gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2022-13-2s-0602gtcrust-1399Research ArticleПАЛЕОГЕОДИНАМИКАPALEOGEODYNAMICSИЗОТОПНЫЕ ОТНОШЕНИЯ СТРОНЦИЯ 87Sr/86Sr В ВОДЕ РЯДА РЕК ЮЖНОГО УРАЛА87Sr/86Sr ISOTOPE RATIOS IN THE RIVER WATERS OF THE SOUTHERN URALSКиселеваД. В.KiselevaD. V.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

podarenka@mail.ruШагаловЕ. С.ShagalovE. S.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

ОкуневаТ. Г.OkunevaT. G.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

СолошенкоН. Г.SoloshenkoN. G.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

РянскаяА. Д.RyanskayaА. D.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

ПанкрушинаЕ. А.PankrushinaE. A.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

КарповаС. В.KarpovaS. V.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

УразоваК. К.UrazovK. K.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Akademika Vonsovskogo St, Ekaterinburg 620016

СидорукА. Р.SidorukA. R.

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

19 Mira St, Ekaterinburg 620002

Институт геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАНРоссияZavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationУральский федеральный университетРоссияUral Federal UniversityRussian Federation202210022022132602602Copyright © Киселева Д.В., Шагалов Е.С., Окунева Т.Г., Солошенко Н.Г., Рянская А.Д., Панкрушина Е.А., Карпова С.В., Уразова К.К., Сидорук А.Р., 20222022Киселева Д.В., Шагалов Е.С., Окунева Т.Г., Солошенко Н.Г., Рянская А.Д., Панкрушина Е.А., Карпова С.В., Уразова К.К., Сидорук А.Р.Kiseleva D.V., Shagalov E.S., Okuneva T.G., Soloshenko N.G., Ryanskaya А.D., Pankrushina E.A., Karpova S.V., Urazov K.K., Sidoruk A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1399

Изотопные отношения стронция 87Sr/86Sr широко используются для выявления источниковстронция и исследования его поведения в (био)геохимических циклах, а в поверхностных водах они могут отражатьусредненный состав биодоступного (доступного для дальнейшего поглощения растениями и животными)стронция на конкретной территории водосбора, на основании чего могут быть составлены региональные картыраспределения биодоступного стронция (Sr изоскейпы). Уральская горная система характеризуется блочнойструктурой, отдельные части (блоки) которой сложены разнообразными по возрасту, генезису и геохимическимособенностям горными породами, которые могут радикально изменяться на расстоянии нескольких десятковкилометров. Такая вариативность будет отражаться и в изотопных отношениях стронция, что позволит с достаточновысокой точностью определить локальные метки биодоступного стронция.

Целью работы являлось исследование изотопных отношений стронция 87Sr/86Srв воде ряда рек Южного Урала.В образцах речной воды, отобранных в 2019–2020 гг. с территорий Оренбургской и Челябинской областей и РеспубликиБашкортостан, определены содержания (квадрупольная масс-спектрометрия с индуктивно связаннойплазмой) и изотопные отношения стронция (мультиколлекторная масс-спектрометрия с индуктивно связаннойплазмой и термоионизационная масс-спектрометрия после хроматографического выделения стронция).

Впервые в поверхностной воде ряда рек Южного Урала (Урал, Белая, Тобол, Карагайлы-Аят, Сим и др.) определеныизотопные отношения 87Sr/86Sr и проанализированы их вариации. Для рек бассейна р. Урал значения87Sr/86Sr варьируются в диапазоне 0.70666–0.71063 (среднее 0.70908), для бассейна р. Кама – 0.70749–0.71058(среднее 0.70924), для бассейна р. Тобол – 0.70946–0.71176 (среднее 0.71071). Подобные особенности изотопногосостава стронция могут быть обусловлены типом подстилающих горных пород водосбора, дренируемых речнойводой. Полученные данные могут быть использованы для выявления источников поступления стронция в воднуюсистему при гидрологических и экологических исследованиях, для подтверждения аутентичности пищевыхпродуктов растительного и животного происхождения, для проведения сопоставлений при исследованияхмиграций древних людей и животных, а также для определения сырьевых ареалов для производства растительногои шерстяного текстиля, деревянных изделий в древности.

