Площадь арктического ледяного щита колеблется, в зависимости от сезона, от 8.4 до 15.1 млн.км² [Barry, 1989]. В его пределах исследователи неоднократно отмечали участки «грязного льда», т.е. обогащенные осадочным материалом (криозолями). Изучению криозолей в последние годы уделяется большое внимание со стороны главным образом американских и немецких исследователей [Barnes et al., 1982; Mullen et al., 1972; Pfirman et al., 1990; Wollenburg, 1991 и др.]. Тем не менее пока остаются нерешенными многие проблемы генезиса криозолей, с одной стороны, и их влияния на накопление современных донных осадков Арктики, с другой. Именно последней проблеме посвящено настоящее сообщение.

Для ее решения мы использовали два подхода. Во-первых, попытались оценить ежегодно формируемую массу криозолей в соотношении с массой взвешенного в морской воде осадочного вещества. Во-вторых, сравнили некоторые параметры состава криозолей и поверхностного слоя донных осадков из одинаковых регионов.

Основываясь на литературных и собственных экспериментальных данных, мы приняли максимальную площадь развития морского льда в 15.1 млн.км²; площадь развития «грязного льда» -10% от общей площади; мощность слоя льда, обогащенного криозолями, - 10 см; среднюю концентрацию криозолей - 400 мг/л. Несложный расчет показывает, что при максимальном оледенении суммарная масса криозолей составляет 604 • 10⁸ кг. Учет возраста льда в различных районах арктического щита [Untersteiner, 1990] заставляет уменьшить эту величину в 3-4 раза, т.е. получается (150-200) • 10⁸ кг криозолей в год.

Согласно экспериментальным данным российских исследователей [Арктический шельф…, 1987], средняя концентрация водной взвеси в Баренцевом море составляет 4.7 мг/л, а в Карском - 3.5 мг/л. Объем водной толщи в этих бассейнах соответственно равен 316 • 10³ и 98 • 10³ км³ [Атлас океанов, 1980]. Отсюда следует, что в Баренцевом море содержится 1485 • 10⁹ кг взвешенного осадочного вещества, а в Карском - 343 • 10⁹ кг. Таким образом, в каждом из этих бассейнов в воде находится более чем на порядок осадочного материала больше, чем ежегодно связывается в криозоли во всей Арктике. Если же учесть, что общий объем бассейна Северного Ледовитого океана с его морями составляет 18.1 • 106 км³ [Атлас океанов, 1980], то становится очевидной ничтожная роль криозолей по сравнению с морской взвесью в современном арктическом осадконакоплении.

Для сравнительного анализа гранулометрического и вещественного (химического и минерального) состава криозолей и поверхностного слоя донных осадков (ПСДО) из одинаковых регионов мы вводим понятие «коэффициент сходства» (КС), представляющий собой сумму индивидуальных коэффициентов сходства (ИКС). ИКС есть частное, результат деления соответствующих количественных значений для криозолей на аналогичные значения для донных осадков. Чем выше сходство между рассматриваемыми объектами, тем ближе ИКС к единице. Рассмотрим, например, данные по содержанию глинистых минералов (табл. 1).

Анализ табл. 1 позволяет выявить ряд закономерностей. Во-первых, во всех регионах в составе криозолей смектита и каолинита больше, а иллита и отчасти хлорита меньше, чем в поверхностном слое осадков. С нашей точки зрения, это объясняется сложной дифференциацией осадочного материала при формировании криозолей и в процессе их транспортировки льдом. Хорошо известно, что в целом криозоли представлены более тонким веществом, чем донные осадки ([Pfirman et al., 1990; Wollenburg, 1991], наши данные). Одной из причин этого служит захват осадочного материала водной взвеси при образовании морского льда, когда более грубые частицы остаются на дне. Мы считаем именно этот механизм главным механизмом формирования криозолей. Вторая причина заключается в неоднократных циклах таяния-замерзания поверхностного слоя морского льда, во время которых происходит дополнительная очистка от более крупных частиц. Таким образом, несмотря на то что анализировалось одна и та же фракция (менее 0.002 мм), можно полагать, что в ее пределах гранулометрический спектр отражает более тонкий состав криозолей, чем донных осадков, и отмеченные отличия в составе глинистых минералов в значительной степени фиксируют их различную гидравлическую крупность.

Во-вторых, по сумме ИКС наибольшим сходством обладают криозоли и поверхностные осадки северо-запада Баренцева моря, центральной части моря Лаптевых и пролива Фрама. Во всех других изученных регионах, в том числе в глубоководном Евразиатском бассейне, различия гораздо существеннее. Сходство состава криозолей и осадков в указанных морях вполне закономерно. Так как именно в них (наряду с Карским морем) наибольшей величины достигает сезонное таяние льда [Clark, 1990]. Нельзя не отметить, что море Лаптевых является основным источником арктического морского льда, поставляя около 50% ежегодно формируемого его объема [Untersteiner, 1990]. В этом отношении континентальные окраины Шпицбергена и Гренландии, Восточно-Сибирское и Чукотское моря, а также море Бофорта играют резко подчиненную роль, так как здесь процессы и формирования, и таяния льда развиты очень слабо [Barnes et al., 1982; Untersteiner, 1990; Berner, 1991; Clark, 1990], и данные табл. 1 выразительно иллюстрируют это явление. Пролив Фрама - уникальная зона абляции, таяния арктического морского льда [Clark, 1990], в которой и происходит преимущественное поступление криозолей в донные осадки.

