Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИМПЛЕКС-МЕТОДА В ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИХ РЕКОНСТРУКЦИЯХ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ ДОННЫХ ОСАДКОВ ОЗЕРА БАЙКАЛ

Ощепкова А.В. 1
1 Иркутский государственный университет
1. Булах А. Г. Руководство и таблицы для расчета формул минералов / А. Г. Булах // М. : Недра, 1964. – 131 с.
2. Коллектив авторов. Глубоководное бурение на Байкале – основные результаты. // Геология и геофизика, 2001, т. 42, №1 – 2, с. 8 – 35.
3. Коллектив авторов. Позднекайнозойская палеоклиматическая запись в осадках озера Байкал (по результатам исследования 600-метрового керна глубокого бурения). // Геология и геофизика, 2000, №1, т. 41, с. 3 – 32.
4. Кузьмин М.И. Химический состав осадков глубоководных байкальских скважин как основа реконструкции изменений климата и окружающей среды / М. И.Кузьмин, В.А. Бычинский, Е.Б. Кербер, А.В. Ощепкова, А.В. Горегляд, Е.В. Иванов. – Геология и геофизика. – 2014. – №1, т. 55 № 1 с. 98-123..
5. Ощепкова А.В. Расчет минерального состава донных отложений оз. Байкал по петрохимическому составу / А.В. Ощепкова, В.А. Бычинский // Проблемы геологии и освоения недр: Труды XVII Международного научного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых. Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. Т. 1. – С. 134–136.
6. Ощепкова А.В. Реконструкция минерального состава глубоководных байкальских осадков на основе их химического состава / А.В. Ощепкова, М.И. Кузьмин, В.А. Бычинский // Известия Иркутского государственного университета. – Серия «Науки о Земле». – 2013. – Т. 6. - № 1. – С. 122–132.
7. Солотчина Э.П. Структурный типоморфизм глинистых минералов осадочных разрезов и кор выветривания / Э.П. Солотчина // Новосибирск : Академ. изд-во «Гео», 2009. – 234 с.

Актуальным направлением современных научных исследований является создание глобальных и региональных моделей эволюции климата и окружающей среды. Наиболее детальные палеоклиматические летописи составлены по результатам изучения донных осадков океанов. На континентах получение палеоклиматической информации затруднительно, в Центральной Азии уникальным объектом изучения палеоклимата является озеро Байкал, содержащее многокилометровую толщу осадков, накопившихся непрерывно.

В ходе международного научно-исследовательского проекта Байкал-бурение пройдены скважины в байкальских осадках и получен керн до 600-метровой глубины. Наиболее перспективными для изучения палеоклиматических обстановок являются осадки Академического хребта, в которых пробурены скважины BDP-96 и BDP-98. Хребет отделен от берега глубоководными котловинами, осадочный материал поступает только из водной толщи.

Проведенные ранее исследования показали, что значимым индикатором изменения климата и окружающей среды являются глинистые минералы (Солотчина, 2009, Коллектив, 2000, 2001 и др.) Большой объем осадочной толщи затрудняет применение высокоточных методов минералогического анализа, каким является рентгенофазовый анализ (XRD). В этом случае целесообразно применение математических методов, одним из которых является симплекс-метод, позволяющий по химическому составу качественно оценить минеральный состав осадков (Кузьмин и др., 2014).

Симплекс-метод – это решение системы уравнений по шагам, которое начинается с опорного решения и в поисках лучшего варианта движется по угловым точкам области допустимого решения, улучшающих значение целевой функции до тех пор, пока целевая функция не достигнет оптимального значения. Такой метод позволяет быстро и с удовлетворительной точностью оценить количество глинистых минералов по химическому составу осадка. Обязательное условие данного подхода – химическому составу исследуемого интервала должен точно соответствовать исходный набор минералов, из которого выбираются наиболее вероятные компоненты. Однако смешанослойные минералы – это твердые растворы, переслаивающиеся двух-трехслойные алюмосиликаты с адсорбированными элементами в межслоевых пространствах. Вследствие их сложного строения, формулы глинистых смешанослойных минералов не представляются в виде строгой стехиометрической формулы, а записываются с использованием переменных коэффициентов. Такой вид записи не может быть применен в расчетах симплекс-методом, как и идеальная модель твердого раствора.

С целью применения симплекс-метода были проведены расчеты условных стехиометрических формул глинистых смешанослойных минералов. Терригенная составляющая осадка была пересчитана на 100 %, чтобы точно представить химический состав осадка в виде стехиометрических формул минералов. Были удалены такие элементы как титан, марганец, содержащиеся в долях процента в исходной пробе, и присутствующие в минералах в виде изоморфных примесей. Химический состав, соответствующий глинистой части осадка, был получен как разница между общим химическим составом и пересчитанными на химический состав минералов, определенных рентгенофазовым анализом – это неслоистые кварц, полевые шпаты и слоистые каолинит, мусковит и хлорит.

На основе полученного химического состава глинистых минералов, согласно методике, предложенной Булахом А.Г. (Булах, 1964), выполнен расчет стехиометрических формул таких минералов, как иллит-смектит, монтмориллонит и хлорит-смектит. В качестве опорных данных для расчета стехиометрических формул использованы химические составы проб которые по глубине и содержанию биогенного кремнезема хорошо соответствуют образцам донных отложений, для которых минеральный состав определен XRD–методом (Ощепкова, Бычинский, 2013, Ощепкова и др., 2013).

