

Актуальность исследования определяется усиливающимся вниманием к освоению арктических территорий и их природных ресурсов, таянию вечной мерзлоты вследствие изменений климата, и, соответственно, необходимостью изучения имеющих при этом место явлений и процессов, включая Предмет исследования – геохимический состав повторно-жильных льдов и факторы его формирования.

Научная новизна связана с полученными автором эмпирическими данными о минерализации позднеплейстоценового жильного льда Батагайской едомы, содержании во льду макроэлементов в растворённой и взвешенной формах.

Статья написана русским литературным языком. Стиль изложения научный.

Структура рукописи включает следующие разделы: 1. Введение (химические свойства повторно-жильных льдов (ПЖЛ), макроэлементный состав подземных льдов, подземные льды в кимберлитовых трубках Западной Якутии, химический состав пластовых льдов Новосибирских островов, исследование жильных льдов мыса Барроу (Северная Аляска), макроэлементы в ПЖЛ, почвы в качестве референсного материала по отношению к ПЖЛ, поверхностные воды, цель работы), 2. Объекты и методы (2.1. Батагайский овраг, пос. Батагай, Верхоянский улус, Республика Якутия (Саха), расположение оврага, абсолютные высоты опробованных ПЖЛ и текстурного льда (ТЛ), климат, многолетнемерзлые породы, растительность, 2.2. Отбор образцов и пробоподготовка, ионный состав льдов, отбор образцов льда с использованием топора, с помощью дрелей, кислотность и электропроводность воды из растаявшего льда, количество минеральных и органических включений во льду, содержание макроэлементов в растворённой и взвешенной формах, 2.3. Лабораторный анализ и анализ и данных, измерения макрокомпонентного состава льда, состав непрофильтрованной талой воды), 3. Ионный состав льда и содержание макроэлементов (ионный состав повторно-жильного льда, речной воды рр. Яны и Батагайки, значения рН), 4. Дискуссия (формирование ПЖЛ из талого снега, влияние солей континентального происхождения, соотношение макрокомпонентов, гидрохимическая классификация (систематика) подземных льдов), 5. Заключение (выводы), Благодарности, Библиография.

Название подраздела 2.3 («Лабораторный анализ и анализ и данных») следует скорректировать.

Текст содержит 10 рисунков, одну таблицу. Для рисунка 1 нужно привести название; названия рисунков 2 («Отбор образцов льда отбирались из ледяных жил с использованием топора»), 3 («Отбор образцов льда отбирались из ледяных жил с использованием дрели со стальными коронками для льда») требуют корректировки. В обозначении размерности на рисунке 9 следует различать префикс М (мега) и м (мили).

Содержание в целом соответствует названию. Поскольку материалы рукописи раскрывают более широкий спектр вопросов гляциологии, в том числе сравнительного характера, в заголовке, возможно, следует отразить район (Республика Якутия (Саха)) и предмет (определение источников образования льда) исследования. Формулировка цели исследования («Цель данной работы изучить состав ионов во льду Батагайской едомы с целью определения главного источника образования льда») представляется тавтологичной, что нужно исправить.

Библиография включает 28 источников отечественных и зарубежных авторов – монографии, научные статьи, Интернет-ресурсы. Библиографические описания некоторых источников требуют корректировки в соответствии с ГОСТ и требованиями редакции, например:
1. Васильчук Ю. К. Изотопно-кислородный состав подземных льдов (опыт палеогеокриологических реконструкций) : в 2 т. М. : Изд. Отдел. теоретических проблем РАН. МГУ, ПНИИИС. 1992. Т.1. 420 с.; Т.2 264 с.
5. Васильчук Ю. К., Васильчук Дж. Ю. Первые AMS датировки микровключений органики в повторно-жильных льдах верхнего яруса Батагайской едомы, Якутия // Доклады Российской академии наук. 2019. Т. 489. №1. С. 84–88.
13. Опокина О. Л., Слагода Е. А., Стрелецкая И. Д., Суслова М. Ю., Томберг И. В., Ходжер Т. В. Криолитология, гидрохимия и микробиология голоценовых озерных и повторно-жильных льдов о-ва Сибирякова Карского моря. Природа шельфов и архипелагов Европейской Арктики. М. : ГЕОС, 2010. Вып. 10. С. 241–247.
14. Опокина О. Л., Слагода Е. А., Томберг И. В., Суслова М. Ю., Фирсова А. Д., Ходжер Т. В., Жученко Н.А. колебания уровня моря и их отражение в составе и строении полигонально-жильных льдов в низовьях Енисея // Лёд и снег. 2014. Т. 54. № 2. С. 82–90.
17. Alekseeva L. P., Alekseev S. V. Geochemistry of ground ice, saline groundwater, and brines in the cryoartesian basins of the northeastern Siberian Platform // Russ. Geol. Geophys. 2018. Vol. 59. Р. 144–156.
21. Climate: Batagay – Climate-Data.org. URL: https://ru.climate-data.org/location/45208 (date of access 12.27.2019).

Возможно излишнее самоцитирование (Васильчук Ю. К. с соавторами).

Апелляция к оппонентам (Иванова В. В., Никольский П. А., Тесаков А. С., Басилян А. Э., Белолюбский И. Н., Боескоров Г. Г., Исаченко А. Г., Кириллин А. Р., Макаров В. Н., Опокина О. Л., Слагода Е. А., Стрелецкая И. Д., Суслова М. Ю., Томберг И. В., Ходжер Т. В., Фирсова А. Д., Жученко Н. А., Рогов В. В., Курчатова А. Н., Alekseeva L.P., Alekseev S. V., Kononov A. M., Ashastina K., Schirrmeister L., Fuchs M., Kienast F., Colombo M., Brown K. A., De Vera J., Bergquist B. A., Orians K. J., Fritz M., Opel T., Tanski G., Herzschuh U., Meyer H., Eulenburg A., Lantuit H., Iizuka, Y., Miyamoto, C., Matoba, S., Iwahana, G., Horiuchi, K., Takahashi, Y., Kanna, N., Suzuki, K., Ohno, H., Kokelj S. V., Burn C. R., Murton J., Toms P., Blinov A., Fuchs M., Wood J., Gärtner A., Silke Merchel S., Rugel G., Savvinov G., Wetterich S., Negoiţǎ T.G., Ropotǎ M., Vadakkedath V., Zawadzki J., Przeździecki K. и др.) имеет место.

В целом материал представляет интерес для читательской аудитории, и после доработки рукопись может быть опубликована в журнале «Арктика и Антарктика».