Внешний шельф Восточно-Сибирского моря до настоящего времени остается малоизученным в геолого-геофизическом отношении. Недостаточна и его гидрографическая изученность, обусловленная, в частности, сложной ледовой обстановкой в этом районе. В 2007 г. на борту научно-экспедиционного судна «Академик Федоров» состоялась комплексная научная экспедиция «Арктика-2007» (26 рейс) [Ашик и Соколов, 2008]. В числе прочих исследований в 220 км к востоку от о-ва Жаннетты (архипелаг Де-Лонга), проводились эхолотирование морского дна и донный пробоотбор с помощью гидростатической трубки длиной 4 м.

Рельеф дна. Эхолотный профиль, полученный в ходе экспедиции (рис. 1А,Б) отражает строение дна на глубинах 70-190м. На всем протяжении профиля дно имеет пилообразный облик. Врезы чередуются с преимущественно узкими гребневидными «водоразделами», сглаженные «водоразделы» единичны. Врезы чаще имеют выраженный V-образный профиль. Гораздо реже встречаются более широкие понижения с несколько выположенным за счет аккумуляции осадков дном. С ростом глубин морского дна глубина врезов возрастает. Так, на отметках около -80 м она, как правило, не превышает 2 м, лишь в единичных случаях достигая 3-4 м. Начиная с отметок 84 м, наряду с участками мелко расчлененного дна нередки врезы в 4 м и более. Начиная с глубин  115-120 м общий уклон дна в сторону глубоководного бассейна возрастает. Растет и величина вреза. На глубинах около -150 м разница в отметках тальвегов и «водоразделов» уже может достигать 8-12 м. Возрастает с глубиной моря и ширина ложбин - от 100-150 м в более мелководных районах до 200-300 м на отметках глубже -150 м. К сожалению, эхолотный профиль пересек область развития ложбин только в одном, субширотном направлении, под очень острым углом к направлению уклону дна (рис. 1А). Отсутствие данных о характере распространения по площади выявленных форм ложбинного мезорельефа затрудняет определение их генезиса. По-видимому, они развиты на значительных пространствах арктического шельфа Азии. В частности, сходные образования были ранее описаны на внешнем шельфе Чукотского моря [Ионин и др., 1985]. В этой публикации они были отнесены к структурно-обусловленным формам, фиксирующим условия растяжения на внешнем крае шельфа. В нашем случае, они развиты  в более широком диапазоне глубин и имеют разную ориентировку, что наряду с достаточной густотой их на большой площади не позволяет столь однозначно связывать их с тектоническими причинами. Такой же пилообразный профиль, выработанный по плотным суглинкам, но перекрытый и выровненный мягкопластичными голоценовыми осадками наблюдался в северо-восточной части Чукотского шельфа [Hill & Driscoll, 2010]. В ряде случаев борозды на внешнем шельфе связываются с выпахивающей деятельностью айсбергов, в пользу чего говорит выявленное с помощью сонаров неупорядоченное хаотическое распространение пересекающихся борозд [Polyak et al., 2007]. Однако в нашем случае, мы не видим валиков по краям ложбин, характерных для форм выпахивания, не видим и чередования участков, затронутых и не затронутых бороздами. Поэтому мы склоняемся к тому, что ложбинный мезорельеф на внешнем шельфе Восточно-Сибирского моря имеет эрозионное происхождение.

