Морская геология является сравнительно молодой отраслью геологических наук, успехи которой в последнее время стали столь значительными, что крупные проблемы геологии Земли уже не могут решаться без знания геологии дна морей и океанов.

При выяснении условий накопления морских отложений и связанного с ними осадочного рудообразования необходимо знание процессов, протекающих в бассейне седиментации. При изучении древнего осадконакопления процессы, происходящие в морях и океанах, могут быть восстановлены лишь косвенным путем, а местоположение областей питания устанавливается предположительно, тогда как при исследовании современных морских осадков условия их формирования изучаются непосредственно, так же как и процессы, протекающие в областях сноса. Эти исследования особенно необходимы для восстановления гидрологического режима древних водных бассейнов, палеоклиматических реконструкций, выяснения химических и ряда других закономерностей. Полные разрезы океанических осадков являются уникальным материалом для создания единой шкалы четвертичного времени.

Несмотря на то, что четвертичный период более близок к современному, его климатическая зональность, а также гидрологический режим древних морских бассейнов и генезис ряда отложений до сих пор различными исследователями не решаются однозначно [Лаврова и Троицкий, 1960; Рейнин и др., 1963; Сакс, 1952; Стрелков, 1961]. Поэтому полнота и комплексность изучения современных морских отложений Северного Ледовитого океана, включая выяснение условий мобилизации осадочного материала в областях сноса, транспортировки этого материала, обстановки седиментации и диагенеза донных осадков, имеют большое значение для восстановления истории геологического развития севера Сибири в четвертичное время. Для разработки и уточнения стратиграфии четвертичных отложений и для установления основных этапов четвертичной истории большое значение имеет изучение стратификации и скорости накопления современных донных осадков, особенно тех участков Северного Ледовитого океана, где морской режим существовал непрерывно в течение всего четвертичного времени.

Изучение условий накопления современных отложений, их вещественного состава и дальнейших изменений в процессе перехода осадков в осадочные породы имеет значение для понимания условий формирования более древних осадочных пород и накопления в них органического вещества и различных химических компонентов. Однако надо помнить, что закономерности, установленные при исследовании современных осадков, не могут быть целиком перенесены на более древние геологические эпохи. Хотя основные факторы, обусловливающие формирование осадочных пород, и сохраняются, но продолжительность и характер деятельности этих факторов в течение различных геологических эпох различны. Поэтому схемы осадкообразования, разработанные для современных морских осадков, могут лишь способствовать разработке схем осадкообразования для более древних геологических периодов.

Процесс осадконакопления в Мировом океане отличается географической зональностью, причем каждая из зон характеризуется определенными, присущими только ей, чертами. Северный Ледовитый океан, расположенный в Арктической зоне, имеет ряд специфических особенностей, которые налагают определенный отпечаток на процесс современного осадконакопления.

Северный Ледовитый океан относительно молод. По данным В.Н. Сакса [Сакс и др., 1955], он образовался в конце мезозоя и отличается значительной расчлененностью рельефа морского дна, повышенной сейсмичностью (особенно в приатлантической части бассейна), различными типами рельефа областей сноса и сложным геологическим строением этих областей.

Зональные черты, характерные для Арктического бассейна, следующие:

1) суровый климат с отрицательными среднегодовыми температурами; 2) ледовитость бассейна и низкая температура воды океана; 3) сложная стратификация водных масс океана; 4) своеобразие гидрологического режима, заключающееся в наличии теплых течений из Атлантического и Тихого океанов; 5) присутствие вечной мерзлоты на побережье океана и в большей части областей сноса.

Перечисленные выше особенности физико-географических условий осадконакопления в Северном Ледовитом океане обусловливают преобладание механической денудации над химической в области сноса, преимущественно терригенный состав донных отложений и присутствие лишь в виде примеси органогенного и хемогенного материала.

Мобилизация осадочного материала в областях сноса представляет первый этап в формировании осадочных пород, в том числе и современных морских осадков. Геологическое строение областей сноса и условия мобилизации осадочного материала в значительной мере предопределяют вещественный состав отложений в зоне седиментации. Области питания современных осадков Северного Ледовитого океана отличаются разнообразным характером рельефа - от равнинных пространств Западно-Сибирской и других низменностей до горных хребтов Северо-Востока СССР и Канадского архипелага, сложным геологическим строением и различным литологическим и петрографическим составом пород, который унаследуется современными осадками.

