Вариации 234U/238U в подземных водах Мондинского полигона как отклики землетрясений на окончании Тункинской долины в Байкальской рифтовой системе

High 234U/238U activity ratio (AR4/8), identified in groundwater from the Elovka-Kultuk and Nilovka-Mondy inversion sections of the Tunka Valley, coincide with areas of earthquake concentrations. In order to substantiate an approach to earthquake prediction, spatial variations of this parameter were determined in natural water at the western termination of the valley and its temporal variations were monitored in water from the Mon-D well in the Mondy basin in 2013–2017. A recorded gradual decrease of AR4/8 values in water of this well, coeval with preparation and implementation of an earthquake with the energy class K=13.9 in the north of lake Khövsgöl, reflected crack closure that prevented deep water penetration in the Tumelik-Mondy aseismic zone. At the eastern termination of the valley, near the Kultuk village, decreasing AR4/8 values in groundwater were followed with their sharp increasing and transition to low-amplitude variations. Accordingly, crack closing was followed with their opening that facilitated the circulation of deep water and provided seismic events. Leveling of the Mondy anomaly in the Tumelik-Mondy aseismic zone, accompanied by a continuous activity of the Turan and Nilovka anomalies within the Nilovka-Mondy section, emphasized a specific role of the latter as an intermediate chain between the Khövsgöl segment of radial rifts, originated in front of the Hangay orogen, and the largest central basin of the Tunka Valley. The Kultuk, Zaktuy, and North-Tory AR4/8 and earthquake anomalies denoted boundaries of the Elovka-Kultuk section in the Khamardaban lithospheric block flattened at the edge of the Siberian platform basement.Высокие отношения активностей 234U/238U (ОА4/8), выявленные в подземных водах Еловско-Култукской и Ниловско-Мондинской инверсионных секций окончаний Тункинской долины, совпадают с участками концентрации землетрясений. Для обоснования подхода к прогнозу землетрясений на западном окончании долины были определены пространственные вариации этого параметра в природных водах и его временные вариации в 2013–2017 гг. в водах скважины Mon‐D в Мондинской впадине. Задокументированное ступенчатое снижение значений ОА4/8 в воде этой скважины, одновременно с подготовкой и реализацией землетрясения с энергетическим классом К=13.9 на севере оз. Хубсугул, отразило последовательное закрытие трещин, препятствовавшее проникновению глубинных вод в Тумелик-Мондинской асейсмичной зоне. В подземных водах ее восточного окончания, в районе пос. Култук, снижение значений ОА4/8 сменялось их резким возрастанием и переходом к малоамплитудным вариациям. Соответственно закрытие трещин сменялось открытием, способствовавшим циркуляции глубинных вод и реализации землетрясений. Нивелирование Мондинской аномалии Тумелик-Мондинской асейсмичной зоны с продолжением активности Туранской и Ниловской аномалий внутренней части Ниловско-Мондинской секции подчеркнуло ее особую роль как связующего звена между Хубсугульским сегментом радиальных рифтов, образовавшихся во фронте Хангайского орогена, и наиболее крупной центральной впадиной Тункинской долины. Проявление Култукской, Зактуйской и Северо-Торской аномалий ОА4/8 и землетрясений по периферии Еловско-Култукской секции обозначило границы Хамардабанского литосферного блока, расплющенного у края фундамента Сибирской платформы

Гидрогеохимическая зональность изотопов урана (234U/ 238U) на юге Сибирского палеоконтинента: роль резервуара Южного Байкала в формировании подземных вод

The southern deformed edge of the Siberian paleocontinent is studied for zoning the disturbance of 234U/238U cyclic equilibrium in groundwaters discharged to the accreted Khamardaban terrane. A relationship is established between vertical variations of 234U/238U (ОА4/8) activity ratios and the hydrogeochemical zoning of groundwaters. Lateral ОА4/8 zoning of groundwaters in the basement rocks and sedimentary cover of the Siberian platform is described. It is emphasized that an important role is played by the water propagating from the South Baikal reservoir (SBR) (ОА4/8 = 1.95–1.99; U content = 0.44–0.46 μg/L) under the shore of Lake Baikal. It is suggested that the lateral advancement of the SBR water is facilitated by the development of low-angle (weakened by rifting) fractures of the Angara thrust fault, as well as subvertical fractures in the shear zone of the Main Sayan Fault. Monitoring data on the study area show that the ratios of the groundwaters components vary in time due to Cherdyntsev – Chalov deformational effect, chemical interaction of the waters and evaporites, and mixing of the groundwaters with contrasting hydrogeochemical signatures.Исследуется зональность в нарушении циклического равновесия 234U/238U в подземных водах на южном деформированном краю Сибирского палеоконтинента с выходом в аккретированный Хамардабанский террейн. Обозначается связь вертикальных вариаций отношений активностей 234U/238U (ОА4/8) с гидрогеохимической зональностью подземных вод. Характеризуется латеральная зональность ОА4/8 подземных вод в породах фундамента и отложениях осадочного чехла Сибирской платформы. Подчеркивается определяющая роль воды, распространяющейся от Южно-Байкальского резервуара (ЮБР) с характерными значениями ОА4/8 = 1.95–1.99 и концентрацией U = 0.44–0.46 мкг/дм3 под побережье Байкала. Предполагается, что латеральному продвижению вод ЮБР способствует развитие пологих (ослабленных при рифтогенезе) разрывов Ангарского надвига и субвертикальных разрывов сдвиговой шовной зоны Главного Саянского разлома. Данные мониторинга свидетельствуют о меняющихся во времени соотношениях компонентов подземных вод, обусловленных деформационным эффектом Чердынцева – Чалова, химическим взаимодействием воды с эвапоритами и смешением подземных вод с контрастными U-изотопными характеристиками

