Стабильные изотопы как инструмент контроля границ закрытых экосистем на примере бассейна р. Витм

Abstract

Актуальность работы заключается в установлении влияния внешних макромасштабных факторов на изменение концентрационных и изотопных характеристик вод крупных водоемов. Цель: исследование влияния переходов условно закрытых экосистем на состав стабильных изотопов (δD, δ18O и δ13СDIC) и насыщенность вод рек отдельными макрокомпонентами на примере р. Витим. Методы. Анализ химического состава вод проводился методом титриметрии в проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета. Определение комплекса величин δD, δ18O, δ13СDIC вод и растворенного неорганического углерода (Dissolved Inorganic Carbon (DIC)) проводилось в центре коллективного пользования ИГМ СО РАН с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженного приставками пробоподготовки H/Device и GasBench II. Результаты. Представлены данные комплексного анализа изотопного состава 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 ‰ и от -23,3 до -20,2 ‰. Показано метеорное происхождение вод, построена локальная линия метеорных вод исследованного региона. Содержание DIC в изученных водах зависит от смены ландшафта. Значения δ13СDIC варьируют от -17,1 до -9,0 ‰ и свидетельствуют об участии в формировании DIC почвенной диффузионной и биогенной углекислоты. Полученная изотопно-концентрационная характеристика вод является инструментом, высокочувствительным к смене ландшафта - условной границы закрытых экосистем.

The relevance of investigation consists in revealing the influence of the environment macroscale factors on the variation of chemical and isotopic composition of large water reservoirs. The aim of the research is to study the influence of relatively closed ecosystem changing on chemical and isotope composition (δD, δ 18O и δ 13СDIC) of river waters on the example of Vitim river. Methods. Analysis of the chemical composition of waters was carried out using titration at the Basic Research Laboratory of Hydrogeochemistry at the School of Earth Sciences and Engineering of the Tomsk Polytechnic University. The δD, δ 18O, δ 13СDIC values of waters and dissolved inorganic carbon were determined in the Research Equipment Sharing Center at the Institute of Geology and Mineralogy SB RAS using the Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, equipped with the H/Device and GasBench II. Results. The paper introduces the data of the complex analysis of the hydrogen, oxygen and carbon isotope composition (δD, δ 18O and δ 13СDIC) in waters and DIC of the largest East Siberia river Vitim and some of its inflows. The δD and δ 18O values indicating the meteoric origin of waters vary from -173,0 to -149,1 ‰ for hydrogen and from -23,3 to -20,2 ‰ for oxygen. Local Meteoric Water Line of the region under investigation was plotted. DIC concentration in waters depends on the type of landscape and its changing. The δ 13СDIC values vary from -17,1 to -9,0 ‰ and show that main sources of DIC were soil diffusion and biogenic CO2. It was shown that isotope characteristic in association with the concentration characteristic of DIC in waters is an instrument very sensitive to landscape change (conventional board of the closed ecosystems).