Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор

Приводятся результаты режимных исследований по методике GNIP изотопного состава осадков для станций в Симферополе (24 месяца) и на Чатырдаге (15 месяцев), а также вод некоторых источников и одной скважины Горного Крыма. Зависимость между δD и δ18O атмосферных осадков и водопроявлений близка к глобал...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Дублянский, Ю.В., Климчук, А.Б., Амеличев, Г.Н., Токарев, С.В., Шпётль, К.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Український інститут спелеології та карстології НАН та МОН України 2012
Назва видання:	Спелеологія і карстологія
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49733
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор / Ю.В. Дублянский, А.Б. Климчук, Г.Н. Амеличев, С.В. Токарев, К. Шпётль // Спелеологія і карстологія. — 2012. — № 9. — С. 14-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49733
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-497332013-09-27T03:08:17Z Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор Дублянский, Ю.В. Климчук, А.Б. Амеличев, Г.Н. Токарев, С.В. Шпётль, К. Приводятся результаты режимных исследований по методике GNIP изотопного состава осадков для станций в Симферополе (24 месяца) и на Чатырдаге (15 месяцев), а также вод некоторых источников и одной скважины Горного Крыма. Зависимость между δD и δ18O атмосферных осадков и водопроявлений близка к глобальной линии метеорных вод. Характер кривых и различия в корреляции отдельных участков временных рядов с температурой воздуха указывает на множественность факторов, контролирующих изотопный состав осадков, причем различающиеся режимы формирования осадков реализовались в одном и том же периоде на близкорасположенных (в 23 км друг от друга) станциях. Наведено результати режимних досліджень за методикою GNIP ізотопного складу опадів для станцій в Сімферополі (24 місяці) і на Чатирдагу (15 місяців), а також вод деяких джерел та однієї свердловини Гірського Криму. Залежність між δD і δ18O атмосферних опадів і водопроявів близька до глобальної лінії метеорних вод. Характер кривих і відмінності в кореляції окремих ділянок часових рядів з температурою повітря вказує на множинність чинників, контролюючих ізотопний склад опадів, причому режими формування опадів, що розрізняються, реалізувалися в одному і тому ж періоді на близько розташованих (у 23 км. одна від одної) станціях. Atmospheric precipitation was sampled for isotopic analyses according to GNIP protocol at two stations in Crimea, Ukraine: Simferopol (24 months) and Chatyrdag (15 months). In addition, several karstic springs and one well tapping deep karstic aquifer were sampled. The δD vs. δ18O relationship is only slightly differs from global Meteoric Water Line. Variable degrees of correlation with the air temperature and the precipitation amount suggest that the isotopic composition of precipitation is affected by several processes (e.g., air temperature and supply of moisture from different sources). Interestingly, drastically different makeups of precipitation were observed simultaneously at two stations located only 23 km apart. 2012 Article Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор / Ю.В. Дублянский, А.Б. Климчук, Г.Н. Амеличев, С.В. Токарев, К. Шпётль // Спелеологія і карстологія. — 2012. — № 9. — С. 14-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1997-7492 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49733 ru Спелеологія і карстологія Український інститут спелеології та карстології НАН та МОН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Приводятся результаты режимных исследований по методике GNIP изотопного состава осадков для станций в Симферополе (24 месяца) и на Чатырдаге (15 месяцев), а также вод некоторых источников и одной скважины Горного Крыма. Зависимость между δD и δ18O атмосферных осадков и водопроявлений близка к глобальной линии метеорных вод. Характер кривых и различия в корреляции отдельных участков временных рядов с температурой воздуха указывает на множественность факторов, контролирующих изотопный состав осадков, причем различающиеся режимы формирования осадков реализовались в одном и том же периоде на близкорасположенных (в 23 км друг от друга) станциях.
format	Article
author	Дублянский, Ю.В. Климчук, А.Б. Амеличев, Г.Н. Токарев, С.В. Шпётль, К.
spellingShingle	Дублянский, Ю.В. Климчук, А.Б. Амеличев, Г.Н. Токарев, С.В. Шпётль, К. Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор Спелеологія і карстологія
author_facet	Дублянский, Ю.В. Климчук, А.Б. Амеличев, Г.Н. Токарев, С.В. Шпётль, К.
author_sort	Дублянский, Ю.В.