Факт присутствия на арктическом шельфе Азии реликтовых субаэральных долин известен давно [Holmes & Creager, 1974; Naugler et al., 1974; Ласточкин, 1982 и др.]. Выявлены они и на внешнем шельфе Восточно-Сибирского моря при составлении во ВНИИОкеангеология листа Государственной геологической карты масштаба 1:1 000 000 Т-57-60 (редактор Ю.Е.Погребицкий). Лист охватывал северо-восточную часть внешнего шельфа Восточно-Сибирского моря, континентальный склон и южную часть поднятия Менделеева. В качестве географической основы листа использовалась составленная в ГУНиО батиметрическая карта масштаба 1:1 000 000 с сечением изобат в границах шельфа 10м (фрагмент представлен на рис. 1А). Несмотря на то, что характер рисовки изолиний отчасти отражает неравномерную изученность рельефа дна, можно сделать выводы об уклонах и характере расчлененности дна. По сравнению с предыдущей схемой А.Н. Ласточкина [1982], удалось детализировать строение долинной сети в рассматриваемом районе и характер рельефа у бровки шельфа. К востоку от островов Жаннетты и Генриетты изобаты очерчивают долинообразные понижения дна глубиной 10-20 м и шириной около 10 км, которые прослеживаются на расстояние 100-120 км и более. Понижения в ряде случаев разделены грядами высотой до 15 м, шириной 3-10 км. Долины и гряды имеют северо-восточные простирания (рис. 2). Сеть подводных долин характеризуется параллельным рисунком, обусловленным, по-видимому, однообразным наклоном поверхности внешнего шельфа и ориентировкой разрывных нарушений. Выявляются участки повышенной расчлененности, не снивелированные осадконакоплением.

Исследование керна. На геологической станции AF-0729 (76º 36´ 13,8˝ с.ш., 161º 42´ 4,3˝ в.д., глубина моря - 192 м) с помощью гидростатической трубки была получена колонка керна длиной 1,91 м (рис. 1В). Отобранный на станции керн был сфотографирован и описан, после чего был произведен отбор проб для лабораторных исследований. Образцы затем исследовались в лабораториях ВНИИОкеангеология (гранулометрический анализ, изучение тяжелой фракции), ЗАО «Миреко», г. Сыктывкар (спорово-пыльцевой и микрофаунистический), Санкт-Петербургского университета (радиохимический анализ) и ВНИГРИ (палеомагнитный анализ). Ниже представлены результаты этих исследований.

Литологическая характеристика. Верхние 47 см керна (комплекс 1) представляют собой пелит желтовато-коричневого цвета, мягкопластичной консистенции. Осадок хорошо сортирован, с преобладанием пелитовых крупнозернистой и мелкозернистой фракций. Интервал 47-191 см (комплекс 2) представлен тугопластичным до твердого (с трудом режется ножом), полусухим серым пелитом и редким гравием. Осадок хорошо сортирован, с преобладанием пелитовых крупнозернистой и мелкозернистой фракций. В нижней части керн имеет слабый запах сероводорода. По всему интервалу - мелкие пятна и гнезда органического вещества. На глубине 130 см встречена раковина двустворки Portlandia arctica (Gray) (рис. 1Ж). Комплекс расчленяется на два подкомплекса - верхний 47-67 см (2а) и нижний 67-191 см (2б). Граница между подкомплексами основывается на появлении прослоев серо-зеленого цвета и резком уменьшении содержаний аутигенных минералов (в первую очередь, гидроокислов железа) в верхнем подкомплексе. По литологическим показателям, приведенным в таблице 1, нетрудно заметить, что очевидного различия комплексов не существует. Коричневые пелиты верхнего комплекса отличаются более высокой влажностью, весьма незначительным увеличением средневзвешенного диаметра D_i, несколько повышенным коэффициентом гравитации К_гр.

В гранулометрическом составе всех опробованных интервалов пелиты формируют осадок на 80-81%, лишь в подкомплексе 2а их содержание подходит к границе чистых пелитов (84,2%). При более подробном рассмотрении, коричневые пелиты верхнего комплекса отличаются незначительно увеличенным содержанием крупноалевритовой и песчаных фракций (разница с нижележащими осадками, однако, составляет не более 2%).

