XXIII Симпозиум по геохимии изотопов им. А.П. Виноградова

А. А. Махнач, Н. А. Махнач, Б. Г. Покровский; Национальная академия Беларуси, Институт природопользования. — Минск: Беларусская навука, 2022. — 372, [1] с.: ил., табл. — ISBN 978-985-08-2823-1.

Адамская Е.В. [и др.]; Петров О.В. (гл. ред.). — Санкт-Петербург: Изд-во ВСЕГЕИ, 2017. — 347 с.: ил., к., табл. — (Труды ВСЕГЕИ. Новая серия / Всерос. науч.-исслед. геол. ин-т им. А.П. Карпинского; т. 357). — ISBN 978-5-93761-256-4.

Обсуждаются исчерпывающие данные геохимии целых пород и стабильных изотопов, а также скопления микрофоссилий карбонатных пород зоны офиолитового меланжа Индо-Мьянманского орогенного пояса (IMOB), северо–восточная Индия, для определения влияния терригенного загрязнения при формировании этих карбонатных пород, а также для понимания среда их залегания и возраст. Эти карбонатные породы содержат разнообразную фауну с преобладанием фораминиферных сообществ планктонных фораминифер (Globotruncana sp. и Heterohelix sp. и т.д.), что указывает на то, что они были сформированы в период от сантона до маастрихта. Основываясь на химическом составе, эти карбонатные породы были идентифицированы как известняк (CaO/MgO > 50,1) или слабодоломитовый известняк (9,1 < CaO/MgO < 50,1). Общее содержание редкоземельных элементов (РЗЭ) в этих карбонатах варьируется (22,39–146,05 частей на миллион). В постархейских австралийских сланцах (PAAS) нормализованные по REE + Y структуры этих карбонатов демонстрируют аналогичные морской воде структуры REE с истощением LREE и относительным обогащением HREE с отрицательными аномалиями Ce (Ce/Ce* = 0,32-0,79) и положительными Y (4,42-27,81 ppm) и аномалиями Ес (Eu/Eu* = 1,11–1,86), что позволяет предположить, что они были отложены в насыщенной кислородом среде с загрязнением в результате гидротермальной активности. Они также истощаются при δ13C 0/00 (PDB) (1.02–1.570/00 ) и δ18O 0/00 (PDB) (от -6,37 до -9,00%) значения, которые характеризуют морские осадки. Аномалии ЕС и разброс отрицательных значений δ18O 0/00 (PDB) до меньшей степени значений δ13C 0/00 (PDB) этих карбонатов позволяют предположить, что их образование было изменено диагенезом в мелководной морской среде. Наши новые геохимические характеристики цельных пород и стабильных изотопов в сочетании с микрофациями позволяют предположить, что исследованные карбонатные породы могли образоваться в условиях низкой энергии и отложиться в неритовых и батиальных палеосредах в интервале от сантона до маастрихта.

Все чаще поступают данные об изотопах железа и магния в офиолитовых породах, но их аномальное фракционирование все еще недостаточно изучено. В этом исследовании представлены новые изотопы Fe, Mg и O и опубликованные данные по изотопам Li оливина и/или хромита в хромитите, дуните и гарцбургите из офиолита Позанты-Карсанты (южная Турция), чтобы выявить механизмы меж- и внутриминерального фракционирования изотопов во время образования хромитита. В исследованных образцах как оливин, так и хромит имеют сильно изменяющуюся величину δ56Fe в диапазоне от -0,125‰ до 0,101‰ и от -0,261‰ до 0,191‰ соответственно, но в большинстве образцов оливин тяжелее, чем сосуществующий хромит. Напротив, в оливине зафиксирован однородный изотопный состав Mg со значениями δ26Mg от -0,36‰ до -0,26‰, тогда как зерна хромита имеют переменные, но относительно высокие значения δ26Mg в диапазоне от -0,02‰ до 0,45‰. Значения δ18O для оливина варьируются от 4,65‰ до 5,86‰ и коррелируют с δ7Li (от -5,43‰ до 16,65‰), δ56Fe и δ26Mg, особенно в литологическом масштабе. Эти изотопные особенности не могут быть объяснены исключительно субтвердой диффузией между оливином и хромитом или частичным плавлением и фракционной кристаллизацией. Вместо этого им требуются жидкости в качестве диффузионной среды для высокоэффективного обмена элементами между хромитом и оливином. Жидкости, вероятно, были водянистыми флюидами, которые собирались на поверхностях зерен хромита во время кристаллизации и высвобождались позже из куч хромита во время осаждения. Реакция флюид-оливин преимущественно приводила к переносу легкого железа из зерен оливина, что приводило к повышению δ56Fe, но вызывало небольшие изотопные вариации O и Mg в оливине. Диффузия Li зависит от градиента концентрации Li между оливином и флюидом и соотношения оливин/флюид, что может объяснять большие вариации δ7Li в оливине между различными типами горных пород. По мере протекания этих реакций они вызывали элементарные и изотопные изменения в жидкостях. Эти флюиды могли непрерывно проникать в гарцбургиты через дунитовые оболочки вокруг хромититов, создавая некоторые из наблюдаемых аномальных геохимических особенностей гарцбургитов. Таким образом, мы приходим к выводу, что водные флюиды действовали как критическая среда для ионного обмена между хромитом и оливином и для значительной модификации вмещающих гарцбургитов.

Содержание элементов и изотопные соотношения углерода, азота, серы и водорода стали важными инструментами для реконструкции эволюции Земли и жизни в геологических масштабах времени, требующими точных аналитических методов с высокой пропускной способностью образцов. Однако для этих измерений могут потребоваться отдельные приборы для каждой задачи, такие как элементный анализатор (EA) с детектором теплопроводности (TCD) для определения содержания элементов и EA, сопряженный с масс-спектрометром для определения соотношений изотопов.

В восточно-центральной Бразилии эдиакарско-кембрийский бассейн Бамбуи потенциально может обеспечить запись уникальных геохимических реакций эволюции океана и атмосферы Земли в течение этого ключевого временного интервала. С этой точки зрения мы изучили интервал бассейна верхнего Бамбуи, используя седиментологические, стратиграфические и хемостратиграфические инструменты. Нижнекембрийский элемент Джайба самой верхней формации Серра-да-Саудаде представляет собой интервал карбонатных пород толщиной до 60 м, расположенных в двух пологих восходящих направлениях. Описаны внутренние и внешние скаты и высокоэнергетические мелководные отложения, в которых преобладающей осадочной фацией являются слоистые микробиалиты. Данные по РЗЭ + Y предполагают загрязнение гидроксидами железа (окси), которые выделяются из речного детритного потока. Обогащение осадочным железом может быть связано с осаждением наночастиц железа в прибрежной среде, диагенетической мобилизацией железа или с тем и другим вместе. Обогащение MREE вызвано микробиологической деградацией органического вещества в зоне восстановления железа на бескислородной ранней диагенетической стадии. Изотопы хрома показали отрицательные значения фракционирования (δ53Cr = от -0,69 до -0,27‰), вероятно, в результате биотического и абиотического восстановления растворенного Cr(VI) до легкого и менее токсичного Cr(III) в порах микробных матов. Таким образом, данные δ53Cr микробиалита Jaíba являются продуктом метаболических реакций в микробных матах и не отражают сигнал морской воды. Смещение изотопов из морской воды возможно благодаря молекулярной диффузии Cr в поровую воду и реакциям восстановления, происходящим глубоко внутри мата, хотя точный механизм и последствия еще не полностью поняты из-за плохой сохранности метаболических реакций в геологической летописи. Наше исследование предполагает, что изотопы Cr могут быть использованы для реконструкции круговорота Cr и других металлов в древних микробных матах, и что следует соблюдать осторожность при использовании микробиалитов прошлого для определения содержания Cr в морской воде и окислительно-восстановительного состояния атмосферы и океана.

Изотопная неоднородность почвенной воды препятствовала применению изотопных составов (δ18O и δ2H) в динамике почвенной воды. Было высказано предположение, что эта неоднородность вызвана такими свойствами почвы, как содержание органического вещества (ОВ) и глины. Однако это еще предстоит проверить на полевых почвах. Мы взяли пробы органического слоя (почва горизонта О) с сильно разложившимся органическим материалом и почвы горизонта А в западной провинции Сычуань, Китай, и уравновесили эти пробы паром, образующимся при использовании неограниченной воды для маркировки. Взаимосвязь между свойствами почвы и изотопным фракционированием (eT/U) между неограниченной водой и общим содержанием почвенной воды использовалась для определения обусловленного линией избытка (lc-избыток) и исходного количества осадков в почве поля A-горизонта путем устранения влияния ограниченной воды. Эксперименты по установлению равновесия продемонстрировали значительную изотопную разницу между уровнями eT/U в почвах A-горизонта и O-горизонта, что указывает на то, что OM играет важную роль в изотопном фракционировании. В полевых образцах избыток lc в неограниченной воде горизонта А был в среднем на 2,5‰ выше, чем в основной массе почвенной воды. Среднее отклонение между годовым количеством осадков и предполагаемым источником дождевой воды в почве уменьшилось на 5,0 и 0,5‰ для водорода и кислорода после устранения влияния замкнутой воды. Изотопную неоднородность не следует игнорировать при изучении испарения почвенной воды, дождевых осадков из почвенных источников и, следовательно, недавней гипотезы "двух водных миров", которая особенно верна для случаев, когда почвы содержат высокие уровни ОВ.

Существующие методы измерения изотопного состава аммония и нитрата 15N/14N либо подходят только для маркированных образцов, либо требуют значительных усилий по подготовке образцов (или и того, и другого). Наша цель состояла в том, чтобы модифицировать существующий аналитический подход, чтобы обеспечить точность определения естественного изобилия.

Гранитные плутоны Сихуашань и Яогансянь в Южном Китае состоят из высокоразвитых многофазных гранитов, богатых литием, и вмещают месторождения вольфрама кварцево-жильного типа. Значения δ7Li для фаз A (ранняя стадия), B (средняя стадия) и C (поздняя стадия) из плутона Сиуашань являются 1.0–1.2‰, 1.1–3.0‰, и 2,4–2,8‰ соответственно, увеличиваясь в результате химической эволюции. Граниты из плутона Яогансянь также постепенно обогащаются тяжелыми изотопами Li на более поздней стадии, хотя систематически они легче, чем граниты из плутона Сихуашань. В обоих плутонах δ7Li демонстрирует хорошие корреляции с концентрациями SiO2 и Li, а также соотношениями Rb/Sr, Nb/Ta и Zr/Hf, что указывает на фракционирование изотопов Li, наиболее вероятно вызванное магматической дифференциацией. Анализы in situ показывают, что минералы Сихуашаньского плутона имеют непрерывный элементный спектр, отражающий результаты прогрессирующей магматической дифференциации. Значения δ7Li для кварца, полевого шпата, слюды и циркона хорошо коррелируют с химической эволюцией гранитной магмы, систематически повышаясь в фазах B и C по сравнению с фазой A. Данные по изотопам Li в минерале separates дополнительно подтверждают, что обогащение 7Li в остаточном расплаве, скорее всего, было обусловлено равновесным фракционированием между минералом и расплавами. Полученные данные интерпретируются таким образом, чтобы отразить, что интенсивная магматическая дифференциация была ответственна за изотопные вариации Li в сочетании с обогащением Li, F, P и редкими металлами в гранитах поздней фазы Сихуашаньского плутона. Поведение изотопов лития, задокументированное в этом исследовании, дает новое представление о магматической дифференциации и связанной с ней редкометальной минерализации.

При измерении изотопного состава в режиме двойного ввода с помощью масс-спектрометра соотношения изотопов (IRMS) эталонный газ может постепенно обогащаться тяжелыми изотопами из-за преимущественной потери легких из сильфона с течением времени. Количественная оценка степени изотопного обогащения эталонного газа необходима для проведения высокоточного изотопного анализа (т.е. на уровне per meg).