title	Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор
title_short	Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор
title_full	Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор
title_fullStr	Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор
title_full_unstemmed	Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор
title_sort	изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона крымских гор
publisher	Український інститут спелеології та карстології НАН та МОН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49733
citation_txt	Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор / Ю.В. Дублянский, А.Б. Климчук, Г.Н. Амеличев, С.В. Токарев, К. Шпётль // Спелеологія і карстологія. — 2012. — № 9. — С. 14-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Спелеологія і карстологія
work_keys_str_mv	AT dublânskijûv izotopnyjsostavatmosfernyhosadkovikarstovyhistočnikovseverozapadnogosklonakrymskihgor AT klimčukab izotopnyjsostavatmosfernyhosadkovikarstovyhistočnikovseverozapadnogosklonakrymskihgor AT ameličevgn izotopnyjsostavatmosfernyhosadkovikarstovyhistočnikovseverozapadnogosklonakrymskihgor AT tokarevsv izotopnyjsostavatmosfernyhosadkovikarstovyhistočnikovseverozapadnogosklonakrymskihgor AT špëtlʹk izotopnyjsostavatmosfernyhosadkovikarstovyhistočnikovseverozapadnogosklonakrymskihgor
first_indexed	2025-07-04T10:59:08Z
last_indexed	2025-07-04T10:59:08Z
_version_	1836713770284482560
fulltext	Спелеологія і Карстологія Спелеология и Карстология Speleology and Karstology ISSN 1997-7492 9, 2012, 14-21 УИСК Ю.В. Дублянский, А.Б. Климчук, Г.Н. Амеличев, С.В. Токарев, К. Шпётль Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор © Дублянский Ю.В.1, Климчук А.Б.2, Амеличев Г.Н.2, Токарев С.В.2, Шпётль К.1 1 Университет Инсбрука, Австрия 2 Украинский Институт спелеологии и карстологии МОНМС Украи- ны и НАН Украины при ТНУ им. В.И.Вернадского, Симферополь, Украина Корреспондуючий автор: E-mail: kyoto_yuri@mail.ru Дублянский Ю.В., Климчук А.Б., Амеличев Г.Н., Токарев С.В., Шпётль К. Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор // Спелеология и карстология, - № 9. – Симферополь. – 2012. – С. 14-21. Резюме: Приводятся результаты режимных исследований по методике GNIP изотопного состава осадков для станций в Симферополе (24 месяца) и на Чатырдаге (15 месяцев), а также вод некоторых источников и одной скважины Горного Крыма. Зависимость между δD и δ18O атмосферных осадков и водопроявлений близка к глобальной линии метеорных вод. Характер кривых и различия в корреляции отдельных участков временных рядов с температурой воздуха указывает на множественность факторов, контролирующих изотопный состав осадков, причем различающиеся режимы формирования осадков реализовались в одном и том же периоде на близкорасположенных (в 23 км друг от друга) станциях. Воды семи карстовых источников, относящихся к Долгоруковской яйле (2), Чатырдагу (1), Байдарской котловине (3) и Мангуп-кале (1) характеризуются изотопными значениями, более легкими, чем среднегодовые значения атмосферных осадков в их областях питания. Состав вод подземной реки Красной пещеры практически постоянен, и, таким образом, не связан с ходом изменения атмосферных осадков и режимом водности. Эти характеристики указывают на большую буферную и гомогенизирующую роль почвенного покрова и эпикарстовой зоны и на преобладание доли зимнего питания в общем балансе. Еще более легкие значения глубоких вод из скважины у Красной пещеры, возможно, объясняются их древним, доголоценовым, возрастом. Ключевые слова: изотопный состав; изотопы углерода; изотопы кислорода; изотопы водорода; дейтерий; атмосферные осадки; подземные воды; карстовые источники; эпикарст; Горный Крым. Дублянський Ю.В., Климчук О.Б., Амелічев Г.М., Токарев С.В., Шпётль К. Ізотопний склад атмосферних опадів і карстових джерел північно-західного схилу Кримських гір // Спелеологія и карстологія, - № 9. – Сімферополь. – 2012. – С. 14-21. Резюме: Наведено результати режимних досліджень за методикою GNIP ізотопного складу опадів для станцій в Сімферополі (24 місяці) і на Чатирдагу (15 місяців), а також вод деяких джерел та однієї свердловини Гірського Криму. Залежність між δD і δ18O атмосферних опадів і водопроявів близька до глобальної лінії метеорних вод. Характер кривих і відмінності в кореляції окремих ділянок часових рядів з температурою повітря вказує на множинність чинників, контролюючих ізотопний склад опадів, причому