Особенности формирования геохимического состава подземных льдов Карского региона

Глава 1. История изучения химического состава льдов, ключевые
участки и методы исследований
В разделе 1.1 дано описание истории изучения химического состава льдов
и взаимосвязи химического состава воды и генетических типов льда с
условиями промерзания. Лед, заключенный в мерзлых горных породах,
называется подземным льдом (по В.И. Вернадскому). Компонентами льда
являются минеральные растворимые и нерастворимые примеси, органические
вещества, растворенные газы. Наличие этих компонентов в водном растворе
обусловлено рядом протекающих в разных природных условиях физико-
химических, криогенных, геологических и биологических процессов.
Химический состав природных льдов использован как показатель условий
льдообразования Н.И. Толстихиным, Н.П. Анисимовой, Б.И. Втюриным, Л.Н.
Крицук, И.Д. Стрелецкой, М.О. Лейбман и другими. Представления о
преобразовании исходного состава воды при формировании льдов
разработаны З.А. Нерсесовой, В.П. Волковой, Н.Н. Романовским, Б.А.
Савельевым, Н.П. Анисимовой, А.В. Ивановым и др.
Данные о распределении микроэлементов в подземных льдах в
публикациях немногочисленны. С.В. Алексеевым и Л.П. Алексеевой изучен
состав микроэлементов текстурообразующих льдов алмазоносных районов
Западной Якутии. Геохимические особенности текстурообразующих льдов
обусловлены процессами взаимодействия в системе вода – порода,
происходившими при формировании мерзлой толщи. В.В. Ивановой изучены
содержания редкоземельных элементов в пластовых льдах о. Новая Сибирь и
сделан вывод о сегрегационном и инъекционном генезисе пластовых льдов.
Ю.К. Васильчуком, Н.А. Буданцевой, Д.Ю. Васильчук в полигонально-
жильных льдах Якутии установлены содержания некоторых микроэлементов
(Sr, Mn, Zn, Cu, Fe, Co), а в составе полигонально-жильных льдов Ямала –
содержания (Fe, Zn, Cu, Mn). Повышенные содержания элементов связывают с
участием в формировании льда почвенных растворов и болотных вод.
Подземные льды обладают определенным запасом информации за
геологически продолжительный период времени, что позволяет определить
естественный геохимический фон и его эволюцию в плейстоцене и голоцене.
В разделе 1.2 Дано описание методов геокриологических исследований
разрезов на ключевых участках и лабораторных исследований. Климатические
условия арктической зоны севера Западной и Средней Сибири
характеризуются продолжительной холодной зимой и коротким прохладным
летом, что обеспечивает сплошное распространение многолетнемерзлых пород
и подземных льдов. Исследования химического состава проведены для льдов
ключевых участков в зонах арктической, типичной и южной тундры (рис. 1).
Изучение разрезов четвертичных
льдистых толщ включало в себя:
описаниелитологическихи
морфологическихособенностей;
определение физических и химических
характеристик пород; отбор монолитов
льда,изучениеегоструктурно-
текстурных особенностей, химический
анализ.
Монолиты льда были сохранены в
мёрзлом состоянии до проведения
анализов. В лабораторных условиях
монолиты льда были зачищены,
разрезаны на части в зависимости от
количестваминеральныхчастиц,
расплавлены и профильтрованы черезРис. 1. Расположение ключевых
поликарбонатные фильтры с диаметромучастков исследований льдов,
пор 0,45 мкм.мерзлых пород и природных вод
(www.google.ru/maps)
В разделе 1.3 описаны методы, апробация и интерпретация результатов
математической обработки базы геохимических данных. На основе
количественных характеристик химического состава составлена база данных
ионного и элементного состава льдов. Разработан алгоритм анализа
результатов исследований химического состава «Geochem Anomaly» на базе
MS Excel (рис. 2). Результаты интерпретированы с помощью статистических
методов. Для оценки минерализации льдов использована классификация Ю. К.
Васильчука. Дана классификация ионного состава расплавов льдов,
рассмотрены значимые геохимические показатели: I/Cl, Br/Cl, Fe/Ni, Fe/Co и
оценены распределения содержаний лантаноидов по величине цериевой (Cean),
европиевой (Euan) аномалий и соотношению легких и тяжелых элементов
(ЛLa/ТLa). Проведено сравнение и нормализация концентраций микроэлементов
во льдах с кларками элементов.