Характерными особенностями условий мобилизации материала в областях питания современных осадков описываемого бассейна являются развитие мерзлоты, поступление материала главным образом из рек и при разрушении берегов и дна морей, весьма короткий промежуток времени мобилизации материала на суше.

Наличие мерзлоты в области сноса подавляет процесс химического выветривания и осаждения веществ из растворов, а также жизнедеятельность организмов. Оживление этих процессов происходит лишь во время периодического оттаивания поверхностного слоя Земли. В таких условиях седиментогенеза механическая денудация преобладает над химической.

Осадочный материал поступает из рек в океан в основном весной и летом и в значительно меньшем количестве - в остальное время года. Разрушение берегов происходит в период отсутствия ледяного берегового припая и частичного оттаивания скованных мерзлотой берегов.

Перенос вещества с суши в океан осуществляется преимущественно реками в виде взвешенных и влекомых наносов, а также в виде коллоидных и химических растворов. Для северных рек характерны минимальные механическая и химическая денудации. При этом в равнинных реках, таких как Обь, Енисей и другие, химическая денудация несколько преобладает над механической (р. Обь - механическая денудация 6,0 т/км², химическая - 12,2 т/км²). В горных же реках, например Индигирка, Юкон и другие [Страхов, 1960], преобладает механическая денудация (Индигирка - механическая денудация 24 т/км², химическая - 11 т/км², Юкон - механическая денудация 103 т/км², химическая - 22 т/км²).

Геологическое строение областей сноса, литологический и петрографический состав слагающих их пород весьма различны. В отдельных районах развиты интрузивные и эффузивные породы от основного до кислого состава; складчатые области сложены осадочными породами различного возраста и разнообразного литологического состава (терригенные и карбонатные породы); большие площади покрыты мощной толщей четвертичных отложений, образовавшихся в результате выветривания разнообразных пород.

Таким образом, в бассейн Северного Ледовитого океана с речным стоком и при береговой абразии поступает взвешенный материал, весьма разнообразный по размеру зерен и вещественному составу, и растворенный материал различного химического состава. Выпадение взвешенных частиц, поступивших в бассейн, определяется рядом факторов и в первую очередь гидрологическим режимом и рельефом дна бассейна, которые в Северном Ледовитом океане, как отмечалось выше, отличаются рядом особенностей, в результате чего в общей схеме механической дифференциации имеется ряд отступлений. Например, на дне северных морей сравнительно на небольших глубинах наблюдаются глинистые осадки, в то время как в центральной части бассейна на больших глубинах встречены грубозернистые осадки.

Образование хемогенных и органогенных осадков в пределах Ледовитого океана почти не происходит, что в первую очередь связано с суровостью климата.

В результате изучения вещественного состава современных донных отложений установлено, что в определенных условиях среды осадкообразования формируются определенные типы осадков [Страхов, 1950]. В зависимости от рельефа области сноса и седиментационного бассейна, геологического строения дна и берегов, глубины моря, химического состава и температуры морской воды, гидродинамического режима бассейна и климата формируются гранулометрический и минералогический облик осадков, состав и количество химических соединений, выпадающих из раствора в осадок, видовой состав и распределение фауны, микрофауны и флоры.

Для современных донных отложений Ледовитого океана характерно формирование терригенных осадков, вещественный состав которых отражает геологическое строение областей сноса и все разнообразие литологического строения и петрографического состава слагающих их пород.

Поступающий с суши материал разносится по акватории бассейна течениями и льдами. В пределах шельфовых морей при разносе вещества имеют значение приливно-отливные движения, волнения, течения и вертикальное перемешивание водных масс. В Центральной Арктике разнос осадочного материала осуществляется течениями, а также при вертикальном перемешивании основных водных масс: поверхностной арктической, теплой атлантической и придонной. Разнос материала льдами происходит по всей акватории океана. В морях в результате движения водных масс, имеющего различные направления и скорости, гранулометрический состав осадков очень пестрый.