87Sr/86Sr isotopic ratios are widely used to identify strontium sources and study strontium behaviour in(bio)geochemical cycles. 87Sr/86Sr in surface waters can reflect the average composition of bioavailable (i.e. available forfurther absorption by plants and animals) strontium in the catchment specific area. Based on those 87Sr/86Sr ratios, theregional maps of the bioavailable strontium distribution (strontium isoscapes) can be compiled. A complex block structurecharacterizes the Ural mountain system. Individual parts (blocks) are composed of rocks of various ages, genesis andgeochemical characteristics, which can radically change at a distance of several tens of kilometres. Such variability wouldbe reflected in strontium isotopic ratios, thus making it possible to determine the local isotopic signatures of bioavailablestrontium.

This work aimed to study 87Sr/86Sr in the water in the rivers of the Southern Urals. We determined the contents andisotopic ratios of strontium in river water samples collected from the territories of the Orenburg and Chelyabinsk regionsand the Republic of Bashkortostan in 2019–2020.

For the first time in the surface water of the rivers in the Southern Urals (Ural, Belaya, Tobol, Karagaily-Ayat, Sim, andothers), the 87Sr/86Sr isotopic ratios have been determined, and their variations have been analyzed. 87Sr/86Sr values varyin the range 0.70666–0.71063 (average 0.70908) for the rivers of the Urals basin, 0.70749–0.71058 (average 0.70924)for the Kama-Volga basin, 0.70946–0.71176 (average 0.71071) for the Tobol basin. Such features of the strontium isotopiccomposition may be due to the influence of underlying rocks of the catchment area drained by river water. The dataobtained can be used to identify the sources of strontium input into the water system during hydrological and environmentalstudies; to confirm the authenticity of food products of plant and animal origin; to carry out comparisons in thestudies of the migration of ancient people and animals, as well as to determine the raw material areas for the productionof vegetable and woollen textiles and wooden products in antiquity.