Блок 1. Обработка состава основных
ионов
Блок 2. Анализ распределения
Таблицыредкоземельных элементов
База данныхчисленныхБлок 3. Анализ геохимически значимых
химического составарезультатовсоотношений элементов
химического
Блок 4. Сравнительный анализ 58
состава
элементов с кларковыми значениями,
для учета разной распространенности
элементов
Результат обработки в виде
статистических параметров илиБлок 5. Корреляционный анализ
единичных значений показателейхимического состава

Рис. 2. Блок-схема программы анализа результатов исследований ионного и
микроэлементного состава льдов, вод и отложений
Интерпретацию химического состава льдов осложняет отсутствие
сведений о содержании микроэлементов во льду разного генезиса. Кроме того,
необходимо учитывать возможное влияние на изменение химического состава
микроорганизмов, находящихся в мерзлой толще.
Для апробации алгоритма обработки геохимических данных проведен
анализ химического состава проб прибрежно-морского и озерного льда,
поверхностных вод. Сезонные льды ключевых участков Ямала и Полярного
Урала по количеству солей озерный и фирновый льды и поверхностные воды
ультрапресные, прибрежно-морской лед – среднесоленый.
В прибрежно-морском льду соотношение ионов близкое к соотношению
ионов в морской воде. В верхней части озерного льда установлено влияние
морских аэрозолей в составе снега. Соотношения ионов в поверхностных
водах обусловлено двумя источниками формирования – атмосферными
осадками и обменными процессами с породами. Значения I/Cl и Br/Cl в
озерном и прибрежно-морском льдах сопоставимы с соотношениями
соответствующих кларковых значений, что подтверждает пригодность
методики. Cean аномалия в морском льду близка к 0, что характерно для
морской воды; у озерного льда Cean отрицательная (от 0,01 до 0,06). Так как
озеро находится в непосредственной близости от побережья Карского моря,
отрицательная Cean связана с поступлением лантана со снегом, сорбировавшем
морские аэрозоли. Euan в морском льду в среднем положительная (1,8) и
варьирует от 0,4 до 3,0. В озерном льду Euan в среднем 0,95 что близко к
значениям кларков речных вод, однако значение Euan варьирует от 0,65 до 1,39,
что связано, с одной стороны, с поступлением морского аэрозоля и с другой –
с перераспределением лантаноидов в процессе льдообразования из свободной
воды. В фирновом льду низкая сумма ионов (1 мг/дм3) и отсутствуют примеси
морского аэрозоля. Состав микроэлементов в поверхностных водах и сезонных
льдах позволяет отличать погребенные льды от других типов льда.
Глава 2. Геохимический состав полигонально-жильных льдов
ключевых участков Карского региона
Раздел 2.1 посвящен геохимическому составу полигонально-жильных
льдов (ПЖЛ) в прибрежной зоне арктической тундры с морским влиянием (о.
Белый, о. Сибирякова, п. Диксон) (рис. 3). В ледяные жилы арктических
островов ионы Cl- и Na+ поступали вместе с морскими аэрозолями в составе
атмосферных осадков.
АБВГ

Рис. 3. Текстура ПЖЛ (фото Слагоды Е.А.): А – лед с минеральными и
органическими примесями на о. Белый; Б – лед с минеральными и органическими
примесями на о. Сибирякова; В – лед с минеральными примесями района, нижний
ярус на склоне, п. Диксон; Г – лед с пузырьками, верхний ярус в низине, п. Диксон
В районе п. Диксон в ПЖЛ, изученных на склоне долины высотой 7 м над
уровнем моря, преобладают ионы Ca+2 и HCO3-, источником которых были
континентальные аэрозоли; в жилах, вскрытых в днище долины, преобладают
ионы Cl- и Na+, поступавшие с морскими водами при заливании низин. Лед
жил арктических островов имеет отрицательную Cean (0,60–0,74) и
отрицательную Euan (0,86) аномалии, что подтверждает морское влияние на
состав льда. Во льдах п. Диксон, залегающих в днище долины, Euan
положительная (1,2), что связано с преобразованием состава воды при
промерзании. Распределение отношений I/Cl и Br/Cl указывает на
формирование ПЖЛ в прибрежно-морских условиях. В распределении
микроэлементов в ПЖЛ прибрежной зоны арктической тундры выявлены
тенденции к накоплению Cl, Mn, Br, Mo, I, лантаноидов и W.
Раздел 2.2 посвящен геохимическому составу ПЖЛ северной тундры (с.
Гыда, м. Кареповский). Сингенетические ПЖЛ изучены на севере п-ва Гыдан
на водораздельных поверхностях и в хасырее (осушенной озерной котловины)
II-й озерно-аллювиальной террасы. В расчистках были вскрыты мёрзлые
отложения, ледяные и ледогрунтовые жилы, линзовидные пластовые льды,
трещинные льды и лед термоабразионной ниши.
