Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry (GEOKHI) RAS ГЕОХИ Изотопия углерода для некоторых вулканических пород и газов Камчатки Воропаев С.А., Малик Н.А.*, Севастьянов В.С., Душенко Н.В. ГЕОХИ РАН (voropaev@geokhi.ru) * Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, ПетропавловскКамчатский Работа поддержана грантом РФФИ, проект N 19-05-00554 Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry (GEOKHI) RAS ГЕОХИ Проницаемые зоны земной коры в районах активного вулканизма являются удобными объектами для изучения состава глубинных мантийных и коровых газов. Эти зоны характеризуются поступлением к земной поверхности огромных количеств магмы и газов, связанных с современными геотектоническими процессами, большим количеством трещин на разных глубинах и высокой сейсмической активностью. Важное значение для понимания природы гидротермальных систем, как правило, рудоносных и содержащих углеводороды, имеют геохимические исследования, позволяющие выявить вклад мантийной компоненты. Для этих целей в пределах юго-восточной и центральной Камчатки нами было начато изучение изотопного состава углерода (δ13С VPDB) выделяемых фумарольных газов и лавы и проведено сравнение с известными данными по изотопному составу благородных газов (He, Ne, Ar). ГЕОХИ F. V. Kaminsky et al. “Kamachitite diamonds … ” American Mineralogist, 2019 T. Ishilawa et al. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 65, No. 24, pp. 4523–4537, 2001 ГЕОХИ 1 – континентальная литосфера; 2 – субдуцирующая океанская литосфера; 3 – отделение флюидов; 4 – частичное плавление и подъем магмы; 5 – подводящие каналы и промежуточные магматические очаги; 6 – изотермы, град. Схема магмообразования на Камчатке и Курильской дуге. Г.П. Авдейко, 1993 ГЕОХИ 2019 ГЕОХИ 2020 ГЕОХИ Рисунок 1. (а) Общий вид прибора (б) принципиальная схема работы. 1 – электронный блок управления; 2 – индукционный нагреватель (печь); 3,9 – защитный диск из теплоизоляционной ваты МКРР; 4 – кварцевая лодочка с загружаемым образцом; 5,7 – вакуумная пробка из резины со стопором для отбора газа; 6 – термопара (сплав Nicrobell D); 8 – теплоотражающий экран; 10 – основное тело кварцевого реактора; 11 – манометр; 12 – резервуар для выравнивания давления в замкнутом контуре с поршнем; 13 – вакуумный натекатель; 14 – игла газоплотного шприца. ГЕОХИ Для проведения дегазации при температуре 100°С в течение 2-х часов выполнялась продувка гелием (освобождение от адсорбированных газов и воздушных примесей). Температура дегазации составляла 500°С (выдерживали при данной температуре 10 минут для максимального выхода летучих). Анализ состава и количества газов выполнялся на газовом хроматографе «КристалЛюкс-4000М». Таблица 1. Содержание летучих компонентов в образцах лавы ТТИ-50, вулкан Толбачик Образец Определяемый компонент (мкг/г) или (мг/кг) Н2 N2 CH4 CO CO2 H2O H2S CH3-SCH3 пепел 0.06015 1.05801 0.04627 0.22194 9.77964 10.22870 - 1.9784* 10-5 Lp 2/1 0.05229 2.52382 0.01724 0.12161 2.19183 13.85770 - - Lp 3/1 0.15491 2.16087 0.02145 0.15310 2.46919 4.16930 0.04857 - ГЕОХИ РАН Ценную информацию для понимания Камчатских магматических систем дало изучение вулканических газов, выделенных из лавы и активных фумарол. Показано, что среди них преобладает водяной пар (более 70%), установлены также CO2, CO, CH4, H2, N2, NH3, S2, H2S, SO2, COS, CH3SCH3, HCl, HF, инертные газы, в том числе мантийный 3Не, борная и мышьяковистая кислота, хлориды и фториды металлов. В наших исследованиях вулканические газы определялись непосредственно из фумарол методом отбора газа «через водяной затвор»: в емкость с водой опускали вакутейнеры (вода вытесняла весь воздух), шланг погружали в воду и после многократной продувки набирали газ в вакутейнеры, там же под водой их закрывали . В частности, был исследован Налычевский вулканический центр, где по кругу расположены действующие (Авачинский, Корякский, Жупановский) и потухшие вулканы (Козельский, Дзендзур, Ааг, Арик и др.). На их склонах и в центре Налычевской долины находятся многочисленные гидротермальные источники. На внешнем к этой структуре подножии Корякского вулкана расположены также Кеткинские выходы (скважины), они интересны тем, что в составе их газа до 70-80% метана. Таловские источники находятся в 35 км от Авачи, в 8 км от Налычевских источников, макс температура 70 °С, координаты N53 34’ 28.8’’ E158 50’ 18.3’’. Типичный химический состав газа, % об: He – 0.02836, H2 - 0.001084, O2 - 9.752, N2 - 39.26, Ar - 0.4873, CO2 - 49.91, CH4 - 0.5479. ГЕОХИ РАН Изотопный анализ газов проводился на масс-спектрометре Delta Plus с предварительным разделением смеси на газовом хроматографе HP 6890. Данные представлены в виде значений δ13C – отклонений в ‰ относительно стандарта VPDB. Погрешность измерения не превышает 0.05‰. Изотопные данные по углероду метана и углекислого газа для двух из 10 Талычевских источников, Налычевский вулканиеский центр, приводятся ниже в таблице 2. Таблица 2. Изотопный состав газа Таловских источников Источник δ13СVPDB (CH4) δ13СVPDB (CO2) ∆С = δ13СCO2 - δ13СCH4 Таловский 1 - 25.91 - 1.84 24.07 Таловский 3 - 27.61 - 4. 32 23.29 ГЕОХИ РАН В предположении термодинамического равновесия для реакции изотопного обмена 13С и 12С метана и углекислого газа, коэффициенту разделения Таловских газов соответствует температура магматического очага ~ 312-324 °С (Oмото, 1982). Известно, что, если для углекислого газа δ13C (CO2) меньше –10‰, то он органического происхождения; если же δ13C (CO2) больше чем –8‰, то неорганического . Мантийный CO2 обычно имеет изотопный состав δ13C между –5 ‰ и -9‰; при этом δ13C (CO2) при тепловом разложении органики находится между –25‰ и –5‰. α A-B = RA/RB CO2 - CH4 фракционирование изотопов углерода ( A BCD T) A T 3 8 10 B T 2 6 10 C T 3 10 D 1( T) ( 4.1945.2108.934.36T) Oмото и др. Геохимия гидротермальных рудных месторождений, М., Мир, 1982 ГЕОХИ РАН Термальные источники кальдеры вулкана Узон связаны с магматическим очагом крупной вулкано-тектонической структуры, сложенной толщей вулканогенных пород возрастом от среднего неоплейстоцена до голоцена. Породы фундамента полностью перекрыты вулканогенными породами и предполагают, что они находятся на глубине 3–4 км. Первые исследователи предполагали, что нефть кальдеры Узон может выноситься из пород богачевской свиты, но новые данные показывают, что исходное ОВ было ближе к бактериальным матам современных термальных полей и могло накопиться в озере, заполнявшим кальдеру. Узон: нефтяная пленка на поверхности термального раствора (лунка ~50 см) ГЕОХИ РАН Спасибо за внимание !