режими формування опадів, що розрізняються, реалізувалися в одному і тому ж періоді на близько розташованих (у 23 км. одна від одної) станціях. Води семи карстових джерел, що відносяться до Долгоруковськой яйли (2), Чатирдагу (1), Байдарськой улоговині (3) і Мангуп-кале (1), характеризуються ізотопними значеннями, легшими, ніж середньорічні значення атмосферних опадів в їх областях живлення. Склад вод підземної річки Червоної печери практично постійний, і, таким чином, не пов’язаний з ходом зміни атмосферних опадів і режимом водності. Ці характеристики вказують на велику буферну і гомогенізуючу роль грунтового покриву і епікарстової зони і на переважання долі зимового живлення в загальному балансі. Ще легші значення глибоких вод зі свердловини біля Червоної печери, можливо, пояснюються їх древнім, доголоценовим, віком. Ключові слова: ізотопний склад; ізотопи вуглецю; ізотопи кисню; ізотопи водню; дейтерій; атмосферні осідання; підземні води; карстові джерела; епікарст; Гірський Крим. 15 ИзоТопНый СоСТАВ АТмоСферНых оСАДКоВ И КАрСТоВых ИСТочНИКоВ СеВеро-зАпАДНоГо СКлоНА КрымСКИх Гор Спелеологія і Карстологія 9 (2012), 14-21 Speleology and Karstology 9 (2012), 14-21 ВВеДеНИе Изотопный состав атмосферных осадков – важный параметр, знание которого необходимо при метеорологических, гидрогеологических и палеоклиматических исследованиях. Глобальный мониторинг содержания изотопов водорода и кислорода в осадках проводится с 1961 г. в рамках программы GNIP (Global Network on Isotopes in Precipitation) под совместным патронажем мАГАТЭ (IAEA) и Всемирной метеорологической организации (World Meteorological Organization, WMO). Создаются также национальные сети наблюдений, поставляющие данные с более высоким пространственным и временным разрешением (к примеру, с 2007 г. функционирует ANIP; Austrian Network of Isotopes in Precipitation and Surface Waters). понимание процессов формирования изотопного сигнала просачивающихся вод, питающих водоносные горизонты и комплексы и отлагающих натеки в пещерах, является одним из необходимых условий для качественных интерпретаций изотопных характеристик подземных вод и палеоклиматического сигнала спелеотем (пещерных вторичных минеральных отложений). Это понимание невозможно без знания закономерностей изменения изотопного состава атмосферных осадков и их перехода в подземные воды. Систематические данные по изотопному составу атмосферных осадков Крыма отсутствуют. В районах с хорошим покрытием станциями GNIP или станциями национальных сетей, оценочные характеристики можно получить путем интерполяции. Это метод не может считаться корректным для Крыма, поскольку ближайшие станции сети GNIP (одесса, ростов-на- Дону и Синоп) находятся на значительном удалении (300-600 км), и отделены от Крыма акваториями черного и Азовского морей (рис. 1). Для получения этой информации, чрезвычайно важной для карстологических, гидрогеологических и Dublyansky Y.V., Klimchouk А.B., Amelichev G.N., Tokarev S.V., Spötl, C. Isotopic composition of atmospheric precipitation and karstic springs of the north-west slope of the Crimean Mountains // Speleology and Karstology, - № 9. – Simferopol. – 2012. – P. 14-21. Abstract: Atmospheric precipitation was sampled for isotopic analyses according to GNIP protocol at two stations in Crimea, Ukraine: Simferopol (24 months) and Chatyrdag (15 months). In addition, several karstic springs and one well tapping deep karstic aquifer were sampled. The δD vs. δ18O relationship is only slightly differs from global Meteoric Water Line. Variable degrees of correlation with the air temperature and the precipitation amount suggest that the isotopic composition of precipitation is affected by several processes (e.g., air temperature and supply of moisture from different sources). Interestingly, drastically different make- ups of precipitation were observed simultaneously at two stations located only 23 km apart. Waters in seven karstic springs discharging at Dolgorukovsky massif (2), Chatirdag (1), Baidarsky basin (3), and Mangup-kale (1) have isotopic compositions that follow local meteoric water line but are lighter than weighted annual mean values for their respective catchment areas. Isotopic composition of the underground stream in Krasnaya (Red) cave is nearly constant and thus, decoupled from changes in both the isotopic composition of atmospheric precipitation in the recharge area and the flow regime (flood or base flow). This suggests a strong buffering and homogenizing role of the soil cover and the epikarst zone, as well as the predominant role of winter recharge on these karst massifs. Still lighter isotopic composition of deep karstic water tapped by a borehole is tentatively explained by old, pre-Holocene age of this water. Keywords: isotopic composition; isotopes of carbon; isotopes of oxygen; isotopes of hydrogen; deuterium; atmospheric precipitation; ground waters; karstic springs; epikarst; Crimean Mountains. Рис. 1. Ближайшие к Крыму станции GNIP (показаны квадратными знаками). 