СO2-rich thermal waters of the Neitrino Research Gallery (Baksan Neitrino Observatory, North Caucasus)

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Isotope-geochemical (δ2H and δ18O in H2O, δ15N in N2, δ13C in CO2 and CH4,3He/4He) studies of СО2-rich thermal waters (up to 41.3oC) which located in 4 km long tonnel of the Baksan Neutrino Observatory were carried out. The δ13C(CO2) values (–8.0… –6.4‰) indicate the volcanogenic genesis of CO2. The presence of the volcanogenic component is also emphasized by high values of 3He/4He (346 × 10–8). At the same time, nitrogen present in the gas phase is characterized by values of δ15N = +1.3‰, indicating its crustal genesis. In the tunnel, an elevated concentration of CH4 (up to 0.5%) was noted in one of the gas outlets. This methane is characterized by high δ13C values (–33.5 and –26.0‰), which, in general, are typical for other СО2-rich springs of the Eastern Elbrus Mountains. In contrast with the other CO2-rich springs of the North Caucasus, which are practically indistinguishable from surface waters in terms of δ2H and δ18O values, the CO2-rich thermal springs of the tunnel are noticeably enriched in heavy oxygen isotope (18O). This is a consequence of oxygen exchange between the waters and the host rocks at elevated temperatures. In the δ18O-δ2H diagram, the figurative points of thermal waters form a trend that reflects the mixing of isotope-light infiltration waters with isotope-heavy waters.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. S. Aydarkozhina

Geological Institute of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: altin.echo@mail.ru
Russian Federation, Moscow

V. Yu. Lavrushin

Geological Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: altin.echo@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. V. Ermakov

Geological Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: altin.echo@mail.ru
Russian Federation, Moscow

G. A. Chelnokov

Geological Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: altin.echo@mail.ru
Russian Federation, Moscow

L. Zhang

Northwest Institute of Eco-Environment and Resources China Academy of Sciences

Email: altin.echo@mail.ru
China, Lanzhou

References

  1. Дубинина Е. О., Лаврушин В. Ю., Коваленкер В. А., Авдеенко А. С. Степанец М. И. Изотопы кислорода и водорода в минеральных источниках Приэльбрусья (Северный Кавказ) // Геохимия. 2005. № 10. С. 1078–1089.
  2. Калмычков Г. В., Hachikubo A., Покровский Б. Г., Minami H., Yamashita S., Хлустов О. М. Метан с аномально высокими значениями d13С и dD из прибрежных термальных источников озера Байкал // Литология и полезные ископаемые. 2020. № 4. С. 1–7.
  3. Костенко О. Е., Лаврушин В. Ю. Первые определения δ13С в метане углекислых источников Приэльбрусья // ДАН. 2005. Т. 404. № 1. С. 100–104.
  4. Лаврушин В. Ю. Подземные флюиды Большого Кавказа и его обрамления (Отв. ред. Поляк Б. Г.), Тр. ГИН РАН, вып. 599, М.: ГЕОС, 2012. 348 с.
  5. Лаврушин В. Ю., Айдаркожина А., Покровский Б. Г., Прасолов Э. М., Потапов Е. Г., Ермаков А. В. Изотопный состав азота и углерода в газах углекислых вод Северного Кавказа // Геохимия.2020. Т. 65. № 11. С. 1115–1128.
  6. Першин С. М., Собисевич А. Л., Макаров В. С. и др. Лидарный мониторинг магматической активности малой камеры Эльбрусского вулканического центра. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2023. Т. 509. № 1. С. 15–20.
  7. Прасолов Э. М. Изотопная геохимия и происхождение природных газов, Л.: “Недра”, 1990. 283 с.
  8. Собисевич Л. Е., Нечаев Ю. В., Богатиков О. А. и др. Мониторинг магматических структур вулкана Эльбрус. Под ред. Лаверова Н. П. М.: 2001. 191 с.
  9. Таран Ю. А., Покровский Б. Г., Дубик Ю. А. Изотопный состав и происхождение воды в андезитовых магмах // Докл. АН СССР. 1989. Т. 304. № 2. С. 440–443.
  10. Тейлор Х. П. Применение изотопии водорода и кислорода к проблемам гидротермального изменения вмещающих пород и рудообразования. / В кн. Стабильные изотопы и проблемы рудообразования. М.: Мир, 1977. С. 213–298.
  11. Тейлор Х. П. Изотопы кислорода и водорода в гидротермальных рудных месторождениях. В кн. Геохимия гидротермальных рудных месторождений. М.: Мир, 1982. С. 200–223.
  12. Чайковский И. И., Кадебская О. И. Минеральные образования подземных горячих источников Баксанской нейтринной обсерватории (г. Курмутау, Приэльбрусье) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского, Пермский Государственный ун-Т. № 19. 2016. С. 66–80.
  13. Щербак В. П. Некоторые геохимические черты газоносности Эльбрусской области // Геохимия. 1965. № 7. C. 889–894.
  14. Allard P. The origin of hydrogen, carbon, sulphur, nitrogen and rare gases in volcanic exhalations: evidence from isotope geochemistry. In Forcasting Volcanic Events (H. Tazieff & J. C. Sabroux, eds.). Amsterdam: Elsevier, 1983. P. 337–386.
  15. Horita J. Carbon isotope exchange in the system CO2-CH4 at elevated temperatures: Geochimica et Cosmochimica Acta. 2001. V. 65. P. 1907–1919.
  16. Surma J., Assonov S., Staubwasser M. Triple Oxygen Isotope Systematics in the Hydrologic Cycle // Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 2021. V. 86. P. 401–428.
  17. Tarasov K., Yakhnenko A., Zarubin M., Gangapshev A., Potekhina N., Avtukh A., Kravchenko E. Cytobacillus pseudoceanisediminis sp. nov., A novel facultative methylotrophic bacterium with high heavy metal resistance isolated from the deep underground saline spring // Current Microbiology. 2023. V. 80. № 31.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of testing carbon dioxide mineral and fresh waters of the Elbrus region. 1 – carbon dioxide sources; 2 – surface waters; 3 – settlements. The numbers of the test points correspond to the numbers in the table. 1 and 2.

Download (254KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The results of repeated measurements of δ2H performed in a thermal source (41.3 °C) located near the bottom of the Neutrino tunnel.

Download (127KB)
Indexing metadata
4. 3. Isotopic composition of oxygen and hydrogen in thermal carbon dioxide waters of the Neutrino tunnel (1), carbon dioxide cold springs (2) and fresh surface waters (3) of the Elbrus region. The lines show: the bold line is the global line of meteor waters (Craig line), the dotted line is the trend for local surface waters, the dotted line with an arrow is the trend formed by the thermal waters of the tunnel, the numbers I–III show the boxes: I – metamorphic waters [10, 11, etc.]; II – “andesite" [9] and III – “basalt” waters [9, 14].

Download (177KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The change in the values of δ2H in the water outlets along the stretch of the Neutrino tunnel (the distance in m from the mouth of the tunnel is given along the x axis). The line shows the general trend of change in δ2H, a rectangular box outlines the figurative points of the sources at the end of the tunnel, the data for which are shown in Table 1.

Download (145KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».