Сведения о современных геодинамических процессах в Чукотском море и в отдельных его структурах очень ограничены из-за слабой общей геологической и геофизической изученности акватории и неполноты сведений по сейсмичности. Имеющиеся сейсмические станции на побережье (рис. 1) позволяют определить координаты лишь 7% фиксируемых в регионе землетрясений [Аветисов, 1996]. Обычно это землетрясения менее 6 баллов, эпицентры трех зафиксированных на акватории землетрясений более 6 баллов (рис. 1) находятся вблизи сейсмически активной зоны побережья, включающей полуостров Стюарт и Восточную Чукотку. Здесь, благодаря близости сейсмостанций, зарегистрировано много слабых мелкофокусных землетрясений [Имаев и др., 2000]. На п-ове Стюарт они локализуются в осевой зоне, на п-ове Чукотка существенно сгущаются в пределах так называемого Чукотского грабена (рис. 1) - неотектонической структуры, выраженной в рельефе и продолжающейся в Чукотском море и далее как каньон Геральд [Геология…, 2002]. Сейсмичность последнего не изучена из-за его удаленности от сейсмостанций. На Восточной Чукотке к этой структуре приурочены многочисленные гидротермальные источники с температурой изливающихся вод до 90°С [Яшин и Ким, 2007]. В подобной неотектонической структуре в восточной части моря, выраженной в рельефе дна как каньон Барроу и находящейся вблизи сейсмостанций на мысе Барроу, зарегистрированы многочисленные землетрясения амплитудой до 6 баллов [Аветисов, 1996]. Приведенные сведения, а также имеющиеся геолого-геофизические и геоморфологические данные [Геология…, 2002; Crane, 2005] свидетельствуют о возможной высокой современной геодинамической активности отдельных структур Чукотского моря.

Для получения дополнительной косвенной информации о современных геологических процессах был изучен химический состав донных осадков Чукотского моря и примыкающей части Северного Ледовитого океана с последующей обработкой данных по методике литохимического анализа [Юдович и Кетрис, 2000]. При этом использовались методы статистического анализа в пакете программ STATISTICA 6.0. Изучались пробы донных осадков, полученные в экспедициях по российско-американскому проекту RUSALCA в 2004 и 2006 гг., в 1-й и 2-й Китайских Арктических экспедициях, а также в 46-м рейсе нис "Профессор Хромов" в 2002 г . (рис. 1).

Для каждой пробы по результатам Q-факторного анализа (метод главных компонент без вращения), учитывающего вариации содержаний 7 макро- и 14 микроэлементов в массиве из 73 проб (табл. 1) получены значения новых переменных - Q-факторов, дающих более осредненную характеристику осадка, чем содержание химических элементов. В какой-то мере они заменяют литохимические модули, используемые при классическом литохимическом анализе [Юдович и Кетрис, 2000]. Вариации значений первого Q-фактора определяются суммарным вкладом кремния, алюминия и железа, входящих в состав алюмосиликатов, являющихся основой терригенного вещества осадков. Из-за резкого преобладания терригенного осадконакопления в Чукотском море вклад этого фактора в изменчивость химического состава выборки является основным. Положительные значения второго фактора определяются группой элементов, характерных для глинистых отложений (Al, Fe, частично, Mg, Ca), отрицательные - для обломочных (Si, Ti). Вариации значений третьего Q-фактора определяются содержанием кальция и магния, четвертого - железа, пятого - марганца.

Для группирования проб по химическому составу был выполнен кластерный (tree-clustering) анализ (метод Уарда с оценкой общности по евклидовому расстоянию), позволивший разделить все пробы на 6 кластеров (табл. 1). Сопоставление с вещественным составом осадков [Stein et al., 1994; Кошелева и Яшин, 1999; Леин и др., 2007], анализ распространения кластеров относительно содержаний отдельных элементов (рис. 2) и их средний химический состав (табл. 1) свидетельствуют, что разделение на кластеры определяется типом отложений и, главным образом, соотношением в осадках глинистой (пелитовой) и обломочной (песчано-алевритовой) составляющих терригенного вещества.

