Geochemical methods for identifying the genesis of underground ice in Central Yamal

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The reduction of permafrost top and the increase in ground temperature lead to the risk of gas manifestations from thawing permafrost. Gas-saturated epigenetic marine permafrost deposits, as well as certain types of ground ice in Yamal, pose a potential danger of greenhouse gas emissions into the atmosphere. A study of the genesis of ground ice in the Vaskiny Dachi geocryological research station was conducted from 2019 to 2021. Four types of ground ice were studied in the sediments of the III plain in Central Yamal – relict ice, pseudomorphs, lens ice and massive ice. The work aims to investigate the genesis of ground ice and its relationship with host deposits in the context of climate change. Based on data on the patterns of ice occurrence in natural outcrops, the lithological composition of the host deposits, and the petrological characteristics of the ice in thin sections, the authors propose to identify geochemical markers indicating the genesis of the ice. The cryolithological structure was established, the lithological composition of the deposits was determined using a laser granulator, and the ionic composition of the ice and deposits was defined using ionometric titration, titrimetry, atomic absorption, atomic emission, turbidimetry, and ionometry methods. The structure and texture of the ice, as well as its ionic and elemental composition, were studied using inductively coupled plasma mass spectrometry. A relationship was established between the chemical composition, texture, and structure of relict, lens-shaped, massive ice, and host deposits. In the upper part of the section at the boundary of the lake sediment layer, continental salinization was identified, whereas in the lower part, the chemical composition indicates coastal-marine conditions. The ionic composition confirms the coastal-marine genesis of the massive ice; a saline pseudomorph was distinguished, differing in structure and texture of the ice and chemical composition from relict ice. The distribution of rare earth elements allowed for the determination of the conditions of ice formation. Lens-shaped ice and pseudomorphs exhibit negative cerium and positive europium anomalies, unlike relict ice. It was established that freezing occurs in water-saturated conditions for massive, lens-shaped ice, and pseudomorphs. The applicability of geochemical markers for clarifying the conditions of ground ice formation and the genesis of deposits, taking into account the cryolithological structure of the sections, was justified.

References

  1. Богоявленский В. И., Богоявленский И. В., Никонов Р. А. Взрывная дегазация Земли на полуострове Ямал и прилегающей акватории Карского моря // Арктика: экология и экономика. – 2024. – № 2 (14). – С. 177-191. – doi: 10.25283/2223-4594-2024-2-177-191. EDN: ZOTKLE
  2. Бутаков В. И., Слагода Е. А., Заватский М. Д., Иванов В. И. Газовый состав и микроорганизмы в подземных льдах Российской Арктики // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 9. – С. 63-75. – doi: 10.18799/24131830/2023/9/4084. EDN: LWRFKR
  3. Fritz M., Wetterich S., Meyer H., Schirrmeister L., Lantuit H., Pollard W. H. Origin and characteristics of massive ground ice on Herschel Island (western Canadian Arctic) as revealed by stable water isotope and Hydrochemical signatures // Permafrost and Periglacial Processes. – 2011. – Vol. 22. – P. 26-38. – doi: 10.1002/ppp.714. EDN: OKTWVX
  4. Murton J. B. Ground-ice stratigraphy and formation at North Head, Tuktoyaktuk Coastlands, western Arctic Canada: a product of glacier-permafrost interactions // Permafrost and Periglacial Processes. – 2005. – Vol. 16. – P. 31-50. – doi: 10.1002/ppp.513. EDN: LNBZUJ
  5. Waller R., Murton J. Basal glacier ice and massive ground ice: Different scientists, same science? // Geological Society, London, Special Publications. – 2009. – Vol. 320. – P. 57-69. – doi: 10.1144/SP320.5. EDN: NBZDQL