В прибрежной полосе и на мелководье, где велика роль приливо-отливных и сгонно-нагонных течений И волнений, обусловливающих вымывание тонкозернистого материала, формируются крупнообломочные и песчаные осадки. В глубоководных желобах и впадинах и в районах крупных ледяных полей, т.е. в зоне пониженной активности водных масс, отлагаются глинистые осадки. На большей же части морского дна развиты алевритовые осадки. Однако на примере северных морей можно видеть, что гранулометрический состав осадков зависит не только от гидрологического режима и рельефа дна моря, но и от гранулометрического состава пород, слагающих области сноса, что не всегда принимается во внимание при исследовании отложений более древних геологических эпох. Так, преобладающими осадками в западной части Восточно-Сибирского моря являются алевриты, формирующиеся преимущественно за счет денудации тонкозернистых песчано-глинистых четвертичных отложений, в то время как в Чукотском море, куда осадочный материал поступает в результате разрушения изверженных и метаморфических пород и в меньшей степени осадочных пород, развиты все типы осадков. Одновременно с разносом материала в пределах акватории бассейна, в мелководных морях, какими являются северные моря Советского Союза, тонкодисперсные частицы неоднократно оседают на дно моря и вновь переходят во взвешенное состояние во время штормов до тех пор, пока не осядут окончательно на дно на участках, не досягаемых для волнового воздействия. При действии постоянных течений осадки определенного гранулометрического состава располагаются линейно. Следовательно, гранулометрический состав осадка - один из основных показателей гидродинамической активности бассейна.

По преобладающему размеру зерен можно рассчитать среднюю скорость постоянных течений и силу преобладающих приливно-отливных и сгонно-нагонных движений. При этом следует подчеркнуть, что скорость осаждения частиц зависит от их размера и удельного веса, в то время как температура и удельный вес существующей в пределах природных бассейнов водной среды особенного значения не имеют.

В глубоководной части Северного Ледовитого океана гранулометрический состав осадков контролируется рельефом дна и постоянными течениями. На поверхности хребтов, особенно хребта Ломоносова, развиты алевритовые и местами песчано-алевритовые осадки, а на дне глубоководных котловин - существенно глинистые осадки.

Физико-химическая обстановка Северного Ледовитого океана, и в первую очередь низкая температура воды, не способствуют формированию биогенных и хемогенных осадков. Этот материал присутствует в терригенных осадках в виде примеси. Большое количество растворенного материала, выносимого в Северный Ледовитый океан реками, не переходит в донные осадки, а транспортируется далее в Атлантический океан.

Вещественный состав осадков (минералогический состав, содержание отдельных химических компонентов, наличие фауны, микрофауны и флоры) характеризует литологический и химический состав пород областей сноса и физико-химическую обстановку седиментации.

Холодный климат и низкая температура океанической воды не способствуют значительному изменению минералогического состава материала, доставляемого из областей сноса. Поэтому по минералогическому составу песчано-алевритовой части осадка можно выяснить направление и пути сноса материала, а также местоположение областей питания. Минералогический состав тонкодисперсной части осадка и содержание различных химических компонентов, в первую очередь железа, марганца и карбонатов, в общих чертах характеризуют интенсивность химических процессов, протекающих на суше в области сноса, и физико-химическую обстановку в области седиментации. Более чувствительным индикатором физико-химических условий бассейна являются фауна, микрофауна и флора.

В пределах Северного Ледовитого океана нами выделяется несколько терригенно-минералогических провинций, которые отражают минералогический состав пород областей сноса и дают результирующее направление постоянных течений. Особенно отчетливо эта зависимость прослеживается в осадках окраинных морей. Например, в западной части моря Лаптевых выделяется пироксеновая провинция, связанная с выносом рек Хатанги и Анабара, а в восточной части моря - амфиболовая и эпидот-амфиболовая, связанная с выносом рек Лены и Яны. При этом по распределению в осадках отдельных минералов отчетливо прослеживается распространение в море речных вод. Таким образом, по распределению отдельных минералов можно восстановить направление стока палеорек.