Мерзлые отложения хасырея и останцов II-й террасы приустьевого
участка долины р. Гыда по составу водной вытяжки относятся к незасоленным
континентальным образованиям. Отложения II-й террасы отнесены к аллювию
– осадкам прирусловых отмелей и пойм пресных текучих вод, сингенетически
промерзавших с формированием ПЖЛ в сартанском периоде.
Текстурообразующиельдыимеютконтинентальноезасоление.
Источником микроэлементов являются вмещающие суглинки и растительные
остатки, распределения лантаноидов указывают на континентальное
осадконакопление. По ионному составу текстурообразующие льды имеют
сходство с современными осадками прирусловой отмели р. Гыда.
ПЖЛ, не имеющий минеральные включения, сформирован за счет
атмосферных осадков с континентальными аэрозолями, а ледогрунтовые части
– за счет надмерзлотных вод. Отрицательная Cean (0,29) и положительная Euan
(1,19) выявлена в ПЖЛ, залегающих в хасырее, и обусловлены биогенным
преобразованием – влиянием органического вещества на состав жил (рис. 4).
В ПЖЛ в районе м. Кареповский выявлены высокие содержания P, Ti, V,
Mn, Fe, Nb, Mo и лантаноидов, W и др. (рис. 5а). Жила залегает в отложениях,
перекрытых антропогенными отложениями мощностью более 2 м –
древесиной и корой, при разложении которой происходило формирование
микроэлементного состава подземного льда.
Раздел 2.3 посвящен геохимическому составу ПЖЛ типичной тундры на
п-ве Ямал. В районе м. Марре-Сале в составе льда жил по преобладанию
ионов установлено поступление морских аэрозолей. Сумма лантаноидов (0,5–
1,8 мкг/дм3) возрастает с возрастанием количества минеральных и
органических включений.
В жилах, перекрытых торфом, отрицательная Cean (0,43) обусловлена
участием надмерзлотного стока и биогенного перераспределения лантаноидов.
Положительная Euan связана с включением органического вещества и
минеральных частиц в состав ПЖЛ. В составе микроэлементов выявлены
тенденции к накоплению V, Nb и лантаноидов.
В районе оз. Сохонто ПЖЛ имеет повышенную минерализацию за счет
надмерзлотныхвод,выщелачивающихморскиеотложения.На
перераспределение лантаноидов могут указывать: соотношение ЛLa/ТLa (1,4-
2,0), которое отличается от общего распределения (~1) во льдах ПЖЛ;
отрицательная Cean и положительная Euan аномалии.
В районе р. Юрибей в ультрапресных ПЖЛ установлена взаимосвязь
суммы лантаноидов и количества минеральных частиц от 0,3 мкг/дм 3 в
«чистом» льду до 2,6 мкг/дм3 во льду с большим количеством минеральных
частиц. Аномалии лантаноидов имеют небольшой диапазон вариаций Cean (~
1,0) и Euan (~1,1). Такой состав сформирован за счет атмосферных осадков и
речных вод. В распределении микроэлементов выявлены тенденции к
накоплению Sc, Mn, Fe, Co, Nb, Sn, лантаноидов.
Рис. 4. Химический состав и аномалии лантаноидов в ПЖЛ северной тундры;
ЛLa/ТLa – соотношение легких и тяжелых лантаноидов; Euan – европиевая аномалия,
Cean – цериевая аномалия
Раздел 2.4 посвящен криолитологическому строению и химическому
составу подземных льдов южной тундры на севере Пур-Тазовского
междуречья. Состав водорастворимых соединений торфа в верхней (53,9
мг/дм3) и нижней (239 мг/дм3) части сильно отличается. Распределения
лантаноидов в обоих слоях торфа схожи, что указывает на неизменность
геохимической обстановки. В данном случае, отрицательная Cean связана с
взаимодействием метилотрофных бактерий и лантаноидов.
Раздел 2.5 посвящен основным результатам исследований химического
состава ПЖЛ. Химический состав ПЖЛ ультрапресный и пресный.
Минерализация ПЖЛ, без участия минеральных включений, составляет 4–76
мг/дм3. В ледогрунтовых частях ПЖЛ источниками повышенной
минерализации (68–141 мг/дм3) служили грунты и органические остатки,
затекавшие в трещину вместе с надмерзлотными водами.