  6. Wetterich S., Kizyakov A. I., Opel T., Grotheer H., Mollenhauer G., Fritz M. Ground-ice origin and age on Herschel Island (Qikiqtaruk), Yukon, Canada // Quaternary Science Advances. – 2023. – No. 10. – doi: 10.1016/j.qsa.2023.100077. EDN: YWOTII
  7. Svendsen J. I. et al. Late Quaternary ice sheet history of northern Eurasia // Quaternary Science Reviews. – 2004. – Vol. 23. – P. 1229–1271. – doi: 10.1016/j.quascirev.2003.12.008. EDN: LISIVD
  8. Соломатин В. И. Подземное оледенение Евразии: макроструктура и история развития // Криосфера Земли. – 2018. – Т. 22. – № 1. – С. 94-100. (In Russian)
  9. Ingólfsson Ó., Lokrantz H. Massive Ground Ice Body of Glacial Origin at Yugorski Peninsula, Arctic Russia // Permafrost and Periglacial Processes. – 2003. – Vol. 14. – P. 199-215. – doi: 10.1002/ppp.455. EDN: MCFXLB
  10. Lokrantz H., Ingólfsson Ó., Forman S. L. Glaciotectonised Quaternary sediments at Cape Shpindler, Yugorski Peninsula, Arctic Russia: implications for glacial history, ice movements and Kara Sea Ice Sheet configuration // Journal of Quaternary Science. – 2003. – Vol. 18. – P. 527-543. – doi: 10.1002/jqs.771. EDN: MCFXKR
  11. Астахов В. И. Средний и поздний неоплейстоцен ледниковой зоны Западной Сибири: проблемы стратиграфии и палеогеографии // БКИЧП. – 2009. – № 69. – С. 8-24. EDN: WFLOIJ
  12. Баду Ю. Б. Полвека в поисках следов волны морских трансгрессий. Воспоминания о будущем // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. – 2021. – № 8. – С. 13-17. – doi: 10.24412/2687-1092-2021-8-13-17. EDN: IXMXHK
  13. Стрелецкая И. Д., Лейбман М. О. Криогеохимическая взаимосвязь пластовых льдов, криопэгов и вмещающих их отложений Центрального Ямала // Криосфера Земли. – 2002. – Т. VI. – № 3. – С. 15-24. EDN: PWYRFB
  14. Дубиков Г. И. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири. – М.: ГЕОС, 2002. – 246 с. (In Russian)
  15. Васильчук Ю.К. Парагенетические ансамбли повторно-жильных льдов со льдами различного генезиса // Арктика и Антарктика. 2018. № 2. С. 71-112. doi: 10.7256/2453-8922.2018.2.26673 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=26673
  16. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук Д.Ю., Васильчук А.К., Гаранкина Е.В., Чижова Ю.Н., Шоркунов И.Г. Изотопно-геохимический состав пластовых ледяных залежей на междуречье рек Мордыяха и Сеяха (Мутная), Центральный Ямал // Арктика и Антарктика. 2018. № 1. С. 50-75. doi: 10.7256/2453-8922.2018.1.25833 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=25833
  17. Лейбман М. О., Кизяков А. И. Криогенные оползни Ямала и Югорского полуострова. – М.: Институт криосферы Земли СО РАН, 2007. – 206 с. EDN: PWRDGV
  18. Подборный Е. Е., Познанин В. Л. Рельеф и криогенные процессы // Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал: В 3 т. Т. 2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения / Под общ. ред. Ю. Б. Баду, Н. А. Гафарова, Е. Е. Подборного. – М.: ООО "Газпром Экспо", 2013. – С. 49-62.
  19. Стрелецкая И. Д., Гусев Е. А., Васильев А. А., Облогов Г. Е., Аникина Н. Ю., Арсланов Х. А., Деревянко Л. Г., Пушина З. В. Геокриологическое строение четвертичых отложений берегов западного Таймыра // Криосфера Земли. – 2013. – Т. XVII. – № 3. – С. 17-26. EDN: QZAXHD
  20. Бутаков В. И., Слагода Е. А., Опокина О. Л., Томберг И. В., Жученко Н. А. Особенности формирования гидрохимического и микроэлементного состава разных типов подземных льдов мыса Марре-Сале // Криосфера Земли. – 2020. – Т. 24. – № 5. – С. 29-44. – doi: 10.21782/KZ1560-7496-2020-5(29-44). EDN: HABOXX
  21. Крицук Л. Н. Подземные льды Западной Сибири. – М.: Научный мир, 2010. – 352 с. EDN: QKJNAB
  22. Фотиев С. М. Криогенный метаморфизм пород и подземных вод (условия и результаты) / науч. ред. В. П. Мельников. – Новосибирск: Гео, 2009. – 277 с. EDN: QKITFL
  23. Васильчук Ю. К. Геохимический состав подземных льдов севера Российской Арктики // Арктика и Антарктика. – 2016. – № 2. – С. 99-115. EDN: YGJBVN
  24. Балашов Ю. А. Геохимия редкоземельных элементов. – М.: Наука, 1976. – 268 с.
