Инд. авторы:	Страховенко В.Д., Гаськова О.Л.
Заглавие:	Термодинамическая модель образования карбонатов и минеральных фаз урана в озерах намши-нур и цаган-тырм (прибайкалье)
Библ. ссылка:	Страховенко В.Д., Гаськова О.Л. Термодинамическая модель образования карбонатов и минеральных фаз урана в озерах намши-нур и цаган-тырм (прибайкалье) // Геология и геофизика. - 2018. - Т.59. - № 4. - С.467-480. - ISSN 0016-7886.
Идентиф-ры:	DOI: 10.15372/GiG20180404; РИНЦ: 32834901;
Реферат:	rus: Тажеранские озера расположены компактно на небольшой территории одноименной степи, с преобладанием в донных отложениях всего спектра карбонатов кальцит-доломитового ряда и повышенными концентрациями урана в водах. Установлено, что в данных озерах преобладают хемогенные процессы осаждения карбонатов при участии углекислого газа, который формируется за счет бактериальной деструкции органического вещества. Для выполнения термодинамического моделирования состава донных осадков выбраны два озера, отличающиеся по ряду основных параметров. Расчеты проводились в 15-компонентной гетерогенной системе H2O-Na-Ca-Mg-K-Sr-Ba-Si-Al-Cl-C-S-Fe-U-Mn, включающей частицы в растворе, минералы и газы при 25°С и 1 бар общего давления. Исходной информацией служили полученные аналитические данные по природному составу вод и донных отложений. Показано, что в донных осадках преобладают карбонаты кальцит-доломитового ряда, и за счет деструкции органического вещества создаются восстановительные условия, что свидетельствует в пользу справедливости гипотезы об образовании собственных минеральных фаз U(IV) в ходе диагенетических процессов в донных илах изученных озер. eng: The Tazheran lakes are located compactly in the small Tazheran steppe area. Their bottom sediments are predominantly various calcite-dolomite carbonates, and their waters are rich in uranium. The studies have shown that the main process in these lakes is chemogenic carbonate precipitation with the participation of carbon dioxide formed through the bacterial destruction of organic matter. For thermodynamic modeling of the composition of bottom sediments, we chose two lakes with different basic parameters. Calculations were made for the 15-component heterogeneous system H2O-Na-Ca-Mg-K-Sr-Ba-Si-Al-Cl-C-S-Fe-U-Mn including particles in the solution, minerals, and gases at 25ºC and 1 bar. As starting information, we used the obtained analytical data on the natural composition of waters and bottom sediments. The results show that calcite-dolomite carbonates are predominant in the bottom sediments and the destruction of organic matter results in reducing conditions. This confirms the hypothesis of the formation of mineral phases of U(IV) during diagenetic processes in the bottom sediments of the studied lakes.
Ключевые слова:	thermodynamic modeling; mineral phases of uranium; mineralogy and geochemistry of authigenic carbonates; bottom deposits of lakes; прибайкалье; термодинамическое моделирование; минеральные фазы урана; минералогия и геохимия аутигенных карбонатов; Донные отложения озер; Cisbaikalia;
Издано:	2018
Физ. хар-ка:	с.467-480