На примере Северного Ледовитого океана видим транспортабельность отдельных акцессорных минералов, по которым обычно восстанавливают пути сноса материала и местоположение областей питания. Так, пироксены концентрируются преимущественно вблизи областей сноса, в то время как амфиболы и эпидот более или менее равномерно разносятся по всей акватории.

Концентрацию вблизи областей сноса можно проследить и на примере других минералов, таких как магнетит, ильменит и другие. Поэтому, например, по распределению рудных минералов можно с достаточной степенью достоверности восстановить положение древних береговых линий и участков размыва морского дна.

Следовательно, при палеогеографических реконструкциях необходимо учитывать особенности формирования минерального состава осадков, выявленные при изучении современных отложений морей и океанов.

Распределение железа и марганца в осадках связано преимущественно с распределением тонкой фракции и, следовательно, с рельефом дна и гидрологическим режимом бассейна. Слабожелезистые осадки (с содержанием железа в количестве более 5%) расположены в глубоководных участках морей, частично на материковом склоне, прилегающем к морям Карскому и Лаптевых, и в котловинах Нансена и Макарова. Слабомарганцовистые осадки (с содержанием марганца более 0,2%) развиты преимущественно в центральной части океана. Особенно повышенное содержание марганца (0,5-1,0%) отмечено в осадках, расположенных у подножья хребта Ломоносова, обращенного к котловине Нансена, на материковом склоне, примыкающем к морям Восточно-Сибирскому и Чукотскому, а также в Новоземельской впадине Карского моря и в желобе «св. Анны». Кроме того, железо и марганец концентрируются в железо-марганцевых и железистых конкрециях, широко распространенных в Баренцевом и Карском морях.

Содержание рассеянного органического вещества в осадках северных и южных морей довольно близкое. Содержание органического углерода в осадках Черного моря колеблется в пределах 1-3%, уменьшаясь в прибрежных участках до десятых долей процента и увеличиваясь в глубоководных районах. В северных морях количество органического углерода колеблется в пределах 1-1,5%, уменьшаясь в осадках центральной части океана до 0,5-1,0% и увеличиваясь на участках, прилегающих к дельтам крупных рек, таких как Лена и Енисей, до 2-3%. Следовательно, при палеогеографических построениях для более древних эпох необходимо учитывать, по какой схеме в каждом конкретном случае могло распределяться в осадках органическое вещество.

Осадки Северного Ледовитого океана долгое время считались бескарбонатными, так как физико-химическая обстановка, существующая в бассейне, не способствует выпадению карбонатов из воды. Однако исследования последних лет показали, что содержание СаСO₃ в осадках отдельных районов достигает 20-30%; это преимущественно карбонаты терригенного происхождения и в меньшей степени органогенные, в виде раковин микроорганизмов.

Повышенное содержание карбоната кальция наблюдается в осадках, развитых на повышенных формах рельефа океанического дна. В глубоководных же котловинах количество его не превышает 1 %, что связано с низкой температурой океанической воды и высоким гидростатическим давлением. Следовательно, наличие слабокарбонатных осадков не может являться признаком теплого климата, существовавшего в период их отложения. Важно еще знать генезис этих карбонатов, так как терригенные карбонаты могут накапливаться и в условиях холодного климата.

При изучении микроэлементов выяснилось, что в осадках северных морей происходит незначительное накопление таких элементов, как никель, кобальт, хром и ванадий, поступление в осадок которых связано с сорбционным процессом. Содержание же стронция и бария, осаждающихся биогенным путем, значительно меньше кларковых величин. Титан, цирконий, медь, свинец и другие элементы находятся в количествах, близких к кларковым величинам. Следовательно, изменение в соотношении элементов, осаждающихся сорбционным путем и биогенным, может быть использовано при палеогеографических реконструкциях.

Видовой состав и распределение микрофауны в осадках исследуемого бассейна прежде всего дает возможность установить направление атлантического и тихоокеанского течений, а также установить районы опреснения морских вод речным стоком. Так, по нахождению некоторых атлантических видов фораминифер хорошо прослеживается распространение теплого атлантического течения не только в центральной части арктического бассейна, но и в морях вплоть до Чукотского. Нахождение в осадках раковин моллюсков также позволяет установить пути водообмена между отдельными морями и распространение в них речных вод, с одной стороны, и вод атлантического происхождения - с другой. Следовательно, при восстановлении гидрологического режима древних бассейнов распределение различных видов микрофауны и раковин моллюсков имеет существенное значение.