КОМПЛЕКСНЫЙ МОНИТОРИНГ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРИБАЙКАЛЬЕ: ОРГАНИЗАЦИЯ ПИЛОТНОЙ СЕТИ И ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

The article deals with the first results of integrated geohazard monitoring conducted by the Institute of the Earth’s Crust SB RAS on the territory of Pribaikalye in 2020. The pilot network consists of three sites: "Buguldeika", "Priolkhonye" and "Listvyanka", each of which is equipped with high-precision digital devices including a broadband seismic station, a GPS receiver, deformometers, a sensor of soil radon emanations, and an observation station for the Earth’s electromagnetic environment. This equipment is designed to acquire quantitative information on rock deformation, recent movements and geophysical field variations for solving theoretical and applied problems of geodynamics and seismology, including development of earthquake prediction methods. In the vicinity of the sites, there have been made the hydroisotopic measurements as well as observations over the character of some of exogenous processes. Based on the comprehensive analysis of the seismological, tectonic, deformation and emanation data, acquired also through monitoring, there has been obtained the preliminary characteristics of the Kudarinsky earthquake (December 9, 2020, MW=5.6) that was followed by intensity 5 aftershocks in large cities of the southeastern East Siberia – Irkutsk, Shelekhov, Angarsk, Usolye-Sibirskoe and others. It has been found that the seismic event manifested itself almost in all the fields monitored. This implies the network efficiency for a purposeful study of the precursors of large earthquakes which can initiate the development of other hazardous geological processes in Pribaikalye. The deformation monitoring data show some general patterns of earthquake source evolution which corresponds to the fundamental principles of physical mesomechanics. This opens the prospects for diagnostics of the final phase of earthquake generation in the context of meta-instable state of deformation process and rock mass disintegration.Статья посвящена первым результатам комплексного мониторинга опасных геологических процессов, организованного на территории Прибайкалья в 2020 г. Институтом земной коры СО РАН. Пилотная сеть состоит из трех пунктов – «Бугульдейка», «Приольхонье» и «Листвянка», каждый из которых оснащен современным высокоточным цифровым оборудованием, включающим в себя широкополосную сейсмическую станцию, приемник GPS, деформометры, датчик эманаций почвенного радона, станцию наблюдений за электромагнитным полем Земли. Они позволяют осуществлять сбор количественной информации о деформациях горных пород, современных движениях, вариациях геофизических полей для решения теоретических и прикладных вопросов геодинамики и сейсмологии, в том числе для разработки способов прогноза землетрясений. В окрестностях пунктов проводятся гидроизотопные измерения, наблюдения за характером проявления некоторых экзогенных процессов. На основе комплексного анализа сейсмологических, тектонических, деформационных и эманационных данных, полученных в том числе в режиме мониторинга, составлена предварительная характеристика Кударинского землетрясения (09.12.2020 г., MW=5.6), которое сопровождалось сотрясениями с интенсивностью 5 баллов в крупных городах юга Восточной Сибири – Иркутске, Шелехове, Ангарске, Усолье-Сибирском и др. Установлено, что сейсмическое событие проявилось практически во всех изучаемых в режиме мониторинга полях. Это позволяет рассчитывать на эффективность создаваемой сети для целенаправленного изучения предвестников сильных землетрясений, которые могут инициировать интенсивное развитие других опасных геологических процессов в Прибайкалье. По данным деформационного мониторинга показано закономерное развитие очага готовящегося землетрясения, соответствующее в целом фундаментальным представлениям физической мезомеханики. Это открывает перспективы диагностики заключительной фазы его подготовки в рамках метанестабильной стадии развития деформации и разрушения породного массива

