Приводятся результаты комплексного литологического я палеонтологического изучения одной из колонок донных осадков центральной части Северного Ледовитого океана в районе западного склона хребта Менделеева. Проведено расчленение разреза на эоплейстоцен и плейстоцен, в пределах последнего выделено два этапа трансгрессивного и этап регрессивного развития Арктического бассейна. Кроме того, выделяется не подразделяемый более дробно позднеплейстоцен - голоценовый этап. Выводы основываются на данных гранулометрического, минералогического, химического, палеомагнитного, микропалеонтологического анализов.

В настоящем сообщении излагаются результаты литолого-палеонтологического и геохронологического изучения одной из колонок донных осадков центральной части восточного сектора Северного Ледовитого океана, отобранной сотрудниками НПО «Севморгео» во время дрейфа станции СП-26. Данные по изучению глубоководных колонок в Арктическом бассейне немногочисленны. Литологические, палеомагнитные, изотопно-урановые, микрофаунистические (фораминиферовая биостратиграфия) исследования проводились Кларком, Моррисом, Линьковой, Херман и некоторыми другими авторами [Кларк и Моррис, 1984; Линькова, 1965; Херман, 1984; Morris, 1988; Morris et al., 1985 и др.]. При обработке колонки, упомянутой выше, применен разносторонний комплекс исследований, включающий детальное литологическое визуальное описание осадков, их описание в прозрачных шлифах под поляризационным микроскопом, определение минерального и химического составов, палеомагнитные и микропалеонтологические исследования.

Колонка взята на западном склоне хребта Менделеева в районе южной части котловины Подводников с глубины 1392 м , длина ее составляет 105 см . Осадки представлены следующими литологическими разновидностями. До глубины 8 см от поверхности дна залегает слегка песчанистый глинистый ил коричневого цвета, имеющий текучую консистенцию. Ниже осадки постепенно обезвоживаются и до глубины примерно 80- 90 см представлены вязкопластичными, а далее уплотненными глинами. Цвет их при этом неоднократно меняется от бежевого (более светлого) до коричневого (более темного), в интервале от 11 до 16 см им свойственен синеватый оттенок. На глубине 17 см присутствуют скопления слабоокатанного гравия серого алевролита, рассеянный гравий и зерна крупного песка встречаются до глубины 80- 90 см , в интервале 32,5- 32,8 см залегает горизонтальный прослой тонкозернистого сильно глинистого песка, а в интервале 54- 55 см отмечены гнезда аналогичного песка. Текстура осадков пятнистая, интенсивно биогенно переработана, характерны образования типа ходов илоедов: пятна, гнезда и разводы коричневой глины на фоне бежевой и наоборот - текстура биотурбации. Участки глины коричневого цвета обогащены биогенными карбонатами, для интервала 17- 21 см характерны точечные известковистые включения кремового цвета.

Согласно результатам гранулометрического анализа, донные осадки довольно однообразны по соотношению входящих в их состав фракций, но сортированы слабо. Гистограммы гранулометрического состава имеют бимодальный, отчасти даже полимодальный характер, для кумулятивных кривых характерны изгибы (рис. 1). Наиболее высоко содержание частиц фракции < 0,001 мм (40-50%); фракция 0,005- 0,001 мм содержится в количестве 20-30%; фракция 0,01- 0,005 мм - 7-10%; фракция 0,05- 0,01 мм - 10-20%. Таким образом, на долю песчаных частиц приходится обычно не более 10%. Данные гранулометрических анализов подтверждаются наблюдениями в прозрачных шлифах под поляризационным микроскопом. В них видно, что вещество осадка составляют в основном пелитовые частицы (50-70%), доля алевритовых 25-30%, а псаммитовых 5-10%. Распределены они в поле шлифа равномерно. Структура вещества обломочная тонкочешуйчатая, размеры чешуек от 0,01 до 0,001 мм . Микротекстура неслоистая, на фоне однородной массы выделяются овальные пятна размером 1- 5 мм . До 5-10% осадка составляют раковины фораминифер, распределенные неравномерно и образующие участки сгущения.