Диффузионно-дисперсионные процессы распространены повсеместно в пористых средах и имеют важное значение для переноса растворенных веществ во многих природных и инженерных системах; однако их влияние на изотопное фракционирование органических загрязнителей в подземных проточных системах изучено недостаточно хорошо. В этом исследовании мы исследуем распространение изотопных сдвигов в системах подземных вод, вызванных боковым диффузионно-дисперсионным фракционированием изотопов, по изотопным признакам углерода и хлора в шлейфах хлорированного этена в стационарном состоянии. Мы рассматриваем три различных пространственных масштаба (т.е. поровый, лабораторный и полевой) и исследуем фракционирование изотопов с помощью моделирования в масштабе пор с высоким разрешением, проточных экспериментов и численного моделирования в полевых условиях. Экспериментальное лабораторное исследование было проведено с использованием цис-дихлорэтена (cis-DCE) в качестве модельного загрязнителя, тогда как цис-DCE и трихлорэтен (TCE) рассматривались при многомасштабном численном моделировании. Анализ поперечного смещения в масштабе пор демонстрирует значительное фракционирование изотопов в широком диапазоне скоростей просачивания (0,1–10 м/сут). Моделирование в масштабе пор проливает свет на ключевую роль неполного перемешивания, которое поддерживает специфические для изотополога градиенты в поровых каналах и приводит к наиболее сильному фракционированию изотопов (-6‰ для углерода; -10‰ для хлора) при самой высокой скорости потока. Результаты проточных экспериментов подтверждают ключевую роль водной диффузии, специфичной для изотополога, также в лабораторных масштабах, где наблюдались значительные диффузионно-дисперсионные сдвиги изотопов на выходе из установки. Наконец, детальное численное моделирование в полевых условиях, выполненное в поперечном сечении гетерогенного водоносного горизонта, иллюстрирует, что вызванная микроскопической диффузией фракция изотопов распространяется в макроскопических масштабах.

Оценки pCO2 в прошлом, предшествовавшие записям керна льда, часто запрашивались путем измерения фракционирования изотопов углерода в процессе фотосинтеза (ƐP) в водорослях, продуцирующих алкенон, присутствующих в летописи окаменелостей. Фотическая зона и ядро-вершина ƐP демонстрируют сильные широтные градиенты, которые были интерпретированы как эффект скорости роста. Фактор в, используемый в предыдущих исследованиях для учета изменений скорости роста, показывает высокую зависимость от [CO2]aq в экспериментах с культурой, что затрудняет деконволюцию питательных веществ по сравнению с другими эффектами в полевых условиях. Мы объединяем данные о скорости роста кокколитофоров, полученные из глобальной модели, ограниченной температурой поверхности моря (SST) и [PO43−], со статистической моделью, которая включает [CO2]aq, размер клеток и освещенность, чтобы предсказать ƐP, и исследуем влияние различных экологических и физиологических переменных на наблюдаемую экспрессию ƐP в полевые образцы. Обратные расчеты скорости роста, необходимой для соответствия наблюдаемому ƐP в образцах фототической зоны и верхней части ядра с использованием статистической модели, показывают высокую корреляцию с моделируемыми скоростями роста с использованием [PO43-] и SST в регионах с умеренным климатом. Для регионов Южного океана и тропического апвеллинга, с более холодным и теплым SST соответственно, могут существовать дополнительные факторы, контролирующие темпы роста, не учтенные в модели, такие как выпас скота или переработка питательных веществ. Мы оцениваем потенциал реконструкции прошлых темпов роста, используя прокси на основе планктонных фораминифер и кокколитофоров, связанные со структурой водной толщи. Мы нашли наилучшее применение этим индикаторам в качестве потенциальных индикаторов прошлого [PO43−], которые впоследствии могут быть использованы в сочетании с температурой прокси для оценки прошлых темпов роста кокколитофоров.

Данные об осадочном пирите необходимы для реконструкции палеоэкологических условий, но на эти данные могут влиять сезонные колебания концентрации кислорода и температуры, которые могут влиять на биотурбацию, потоки сульфидов и распределение микробов, окисляющих сульфиды (SOM). Чтобы исследовать, как сезонный кислородный стресс влияет на образование поверхностного (<2 см) пирита, мы измерили временные ряды концентраций и состав изотопов серы (δ34S) пиритной серы наряду с потенциальными соединениями-предшественниками на биотурбированном мелководье и в канале с дефицитом кислорода в Чесапикском заливе. Мы также измерили радиоизотопные профили глубины, чтобы оценить скорость осаждения и интенсивность биотурбации. Результаты показывают, что чистое выпадение пирита было ограничено летом и ранней осенью на обоих участках. Концентрация пирита была выше и, по-видимому, более чувствительна к концентрации соединения-предшественника на участке с умеренной биотурбацией, чем на участке без биотурбации. Это несоответствие может быть вызвано различиями в доминирующих сообществах сомов между двумя участками. Несмотря на это, сходные значения δ34S пирита на участках предполагают, что изменения в сообществах сомов оказывают ограниченное влияние на значения δ34S пирита на поверхности здесь. Однако мы обнаружили, что значения δ34S пирита стабильно и аномально ниже, чем у аналогичных соединений-предшественников в обоих местах. Стационарная модель демонстрирует, что эффекты фракционирования изотопов, зависящие от положения равновесия (PSIF) в пуле S8-полисульфида, могут создавать разрыв в 4,3-7,3‰ между значениями δ34S пирита и нулевалентной серы. Это исследование предполагает, что сообщества сомов могут оказывать отчетливое влияние на накопление пирита в сезонно динамичных системах и что PSIF в пуле полисульфидов может оставить отпечаток в записях изотопов пирита.

Точные измерения соотношения изотопов имеют большое значение в различных научных областях, начиная от радиоизотопной геохронологии твердых тел и заканчивая исследованиями изотопов элементов, фракционируемых живыми организмами. Ограничения прибора, такие как неразрешенные изобарные выводы в масс-спектрах или совместная выборка интересующего материала вместе с материалом матрицы, могут снизить качество изотопных измерений. Здесь мы описываем метод точного измерения соотношения изотопов с использованием нашего масс-спектрометра с лазерной абляцией ионизацией во время полета (LIMS), который предназначен для исследования планет in situ. Метод основан на химическом профилировании по глубине, которое позволяет идентифицировать включения микрометрового масштаба, внедренные в окружающие породы с различным составом внутри объема образца. Данные, используемые для точных измерений изотопов, улучшаются с помощью процедуры очистки спектра, которая обеспечивает удаление спектров низкого качества. Кроме того, корреляция изотопов элемента используется для идентификации и отклонения точек данных, которые, например, не принадлежат к интересующему виду. Измерения проводились с использованием ИК-фемтосекундного лазерного излучения, сфокусированного на поверхности образца до размера пятна ~12 мкм. Удаление материала проводилось в течение заранее определенного количества лазерных импульсов, и для каждого из удаленных слоев регистрировались масс-спектры в зависимости от времени пролета. Измерения проводились с использованием изотопного стандарта NIST SRM 986 Ni, минерала треворита и включений микрометрового размера, внедренных в арагонит. Наши измерения демонстрируют, что соотношения изотопов элементов могут быть измерены с высокой точностью на уровне пермилля, примером чего является анализ изотопов элементов B, Mg и Ni. Применяемый метод будет использоваться для исследования образцов на поверхности планет in situ для точной количественной оценки фракционирования элементов, вызванного, например, прошлой или настоящей жизнью или геохимическими процессами.

Изотопы лития используются для отслеживания интенсивности выветривания, но мало что известно о процессах, которые разделяют их на фракции в условиях сильного выветривания, где вторичные минералы играют доминирующую роль в реакциях выветривания. Чтобы помочь восполнить этот пробел в наших знаниях о систематике изотопов Li, мы исследовали фракционирование изотопов Li на андезитовом водосборе в Пуэрто-Рико, где были задокументированы самые высокие показатели выветривания силикатов на Земле. Мы обнаружили самые низкие значения δ7Li, опубликованные на сегодняшний день, для поровой воды (-27‰) и объемного реголита (-38‰), представляющие собой видимые фракции по отношению к материнской породе -31‰ и -42‰ соответственно. Мы также обнаружили значения δ7Li, которые в обменной фракции ниже, чем в объемном реголите или поровой воде, что противоположно ожиданиям от вторичных минеральных осадков. Мы интерпретируем эти большие изотопные смещения и необычные соотношения между запасами Li как результат двух различных процессов выветривания на разных глубинах реголита. На переходе коренная порода-реголит (глубина 9,3–8,5 м) вторичные минеральные осадки преимущественно сохраняют более легкий изотоп 6Li. Затем эти минералы растворяются дальше по профилю, выщелачивая 6Li из основной массы твердого вещества, с общим изменением примерно на +50‰ в пределах профиля, что объясняется главным образом растворением глины. Важно отметить, что речная вода δ7Li (около +35‰) полностью не связана с этими процессами выветривания реголита, вместо этого отражая более глубокие реакции выветривания (>9,3 м). Таким образом, наша работа показывает, что δ7Li вод, дренирующих сильно выветренные водосборные бассейны, может отражать минералогию и гидрологию коренных пород, а не интенсивность выветривания реголита, покрывающего водосборный бассейн

Семьдесят шесть образцов шафрана были проанализированы с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) и анализа соотношения стабильных изотопов. Набор данных был сформирован из 67 образцов, собранных в различных районах Италии, Марокко и Ирана, и девяти образцов, приобретенных на итальянском рынке. Впервые было рассмотрено 42 элемента и пять стабильных изотопов (δ13C, δ15N, δ34S, δ2H и δ18O) для проведения дискриминации образцов на основе их географического происхождения.Объединенные данные ICP-MS и изотопного состава оказались полезным инструментом для географического определения шафрана среди заранее определенных участков культивирования.

Как элемент, повсеместно распространенный в Солнечной системе, изотопный состав железа демонстрирует богатые вариации в различных планетарных резервуарах. Такие вариации отражают широкий спектр процессов дифференциации и эволюции, с которыми столкнулись их родительские тела. Ключом к расшифровке вариаций изотопов железа в образцах планет является понимание того, как изотопы железа фракционируются во время формирования ядра. Здесь мы сообщаем о новых экспериментах по ядерному резонансному неупругому рассеянию рентгеновских лучей на силикатных стеклах из объемных композиций силикатной земли для измерения их силовых констант при высоких давлениях до 30 ГПа. Результаты определения постоянной силы впоследствии используются для ограничения фракционирования изотопов железа во время формирования ядра на планетах земной группы. Используя модель, которая объединяет температуру, давление, состав ядра и окислительно-восстановительное состояние силикатной мантии, мы показываем, что формирование ядра может привести к изотопически легкой мантии для небольших планетных тел, но тяжелой для планет земной группы размером с Землю.

В недавней работе использовалась кинетическая теория молекулярных газов наряду с современными межмолекулярными потенциалами для расчета из первых принципов коэффициентов диффузии, необходимых для моделирования кинетического фракционирования изотопов воды в воздухе. Здесь мы распространяем эту работу на марсианскую атмосферу, используя поверхности потенциальной энергии для взаимодействия воды с углекислым газом и азотом. Мы также выводим коэффициенты диффузии для изотопов метана в атмосфере Титана, используя высококачественный потенциал для пары метан-азот. Расчеты на Марсе охватывают 100-400 К, в то время как расчеты на Титане охватывают 50-200 К. Удивительно, но простая теория твердых сфер, которая неточна для атмосферы Земли, хорошо согласуется со строгими результатами для диффузии изотопов воды в атмосфере Марса. Для коэффициента диффузии CH3D в атмосфере Титана наблюдается незначительное расхождение с результатами для твердой сферы. Мы представляем зависящие от температуры корреляции, а также оценки неопределенности для коэффициентов диффузии HDO, H217O и H218O в атмосфере Марса и для CH3D и 13CH4 в атмосфере Титана, впервые предоставляя необходимые данные для моделирования кинетического фракционирования изотопов в этих средах.