Trends In Elemental Concentrations of Tree Rings From the Siberian Arctic

The biogeochemistry and ecology of the Arctic environment have been heavily impacted by anthropogenic pollution and climate change. We used ICP-MS to measure concentrations of 26 elements in the AD 1300–2000 tree rings of larch from the Taymyr Peninsula in northern Siberia for studying the interaction between environmental change and wood chemistry. We applied a two-stage data reduction technique to identify trends in the noisy measurement data. Statistical assessment of variance of normalized time series reveals pronounced depletion of xylem Ca, Mg, Cl, Bi and Si concentrations and enrichment of P, K, Mn, Rb, Sr and Ba concentrations after ca. AD 1900. The trends are unprecedented in the 700-year records, but multiple mechanisms may be at work and difficult to attribute with certainty. The declining xylem Ca and Mg may be a response to soil acidification from air pollution, whereas increasing P, K, and Mn concentrations may signal changes in root efficiency and excess water-soluble minerals liberated by the permafrost thaw. The changes seem consistent with mounting stress on Arctic vegetation. This study supports the potential of tree rings for monitoring past and ongoing changes in biogeochemistry of Arctic ecosystems related to pollution and permafrost thaw

THE INFLUENCE OF PLASMONIC AND DIELECTRIC INCLUSIONS ON ANTIREFLECTIVE PROPERTIES OF HOMOGENEOUS COATINGS FOR SILICON PHOTOVOLTAIC STRUCTURES

Subject of Study. Theoretical analysis of the efficiency for the antireflective coatings based on plasmonic silver (Ag) and dielectric silicon (Si) nanoparticles is presented. We observe the increase of light absorption in the active layer, which is related to the optical resonant properties of considered nanoparticles. Characteristic property of the studied composite layer is its ability to combine the functions of electric contacts and anti-reflective coating. Method. Numerical calculations were performed in CST Microwave Studio with FDFD method (Finite Difference in Frequency Domain). The optical parameters of materials were extracted from the experimentally measured data available in literature. Geometrical parameters of composite layer – size and location of particles – were varied. Comparison of light absorption efficiency for different coatings on top of the active layer is presented: the homogeneous Indium Tin Oxide (ITO) layer, ITO layer with the spherical nanoparticle inclusions on the ITO surface, ITO layer with spherical nanoparticle bulk inclusions. Periodical lattices of particles with sizes of range between 15 and 80 nm were considered. Nanoparticles of this size have dominant dipole response. Main Results. Numerical calculations have shown that nanoparticle inclusions cause significant deformation of the absorption spectra with appearing of resonant pecularities in the wavelength range equal to 300-800 nm. It originates from the nanoparticle resonant features, which are similar to the resonant features of isolated nanoparticles. Absorption in the active layer decreases sharply at the resonant wavelength. Resonant response of nanoparticles placed on the ITO surface differs significally from the isolated ones: the resonant frequency and Q-factor decrease. It was shown that absorption in the active layer decreases by 25 % when the size of Ag and Si particles increases. Ag nanoparticles, placed in ITO layer on top of the active layer, show a monotonic decrease of integral absorption down to 30% with decreasing of nanoparticle size. Si nanoparticles of 50 nm radius have maximal influence on the absorption. Practical Significance. These results may be useful for understanding the physics of antireflective composite coatings with inclusions of nanoparticles for developers of silicon solar cells

Age and isotopes in bottom sediments from Core VER-99-1-St2, Baikal Lake

A simple, reliable, and efficient method has been elaborated for direct determination of isotopic composition of authigenic uranium in siliceous lacustrine sediments. The method is based on studying kinetics of selective extraction of authigenic uranium from sediments by weak solutions of ammonium hydrocarbonate followed by ICP-MS analysis of nuclides. To estimate contamination of authigenic uranium by terrigenous one contents of 232Th and some other clastogenic elements in the extracts were measured simultaneously. Selectivity of extraction of authigenic uranium from the sediments treated with 1% NH4HCO3 solution appeared to be no worse than 99%. The method was applied to analysis of isotopic composition of authigenic uranium at several key horizons of the earlier dated core from the Baikal Lake. Measurements directly show that 234U/238U values in Baikal water varied depending on climate, which contradicts existing hypotheses. Measured 234U/238U ratios in water of the paleo-Baikal match corresponding values reconstructed from isotopic data for total uranium in the sediments on supposition that U/Th ratio is constant in terrigenous fraction of the sediments. Direct experimental determination of total and authigenic nuclides in sediments enhances potentiality of the method for 234U-230Th dating of non-carbonate lacustrine sediments including those from the Baikal Lake within intervals corresponding to periods of glaciation, when sediments were rich in terrigenous components. Portions of terrigenous and authigenic uranium are well separated and we can study variability of sources of terrigenous matter and refine the earlier model for reconstructing climate humidity in the East Siberia