По минеральному составу вещество осадка подразделяется на следующие составляющие. Терригенная состоит в основной массе из гидрослюды и хлорита. Гидрослюда представлена бесцветными чешуйками гидромусковита, форма их удлиненная и волокнистая, иногда игольчатая. Хлорит образует чешуйки зеленого цвета, составляющие до 5-10% вещества осадка. Встречаются также зерна кварца и полевых шпатов преимущественно алевритовой размерности (0,01- 0,05 мм ), отдельные зерна достигают 0,5 мм в поперечнике, окатанность их различна, но в основном они не окатаны. Биогенная компонента представлена биокластовыми чешуйками карбоната пелитовой размерности (в основном < 0,001 мм , реже более), которые в слоях разреза, обогащенных ими, составляют ~15% общей массы-осадка, а также раковинами фораминифер, обломками раковин пелеципод, члениками криноидей. Характерна равномерно рассеянная примесь новообразованного железистого вещества (~1%) в виде зерен буровато-красного цвета размером 0,01- 0,05 мм .

Химический состав осадков, по данным полного силикатного анализа (табл. 1), характеризуется преобладанием SiO₂ (40-50%, иногда до 75%) и Al₂O₃ (10-17%). Железо находится преимущественно в окисной форме (Fe₂O₃ 6,5-7%, иногда опускается до 2,16%), количество закисного существенно меньше (FeO, 0,11-1,44%). Характерны колебания в содержании кальция, которые отвечают относительно низкому (СаО 1,11-2,76%) и высокому (СаО 8,11-11,43%) количеству карбонатов в осадках (согласно результатам анализа солянокислой вытяжки, количество СаСО₃ колеблется от 1,0-1,5 до 12-20%). Количество Р₂О₅ в осадках от 0,12 до 0,28%, MnO от 0,13 до 0,68%.

Стратиграфическое расчленение осадков основывается на результатах палеомагнитных и микропалеонтологических исследований (рис. 2). Образцы на палеомагнитный анализ вырезались из сухого керна, расчлененного на коллекционные отрезки длиной 10- 15 см . Палеомагнитные исследования включали первичные измерения естественной остаточной намагниченности и ее изменения после температурно-временной чистки (170° С, 4 ч). В колонке преобладает направление естественной остаточной намагниченности, близкое современному, т.е. имеющее положительные значения наклонения. Кроме того, после чистки выделились два интервала с отрицательными значениями наклонения: 76-96 и 37- 43 см . Наиболее протяженный охватывает нижнюю часть колонки и представлен пятью образцами из двух коллекционных отрезков, причем в верхнем из них смена знака происходит внутри единого отрезка, что исключает возможность ошибки, связанной с имеющей иногда место перепутанностью ориентировки образцов. Представляется наиболее вероятным сопоставлять указанную зону с окончанием палеомагнитной эпохи Матуяма. В этом случае граница Брюнес - Матуяма будет проходить на глубине 76 см от поверхности дна, а средняя скорость осадконакопления составит ~1 мм в 1000 лет, что хорошо согласуется с имеющимися данными по скоростям осадконакопления в районах поднятий дна Северного Ледовитого океана (хребты Ломоносова, Менделеева и др.), которые не превышают 1- 3 мм в 1000 лет [Линькова, 1965; Херман, 1984; Morris, 1988; Morris et al., 1985 и др.]. Следовательно, в целом осадки колонки соответствуют возрастному интервалу продолжительностью порядка 1 млн. лет и могут быть расчленены на плейстоцен и эоплейстоцен.

Не имеют пока однозначной интерпретации два образца из одного коллекционного отрезка в самом основании колонки, которые характеризуются прямой намагниченностью. Значения наклонения в этих образцах очень низкие (12 и 29°), что может быть связано с присутствием обратной намагниченности, не выделенной в чистом виде термоочисткой. С другой стороны, возраст данного интервала, оцененный по средней скорости осадконакопления, составляет ~940 тыс. лет, т.е. соответствует возрасту эпизода Харамильо.

Проблематична интерпретация интервала на глубине 37- 43 см , два образца из которого имеют обратную намагниченность. Они находятся в пределах одного коллекционного отрезка, причем верхний образец в нем имеет прямую намагниченность, что повышает надежность выделения зоны обратной полярности и говорит в пользу реальности связи указанной зоны с изменениями древнего геомагнитного поля. Ее возраст, вычисленный по средней скорости осадконакопления, составляет порядка 400 тыс. лет. В настоящее время не представляется возможным дать однозначную интерпретацию указанного события. Вместе с тем Моррис [Morris, 1988] отмечает, что, согласно палеомагнитной интерполяции, возраст границы двух литостратиграфических толщ М и L в центральной части Арктического бассейна также равен 400 тыс. лет.