а)

б)

Рис. 5. Превышения содержаний микроэлементов над кларками речных вод: в ПЖЛ северной тундры (а); в пластовых и
текстурообразующих льдах типичной тундры в районе м. Марре-Сале над кларками речных вод (б)
В результате анализа условий залегания льдов и результатов химического
состава выделены основные маркеры источников поступления компонентов
(рис. 6). Отрицательная Cean является результатом: поступления морских
аэрозолей в составе атмосферных осадков, участия надмерзлотных вод,
выщелачивающих морские осадки; биогенного преобразования лантаноидов в
торфе. Положительная Euan аномалия является показателем попадания частиц
грунта в морозобойную трещину за счет участия надмерзлотных или
поверхностных вод. Низкие значения I/Cl и Br/Cl являются показателем
формирования химического состава льда за счет атмосферных аэрозолей, а
высокие значения – показателем поступления органических веществ в состав
жилы. Химический состав ПЖЛ отличается от текстурообразующих льдов в
первую очередь более низкими концентрациями химических элементов.
Накоплению микроэлементов способствуют: высокие фоновые концентрации
элементов в атмосфере Арктической зоны Сибири за счет дальнего
атмосферного переноса; попадание микроэлементов из отложений с
надмерзлотными водами; попадание микроэлементов с поверхностными
водами.
Основным источником химического состава ПЖЛ являются атмосферные
зимние осадки с морскими или континентальными аэрозолями. Другим
источником могут быть надмерзлотные воды сезонно-талого слоя. Их состав
формируется в основном за счет отложений, дренируемых поверхностными и
атмосферными водами. Третий источник – поверхностные воды, которые
попадают в состав жил при подъёме уровня воды при морских нагонах или
половодьях речных и озерных вод.
Глава 3. Химический состав пластовых льдов
Раздел 3.1 посвящен геохимическому составу линзовидного пластового
льда на севере п-ва Гыдан. По соотношению основных ионов ультрапресный
линзовидный пластовый лед очень близок с составом текстурообразующих
льдов, однако минерализация и содержание микроэлементов в
текстурообразующих льдах выше. Сумма лантаноидов в линзовидных
пластовых льдах с органикой 0,6 мкг/дм3, во льду с минеральными
включениями 1,4 мкг/дм3. Соотношение ЛLa/ТLa (0,73-0,76) схоже с
текстурообразующем льдом в суглинке, что также подтверждает обогащение
водных растворов лантаноидами за счет глинистых отложений. Во льду с
органикой Cean ниже (0,62), чем по льду с минеральными включениями (0,76),
за счет биогенного перераспределения лантаноидов.
В линзовидном пластовом льду с органикой Euan близка к единице (0,95);
во льду с минеральными включениями Euan положительная (1,07), в
текстурообразующих льдах Euan выше (1,3-1,4). Отношения I/Cl в линзовидных
пластовых льдах схожи с текстурообразующими и находятся на диаграмме
ближе к кларкам речных вод, чем к кларкам морских вод. Отношения Br/Cl во
льду с органикой и в текстурообразующих льдах выше, чем во льду с
минеральными частицами. Формирование линзовидных пластовых льдов
происходило с вытеснением солей в поровый раствор вмещающих отложений
– что соответствует сегрегационному механизму льдовыделения.
Маркеры источников ионов и микроэлементов в ПЖЛ

ПЖЛ, сформированные только заПЖЛ, сформированные при участии
счет атмосферных осадковповерхностных и подземных вод

Морские аэрозолиМорские (нагоны) водыПрибрежно-морские отложения
∑ions ~ 21-43 мг/дм3∑ions ~ 25-46 мг/дм3∑ions ~ 81-140 мг/дм3
Ионы: Na+, Mg+2, Cl-Ионы: Na+, Mg+2, Cl-Ионы: Na+, Cl-
Cean = 0,4Cean ~ 0,7-0,8Cean ~ 0,2-0,3
Euan = 0,9Euan = 1,2Euan ~ 1,2-1,5
