| ||
УДК 551.465
*Институт океанологии им.
П.П. Ширшова, РАН, Москва **Мурманский морской биологический институт (ММБИ) КНЦ РАН, Мурманск | ||
|
Картирование ассоциаций легких,
тяжелых и глинистых минералов в поверхностном слое осадков желоба Святой
Анны (Карское море) выявило, что источниками осадочного материала служат
окружающие желоб поднятия. Осадочное вещество из областей лавинной
седиментации, расположенных во внутренней части шельфа, либо не
поступает в район желоба, либо переносится по нему транзитом.
ВВЕДЕНИЕ К настоящему времени твердо установлено, что скорость современного осадконакопления на хребтах ложа Северного Ледовитого океана составляет первые сантиметры в тысячу лет, а в разделяющих глубоководных котловинах снижается до первых миллиметров в тысячу лет [Stein et al., 1994]. В то же время на шельфах континентальной окраины Евразии выявлена пестрая картина распределения скоростей седиментации. Здесь чередуются участки развития лавинных скоростей (порядка 100 см/тыс. лет и выше) в зонах смешения речных и морских вод и в шельфовых прогибах около активно отступающих термоабразионных берегов, с одной стороны, и участки пониженных, нулевых или даже отрицательных скоростей на поднятиях и возвышенностях различного генезиса. Эта картина является проявлением четкой фациальной организации современного осадконакопления на гляциальных шельфах, запечатленной в литологии донных осадков, их гранулометрических, минералогических и геохимических характеристиках [Levitan et al., 1996]. Пока явно недостаточно исследована зона континентального склона и подножия, связывающая шельфовые и глубоководные зоны Арктики. Именно в ее пределах осуществляется транспортировка осадочного материала из шельфов в пелагические районы Северного Ледовитого океана. При этом большое внимание уделяется серии субмеридионально ориентированных краевых желобов Западной Арктики, чьи верховья начинаются на внешнем шельфе, а «висячие» устья расположены в пределах верхней части континентального склона. Мы имеем в виду желоба Франца-Виктории, Святой Анны и Воронина. В структурном отношении все упомянутые желоба представляют собой грабены, возникшие в результате реакции окраинно-континентальной Западно-Арктической мегаплатформы на спрединг в Евразиатском бассейне Северного Ледовитого океана [Сенин и Шипилов, 1993] и последовавших движений неотектонического этапа развития [Мусатов, 1996].
Задачей настоящей статьи является выяснение минерального состава
поверхностного слоя донных осадков желоба Святой Анны. На этой основе мы
попытаемся глубже разобраться в особенностях современного
осадконакопления и прежде всего - в какой степени осадочный материал из
зон лавинной седиментации, расположенных на внутреннем шельфе, влияет на
аккумуляцию современных осадков в этом желобе. ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Желоб Святой Анны расположен на границе Баренцева и Карского морей, в
треугольнике между архипелагом Земли Франца-Иосифа, Новой Землей и
подводным Северо-Карским поднятием, увенчанным островами Визе и Ушакова
(рис. 1). До последнего времени этот желоб был слабо изучен, однако,
после открытия в бухте Тихой о. Гукера (архипелаг Земля Франца-Иосифа)
биостанции Мурманского морского биологического института (ММБИ) в
Гранулометрические анализы комбинированным водно-механическим методом
выполнены в лаборатории палеоэкологии моря ММБИ; минеральный состав
легкой подфракции мелкого песка (0.1- СОВРЕМЕННЫЕ УСЛОВИЯ СЕДИМЕНТАЦИИ Естественно предположить, что основную роль в питании желоба Святой Анны осадочным материалом играют указанные выше три наиболее близко расположенных источника сноса, отличающиеся своим геологическим строением. Так, если в составе центральной и западной областей Земли Франца-Иосифа доминируют нижнемеловые трапповые толщи, перекрытые маломощным чехлом кайнозойских и четвертичных отложений, то на востоке обнажаются, в основном, триасовые и, отчасти, юрские терригенные комплексы. Северное окончание Новой Земли сложено, главным образом, верхнепротерозойско-нижнепалеозойскими терригенными толщами, испытавшими слабый метаморфизм зеленосланцевой фации. Острова Визе и Ушакова состоят из терригенных обломочных толщ нижнего мела [Геологическое строение…, 1984; Геология СССР, 1970]. Соответствующие выходы коренных пород, судя по данным батиметрических, сейсмоакустических и геологических исследований, нередко встречаются и на морском дне вокруг указанных островов [Матишов и др., 1994]. Можно предположить, что более удаленные источники материала (например, Обь) играют менее важную роль в поставке песчано-алевритовых фракций, однако их значение в транспортировке пелитовых фракций, в частности глинистых минералов, в принципе нельзя недооценивать.