8787Sr/86Srбиодоступный стронцийречная водаЮжный Урал8787Sr/86Srbioavailable strontiumriver waterSouthern UralsРабота выполнена при поддержке РФФИ, проект № 20-09-00194, в рамках государственногозадания ИГГ УрО РАН № АААА-А18-118053090045-8 с использованием оборудования ЦКП «Геоаналитик»ИГГ УрО РАН. Дооснащение и комплексное развитие ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН осуществляется при финансовойподдержке Министерства науки и высшего образования РФ, соглашение № 075-15-2021-680.The study is supported by the Russian Foundation for Basic Research (project 20-09-00194) and performedwithin the state task of the IGG UB RAS АААА-А18-118053090045-8 at the "Geoanalitik" shared research facilities of theIGG UB RAS. The re-equipment and comprehensive development of the "Geoanalitik" shared research facilities of the IGGUB RAS is financially supported by the grant of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation(Agreement 075-15-2021-680).ReferencesBea F., Fershtater G.B., Montero P., Smirnov V.N., Molina J.F.,2005. Deformation-Driven Differentiation of Granite Magma:The Stepninsk Pluton of the Uralides, Russia. Lithos 81,209–233. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2004.10.004.Bea F., Fershtater G.B., Montero P., Smirnov V.N., Molina J.F.,2005. Deformation-Driven Differentiation of Granite Magma:The Stepninsk Pluton of the Uralides, Russia. Lithos 81,209–233. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2004.10.004.Frei K.M., Frei R., 2010. The Geographic Distribution ofStrontium Isotopes in Danish Surface Waters – A Base forProvenance Studies in Archaeology, Hydrology and Agriculture.Applied Geochemistry 26 (3), 326–340. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2010.12.006.Frei K.M., Frei R., 2010. The Geographic Distribution ofStrontium Isotopes in Danish Surface Waters – A Base forProvenance Studies in Archaeology, Hydrology and Agriculture.Applied Geochemistry 26 (3), 326–340. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2010.12.006.Frost C.D., Toner R.N., 2004. Strontium Isotopic Identificationof Water‐Rock Interaction and Ground Water Mixing.Ground Water 42 (3), 418–432. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2004.tb02689.x.Frost C.D., Toner R.N., 2004. Strontium Isotopic Identificationof Water‐Rock Interaction and Ground Water Mixing.Ground Water 42 (3), 418–432. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2004.tb02689.x.Gorokhov I.M., Zaitseva T.S., Kuznetsov A.B., OvchinnikovaG.V., Arakelyants M.M., Kovach V.P., Konstantinova G.V.,Turchenko T.L., Vasilyeva I.M., 2019. Isotope Systematics andAge of Authigenic Minerals in Shales of the Upper RipheanInzer Formation, South Urals. Stratigraphy and GeologicalCorrelation 27, 133–158. https://doi.org/10.1134/S0869593819020035.Gorokhov I.M., Zaitseva T.S., Kuznetsov A.B., OvchinnikovaG.V., Arakelyants M.M., Kovach V.P., Konstantinova G.V.,Turchenko T.L., Vasilyeva I.M., 2019. Isotope Systematics andAge of Authigenic Minerals in Shales of the Upper RipheanInzer Formation, South Urals. Stratigraphy and GeologicalCorrelation 27, 133–158. https://doi.org/10.1134/S0869593819020035.Kasyanova A.V., Streletskaya M.V., Chervyakovskaya M.V.,Kiseleva D.V., 2019. A Method for 87Sr/86Sr Isotope Ratio Determinationin Biogenic Apatite by MC-ICP-MS Using theSSB Technique. AIP Conference Proceedings 2174, 020028.https://doi.org/10.1063/1.5134179.Kasyanova A.V., Streletskaya M.V., Chervyakovskaya M.V.,Kiseleva D.V., 2019. A Method for 87Sr/86Sr Isotope Ratio Determinationin Biogenic Apatite by MC-ICP-MS Using theSSB Technique. AIP Conference Proceedings 2174, 020028.https://doi.org/10.1063/1.5134179.КиселеваД.В., ШагаловЕ.С.,ЧервяцоваО.Я., ОкуневаТ.Г., СолошенкоН.Г. Изотопныеотношениястронциявсистемевода-породапещерыШульган-Таш (Капова) // ТрудыФерсмановскойнаучнойсессииГИКНЦРАН. 