I/Cl ~ 1,2×10-4 – 3,1×10-4I/Cl ~ 2×10-4 – 9×10-4
I/Cl ~ 5,8 ×10-5 – 3,0 ×10-4
Br/Cl ~ 2,4×10-3 – 3,4×10-3Br/Cl ~ 5×10-3 – 7×10-3
Br/Cl ~ 1,5×10-3 – 3,3×10-3
Обогащен: Fe, Mn, Nb,Обогащен: Mn, EuОбогащен Sc, Mn, Nb, La, Eu
Mo, W, лантаноидамиКонтинентальные отложения
∑ions = 44 мг/дм3
КонтинентальныеРечные и озерные воды Ионы: HCO3-, Ca+2 Mg+2
аэрозоли∑ions ~ 8-90 мг/дм3Cean = 0,7
∑ions ~ 48-60 мг/дм3Ионы: Na+, Cl-Euan = 1,1
Ионы: HCO3-, Ca+2Cean ~ 0,8-1,0I/Cl = 6,3×10-3
Cean ~ 0,7-0,8Euan ~ 0,9-1,3Br/Cl = 9,9×10-3
-5-4
Euan ~ 0,7-1,1I/Cl ~ 7×10 – 7,6×10Обогащен Sc, Nb, Sn, I,
I/Cl ~ 2,0×10-4 – 2,7×10-3 Br/Cl ~ 3,3×10-3 – 4,3×10-3 лантаноидами
Br/Cl ~1,2×10-3 – 7,1×10-3 Обогащен: Sc, Fe, Mn, Co, Биогенные
Обогащен: Sc, Cr, Mn, Fe, I, Nb, лантаноидами∑ions ~ 4-9 мг/дм3
Mo, Nb, Sn,Ионы: Cl-, HCO3-, Ca+2
лантаноидами, WCean = 0,3
Euan = 1,2
I/Cl ~ 2,7×10-3 – 1,3×10-2
Br/Cl ~ 6,7×10-3 – 1,0×10-2
Воды,Обогащен: Sc, Sn, I, W, Fe, Sn
формирующиеАнтропогенные
ПЖЛ∑ions ~ 68-72 мг/дм3
НадмерзлотныеИоны: Cl-, HCO3-, Ca+2
водыCean ~ 0,5-0,9
Euan = 0,90
ЛLa/ТLa ~ 0,6-0,7
I/Cl ~ 1,5×10-4 – 1,7×10-3
Br/Cl ~ 1,7×10-3 – 8,8×10-3
Обогащен: P, Ti, V, Mn, Co, Br,
Fe, Nb, I, Mo, Cd, лантаноидами,
W
Рис. 6. Основные маркеры источников поступления ионов и микроэлементов в
ПЖЛ и показатели химического состава льдов, сформированных преимущественно
за счет одного источника поступления элементов: ∑ions – сумма ионов, Лla/Тla –
соотношение легких и тяжелых лантаноидов; Euan – европиевая аномалия, Cean –
цериевая аномалия; указаны микроэлементы, превышающие кларки речных вод
более чем в 5 раз
Раздел 3.2 посвящен геохимическому составу пластовых льдов Западного
Ямала. Геокриологический разрез в районе полярной станции Марре-Сале,
расположенный в пределах III морской равнины Западного Ямала. Нижнюю
часть разреза слагает марресальская свита с неровной кровлей, на глубине 0–
20 м от поверхности вскрываются прибрежно-морские и дельтовые глинистые
отложения, залегающие в виде складок с прослоями супесей и песков, редко с
обломками коренных пород (рис. 7). В свите выделены породы с первичным
эпикриогенным строением и протаявшие и вторично промерзшие отложения
таберального комплекса. Верхнюю часть разреза слагают синкриогенные
«байдарацкие» озерные, озерно-болотные, аллювиальные, эоловые пески,
супеси, суглинки с возрастом автохтонных растительных остатков 23,8–5,2
тыс. л.н. и мощностью 2–15 м. Кровля этих отложений размыта, что
маркируют линзы аллохтонных растительных остатков с возрастом 13,0–7,3
тыс. л.н. Покровный горизонт включает склоновые и эоловые пески, озерные
супеси, автохтонный торф с возрастом 3,5–0,9 тыс. л. н.

Рис. 7. Схематический разрез Марре-Сале, состав водорастворимых соединений
отложений и пластовых льдов с вертикальными штоками. 1 – глины, суглинки с
волнисто-складчатой слоистостью за счет прослоев светлых песков; 2 – пески
тонкие пылеватые с прослойками «войлока» из мхов; 3 – таберальный комплекс:
глины, суглинки, супеси; 4 – пески, супеси слоистые с прослоями и линзами
корешков трав, мхов; 5 – супеси горизонтально–слоистые с атакситовой
криотекстурой; 6 – пластовый лед нижней залежи; 7 – пластовый лед верхней
залежи; 8 – элементарные жилки; 9 – ПЖЛ; 10 – клиновидный лед (клиновидные
тела с вертикально-волнистой слоистостью)
Многолетнемерзлые отложения разреза Марре-Сале отличаются по
содержанию водорастворимых солей. Отложения марресальской свиты с
первичным эпикриогенным строением по засоленности 0,1 % и содержанию 74
% хлоридов близки к водам неуплотненных донных прибрежно-морских
осадков.Приэтомзасолениепроисходилоодновременнос
осадконакоплением.