Исследование спор и пыльцы растений в осадках Северного Ледовитого океана показало неравномерное распределение их по акватории. Например, в осадках Карского моря наряду с пыльцой четвертичного возраста в значительном количестве присутствуют пыльца и споры мезозойского и палеозойского времени. В осадках Чукотского моря пыльца почти отсутствует. В осадках центральной части океана присутствуют лишь единичные экземпляры пыльцы как четвертичного, так и мезозойского возраста.

Изучение вещественного состава осадков Северного Ледовитого океана в вертикальном разрезе, по имеющимся в нашем распоряжении грунтовым колонкам длиной до 3,50 м в центральной части бассейна и до 5,6 м в Карском море, позволило выделить ряд горизонтов, формирование которых происходило в условиях неоднократной смены периодов похолодания и потепления. Климат эпох потепления был близок к современному, а иногда несколько теплее. Выделенные горизонты, по-видимому, следует сопоставлять с ледниковыми и межледниковыми отложениями четвертичного периода, установленными на севере Сибири. Осадки, отлагавшиеся в условиях потепления климата, характеризуются большей дисперсностью, повышенным содержанием окислов железа и марганца, карбоната кальция, органического вещества, обилием микрофауны и присутствием каолинита в тонкой фракции. Осадки, формировавшиеся в условиях похолодания, отличаются большей крупнозернистостью, незначительным содержанием железа, марганца, карбонатов и органического вещества, отсутствием или незначительным количеством микрофауны, особенно известковых раковин. В тонкодисперсной части осадков примесь каолинита отсутствует или почти отсутствует, резко увеличивается количество тонкодисперсного кварца.

На основании анализа мощностей отдельных слоев донных отложений произведен подсчет скоростей накопления осадков, которые изменяются в зависимости от физико-географических условий их образования и рельефа дна бассейна. Кроме того, в некоторых разрезах были определены скорости накопления осадков по содержанию и распределению в них радия. Полученные данные хорошо увязываются со скоростями накопления осадков, рассчитанными по мощностям горизонтов [Белов и Лапина, 1961; Лапина, 1964].

В настоящее время нами установлено, что в пределах глубоководных котловин Северного Ледовитого океана в течение формирования отложений мощностью 3,0- 3,5 м происходило непрерывное накопление морских осадков. В этой толще выделяются четыре горизонта осадков, отлагавшихся в периоды потепления климата, и разделяющие их горизонты, накапливавшиеся в периоды похолодания климата. Мощность выделенных горизонтов различная и колеблется от 2 до 80 м в зависимости от рельефа дна бассейна. Наибольшая мощность наблюдается у подножья материкового склона и у подножья склонов подводных хребтов, наименьшая - на поверхности хребтов. В пределах центральной части океана наблюдается единство в строении донных осадков, что свидетельствует о развитии Северного Ледовитого океана как единого водного бассейна.

В пределах шельфовых морей непрерывный разрез не наблюдается. В ряде районов морей Баренцева, Карского, Восточно-Сибирского и Чукотского современные донные осадки залегают на размытой поверхности плотных глин [Белов и Лапина, 1961; Кленова, 1960; Куликов, 1961]. Колонки грунта длиной 3,5- 5,5 м , полученные в Карском море в 1963 г ., окончательно еще не обработаны, но, по предварительным данным, некоторые из них вскрыли осадки, формировавшиеся, по-видимому, в субаэральных условиях. Эти данные свидетельствуют о том, что на шельфе Северного Ледовитого океана на протяжении четвертичного времени море не существовало непрерывно, периоды осушения шельфа сменялись трансгрессиями. До полной обработки имеющихся материалов датировка смены фациальных условий в пределах изучаемого бассейна не может быть произведена.

Дальнейшее изучение полученных колонок грунта даст возможность подойти к более точному определению абсолютного возраста осадков и, следовательно, более точному определению продолжительности периодов похолодания и потепления в Арктике и времени перерыва в осадконакоплении в пределах современных шельфовых морей. Однако уже имеющиеся данные указывают на различную продолжительность периодов потепления и похолодания и на некоторое смещение этих периодов во времени в различных районах Арктики.