Халькопирит является важным сульфидным минералом во многих типах рудных месторождений, но эталонные материалы по халькопириту, соответствующие матрице, для микроанализа отсутствуют. В этом исследовании был проанализирован новый природный образец, содержащий халькопирит (HTS4-6), с целью изучения его потенциала в качестве эталонного материала для измерения соотношения изотопов серы в микропучках. Детальное изучение текстуры и определение основных элементов показали, что зерна халькопирита HTS4-6 не имеют ободка роста или зональности. В общей сложности было проведено 607 точечных измерений соотношения изотопов серы с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS) на крестообразных срезах, и более 120 случайно выбранных зерен дали очень стабильное соотношение изотопов серы. Промежуточная точность измерений для четырех сеансов измерения результатов измерений в течение 34 С/32 С была выше 0,39‰ (2 с). Случайно выбранные зерна халькопирита HTS4-6 были дополнительно проанализированы с помощью LA-MC-ICP-MS, что дало среднее значение δ34S +0,58 ± 0,38‰ (2s, n = 95). Максимальное отклонение (выраженное как промежуточная точность измерений SIMS и LA-MC-ICP-MS) составляет не менее 0,39‰ (значение SIMS), что указывает на то, что халькопирит HTS4-6 является потенциальным эталонным материалом для измерений изотопов серы в микропучках in situ. Среднее значение δ34S, определенное методом масс-спектрометрии соотношения изотопов газового источника (GS-IRMS), составляет +0,63 ± 0,16‰ (2s, n = 23), что соответствует значению, полученному с помощью LA-MC-ICP-MS, и может представлять рекомендуемое значение для этого потенциального эталонного материал

Записи изотопов углерода, полученные с помощью алкеноновых биомаркеров (ep37:2), продуцируемых водорослями-гаптофитами, часто используются для палеобарометрии атмосферного CO2, но этот метод давал противоречивые результаты в периоды, когда колебания CO2 известны независимо. Недавний синтез культур водорослей количественно продемонстрировал, что ep37:2 действительно содержит информацию о CO2: ep37:2 увеличивается по мере увеличения концентрации CO2 в воде относительно потребности в углероде. Однако интерпретация ep37:2 усложняется из-за освещенности, где более высокая освещенность приводит к более высокому ep37:2. Здесь мы исследуем роль физиологии и окружающей среды в установлении ep37:2 в океане. Мы собираем данные ep37:2 по толщине воды и осадочным породам в верхней части керна и добавляем новые измерения в верхней части керна, включая оценки размеров клеток и темпов роста популяции, продуцирующей алкенон. В поддержку исследований культуры мы пришли к выводу, что освещенность является ключевым фактором контроля ep37:2 в современном океане. Мы тестируем модель ep37:2, полученную на основе культуры, и обнаруживаем, что количественные соотношения, откалиброванные в экспериментах по культивированию, могут быть использованы для прогнозирования ep37:2 в образцах донных отложений. В образцах водной толщи модель существенно завышает значение ep37:2, в основном из-за более высокой освещенности на глубине отбора проб, чем при интегрированных условиях освещенности, при которых отбираемая биомасса была получена и вертикально перемешана до глубины сбора. Мы утверждаем, что теория, лежащая в основе традиционной модели диффузионного фракционирования изотопов углерода алкенона, включая параметр “b”, не подтверждается полевыми данными и не должна использоваться для реконструкции прошлых изменений CO2. В будущих оценках CO2 из ep37:2 следует использовать эмпирические или механистические модели для количественного учета изменений освещенности и размера ячеек.

Измерение стабильного изотопного состава атмосферного CO2 широко распространено в науках о земле и атмосфере, и были разработаны различные аналитические методы, использующие масс-спектрометрию с непрерывным потоком (CF) или масс-спектрометрию с двойным входом (DI) для определения соотношения изотопов (IRMS). Обычно воздух отбирается пассивными, ручными или автоматизированными методами, и объем пробы воздуха колеблется от 10 до 300 мл для CF-IRMS до >1 л для DI-IRMS для получения измеримого количества атмосферного газа CO2. Было определено, что целостность флаконов и колб для хранения проб воздуха может быть нарушена после 3 дней сбора воздуха при значениях δ13C и в течение 10 часов при значениях δ18O. Пробы воздуха должны быть очищены после сбора для удаления компонентов воздуха, таких как Ar, O2, N2, N2O и водяной пар, чтобы избежать изобарических помех при масс-спектрометрических измерениях. Очистка обычно осуществляется с использованием коммерческих или изготовленных на заказ устройств предварительного концентрирования, методом гашения для CF-IRMS или автономным/оперативным криогенным разделением с использованием вакуумной линии для DI-IRMS. Окружающий N2O является компонентом воздуха, который может повлиять на результаты анализа и, следовательно, должен быть либо скорректирован, либо удален с помощью газовой хроматографической колонки. В некоторых случаях вода удаляется во время сбора воздуха с помощью обычного химического осушителя, перхлората магния (Mg(ClO4)2), или смеси сухого льда и спирта (-78°C). Наконец, необходимо учитывать проблему линейности IRMS из-за низкого количества очищенного CO2 в типичной пробе окружающего воздуха. В целом, аналитическая точность измерений δ13C и δ18O ожидается на уровне 0,02–0,21‰ и 0,04–0,34‰ для CF-IRMS и 0,01–0,02‰ и 0,01–0,02‰ для DI-IRMS соответственно.

Факторы обогащения изотопами являются ключевыми для использования характеристик стабильных изотопов в биогеохимических исследованиях. Однако они обычно определяются в лабораторных экспериментах, и их применимость к условиям окружающей среды трудно проверить. Здесь мы проанализировали изменения стабильных изотопов азота, связанные с нитрификацией в прибрежном бассейне, используя еженедельные временные ряды измерений δ15N в твердых частицах азота, аммония, нитритов и нитратной селитры. Временные ряды продолжительностью в два года были выбраны в качестве контрастных естественных экспериментов в богатой аммонием афотической придонной воде бассейна Бедфорд, Новая Шотландия, Канада. В 2014 году окисление аммиака (АО) было связано с Thaumarchaeota, и концентрации нитритов оставались низкими (< 0,5 мкмоль кг−1). Напротив, кратковременное накопление нитритов (~ 8 мкмоль кг−1) и более быстрое увеличение δ15NNH4 осенью 2017 года, вероятно, были вызваны бактериями, окисляющими аммиак, что связано с более высокими показателями АО и, возможно, более сильным обогащением изотопами азота (15eAO). По оценкам, 15eAO (21.8 ± 2.2‰, 24.1 ± 1.1‰) были получены эмпирически с использованием моделей Рэлея, примененных к полевым данным за ограниченные периоды, в течение которых придонные воды приближались к замкнутой системе, а влияние на 15eAO со стороны других процессов было явно незначительным. Используя численную модель реактивного переноса, мы обнаружили, что наилучшее соответствие данным δ15N было получено при значениях 15eAO (18,9‰, 25,1‰), близких к тем, которые определены моделями Рэлея. Временные ряды также показали значительное (~ 7‰) обогащение 15N азотом в виде частиц за счет независимой от света ассимиляции частично нитрифицированного аммония. В соответствии с предыдущими исследованиями, эти полевые эксперименты по фракционированию изотопов азота предполагают, что диапазон значений 15eAO, относящихся к морским системам, может быть уже, чем определено в лабораторных исследованиях.

Онлайн-анализ изотопов кислорода (δ18O) и водорода (δ2H) для воды, содержащейся в минералах, широко применяется в палеофлюидных исследованиях.Однако на современном уровне исследований изотопных включений в жидкости имеется мало сообщений о сравнениях между различными методами для учета возможных аналитических отклонений. Наряду с повышением точности анализа и ограничениями по размеру выборки, межлабораторные сравнения могут привести к более надежному применению записей изотопных включений флюидов.

Соотношения изотопов таллия (Tl) - это новый инструмент, который может быть использован для отслеживания процессов переработки земной коры в дуговых лавах и базальтах океанских островов (OIBs). Таллий - высоколетучий металл, которым обогащаются вулканические фумаролы, но неизвестно, оказывает ли дегазация Tl из субаэральных лав существенное влияние на их остаточный изотопный состав. Здесь мы представляем данные по изотопам Tl и концентрации в экспериментах по дегазации, которые лучше всего объясняются кинетическим фракционированием изотопов Рэлея во время потери Tl. Наши данные точно соответствуют прогнозируемым моделям фракционирования изотопов, в которых TlCl является основным дегазируемым веществом и где потеря Tl контролируется диффузией и естественной конвекцией, что согласуется с низкой скоростью адвекции газа, используемой в ходе наших экспериментов. Мы рассчитали, что дегазация в воздух должна быть связана с суммарным коэффициентом фракционирования изотопов Tl, равным anet = 0,99969 для диффузии и конвекции природного газа (низкие скорости газа) и anet = 0,99955 для диффузии и принудительной конвекции газа (высокие скорости газа). Мы также показываем, что лавы трех вулканов Камчатской дуги демонстрируют закономерности изотопов и концентраций Tl, которые находятся в промежутке между двумя различными режимами газовой конвекции, подразумевая, что дегазация сыграла важную роль в контроле наблюдаемого состава изотопов Tl в этих трех вулканах. Изучение литературных данных по изотопам Tl для субаэральных лав показывает, что большинство из них, по-видимому, лишь незначительно пострадали от дегазации, хотя можно идентифицировать несколько образцов как из OIBs, так и из дуговых вулканов, которые, вероятно, подверглись некоторой дегазации Tl.

Изотопный состав Mg речной воды в основном контролируется растворением как силикатных, так и карбонатных источников и рядом биогеохимических процессов. Однако относительная важность контроля источника и изотопного фракционирования в бассейновом/глобальном масштабе слабо ограничена. В этом исследовании представлен изотопный состав Mg речной воды и взвешенных веществ в силикатных породах, дренирующих реки, в юго-восточном прибрежном регионе Китая. Влияние выветривания силикатов на фракционирование изотопов магния задокументировано как в растворенной, так и в твердой фазах. Изотопный состав Mg в реках, дренирующих силикатные породы, отличается на ≈0,3‰ δ26 мг, выделение Mg из богатых Mg минералов и образование глин являются доминирующими процессами, контролирующими изотопный состав Mg речной воды. Изменение изотопного состава Mg во взвешенном состоянии тесно связано с разновидностями вторичных глин (иллита и хлорита); направление фракционирования при образовании иллита и хлорита противоположно, изотопно тяжелый Mg преимущественно входит в состав иллита, в то время как легкий Mg входит в состав хлорита. Кроме того, отрицательная корреляция между изотопным составом речной воды 1/Мг и Mg указывает на перераспределение Mg и фракционирование изотопов между растворами выветривания и вторичными глинами во время выветривания силикатов. Такие вызванные фракционированием изотопов вариации изотопов Mg можно было бы использовать для оценки вклада Mg в выветривание силикатов в масштабе бассейна/континента.

Стабильные изотопы калия (K) становятся индикаторами рециркуляции на Земле и планетарных процессов. Для этих применений требуются четко определенные изотопные составы калия для мантии и объемной силикатной земли (BSE). Оба значения определяются главным образом базальтами, образовавшимися в результате частичного плавления мантии. Базальтовые расплавы подвергаются магматической дифференциации еще до того, как достигают поверхности, что может изменить их изотопный состав по сравнению с их мантийными источниками. В этом исследовании исследуется фракционирование изотопа К во время дифференциации и затвердевания лавового озера Килауэа Ики на Гавайях, для которого хорошо задокументированы история кристаллизации и термические процессы. Высокоточные соотношения изотопов K (δ41K) измерены в 13 образцах Kilauea Iki, которые охватывают всю историю его дифференциации, начиная от богатых оливином скоплений с высоким содержанием MgO и заканчивая все более дифференцированными образцами с низким содержанием MgO. Ограниченный диапазон δ41K от -0,42 до -0,37‰ во всех образцах, кроме одного, не выявляет аналитически разрешимого фракционирования в различных объемных композициях, даже несмотря на то, что их объемное содержание MgO варьировалось от 26,9 до 2,37 мас.%. Отсутствие изотопного фракционирования K согласуется с отсутствием богатых K минералов в кристаллизующейся совокупности, где только плагиоклаз может содержать небольшое количество K. Высокодифференцированная жила демонстрирует самый низкий показатель δ41K -0,47‰ среди свиты Килауэа Ики, что согласуется с нашими модельными расчетами, которые предполагают измеримое фракционирование изотопа K на более продвинутых стадиях магматической дифференциации. Объединив наши новые результаты с литературными данными, мы предлагаем среднее значение δ41K, равное -0,42 ± 0,08‰ (2SD) для нетронутой мантии и -0,42 ± 0,07‰ (2SD) для BSE.