Анализ остатков микрофауны позволил выделить ассоциации планктонных и бентосных фораминифер. По численности преобладают планктонные фораминиферы, их количество достигает 4 тыс. экземпляров на 1 г осадка и на порядок, а иногда и на два порядка больше, чем бентосных (максимально 254 экз/г осадка). Изменения в количественном содержании раковин в обеих группах по разрезу хорошо согласуются между собой, а также с колебаниями количества кальция в осадках, что видно на графике (см. рис. 2).

При анализе распределения фораминифер по разрезу колонки обращают на себя внимание прежде всего изменения в составе бентосных видов (табл. 2), соответствующие палеомагнитной границе Брюнес - Матуяма. Ниже этой границы в комплексе бентосных фораминифер преобладает Bulimina aculeata d'Orbigny - вид, характерный для промежуточных, относительно теплых (положительно-температурных) водных масс Северного Ледовитого океана и достигающий изобилия в биологически высокопродуктивных районах. Он хорошо приспосабливается к дефициту кислорода и карбоната кальция в придонных водах. Этот дефицит создается благодаря активному разложению на дне органического вещества и генерации СО₂, накопление которого в воде обусловливает повышенную растворимость карбонатов. Следовательно, можно полагать, что во время накопления осадков этого интервала в центральных районах Северного Ледовитого океана была относительно высокой биологическая продуктивность приповерхностных вод, на дно поступало органическое вещество, разложение которого приводило к дефициту в придонных водах О₂ и СаСО₃. Таким образом, обеспечивались преимущества для развития Bulimina aculeata по сравнению с другими бентосными видами. О низком содержании карбоната кальция в осадках в характеризуемый этап их накопления свидетельствует также малое количество СаО, фиксируемое химическими анализами (см. табл. 1, рис.2).

В образцах колонки, соответствующих палеомагнитной эпохе Брюнес, вид В. aculeata встречается в очень небольших количествах и лишь в основании разреза (0,5-2,0%), а выше исчезает. Этот факт позволяет сделать вывод, что способствовавшая его широкому распространению на дне Северного Ледовитого океана экологическая обстановка в последние 700 тыс. лет, т.е. в плейстоцене, не создавалась. Высоко содержание в осадках нижнего горизонта колонки, соответствующего эоплейстоцену, раковин Cassidulina teretis Tappan - вида, который в современном Северном Ледовитом океане является индикатором промежуточной положительно-температурной водной массы. Среди планктонных фораминифер доминирует Neogloboquadrina pachyderma (Ehr.), причем наряду с преобладанием левозакрученных холодноводных форм отмечаются правозакрученные тепловодные в заметных количествах. Характерно также присутствие относительно тепловодного вида - Globigerina quinqueloba Natland.

Выше границы Брюнес - Матуяма в осадках среди бентосных фораминифер преобладает вид Oridorsalis tener (Brady), в настоящее время обитающий в районах океанского дна, для которых характерны отрицательно-температурные арктические водные массы, и достигающий относительного изобилия в малопродуктивных областях. На основе этого факта можно сделать заключение, что в течение всего плейстоцена в центральных частях Арктического бассейна на глубинах порядка 1400- 1500 м (и более) были распространены отрицательно-температурные воды, а приповерхностные водные слои отличались малой биологической продуктивностью. Планктонные фораминиферы в плейстоценовой части колонки представлены в основном левозакрученной разновидностью вида N. pachyderma, обитающей в опресненных холодных приповерхностных водах.

В интервале глубин колонки 32- 55 см в разрезе четко выражен обедненный остатками фораминифер горизонт, для которого характерно также наличие прослоев и гнезд тонкозернистого преимущественно кварцевого песка. Количество планктонных видов падает до 21 экз/г осадка, т.е. достигает абсолютного минимума в колонке. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о низкой продуктивности приповерхностных вод, что могло быть обусловлено повышенной толщиной покрова плавучих льдов, которая, как известно, в настоящее время в Северном Ледовитом океане летом составляет 2- 3 м , а зимой увеличивается до 3- 4 м . Глубинная водная масса по своим свойствам была близка современным арктическим отрицательно-температурным водам, но отличалась слабой подвижностью из-за сильной редукции термогалинной циркуляции вследствие образования устойчивого круглогодичного ледового покрова повышенной толщины и, по-видимому, значительно большей, чем сейчас, изоляции от Мирового океана Арктического бассейна, что связано с этапами его регрессивного развития [Данилов, 1985].