Однородный механический состав с преобладанием пелитов коррелируется с распределением по разрезу минералогических характеристик. Тяжелая фракция обоих комплексов характеризуется мезомиктовыми ассоциациями. Состав ее не отличается большим разнообразием: в пробах из нижнего комплекса насчитывается от 18 до 21 минералов, из верхнего - 26. Отчетливо преобладающими являются четыре группы: пироксенов, амфиболов, эпидота-цоизита и черных рудных, в сумме дающих 55-69% терригенной составляющей тяжелой фракции. Остальные минералы имеют резко подчиненное значение и встречаются, как правило, в количествах, не превышающих 10, а чаще 5%. На фоне качественного и количественного однообразия, обращает на себя внимание некоторое увеличение содержания черных рудных в верхнем комплексе. Аутигенные минералы представлены, в основном, гидроокислами железа. Железо поступало с материка в растворенном виде и, вероятно, выпадало из раствора в зоне проникавших более теплых либо атлантических, либо беринговоморских вод. При смене окислительного сингенеза восстановительным диагенезом, происходившей по мере исчезновения свободного кислорода, появлении углекислого газа и даже - в нижней части колонки - сероводорода [Астахова, 2007], в осадке появлялись аутигенные закисные соединения железа в виде пелитоморфных Fe-карбонатных агрегатов. То, что этот процесс все еще далек от завершения, косвенно подтверждает относительную молодость отложений.

Палеомагнитная характеристика. Верхний интервал мягкопластичных осадков (до глубины 47 см) не опробовался. В образцах из интервала плотных пелитов (47-191 см) выделяется компонента преимущественно прямой полярности, при этом наблюдается частая смена полярности по разрезу (рис. 1Г,Д). В комплексе с другими данными, весь разрез соответствует ортозоне Брюнес.

Радиохимический анализ. Для датирования отложений колонки AF-0729 был применен метод избыточного ²³⁰Th, относящийся к одному из наиболее распространенных методов неравновесной радиоизотопной геохронологии океанических донных осадков. Возможность применения этого метода основывается на том, что процесс океанической седиментации сопровождается нарушением радиоактивного равновесия между ураном (²³⁸U,²³⁴U) и его дочерним изотопом тория ²³⁰Th. Происходит это по причине того, что основное количество урана удерживается в морской воде в виде хорошо растворимого уранилтрикарбонатного анионного комплекса, тогда как его дочерний радионуклид ²³⁰Th интенсивно адсорбируется на коллоидах осаждающейся гидроокиси железа (марганца), в меньшей степени на терригенных частицах, и поступает в осадки [Кузнецов, 1976]. В результате поверхностный осадочный слой характеризуется избытком дочерних изотопов ²³⁰Th над материнским ураном (²³⁸U,²³⁴U). По мере захоронения и старения этого слоя ²³⁰Th распадается до состояния радиоактивного равновесия с материнским ураном, т.е. до момента времени, когда избыток ²³⁰Th (²³⁰Th_изб.) становится равным нулю, и активности ²³⁰Th и ²³⁴U оказываются равными между собой. Таким образом, в идеальном случае с увеличением глубины по вертикальному профилю отложений количество ²³⁰Th_изб. должно уменьшаться. Мерой возраста датируемого слоя отложений является степень распада ²³⁰Th_изб. от момента формирования осадка. Теоретические положения метода и особенности его практического применения детально описаны в работах [Кузнецов 1976, Кузнецов 2008 и др.].

Результаты определений удельных активностей в образцах из колонки донных осадков AF-0729 приведены в таблице 2.

Наличие ²³⁰Th_изб. обнаружено в четырех из шести образцов. При этом уменьшение его содержания с глубиной наблюдается только для двух интервалов 0-5 и 47-52 см. Тогда как в двух нижних интервалах 57-63 см и 75-80 см активность ²³⁰Th_изб. опять повышается. Такая нерегулярность в распределении ²³⁰Th_изб. по вертикальному профилю донных осадков уже отмечалась в некоторых работах, например, для хребта Менделеева [Hoffmann & McManus, 2007; Selen et al., 2009; Not & Hillaire-Marsel, 2010].

Повышение активности ²³⁰Th_изб. в двух нижних интервалах 57-63 см и 75-80 см, вероятно связано с потерями урана (²³⁸U,²³⁴U) в процессе седиментации частиц, слагающих эти слои или в результате постседиментационных диагенетических превращений осадков. Косвенно об этом могут свидетельствовать значения отношений активностей ²³⁴U/²³⁸U. В этих слоях ²³⁴U/²³⁸U<1, что обычно связывается с предпочтительным выщелачиванием ²³⁴U.