Отложения таберального комплекса марресальской свиты по засоленности
0,05 %, содержанию хлоридов – 55 % и сульфатов – 26 % накапливались в
прибрежных условиях, были опреснены при протаивании и инфильтрации
поверхностных вод в талики. На перераспределение элементов в талике могут
указывать уменьшение доли Ni, Co, I вниз по разрезу, сохранении
отрицательной Cean, увеличение величины Euan. Колебания ионного состава и
Fe/Ni, Fe/Co, La/Sm могут быть связаны с миграцией элементов из
поверхностных вод и условиями промерзания в замкнутом талике.
В синкриогенных озерных и озерно-болотных отложениях по сравнению с
подстилающими отложениями возрастает значение Cean; отмечено
уменьшение Euan и La/Sm, что может быть связано с увеличением количества
органических остатков в континентальных условиях осадконакопления.
Текстурообразующий сегрегационный лед наследует состав микроэлементов и
значения аномалий лантаноидов из вмещающих субаэральных и озерных
отложений. Лед формировался за счёт пресной слабосвязанной
внутригрунтовой влаги, обогащенной микроэлементами из отложений.
В пластовых льдах в районе м. Марре-Сале количество солей сильно
варьирует от ультрапресных до слабосолёных (от 23 до 455 мг/дм3). Пластовые
льды нижней залежи в среднем более минерализованы (155 мг/дм3), чем
пластовые льды верхней залежи (94 мг/дм3).
Источником химических элементов в составе (рис. 5б) пластового льда
нижней залежи, залегающего в морских отложениях, являются
водорастворимые соединения прибрежно-морских отложений. Источником
влаги для пластового льда, залегающего в синкриогенных отложениях,
являются воды подозерных таликов. Ионный и микроэлементный состав
пластового льда верхней залежи формировался за счет взаимодействия
льдообразующей влаги с вмещающими отложениями: прибрежно-морскими и
озерно-аллювиальными.
По содержанию и корреляциям ионов и аномалиям лантаноидов
наблюдается сходство пластовых льдов и водорастворимых солей в
отложениях, что подтверждает внутригрунтовый генезис. Внизу верхней
залежи состав близок к поровым растворам морских отложений, а вверху – к
составу вод талика. Верхние части штоков более пресные по составу ионов. В
водоносномталикеприпромерзаниипроисходилакриогенная
метаморфизация раствора – увеличивалась концентрация HCO3-, SO4-2 и Ca+2.
Выявлено закономерное наследование пластовыми льдами Euan аномалии от
вмещающих отложений.
Раздел 3.3 посвящен химическому составу шлиров льда в торфянике
южной тундры. В пределах хасыреев на Севере Пур-Тазовского междуречья
изучены шлиры в торфе. Лёд по количеству солей (4,2 мг/дм3) схож с
минерализацией в ПЖЛ и в термокарстово-полостном льду, а по соотношению
ионов – с гидрохимическим составом порового раствора в торфе. От
термокарстово-полостного льда он отличается высоким содержанием
сульфатов, поступающих в лед из торфа при инфильтрации дождевой воды.
Лёд имеет отрицательную Cean (0,6), не связанную с морским влиянием, и
положительную Euan (1,1) в результате сегрегационного льдообразования.
Очень близкие значения аномалий выявлены в составе порового раствора в
торфе (рис. 8).
Раздел 3.4 посвящен основным результатам анализа химического состава
пластовых льдов, изученных в Карском регионе. Химический состав
пластовых льдов имеет большой диапазон вариаций минерализации от 4 до
455 мг/дм3, содержаний ионов и микроэлементов (рис. 9). Сравнительный
анализ условий залегания и состава выявил, что основными источниками
химического состава пластовых льдов, изученных на ключевых участках
Карского региона, являлись вмещающие отложения.
Рис. 8. Химический состав шлиров льда в торфе, ПЖЛ, термокарстово-полостного
льда и порового раствора в торфянике южной тундры (с. Газ-Сале); ЛLa/ТLa –
соотношение легких и тяжелых лантаноидов; Euan – европиевая аномалия, Cean –
цериевая аномалия
В линзовидном пластовом льду на Севере Гыдана установлена
повышенная концентрации ионов и микроэлементов на контакте лед – порода.
Преобладающие ионы в линзовидном пластовом и текстурообразующих льдах
совпадают. Следовательно, формирование линзовидного пластового льда
сопровождалось миграцией вод к фронтам промерзания и концентрацией
ионов в текстурообразующих льдах при эпигенетическом промерзании.
