Geochemistry of Spring Water of Mzymta and Sochi River Basins, Southern Slope of the Caucasus Ridge

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The chemical composition of the waters of 31 springs located in the basins of the Mzymta and Sochi rivers on the southern slope of the Caucasus Range was studied. Both water-bearing fractured carbonate rocks and water-resistant mudstones and igneous rocks are developed here. In addition, the region is characterized by the development of mineralization zones and deposits of thermal hydrogen sulfide waters. Four types of waters have been identified: I) hydrocarbonate calcium, II) hydrocarbonate-sulfate calcium-magnesium, III) hydrocarbonate-sulfate calcium-sodium, IV) hydrocarbonate-chloride-sulfate calcium waters. Due to the geochemical features of regional rocks, all types of waters are characterized by high contents of Se and rare earth elements (REE) and low concentrations of Tl, Zr, Th, and Fe. The first type of waters is associated with fractured carbonate rocks, and due to their good solubility and water permeability, it differs from other types of waters by increased concentrations of Se and REE by factors of 2.3 and 2.6, respectively. The second type, distributed mainly in argillites, is distinguished by relatively low contents of Se, REE and other elements, which is due to the lower water permeability and solubility of argillites compared to carbonate rocks. The third type is characterized by the additional presence of excess elements Ba, Li, Rb and B in the composition, which is associated with the influence of a deposit of hydrothermal mineral waters. Igneous rocks, being the least permeable and less rich in chemical elements than mudstones, influence the formation of groundwater with the lowest concentrations of elements. The low permeability of igneous rocks is confirmed by the analysis performed using the hydrogeochemical Gibbs diagram, indicating that the precipitation factor is superimposed on the formation of these waters. REE for all types of waters are characterized by similar fractionation inherited from the rocks of the region (medium REE > heavy REE > light REE). The total amount of rare earth elements and their fractionation patterns can be used as a reliable criterion for the interpretation and typification of fresh groundwater.

About the authors

P. S. Lesnikova

Federal Research Centre the Subtropical Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lesnikovaps@yandex.ru
Russia, Sochi

L. V. Zakharikhina

Federal Research Centre the Subtropical Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: lesnikovaps@yandex.ru
Russia, Sochi

Yu. S. Litvinenko

EcoGeoLit (LLC)

