DOI: dx.doi.org/10.21440/2307-2091-2016-2-32-41

УДК 54.027:546.22:549.76:551.44

Изотопный состав серы сульфатных отложений карстовых пещер Урала pdf

О. Я. Червяцова, С. С. Потапов, С. А. Садыков

Предметом изучения является изотопный состав серы сульфатных отложений (минералов) пещер. Целью исследования является построение модели минерало- и спелеогенеза на основе изучения изотопии серы первичных и вторичных минеральных отложений. Отбор образцов и проб сульфатных минеральных образований для исследований проводился в Кунгурской и Киндерлинской пещерах. Минералогические и изотопные исследования выполнены в Институте минералогии УрО РАН (город Миасс). Диагностика минералов выполнена на дифрактометре ДРОН-2.0, CuK_a-излучение. Определение изотопного состава серы проведено на масс-спектрометре Delta^Plus Advantage производства фирмы Thermo Finigan, сопряженном с элементным анализатором EA Flash1112 и интерфейсом ConFlo III. Погрешность анализа равна 0,27 ‰ CDT. Изучен изотопный состав серы вторичных сульфатных минералов, образующихся в двух пещерах Урала – Кунгурской сульфатного карста и Киндерлинской карбонатного карста. Первичные хемогенно-осадочные породы (гипс и ангидрит) в Кунгурской пещере имеют изотопный состав δ³⁴S от +10,09 ‰ до +12,32 ‰ CDT, что соответствует типичному составу для нижнепермских морских эвапоритов. У новообразованных сульфатных минералов (гипса, мирабилита) не установлено достоверного изменения изотопного состава серы по сравнению с сульфатами коренных пород, что свидетельствует об их образовании в процессе растворения и переотложения первичной осадочной толщи. В Киндерлинской пещере новообразованные сульфатные минералы характеризуются более легким изотопным составом серы δ³⁴S, варьирующим от -23,51 до -15,288 ‰ CDT. Подобный более легкий изотопный состав серы характерен для минеральных образований, являющихся продуктами бактериальной сульфатредукции. Предполагается формирование вторичного гипса из соединений органически связанной серы битумного вещества вмещающих известняков, которая может окисляться в кислородных условиях до сульфатов с участием сероокисляющих (тионовых) бактерий.

Ключевые слова: изотопы серы, сульфаты; вторичные минеральные образования; пещеры карбонатного и сульфатного карста; сульфатредукция; сернокислотный спелеогенез; генезис минералов.

ЛИТЕРАТУРА

Потапов С. С., Паршина Н. В., Потапов Д. С., Кадебская О. И., Сивинских П. Н. Спелеоминералогия (на примере Кунгурской ледяной пещеры) // Теория, история, философия и практика минералогии: аатериалы IV Междунар. минералогич. семинара. (17–20 мая 2006 г.). Сыктывкар: Геопринт, 2006. С. 71–74.

Максимович Н. Г., Потапов С. С., Мещерякова О. Ю. Натечные техногенные минеральные образования // Пещеры: сб. науч. тр. Пермь: ПГУ, 2010. Вып. 33. С. 72–81.

Потапов С. С. Спелеокриоминералогенез (введение в проблематику, минералогия, кристалломорфология, условия кристаллогенеза на примере уральских пещер карбонатного и сульфатного карста) // Минералогические перспективы: материалы симпоз. Сыктывкар: Геопринт, 2011. С. 256–260.

Потапов С. С., Паршина Н. В., Червяцова О. Я. К минералогии пещеры Шульган-Таш (Башкортостан) // Минералогия техногенеза-2013. Миасс: Ин-т минералогии УрО РАН, 2013. С. 91–105.

Потапов С. С., Паршина Н. В., Червяцова О. Я., Кузьмина Л. Ю. К минералогии пещеры Киндерлинская (Башкортостан) // Минералогия техногенеза-2013. Миасс: Ин-т минералогии УрО РАН, 2013. С. 106–119.

6. Потапов С. С., Паршина Н. В., Садыков С. А. Современное минералообразование в Кунгурской ледяной пещере // Комплексное использование и охрана подземного пространства: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. Пермь: Горный ин-т УрО РАН, 2014. С. 81–91.

Садыков С. А., Потапов С. С. Изотопный состав углерода в карбонатных спелеотемах // Литосфера. 2011. № 5. С. 102–110.

Белогуб Е. В., Матур Р., Садыков С. А., Новосёлов К. А. Первые данные об изотопном составе меди и серы в минералах из руд Удоканского месторождения медистых песчаников (Забайкалье) // Металлогения древних и современных океанов. 2015. С. 39–42.

Целуйко А. С., Масленников В. В., Аюпова Н. Р., Садыков С. А. Изотопный состав серы сульфидов продуктов разрушения палеокурильщиков Юбилейного медноколчеданного месторождения (Южный Урал) // Минералогия. 2015. № 4. С. 103–111.