16 Ю.В. Дублянский, А.Б. Климчук, Г.Н. Амеличев, С.В. Токарев, К. Шпётль Спелеологія і Карстологія 9 (2012), 14-21 Speleology and Karstology 9 (2012), 14-21 палеоклиматологических исследований, Украинский институт спелеологии и карстоведения моНмС Украины и НАН Украины и Университет Инсбрука (Австрия) начали в 2009 г. совместный проект, в рамках которого проводилось опробование атмосферных осадков по методике GNIP. В настоящем сообщении мы представляем результаты первых двух лет наблюдений для двух станций (Симферополь, 24 месяца и чатырдаг, 15 месяцев). параллельно с накоплением систематических данных по атмосферным осадкам, были опробованы отдельные водопроявления Горного Крыма (рис. 2). Следует подчеркнуть, что представляемые результаты характеризуют северный склон Главной гряды Крымских гор. приложимость выявленных закономерностей к южному склону гряды требует экспериментального подтверждения. 1. МеТоДы 1.1. отбор проб Станции для отбора ежемесячных проб воды (рис. 2) были организованы в Симферополе (N 44.98°, E 34.15°, высота 290 м в.у.м.; с октября 2009 г.) и на северном склоне нижнего плато массива чатырдаг (N 44.80°, E 34.29°, высота 980 м в.у.м.; с октября 2010 г.). В соответствии с методикой GNIP, пробы отбирались в специальный контейнер в течение календарного месяца, после чего вода сливалась, тщательно перемешивалась, и около 100 мл отбиралось для изотопного анализа. особое внимание уделялось тому, чтобы вода не подвергалась испарению во время накопления (недостаток изоляции и испарение привели к изменению первичного изотопного состава проб апреля-мая 2010 г.; эти анализы не были включены в базу данных). пробы из различных водопроявлений отбирались в плотно закрывающиеся пробирки (заполняются полностью). Все пробы, до отправки на анализ, хранились в холодильнике. 1.2. Изотопные анализы Изотопные анализы проводились в Университете Инсбрука (Австрия). Изотопный состав водорода (δD) определялся на масс-спектрометре Delta V Advantage, оснащенном автоматическим пробоотборником AS3000, устройством TC/EA и интерфейсом ConFlo II (все устройства Thermo Scientific). микропорции воды (0.4 мкл), транспортируемые потоком гелия, разлагались в TC/EA на молекулярный водород и окись углерода за счет реакции со стеклообразным углеродом при 1400°C. Выделившийся водород поступал для анализа в масс-спектрометр. Каждая проба характеризовалась не менее чем девятью измерениями; выборочно, около 10% проб анализировались дважды. результаты обрабатывались статистически и нормализовались относительно стандарта SMOW. Средняя точность измерений 1 ‰. Изотопный состав кислорода (δ18O) определялся на масс-спектрометре Delta PlusXL, оснащенном автоматическим пробоотборником PAL и интерфейсом GasBench II (все устройства Thermo Scientific). Анализ проводился методом изотопного уравновешивания с CO2. Каждая проба характеризовалась семью измерениями. результаты обрабатывались статистически и нормализовались относительно стандарта SMOW. Средняя точность измерений 0.1 ‰. Рис. 2. Станции отбора проб атмосферных осадков и опробованные водопроявления 17 ИзоТопНый СоСТАВ АТмоСферНых оСАДКоВ И КАрСТоВых ИСТочНИКоВ СеВеро-зАпАДНоГо СКлоНА КрымСКИх Гор Спелеологія і Карстологія 9 (2012), 14-21 Speleology and Karstology 9 (2012), 14-21 Для пересчета измеренных значений δD и δ18O в стандарт SMOW использовались лабораторные стандарты, калиброванные относительно стандартов мАГАТЭ (V-SMOW, V-SLAP и V-GISP). 