В верхней части колонки (0-57 см) ²³⁴U/²³⁸U>1, при этом можно отметить, что в интервалах 0-5 и 47-52 см содержание урана несколько отличается от интервалов 35-39 и 52-57 см. Известно, что при применении метода избыточного ²³⁰Th, необходимо, чтобы концентрации радиоэлементов (кроме ²³⁰Th_изб.) по длине колонки не менялись [Купцов, 1986]. В данном случае в интервалах 35-39 и 52-57 см наблюдается повышенное содержание ²³⁴U, вероятно, обусловленное дополнительным привносом урана, что и приводит к невозможности расчета ²³⁰Th_изб. Например, в интервал 52-57 см уран мог поступить из соседнего нижележащего интервала 57-63 см, в результате в образце 52-57 см отмечается преувеличенное содержание урана, что не позволяет рассчитать ²³⁰Th_изб., а в образце 57-63 см - наоборот, фиксируется недостаток ²³⁴U, что приводит к получению завышенного значения ²³⁰Th_изб.

Таким образом, метод избыточного ²³⁰Th можно применить только к двум интервалам колонки 0-5 и 47-52 см. Однако, в данном случае, мы можем лишь оценить возраст между этими слоями, поскольку погрешность определения ²³⁰Th_изб. в образце 47-52 см, оказалась выше, чем само значение ²³⁰Th_изб. в этом же интервале. Разница в возрасте между двумя комплексами осадков составляет ~172 тыс. лет, соответственно вычисляется и продолжительность стратиграфического перерыва в разрезе.

Палинологическая характеристика. Из приповерхностной пробы (30 см) определены 2 зерна сем. Polypodiaceae, 1 зерно - Sphagnum sp. и 1 зерно разнотравья современного облика; кроме того, присутствуют в небольшом количестве растительные остатки, угольная крошка и отмечаются единичные спикулы губок. Ниже по разрезу колонки, из плотных пелитов определены, судя по всему, переотложенные палиноморфы. Они характеризуются похожими спектрами, указывающими на лесную растительность островного типа. По всей видимости, источником сноса для этих отложений являлись среднемиоценовые породы [Деревянко и Гусев, 2009]. По палинологическим данным, в среднемиоценовое время в регионе произрастали леса смешанного типа, представляющие собой палинозону с Betula-Alnus-Corylus-Pinus-широколиственными. В мацерате отмечаются растительные остатки, угольная крошка, единичные спикулы губок, центрические диатомовые водоросли. Данный спорово-пыльцевой комплекс сопоставляется с комплексом Alnus - Polypodiaceae в Западной Сибири (бещеульский горизонт), похожими комплексами из верхнеиндикиляхского подгоризонта Северо-Востока России и др.

Бентосные фораминиферы. Проба из приповерхностного интервала 22-32 см содержит большое количество песчанистых, очень хрупких, агглютинированных раковинок фораминифер, которые существуют сейчас в глубоководных холодноводных морских бассейнах. Вероятнее всего, этот комплекс является современным. Образец, отобранный из верхней части уплотненных пелитов (57-65 см) не содержал остатков фораминифер. Образцы из интервала 110-190 см имеют сходные комплексы, в которых выделены от 7 до 12 видов и от 13 до 59 экземпляров фораминифер (рис. 1Е), в основном арктического и аркто-бореального типа. Сохранность материала от средней до плохой. В этих образцах определены небольшое количество Retroelphidium atlanticum, Melonis zaandamae, Haynesina orbicularis, количественно больше Cassidulina subacuta, присутствуют Globigerina bulloides и др. Раковинки в основном мелкие, не достигающие размеров взрослых особей, что может свидетельствовать о неблагоприятных условиях существования микрофауны.