На составленной одним из авторов настоящей статьи (Г.А Тарасовым)
батиметрической карте (рис. 1) хорошо видно, что желоб Святой Анны
протягивается на север от 77° до 82° с.ш., в своей средней части по
изобате Важнейшим фактором, во многом определяющим условия современного осадконакопления в районе желоба Святой Анны, является ледовый режим. Район исследования только 2-2.5 месяца в году свободен ото льдов. В основном это сезонные паковые льды. Роль айсбергового разноса достаточно велика в запад-юго-западной части изученной акватории за счет поставки с Земли Франца-Иосифа (средний ежегодный айсберговый сток 2.26 км3) и с Северного острова Новой Земли (2.0 км3) [Абрамов и Зубакин, 1994]. Кстати, на условия седиментации влияет не только современный ледовый режим, но и древний. Обнаруженные на западном склоне желоба Святой Анны и геохронологически датированные моренные валы последнего оледенения [Polyak et al., 1996] выходят на поверхность дна и могут рассматриваться в качестве дополнительного источника осадочного материала.
Стратификация водной толщи в желобе выглядит следующим образом:
поверхностная водная масса представлена холодными арктическими водами с
низкой температурой и соленостью (температура -1.75°-1.9°С и соленость
ниже 34.25‰, толщина слоя Однако стратификация водной толщи и система циркуляции, во-первых, носят ярко выраженный сезонный характер, а во-вторых, сильно зависят от поля давлений в атмосфере. В тех случаях, когда антициклональный круговорот в атмосфере Арктического бассейна развит очень слабо, воды Трансарктического течения, направленного в сторону пролива Фрама, занимают крайнее северное положение, и течение Святой Анны в поверхностных водах занимает акваторию одноименного желоба. При этом усиливается приток теплых атлантических вод по желобу на юг. В периоды интенсивного развития антициклонального круговорота акватория желоба Святой Анны занята арктическими водами, одноименное течение соединяется с ними между Новой Землей и Землей Франца-Иосифа (ЗФИ), и атлантические воды наблюдаются только в наиболее глубоких участках желоба [Денисов и др., 1994]. Шельфовые арктические (зимние) воды образуются в значительной степени в полыньях на мелководье за счет охлаждения и интенсивного конвективного перемешивания. Они имеют высокую соленость (около 35.0‰) и низкую температуру (-1.9°С и ниже) [Денисов и др., 1994]. Обладая высокой плотностью, они погружаются и - перемещаясь подобно тяжелой жидкости по уклонам дна - доходят до основных притоков желоба Святой Анны и по нему попадают в глубоководные районы. Есть основания предполагать, что эти воды служат одним из главных транспортирующих механизмов осадочного материала из шельфовых областей в глубоководные районы Северного Ледовитого океана.