Надежная реконструкция температуры с помощью термометрии изотопов со скоплениями карбоната (Δ47) требует изотопного равновесия во время роста карбоната. Однако многие карбонатные минералы растут с высокой скоростью и проявляют неравновесные изотопные состояния. Нарушение равновесия карбоната Δ47, возникающее в результате кинетических изотопных эффектов (KIEs), специфичных для роста карбоната, все еще остается неясным и требует экспериментальных ограничений. Здесь мы представляем серию экспериментов по быстрому осаждению витерита (BaCO3), предназначенных для ограничения объемного фракционирования углерода, кислорода и скопившихся изотопов во время однонаправленного осаждения BaCO3 из растворов растворенного неорганического углерода при различных значениях рН и температуре. Мы обнаружили, что быстрый рост BaCO3 может привести к снижению значений δ13C, δ18O и Δ47 в растворах с преобладанием HCO3, особенно при низких температурах. Наши эксперименты дают ограничения на кинетические коэффициенты фракционирования (KFF), связанные с быстрым ростом карбоната, и их температурную зависимость. Значения KFF для δ13C и δ18O в целом согласуются с предыдущими экспериментальными оценками, хотя значение Δ47 KFF для осаждения BaCO3 из раствора с преобладанием HCO3 не согласуется с более ранней теоретической оценкой, что требует переоценки текущей модели KIE, связанной с ростом карбоната. Наши результаты четко подтверждают предпочтение пути выделения CO32 при осаждении карбонатов, что имеет важные последствия для новых моделей фракционирования изотопов природных карбонатов. Соотношение фракционирования между Δ47 и δ18O, обнаруженное в этом исследовании, позволяет более точно идентифицировать KIEs, связанные с быстрым ростом карбоната.

Углерод играет важную роль в эволюции атмосферы и биосферы, а также в геохимической дифференциации в недрах Земли. Большая часть субдуцированного углерода возвращается в глубокие слои мантии и возвращается на поверхность путем дегазации извергнутых базальтов и связанных с ними флюидов. Изотопные системы Mg–Ca широко использовались для отслеживания вторичного C. Однако идея о том, что эти геохимические показатели действительно отражают глубокий цикл C, была оспорена. Здесь мы представляем геохимический состав цельных пород и изотопный состав Mg-Ca миоценовых кремнеземсодержащих щелочных базальтов Западного Цинлинского орогена, Китай. Эти щелочные базальты ассоциированы с карбонатитами и характеризуются низким содержанием SiO2 (39,0–43,2 мас.%) и Al2O3 (6,98–9,15 мас.%), высоким соотношением CaO/Al2O3 (1,4–1,8) и положительными аномалиями Nb–Ta и отрицательными аномалиями Pb–Zr–Hf–Ti, предполагается, что они были получены в результате частичного плавления карбонатит-метасоматизированной астеносферной мантии. Исследованные образцы имеют значения δ26Mg от -0,24‰ до -0,44‰, варьирующиеся от мантийных значений (δ26Mg = -0,25‰ ± 0,07‰) до более низких значений. Это означает, что карбонатитовый метасоматоз не всегда приводит к аномалиям с низким δ26Mg. Образцы имеют значения δ44/40Ca (0,59‰-0,77‰; относительно стандарта SRM915a), которые ниже, чем объемная силикатная земля (0,94‰ ± 0,05‰), что объясняется вовлечением в мантийный источник рециркулированного карбоната с низким содержанием δ44/40Ca. Мы предполагаем, что сдвиг значений δ26Mg в мантии во время карбонатитового метасоматоза контролируется типом и количеством вовлеченного карбонатита, в то время как вариации изотопов Ca в значительной степени зависят от значений δ44/40Ca субдуцированных карбонатов. Однако одних только изотопов Mg или Ca может быть недостаточно для отслеживания глубокого углеродного цикла.

Изотопы меди (Cu) используются для отслеживания геохимического круговорота меди в выветрившихся глейзолах тропических зон. Значительное фракционирование изотопов Cu в этих почвах в основном контролируется окислительно-восстановительными процессами; однако редко сообщается о том, как частота окислительно-восстановительных колебаний влияет на изотопную характеристику Cu в почве. В этом исследовании изучались вариации содержания Cu и фракционирования изотопов в двух профилях глейзола с низким содержанием гумуса (S1 и S2) из зоны сухой тропической саванны. Вследствие окислительно-восстановительных колебаний во время выветривания значения δ65Cu в профиле S2 показали более сильную положительную корреляцию с основным индексом изменения восстановительной среды, чем S1, и изотопически легкий Cu в большей степени сохраняется в зоне II профиля S2, чем S1. По мере увеличения частоты окислительно-восстановительных колебаний сохраняемый стабильный Cu(I) содержание примесей и легких изотопов Cu в остаточных почвах увеличилось в результате повторной адсорбции или повторного осаждения оксигидроксидом железа (т.е. ферригидритом). Важно отметить, что зона, обогащенная Mn, была сформирована после событий восстановления в профиле S2 и, как было обнаружено, обогащена легкими изотопами Cu. Более тяжелая фракция Cu может быть потеряна в результате адсорбции на оксигидроксидах Fe в зоне, богатой Mn, в то время как относительно легкая фракция Cu может быть сохранена за счет адсорбции на оксигидроксидах Mn. Кроме того, был обнаружен значительный вклад органического углерода почвы (SOC) в содержание Cu из-за высокой корреляции δ65Cu-SOC (R2 = 0,80) в S1 (глубина <1 м). Таким образом, наше исследование показывает, что сигнатура изотопа Cu может реагировать на окислительно-восстановительные изменения в наземной экосистеме, и эти сигнатуры изотопа Cu могут иметь значительные последствия для оценки экологической уязвимости почв при будущих сценариях изменения климата.

Поведение изотопов никеля (Ni) во время магматической дифференциации изучено недостаточно. Здесь мы обнаруживаем, что толеитовые породы в лавовом озере Килауэа Ики (KI), Гавайи, демонстрируют постепенно более легкий изотопный состав Ni с увеличением магматической дифференциации, тогда как известково-щелочные породы из мощной Камчатской дуги (30-45 км), расположенные на сходящейся границе Евразийской и Тихоокеанской плит, демонстрируют увеличение содержания Ni значения изотопов по мере уменьшения MgO и Ni. Сорок три глобальные континентальные магматические породы среднего фельзита, проанализированные в этом исследовании, демонстрируют большие вариации изотопов Ni, причем образцы эоархея имеют легкий изотопный состав Ni, который соответствует тенденции, определяемой лавами КИ, а образцы постэоархея демонстрируют систематически более тяжелые изотопные составы Ni, перекрывающие составы пород Камчатской дуги. Изотопная дихотомия возникает в результате кристаллизации изотопно тяжелого магнетита во время дифференциации KI лав при низком давлении, тогда как при участии сульфидного разделения, которое удаляет изотопно легкий Ni во время дифференциации магм при высоком давлении, проходящих через толстую континентальную кору. В сочетании с риолитовыми РАСПЛАВАМИ и концентрацией серы при моделировании насыщения сульфидами мы демонстрируем, что фракционирование изотопов Ni во время магматической дифференциации в основном контролируется темпом кристаллизации магнетита и образования сульфидов, который является функцией давления, летучести кислорода и активности воды. Известково-щелочная дифференциация при высоком давлении обычно подавляет кристаллизацию магнетита, одновременно стабилизируя сульфид, что приводит к образованию тяжелых изотопных составов Ni для выделяющихся магм, что значительно отличается от тенденции фракционирования при низком давлении, наблюдаемой в лавах KI. Изотопы Ni могут быть использованы в будущем в качестве индикатора магматической дифференциации и процессов формирования и дифференцировки континентов.

Массовая доля олова и δ120/118Sn относительно NIST SRM 3161a были измерены для десяти геологических эталонных материалов, среди которых впервые приведены изотопные значения Sn для W-2a, JA-2, JG-2, G-2, GBW07316, NOD-A-1 и SGR-1. время.Процедура подготовки образцов, реализованная в данном исследовании, была основана на кислотном расщеплении и разделении матрицы двухступенчатой хроматографией с использованием AG-MP-1 и смолы TRU-Spec. Изотопные измерения проводились методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с несколькими коллекторами (MC-ICP-MS) с использованием метода двойного всплеска 117Sn–119Sn для коррекции эффектов инструментального фракционирования массы. Общая точность этого метода оценивается в ± 0,03‰ (2s, n = 81) и ± 0,07‰ (2s, n = 6) для NIST SRM 3161a и геологического эталонного материала BHVO-2 соответственно.

Разработка методов измерения стабильных изотопов бария (Ba) предоставляет новый инструмент для исследования геохимического круговорота Ba в океане и его отложениях. В поровых водах донных отложений градиенты концентраций растворенного Ba являются результатом различных диагенетических процессов. Ожидается, что распределение и фракционирование изотопов Ba в поровых водах еще больше улучшит наше понимание этих ранних диагенетических механизмов контроля. Здесь мы представляем профили поровой воды по растворенным стабильным изотопным сигнатурам Ba (δ138Bapw) из мелководных отложений, покрывающих весь устье реки Чжуцзян (PRE) на юге Китая. Мы обнаруживаем выраженные вариации изотопов Ba, зависящие от глубины, в целом демонстрирующие сдвиг от тяжелых к легким сигнатурам δ138Bapw от поверхности отложений до глубины 15 см. Эти градиенты хорошо воспроизводятся моделью диффузионной реакции, которая генерирует кажущийся коэффициент фракционирования (138ε), равный -0,60 ± 0,10‰, что указывает на преимущественное удаление изотопов Ba с низкой массой из поровой воды во время взаимодействия раствора с твердой фазой. Следовательно, комбинированные диагенетические процессы вызывают самые высокие значения δ138Bapw от +0,5 до +0,7‰ в поровых водах самого верхнего слоя отложений. Хотя детритовая фракция преобладает над содержанием Ba в приповерхностных отложениях, определенные градиенты изотопов Ba в поровой воде вместе с колебаниями концентрации Ba и других чувствительных к окислительно-восстановительным процессам элементов, таких как марганец (Mn), показывают, что недетритовые избыточные носители Ba, включая оксиды Mn и аутигенный барит, явно влияют на содержание Ba в приповерхностных отложениях.- динамика отложений Ба. Таким образом, стабильные изотопы Ba являются потенциально мощным индикатором геохимии Ba во время раннего диагенеза отложений в устьевых отложениях.

Для дальнейшего изучения фракционирования изотопов меди (Cu) во время взаимодействия морской воды с океанической корой были изучены 13 подвыборок в разрезе изменения базальта и 12 базальтовых пород из южной Марианской впадины и впадины Яп в западной части Тихого океана. Мы обнаружили, что значения δ65Cu в базальтовом разрезе примерно увеличиваются от базальтоподобных значений срединно-океанического хребта (0,04% - 0,10%) в ядре до более высоких значений (до 0,20%) вблизи границы раздела ядро–обод, а затем более низких значений (до -0,17%) на краях. Изотопно легкие ободки отражают первоначальное растворение сульфидов, содержащих медь, с выделением изотопно тяжелого меди в окружающую морскую воду, что согласуется как с более низким содержанием меди, так и сульфидов в измененных ободках. Повышенные значения δ65Cu показывают, что растворение сульфида индуцировало диффузию, обусловленную концентрацией, от сердцевины к краям, контролируя содержание Cu по краям и изотопные вариации в сантиметровом масштабе. Напротив, значения δ65Cu для базальтов объемных пород демонстрируют широкий диапазон (0,02% - 0,56%) для большинства образцов, обогащенных тяжелыми изотопами, и отрицательно коррелируют с концентрациями Cu, что указывает на преимущественную адсорбцию изотопически тяжелого Cu из морской воды. Мы предполагаем, что химическая диффузия происходила до любых процессов адсорбции, предполагая, что трехэтапный процесс, включающий растворение сульфидов, химическую диффузию и адсорбцию, контролирует фракционирование изотопов меди во время изменения базальта морского дна.