Обсуждение результатов аналитических исследований. В целом, однородный гранулометрический состав, хорошая сортированность при отчетливом преобладании суммы пелитовых фракций, невысокое процентное содержание тяжелой фракции, наряду с незначительными, при всей мезомиктовости ассоциаций, отличиями в содержании минералов, не дающих возможности четкого различения комплексов, позволяет предположить, что основная масса терригенного материала приносилась в донный осадок во взвешенном состоянии. Следовательно, распределение тяжелой фракции обусловлено прежде всего изменяющимися во времени климатическим и гидродинамическим факторами. И основным источником осадочного материала являлся либо гидродинамический размыв дна, либо (при частичном осушении шельфа) береговой сток. Однако, даже при изменении агентов транспортировки/аккумуляции, источником поступления терригенного материала была переработка однообразных толщ, именно поэтому комплексы макролитологически малоразличимы. Серые пелиты накапливались при низких скоростях осадконакопления.

Проведенное изучение образцов из колонки AF-0729 показало двучленное строение ее разреза. Верхний интервал осадков, скорее всего, представлен современными (голоценовыми) мягкопластичными глинистыми илами, которые залегают на размытой поверхности плотных серых глин. Последние прямо намагничены, содержат инситную четвертичную микрофауну, а также переотложенные пыльцу и споры среднемиоценовых растений.

По полученным данным, можно предположить, что серые пелиты могли формироваться в открытом глубоководном морском бассейне с несколько пониженной соленостью. Комплексы содержащихся в них фораминифер аналогичны выявленным В.Я. Слободиным и В.И. Гудиной в санчуговских слоях Севера Сибири. Возраст последних, ограничивается концом среднего неоплейстоцена. Такая оценка в целом подтверждается радиохимическим анализом.

Выводы. В северной части Восточно-Сибирского моря, в интервале глубин 80-200 м распространены средненеоплейстоценовые (?) плотные морские глины, выступающие на поверхности морского дна или перекрытые маломощным слоем голоценовых осадков. Эти глины подверглись размыву с образованием характерных эрозионных форм, которые имеют на эхограммах пилообразный зубчатый профиль. Расчлененный рельеф, совпадающий с выступами на поверхности морского дна средненеоплейстоценовых (?) уплотненных осадков, по-видимому, характерен для большей части наклонной равнины внешнего шельфа Восточно-Сибирского моря. Развитие здесь наблюдаемой в настоящее время сети подводных долин связывается с регрессивными стадиями Полярного бассейна в позднем неоплейстоцене. Последняя из них - сартанская привела к осушению практически всего арктического шельфа Азии [Дегтяренко и др., 1982; Ласточкин, 1982; Стрелков, 1961]. Степень выраженности крупных долинообразных форм меняется в разных интервалах глубин. В частности, на глубинах 85-130 м они выявляются наиболее отчетливо. Участки полностью или частично выровненного эрозионного рельефа связывают с этапами стояния трансгрессирующего послесартанского бассейна [Ласточкин, 1982]. Обнаружение продолжений речных долин на глубинах, превышающих уровень сартанской регрессии, можно связывать с неотектоническими движениями. Что касается более мелких форм, то ограниченный объем имеющихся материалов не позволяет уверенно судить об их генезисе. Представляется, что они, скорее всего, имеют эрозионное происхождение и, возможно, полностью или частично связаны уже с субаквальной эрозией в условиях погружения внешнего шельфа.

Работы по изучению отложений были частично профинансированы по Гранту Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских ВУЗах № 11.G34.31.0025.

Литература

Астахова Н.В. Аутигенные образования в позднекайнозойских отложениях окраинных морей Востока Азии. Владивосток: Дальнаука. 2007. 244 с.

Ашик И.М., Соколов В.Т. Основные итоги и предварительные результаты экспедиции «Арктика-2007» // Проблемы Арктики и Антарктики. 2008. № 3(80). C. 72-85.

Дегтяренко Ю.П., Пуминов А.П., Благовещенский М.Г. Береговые линии восточно-арктических морей в позднем плейстоцене и голоцене. // Колебания уровня морей и океанов за 15 000 лет. М.: Наука, 1982. С. 179-185.

