В распределении современных донных осадков Северного Ледовитого океана есть известная особенность: размер составляющих их частиц уменьшается в направлении от источников сноса материала (континентов) в сторону глубоководных котловин. Галька, песок, гравий обычно аккумулируются в пределах современных пляжей, иногда - на мелководье. Меньшие по размеру частицы (алевриты) переносятся ветром, течениями и энергией волн на большую глубину. Самые мелкие, глинистые частицы могут перемещаться на огромные расстояния и достигать глубоководных областей. Поэтому на дне абиссальных равнин океанов (максимально удаленных от берегов) обычно распространены мелкодисперсные илистые осадки.

Эта общая для Мирового океана закономерность нарушается лишь в высоких широтах, где к агентам переноса осадочного материала (ветер, сток рек, абразия берегов, морские течения и т.д.) подключается разнос материала дрейфующим льдом, а иногда и айсбергами. При этом на дно океана, наряду с илистым материалом, попадают песок, гравий и довольно крупные каменные обломки, в англоязычной литературе именуемые IRD (ice rafted debris). Особенности процессов захвата, переноса и отложения обломков морским льдом подробно описаны в монографии известного морского геолога, академика А.П.Лисицына [1994]. Ледовая седиментация наиболее характерна для Арктического бассейна. Но все ли обломки горных пород, попавшие на дно Северного Ледовитого океана, принесены льдами? На этот вопрос попытаюсь ответить.

Поднятие Менделеева

Поднятие Менделеева - асейсмичный хребет в Амеразийском бассейне Северного Ледовитого океана. Геоморфологически оно представляет собой ансамбль структур - плато, террас и подводных гор [Jakobsson et al., 2012]. Над окружающими глубоководными впадинами они возвышаются на 1000-1500 м. В южной части поднятия распространены широкие плосковершинные плато, кое-где нарушенные разломными зонами. Эти разломы в рельефе дна представлены в виде уступов. В районе 81ºс.ш. высота поднятия заметно уменьшается, выступают лишь отдельные подводные горы с довольно значительной относительной высотой. С юга на север снижается мощность осадочного чехла, покрывающего положительные формы рельефа.

На крутых склонах подводных гор поднятия Менделеева развиты процессы оползания мягких осадков и скатывания вниз каменных обломков. Тонкие глинистые частицы перемещаются со склонов к подножиям гор в виде взвеси в составе так называемых турбидитных потоков. Широко развиты глубоководные придонные течения, имеющие различные направление, режим и силу.

В течение долгих лет господствовало представление о том, что на поднятии Менделеева практически повсеместно распространен сплошной осадочный покров мощностью 0.5-1.5 км, исключающий возможность обнаружения на океанском дне выходов литифицированных пород коренного ложа. По данным сейсмических исследований, лишь в отдельных местах, в зонах тектонических нарушений на крутых склонах породы фундамента непосредственно выступают на поверхности дна [Hall, 1979; Bruvoll et al., 2012].

В течение ряда лет участники многих арктических экспедиций поднимали со дна океана различные каменные обломки. Их происхождение достоверно установлено не было, и в этом вопросе мнения исследователей разделились. Одни считают, что камни, а также крупнопесчаный и гравийный материал имеют дрифтовую природу, т.е. принесены сюда с Канадского Арктического архипелага морскими льдами и айсбергами [Крылов и др., 2013; Phillips & Grantz, 2001; Stein et al., 2010;]. Другие утверждают, что встречающиеся на склонах поднятия Менделеева каменные обломки образовались на месте [Рекант и др., 2013; Кабаньков и др., 2004].

Таким образом, для определения источников обломочного материала необходимо детальное исследование особенностей строения склонов подводных гор поднятия Менделеева, в том числе подтверждение или опровержение наличия выходов коренных пород на поверхности океанского дна.

Скалы на дне

С августа по октябрь 2012 г. в Северном Ледовитом океане работала комплексная высокоширотная геолого-геофизическая экспедиция «Арктика-2012», организованная Севморгео и ВНИИОкеангеология. В ней участвовали два ледокола - «Диксон» и «Капитан Драницын», а также исследовательские подводные лодки Министерства обороны России.

