Biophilic trace elements and carbon in the silty-pelitic sediments of mud volcanoes in the Northwestern Caucasus
Authors: Маслов А.В. , Стародымова Д.П. , Шевченко В.П. , Бычков А.Ю. 
Published: March 2024

Актуальность работы. Грязевой вулканизм вызывает большой интерес у специалистов разного профиля. Его исследования имеют значение для оценки энергетических ресурсов, анализа сейсмичности, прогноза содержания парниковых газов в атмосфере, в том числе уточнения глобального баланса метана. В то же время, исследований в области неорганической геохимии продуктов грязевого вулканизма, а также работ, направленных на изучение взаимосвязи редких и рассеянных, в том числе биофильных (Cu, Co, Zn, V, Ni, Mo и др.) элементов сопочных илов с общим (Собщ), карбонатным (Скарб) и органическим (Сорг) углеродом все еще мало. Цель исследования. Настоящая публикация призвана в какой-то мере заполнить указанный пробел на основе анализа данных о содержании биофильных элементов, а также углерода в сопочном иле ряда грязевых вулканов Северо-Западного Кавказа (Ахтанизовский, Семигорский, Гладковский, Шуго, Миска, Школьный и Гефест). Методы. Определение содержания биофильных, как и других, микроэлементов проведено методом ICP-MS. Содержание Собщи Сорг установлено методом инфракрасной спектроскопии на приборе МЕТАВАК CS-30. Статистическая обработка данных включала сопоставление содержания элементов с их содержанием в таком референтном объекте, как средний постархейский австралийский глинистый сланец (PAAS) и майкопских глинах, корреляционный анализ на основе коэффициентов парной корреляции Спирмена и анализ методом главных компонент. Результаты. Установлено, что среднее содержание биофильных элементов, за исключением Sr, составляет от 50 до 90% от их содержания в PAAS. Содержание Сорг варьирует в изученных пробах от 0,41 до 1,49 мас. %. Между концентрациями ряда биофильных элементов и Сорг в сопочных илах наблюдается статистически значимая положительная взаимосвязь. Это предполагает, что некоторые биофильные элементы в сопочном иле перечисленных выше грязевых вулканов достаточно прочно связаны с органическим веществом. Анализ взаимосвязей микроэлементов, Сорг и Скарб при помощи метода главных компонент показал, что на первые две главные компоненты приходится 58,8% общей дисперсии. Скарб имеет положительную нагрузку на ГК1, в то время как Сорг, имеет отрицательные нагрузки. Выявленные факторы могут отражать как состав источников сопочных илов, так и свидетельствовать о том, что содержание микроэлементов в них является следствием изменения вмещающих пород в грязевулканическом процессе, но верификация сказанного – задача будущих исследований.

Relevance. Mud volcanism is of great interest to specialists in various fields. Its research is important for assessing energy resources, analyzing seismicity, forecasting the greenhouse gas levels in the atmosphere, including refining the global methane balance. At the same time, research in the field of inorganic geochemistry of products of mud volcanism, as well as work aimed at studying the relationship of trace elements, including biophilic (Cu, Co, Zn, V, Ni, Mo, etc.), elements of silty-pelitic sediments with total (Сtot), carbonate (Сcarb) and organic (Сorg) carbon is still insufficient. Aim. This paper is intended to fill this gap to some extent based on the analysis of data on the content of a wide range of elements, as well as Ctot and Corg, in the silty-pelitic sediments of a number of mud volcanoes in the Northwestern Caucasus (Akhtanizovsky, Semigorsky, Gladkovsky, Shugo, Miska, Shkol’ny and Hephaestus). Methods. The determination of the content of biophilic elements was carried out using the ICP-MS method. Analysis of the Ctot and Corg content was carried out using infrared spectroscopy on a METAVAC CS-30 device. Statistical data processing included comparison of the content of the trace elements with their content in Post-Archaean Average Australian Shale (PAAS) and Maikopian clays, correlation analysis based on Spearman pair correlation coefficients and Principal Component Analysis (PCA). Results. The average content of biophilic elements, with the exception of Sr, was found to range from 50 to 90% of their content in such a reference object as PAAS. The average Corg content varies in the samples from 0,41 to 1,49 wt %. A statistically significant relationship is observed between the concentrations of some biophilic elements and Corg in the silty-pelitic sediments of mud volcanoes. This suggests that the biophilic elements in the silty-pelitic sediments of the mud volcanoes listed above are quite strongly associated with organic matter. Analysis of the relationships between trace elements, Corg and Ccarb using the PCA showed that the first two principal components accounted for 58,8% of the total variance. Ccarb has a positive loading on PC1, while Corg has negative loadings. The identified factors may reflect both the composition of the sources and indicate the some extraction of the several elements during changes in the host rocks in the mud volcanic process.