2020. Т. 17. С. 260–264. https://doi.org/10.31241/FNS.2020.17.049.Kiseleva D.V., Shagalov E.S., Chervyatsova O.Ya., OkunevaT.G., Soloshenko N.G., 2020. Sr Isotope Ratios in theWater-Rock System of the Shulgan-Tash (Kapova) Cave. Proceedingsof the Fersman Scientific Session of the GI KSC RAS17, 260–264 (in Russian) https://doi.org/10.31241/FNS.2020.17.049.Киселева Д.В., ШагаловЕ.С., ЗайцеваМ.В.,СтрелецкаяМ.В., КарповаС.В. Изотопно-геохимическое(Sr, Pb) исследованиеразрезапочвенно-растительногослояврайонеархеологическихпамятниковэпохибронзынаЮжномУрале // Геоархеологияиархеологическаяминералогия. 2018. Т. 5. С. 37–41.KiselevaD.V., ShagalovE.S., ZaitsevaM.V., StreletskayaM.V.,KarpovaS.V., 2018. Isotope-Geochemical (Sr, Pb) Study ofthe Section of the Soil and Plant Layer in the Area of ArchaeologicalSites of the Bronze Age in the Southern Urals.Geoarchaeology and Archaeological Mineralogy 10, 37–41(in Russian)Kuznetsov A.B., Gorokhov I.M., Semikhatov M.A., Kislova I.V., Maslov A.V., KrupeninM.T., PrasolovE.M., 2006. NewData on Sr- and C-Isotopic Chemostratigraphy of the UpperRiphean Type Section (Southern Urals). Stratigraphy andGeological Correlation 14, 602–628. https://doi.org/10.1134/S0869593806060025.Kuznetsov A.B., Gorokhov I.M., Semikhatov M.A., KislovaI.V., MaslovA.V., KrupeninM.T., PrasolovE.M., 2006. NewData on Sr- and C-Isotopic Chemostratigraphy of the UpperRiphean Type Section (Southern Urals). Stratigraphy andGeological Correlation 14, 602–628. https://doi.org/10.1134/S0869593806060025.Muynck D.D., Huelga-Suarez G., Heghe L.V., Degryse P.,Vanhaecke F., 2009. Systematic Evaluation of a Strontium-Specific Extraction Chromatographic Resin for Obtaining aPurified Sr Fraction with Quantitative Recovery from Complexand Ca-Rich Matrices. Journal of Analytical AtomicSpectrometry 24, 1498–1510. https://doi.org/10.1039/B908645E.Muynck D.D., Huelga-Suarez G., Heghe L.V., Degryse P.,Vanhaecke F., 2009. Systematic Evaluation of a Strontium-Specific Extraction Chromatographic Resin for Obtaining aPurified Sr Fraction with Quantitative Recovery from Complexand Ca-Rich Matrices. Journal of Analytical AtomicSpectrometry 24, 1498–1510. https://doi.org/10.1039/B908645E.Nier A.O., 1938. The Isotopic Constitution of Strontium,Barium, Bismuth, Thallium and Mercury. Physical Review 54(4), 275–278. https://doi.org/10.1103/PhysRev.54.275.Nier A.O., 1938. The Isotopic Constitution of Strontium,Barium, Bismuth, Thallium and Mercury. Physical Review 54(4), 275–278. https://doi.org/10.1103/PhysRev.54.275.ГеологическаякартаРоссиииприлегающихакваторий. Масштаб 1:2500000 /Ред. О.В. Петров. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2016.Petrov O.V. (Ed.), 2016. Geological Map of Russia andAdjacent Water Areas. Scale 1:2500000. VSEGEI PublishingHouse, Saint Petersburg (in Russian)Price T.D., Burton J.H., Bentley R.A., 2002. The Characterizationof Biologically Available Strontium Isotope Ratiosfor the Study of Prehistoric Migration. Archaeometry 44 (1),117–136. https://doi.org/10.1111/1475-4754.00047.Price T.D., Burton J.H., Bentley R.A., 2002. The Characterizationof Biologically Available Strontium Isotope Ratiosfor the Study of Prehistoric Migration. Archaeometry 44 (1),117–136. https://doi.org/10.1111/1475-4754.00047.Пучков В.Н.Палеогеодинамика Южного и Среднего Урала. Уфа: Гилем,2000. 146 с.Puchkov V.N., 2000. Paleogeodynamics of the Southernand Middle Urals. Gilem, Ufa, 146 p. (inRussian)Rauch E., Rummel S., Lehn C., Buttner A., 2007. OriginAssignment of Unidentified Corpses by Use of Stable IsotopeRatios of Light (Bio-) and Heavy (Geo-) Elements – A CaseReport. Forensic Science International 168 (2–3), 215–218.