фото с сайта militaryrussia.ru

Целями экспедиции были получение сейсмических данных о толщине осадочного чехла на поднятии Менделеева и изучение его глубинной структуры. Планировалось собрать донно-каменный материал, пробурить скважины и поднять полученные керны, определить возраст подводного горного массива и осадочных пород и соотнести получившиеся данные с геофизическими и геологическими исследованиями континента.

В комплекс исследований входило многолучевое эхолотирование, сейсмоакустическое и сонарное профилирование, обследование дна с видеосъемкой обнажений (с расстояния 10-20 м) и отбор проб манипулятором подводной лодки. С ледокола «Капитан Драницын» проводился донный пробоотбор драгой (ковшом, который волочится за судном по дну), телегрейфером (захлопывающимся ковшом для забора донных пород) и полуавтономной буровой установкой. Методика проведения геолого-геофизических исследований в экспедиции «Арктика-2012» подробно описана в нескольких недавно опубликованных статьях [Шкатов и Иванов, 2013; Морозов и др., 2014]. Увлекательную научно-популярную повесть об экспедиции опубликовал ее участник А.А.Кременецкий [2013].

Экспедиционные исследования подтвердили наличие коренных выходов скальных пород на поверхности дна океана на крутых склонах, что было задокументировано с помощью видеоаппаратуры [Гусев и др., 2014]. Впервые в Арктике наблюдения производились не при помощи оборудования, погружаемого с дрейфующего судна за борт, а с подводной лодки, свободно маневрирующей в нужном направлении и производящей непосредственное обследование океанского дна. Я принимал участие в экспедиции в составе экипажа субмарины, поэтому мне и моим коллегам удалось увидеть своими глазами, сфотографировать и снять на видеокамеру подводные ландшафты с коренными выступами.

Обнажения встречались в пределах полигонов 0 (плато Т-3), 1 (гора Шамшура), 5 и 6 (гора Трукшина). Ширина выходов коренных пород варьировала в пределах от 5-10 до 100-200 м. Они чаще всего были вытянуты вдоль некого гипсометрического уровня, либо располагались наклонно, пересекая склон под углом к линии горизонта. Горные породы в скальных поверхностях имели различный облик. Встречались породы как массивные, так и слоистые, часто сильно выветрелые, кавернозные, с видимыми трещинами и протяженными разрывными нарушениями.

На полигоне 8 (гора Рогоцкого) скальных выходов в нижней части склона мы не нашли, однако у подножия встречены массивные блоки (до 20 м в поперечнике), выступающие из донных осадков. Возможно, они перемещены к подножию крупным оползнем с верхней части склона, где по данным многолучевого эхолотирования зафиксирован обрывистый уступ. На отдельных полигонах скальные выходы и лежащие неподалеку каменные обломки покрыты железо-марганцевыми корками довольно большой мощности (до нескольких сантиметров).

С борта ледокола «Капитан Драницын» на полигонах 0 и 5 в местах обнаружения выходов скальных пород было выполнено бурение неглубоких скважин, которые вскрыли вулканические породы [Морозов и др., 2013].

Обломки на склонах и у подножий

Еще в 1960-ых годах американские и канадские исследователи района поднятия Менделеева по материалам систематического фотографирования дна указывали на контрастные различия в строении дна впадин и подводных гор [Hunkins et al., 1970]. Для впадин были характерны очень редкие каменные обломки на поверхности, для гор - скопления крупных кусков горных пород с разной степенью окатанности.

В экспедиции «Арктика-2012» глубоководные котловины не изучались, обследовались только подводные горы. Тем не менее увеличение количества каменных обломков на склонах и у подножий, а также снижение их числа при удалении от подводных гор наблюдалось и нами.

Но, безусловно, одних только визуальных наблюдений коренных выступов и данных бурения недостаточно для определения источников каменных обломков - драгированных, отобранных грунтовыми трубками и дночерпателями со склонов подводных гор. В отличие от кернов буровых скважин, состоящих из магматических образований, материал из драг был представлен широким спектром осадочных, метаморфических и магматических горных пород. Следует отметить, что на склонах гор как на суше, так и в океане обычно в виде обнажений выступают устойчивые к разрушению магматические породы. Осадочные же, более податливые к размыву, часто перекрыты склоновыми отложениями различной мощности. Поэтому вскрытые всего двумя скважинами вулканические образования не доказывают исключительно магматического происхождения фундамента поднятия Менделеева, как это предполагалось по сейсмическим данным [Bruvoll et al., 2012].