В ближайшее время основной задачей исследования Северного Ледовитого океана является получение в глубоководных котловинах бассейна грунтовых колонок на всю мощность четвертичных отложений, что даст возможность уточнить стратиграфию четвертичных отложений Севера Советского Союза.

Детальное изучение вещественного состава морских осадков и их фациальный анализ помогут восстановить палеогидрологию бассейна, проследить расположение древних береговых линий и уточнить физико-химическую обстановку осадкообразования в периоды потепления и похолодания, продолжительность этих периодов, а следовательно, и абсолютный возраст осадков.

Нам представляется, что данные, полученные при изучении современных осадков Северного Ледовитого океана, могут быть использованы исследователями четвертичных отложений Севера Советского Союза для решения вопросов генезиса отложений, стратиграфии и палеогеографических реконструкций.

ЛИТЕРАТУРА

Белов Н.А., Лапина Н.Н. Донные отложения Арктического бассейна. Л., Изд-во «Морской транспорт», 1961.

Геология Советской Арктики. - Труды НИИГА, 1957, 31.

Кленова М.В. Геология Баренцева моря. Изд-во АН СССР, 1960.

Куликов Н.Н. Осадкообразование в Карском море. - В кн. «Современные осадки морей и океанов». Изд-во АН СССР, 1961.

Куликов Н.Н. Минералогический состав современных донных отложений Карского моря. - В сб. «Дельтовые и мелководно-морские отложения». Изд-во АН СССР, 1963.

Куликов Н.Н., Мартынов В.Т. О древних береговых линиях на дне Карского моря. - В сб. «Морские берега». Таллинн, Изд-во АН Эст. ССР, 1961.

Лаврова М.А., Троицкий С.Л. Межледниковые трансгрессии на севере Европы и Сибири.- В сб. «Хронология и климаты четвертичного периода». Изд-во АН СССР, 1960.

Лапина Н.Н. Минералогические провинции в современных донных осадках Северного Ледовитого океана.- Труды НИИГА, 1959, 107.

Лапина Н.Н. Вещественный состав тонкодисперсной части донных отложений Северного Ледовитого океана. - В сб. «Геология дна океанов и морей». Изд-во «Наука», 1964.

Рейнин И.В., Лазуков Г.И., Левковская Г.М. Итоги изучения четвертичных отложений севера Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. - Труды ВНИГРИ, 1963, вып. 225.

Сакс В.Н. Опыт восстановления истории развития Сибири в четвертичный период. - Материалы по четверт. периоду, вып. 3. Изд-во АН СССР, 1952.

Сакс В.Н., Белов Н.А., Лапина Н.Н. Современное представление о геологии Центральной Арктики. - Природа, 1955, № 7.

Сакс В.Н., Белов Н.А., Левин Д.В., Лапина Н.Н. Морфология и геология центральной части Арктического бассейна. - Тезисы докл. на XI генеральной ассамблее Междун. геодезического и геофизического союза. Изд-во АН СССР, 1957.

Семенов Ю.П. К вопросу о классификации осадков современных морских бассейнов. - Инф. сборник НИИГА, 1962, вып. 32.

Страхов Н.М. К вопросу об общей теории осадочного процесса. - Изв. АН СССР, серия геол., 1950, № 4.

Страхов Н.М. Основы теории литогенеза, т. I, II. Изд-во АН СССР, 1960.

Страхов Н.М., Бродская Н.Г., Князева Л.М. и др. Образование осадков в современных водоемах. Изд-во АН СССР, 1954.

Стрелков С.А. Развитие береговой линии арктических морей СССР в четвертичном периоде. - В сб. «Морские берега». Таллинн, Изд-во АН Эст. ССР, 1961.

Четвертичные отложения Советской Арктики. - Труды НИИГА, 1959, 91.

Ссылка на статью:

Лапина Н.Н., Куликов Н.Н., Семенов Ю.П. Значение исследования современных донных отложений Северного Ледовитого океана для познания условий формирования четвертичных отложений Арктики // Основные проблемы изучения четвертичного периода. М.: Наука. 1965. С. 169-176.