Определен изотопный состав стронция в водах 17 грязевых вулканов Северо-Западного Предкавказья. Значения 87Sr/86Sr в водах варьируют от 0.70734 до 0.71076 и положительно коррелируют с величинами δ18О и температурами флюидогенерации, определенными по Mg–Li-геотермометру. Полученные данные позволяют сделать вывод об изолированности грязевулканических систем Керченско-Таманской области от флюидных систем нижележащих мезозойских комплексов осадочного чехла Западно-Кубанского прогиба. Важная роль в водном балансе грязевулканических систем принадлежит дегидратационным водам, выделявшимся в ходе реакции иллитизации смектитов. Весь комплекс изотопных данных указывает как на локализацию геохимических процессов в толще отложений майкопской серии, так и на геохимическую неоднородность верхней части осадочного чехла Западно-Кубанского прогиба.

Цель настоящего исследования заключалась в выявлении ведущих процессов формирования ионного и изотопного составов хлоридных рассолов в осадочных бассейнах Сибирской платформы. Объектом и предметом исследования стали глубокозалегающие крепкие, весьма крепкие и предельно насыщенные рассолы, содержание в них стронция и отношения его стабильных изотопов. Ионно-солевой состав подземных вод был определен традиционными методами (титриметрическим, весовым, пламенной фотометрии), изотопное отношение 87Sr/ 86Sr измерялось на масс-спектрометрах (г.Иркутск, Россия и Канада). Рассолы вскрыты на глубине 1500-3000 м и приурочены к соленосной и подсолевой гидрогеологическим формациям. Они характеризуются высокой минерализацией (385-530 г/дм3) и высоким содержанием стронция (2,3-7 г/дм3). Изотопное отношение 87Sr/86Sr составляет от 0,708 до 0,713062. Большинство проб рассолов по изотопному составу близко к водам вендкембрийского палеоокеана, однако отдельные пробы рассолов из подсолевой части осадочного разреза бассейна значительно обогащены изотопом 87Sr по сравнению с водами палеоокеана и другими пробами. Вероятно, это обусловлено существенным привносом 87Sr в рассолы в ходе длительного взаимодействия подземных вод с вмещающими их нижнекембрийскими песчаниками.

Изучен изотопный состав кислорода в 33 монофракциях оливина из плагиолерцолитов, дунитов, троктолитов и оливиновых габброноритов Йоко-Довыренского расслоенного массива. Для наиболее свежих и неконтаминированных коровым материалом пород величины δ18O попадают в интервал 5.8 ± 0.2‰ (n = 27). В случае дунитов, контаминированных карбонатным материалом, наблюдается значимое возрастание величин δ18O до 6.2 ± 0.3‰. Эти величины близки к характеристикам рудоносных комплексов Бушвельда и Джинчуаня. При помощи программы КОМАГМАТ-5, для всех пород-кумулатов оценены температуры равновесия 98% кристаллической массы с “последними” порциями остаточных расплавов (1131–1266°С, в среднем 1176 ± 34°С). Эти оценки рассматриваются как температуры закрытия кумулусных систем относительно эффективного диффузионного обмена изотопами 18O и 16O между оливином и подвижным расплавом-флюидом. Величины δ18O исходного расплава, рассчитанные с использованием этих данных, составили для неконтаминированных систем 6.6 ± 0.2‰, а для расплавов с признаками контаминации коровым материалом 7.1 ± 0.3‰. Подобные соотношения отвечают незначительной (не более первых %) контаминации исходных магм карбонатным материалом.

Пермские отложения юго-восточной части Омолонского массива: изотопная хемостратиграфия, U-Pb датирование и геохимические особенности.

В пяти нефтях верхнего девона Тимано-Печорского бассейна измерены значения δ13C для содержащихся в них в повышенных концентрациях С21н‑алкилбензола и н‑алкилнафталина. Несмотря на колебания значений изотопного состава углерода, разница δ13C н‑алкилбензола и н‑алкилнафталина является величиной относительно постоянной и составляет в среднем 2.7‰. Существующие в настоящее время гипотезы о происхождении этих соединений предполагают наличие единого источника н‑алкилбензола и н‑алкилнафталина. Таким образом, нами зафиксирован изотопный эффект по углероду связанный с циклизацией и ароматизацией алифатической цепи.

Получены первые экспериментальные данные по распределению изотопов бора между газом и жидкостью при 100–350°С и давлении насыщенного пара воды, а также исследовано влияние рН на это распределение при 100°С. Результаты показали, что величина δ11Bgas–δ11Bliquid составила 5.9, 3.7, 1.1, 0.8 и –1.3‰ при 100, 200, 250, 300 и 350°С. В щелочной среде коэффициент распределения бора между газом и жидкостью снижается, а изотопный сдвиг возрастает, при 100°С и рН 9.1 равен 17.0. Исследован изотопный состав бора термальных вод Мутновской геотермальной системы (Камчатский п-ов, Россия). В термальных источниках определен большой разброс значений δ11B от 2.8 до 18‰. Такой разброс может объясняться фракционированием бора между газом и жидкостью.

Проведены серии фотохимических экспериментов с диоксидом серы. В качестве источников излучения использовались ксеноновая лампа (λ > 200 нм), ртутная лампа низкого давления (λ = 184.9 и 253.7 нм) и лазерная система UP-213 (λ = 213 нм). Наши исследования показали, что архейские ∆33S/δ34S и ∆36S/∆33S отношения можно воспроизвести экспериментально в процессах фотолиза SO2 путем комбинирования таких параметров, как спектральный состав излучения, интенсивность спектральных компонентов и парциальное давление SO2. Результаты проведенных экспериментов дают нам основание полагать, что УФ излучение с длинами волн менее 200 нм являлось определяющим фактором в продуцировании изотопных аномалий серы в архейской атмосфере.

Изучен химический и изотопный состав продуктов извержений вулканических массивов гор Ахтанг и Костина. Проанализированные породы отвечают ранее изученным вулканитам «восточной» ветви южной части Срединного хребта Камчатки. По результатам K-Ar изотопного датирования для двух массивов впервые выявлены три этапа активизации вулканизма, разделенные продолжительными (1.4 и 2.4 млн лет) периодами покоя. В массиве горы Ахтанг эруптивная активность зафиксирована 4.9-4.0, 1.9-1.7 и 0.3-0.2 млн л. н. В массиве горы Костина - около 8.0, 5.6-4.9 и около 3.5 млн л. н. При этом два ранних этапа обоих массивов характеризуются извержением пород островодужного, а поздний этап - гибридного геохимического типа. Отмечается геохимическое сходство миоплиоценовых (N1-N21) пород массива горы Костина с раннеплиоценовыми (N21) вулканитами массива Ахтанг; а также позднеплиоценовых (N22) лав первого массива со среднечетвертичными (Q2) породами зоны наложенного моногенного вулканизма второго массива. Для массива горы Ахтанг впервые установлено, что после продолжительных периодов покоя возобновление вулканической активности сопровождалось изменением как составов изверженных пород, так и типа эруптивной активности (от излияний платоэффузивов к формированию стратовулканов и заложению зон моногенного вулканизма). Данные о возрасте и составе пород, а также некоторые морфологические особенности изученных массивов позволяют предполагать, что платоэффузивы Срединного хребта могли быть связаны с извержениями центрального типа.

Обсуждаются современные данные по изотопному составу неопротерозойских, палеозойских и мезозойских щелочных пород и карбонатитов в горно-складчатых сооружениях Енисейского кряжа и западного сегмента Центрально-Азиатского орогенического пояса. Первичные отношения изотопов Nd, Sr и Pb в магматических комплексах свидетельствуют о гетерогенных источниках расплавов со смешением вещества умеренно деплетированного (PREMA/FOZO, HIMU) и обогащенного (EM) доменов сублитосферной мантии. Доля EM-компонента возрастает в производных позднепалеозойского и мезозойского магматизма. В условиях более мощной материковой коры воздействие плюмовых магм на субстрат метасоматизированной литосферной мантии могло приводить к образованию очагов гибридных расплавов. Одновременное обогащение щелочных пород и карбонатитов радиогенным 87Sr и тяжелыми изотопами O, C и S указывает на вероятность верхнекоровой контаминации. По соотношению 813C и 318O в породообразующем карбонате выделяется группа мантийно-коровых карбонатитов. Геодинамические обстановки магматизма отражают общий структурный стиль разных эпох тектогенеза. В неопротерозое проявлена взаимосвязь плюмовой активности и глубоко проникающих рифтов при расколе суперконтинента Родинии. Последующее развитие Палеоазиатского океана с формированием аккреционно-коллизионных комплексов Центрально-Азиатского складчатого пояса в палеозое приводило к развитию магматизма в условиях взаимодействия мантийного плюма с бывшей активной окраиной континента. Происходившие в мезозое процессы рифтогенеза могли не достигать сублитосферного уровня, и плюмовая деятельность ограничивалась инициацией плавления континентальной литосферной мантии.

Представлены результаты исследования состава стабильных изотопов углерода органического вещества почв Байкальского региона. Значения δ13С разновозрастных почв варьируют от –30.00 до ‒21.36‰, что свидетельствует о формировании их органического вещества при поступлении биомассы С3-растительности как минимум на протяжении последних 35 тыс. лет. Фракционирование изотопов в ходе минерализации органического вещества приводит к повышению значений δ13С с глубиной. При этом в почвах, формирующихся под степными и лесостепными ландшафтами, увеличение δ13С составляет около 3‰, тогда как в лесных почвах оно может достигать 4–5‰. В позднеледниковых и раннеголоценовых почвах отмечается повышенное содержание органического углерода, состав стабильных изотопов которого облегчен по отношению к современным почвам, что может быть связано с влиянием мерзлоты, замедлявшей трансформацию органического вещества. В направлении от относительно сухих почв Приольхонья и Селенгинского среднегорья к лесостепным почвам Верхнего Приангарья, с его более влажными условиями, и, далее, к таежным почвам юга Средней Сибири, наблюдается выраженное облегчение состава стабильных изотопов углерода органического вещества, что служит ярким примером проявления зависимости значений δ13С от влагообеспеченности почв, а именно осадков вегетационного периода. Реконструкция осадков, выполненная на основании значений δ13С, свидетельствует о постепенной аридизации климата начиная с позднеледниковья с максимальным иссушением в среднем голоцене, в позднем голоцене уровень увлажнения повышается. Тенденция к постепенному уменьшению увлажнения наблюдается и в MIS-3. Наиболее влажным был климат во время формирования раннекаргинских почв. В интервале 36–31 тыс. кал. л. н. увлажнение снизилось и стало сопоставимо с современным. В финале MIS-3 увлажнение становится ниже современного уровня.