В пластовых льдах в районе м. Марре-Сале установлены большие
вариациями концентраций ионов и микроэлементов по вертикали и латерали,
выявлены отрицательная Cean, положительная Euan аномалии, что обусловлено
условиями льдообразования. Формирование пластового льда большой
мощности сопровождалось миграцией вод подозерных таликов к фронту
промерзания при эпигенетическом промерзании донных осадков.
В вертикальных штоках пластовых льдов в районе м. Марре-Сале
выявлено перераспределение ионов и микроэлементов по вертикали и их связь
с химическим составом вмещающих отложений. Формирование химического
состава вертикальных штоков пластового льда происходило при промерзании
таликов, смешанных инфильтрационных озерных вод и засоленных растворов
из оттаявших прибрежно-морских отложений, о чем свидетельствуют
перераспределение ионов и микроэлементов по вертикали, отрицательная Cean,
положительная Euan.
В составе шлиров льда, залегающих в органическом горизонте, выявлено
преобразование ионного и микроэлементного состава в результате
взаимодействия с вмещающим торфом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Геохимический состав подземных льдов необходим для определения их
генезиса. Предложена методика интерпретации данных ионного и
микроэлементного состава льда и воды; водорастворимых, подвижных,
валовых форм элементов в породах. Программы обработки геохимических
данных на основе статистических параметров и парного корреляционно-
регрессивногоанализа, выявиланомалии,распределение ионов,
микроэлементов в льдах разного генезиса.
Прибрежно-морской и озерный льды наследуют соотношение ионов
исходной воды. На химический состав фирнизированного снега,
покрывающего озерный лед на Западном Ямале, влияли морские аэрозоли,
обогащая состав ионами натрия и хлора, а также микроэлементами.
В голоценовых и неоплейстоценовых ПЖЛ севера Западной Сибири
установлены различия в накоплении микроэлементов в зависимости от
источников поступления компонентов. Химический состав ПЖЛ отличается от
текстурообразующих льдов в первую очередь более низкими концентрациями
химических элементов.
Маркеры источников ионов и микроэлементов в пластовых и поверхностных льдах

Внутригрунтовые пластовые льдыПоверхностные льды

Прибрежно-морские отложенияПрибрежно-морской ледФирн с морскими
∑ions ~ 30-460 мг/дм3(0,2 км от берега)аэрозолями
Ионы: Na+, Cl-∑ions ~ 1100-1200 г/дм3∑ions ~ 16-23 мг/дм3
Cean ~ 0,03-0,35,Ионы: Na+, Cl-Ионы: Na+, Mg+2, Cl-
Euan ~ 0,7-3,5Cean ~ 2×10-4 – 2×10-3Cean ~ 0,03-0,07
ЛLa/ТLa ~ 1,1-9.4Euan ~ 1,0-3,0Euan ~ 0,8-1,1
I/Cl ~ 7,7×10-5 – 2,7×10-3ЛLa/ТLa ~ 16-47ЛLa/ТLa ~ 3,7-6,3
Br/Cl ~ 2,2×10-3 – 6,0×10-3I/Cl ~ 6,4×10-6 – 9,6×10-6I/Cl ~ 2,0×10-4 – 3,5×10-4
Обогащен Na, Cl, B, Sc, Mn, Br, Nb,Br/Cl = 4,0×10-3Br/Cl~4,2×10-3 – 4,5×10-3
Mo, Sn, I, лантаноидамиОбогащен Na, Cl, Cr, Mn, Se,Обогащен Sc, Cr, La
Br, Sn, La
Таберальный комплекс в
Ледниковый лед
прибрежно-морских отложенияхОзерный лед
∑ions = 1,0 мг/дм3
∑ions ~ 50-270 мг/дм3∑ions ~ 4,3-7,5 мг/дм3
Ионы: HCO3-, Ca+2
Ионы: Na+, Cl-Ионы: Na+, Mg+2, HCO3-, Cl-
I/Cl = 1,0×10-1
Cean ~ 0,7-0,9,Cean ~ 0,01-0,03
Br/Cl = 9,3×10-2
Euan ~ 0,9-1,3Euan ~ 0,7-1,4
Обогащен Sc
ЛLa/ТLa ~ 0,8-1,3ЛLa/ТLa ~ 6,3-22
I/Cl = 2,1×10-4I/Cl ~ 3,8×10-4 – 1,7×10-3
Br/Cl = 4,4×10-3Br/Cl ~ 3,8×10-3 – 4,5×10-3
Обогащен Na, Cl, Sc, Br, Nb, Sn, I,Обогащен La
лантаноидами, W

Озерно-аллювиальные отложения
∑ions ~ 17-60 мг/дм3
Ионы: Na+, Mg+2, Ca+2, HCO3-, Cl-
Cean ~ 0,6-1,0; Euan ~ 0,9-1,8;Погребенные поверхностные льды не выявлены
ЛLa/ТLa ~ 0,5-1,1
I/Cl ~ 4,8×10-4 – 8,4×10-3
Br/Cl ~ 3,3×10-3 – 2,3×10-2
Обогащен: Sc, Mn, Nb, Sn, Eu

Биогенные отложенияИнфильтрационныеВоды,
∑ions ~ 4 мг/дм3водыформирующие