Наконец, среди агентов транспортировки осадочного вещества в желоб
Святой Анны, безусловно, следует упомянуть такие традиционные механизмы,
как береговую абразию, подледниковые потоки, волны и поверхностные
течения, придонные приливно-отливные течения, склоновые процессы,
эоловый перенос и жизнедеятельность планктона. Количественно оценить
роль этих и указанных выше механизмов пока не представляется возможным. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Ложе желоба покрыто терригенными пелитовыми и алевритово-пелитовыми илами коричневого цвета с незначительной примесью песчаных частиц. В разрезах, вскрытых геологическими трубками, наблюдается чередование слоев различных оттенков коричневого цвета мощностью от нескольких сантиметров до первых десятков сантиметров [Tarasov et al., 1997]. На склонах желоба тонкие осадки сменяются более крупнозернистыми, доминируют мелкоалевритовые илы и, местами, крупные алевриты, содержащие существенно больше песчаных частиц. Литология поверхностного слоя осадков на «плечах» желоба отличается значительно большей сложностью и контролируется, прежде всего, гидродинамикой среды седиментации [Алексеев и др., 1994]. Судя по нашим гранулометрическим анализам, существует четкая поперечная зональность механического состава современных осадков желоба Святой Анны. На склонах содержание гравия может доходить до 5%, концентрация песчаных частиц варьирует от 10 до 40%, алевритовая фракция слагает 25-45% осадка и пелит - от 20 до 40%. В осадках ложа желоба гравий, как правило, отсутствует; содержание песка обычно ниже 10%, алеврита - 20-30%, пелита - 50-70%. Сходные данные приводятся и другими исследователями [Ivanov et al., 1996]: среднее содержание песка - 8.6%, алеврита - 18.8%, пелита - 72.5%. Перейдем к рассмотрению минерального состава донных осадков. В легкой подфракции мелкого песка доминируют кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы, обломки пород. В наиболее северных станциях, приуроченных к центральной части ложа, отмечены многочисленные зерна биогенного карбоната. Особого внимания заслуживают спорадически встречающиеся (в том числе за пределами рассматриваемого в настоящей статье района - в Австрийском проливе внутри архипелага ЗФИ) агрегаты глинистых минералов веретенообразной формы, чье возможное происхождение будет рассмотрено ниже. Отметим также, что зерна кварца отличаются лучшей окатанностью в осадках ложа желоба, чем на его склонах.
Основываясь на данных по минеральному составу упомянутой фракции и на
расчетах кварц/полевошпатового (Q/FS) отношения в каждой пробе, нами
составлена схема распределения основных ассоциаций легкой подфракции
мелкого песка (рис. 2). Всего выделено три ассоциации. Первая сложена (в
порядке возрастания) полевыми шпатами, кварцем и биогенными карбонатами;
Q/FS отношение составляет 1.6. Эта
ассоциация занимает на севере желоба его центральную, наиболее
глубоководную (свыше Эта ассоциация четко приурочена к восточному склону желоба. Наконец, третья ассоциация сложена зернами кварца и обломками горных пород в изменчивых соотношениях, полевых шпатов почти нет; Q/FS отношение равно или превышает 5.0, причем, это отношение уменьшается с запада на восток. Рассмотренная ассоциация занимает не только западный склон, но и почти всю площадь ложа желоба, за исключением его северного окончания. Среди тяжелых минералов фракции 63-125 мкм (примерно, соответствующей крупному алевриту наиболее распространенных отечественных гранулометрических классификаций) преобладают эпидоты, моноклинные пироксены, черные рудные (в основном ильменит), обыкновенные роговые обманки и гранаты. Спорадически развиты гидроокислы железа. Можно выделить шесть ассоциаций (рис. 3). Ареал распространения первой ассоциации - рудные - эпидот-клинопироксеновой (увеличение содержания происходит слева направо) - занимает срединную часть ложа желоба и вытянут в субмеридиональном направлении. Отношение концентраций минералов группы эпидота (Ер) к концентрациям минералов группы моноклинных пироксенов (ClРх) колеблется от 0.51 до 0.86. Ареал второй ассоциации - эпидот-клинопироксен-рудной - по периферии окаймляет зону распространения первой ассоциации; Ер/ClРх отношение колеблется от 0.51 до 0.89. Зона распространения третьей ассоциации - эпидот-рудные-клинопироксеновой - приурочена к западному борту и «плечу» желоба, примыкающему к Земле Франца-Иосифа, Ер/ClРх отношение колеблется около 0.5. Ареал четвертой ассоциации - рудные-амфибол-эпидот-клинопироксеновой сочленяется с зоной распространения третьей ассоциации с юга, его продолжение на восток пока под вопросом из-за недостатка данных; Ер/ClРх отношение составляет 0.73. Зона распространения пятой ассоциации - клинопироксен-эпидот-рудной - окаймляет северное окончание Северного острова Новой Земли; Ер/ClРх отношение равно 1.18. Наконец, ареал шестой ассоциации - гранат-эпидот-клинопироксен-рудной (местами со значительным количеством окислов и гидроокислов железа), в основном, расположен на Северо-Карском поднятии; Ер/ClРх отношение колеблется от 0.61 на севере до 1.06 на юге.