На пути от зон образования к зоне главной разгрузки криозолей, в условиях весьма низких ежегодных температур воздуха Центральной Арктики и отсутствия серьезного влияния теплых атлантических вод, интенсивного таяния морского льда не происходит и вклад криозолей в накопление донных осадков пренебрежимо мал (см. колонку Евразиатского бассейна в табл. 1). Этот же вывод следует и из данных по очень широкому распространению турбидитов в осадках глубоководных котловин Евразиатского и Амеразийского бассейнов [Futterer, 1991; Darby et al., 1989].

Таким образом, в современной глубоководной арктической седиментации основное значение морского льда состоит в его транспортной функции, переносе осадочного материала в виде криозолей в соответствии с главными направлениями дрейфа льдов и основной разгрузке за пределами Северного Ледовитого океана, на крайнем севере Атлантики. Видимо, подавляющая часть вещества накапливается в донных осадках Центральной Арктики за счет выпадения из водной толщи, при этом ведущую роль играют процессы подледной циркуляции и латерального транспорта различными гравитационными механизмами, в том числе - турбидными потоками.

Следовательно, базируясь на изложенных и литературных [Barnes et al., 1982; Pfirman et al., 1990; Clark, 1990] представлениях о геологической роли морского льда и айсбергов в Арктике, можно выделить две мегафациальные области седиментации в этом регионе: Окраинно-Арктическую и Центрально-Арктическую, что придает определенную специфику традиционным взглядам на циркумконтинентальную зональность [Bezrukov, 1959]. В каждой из выделенных областей существуют индивидуальные соотношения основных механизмов геологической деятельности морского льда: подготовки и захвата осадочного материала, его транспортировки, высвобождения и поставки на дно. В пределах Окраинно-Арктической области доминируют процессы, с одной стороны, подготовки и захвата осадочного материала, а с другой - его высвобождения и поставки на дно при таянии льда. В Центрально-Арктической мегафациальной области преобладает транспортная функция. Границей обеих областей служит граница постоянного и сезонного льда и ее проекция на дно, чье положение зависит от среднегодовых климатических условий и, следовательно, весьма изменчиво.

М.А. Левитан искренне признателен Д.К. Фюттереру и Й. Тиде за предоставленную возможность познакомиться с работами немецких специалистов по криозолям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Barry R.G. // The Arctic Seas. Climatology, Oceanography, Geology, and Biology / Y. Herman, Ed. N.Y.: Van Nostrand Reinhold Co., 1989. P. 1-46.

2. Barnes P.W., Reimnitz E., Fox D. Ice rafting of fine-grained sediment, a sorting and transport mechanism // J. Sed. Petrol. 1982. V. 58. № 2. P. 493-502.

3. Mullen R.E., Darby D.A., Clark D.L. Significance of Atmospheric Dust and Ice Rafting for Arctic Ocean Sediment // Geol. Soc. Amer. Bull. 1972. V. 83. P. 205-215.

4. Pfirman S., Lange M.A., Wollenburg I., Schlosser P. // Geological History of the Polar Oceans: Arctic Versus Antarctic / J. Bleil, J. Thiede. Eds. Dordrecht: Kluwer Acad.Publ. 1990. P. 187-211.

5. Wollenburg I. Sedimentransport durch das Artkische Meereis - Die rezente lithogene und biogene Material-fracht. Ph. D. Thesis. Kiel: Kiel Univ., 1991. 187 S.

6. Untersteiner N. // The Arctic Ocean region / Eds. A. Grantz, L. Johnson, J.F. Sweeney. Geol. Soc. Amer., 1990. P. 37-52.

7. Арктический шельф Евразии в позднечетвертичное время / Под ред. А.А. Аксенова. М.: Наука, 1987. 265 с.

8. Атлас океанов. Северный Ледовитый океан / Под ред. С.Г. Горшкова. Л.: ГУНИО, 1980. 189 с.

9. Berner Н. Mechanismen der Sedimentbildung in der Fram-strasse, im Artischen Ozean und in der Norwegischen See. PhD. Thesis. Bremen: Bremen Univ., 1991. 167 s.

10. Clark D.L. The Arctic Ocean Region / Eds. A. Grantz, L. Johnson, J.F. Sweeney. Geol. Soc. Amer., 1990. P. 53-62.

11. Futterer D.K. Arctic-91: the Expedition ARK-VIII/3 of RV "PolarStern" in 1991. В.: Polarforschung, 1991. B. 43. 237 p.

12. Darby D.A., Naidu A.S., Mowatt T.C., Jones G.A. // The Arctic Seas. Climatology, Oceanography, Geology, and Biology / Y. Herman. Ed. N.Y.: van Nostrand Rein-hold Co., 1989. P. 657-720.

13. Bezrukov P.L. // Int. Oceanogr. Congr. Prepr. Wash.: Amer. Assoc. Adv. Sci. 1959. P. 449-451.

Ссылка на статью:

Левитан М.А., Нюрнберг Д., Штайн Р., Кассенс X., Васнер М., Шелехова Е.С. О роли криозолей в накоплении современных донных осадков Северного Ледовитого океана // Доклады РАН. 1995. Том 344. № 4. С. 506-509.