Email: lesnikovaps@yandex.ru
Russia, Moscow

S. G. Shevelev

Caucasian State Biosphere Natural Reserve named after Kh.G. Shaposhnikov

Email: lesnikovaps@yandex.ru
Russia, Sochi

G. V. Vareljyan

Caucasian State Biosphere Natural Reserve named after Kh.G. Shaposhnikov

Email: lesnikovaps@yandex.ru
Russia, Sochi

References

  1. Белонин М.Д., Голубева В.А., Скублов Г.Т. Факторный анализ в геологии. М.: Недра, 1982. 269 с.
  2. Богуш И.А., Черкашин В.И. Металлогения юрских осадочных комплексов Кавказа // Сб. статей по материалам научно-практической конференции, посвященной памяти заслуженного геолога РФ Д.А. Мирзоева. Труды Института геологии ДНЦ РАН. 2012. № 58. С. 7–13.
  3. Борисов В.И. Реки Кубани. Краснодар: Кубан. кн. изд-во, 2005. 120 с.
  4. Воробьев С.А. Программный пакет комплексной обработки геолого-геохимических данных Gold Digger. Документация и описание. М.: МПР, 2000. 50 с.
  5. Газеев В.М., Гурбанов А.Г., Кондрашов И.А. Палеогеновая базальт-трахитовая формация Западного Кавказа: геохимическая специфика, вопросы петрогенезиса, геодинамическая типизация, металлогения // Геология и геофизика Юга России. 2018. № 4. С. 18–32.
  6. Де Уист Р. Гидрогеология с основами гидрологии суши. М.: Мир, 1969. Т. I. 312 с.
  7. Дрожжина К.В. Особенности природно-климатических условий бассейна реки Мзымта для целей рекреационной деятельности // Молодой ученый. 2013. № 5. С. 196–198.
  8. Захарихина Л.В., Шарафан М.В. Поведение редкоземельных элементов в почвенно-растительном покрове урболандшафтов г. Сочи // Вестн. Камчатской региональной ассоциации Учебно-научный центр. Серия: Науки о Земле. 2021. № 2 (50). С. 48–58. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2021-2-50-48-58
  9. Карелина Е.В., Марков В.Е., Блоков В.И. Перспективность Краснополянского района города Сочи на благороднометалльное оруденение // Вестн. РУДН. Серия: Инженерные исследования. 2017. № 18 (4). С. 497–504.
  10. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод: Теоретические, прикладные и экологические аспекты / отв. ред. Н.П. Лаверов. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2012. 672 с.
  11. Курлов М.Г., Собкевич А.И. Опыт классификации сибирских целебных минеральных вод, согласно их химическому составу. Томск: Изд. Том. губ. отд-ния гос. изд-ва, 1921. 52 с.
  12. Лаврищев В.А., Пруцкий Н.И., Семенов В.М. и др. Государственная геологическая карта Российской федерации масштаба 1 : 200 000. Серия Кавказская. Лист К-37-V. Изд. 2-е. СПб., 2002.
  13. Малышев А.И. Сера в магматическом рудообразовании. Екатеринбург: Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2004. 189 с.
  14. Методические основы гидрогеологического районирования территории СССР / ВНИИ гидрогеологии и инж. геологии / сост. Л.А. Островский и др. М.: Недра, 1990. 238 с.
  15. Овчинников А.М. Условия формирования мацестинских сероводородных вод // Тр. Лабор. гидрогеол. пробл. АН СССР. 1949. Т. 2. С. 1958.
  16. Павлов А.Н. Естественное разубоживание минеральных вод Мацесты // Записки Горного института. 1965. Т. 48. № 2. С. 92–97.
  17. Плюснин А.М., Замана Л.В., Шварцев С.Л., Токаренко О.Г., Чернявский М.К. Гидрогеохимические особенности состава азотных терм Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 5. С. 647–664.
  18. Посохов Е.В. Формирование химического состава подземных вод. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1966. 258 с.
  19. Пруцкий Н.И., Юбко В.М., Деркачева М.Г. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Гидрогеологическая карта и литологическая карта поверхностей дна акваторий Черного и Каспийского морей. Масштаб 1 : 1000000. Серия Скифская. Лист К-37. Изд. 3-е. СПб., 2011
  20. Савенко В.С. Биофильность химических элементов и ее отражение в химии океана // Вестн. Моск. ун-та. Серия. 5. География. 1997. № 1. С. 3–7.
  21. Соловов А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1985. 70 с.
  22. Харитонова Н.А. Углекислые минеральные воды северо-востока Азии: происхождение и эволюция. Автореф. дис. … д-ра геолого-минерал. наук. Томск: ФГБУН Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, 2013. 46 с.
  23. Челноков Г.А., Харитонова Н.А., Брагин И.В., Асеева А.В., Бушкарева К.Ю., Лямина Л.А. Геохимия редкоземельных элементов в водах и вторичных минеральных отложениях термальных источников Камчатки // Вестн. Моск. ун-та. Серия 4. Геология. 2020. № 1. С. 88–96. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2020-1-88-96
  24. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М.: Недра, 1998. 365 с.
  25. Apollaro C., Fuoco I., Bloise L., Calabrese E., Marini L., Vespasiano G., Muto F. Geochemical modeling of water-rock interaction processes in the Pollino National Park // Hindawi Geofluids. 2021. Art. 6655711. https://doi.org/10.1155/2021/6655711