Симплекс-метод был применен для расчета минерального состава по среднему химическому составу для скважины BDP-98 (табл. 1). Анализировались теплые и холодные климатические эпизоды, которые были установлены предварительно по содержанию кремнезема. На основании палеомагнитных данных, анализа керна и расчета скорости осадконакопления, были установлены следующие возрастные закономерности. Интервалу керна 110–270 м соответствует временной интервал 2,5–6,5 млн лет; на глубине 277 м возраст осадков – 6,56 млн лет. На основе расчета скорости осадконакопления в комплексе с другими методами установлены следующие датировки: на глубине 400 м возраст осадков составляет 8,8 млн лет; на глубине 480 м – 9,4 млн лет; на глубине 600 м – приблизительно 10,3 млн лет (Коллектив, 2000).

Полученные результаты расчета минерального состава осадков по их химическому приведенному в табл. 1 наглядно представляют различие в минералогии теплых и холодных климатических периодов (табл. 2). В периоды потепления увеличивается сумма гипергенных смешанослойных глинистых минералов – иллит-смектита и иллита. Периодам похолодания соответствует увеличение содержания обломочных мусковита и хлорита, вынесенных из коренных пород.

Таблица 1

 

Средние содержания оксидов в глубоководных осадках Академического хребта (скважина BDP-98)

в холодные и теплые климатические эпизоды (содержание в весовых процентах)

Интервалы, м

Климатические эпизоды

Число проб

SiO2 био

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3(totl)

MnO

MgO

CaO

Na2O

K2O

п.п.п.

0-100 м

общ.

103

17.34

55.19

0.85

17.90

8.00

0.11

2.60

2.08

2.27

2.88

7.62

тепл.

45

28.05

55.51

0.85

17.51

7.49

0.11

2.38

2.05

2.04

2.66

8.90

хол.

59

8.29

56.34

0.84

17.57

8.08

0.11

2.66

2.05

2.36

2.94

6.55

100-250 м

общ.

132

19.01

55.04

0.80

18.42

7.34

0.08

1.88

1.62

1.60

2.18

10.55

тепл.

84

23.35

55.13

0.80

18.18

7.14

0.08

1.84

1.59

1.52

2.12

11.12

хол.

49

11.62

55.53

0.79

18.73

7.41

0.07

1.93

1.63

1.75

2.26

9.44

300-450 м

общ.

95

17.00

53.66

0.90

19.22

7.42

0.07

2.31

1.64

1.80

2.24

10.27

тепл.

43

21.68

54.47

0.89

18.99

7.12

0.07

2.25

1.54

1.80

2.27

10.21

хол.

52

12.07

53.08

0.91

19.50

7.65

0.08

2.38

1.72

1.80

2.23

10.14

450-600 м

общ.

78

10.49

51.45

0.94

20.05

7.81

0.10

2.44

1.87

1.92

2.13

10.72

тепл.

15

16.56

53.27

0.96

19.68

6.89

0.08

2.31

1.60

1.85

2.17

10.71

хол.

63

8.76

51.03

0.94

20.16

8.03

0.10

2.49

1.89

1.88

2.09

10.79


Fe2O3totl – все железо, представленное в Fe2O3; общ. – среднеарифметические величины для всего интервала керна; хол. – среднеарифметические величины для холодных климатических эпизодов, пробы с содержанием SiO2био < 17 %; тепл. – среднеарифметические величины для климатических теплых эпизодов, пробы с содержанием SiO2био > 17 %

Таблица 2

 

Результаты расчета минерального состава по среднему химическому составу (скважина BDP-98)

Неслоистые минералы (содержание в весовых процентах)

Слоистые силикаты (содержание в весовых процентах)

Интервалы керна:

Климат:

Кварц

Альбит

Анортит

КПШ

Сумма

Мусковит

Хлорит

Каолинит

Обломочные*

Иллит

Иллит-смектит

Хлорит-смектит

Смешанослойные**

0-100 м

Тепло

5.51

10.44

1.96

0.84

18.75

16.14

0.00

12.34

28.48

9.25

40.87

2.13

52.25

Холод

6.41

13.05

1.98

0.85

22.29

24.83

8.59

7.33

40.75

0.00

32.77

3.73

36.50

100-200 м

Тепло

15.53

5.07

1.42

0.28

22.30

0.00

1.93

16.74

18.67

24.22

32.08

2.18

58.48

Холод

13.95

8.16

1.43

0.29

23.83

18.55

1.79

19.47

39.81

0.00

27.1

8.65

35.75

300-450 м

Тепло

10.3

6.51

1.43

0.29

18.53

0.00

2.94

15.34

18.28

25.98

34.89

4.54

65.41

Холод

11.27

8.39

1.44

0.29

21.39

18.2

0.29

20.82

39.31

0.00

27.56

8.5

36.06

450-600 м

Тепло

6.08

9.25

1.41

0.28

17.02

0.07

0.00

15.9

15.97

26.76

34.68

4.96

66.40

Холод

6.08

9.25

1.41

0.28

17.02

0.00

0.00

15.9

15.9

26.76

34.68

4.96

66.40


* сумма обломочных глинистых минералов

** сумма смешанослойных минералов (продуктов выветривания)

Применение симплекс-метода позволит качественно оценить большой объем накопленной информации о байкальских осадках и выделить те интервалы керна, изучение которых XRD-анализом или любым другим даст наиболее важную информацию об изменении климата Центральной Азии.


Библиографическая ссылка

Ощепкова А.В. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИМПЛЕКС-МЕТОДА В ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИХ РЕКОНСТРУКЦИЯХ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ ДОННЫХ ОСАДКОВ ОЗЕРА БАЙКАЛ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 7-2. – С. 40-42;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34293 (дата обращения: 09.07.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074