Мы использовали литературные данные по глинистым минералам во фракции
менее ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Таким образом, на основании данных по литологии и гранулометрии осадков поверхностного слоя в желобе Святой Анны, минерального состава мелкого песка, крупного алеврита и субколлоидной фракции вполне определенно вырисовывается фациальная зональность исследованного района. Достаточно четко выделяется центральная зона ложа желоба (особенно в северной его части); восточный и западный склоны; участки, примыкающие к основным источникам сноса: Земле Франца-Иосифа, Новой Земли и Северо-Карскому поднятию. Для мелкопесчаной фракции главным источником кварца и обломков горных пород служит возвышенность ЗФИ, полевых шпатов - Северо-Карское поднятие. Обогащение биогенным карбонатом северной части ложа желоба мы связываем с воздействием атлантических вод, способствовавших развитию специфических комплексов секреционных бентических фораминифер [Korsun et al., 1997]. Подчиненную роль играет также снос биогенного детрита бивальвий и балянусов с мелководий Земли Франца-Иосифа, где они достаточно широко развиты [Алексеев и др., 1994]. Обогащенность мелкопесчаной фракции осадков обломками пород на западе и юго-западе исследованного района, как представляется, логично связать с деятельностью айсбергов, в наибольшей степени сконцентрированных именно здесь. Судя по положению границы между второй и третьей ассоциациями легких минералов (рис. 2), в современную эпоху поставка мелкопесчаного материала в желоб Святой Анны происходит более интенсивно с поднятия ЗФИ, чем с Северо-Карского поднятия. В этом плане роль Новой Земли, по-видимому, второстепенна.
Веретенообразные агрегаты глинистых частиц во фракции 0.1- В крупноалевритовой фракции черные рудные минералы, как известно, тяготеют к основным источникам сноса [Gurevich, 1995; Levitan et al., 1996]. В то же время очевидна и определенная минеральная специализация: Новая Земля служит основным источником эпидота, Земля Франца-Иосифа - клинопироксенов, а Северо-Карское поднятие - гранатов и гидроокислов железа. Роговая обманка, вероятно, привносится из северо-восточной части Баренцева моря за счет размыва мезозойских пород, обнажающихся местами на поверхности Адмиралтейского вала [Gurevich, 1995]. Дополнительный привнос клинопироксенов в исследуемый район за счет материала сибирских рек в современную эпоху представляется маловероятным. В то же время для позднеледниковья и эпохи дегляциации этот вариант выглядит вполне реальным. Изучение литературных данных [Behrends et al., 1996; Wahsner et al., 1996] и рис. 4 не оставляет сомнения в том, что основным источником хлорита и иллита служит Северо-Карское поднятие и - в определенной степени - Новая Земля. Каолинит поставляется при эрозии на востоке Земли Франца-Иосифа триасовых песчаников с каолинитовым цементом. Значительно сложнее объяснить наблюдаемое распространение смектита. Сплошное развитие хлорит-иллитовой ассоциации на востоке и юго-востоке исследованного района делает невероятным Заметный вклад смектитов, активно поставляемых в Карское море Обью и Енисеем [Levitan et al., 1996]. Достаточно очевидно, что «срединное» положение полосы повышенных концентраций смектита в осадках между существенно каолинитовыми ассоциациями на западе и хлорит-иллитовыми ассоциациями на востоке может быть обусловлено ослаблением разбавляющего влияния потоков соответствующих глинистых минералов по мере их удаления от своих источников.