2. РезульТАТы И оБСужДеНИе 2.1. локальная линия метеорных вод Со времен новаторской работы Крэйга (Craig, 1961) известно, что в глобальном масштабе, изотопы водорода и кислорода атмосферных осадков подчиняются взаимоотношению, известному как линия метеорных Вод (Meteoric Water Line, MWL), имеющему вид: δD = 8·δ18O + 10 (1) при определенных сочетаниях климатических и географических параметров, взаимоотношение изотопов, оставаясь линейным, может отличаться от уравнения (1). Такие взаимоотношения получили название локальных линий метеорных вод (Local Meteoric Water Line; LMWL). К примеру, LMWL для средиземноморского бассейна имеет вид (Gat, 1980, 1982): δD = 8·δ18O + 22 (2) отклонение средиземноморских изотопных характеристик от глобальных вызвано интенсивным испарением с поверхности моря при контакте с воздушными массами, имеющими низкую влажность. поскольку Крымский полуостров окружен значительными по площади водными бассейнами, следует проверить гипотезу о возможном различии в параметрах локальной линии метеорных вод для Крыма и глобальной линии метеорных вод. локальная линия метеорных вод для Крыма (точнее, для северного склона Крымских гор), построенная по результатам двухлетних наблюдений, показана на рис. 3. параметры линии выражаются как: δD = 7.0·δ18O + 3.2 (3) Точность аппроксимации R2 = 0.966. В переделах интервала измеренных значений, эта линия лишь слегка отличается от глобальной линии метеорных Вод; разница не превышает 0.5 ‰ δ18O, что меньше стохастических отклонений изотопного состава осадков от метеорной линии (обычно, ±1 ‰). Среднегодовые значения δD и δ18O атмосферных осадков, рассчитанные для двух станций по результатам измерений 2011 г., приведены в таблице 1. Cреднегодовые значения несколько ниже для станции чатырдаг, расположенной на большей высоте. разница в 1.2 ‰ δ18O при разнице высот 700 м соответствует высотному градиенту -0.17 ‰/100 м. Это значение несколько ниже среднего по европе (-0.21 ‰/100 м), однако лежит в пределах вариаций значений, полученных для различных европейских регионов (от -0.15 до -0.40 ‰/100 м; Poage and Chamberlain, 2001). Высотный градиент для δD составляет -1.1 ‰/100 м. 2.2. Изменение изотопного состава атмосферных осадков в течение года В течение года, изотопный состав атмосферных осадков изменяется в довольно широких пределах (~60 ‰ для δD и ~7 ‰ для δ18O). поскольку изотопный состав водорода и кислорода атмосферных осадков связан линейной зависимостью, дальнейшее обсуждение будет иллюстрироваться данными для одного изотопа, δD. На рис. 4 показан годовой ход δD для двух станций в 2009-2011 гг. График для станции чатырдаг в 2011 г. показывает довольно простой характер изменений, характеризующийся низкими значениями в холодные зимние месяцы и более высокими значениями – в летние. Такое изменение, в целом, соответствует годовому ходу температур (коэффициент корреляции r = 0.83). Таблица 1 Средневзвешенные значения δD и δ18O атмосферных осадков для станций Симферополь и чатырдаг в 2011 г. Рис. 3. Локальная линия метеорных вод (штриховая красная линия) для северного склона Крымских гор и среднегодовые изотопные значения атмосферных осадков для двух станций. Глобальная Линия Метеорных Вод (серая сплошная линия) показана для сравнения. Станция В ы со та в .у .м . ( м ) δ18O (‰ V-SMOW) δD (‰ V-SMOW) Симферополь 280 -7.4 -50.2 чатырдаг 980 -8.6 -57.8 18 Ю.В. Дублянский, А.Б. Климчук, Г.Н. Амеличев, С.В. Токарев, К. Шпётль Спелеологія і Карстологія 9 (2012), 14-21 Speleology and Karstology 9 (2012), 14-21 Изменения для станции Симферополь несколько более сложные. Для 2010 г., среднемесячные значения δD и T также показывают значительную корреляцию (r = 0.72). В 2011 г., однако, ситуация изменилась. С января по август значения δD возрастают, однако рост не монотонный, а с осцилляциями амплитудой 20- 30 ‰. С августа по декабрь, вместо монотонного снижения, наблюдаются высокоамплитудные (50-55 ‰) колебания. В результате, корреляция между изотопным составом и среднемесячной температурой воздуха практически исчезает (r = 0.21). можно предположить, что значительное влияние на изотопный состав осадков Симферополя в 2011 г. оказывал привнос атмосферной влаги различного происхождения, практически не зависящий от температуры воздуха. Интересно также, что два различных режима (контролируемый температурой и контролируемый привносом влаги; рис. 4) могут реализоваться одновременно на станциях удаленных друг от друга на незначительное расстояние (расстояние между станциями Симферополь и чатырдаг – около 23 км). 