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2006.02.011.Rauch E., Rummel S., Lehn C., Buttner A., 2007. OriginAssignment of Unidentified Corpses by Use of Stable IsotopeRatios of Light (Bio-) and Heavy (Geo-) Elements – A CaseReport. Forensic Science International 168 (2–3), 215–218.https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2006.02.011.Scharlotta I., Weber A., 2014. Mobility of Middle HoloceneForagers in the Cis-Baikal Region, Siberia: Individual LifeHistory Approach, Strontium Ratios, Rare Earth and TraceElements. Quaternary International 348, 37–65. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2014.03.040.Scharlotta I., Weber A., 2014. Mobility of Middle HoloceneForagers in the Cis-Baikal Region, Siberia: Individual LifeHistory Approach, Strontium Ratios, Rare Earth and TraceElements. Quaternary International 348, 37–65. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2014.03.040.СеравкинИ.Б., КосаревА.М.,ГорожанинВ.М. Изотопныеотношения Rb и Sr ирадиологическийвозраствулканогенныхкомплексовбаймак-бурибаевской (D1EMS), ирендыкской (D1-D2e) икарамалыташской (D2e) свит // Геологическийсборник. № 3. 2003. C. 141–151.Seravkin I.B., Kosarev A.M., Gorozhanin V.M., 2003. Rband Sr Isotopic Ratios and Radiologic Age of the VolcanogenicComplexes of the Baimak-Buribai (D1EMS), Irendyk(D1-D2e) and Karamalytash (D2e) Suites. Geological Collection3, 141–151 (in Russian)Государственная геологическая карта РоссийскойФедерации. Серия Южно-Уральская. Масштаб 1:200000. Лист N-41-XXV (Карталы): Объяснительнаязаписка. М.: МФ ВСЕГЕИ, 2018. 175 с.State Geological Map of the Russian Federation, 2018. South Ural Series. Scale 1:200000. Sheet N-41-XXV (Kartaly).Explanatory Note. Moscow Branch of VSEGEI, Moscow, 175 p.(In Russian).ТевелевА.В., КошелеваИ.А., ПоповВ.С., КузнецовИ.Е., ОсиповаТ.А., ПравиковаН.В., ВострецоваЕ.С.,ГустоваА.С. ПалеозоидызонысочлененияВосточногоУралаиЗауралья // Трудылабораториигеологиискладчатыхпоясов / Ред. А.М. Никишин. М.: Изд-во МГУ, 2006.Вып. 4. 300 с.Tevelev A.V., Kosheleva I.A., Popov V.S., Kuznetsov I.E.,Osipova T.A., Pravikova N.V., Vostretsova E.S., Gustova A.S.,2006. Paleozoids of the Eastern Ural/Trans-Ural Junction.A.M. Nikishin (Ed.), Proceedings of the Laboratory of Orogeny.Iss. 4. MSU Publishing House, Moscow, 300 p. (in Russian)West J.B., Bowen G.J., Dawson T.E., Tu K.P. (Eds), 2010.Isoscapes: Understanding Movement, Pattern, and Processon Earth through Isotope Mapping. Springer, 478 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-3354-3.West J.B., Bowen G.J., Dawson T.E., Tu K.P. (Eds), 2010.Isoscapes: Understanding Movement, Pattern, and Processon Earth through Isotope Mapping. Springer, 478 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-3354-3.Zaitseva T.S., Gorokhov I.M., Ivanovskaya T.A., SemikhatovM.A., Kuznetsov A.B., Mel’nikov N.N., Arakelyants M.M.,Yakovleva O.V., 2008. Msbauer Characteristics, Mineralogyand Isotopic Age (Rb-Sr, K-Ar) of Upper Riphean Glauconitesfrom the UK Formation, the Southern Urals. Stratigraphyand Geological Correlation 16, 227–247. https://doi.org/10.1134/S0869593808030015.Zaitseva T.S., Gorokhov I.M., Ivanovskaya T.A., SemikhatovM.A., Kuznetsov A.B., Mel’nikov N.N., Arakelyants M.M.,Yakovleva O.V., 2008. Msbauer Characteristics, Mineralogyand Isotopic Age (Rb-Sr, K-Ar) of Upper Riphean Glauconitesfrom the UK Formation, the Southern Urals. Stratigraphyand Geological Correlation 16, 227–247. https://doi.org/10.1134/S0869593808030015.Zieliński M., Dopieralska J., Belka Z., Walczak A., Siepak M.,Jakubowicz M., 2018. Strontium Isotope Identification ofWater Mixing and Recharge Sources in a River System (OderRiver, Central Europe): A Quantitative Approach. HydrologicalProcesses 32 (16), 2597–2611. https://doi.org/10.1002/hyp.13220.Zieliński M., Dopieralska J., Belka Z., Walczak A., Siepak M.,Jakubowicz M., 2018. Strontium Isotope Identification ofWater Mixing and Recharge Sources in a River System (OderRiver, Central Europe): A Quantitative Approach. HydrologicalProcesses 32 (16), 2597–2611. https://doi.org/10.1002/hyp.13220.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.