Следует указать на три основных возможных источника смектита. Во-первых,
это нижнемеловые траппы Земли Франца-Иосифа, которые обеспечивают
наблюдаемые концентрации этого минерала (свыше 40%) в некоторых районах
развития донных осадков в проливах между островами [Nurnberg
et
al.,
1995]. Во-вторых, это верхнеюрские
битуминозные сланцы, также обогащенные смектитом [Elverhøi et al., 1985],
чьи выходы на поверхность морского дна закартированы в районе
Адмиралтейского вала к западу от Северного острова Новой Земли [Gurevich, 1995].
Третьим источником смектита могут служить атлантические воды, которые,
судя по результатам картирования распространения глинистых минералов в
поверхностных осадках восточной части Баренцева моря [Nurnberg
et
al.,
1995], также обогащены этим
минералом. Как указывалось выше, атлантические воды в составе
Западно-Шпицбергенского течения проникают в желоб Святой Анны, что
фиксируется не только гидрологическими данными, но и комплексами
бентических фораминифер в донных осадках [Korsun
et
al.,
1997]. При своем движении вдоль
северной окраины Земли Франца-Иосифа эти воды могут получать
дополнительное количество смектита за счет размыва нижнемеловых траппов.
Наконец, мы не можем полностью исключить и попадания незначительной
примеси «сибирских» смектитов, хотя этот источник, безусловно, не играет
главной роли. Судя по рис. 4, видимо, наиболее важное значение имеет
донная эрозия верхнеюрских битуминозных сланцев. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведенные исследования убедительно показали, что минеральный состав современных осадков желоба Святой Анны образуется, главным образом, за счет размыва окружающих его поднятий: Земли Франца-Иосифа, Новой Земли и Северо-Карского. Более удаленные источники, в частности, расположенные на внутреннем шельфе дельтовые области Печоры, Оби и Енисея, практически не вносят вклад в формирование донных осадков желоба. Следовательно, по отношению к осадочному материалу, привносимому перечисленными реками на шельф Западной Арктики, желоб Святой Анны служит зоной транзита, но не аккумуляции. Требуются дополнительные исследования, и, прежде всего - латеральных и вертикальных потоков осадочного материала - для определения относительной роли различных источников: внутреннего и внешнего шельфа, континентального склона и подножия, морского льда, планктона - в питании осадочным материалом глубоководного ложа Северного Ледовитого океана.
Статья написана при финансовой поддержке Германского министерства науки
и технологий, а также Российского фонда фундаментальных исследований
(проект № 97-05-65628). Мы признательны Л.В. Поляку и И.А. Андреевой за
представление ряда образцов донных осадков, полученных в рейсе НИС
«Профессор Логачев» для минералогического анализа. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абрамов В.А., Зубакин Г.К. Ледовые условия в проливах // Среда обитания и экосистемы Земли Франца-Иосифа (Архипелаг и шельф). Апатиты: КЦ РАН, 1994. С. 38-43. 2. Алексеев В.В., Матшиов Г.Г., Тарасов Г.А., Хрусталев Ю.П. Особенности современного осадконакопления // Среда обитания и экосистемы Земли Франца-Иосифа (Архипелаг и шельф). Апатиты: КЦ РАН, 1994. С. 18-25. 3. Буртман М.В. Тяжелые минералы в поверхностном слое осадков желоба Святой Анны // Геология морей и океанов. Тез. докл. XII Межд. школы морск. геологии. М.: ИОРАН, 1997. Т. 1. С. 116. 4. Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых. Т. 9. Моря Советской Арктики. Л.: Недра, 1984. 280 с. 5. Геология СССР. Т. 26. Острова Советской Арктики. М.: Недра, 1970. 547 с. 6. Денисов В.В., Матишов Д.Г., Соколов В.Т. Гидрометеорологические условия архипелага // Среда обитания и экосистемы Земли Франца-Иосифа (Архипелаг и шельф). Апатиты: КЦ РАН, 1994. С. 25-38. 7. Матишов Г.Г., Мысливец В.И., Форман С. Геологическое строение и условия седиментации // Среда обитания и экосистемы Земли Франца-Иосифа (Архипелаг и шельф). Апатиты: КЦ РАН, 1994. С. 7-18. 8. Мусатов Е.Е. Распространение кайнозойского чехла на Баренцевоморском шельфе между архипелагами Шпицберген и Земля Франца-Иосифа // Океанология. 1996. Т. 36. № 3. С. 444-450.