Цитирование:	1. Восель Ю.С., Страховенко В.Д., Макарова И.В., Восель С.В. Поведение урана и марганца в процессе диагенеза карбонатных осадков малых озер Байкальского региона // ДАН, 2015, т. 462, № 3, с. 335-339. 2. Гаськова О.Л., Солотчина Э.П., Склярова О.А. Реконструкция эволюции состава растворов по данным осадочной летописи соленых озер Приольхонья // Геология и геофизика, 2011, т. 52 (5), с. 704-711. 3. Гаськова О.Л., Исупов В.П., Владимиров А.Г., Шварцев С.Л., Колпакова М.Н. Термодинамическая модель поведения урана и мышьяка в минерализованном озере Шаазгай-Нуур (Северо-Западная Монголия) // ДАН, 2015, т. 465, № 2, с. 203-208. 4. Гаськова О.Л., Страховенко В.Д., Овдина Е.А. Состав рассолов и минеральная зональность донных отложений содовых озер Кулундинской степи (Западная Сибирь) // Геология и геофизика, 2017, т. 58 (10), с. 1514-1527. 5. Евсеева Л.С., Перельман А.И., Иванов К.Е. Геохимия урана в зоне гипергенеза. М., Атомиздат, 1975, 280 с. 6. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. М., Наука, 2004, 348 с. 7. Киселев Г.П. Четные изотопы урана в геосфере. Екатеринбург, Изд-во УрО РАН, 1999, 220 с. 8. Леин А.Ю., Иванов М.В. Биогеохимический цикл метана в океане. М., Наука, 2009, 576 с. 9. Лисицын А.П. Современные представления об осадкообразовании в океанах и морях. Океан как природный самописец взаимодействия геосфер Земли // Мировой океан. Т. II. Физика, химия и биология океана. Осадкообразование в океане и взаимодействие геосфер Земли. М., Научный мир, 2014, с. 334-549. 10. Основные черты геохимии урана / Ред. А.В. Виноградов. Томск, STT, 2013, 374 с. 11. Рыженко Б.Н., Сидкина Е.С., Черкасова Е.В. Компьютерная модель образования керогена из природного живого вещества // Геохимия, 2016, № 8, с. 734-739. 12. Склярова О.А., Скляров Е.В., Федоровский В.С. Структурно-геологический контроль локализации и состава вод и родников Приольхонья // Геология и геофизика, 2002, т. 43 (8), с. 732-745. 13. Солотчина Э.П., Скляров Е.В., Вологина Е.Г., Солотчин П.А., Столповская В.Н., Склярова О.А., Изох О.П., Ухова Н.Н. Климатические сигналы в карбонатной осадочной летописи голоцена озера Намши-Нур, Западное Прибайкалье // ДАН, 2011, т. 436, № 6, с. 814-819. 14. Страховенко В.Д., Солотчина Э.П., Восель Ю.С., Солотчин П.А. Геохимические факторы аутигенного минералообразования в донных отложениях озер Тажеранской системы (Прибайкалье) // Геология и геофизика, 2015а, т. 56 (10), с. 1825-1841. 15. Страховенко В.Д., Овдина Е.А., Восель Ю.С. Изотопно-геохимическая характеристика донных осадков и вод малых озер, расположенных в Байкальской рифтовой зоне // Изотопное датирование геологических процессов: новые результаты, подходы и перспективы. Материалы VI Российской конференции по изотопной геохронологии (2-5 июня 2015 г., Санкт-Петербург). СПб., Springer, 2015б, c. 293-295. 16. Чалов П.И. Изотопное фракционирование природного урана. Фрунзе, Илим, 1975, 236 с. 17. Шваров Ю.В. HCh: новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows // Геохимия, 2008, № 8, с. 890-897. 18. Alessi D.S., Lezama-Pacheco J.S., Stubbs J.E., Janousch M., Bargar J.R., Persson P., Bernier-Latmani R. The product of microbial uranium reduction includes multiple species with U(IV)-phosphate coordination // Geochim. Cosmochim. Acta, 2012, v. 131, p. 115-127. 19. Alessi D.S., Uster B., Veeramani H., Suvorova E.I., Lezama-Pacheco J.S., Stubbs J.E., Bargar J.R., Bernier-Latmani R. Quantitative separation of monomeric U(IV) from UO2 in products of U(VI) reduction // Environ. Sci. Technol., 2014, v. 46, p. 6150-6157. 20. Andersson P.S., Porcelli D., Gustafsson Ö., Ingri J., Wasserburg G.J. The importance of colloids for the behavior of uranium isotopes in the low-salinity zone of a stable estuary // Geochim. Cosmochim. Acta, 2001, v. 65, p. 13-25. 21. Bargar J.R., Williams K.H., Campbell K.M., Long P.E., Stubbs J.E., Suvorova E.I., Lezama-Pacheco J.S., Alessi D.S., Stylo M., Webb S.M., Davis J.A., Giammar D.E., Blue L.Y., Bernier-Latmani R. Uranium redox transition pathways in acetate-amended sediments // Proc. Natl. Acad. Sci., 2013, v. 110, p. 4506-4511. 