В относительно обогащенных фораминиферами горизонтах, располагающихся выше и ниже обедненного, среди планктонных видов наряду с холодноводными левозакрученными разновидностями N. pachyderma обычно присутствуют и правозакрученные тепловодные. В бентосном комплексе фораминифер характерны следующие: Cibicidoides wuellerstorfi (Schwager), Cassidulina teretis Tappan, Quinqueloculina venusta Karrer. Первый вид встречается в обоих горизонтах, но ни в одном не доминирует, каждый из остальных достигает максимума только в одном из горизонтов. В нижнем преобладает Q. venustra, которая является стенобионтным видом и обитает только там, где придонные воды имеют нормальную соленость. Верхний, обогащенный микрофауной горизонт характеризуется относительно высоким содержанием вида С. teretis, свойственного области промежуточных теплых вод современного Северного Ледовитого океана. Судя по составу планктонных и бентосных фораминифер, формирование обоих обогащенных ими горизонтов происходило в условиях, близких современным.

Наконец, ассоциация приповерхностного горизонта колонки отличается смешанным составом видов фораминифер, характерных как для теплых промежуточных, так и холодных глубинных вод. Не исключено, что это следствие смешения жидких осадков придонного слоя при подъеме колонки. В целом он соответствует, вероятно, голоцену и концу позднего плейстоцена.

Исследование образцов донных осадков, вскрытых колонкой, методом диатомового анализа выявило отсутствие остатков диатомовых водорослей. Очевидно, как и в современных условиях, в течение всего периода осадконакопления, соответствующего разрезу колонки, воды Северного Ледовитого океана были недонасыщены кремнекислотой, что и приводило к растворению кремнистых створок диатомей. Они растворялись как во время осаждения и прохождения через толщу океанских вод, так и после захоронения в осадках иловыми водами. Постепенное и закономерное уменьшение количества створок диатомей вплоть до полного их исчезновения наблюдается в современных осадках арктических морей при переходе от придонных слоев к более глубоко залегающим [Данилов и др., 1983].

Таким образом, на основе палеомагнитных, биостратиграфических и литологических данных могут быть восстановлены следующие этапы истории центральной части Арктического бассейна в течение последнего миллиона лет. Горизонт в основании колонки соответствует окончанию палеомагнитной эпохи Матуяма, т.е. отвечает второй половине эоплейстоцена. Поверхностные воды Северного Ледовитого океана имели в это время относительно высокую биологическую продуктивность, ледовый покров характеризовался сокращенной толщиной и, вероятно, разобщенностью. Донные осадки отличались повышенным содержанием органического вещества, а придонные воды были обогащены углекислым газом, одновременно они были недонасыщены кислородом, карбонатом кальция и кремнеземом. В плейстоцене выделяются два этапа, связанные с увеличенным поступлением в Арктический бассейн теплых атлантических вод. В эти этапы формировались горизонты, обогащенные фораминиферами. Максимально благоприятные условия для развития фауны были в ранний интервал, о чем говорит необычайно высокое содержание раковин G. quinqueloba и правозакрученные раковины N. pachyderma, а также данные изотопно-кислородных исследований [Morris et al., 1985], отраженные на кривой (см. рис. 2). Последнее достаточно мощное поступление теплых атлантических вод в Северный Ледовитый океан произошло в голоцене.

В первой половине плейстоцена, примерно 330-550 тыс. лет назад, имела место обширная регрессия Арктического бассейна. В него уменьшилось поступление атлантических вод, увеличилась толщина его ледового покрова и как следствие формировались бедные в количественном и видовом отношениях комплексы фораминифер. С регрессией и приближением областей сноса терригенного материала к центральным районам Арктического бассейна связано наличие в обедненных фораминиферами глинах прослоев и гнезд тонкозернистого песка. Возможно, что вторая регрессия, но менее крупная, чем первая, проявилась ~170 тыс. лет назад [Duplessy & Shackleton, 1985]. В результате на отвечающей этому интервалу времени глубине в глинистых осадках присутствуют включения гравия. Вместе с тем не исключено, что повышенное количество поступающего в тонкодисперсные донные осадки крупнообломочного материала является следствием активизации дрейфа поверхностных льдов и их более активного таяния в пределах акватории Северного Ледовитого океана, т.е. отвечает этапу его трансгрессивного развития и увеличения связи с Мировым океаном, в первую очередь через Атлантику [Данилов, 1978].