  25. Бутаков В. И., Слагода Е. А., Тихонравова Я. В., Опокина О. Л., Томберг И. В., Жученко Н. А. Гидрохимический состав и редкоземельные элементы в полигонально-жильных льдах ключевых районов криолитозоны Карского региона // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331. – № 2. – С. 78-91. – doi: 10.18799/24131830/2020/2/2483. EDN: NGEVFE
  26. Бутаков В. И., Тихонравова Я. В., Слагода Е. А. Взаимосвязь строения и химического состава прибрежно-морского и озёрного льда в районе мыса Марре-Сале, Западный Ямал // Лёд и Снег. – 2022. – Т. 62. – № 2. – С. 262-274. – doi: 10.31857/S2076673422020131. EDN: EPFOSX
  27. Шатров В. А., Войцеховский Г. В. Микроэлементы как индикаторы обстановок образования курской серии // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. – 2008. – № 2. – С. 31-43. EDN: KAJUUF
  28. Tikhonravova Y. V., Rogov V. V., Slagoda E. A. Genetic identification of ground ice by petrographic method // Geography, Environment, Sustainability. – 2021. – Vol. 14. – P. 20-32. doi: 10.24057/2071-9388-2021-063. EDN: ICEBJB
  29. Лейбман М. О., Хомутов А. В. Стационар “Васькины Дачи” на Центральном Ямале: 30 лет исследований // Криосфера Земли. – 2019. – Т. XXIII. – № 1. – С. 91-95. – doi: 10.21782/KZ1560-7496-2019-1(91-95). EDN: YVJHOH
  30. Пояснительная записка к карте природных комплексов Севера Западной Сибири для целей геокриологического прогноза и планирования природоохранных мероприятий при массовом строительстве / Отв. ред. Е. С. Мельников. – М.: ВСЕГИНГЕО, 1991. – 36 с.
  31. Карта генерального штаба масштаб 1:200 000 – 1982–1984 гг.
  32. Гуськов С. А. Средне-поздненеоплейстоценовые морские трансгрессии на Севере Западной Сибири // Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода. – 2009. – № 69. – С. 40-47. EDN: WFLOJN
  33. Данилов И. Д., Парунин О. Б., Марьенко В. А., Чугунов А. Б. Возраст мерзлых отложений и изотопный состав залежей подземных льдов полуострова Ямал (север Западной Сибири) // Геохронология четвертичного периода. – М.: Наука, 1992. – С. 118-124.
  34. Чижова Ю. Н., Бабкин Е. М., Хомутов А. В. Изотопный состав кислорода и водорода повторно-жильных льдов Центрального Ямала // Лёд и Снег. – 2021. – Т. 61. – № 1. – С. 137-148. – doi: 10.31857/S2076673421010077. EDN: OQFCSJ
  35. Письменюк А. А., Семенов П. Б., Тарасевич И. И. и др. Исследования четвертичных отложений и подземных льдов Центрального Ямала // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и северо-запада России. – 2021. – Вып. 8. – С. 173-176. – doi: 10.24412/2687-1092-2021-8-173-176. EDN: JEHIUF
  36. Опокина О. Л., Слагода Е. А., Курчатова А. Н. Стратиграфия разреза "Марре-Сале" (Западный Ямал) с учётом новых данных радиоуглеродного анализа // Лёд и Снег. – 2015. – Т. 55. – № 4. – С. 87-94. EDN: VCHACH
  37. Факащук Н. Ю., Дворников Ю. А., Опокина О. Л., Хомутов А. В. Термоденудация как фактор формирования гидрохимии малых Тундровых озёр // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. – 2022. – Вып. 9. – С. 279. – doi: 10.24412/2687-1092-2022-9-279-284. EDN: NNSBAK
  38. French H. M., Harry D. G. Observations on buried glacier ice and massive segregated ice, western arctic coast, Canada // Permafrost and Periglacial Processes. – 1990. – Vol. 1. – P. 31-43. – doi: 10.1002/ppp.3430010105. EDN: VLODXN
  39. Дубиков Г. И., Корейша М. М. Ископаемые инъекционные льды на полуострове Ямал // Известия АН СССР. Серия географическая. – 1964. – № 5. – С. 58-65.
  40. Leibman M. O. Results of chemical testing for various types of water and ice, Yamal Peninsula, Russia // Permafrost and Periglacial Processes. – 1996. – Vol. 7. – No. 4. – P. 287-296. doi: 10.1002/(SICI)1099-1530(199609)7:33.0.CO;2-A. EDN: LDUQSV
  41. Конищев В. Н., Рогов В. В. Методы криолитологических исследований. Учебное пособие. – 1994. – 136 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).