ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА, КИСЛОРОДА И УГЛЕРОДА ПРИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА

Abstract

Ссылка для цитирования: Лепокурова О.Е., Иванова И.С., Пыряев А.Н.  Использование стабильных изотопов водорода, кислорода и углерода при интерпретации условий формирования поверхностных водных объектов Ямало-Ненецкого автономного округа // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 6. – С.7-19. Актуальность. Стабильные изотопы широко используются в геохимии при решении различных генетических задач, что связано с допущением о постоянстве первозданного изотопного состава любого элемента, впоследствии измененного под воздействием различных процессов. В практике исследований поверхностных вод изотопные методы применяются при решении не только прямых генетических, но и различных сопутствующих приложений. В арктических регионах, подверженных влиянию многолетней мерзлоты, изотопы воды все чаще используются для оценки вклада талых вод в баланс общего речного стока, особенно в условиях ускорения темпов таяния, что ведет к изменению гидрологического режима и общей структуры ландшафта. Анализ изотопного состава водорастворенного углерода представляет отдельный исследовательский интерес, поскольку дает представление об участии высвобождаемого при таянии мерзлотных торфов органического вещества в изотопном обмене с водами. Совместное использование химических и изотопных характеристик водных объектов позволит детально изучить генезис, особенности формирования и взаимодействия данных вод с окружающей средой. Цель: уточнение генезиса и условий формирования поверхностных водных объектов арктических районов Западной Сибири, подверженных влиянию многолетней мерзлоты, с использованием состава стабильных изотопов Н, О, С. Объекты: поверхностные водные объекты тундровой и лесотундровой природных зон Ямало-Ненецкого автономного округа. Полевые исследования проходили в августе 2020 г. Пробы воды на изотопный состав были отобраны в трех крупных реках – Обь, Таз, Пур, и в правом притоке реки Пур – Нгарка-Хадытаяха, в 7 крупных озерах (площадью от 2,5 тыс. до 300 тыс. м2) и в 1 мелком термокарстовом озере (12 м2), в 3 просадках (начальная стадия образования термокарстовых озер) и 2 почвенных разрезах. Всего 17 проб воды. Кроме того, были отобраны 5 образцов торфа на одном почвенном разрезе в пяти интервалах по глубине до 55 см. Методы. Химический состав вод был проанализирован в аккредитованной Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Томского политехнического университета методами титрования, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, фотометрии, ионной хроматографии и высокотемпературного каталитического окисления. Исследование изотопного состава кислорода, водорода вод, а также углерода водорастворенной углекислоты проводилось в Центре коллективного пользования многоэлементных и изотопных исследований СО РАН с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженного приставками пробоподготовки H/Device и GasBench II. Результаты. Приведены данные по изотопному составу кислорода и водорода вод, а также водорастворенного углерода для поверхностных вод тундровой и лесотундровой природных зон ЯНАО. Показано, что для каждого объекта (почв, просадок, озер и рек) характерны индивидуальные интервалы значений δD, δ18О, δ13С (водорастворенный углерод), что указывает на разную специфику их формирования и позволяет их дифференцировать. Сопоставление с уже имеющимися данными по δD, δ18О атмосферных осадков, поверхностных вод и снега региона выявило, что речные и почвенные воды, в сравнении с другими водными объектами, формировались в более холодных условиях. Значения δ13СDIC указали на наличие двух источников углерода в поверхностных водах региона: биогенный (легкий) и почвенный диффузионный, наследующий изотопный состав атмосферы (тяжелый). Первый превалирует в почвенных водах, просадках, мелких озерах и, по-видимому, в застойных водах рек. В крупных озерах и в активном течении реки больше проявляется почвенный диффузионный СО2. Влияние в регионе таянья многолетней мерзлоты проявляется в облегчении значений δD и δ18О (более легкие талые воды), а также в облегчении δ13СDIC (при высвобождении из почв и торфов дополнительного биогенного углерода). Составлена схема возможной интерпретации состава стабильных изотопов природных вод и водорастворенного углерода в регионе. Результаты исследований могут быть использованы для установления генезиса природных вод региона, уточнения условий их формирования, выявления процессов деградации многолетнемерзлых толщ, оценки темпов деградации, реконструкции палеоклимата и т. д.