22. Belli K.M., DiChristina T.J., Van Cappellen P., Taillefert M. Effects of aqueous uranyl speciation on the kinetics of microbial uranium reduction // Geochim. Cosmochim. Acta, 2015, v. 157, p. 109-124. 23. Bernier-Latmani R., Veeramani H., Vecchia E.D., Junier P., Lezama-Pacheco J.S., Suvorova E.I., Sharp J.O., Wigginton N.S., Bargar J.R. Non-uraninite products of microbial U(VI) reduction // Environ. Sci. Technol., 2010, v. 44, p. 9456-9462. 24. Bonnetti C., Cuney M., Malartre F., Michels R., Liu X., Peng Y. The Nuheting deposit, Erlian Basin, NE China: Synsedimentary to diagenetic uranium mineralization // Ore Geol. Rev., 2015, v. 69, p. 118-139. 25. Bruggeman C., Maes N., Christiansen B.C., Stipp S.L.S., Breynaert E., Maes A., Regenspurg S., Malstrӧm M.E., Liu X., Grambow B., Schäfer Th. Redox-active phases and radionuclide equilibrium valence state in subsurface environments - New insights from 6th EC FP IP FUNMIG // Appl. Geochem., 2012, v. 27, p. 404-413. 26. Burgos W.D., McDonough J.T., Senko J.M., Zhang G., Dohnalkova A.C., Kelly S.D., Gorby Y.A., Kemner K.M. Characterization of uraninite nanoparticles produced by Shewanella oneidensis MR-1 // Geochim. Cosmochim. Acta, 2008, v. 72, p. 4901-4915. 27. Chabaux F., Granet M., Larquer P., Riotte J., Skliarov E.V., Skliarova O., Alexeieva L., Risacher F. Geochemical and isotopic (Sr, U) variations of lake waters in the Ol’khon Region, Siberia, Russia: Origin and paleoenvironmental implications // Comptes Rendus Geoscience, 2011, v. 343, p. 462-470. 28. Couture J.J., Singh A., Rubert-Nason K.F., Serbin S.P., Lindroth P.L., Townsend P.A. Spectroscopic determination of ecologically relevant plant secondary metabolites // Methods Ecol. Evol., v. 7, 2016, p. 1402-1412. 29. Doornbusch B., Bunney K., Gan B.K., Jones F., Markus G.M. Iron oxide formation from FeCl2 solutions in the presence of uranyl (UO22+) cations and carbonate rich media // Geochim. Cosmochim. Acta, 2015, v. 158, p. 22-47. 30. Fredrickson J.K., Zachara J.M., Kennedy D.W., Liu C., Duff M.C., Hunter D.B., Dohnalkova A. Influence of Mn oxides on the reduction of uranium (VI) by the metal-reducing bacterium Shewanella putrefaciens // Geochim. Cosmochim. Acta, 2002, v. 66, p. 3247-3262. 31. Gaskova O.L., Strakhovenko V.D., Ermolaeva N.I., Zarubina E.Yu., Ovdina Е.А. A simple method to model the reduced environment of lake bottom sapropel formation // Chinese J. Oceanol. Limnol., 2017, v. 35(4), p. 956-966. 32. Hsi C.D., Langmuir D. Adsorption of uranyl onto ferric oxyhydroxides: application of the surface complexation site-binding model // Geochim. Cosmochim. Acta, 1985, v. 49, p. 1931-1941. 33. Koch-Steindl H., Pröhl G. Considerations on the behaviour of long-lived radionuclides in the soil // Radiat. Environ. Biophys., 2001, v. 40, p. 93-104. 34. Komlos J., Mishra B., Lanzirotti A., Myneni S.C.B., Jaffé P.R. Real time speciation of uranium during active bioremediation and U(IV) reoxidation // J. Environ. Eng., 2008a, ASCE 134, № 2, p. 78-86. 35. Komlos J., Peacock A., Kukkadapu R.K., Jaffé P.R. Long-term dynamics of uranium reduction/reoxidation under low sulfate conditions // Geochim. Cosmochim. Acta, 2008b, v. 72, p. 3603-3615. 36. Kwok K.S., Ng K.M., Taboada M.E., Cisternas L.A. Thermodynamics of salt lake system: representation, experiments, and visualization // AIChE J., 2008, v. 54, № 3, p. 706-727. 37. Lee S.Y., Cha W.S., Kim J.-G., Baik M.H., Jung E.Ch., Jeong J.T., Kim K., Chung S.Y., Lee Y.J. Uranium (IV) remobilization under sulfate reducing conditions // Chem. Geol., 2014, v. 370, p. 40-48. 