Выделение на этом фоне проб осадков с существенной примесью материала иного генезиса, в том числе поступившего из эндогенных источников, возможно при комбинировании результатов кластерного и факторного анализов. На диаграмме в пространстве первых двух Q-факторов (рис. 3) пробы кластеров 1-3 и 5 образуют почти правильную параболу. Отрицательная по значениям 2-го фактора ее ветвь оконтуривается точками, соответствующими пробам песчано-алевритовых осадков кластеров 3 и 2. Положительная ветвь образована глинистыми осадками кластера 5. Вершину образуют пробы смешанных песчано-алеврито-глинистых осадков или глинистых осадков, обогащенных биогенным кремнеземом и отнесенных к кластеру 1. Учитывая состав осадков, входящих в эти кластеры (рис. 2, табл. 1), можно отметить, что они сформированы почти исключительно терригенным (алюмосиликатным) веществом, в различной степени дифференцированным по гранулометрическому составу.

Пробы, имеющие существенную примесь не-терригенного материала (за исключением биогенного кремнезема) и, соответственно, повышенные абсолютные значения Q-факторов с меньшим вкладом в изменчивость химического состава выборки (3-5), располагаются внутри параболы, образуя отдельные кластеры (4 и 6) или входя в различные кластеры (1-3 и 5), обособляясь от их основных полей (рис. 3). Из них пробы кластера 6, как установлено при изучении микроскопических препаратов, имеют примесь карбонатных раковин фораминифер. Это определяет повышенные содержания кальция (рис. 2) и магния и минимальные значения Q-фактора 3 (табл. 1).

Выделенные по результатам многокомпонентного статистического анализа кластер 4 и "аномальные" пробы Р11 и R13 (рис. 3) характеризуются повышенными содержаниями железа, марганца и некоторых микроэлементов (Hg, Ni, Zn, V, Pb), при максимальных абсолютных значениях четвертого (кластер 4) или пятого (проба Р11) Q-факторов и высоких значениях коэффициента (Fe + Mn)/Ti (рис. 1). Применительно к морским отложениям это часто считается признаком привноса металлов гидротермами [Страхов, 1976; Лисицын и др., 1993; Гурвич, 1998; Астахов, 2001]. Осадки, отнесенные к кластеру 4, распространены в каньоне Барроу, где зарегистрирована высокая сейсмическая активность [Аветисов, 1996], и в каньоне Геральд, входящем в неотектоническую структуру "Чукотский грабен" с многочисленными гидротермальными проявлениями в изученной сухопутной части (рис. 1). Там же выявлены поля железо-марганцевых конкреций на поверхности дна. "Аномальные" пробы Р11 и R13 с высоким содержанием марганца отобраны на малоизученном внешнем шельфе Чукотского моря. Очень высокое содержание марганца и некоторых микроэлементов (Hg, Zn, Ni) позволяет сопоставить их с осадками внешнего шельфа восточной части моря Лаптевых, примыкающего к рифтогенной зоне хр. Гаккеля [Nolting et al., 1996].

Выделенная при многокомпонентном статистическом анализе (рис. 3) "аномальная" проба S06-20 отобрана в южной части моря в пределах прогиба Хоуп, отличающегося интенсивным эндогенным поступлением метана [Геология…, 2002; Яшин и Ким, 2007; Леин и др., 2007]. В этой же точке установлены очень высокие скорости сульфатредукции и метаноокисления при невысоком содержании органического углерода [Леин и др., 2007, станция 15]. Специфика химического состава осадка определяется высоким содержанием кальция и стронция (табл. 1), что обычно свидетельствует об обогащении карбонатами. Так как при изучении микроскопических препаратов биогенные и аутигенные карбонаты здесь не были обнаружены, а валовое содержание СаСО₃ составляет всего 0.45% [Леин и др., 2007], можно предполагать присутствие иных кальцийсодержащих аутигенных минералов. Например фосфатов, поскольку в иловых водах выявлено очень высокое содержание растворенного фосфора ( 0.4 мМ [Леин и др., 2007]).