В экспедиции изучено строение дна Северного Ледовитого океана и особенности распределения каменных обломков по дну в местах как наличия, так и отсутствия выходов коренных пород. Так, в южной части поднятия Менделеева на плоской вершине одной из подводных гор (полигон 3), перекрытой мощной толщей слоистых осадков, встречены каменные обломки различной морфологии, очевидно, принесенные сюда дрейфующими льдами и айсбергами.

Особенно большие скопления каменных обломков отмечались у подножия крутых склонов подводных гор, а также непосредственно у основания обследованных скальных обнажений. Здесь их размер увеличивается, часто встречаются крупные глыбы с острыми краями и свежими сколами, четкими неровными гранями. Источником таких обломков, по всей видимости, служат выступающие в непосредственной близости выходы скальных пород. При этом определенный вклад в концентрирующийся у подножий материал вносит и ледовый разнос.

Разумеется, невозможно только по морфологическим признакам разделить драгированные обломки горных пород на скатившиеся со склонов, имеющие местное происхождение, и принесенные сюда дрейфующими льдами и айсбергами. Айсберговый материал, также как и инситный (образовавшийся на месте), может иметь «свежий» облик, острые и неровные края и достаточно крупные размеры. Выполненный петрографический анализ образцов показал, что среди обломков одновременно присутствуют как заведомо инситные породы (те самые, что вскрыты в пробуренных неподалеку неглубоких скважинах), так и материал ледового разноса. Разрушение коренных пород фундамента в обнажениях, по всей видимости, в настоящее время замедлено, и к подножиям попадает лишь небольшое количество обломков. Такой вывод сделан по результатам изучения обнажений: практически все они обладают незначительными размерами (небольшой вертикальной протяженностью обнаженных склонов), характеризуются низкой интенсивностью процессов дезинтеграции скальных пород под водой и имеют невысокую скорость потоков массопереноса по склонам подводных гор.

Несмотря на полное отсутствие эпицентров современных землетрясений в данном районе, свежесть тектонически обусловленных склонов подводных гор поднятия Менделеева и наличие выступов коренных пород в эскарпах, свидетельствуют о былой сейсмической активности района. Землетрясения, происходившие здесь в недавнем прошлом, могли приводить к разрушению склонов, скатыванию вниз каменных обломков и оползанию осадков [Гусев и др., 2013]. О былой сейсмической активности района говорят отмеченные на сейсмопрофилях многочисленные разрывные нарушения в фундаменте и осадочном чехле поднятия Менделеева [Bruvoll et al., 2012].

К вопросу о внешней границе шельфа

Вопрос о происхождении каменных обломков на склонах гор поднятия Менделеева чрезвычайно важен в свете решения проблемы определения внешней границы континентального шельфа Российской Федерации в Северном Ледовитом океане. Многие российские геологи и геофизики считают поднятие Менделеева, хребет Ломоносова и части окружающих их впадин естественным продолжением структур Восточно-Арктического континентального шельфа России в глубоководную область океана [Поселов и др., 2012]. Большинство иностранных ученых придерживается взглядов об океаническом происхождении этих структур.

Россия может претендовать на территории подводных гор, если докажет их континентальную природу, т.е. то, что они служат подводным продолжением материка.

В экспедиции «Арктика-2012» установлено, что каменные обломки, отобранные со склонов гор поднятия Менделеева, однозначно свидетельствуют о континентальном происхождении слагающих их горных пород. Полученные со дна образцы представлены известняками и доломитами (50-65%), песчаниками, алевролитами, аргиллитами (20-25%), базальтами, долеритами, гранитами (5-25%) и метаморфическими сланцами и гнейсами (2-12%) [Морозов и др., 2013]. Таким образом, в строении фундамента поднятия Менделеева участвуют осадочные, метаморфические и магматические породы, характерные для континентальной литосферы. Поэтому важно было определить, принесены ли обломки дрейфующим льдом и айсбергами, либо имеют местное происхождение. По результатам экспедиции удалось сделать очень важный вывод: на склонах подводных гор, наряду с обломками, принесенными льдами, встречается и местный каменный материал, скатившийся с обнаженных коренных выступов скальных пород непосредственно на поднятии Менделеева.

Полученные батиметрические и сейсмические данные, а также результаты изучения многочисленных геологических образцов, несомненно, помогут в процессе установления природы поднятия Менделеева и будут способствовать юридическому закреплению за Россией фактически принадлежащих ей территорий.