9.
Сенин Ю.С., Шипилов Э.В. Классификация и номенклатура региональных
структурных элементов метаплатформы // Осадочный чехол
Западно-Арктической метаплатформы (тектоника и сейсмостратиграфия) / Под
ред. Безматерных Е.Ф. и др.
Мурманск, 1993. С.
16-25. 10. Andrew J.A., Kravitz J.N. Sediment distribution in deep areas
of the
11.
Behrends M., Peregovich В., Stein R.
Heavy-mineral distribution at the Laptev-sea continental margin and
terrigenous sediment supply in the Eastern Arctic ocean // The 26th
international Arctic workshop, 12. Elverhøi A., Antonsen P., Flood S.B. et al. The physical
environment, western 13. Gurevich V.I. Recent sedimentogenesis and environment on the
Arctic shelf of western 14. Ivanov G.I., Ponomarenko T.V., Krylov A.A. et al. Lithological
composition of surface sediments in the St. Anna Trough // Third
Workshop on Russian-German Cooperation: Laptev Sea System. Program and
Abstracts. 15. Korsun S.A., Hald M., Panteleeva N.A., Tarasov G.A.
Foraminiferal biomass in the St. Anna Trough, Russian Arctic continental
margin // Polar Biology. 1997 (in press). 16. Levitan M.A., Dekov V.M., Gorbunova Z.N. et al.
The
17. Nurnberg D., Levitan M.A., Pavlidis Yu.A., Shelehova E.S.
Distribution of clay minerals in surface sediments from the eastern
Barents and southwestern Kara Seas // Geol. Rundschaw. 1995. V. 84. P.
665-682. 18. Pfirman S., Lange M.A., Wollenburg I., Schlosser P. Sea ice
characteristics and the role of sediment inclusions in deep-sea
deposition: Arctic-Antarctic compositions // Geological history of the
Polar Oceans: Arctic versus Antarctic / Eds. Bleil U., Thiede J.
Dordrecht-Boston-London: Kluwer Academic Publishers, 1990. P. 187-211. 19. Polyak L., Herlihy F.A., Forman S.L., Ivanov G. Late-glacial
to recent sedimentary environments in the Saint Anna Trough, northern
Kara Sea, Russian Arctic // The 26th international Arctic workshop,
Colorado, March 14-16. 1996. P. 118. 20. Stein R., 21. Tarasov G.A., Stein R., Nurnberg D. et al. Peculiarities of
Recent sedimentogenesis in the north-eastern Barents and north-western
Kara Seas // Ber. Polarforschung. 1997 (in press). 22. Wahsner M., Tarasov G., Ivanov G. Marine geological
investigations of surface sediments in the Frantz-Josef-Land area and
the St. Anna Trough // Surface-sediment composition and sedimentary
processes in the central Arctic Ocean and along the Eurasian Continental
margin// Eds. Stein R. et al. Ber. Polarforschung. 1996. № 212. P.
172-184. Mineral Composition of the St. Anna Trough Surface Sediments M.A. Levitan, G. A. Tarasov, N. A. Kukina, M. V. Bourtman
Mapping of the assemblages of light, heavy, and clay minerals from
surface layer of the sediments of the St. Anna Trough (the
|
Ссылка на статью:
Левитан М.А., Тарасов Г.А., Кукина Н.А., Буртман М.В. Минеральный состав поверхностного слоя донных осадков желоба Святой Анны // Океанология. 1999, том 39, № 6, с. 903-911.
|