Таким образом, в пределах Чукотского моря можно выделить несколько участков, где существуют специфические условия осадконакопления, обусловленные влиянием эндогенных водных или газовых источников. Предполагается, что оно может осуществляться либо путем привноса определенных химических элементов субаквальными источниками, либо изменением физико-химических условий в придонных или иловых водах, приводящим к химическому или биохимическому осаждению из них отдельных металлов. Эти участки включают места отбора проб, отнесенных при многокомпонентном статистическом анализе к кластеру 4 и "аномальным" пробам, районы с большими значениями литохимического модуля (Fe + Mn)/Ti (рис. 1), высокими содержаниями Fe, Mn, Hg (рис. 2). Почти все они, за исключением каньона Барроу, локализуются в западной части моря. Учитывая имеющуюся геолого-геофизическую информацию, их можно объединить в субмеридиональную зону с наиболее активными современными геологическими процессами (рис. 1), частично выраженную в рельефе (Чукотская котловина - Чукотской грабен - Берингов пролив). Она может быть рекомендована для проведения специальных геофизических, геохимических и ландшафтно-биологических исследований в экспедициях Международного полярного года 2007-2008.

Авторы признательны К. Крэйн, О.В. Дудареву, Б.И. Сиренко, В.И. Джуринскому за помощь в получении проб осадков.

Работа выполнена в рамках российско-американской программы RUSALCA (проект 6.9 Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 17).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аветисов Г.П. Сейсмоактивные зоны Арктики. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1996. 183 с.

2. Астахов А.С. Литохимия осадков материковой окраины Востока Азии. Владивосток: Дальнаука, 2001. 240 с.

3. Геология и полезные ископаемые шельфов России (атлас) / Под ред. М.Н. Алексеева. М.: Геос, 2002.

4. Гурвич Е.Г. Металлоносные осадки Мирового океана. Москва. Научный мир, 1998. 340 с.

5. Имаев B.C., Имаева Л.П., Козъмин Б.М. Сейсмотектоника Якутии. М.: Геос, 2000. 227 с.

6. Кошелева В.А., Яшин Д.С. Донные осадки Арктических морей России. СПб.: ВНИИокеангеология, 1999. 286 с.

7. Леин А.Ю., Савичев А.С, Русанов И.И., Павлова Г.А., Беляев Н.А., Крейн К., Пименов Н.В., Иванов М.В. Биогеохимические процессы в Чукотском море // Литология и полезные ископаемые. 2007. № 3. С. 247-266.

8. Лисицын А.П., Богданов Ю.А., Воробьев П.В. и др. Гидротермальные системы и осадочные формации срединно-океанических хребтов Атлантики. М.: Наука, 1993. 256 с.

9. Страхов И.М. Проблемы геохимии современного океанского литогенеза // Тр. Геол. ин-та АН СССР. 1976. В. 292. 299 с.

10. Чешко А.Л., Дубинина Е.О., Вакин Е.А., Лаврушин В.Ю., Поляк Б.Г. Первые данные об изотопном составе водорода и кислорода в термоминеральных водах Восточной Чукотки // Доклады РАН, 2004, т. 395, № 5. 676-680.

11. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литохимии. СПб.: Наука, 2000. 438 с.

12. Яшин Д.С., Ким Б.И. Геохимические признаки нефтегазоносности Восточно-Арктического шельфа России // Геология нефти и газа. 2007. №4. С. 25-29.

13. Crane К. // Arctic Res. United States. 2005. V. 19. P. 3-76.

14. Nolting R.F., van Dalen M., Helder W. Distribution of trace and major elements in sediment and pore waters of the Lena Delta and Laptev Sea. // Marine Chemistry. 1996. V. 53. № 3-4, p. 285-299.

15. Stein R., Grobe H., Wahsner M. Organic carbon, carbonate, and clay mineral distributions in eastern central Arctic Ocean surface sediments. // Marine Geology. 1994. V. 104. P. 269-285.

Ссылка на статью: 

 Астахов А.С., Ван Рудзян, Гао А., Иванов М.В. Литохимические признаки современной геологической активности Чукотского моря // Доклады РАН. 2008. Т. 422. № 5. С. 683-687.