2.3. Изотопный состав карстовых источников и подземных вод Накопление эмпирических данных об изотопном составе подземных вод Крыма только начинается. На рис. 5 приведены результаты анализов вод нескольких водопроявлений: - группа водопроявлений урочища Краснопещерного, в которую входят подземная река Красной пещеры, источник на Туфовой площадке, источник №33 ниже по долине Краснопещерной реки), а также изливающая с глубины около 60 м наблюдательная скважина, пробуренная у подножья западного склона Долгоруковского массива; - Аянский источник у подножья северного склона массива чатырдаг; - пещеры-источники Байдарской котловины (Скельская, черная и мамут- чокрак); - малодебитный источник Женский на массиве мангуп-кале в предгорном Крыму, вероятно дренирующий эпикарстовую зону, возможно с долей формирующегося в ней конденсационного питания. Из рисунка видно, что изотопный состав всех водопроявлений хорошо согласуется с локальной линией метеорных вод, определенной в разделе 2.1. при этом воды источников существенно (на 5-13 ‰ δD и на 1.3-2.2 ‰ δ18O) «легче» средневзвешенного годового состава атмосферных осадков на высоте областей питания этих источников (таблица 2). результаты периодических измерений изотопного состава вод реки в Красной пещере и наблюдательной скважине, проведенных в октябре 2009 – марте 2010, а также характеристики атмосферных осадков на станции Симферополь (20 км к Сз от пещеры) для осени-весны 2009-10 гг., показаны на рис. 6. Воды подземной реки Красной пещеры имеют довольно постоянный состав δD = -70.0±1.5 ‰ и δ18O = 10.4±0.3 ‰ (возможно наличие сглаженного максимума в декабре, однако его амплитуда близка к аналитической погрешности). Включенные в рис. 6 Рис. 4. Изменение изотопного состава атмосферных осадков для станций Симферополь и Чатырдаг по месяцам. Месячные суммы осадков (столбики), температура (голубая линия) даны для 2011 г. по данным метеостанции Симферополь (WMO 33946), представленным на WEB- сайте «Расписание Погоды» (rp5.ua). Рис. 5. Изотопный состав различных водопроявлений горного Крыма. Локальная линия метеорных вод показана штриховой линией, вместе с «коридором» ±1 ‰ δ18O. 19 ИзоТопНый СоСТАВ АТмоСферНых оСАДКоВ И КАрСТоВых ИСТочНИКоВ СеВеро-зАпАДНоГо СКлоНА КрымСКИх Гор Спелеологія і Карстологія 9 (2012), 14-21 Speleology and Karstology 9 (2012), 14-21 данные характеризуют холодный период, который отличается прохождением дождевых и снеговых паводков, приводящих к значительным колебаниям расхода подземной реки (Дублянский и др., 2002). Изотопный состав атмосферных осадков в этот период также изменялся довольно значительно. однако, как видно из рисунка, все эти факторы практически не оказывают влияния на изотопный состав воды в подземной реке. Воды глубокого водоносного горизонта (зона замедленной циркуляции) в блоке верхнеюрских известняков, погруженном ниже уровня эрозионного вреза р. Краснопещерной, опробованные в наблюдательной скважине, имеют практически неизменный изотопный состав δD = -83.0±1.0 ‰ и δ18O = -12.9±0.2 ‰ (это подтверждено также дополнительным опробованием в 2011 г.). Измеренные δD на 20-25 ‰ легче, чем расчетные среднегодовые значения атмосферных осадков на Долгоруковской яйле, и даже несколько легче самых легких, зимних значений δD, измеренных за 2 года наблюдений. 2.4. обсуждение Облегченный изотопный состав источников и подземной реки Наши данные показывают, что δD и δ18O вод обследованных карстовых источников, а также подземной реки Красной пещеры существенно легче, чем среднегодовые значения, ожидаемые для атмосферных осадков, выпадающих в областях питания этих источников (см. табл. 2). Это указывает на преобладание зимнего питания этих водопроявлений. Дублянский (1977) показал, что в летнее время в Горном Крыму только осадки с интенсивностью, превышающей 20 мм/сут, участвуют в питании карстовых вод, тогда как осадки меньшей интенсивности полностью расходуются на испарение (относительная влажность на яйле летом около 58%). Согласно Источник или группа источников область питания Высота области питания (м в.у.м.) δD осадков области питания* (‰) δ18O осадков области питания* (‰) δD источника (‰) δ18O источника (‰) разница источник – область питания δD (‰) разница источник – область питания δ18O (‰) Красная пещера, река и группа источников Красной пещеры Долгоруковская яйла 800-900 -54...-55 -8.0...-8.2 -70...-72 -10.5...-10.7 -16...-17 -2.5 Источник Аян Нижнее плато г. чатырдаг 950-1050 -55...-56 -8.2...-8.4 -66 -10.2 -10...-11 -1.8...-2 Группа пещер- источников Байдарской котловины западная часть массива Ай- петри 1000-1200 -56...-59 -8.4...-8.7 -61...-63 -9.4...-10.1 -4...-5 -1.3 Источник Женский, мангуп-кале Вершинная поверхность массива мангуп- кале 500-560 -51...-52 -7.5...-7.7 -65 -9.8 -13...-14 -2.1...