Представлены результаты исследования состава стабильных изотопов углерода органического вещества гумусовых горизонтов почв Байкальского региона. Широкий диапазон факторов формирования почв дает возможность выявления важнейших из них, определяющих изотопный состав углерода органического вещества. В зависимости от ландшафтно-климатических условий значения δ13С исследуемых почв колеблются от –29.91 до –22.98‰. Наименьшие значения характерны для ландшафтов с наибольшей влагообеспеченностью. Анализ факторов фракционирования углерода позволяет предполагать, что ведущую роль в наблюдаемых различиях изотопного состава играет влияние климатических факторов на дискриминацию изотопа 13С в ходе фотосинтеза С3-растений. При увеличении осадков в вегетационный период на каждые 100 мм значения δ13С органического вещества почв уменьшаются на 1.35‰. Такие значения хорошо согласуются с изотопными градиентами на прилегающих территориях Монголии и Китая и отражают значительную чувствительность растений, формирующих органическое вещество почв региона, к влагообеспеченности. Несмотря на то, что парные линейные регрессии не показывают достоверной зависимости значений δ13С органического вещества от температуры воздуха, ее влияние косвенно проявляется через коэффициент увлажнения, с которым выявлена максимальная обратная корреляция. Таким образом, наибольшее влияние на формирование изотопного состава углерода органического вещества почв Байкальского региона оказывает не столько количество осадков, сколько соотношение тепла и влаги в вегетационный период, когда биологические и почвенные процессы наиболее интенсивны.

Впервые получены Sr-изотопные данные и новые С-изотопные характеристики для метакарбонатных пород сортавальской серии Фенноскандинавского щита. Метакарбонатные породы нижнего карбонатного горизонта этой серии представлены осадками мелководных частично изолированных палеобассейнов, а карбонатные отложения верхнего горизонта – осадками дистальной части обширного морского палеобассейна. Первичное отношение 87Sr/86Sr в кальцитовых мраморах нижнего карбонатного горизонта заключено в пределах 0.70761–0.71015 (участок Ристиниеми) и 0.71274–0.71292 (участок Импилахти), а в верхнем горизонте варьирует в интервалах 0.70482–0.70489 (кальцитовые мрамора Рускеалы), 0.70463–0.70522 (доломитовые мрамора Рускеалы) и 0.70483–0.70493 (кальцитовые мрамора острова Ювень). На основе геохимической оценки сохранности изотопных систем метакарбонатных пород выявлены образцы, сохранившие первичные метки палеопротерозойской морской воды. Установлено существенное различие значений δ13С в мраморах нижнего (+3.8…+7.7‰, Импилахти и Ристиниеми) и верхнего (–2.2…+2.1‰, Рускеала и Ювень) карбонатных горизонтов серии. Изотопный состав углерода из мраморов сортавальской серии свидетельствует об отложении нижнего карбонатного горизонта в конце ятулийской эпохи, а верхнего горизонта – в людиковийскую эпоху. Изменение величины Th/U в метаморфизованных карбонатах нижнего (4.3–7.1) и верхнего (0.1–0.32) карбонатных горизонтов отражает смену слабоокислительных условий среды седиментации ятулийского типа на восстановительные условия людиковийского типа. Впервые получена Sr-изотопная характеристика для свекофеннского океана в людиковийское время (1.9–2.06 млрд лет назад) – 0.70463–0.70493. Увеличение отношения 87Sr/86Sr в океане в постятулийскую эпоху отражает глобальный рост континентальной коры около 2 млрд лет назад.

ПРИКЛАДНАЯ ИЗОТОПНАЯ ГЕОХИМИЯ.

Изучен изотопный состав углерода 513С почв и растительности засоленных экосистем Баргузинской котловины. Изотопный состав почвенного органического углерода (513Сорг) находится в пределах -19,02...-20,29%о, растительности - в пределах -28,31%о ...-28,84%. Полученные данные указывают на различие изотопного состава растительности и почвенного органического вещества поверхностных горизонтов почвы на 8-9%. Утяжеление изотопного состава углерода вниз по профилю почвы связано с фракционированием изотопов углерода в процессе дыхания биоты, разлагающей почвенные органические соединения. Также отмечена высокая численность различных физиологических групп микроорганизмов - деструкторов органического вещества по всему почвенному профилю. Более высокое содержание исследуемых групп микроорганизмов (до 108 кл/г) отмечено в верхних слоях почвы, что обусловлено высоким содержанием в них Сорг (5,62-6,73%). Вниз по профилю почвы численность бактерий уменьшалась на 1-3 порядка.

Исследован изотопный состав углерода и кислорода в кальците даек и жил ультрамафических лампрофиров, кимберлита, щелочных слюдяных пикритов Ярминской надинтрузивной зоны и беспироксеновых пикритов, прорывающих породы Большетагнинского карбонатитового массива в пределах Урикско-Ийского грабена (Восточное Присаянье). Данные δ13C (от -6.6 до -3.9 ‰ относительно VPDB) соответствуют представлениям о мантийном происхождении карбонатного вещества даек. Высокие значения δ18O (от +13.9 до +11.8 ‰ относительно VSMOW) свидетельствуют о воздействии дейтерических флюидов (магматические флюиды, отделившиеся от расплавов) на поздней стадии формирования кальцитсодержащих щелочно-ультрамафических пород

Рассмотрены механизмы возникновения неравновесных соотношений в изотопном составе кислорода между фенокристами оливина, плагиоклаза и матриксом пород вулкана Чанбайшань, изменяющихся по составу от щелочных базальтов до щелочных риолитов. В ряду трахиандезибазальт–трахит–комендит–пантеллерит наблюдается закономерное возрастание величины δ18O в полевом шпате (от 5.4 до 7.8‰) и в основной массе породы (от 5.6 до 7.1‰). В этом же ряду уменьшаются значения δ18О в оливине: от 5.35‰, что соответствует таковым в мантийных перидотитах, до существенно более низких (3.88–4.14‰). Одновременно фиксируется изменение магнезиальности оливина – от богатого форстеритовым миналом (Fo = 74–79) до практически чистого фаялита (Fo = 1). Установлена прямая корреляция между магнезиальностью оливина и величиной δ18О в нем. Показано, что полевой шпат близок к изотопному равновесию кислорода с матриксом породы, в то время как между оливином и матриксом, а также между оливином и полевым шпатом изотопное равновесие кислорода отсутствует. Рассмотрены основные механизмы, приводящие к нарушению изотопного равновесия кислорода в системе минерал–расплав. Предложен подход к оценке изотопного равновесия кислорода между фенокристами и расплавом, при котором учитывается степень его полимеризации, выраженная через отношение NBO/T. Такой подход позволяет объяснить положительную корреляцию между величиной δ18О и магнезиальностью оливина в лавах вулкана Чанбайшань, а также возникновение низких, вплоть до +3‰, значений δ18О в железистом оливине из щелочно-салических пород. Наблюдаемые соотношения величины δ18О в оливине и матриксе породы отражают изменения степени полимеризации расплавов в ходе кристаллизационной дифференциации. В рамках предложенной модели не требуется привлечение дополнительных геологических процессов, подразумевающих участие субстрата с низкими значениями величины δ18О при формировании дифференцированной серии пород вулкана Чанбайшань.

В работе рассматривается объяснение физического механизма фракционирования изотопов, связанного с преобладанием среди нуклонов определенного количества нейтронов и объясняющего неравновесное накопление определенных форм стабильных изотопов биогенных элементов в гетерогенных системах. Причинами обнаруженного нейтронного эффекта могут являться следующие явления: взаимодействие магнитных моментов атомных ядер и валентных электронов, приводящее к изменению расстояния между ними, в том числе влияние измененного расстояния между атомами на энергию ковалентной связи между парами атомов.

Борно-магнетитовое скарновое месторождение Солонго (Западное Забайкалье, Россия) обладает промышленными запасами редких курчатовит-сахаитовых руд. Целью данной работы являлось изучение изотопного состава кислорода борных минералов из курчатовит-сахаитовых руд месторождения. Исследование образцов проводилось с помощью современных методов электронной микроскопии, масс-спектрометрии. На оригинальных фотоснимках прозрачных шлифов, изображениях образцов в обратно отраженных электронах приведены минеральные ассоциации сахаита и курчатовита: полиминеральный ссайбелиит-сибирскит-кальцитовый агрегат, роуит, федоровскит, людвигит, форстерит, серпентин, титанит, сфалерит, магнетит, якобсит, апатит, турнорит. Приведена характеристика эволюции борных минералов на месторождении Солонго. Были получены следующие показатели изотопного состава кислорода δ18О v-SMOW в минералах: в сахаите - +1 ‰, в роуите - +2,7 ‰, в курчатовите - +1,9 ‰, в магнетите - -0,3 ‰. В результате сравнения изотопных данных по сахаиту с уже имеющимися литературными данными обнаружено, что сахаит борных руд месторождения имеет относительно облегченный состав кислорода. Такие показатели могут объясняться участием метеорных вод, в том числе талых вод снежников и многолетней мерзлоты, в процессе формирования месторождения, а также пониженными показателями изотопного состава кислорода δ18О доломитов Озернинского рудного узла, с преобразованием которых связывается формирование сахаита.

Приведены сводные данные изотопного состава (δ18О и δ2Н) природных вод, в частности атмосферных осадков, поверхностных вод, естественных выходов подземных вод, воды из скважин гидрогеологической наблюдательной сети и рассолов Верхнекамского месторождения калийномагниевых солей (ВМКМС). Материал собран по результатам исследований в разные периоды, начиная с 2011 г. по 2022 г.

Введение: Для северной части Предуральского прогиба в пределах Колвинской седловины имеется только фрагментарный материал о распространении, гидрохимических особенностях и условиях формирования природных вод. Целью настоящей работы является установление условий формирования изотопного и химического состава природных вод (атмосферные осадки, поверхностные и подземные воды) Колвинской седловины на севере Пермского края. Методы изотопной гидрогеологии в рассматриваемом районе ранее не применялись. Основные задачи исследования состояли в посезонном опробовании водопроявлений для определения вариаций их изотопного и химического состава, установлении закономерностей изменения и зависимостей между составом подземных вод, речных вод и атмосферных осадков, а также уточнении генезиса подземных вод на основе установленных закономерностей. Методика: Опробование водопроявлений было проведено в 2017-2018 гг. Из реки Колва и пяти источников пробы на изотопный анализ отбирались ежемесячно, на химический анализ - посезонно. Еще четыре источника были опробованы ранней осенью (сентябрь) и весной (апрель). Пробы атмосферных осадков на изотопный анализ были взяты с декабря 2016 г. по июнь 2018 г., на химический анализ отобрано две пробы (в октябре и июне). Всего было собрано 106 проб поверхностных вод, подземных вод и атмосферных осадков для изотопного анализа и 77 проб для химического анализа. Результаты и обсуждение: Для водопроявлений впервые определены изотопные показатели и установлены следующие закономерности. Подземные воды Колвинской седловины пресные и имеют инфильтрационный генезис. Состав подземных вод формируется преимущественно за счет питания атмосферными осадками в периоды снеготаяния и обильных дождей, а также напорной разгрузки нижележащих горизонтов. Выводы: Комплексный изотопно-гидрохимический анализ позволяет получить подробную гидрогеологическую информацию, важную для решения вопросов генезиса вод, а также для оценки состояния и качества водных ресурсов. В настоящей пилотной работе мы обсуждаем данные, полученные за полуторагодовой период опробования, и используем их для выявления взаимосвязей между различными типами природных вод.

В настоящее время методы изотопного анализа широко используются как в России, так и за рубежом. В гидрогеологических исследованиях, в основном, применяются стабильные изотопы водорода (δ2H) и кислорода (δ18О). В данной статье представлены основные направления использования стабильных изотопов водорода и кислорода при решении важных гидрогеологических задач. Показано, что методы изотопной масс-спектрометрии широко применяются в целях решения обширного круга проблем, таких как общие вопросы формирования подземных вод, водоснабжения, поисков нефти и газа, мелиорации и бальнеологии.

Методом масс-спектрометрии вторичных ионов с использованием имплантации водорода во внешний образец сравнения (с дозой 1 × 16 ат/см2 и энергией 120 КэВ) впервые надежно определено объемное содержание водорода в двух бразильских алмазах с заметно различающимися интенсивностями ИК-активного водорода, от 0 до 1.5 см–1, согласно анализам их ИК-спектров. Результаты выполненных исследований показывают, что в обоих исследованных образцах объемное содержание водорода не превышает достигнутого предела чувствительности (1–2) × 1018 ат/см3, или 1.7–3.3 ат. ppm, т.е. на порядок ниже, чем в ранних определениях химическим методами на 2–3 порядка ниже, чем в определениях ионно-лучевым спектрохимическим, ядерно-физическими и ERDA-методами. Лишь часть этого водорода находится в кристаллах алмаза в оптически-активной форме и может быть определена спектральными методами.