Деревянко Л.Г., Гусев Е.А. Переотложенные споры и пыльца в голоценовых осадках внешней части Арктического шельфа России // Квартер-2009: VI Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода: Материалы совещания (Новосибирск, 19-23 октября 2009 г.). Новосибирск: Геопринт, 2009. С. 185-188.

Ионин А.С., Павлидис Ю.А., Юркевич М.Г. Рельеф шельфа Северо-востока СССР и вопросы его классификации // Геология и геоморфология шельфов и материковых склонов. М., «Наука». 1985. С. 172-184.

Кузнецов Ю.В. Радиохронология океана. М.: Атомиздат, 1976, 279 с.

Кузнецов В.Ю. Радиохронология четвертичных отложений. Санкт-Петербург: КОМИЛЬФО. 2008, 312 с.

Купцов В.М. Абсолютная геохронология донных осадков океанов и морей. М.: Наука, 1986, 271 с.

Ласточкин А.Н. Методы морского геоморфологического картографирования. Л.: Недра, 1982. 272 с.

Стрелков С.А. Развитие береговой линии Арктических морей СССР в четвертичном периоде // Тр. Ин-та геол. Акад. наук Эстон. ССР. Вып. VIII. 1961. С. 133-146.

Hill J.C., Driscoll N.W. Iceberg discharge to the Chukchi shelf during the Younger Dryas // Quaternary Research. 2010. Vol. 74. P. 57-62.

Hoffmann S., McManus J. Is there a ²³⁰Th decit in Arctic sediments? // Earth and Planetary Science Letters. 2007. Vol. 258. P. 516-527.

Holmes M.L., Creager J.S. Holocene History of the Laptev Sea continental shelf // Marine geology and oceanography of the Arctic seas. Springer-Verlag. New York: 1974. P. 211-229.

Naugler Y.P., Silverberg N., Creager Y.S. Recent sediments of the East Siberian Sea. // Marine geology and oceanography of the Arctic seas. Springer-Verlag. New York: 1974. P. 239-262.

Not C., Hillaire-Marcel C. Time constraints from ²³⁰Th and ²³¹Pa data in late Quaternary, low sedimentation rate sequences from the Arctic Ocean: An example from the northern Mendeleev Ridge // Quaternary Science Reviews. 2010. Vol. 29. P. 3665-3675.

Polyak L., Darby D.A., Bischof J.F., Jakobsson M. Stratigraphic constraints on late Pleistocene glacial erosion and deglaciation of the Chukchi margin, Arctic Ocean // Quaternary Research. 2007. Vol. 67. P. 234-245.

Sellèn E., Jakobsson M., Frank M., Kubik P.W. Pleistocene variations of beryllium isotopes in central Arctic Ocean sediment cores // Global and Planetary Change. 2009. Vol. 68. P. 38-47.

RELIEF AND QUATERNARY SEDIMENTS FROM OUTER PART OF EAST SIBERIAN SEA: NEW DATA

^1,3Gusev E.A., ¹Zinchenko A.G., ¹Bondarenko S.A., ²Anikina N.Yu., ²Derevyanko L.G., ³Maksimov F.E., ³Kuznetsov V.Yu., ³Levchenko S.B., ³Zherebtsov I.E., ⁴Popov V.V.

1 - I.S. Gramberg’s VNIIOkeangeologia, St. Petersburg

2 - Mireco Mining Company, Syktyvkar

3 - St.Petersburg State University

4 - VNIGRI, St. Petersburg

Ссылка на статью:

Гусев Е.А., Зинченко А.Г., Бондаренко С.А., Аникина Н.Ю., Деревянко Л.Г., Максимов Ф.Е., Кузнецов В.Ю., Левченко С.Б., Жеребцов И.Е., Попов В.В. Новые данные о рельефе и четвертичных отложениях внешнего шельфа Восточно-Сибирского моря // Геология и геоэкология континентальных окраин Евразии. Вып. 4. М.: ГЕОС, 2012. С. 58-68..