-2.3 примечание: * - среднегодовое значение расчитанное на основании высотных градиентов определенных в разделе 2.1 Таблица 2 Сравнение измеренных изотопных характеристик вод карстовых источников со среднегодовыми характеристиками осадков в их областях питания Рис. 6. Изотопный состав (δD) воды реки в Красной пещере и в скважине с октября 2009 г. по март 2010 г. Для сравнения показан ход изотопного состава осадков в г. Симферополь и расчетный среднегодовой состав осадков на Долгоруковской яйле (800-900 м н.у.м.). Пары значений для реки в пещере характеризуют ситуации максимального и минимального расходов для данного месяца. 20 Ю.В. Дублянский, А.Б. Климчук, Г.Н. Амеличев, С.В. Токарев, К. Шпётль Спелеологія і Карстологія 9 (2012), 14-21 Speleology and Karstology 9 (2012), 14-21 многолетним наблюдениям, в период с мая по октябрь на Долгоруковской яйле на испарение расходуется от 56 до 90% осадков (Дублянский и др., 2002). зимние осадки значительно в большей степени пополняют запасы подземных вод. Этому способствуют более низкие температуры, высокая влажность (90%), и многократное, в течение зимы, стаивание и обновление снегового покрова (Дублянский и др., 2002). Наблюдаемый «изотопно облегченный» характер воды в Красной пещере, а также в других источниках, по-видимому отражает преимущественное зимнее питание карстовой системы. различие между атмосферными осадками и водой в пещере в ноябре- декабре, когда снеговое питание еще отсутствует, указывает на наличие в системе значительных буферных запасов, которые в условиях приподнятых цокольных известняковых массивов Горного Крыма могут быть связаны только с эпикарстом, так как мощность и запасы фреатической зоны крайне незначительны. Дальнейшая интерпретация изотопных данных потребует более детальных режимных наблюдений. Данные о преобладании зимнего питания для опробованных Крымских источников указывают на проблемный характер одного из подходов, используемого в гидрогеологии карста, согласно которому высота области питания карстового источника оценивается путем сравнения изотопного состава воды источника и атмосферных осадков с учетом высотного изотопного градиента (Geyh et al., 1988). Для источника мангуп такой расчет дает высоту области питания ~1800 м в.у.м (реальная высота 500-560 м); для источников Красной пещеры расчетная высота ~2200 м в.у.м (реальная 800-900 м). очевидно, что подход (Geyh et al., 1988) может использоваться только в том случае, если известно, что вода карстового источника питается атмосферными осадками равномерно в течение года. Постоянство изотопного состава реки в Красной пещере постоянство изотопного состава, не зависящее ни от режима водности реки Красной пещеры, ни от состава выпадающих в это время на поверхности массива осадков (рис. 6), согласуется с результатами исследований во многих карстовых районах мира, свидетельствующих о том, что вариации изотопного состава осадков на входе в карстовую систему подавляются при дальнейшем прохождении вод в ней вследствие буферной и гомогенизирующей роли почвенного покрова и эпикарстовой зоны (Ford and Williams, 2007; Климчук, 2009). Базовый (меженный) сток источников обычно характеризуется изотопным составом, близким к среднегодовому составу осадков в области питания, а незначительные вариации связаны с наиболее крупными паводками (Yonge at al., 1985; Geyh et al., 1988). особенность опробованных источников Крыма состоит в том, что они отражают не среднегодовой, а преимущественно зимний состав осадков зоны питания. Изотопный состав вод зоны глубокой циркуляции Данных для надежной интерпретации изотопно «облегченного» характера вод, вскрытых скважиной в урочище Красной пещеры, пока не достаточно. одно из возможных объяснений – эти воды имеют доголоценовый возраст, и характеризуют более холодный климат периода их формирования. Такое объяснение не противоречит глубинному характеру циркуляции вскрытых скважиной вод, который был ранее установлен по повышенной минерализации, специфическому составу газов (метан, сероводород, гелий), восстановительному характеру вод (Eh = -170 ... -250) и повышенной активности элементов уранового ряда (Дублянский и др., 2002). зАКлЮчеНИе опробование атмосферных осадков проводилось по методике GNIP на станциях Симферополь (24 месяца) и чатырдаг (15 месяцев). Несколько водопроявлений было опробовано при разовых посещениях; три водопроявления опробовались многократно в течение периода наблюдений. результаты характеризуют