Forti P., Galdenzi S., Sarbu S. M. The hypogenic caves: a powerful tool for the study of seeps and their environmental effects // Continental Shelf Research. 2002. № 22. pp. 2373–2386.

Климчук А. Б. Гипогенный спелеогенез, его гидрогеологическое значение и роль в эволюции карста. Симферополь: ДИАЙПИ, 2013. 180 с.

Egemeier S. J. Cavern development by thermal waters // NSS Bulletin. 1981. № 43. P. 31–51.

Климчук А. Б. Роль спелеогенеза в формировании серных месторождений Предкарпатья. Симферополь: ДИАЙПИ, 2007. 64 с.

Hose L. D., Pisarowicz J. A. Cueva de Villa Luz, Tabasco, Mexico: reconnaissance study of an active sulfur spring cave and ecosystem // Journal of Cave and Karst Studies. 1999. № 61. pp. 13–21.

Hose L. D., Palmer A. N., Palmer M. V., Northup D. E., Boston P. J., DuChene H. R. Microbiology and geochemistry in a hydrogen-sulphide-rich karst environment // Chemical Geology. 2000. Т. 169. № 3. pp. 399–423.

Galdenzi S., Maruoka T. Gypsum deposits in the Frasassi Caves, central Italy // Journal of Cave and Karst Studies. 2003. Т. 65, № 2. С. 111–125.

Plan L., Tschegg C., De Waele J., Spötl C. Corrosion morphology and cave wall alteration in an Alpine sulfuric acid cave (Kraushöhle, Austria) // Geomorphology. 2012. Vol. 169.pp. 45–54.

Onac B. P., Wynn J. G., Sumrall J. B. Tracing the sources of cave sulfates: a unique case from Cerna Valley, Romania // Chemical Geology. 2011. Vol. 288, №. 3. pp. 105–114.

Yonge C. J., Krouse H. R. The origin of sulphates in Castleguard cave, Columbia icefields, Canada // Chemical Geology: Isotope Geoscience section. 1987. Vol. 65, №. 3. pp. 427–433.

Tisato N., Sauro F., Bernasconi S. M., Bruijn R. H., De Waele J. Hypogenic contribution to speleogenesis in a predominant epigenic karst system: a case study from the Venetian Alps, Italy // Geomorphology. 2012. Vol. 151. pp. 156–163.

Hill C. A., Forti P. Cave minerals of the world (2nd ed.). National Speleological Society, Huntsville Alabama, 1997. 463 p.

Holser W. T., Kaplan I. R. Isotope geochemistry of sedimentary sulfates // Chemical Geology. 1966. Vol. 1. pp. 93–135.

Eckardt F. The origin of sulphates: an example of sulphur isotopic applications // Progress in physical geography. 2001. Vol. 25, №. 4. pp. 512–519.

Seal R. R. Sulfur isotope geochemistry of sulfide minerals // Reviews in mineralogy and geochemistry. 2006. Vol. 61, №. 1.pp. 633–677.

Кунгурская ледяная пещера: опыт режимных наблюдений / под ред. В. Н. Дублянского. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 375 с.

Scholle P. A. Carbon and sulfur isotope stratigraphy of the Permian and adjacent intervals // The Permian of Northern Pangea. Springer Berlin Heidelberg, 1995. pp. 133–149.

Гидрогеология СССР. Т. XV. Башкирская АССР. М.: Недра, 1972. 344 с.

Bottrell S. H. Sulphur isotope evidence for the origin of cave evaporites in Ogof y Daren Cilau, South Wales // Mineralogical Magazine. 1991. Vol. 55, №. 2. P. 209–210.

Sancho C., Peña J. L., Mikkan R., Osácar C., Quinif Y. Morphological and speleothemic development in Brujas Cave (Southern Andean range, Argentine): palaeoenvironmental significance // Geomorphology. 2004. Vol. 57, № 3. pp. 367–384.

Onac B. P., Hess J. W., White W. B. The relationship between the mineral composition of speleothems and mineralization of breccia pipes: evidence from Corkscrew Cave, Arizona, USA // The Canadian Mineralogist. 2007. Vol. 45, №. 5. С. 1177–1188.

Temovski M., Audra P., Mihevc A., Spangenberg J. E., Polyak V., McIntosh W., Bigot J. Y. Hypogenic origin of Provalata Cave, Republic of Macedonia: a distinct case of successive thermal carbonic and sulfuric acid speleogenesis // International Journal of Speleology. 2013. Vol. 42, № 3. pp. 235–246.

Dinur D., Spiro B., Aizenshtat Z. The distribution and isotopic composition of sulfur in organic-rich sedimentary rocks // Chemical Geology. 1981. Vol. 31. pp. 37–51.

Червяцова О. Я., Потапов С. С. Гипсовые отложения Киндерлинской пещеры (Южный Урал) как возможный признак сернокислотного спелеогенеза // Спелеология и карстология. 2014. № 13 С. 17–30.