Для оценки мобильности и идентификации происхождения древних популяций требуется проводить сравнение их изотопных отношений 87Sr/86Sr с локальной базовой (фоновой) линией биодоступного стронция, характерной для каждого конкретного местонахождения или потенциального района происхождения индивида или артефакта. В данной работе на примере древнего рудника Новотемирский (Южный Урал) эпохи бронзы проведена оценка такой базовой линии. Изотопные отношения 87Sr/86Sr определены в поверхностной и подземной воде, коренной породе (серпентинит), глине из стенки шахты, кости светлого хоря, а также в траве и раковине двустворки с берега озера. Наименьшим разбросом изотопных отношений стронция друг относительно друга обладают поверхностная и подземная вода, раковина и трава, что позволяет использовать их для определения объединенной базовой линии биодоступного стронция. Мульти-прокси (поверхностная и подземная вода, травы и раковина двустворки) локальная базовая линия биодоступного стронция для района древнего рудника Новотемирский (Южный Урал) может быть представлена в виде диапазона 0,7096 ± 0,0003 (2σ, n = 5).

Впервые полученные данные об изотопном составе кислорода и углерода кальцитов и графитов доломит-кальцитовых пород Ильменских гор и даек аналогичного состава в Пластовском районе позволили подтвердить предположение об их магматическом генезисе. Определённая по изотопным соотношениям углерода и кислорода в кальците и графите температура образования карбонатных тел (590-1000 °С) близка к интервалу температур (600-900 °С) образования карбонатитовых ассоциаций. По этим же соотношениям изотопов в кальцитах протолиты карбонатных пород располагаются в пределах полей карбонатитов складчатых областей и в переходной зоне к карбонатам морского происхождения. Вероятно, из этого следует, что эти породы являются порождением карбонатной магмы, возникшей при переплавлении осадочных карбонатных пород в зонах субдукции либо под влиянием тепла гранитных интрузий.

Арктический регион находится в центре внимания исследователей и представляет собой зону особого стратегического интереса России в связи с перспективами освоения природных ресурсов и быстрым изменением глобального климата. Повышенная активность человека негативно влияет на хрупкую северную природу, при этом усилия, прикладываемые для контроля экологической обстановки в регионе, очевидно недостаточны. Даже при нынешней активности человека проявляются негативные эффекты, связанные с накоплением отходов добывающей промышленности, деятельностью предприятий металлургии, энергетики, лесохимического комплекса, утилизацией атомных подводных лодок и пусками ракет. Адекватная оценка влияния антропогенного воздействия на арктические экосистемы и прогнозирование возможных изменений должны опираться на объективные и максимально полные данные о состоянии окружающей среды. В статье представлен краткий обзор важнейших итогов реализации проекта "Совершенствование методологии масс-спектрометрического скрининга, идентификации и определения приоритетных загрязнителей арктических экосистем", реализованного в 2017-2019 годах.

Методом “замороженных фононов” теории функционала плотности впервые определены температурные зависимости β-факторов 18O/16O титанита (с учетом основных изоморфных замещений Al + + F ⇔ Ti + O, Ti + O ⇔ Al + OH, Ti + O ⇔ Fe3 + + OH) и ильменита (с учетом замещения Fe ⇔ Mg). Факторы фракционирования изотопов кислорода между титанитом (CaTiSiO5), ильменитом (FeTiO3) и рутилом (TiO2) при изотопных равновесиях определяется соотношениями: 1000 ln αttn-ilm = 1000 ln βttn – 1000 ln βilm = 1.96836x – 0.10514x2 + 0.00319x3, 1000 ln αttn-rt = 1000 ln βttn – 1000 ln βrt = 1.80155x – 0.09262x2 + 0.00288x3, x = 106/T2 (K–2). Результаты могут использоваться в геотермометрии, особенно в кальций-силикатных и кальций-щелочных породах магматического, метаморфического и метасоматического происхождения.

НЕОАРХЕЙСКИЕ ГИПЕРСТЕНОВЫЕ ДИОРИТЫ ЗОНЫ КОНТАКТА МАССИВА МОНЧЕТУНДРА (СЕВЕРО-ВОСТОЧНАЯ ЧАСТЬ ФЕННОСКАНДИНАВСКОГО ЩИТА): ГЕОХИМИЯ И SM-ND ИЗОТОПНЫЕ ДАННЫЕ.

Представлены результаты изотопно-геохронологического и петролого-геохимического изучения молодых вулканических пород Гегамского нагорья (Центральная Армения), образовавшихся на плиоцен-раннечетвертичном этапе позднекайнозойского постколлизионного магматизма Малого Кавказа. Установлены границы ареала развития вулканической активности в этот период, определены ее общая продолжительность (3.5–1.9 млн лет назад), временные рамки главных фаз, масштабы и характер извержений. Петролого-геохимические данные свидетельствуют о том, что изученные молодые вулканиты Центральной Армении относятся к умеренно-щелочной серии и представлены непрерывным рядом составов: (трахи-)базальты–муджиериты–латиты–трахиты–риолиты. Основным процессом, обусловившим геохимическую эволюцию материнских базальтовых расплавов, являлась кристаллизационная дифференциация с ведущей ролью Cpx среди кумулусных минеральных фаз. Коровая ассимиляция и смешение магм имели ограниченное значение: их возможное участие в петрогенезисе расплавов зафиксировано только для наиболее кислых разностей пород. Глубинный источник, ответственный за магмогенерацию под изученной частью Малого Кавказа на рубеже плиоцена–плейстоцена, был представлен астеносферной мантией, обогащенной в результате ранее протекавшей в регионе на протяжении десятков миллионов лет субдукции литосферы океанического бассейна Неотетис. Плавление происходило в зоне стабильности Grt-перидотита; состав формирующихся расплавов по геохимическим характеристикам был близок базальтам типа E-MORB. Важной особенностью регионального мантийного источника являлось присутствие в нем заметной примеси субдукционной компоненты. Обобщение полученных петролого-геохимических и изотопно-геохимических данных для молодых изверженных пород Гегамского нагорья, образовавшихся на разных этапах позднекайнозойского магматизма, позволило проследить эволюцию основных параметров (минеральный, химический и изотопный состав, глубина расположения, степень плавления) мантийных резервуаров, в которых происходила генерация расплавов под Центральной Арменией в период развития здесь постколлизионного вулканизма (с позднего миоцена до голоцена).

На основе изучения карбонатов и метатерригенных разностей девонского комплекса хребта Султан-Уиздаг (СЗ Узбекистан), подвергшихся углеродизации в зонах локализованных деформаций, представлена обобщенная интерпретация генезиса углеродного вещества за счет термомеханического разложения карбонатов в условиях воздействия на них подвижек сейсмогенной природы. В качестве стимулирующих условий выделения свободного углерода рассмотрены варианты влияния синхронного железо-магнезиального метасоматоза и восстановленной атмосферы в присутствии водорода. На основе опубликованных результатов экспериментальных работ по воспроизведению процессов углеродизации в условиях высокоскоростных сдвиговых деформаций карбонатов в водородной среде, рассмотрен возможный вариант образования водорода на поверхностях дислокаций кварца в присутствии водного флюида в сопряженных с карбонатами метатерригенных породах. В субстрате карбонатных и терригенных пород выявлена картина значительных вариаций изотопных составов углерода, с обогащением разрывных зон изотопом 13C, а приразломных объемов декомпрессионного повреждения субстрата изотопом 12C. Сделано предположение о влиянии деформаций на процессы фракционирования стабильных изотопов углерода. С учетом опубликованных данных, показана возможность изотопного обмена между свободным углеродом и углеродом карбонатов. Обсуждены аспекты влияния процессов минерально-фазовых и структурно-текстурных преобразований карбонатных пород в процессе их термомеханического разложения в условиях сдвига на геомеханическое поведение разлома, проявление в нем механической неустойчивости и фрикционного ослабления.

В области сочленения Центрально-Азиатского складчатого пояса и Сибирского кратона обнаружены ксенолиты мантийных пород в щелочных базальтах Токинского Становика в Джугджуро-Становом супертеррейне и Витимского плато в Баргузино-Витимском супертеррейне. Первые представлены шпинелевыми лерцолитами, гарцбургитами и реже верлитами, среди вторых нередки гранат-шпинелевые, гранатовые лерцолиты и пироксениты. В кимберлитах Сибирского кратона преобладают ксенолиты гранатсодержащих лерцолитов и широко представлены ксенолиты эклогитов, не обнаруженные в мантии супертеррейнов. Re-Os определения свидетельствуют о раннеархейском возрасте перидотитов и эклогитов в мантии Сибиского кратона. Исследованы главные, редкие (редкоземельные и высокозарядные) элементы и Nd-Sr-Os систематика в перидотитах (преобладающие породы) литосферной мантии в зоне сочленения Центрально-Азиатского складчатого пояса и Сибирского кратона. Степень истощения оксидами Al2O3 и CaO и обогащения MgO относительно примитивной мантии в мантийных перидотитах Джугджуро-Станового супертеррейна близка к таковой Сибирского кратона. В перидотитах Баргузино-Витимского супертеррейна она существенно ниже и здесь присутствуют перидотиты примитивного состава. Степень плавления в мантии Сибирского кратона и Джугджуро-Станового супертеррейна достигает 45–50%, в мантии Баргузино-Витимского супертеррейна она менее 25%. Мантийные перидотиты кратона, по сравнению с таковыми сопредельных супертеррейнов обогащены Ba, Rb, Th, Nb, Ta и обеднены Y и RE-элементами от Sm до Lu. Однако все они характеризуются суперхондритовыми значениями Nb/Ta (>17.4) и Zr/Hf (>36.1), а также Nb/Y (>0.158) и Zr/Y (>2.474). Отношение Nb/Y в перидотитах кратона преимущественно >1.0, в перидотитах супертеррейнов <1.0. Изотопный состав Nd и Sr в последних соответствует океаническим базальтам. В перидотитах Сибирского кратона установлены низкие значения 187Os/188Os (0.108–0.115), в перидотитах Джугджуро-Станового и Баргузино-Витимского супертеррейнов они выше 0.115, но обычно не превышают значение для примитивной верхней мантии (0.1296). Таким образом, геохимические и изотопные характеристики перидотитов свидетельствуют о различном составе и типе мантии, подстилающей Сибирский кратон и сопредельные супертеррейны Центрально-Азиатского складчатого пояса в раннем архее, еще до образования в мантии кратона эклогитов, имеющих возраст 2.7–3.1 млрд лет.

Впервые проведены Sm-Nd изотопно-геохимические исследования метаморфических пород Гуджальского блока, рассматриваемого в качестве «выступа» фундамента Буреинского континентального массива. Установлено, что биотитовые и гранат-амфиболовые ортосланцы гуджальской свиты характеризуются глубоко отрицательными значениями εNd(0) =-15.7…-17.2 и палеопротерозойскими величинами Nd модельного возраста tNd(DM)=2.4-2.1 млрд лет. Близкими изотопными параметрами характеризуются и гнейсовидные биотитовые гранодиориты: εNd(0)=-18.7, tNd(DM)=1.8 млрд лет. Для исследованных ортопород Гуджальского блока в качестве возможного субстрата для расплавов могут рассматриваться неопротерозойские ортогнейсы и ортоамфиболиты туловчихинской свиты, неопротерозойские гнейсограниты нятыгранского комплекса, обладающие палеопротерозойским модельным возрастом.