38. Li D., Zeng D., Yin X., Han H., Guo L., Yao Y. Phase diagrams and thermochemical modeling of salt lake brine systems. II. NaCl + H2O, KCl + H2O, MgCl2 + H2O and CaCl2 + H2O systems // CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem., 2016, v. 53, p. 78-89. 39. Liger E., Charlet L., Van Cappellen P. Surface catalysis of uranium(VI) reduction by iron(II) // Geochim. Cosmochim. Acta, 1999, v. 63, p. 2939-2955. 40. Moon H.S., Komlos J., Jaffé P.R. Biogenic U(IV) oxidation by dissolved oxygen and nitrate in sediment after prolonged U(VI)/Fe(III)SO42- reduction // J. Contam. Hydrol., 2009, v. 105, p. 18-27. 41. Newsome L., Morris K., Lloyd J.R. The biogeochemistry and bioremediation of uranium and other priority radionuclides // Chem. Geol., 2014, v. 363, p. 164-184. 42. Newsome L., Morris K., Shaw S., Trivedi D., Lloyd J.R. The stability of microbially reduced U(IV); impact of residual electron donor and sediment ageing // Chem. Geol., 2015, v. 409, p. 125-135. 43. Qafoku N.P., Gartman B.N., Kukkadapu R.K., Arey B.W., Williams K.H., Mouser P.J., Heald S.M., Bargar J.R., Janot N., Yabusaki S., Long P.E. Geochemical and mineralogical investigation of uranium in multi-element contaminated, organic-rich subsurface sediment // Appl. Geochem., 2014, v. 42, p. 77-85. 44. Reerburgh W.S. A major sink and flux control for methane in marine sediments: anaerobic consumption // Eds. Fanning K.A., Manheim R.T. The dynamic environment of the ocean floor. Lexington, Lexington Books, 1982, p. 203-218. 45. Sani R., Peyton B., Amonette J., Geesey G. Reduction of uranium(VI) under sulfate-reducing conditions in the presence of Fe(III)-(hydr)oxides // Geochim. Cosmochim. Acta, 2004, v. 68, p. 2639-2648. 46. Schofield E.J., Veeramani H., Sharp J.O., Suvorova E., Bernier-Latmani R., Mehta A., Stahlman J., Webb S.M., Clark D.L., Conradson S.D. Structure of biogenic UO2 produced by Shewanella oneidensis MR-1 // Environ. Sci. Technol., 2008, v. 42, № 21, р. 7898-7905. 47. Sharp J.O., Lezama-Pacheco J.S., Schofield E.J., Junier P., Ulrich K., Chinni S., Veeramani H., Margot-Roquier C., Webb S.M., Tebo B.M., Giammar D.E., Bargar J.R., Bernier-Latmani R. Uranium speciation and stability after reductive immobilization in aquifer sediments // Geochim. Cosmochim. Acta, 2011, v. 75, p. 6497-6510. 48. Tzifas I.Tr., Godelitsas A., Magganas A., Androulakaki E., Eleftheriou G., Mertzimekis T.J., Perraki M. Uranium-bearing phosphatized limestones of NW Greece // J. Geochem. Explor., 2014, v. 143, p. 62-73. 49. Ulrich K., Ilton E.S., Veeramani H., Sharp J.O., Bernier-Latmani R., Schofield E.J., Bargar J.R., Giammar D.E. Comparative dissolution kinetics of biogenic and chemogenic uraninite under oxidizing conditions in the presence of carbonate // Geochim. Cosmochim. Acta, 2009, v. 73, p. 6065-6083. 50. Wallmann K., Aloisi G., Haeckel M., Obzhirov A., Pavlova G., Tishchenko P. Kinetics of organic matter degradation, microbial methane generation, and gas hydrate formation in anoxic marine sediments // Geochim. Cosmochim. Acta, 2006, v. 70, p. 3905-3927. 51. Wallmann K., Aloisi G., Haeckel M., Tishchenko P., Pavlova G., Greinert J., Kutterolf S., Eisenhauer A. Silicate weathering in anoxic marine sediments // Geochim. Cosmochim. Acta, 2008, v. 72, p. 3067-3090. 52. Wang Z., Lee S., Kapoor P., Tebo B.M., Giammar D.E. Uraninite oxidation and dissolution induced by manganese oxide: A redox reaction between two insoluble minerals // Geochim. Cosmochim. Acta, 2013, v. 100, p. 24-40.