Методы определения минерального состава донных осадков оз. Байкал и расчета их термодинамических параметров как критерия палеоклиматических изменений

Abstract

Cлюды и хлориты, являющиеся слоистыми алюмосиликатами, образуются в эндогенных условиях. При разрушении материнских горных пород они могут сноситься в водоем в неизмененном виде вместе с грубообломочным материалом, состоящим преимущественно из кварца и полевых шпатов. Другие слоистые алюмосиликаты – продукты химического выветривания иллиты, монтмориллониты, каолинит – фиксируют в структуре физико-химические особенности гипергенных процессов. Взаимосвязь между кристаллохимической структурой и условиями образования позволяет использовать эти минералы как индикаторы палеоклимата. С этой целью разработан способ расчета стехиометрических формул и термодинамических свойств глинистых минералов из валового химического состава осадков. Стехиометрические формулы рассчитываются с помощью модели твердых растворов, а термодинамические параметры минералов вычисляются по двойственным решениям, полученным методом минимизации свободной энергии. Решения тестовых задач сопоставлены с результатами определения термодинамических свойств методом расплавной калориметрии растворения. Высокая согласованность экспериментальных и расчетных данных позволила выполнить расчет стехиометрических формул и термодинамических свойств иллитов из осадков оз. Байкал. Изучены интервалы осадков, сформировавшихся в ледниковые и межледниковые климатические периоды. Выявлено, что иллиты теплых межледниковых периодов отличаются более высоким содержанием калия, натрия и кальция. Следовательно, кристаллохимические особенности слоистых алюмосиликатов, накопленных в донных отложениях, позволяют определить физико-химические условия процессов выветривания в водосборном бассейне в те или иные климатические эпохи. Впервые установлено, что иллитам, сформировавшимся в межледниковые эпохи, свойственны более низкие значения термодинамических потенциалов, так как эти минералы образовались в относительно более теплых и влажных климатических условиях. Подобный подход может быть успешно использован для осадочных разрезов любых континентальных водоемов, а также других типов осадочных разрезов.