Для изучения изотопических эффектов в полупроводниковых материалах требуются монокристаллы с высокой химической и изотопной чистотой. Надежность полученных данных о величине и направлении изотопических сдвигов зависит от точности определения концентрации всех стабильных изотопов. При изотопном анализе обогащенного “кремния-28” с высокой степенью обогащения (более 99.99 %) необходимо определять примеси изотопов 29Si и 30Si на уровне 10-3 ¸ 10-5 ат. %. На таком уровне концентраций указанные изотопы можно рассматривать как примеси. Достижение высокой точности измерений при одновременной регистрации основного и “примесных” изотопов в таком широком интервале концентраций затруднительно. Регистрацию аналитических сигналов изотопов кремния приходится проводить на растворах с разной концентрацией матрицы. Использование растворов с высокой концентрацией матричного элемента требует введения поправок на матричные помехи и дрейф чувствительности прибора в процессе измерения. Снизить влияние необратимых неспектральных помех и дрейфа чувствительности можно при использовании метода внутренней стандартизации. Противоречивость литературных данных о критериях выбора внутреннего стандарта потребовала исследования поведения сигналов элементов “кандидатов во внутренний стандарт“ для одноколлекторного масс-спектрометра высокого разрешения с индуктивно связанной плазмой ELEMENT 2 от концентрации матричного элемента и природы растворителя, а также от времени распыления раствора. Учет необратимых неспектральных матричных помех и аппаратного дрейфа при изотопном анализе обогащенного “кремния-28” и исходного 28SiF4 методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой позволил снизить в 3-5 раз случайную составляющую и более чем на порядок систематическую составляющую погрешности измерения по сравнению с методом внешнего стандарта. Это позволило проводить с достаточной точностью оперативный контроль изотопного состава обогащенного “кремния-28”, как в виде тетрафторида кремния, так и получаемого из него поликристаллического кремния с помощью одного серийного прибора в интервале изотопных концентраций 0.0001-99.999 ат. %.

Кристаллические известняки (мраморы) и карбонатные сланцы (метаморфизованные мергели) имняхской свиты мощностью 1500‒1800 м на востоке Мамско-Бодайбинского синклинория (внутренняя зона Патомского нагорья) по изотопному составу углерода (δ13Ссредн = –9.0 ± 0.4‰) и стронция (87Sr/86Sr = 0.70810‒0.70845) полностью идентичны неметаморфизованным известнякам жуинской серии (внешняя зона) и торгинской свиты (прилегающая часть Сибирской платформы), сопоставляемым с глобальным эдиакарским С-изотопным событием Шурам-Вонока. Метаморфизм не сопровождался выносом стронция, содержания которого в мраморах имняхской свиты столь же высоки (до 6290 мкг/г) как в известняках жуинской серии наиболее глубоководных частей Патомского палеобассейна, и проявился лишь в обеднении пород тяжелым изотопом кислорода (δ18Осредн = = 17.2 ± 1‰), что на 3‒4‰ ниже, чем в неметаморфизованных известняках. Карбонаты доимняхских черных карбонатсодержащих сланцев и угольно-черных кристаллических известняков хомолхинской и угаханской свит характеризуются широкими вариациями значений δ13С (–4.0…7‰) и δ18O (15.2…23.4‰), свидетельствующими о сильных постседиментационных изменениях. Тем не менее, положение в разрезе, аномально высокие значения δ13С и минимальное значение 87Sr/86Sr = = 0.70753, установленное в образце с содержанием стронция 11700 мкг/г, не оставляют сомнений в их ранневендском (раннеэдиакарском) возрасте. Хотя изотопные системы карбонатов согдиондонской и витимской свит (δ13С: –14.2…–3.7‰, δ18O: 12.2…13.4‰, 87Sr/86Sr: 0.71120…0.71337), залегающих в основании неопротерозойского разреза на р. Жуя, подверглись еще более сильной модификации, нельзя исключить, что значения δ13С в этих свитах были отрицательными изначально. Кристаллические известняки и карбонатные сланцы метаморфизованных аналогов жуинской серии на западе синклинория в приустьевой части р. Мама по изотопному составу углерода (δ13Ссредн = = –9.5 ± 0.7‰) и кислорода (δ18Осредн = 17.3 ± 1.8‰) близки к имняхской свите. Обсуждаются актуальные проблемы корреляции, возраста, длительности и происхождения крупнейшей в геологической истории отрицательной С-изотопной аномалии.

Программный комплекс GEOCHEQ_Isotope, раннее разработанный для моделирования химических и изотопных равновесий углерода в гидротермальных и гидрогеохимических системах методом минимизации энергии Гиббса, распространен на одновременный расчет изотопных эффектов углерода и кислорода. Как и в случае углерода при разработке алгоритмов и базы данных для расчета изотопных эффектов кислорода использовали формализм β-фактора. Согласно разработанному алгоритму энергия Гиббса G*(P, T) образования редкого изотополога рассчитывалась через энергию Гиббса образования основного изотополога с учетом величины β18O-фактора этого вещества и соотношения масс редкого (18O) и основного изотопов (16O) химического элемента. Используется приближение идеальности смеси изотопов. Температурная зависимость β-фактора унифицирована в виде полинома по обратным степеням абсолютной температуры. Критически проанализирована необходимая информация по кислородным изотопным равновесиям, включающим важные геохимические соединения, проведены согласование и модификация имеющихся данных. С учетом этого оптимизированы температурные зависимости β18O-факторов. База термодинамических данных пополнена информацией по температурным зависимостям β18O-факторов, заключающейся в введении полиномиальных коэффициентов для каждого из веществ. Практическая реализация программного комплекса и соответствующей базы данных продемонстрирована на примере использования программного комплекса GEOCHEQ_Isotope для моделирования зависимости факторов фракционирования изотопов кислорода и углерода от показателя кислотности раствора (pH) в карбонатной гидротермальной системе. Получено хорошее согласие результатов моделирования с имеющимися литературными экспериментальными данными. При повышении pH системы происходит уменьшение обогащения растворенных карбонатов тяжелым изотопом кислорода 18O относительно воды. В то же время повышение pH приводит к уменьшению отрицательного углеродного изотопного сдвига между кальцитом и растворенными карбонатами. При высоких значениях pH (~11) наблюдается инверсия изотопного сдвига и растворенный карбонат обогащен тяжелым изотопом углерода относительно кальцита.

В работе представлены первые данные комплексного анализа изотопных отношений водорода, кислорода вод и углерода растворенной углекислоты для одной из крупнейших рек Восточной Сибири - Витим, а также ряда ее притоков. Установлено, что значения δD и δ18O изученных вод варьируют в диапазоне от -173,0 до -149,1‰ для водорода и от -23,3 до -20,2‰ для кислорода и указывают на метеорное происхождение вод. Содержание водорастворенного CO2 в изученных водах изменяется со сменой ландшафта, при этом значения δ13СDIC варьируют от -17,1 до -9,0‰ и свидетельствуют об участии в формировании гидрокарбонат-иона почвенной диффузионной и вегетативной углекислоты.

Актуальность. Месторождение Чертово Корыто располагается в пределах Ленской золотоносной провинции, в которой сосредоточенны крупные по запасам месторождения золота (Сухой Лог, Вернинское, Высочайшее, Ожерелье и др.). Изучению этой провинции уделено много внимания, что отражено в огромном числе публикаций. Несмотря на это, единое представление о происхождении месторождений золота, образованных в черносланцевых толщах Бодайбинского прогиба, отсутствует. Дискуссионным остается вопрос об источнике полезного компонента и выявлении механизма его транспортировки, перераспределения и концентрирования. Ввиду этого становится актуальным изучение изотопных отношений серы сульфидов для определения возможного источника благородного металла. В месторождении Чертово Корыто изотопные отношения серы сульфидов изучены в ограниченном количестве и не отражают изменения этого параметра на глубину и по простиранию рудной залежи. В силу малоизученности этот объект является интересным для исследований в области изотопной геологии.Цель - выявление возможных источников рудного вещества по результатам изотопных исследований серы арсенопирита.Объектом исследования является арсенопирит из центральной части рудной залежи.Методы. Масс-cпектрометрические измерения с использованием газового масс-спектрометра.Результаты. Исследования показали выдержанность изотопного состава серы арсенопирита (-3,8‰…+4,3 ‰) на глубине, что свидетельствует об однородном источнике серы в период рудообразования. Приближенные при этом к метеоритному стандарту значения указывают на эндогенный источник рудообразующих флюидов. Полученные данные согласуются с изотопным составом серы сульфидов различных по происхождению месторождений золота, образованных в сланцевом и ином субстратах.

Впервые определен изотопный состав кислорода, содержание редких элементов и U–Pb-возраст циркона из кианит-жедритового метасоматита рудопроявления корунда Дядина гора, Беломорский подвижный пояс, Фенноскандинавский щит. Ядра циркона, сохранившиеся от протолита, характеризуются магматическим распределением REE и средним значением δ18О около 3.0‰, а их возраст близок к 2400 млн лет. Внутренние зоны вокруг ядер и каймы циркона были образованы при метасоматических процессах во время свекофеннского метаморфизма около 1870–1880 млн лет, испытали мощную флюидную переработку и отличаются пониженным до –0.9‰ значением δ18О.

В работе представлены данные по применению и особенностям реализации аналитической методики изотопного анализа свинца методом МК ИСП МС и оценены ее метрологические характеристики.

Представлены результаты структурно-кинематических, минералогических и изотопных исследований Мариинского золоторудного месторождения. Два типа кварцевых жил сформировались в едином поле тектонических напряжений обратного надвига во время субдукционно-аккреционных процессов на восточной окраине Сибирского кратона. Описана ранняя золото-сульфидно-кварцевая и поздняя золото-серебряно-сидеритовая минерализация. Аномально широкие вариации значений δ34S (от -16,2 до +34,1 ‰) сульфидов из жил и метасоматитов различаются для конкордантных и секущих жил, что может указывать на различные источники рудного вещества.Значения δ18O и δ13C, однако, свидетельствуют о возможном наличии однородного рудообразующего флюида.

Величины (La/Nb)pm, (Th/La)pm, (La/Sm)pm, (Nb/Y)pm отношений < 1 в мафических породах отвечают деплетированному мантийному источнику, тогда как аналогичные величины > 1 - недеплетированному/обогащенному. (La/Nb)pm не изменяется при плавлении мантийных перидотитов, Nb-минимум - это характеристика литосферной мантии, метасоматизированной флюидом/расплавом. По изотопному Nd-составу выделяется два источника: 1) деплетированный (+eNd), который отвечает астеносферной и/или литосферной мантии реститового происхождения; 2) обогащенный (-eNd) литосферный с пониженным Sm/Nd в результате метасоматоза. Оценки характера мантийных источников мафических пород по их редкоэлементному и изотопному составу могут как коррелировать между собой, так и различаться.

Статья посвящена дискуссионной проблеме геологического возраста глубокометаморфизованных пород (гнейсов, мигматитов и т.д.). Гармского кристаллического массива. Они в ряде работ, в том числе, первых исследователей отнесены к древним докембрийским образованиям. Другая, преобладающая часть геологов относят их к нижнему и среднему палеозою, что подтверждается многими геологическими, петрографическими, а также находками фаунистических остатков в отдельных участках этой толщи. Автор на основании сравнения изотопного состава углерода графита различно метаморфизованных пород толщи доказывает, что породы массива, имеющие древний облик, образованы в результате интенсивного метаморфизма и плутонометаморфизма исходных осадочных пород палеозоя.

Приведены новые данные о распределении δ18О и δD в повторно-жильном льду Центрального Ямала. По своим изотопным характеристикам (средние значения δ18О = -24,8, а δD = -187,6 ‰) лёд соответствует жильным льдам Ямала, которые формировались в изотопную стадию МИС-2 (конец позднего плейстоцена). Для некоторых образцов льда отмечены высокие значения дейтериевого эксцесса (dexc = 12÷17 ‰), что нехарактерно для этого типа льдов. Немногочисленные свидетельства высоких значений dexc в позднеплейстоценовом жильном льду описаны в литературе для разрезов р. Сеяха, мыса Саблера и о. Большой Ляховский.

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И АНАЛИЗ LU-HF ИЗОТОПНЫХ СИСТЕМ В ЦИРКОНАХ ИЗ ГРАНИТОИДОВ ЗАПАДНОГО ОБРАМЛЕНИЯ УРАЛА.