Литература

1. Лисицын А.П. Ледовая седиментация в Мировом океане. М., 1994.

2. Jakobsson M., Mayer L.A., Coakley B. et al. The International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean (IBCAO) Version 3.0. // Geophysical Research Letters. 2012. V.39. L12609.

3. Hall J.K. Sediment waves and other evidence of paleo-bottom currents at two locations in the deep Arctic Ocean // Sedimentary Geology. 1979. V.23. P.269-299.

4. http://www.ngdc.noaa.gov/gazetteer/

5. Bruvoll V., Kristoffersen Y., Coakley B.J. et al. The nature of the acoustic basement on Mendeleev and northwestern Alpha ridges, Arctic Ocean // Tectonophysics. 2012. V.514-517. P.123-145.

6. Крылов А.А., Штайн Р., Ермакова Л.А. Глинистые минералы как индикаторы условий позднечетвертичного осадконакопления в районе поднятия Менделеева, Амеразийский бассейн Северного Ледовитого океана // Литология и полезные ископаемые. 2013. №6. С.507-521.

7. Phillips R.L., Grantz A. Regional variations in provenance and abundance of ice-rafted clasts in Arctic Ocean sediments: implications for the configuration of late Quaternary oceanic and atmospheric circulation in the Arctic // Marine Geology. 2001. V.172. P.91-115.

8. Stein R., Matthiessen J., Niessen F. et al. Towards a better (litho-) stratigraphy and reconstruction of Quaternary paleoenvironment in the Amerasian Basin (Arctic Ocean) // Polarforschung. 2010. V.79. №2. P.97-121.

9. Кабаньков В.Я., Андреева И.А., Иванов В.Н., Петрова В.И. О геотектонической природе системы Центрально-Арктических морфоструктур и геологическое значение донных осадков в ее определении // Геотектоника. 2004. №6. С.33-48.

10. Рекант П.В., Миролюбова Е.С., Андреева И.А., Смирнова Л.С. Сравнительный анализ минеральных ассоциаций донных отложений прилаптевоморского сегмента хребта Ломоносова и поднятия Менделеева как один из критериев оценки источников обломочного материала // Проблемы Арктики и Антарктики. 2013. № 4(98). С.79-95.

11. Шкатов М.Ю., Иванов Г.И. Первая российская скважина на дне Северного Ледовитого океана // Океанология. 2013. Т.53. №4. С.569-572.

12. Морозов А.Ф., Шкатов М.Ю., Корнеев О.Ю., Кашубин С.Н. Комплексная геолого-геофизическая экспедиция «Арктика-2012» по обоснованию континентальной природы поднятия Менделеева в Северном Ледовитом океане // Разведка и охрана недр. 2014. №3. С.22-27.

13. Кременецкий А.А. Арктида. 2-е изд. доп. Москва, 2013.

14. Гусев Е.А., Лукашенко Р.В., Попко А.О. и др. Новые данные о строении склонов подводных гор поднятия Менделеева (Северный Ледовитый океан) // Доклады Академии наук. 2014. Т.455. №2. С.184-188.

15. Морозов А.Ф., Петров О.В., Шокальский С.П. и др. Новые геологические данные, обосновывающие континентальную природу области Центрально-Арктических поднятий // Региональная геология и металлогения. 2013. №53. С.34-55.

16. Hunkins K.L., Mathieu G., Teeters S.R., Gill A. The floor of the Arctic Ocean in photographs // Arctic. 1970. V.23. №3. P.175-189.

17. Гусев Е.А., Рекант П.В., Большиянов Д.Ю. и др. Псевдогляциальные структуры подводных гор Поднятия Менделеева (Северный Ледовитый океан) и континентальной окраины Восточно-Сибирского моря // Проблемы Арктики и Антарктики. 2013. №4(98). С.43-55.

18. Поселов В.А., Буценко В.В., Каминский В.Д., Саккулина Т.С. Поднятие Менделеева (Северный Ледовитый океан) как геологическое продолжение континентальной окраины Восточной Сибири // Доклады Академии наук. 2012. Т.443. №2. С.232-235.

Ссылка на статью:

Гусев Е.А. Камни на дне Северного Ледовитого океана // Природа. 2014. № 8. С. 31-38.