Преобладают Ca2+,(надмерзлотные)пластовый лёд
SO4-2, Cl-
Cean = 0,6, Euan = 1,1
ЛLa/ТLa = 1,0
I/Cl ~ 5,7×10-3 – 1,0×10-1
Br/Cl ~ 2,9×10-2 – 5,5×10-2Внутригрунтовые воды
Обогащен Sc, Fe, Mn, Nb, Sn, I, Eu, W(межмерзлотные, воды таликов)

Рис. 9. Основные маркеры источников поступления ионов и микроэлементов в
пластовых и поверхностных льдах и показатели химического состава льдов,
сформированных приемущественно за счет одного источника поступления
элементов: ∑ions – сумма ионов, Лla/Тla – соотношение легких и тяжелых
лантаноидов; Euan – европиевая аномалия, Cean – цериевая аномалия; указаны
микроэлементы, превышающие кларки речных вод более чем в 5 раз
На микроэлементный состав льдов, в т.ч. лантаноидов влияет
органическоевещество,сорбирующеемногиемикроэлементы.
Незначительная глубина сезонного оттаивания мерзлых грунтов при
образованииПЖЛпрепятствуетразбавлениюмикроэлементов
поверхностными водами на термодинамическом геохимическом барьере, что и
создает условия для их концентрирования во льдах.
На химический состав ПЖЛ ключевых участков Карского региона, имели
влияние морские или континентальные аэрозоли и надмерзлотные воды.
Отрицательная цериевая аномалия является результатом: 1) участия морских
аэрозолей в составе атмосферных осадков в районах, расположенных вблизи
Карского моря; 2) участия надмерзлотных вод, выщелачивающих морские
отложения; 3) биогенного перераспределения лантаноидов в торфе. В
голоценовых ПЖЛ, формирующихся в полигональных торфяниках, по
соотношениям I/Cl и Br/Cl, отрицательной цериевой аномалии выявлено
биогенное концентрирование и перераспределение микроэлементов.
Положительная европиевая аномалия в ПЖЛ является показателем попадания
частиц грунта в морозобойную трещину с надмерзлотными или
поверхностными водами.
Пластовые льды Западного Ямала и севера Гыдана от ультрапресного до
слабосоленого состава обогащены относительно кларков речных вод
микроэлементами в результате их перехода из вмещающих отложений при
внутригрунтовом льдообразовании. Выявлена зависимость химического
состава пластовых льдов и водорастворимых соединений в отложениях.
В линзовидном пластовом льду на Севере Гыдана установлена
повышенная концентрации ионов и микроэлементов на контакте льда с
вмещающими отложениями. При этом преобладающие ионы в линзовидном
пластовом льду и текстурообразующих льдах совпадают. Формирование
линзовидного пластового льда сопровождалось вытеснением солей в
текстурообразующие льды во вмещающих отложениях, при этом
преобладающие ионы не изменялись.
Пластовые льды Западного Ямала наследуют ионный и микроэлементный
состав, а также отрицательная цериевая и положительная европиевая аномалии
из вмещающих отложений. Пластовые льды отличаются большими
вариациями концентраций ионов и микроэлементов по вертикали и латерали,
что обусловлено условиями льдообразования. Вариациями концентраций
ионов и микроэлементов обусловлены миграцией воды к фронту промерзания
при эпигенетическом промерзании водонасыщенных отложений. В
вертикальных штоках пластовых льдов Западного Ямала выявлено
перераспределение ионов и микроэлементов по вертикали. Установлена связь
химического состава вертикальных штоков пластового льда и вмещающих
отложений. Пластовые льды отличаются в сто раз более высокими
концентрации ионов и микроэлементов, чем ледниковый лед Полярного
Урала, но имеют более низкие концентрации ионов натрия и хлора, чем
прибрежно-морские льды, что указывает на внутригрунтовый генезис
пластовых льдов.
Из анализа спектров распределений микроэлементов в изученных типах
подземных льдов установлены маркеры источников поступления ионов и
микроэлементов в полигонально-жильные, пластовые и поверхностные льды.