Проведенными исследованиями выявлены относительно крупные события конечного отрезка позднекайнозойской истории Северного Ледовитого океана. Выявление более мелких требует более детального поинтервального изучения осадков, лимитируемого объемом вещества в колонках. Расчленение последнего позднеплейстоцен-голоценового этапа оказалось невозможным вследствие вероятного смешения вещества осадка, имеющего жидкотекучую консистенцию, при его подъеме.

ЛИТЕРАТУРА

1. Данилов И.Д. Плейстоцен морских субарктических равнин. М.: Изд-во МГУ, 1978. 198 с.

2. Данилов И.Д. Развитие континентальной окраины северной Евразии в позднем кайнозое // Геология и геоморфология шельфов и материковых склонов. М.: Наука, 1985. С. 48-57.

3. Данилов И.Д., Недешева Г.Н., Полякова Е.И. Современные осадки прибрежной зоны арктических морей // Основные проблемы палеогеографии позднего кайнозоя Арктики. Л.: Недра, 1983. С. 35-40.

4. Кларк Д.Л., Моррис Т.Г. Типы кайнозойского осадконакопления в связи с историей развития Северного Ледовитого океана: район от Канадского бассейна и Альфа-Чукотского хребта до хребта Ломоносова // Геология Арктики. Докл. XXVII Междунар. геол. конгр. Т. 4. М .: Наука, 1984. С. 146-150.

5. Линькова Т.И. Некоторые результаты палеомагнитных исследований донных осадков Северного Ледовитого океана // Настоящее и прошлое магнитного поля Земли. М.: Наука, 1965. С. 122-130.

6. Херман И. Палеоокеанография Арктики в позднем кайнозое и ее связь с климатом планеты // Геология Арктики. Докл. XXVII Междунар. геол. конгр. Т. 4. М .: Наука, 1984. С. 136-145.

7. Imbrie H., Hays J.D., Martinson D.G. et al. The orbital theory of Pleistocene climate: Support from a revised chronology of the marine δ ¹⁸О record // Milankovitch and climate: Understanding the Response to Astronomical Forcing. Pt. l. / Eds. Berger A., Imbrie J., Hays J. et al. Hingham, Mass. , 1984. P. 296-306.

8. Duplessy J.-C., Shackleton N.S. Response of global deep-water circulation to Earth's climatic change 135 000-170 000 years ago // Nature. 1985. V. 316. N 6028. P. 500-507.

9. Morris Т.H. Stable isotope stratigraphy of the Arctic Ocean: From Strait to Central Arctic // Paleogeogr., Paleoclimatol., Paleoecol. 1988. V. 64. N 3-4. P. 201-219.

10. Morris T.H., Clark D.L., Blasco S.M. Sediments of the Lomonosov Ridge and Makarov Basin : A. Pleistocene Stratigraphy for the North Pole // Bull. Geol. Soc. America. 1985. V. 96. P. 901-910.

I.D. DАNILОV, Е.V. ТЕLЕРNЕV, А.В. СНUGUNОV, N.V. ВЕLYАЕVА, Т.А. HUSID, E.I. VIRINА, Е.I. РОLYАКОVА

RESULTS OF PALAEOGEOGRAPHICAL STUDY OF BOTTOM SEDIMENTS IN THE CENTRAL PART OF THE ARCTIC OCEAN (THE MENDELEEV RIDGE)

The paper presents results of complex paleontological study of one of the columnar sections of bottom sediments in the central part of the Arctic Ocean in a region of the western slope of the Mendeleev Ridge. Cutting of the section was made on Eopleistocene and Pleistocene, and in the limits of the latter two stages of transgressive and one stage of regressive development of the Arctic basin were distinguished. The conclusions are based on data of granulometric, mineralogical, chemical, palaeomagnetic and micropalaeontological analysis.

Ссылка на статью: 

Данилов И.Д., Телепнев Е.В., Чугунов А.Б., Беляева Н.В., Хусид Т.А., Вирина Е.И., Полякова Е.И. Результаты палеогеографического изучения донных осадков центральной части Северного Ледовитого океана (хребет Менделеева) // Океанология. Том 31. Вып. 1. 1991, с. 108-116.