северный склон Главной гряды Крымских гор; возможность их использования для южного склона гряды требует экспериментального подтверждения. Установлено, что зависимость между δD и δ18O атмосферных осадков близка к глобальной линии метеорных вод, и выражается как δD=7.0·δ18O+ 3.2. Величина высотного изотопного градиента для атмосферных осадков составляет -0.17 ‰/100 м для δ18O. Для двух годовых серий наблюдений (Симферополь-2010 и чатырдаг-2011) ход изотопного состава атмосферных осадков показал значительную корреляцию с температурой воздуха (r = 0.7-0.8). В еще одной серии (Симферополь-2011), корреляция была низкой (r = 0.2). Такое различие говорит о множественности факторов, контролирующих изотопный состав осадков. Интересно, что кардинально различающиеся режимы формирования осадков реализовались в одном и том же году на станциях, расположенных всего в 23 км друг от друга. Воды шести карстовых источников относящихся к Долгоруковской яйле (2), чатырдагу (1) и Байдарской котловине (3), а также малодебитного источника на мангуп-кале показали изотопные составы, соответствующие локальной линии метеорных вод. при этом во всех случаях изотопные значения были легче, чем среднегодовые значения атмосферных осадков в их областях питания. Из этого можно сделать вывод о преобладании зимнего питания для этих источников. проведено периодическое опробование подземной реки Красной пещеры в холодный период года (октябрь 2009-март 2010). Несмотря на изменчивость расходов (от низких до паводковых), изотопный состав воды в реке оставался практически постоянным (δD = -70.0±1.5 ‰, δ18O = 10.4±0.3 ‰). Измеренные значения ниже (на 12 ‰ для δD и 1,8 ‰ для δ18O), чем расчетный среднегодовой состав осадков на Долгоруковской яйле, и практически не связаны с ходом изменения атмосферных осадков. Эти характеристики указывают на большую буферную и гомогенизирующую роль почвенного покрова и 21 ИзоТопНый СоСТАВ АТмоСферНых оСАДКоВ И КАрСТоВых ИСТочНИКоВ СеВеро-зАпАДНоГо СКлоНА КрымСКИх Гор Спелеологія і Карстологія 9 (2012), 14-21 Speleology and Karstology 9 (2012), 14-21 эпикарстовой зоны и преобладание доли зимнего питания в общем балансе питания. Воды зоны замедленной циркуляции, опробованные в расположенной недалеко скважине 5 раз за трехлетний период (с 2009 по 2011 г.), дали постоянные, и еще более легкие значения (δD = -83.0±1.0 ‰, δ18O = -12.9±0.2 ‰). Такие низкие значения трудно объяснить даже исключительно зимним питанием; в качестве рабочей гипотезы предлагается древний, доголоценовый, возраст этих глубинных подземных вод. приведенные данные по изотопному составу водопроявлений фрагментарны, однако уже сейчас видно, что развитие этого направления исследований может дать интересную дополнительную информацию для решения многих до сих пор нерешенных вопросов гидрогеологии крымского карста. лИТеРАТуРА Дублянский В.Н. Карстовые пещеры и шахты Горного Крыма. - л.: Наука, 1977. - 181 с. Дублянский В.Н., Вахрушев Б.А., Амеличев Г.Н., Шутов Ю.И. Красная пещера. опыт комплексных карстологических исследований. - москва: рУДН, 2002. - 189 с. Климчук А.Б. Эпикарст: гидрогеология, морфогенез и эволюция. - Симферополь: УИСК-Сонат, 2009. - 112 c. Ford D., Williams P. Karst Hydrogeology and Geomorphology. – Wiley, Chichester, 2007. – 562 pp. Craig H. Isotopic variations in meteoric waters. // Science - 1961. - №133 (3465) - pp. 1702–1703. Gat J.R. The isotopes of hydrogen and oxygen in precipitation. // Fritz, P., Fontes, G. Eds.., Handbook of Environmental Isotope Geochemistry, Vol. 1. - Amsterdam: Elsevier, 1980. - pp. 21–47. Gat J.R. Precipitation, groundwater and surface waters. Paleoclimates and Paleowaters. // Int. At. Energy Agency, Vienna. - 1982. - pp. 3–12. Geyh M.A., Michel G., Wagner W. Environmental isotope identification of catchment areas in karst. // 21st IAH Congress “Karst hydrogeology and karst environment protection”, 10-15 October 1988, Guilin, China. - pp. 58-63. Poage M.A., Chamberlain C.P. Empirical relationships between elevation and the stable isotope composition of precipitation and surface waters: Considerations for studies of paleoelevation change. // American Journal of Science. - №301. - 2001. - P.1-15. Yonge C.J., Ford D.C., Gray J., Schwarz H.P. Stable isotope studies of cave seepage water. // Chemical Geology. - №58. - 1985. - P.97-105.

Изотопный состав атмосферных осадков и карстовых источников северо-западного склона Крымских гор

Репозитарії

Схожі ресурси