  26. Beyene G., Aberra D., Fufa F. Geochemical quality analysis of groundwater in Jimma Zone, Oromia, National Regional State, Ethiopia // J. Environmental and Occupational Science. 2017. Vol. 6. P. 67–73. https://doi.org/10.5455/jeos.20170815094011
  27. Embaby A., Razack M., Lecoz M., Porel G. Hydrogeochemical Assessment of Groundwater in the Precambrian Rocks, South Eastern Desert, Egypt // J. Water Resource and Protection. 2016. Vol. 8 (3). P. 293–310. https://doi.org/10.4236/jwarp.2016.83025
  28. Gibbs R.J. Mechanisms Controlling World Water Chemistry // Science, New Series. 1970. Vol. 170. № 3962. P. 1088–1090.
  29. Grigoriev N.A. Average concentrations of chemical elements in rocks of the upper continental crust // Geochemistry International. 2003. Vol. 41. № 7. P. 711–718.
  30. Gromet L.P., Dumek R.F., Haskin L.A., Korotev R.L. The “North American shale composite”: Its composition, major and trace element characteristics // Geochim. Cosmochim. Acta. 1984. Vol. 48. P. 2469–2482.
  31. Haskin L.A., Haskin M.A., Frey F.A., Wildman T.R. Relative and absolute terrestrial abundance’s of the rare earths / Origin and Distribution of the Elements. Pergamon Press, 1968. P. 889–912.
  32. Hem J.D. Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water. Water Supply Paper 2254. Charlottesville: Geological Survey Publ., 1985. 263 p.
  33. Jie C., Hui Q., Yanyan G., Haike W., Maosheng Z. Insights into hydrological and hydrochemical processes in response to water replenishment for lakes in arid regions // J. of Hydrology. 2020. Vol. 581. Art. 124386. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124386
  34. Kharitonova N.A., Chelnokov G.A., Bragin I.V., Chudaev O.V., Shand P., Funikova V.V. Major and trace element geochemistry of CO2-rich groundwater in the volcanic aquifer system of the Eastern Sikhote-Alin (Russia) // Environ Earth Sci. 2020. Vol. 79. Art. 55. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8697-y
  35. Kharitonova N.A., Vakh E.A., Chelnokov G.A., Chudaev O.V., Aleksandrov I.A., Bragin I.V. Ree geochemistry in groundwater of the Sikhote Alin fold region (Russian Far East) // Russian J. Pacific Geology. 2016. Vol. 10. № 2. P. 141–154. https://doi.org/10.1134/S1819714016020032
  36. Liang Z., Chen J., Jiang T., Li K., Gao L., Wang Z., Li S., Xie Z. Identification of the dominant hydrogeochemical processes and characterization of potential contaminants in groundwater in Qingyuan, China, by multivariate statistical analysis // RSC Adv. 2018. Vol. 8 (58). P. 33 243–33 255. https://doi.org/10.1039/c8ra06051g
  37. Litvinenko Yu.S., Zakharikhina L.V. Geochemistry and Radioecology of Waters and Bottom Sediments of the Mzymta River, the Black Sea Coast // Geochemistry International. 2022. Vol. 60 (4). P. 379–394. https://doi.org/10.31857/S0016752522030049
  38. Marandi A., Shand P. Groundwater chemistry and the Gibbs Diagram // Applied Geochemistry. 2018. Vol. 97. P. 209– 2012. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2018.07.00
  39. Sajil Kumar P.J., James E.J. Identification of hydrogeochemical processes in the Coimbatore district, Tamil Nadu, India // Hydrological Sciences J. 2018. Vol. 61 (4). P. 719–731. https://doi.org/10.1080/02626667.2015.1022551
  40. Sarikhani R., Ghassemi Dehnavi A., Ahmadnejad Z., Kalantari N. Hydrochemical characteristics and groundwater quality assessment in Bushehr Province, SW Iran // Environ. Earth Sci. 2015. Vol. 74. P. 6265–6281. https://doi.org/10.1007/s12665-015-4651-9
  41. Shajedul I., Golam M. Hydro-geochemical evaluation of groundwater for irrigation in the Ganges River basin areas of Bangladesh // Research Square. 2021. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-161359/v1
  42. Taucare M., Daniele L., Viguier B., Vallejos A., Arancibia G. Groundwater resources and recharge processes in the Western Andean Front of Central Chile // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 722. Art. 137824. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137824
  43. Zakharikhina L.V., Rudev P.V., Paltseva A.V. Chemical composition and morphology of the Mediterranean mussel, Black Sea coast of Russia // Marine Pollution Bulletin. 2022. Vol. 179. Art. 113692. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113692

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (1005KB)
Indexing metadata
3.

Download (194KB)
Indexing metadata
4.

Download (75KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 П.С. Лесникова, Л.В. Захарихина, Ю.С. Литвиненко, С.Г. Шевелев, Г.В. Варельджян

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies