Существуют две возрастные модели стратиграфической привязки комплексов донных осадков, поднятых грунтовыми трубками в Северном Ледовитом океане: «древняя» [1–5 и др.] и «молодая» [6–9 и др.]. Первая предполагает очень низкие скорости осадконакопления и основана на интерпретации вектора намагниченности осадков и нахождении определенных групп микрофауны, имеющих стратиграфическое значение (индекс-виды и комплексы). Главным репером «древней» модели при ее разработке являлось нахождение в кернах колонок смены положительной остаточной намагниченности осадков на отрицательную, что сопоставлялось с границей палеомагнитных эпох Брюнес и Матуяма [3]. Вторая модель подразумевает более высокие скорости седиментации и обоснована аминокислотными датировками раковинок планктонных фораминифер, датировками оптико-стимулированной люминесценции зерен кварца и полевых шпатов, климато-стратиграфическими интерпретациями кривых изотопии кислорода, содержания в осадках материала ледового разноса, а также минералов Fe и Mn. При этом древние фораминиферы и диатомовые считаются переотложенными, а интервалы обратной намагниченности осадков соотносятся не с эпохой Матуяма, а с эпизодами эпохи Брюнес. Результаты детальных исследований кернов колонок по всей Арктике, проведенных в последние годы, привели большинство исследователей к признанию «молодой» модели.

Задачей настоящей работы являлось получение новых данных о возрасте донных отложений поднятия Менделеева и сопоставление с другими колонками этого района. В статье обсуждаются геохронологические данные радиохимического и микропалеонтологического анализов осадочных колонок AF-00-02, AF-00-07 и AF-0731 с поднятия Менделеева.

Материалы и методы

Колонка осадков AF-0731, поднята в южной части поднятия Менделеева (78°48,81' с.ш., 171°56,86' з.д., глуб. моря - 2280 м), в ходе 26 рейса НЭС «Академик Федоров» в 2007 г. [10]. Колонки AF-00-02 (81° 56,86' с.ш., 171° 40,61' з.д., глуб. моря - 3228 м) и AF-00-07 (82° 03,25' с.ш., 179° 56,18' з.д., глуб. моря - 1555 м) были отобраны в 2000 г. [1] севернее, в районе сочленения поднятия Менделеева с хребтом Альфа (рис. 1).

Для датирования донных отложений был применен метод избыточного ²³⁰Th, относящийся к одному из распространенных методов неравновесной радиоизотопной геохронологии океанических донных осадков. Теоретические положения метода и особенности его практического применения детально описаны в работах [11, 12].

Для изучения бентосных и планктонных фораминифер по всей длине керна колонок с интервалом 10–20 см отобраны образцы толщиной 4 см. Замороженные пробы обрабатывались методом высушивания в критической точке, взвешивались, после чего промывались на двух ситах с ячеей: 63 мкм и 125 мкм, полученные фракции просушивались и подвергались анализу. В пробах определялась видовая принадлежность фораминифер и подсчитывалось количество каждого вида.

Результаты радиохимического анализа

Активности избыточного ²³⁰Th в колонке № AF-00-07 рассчитаны, исходя из общей массы образцов (²³⁰Th_изб.), а также с учетом нормализации на относительное содержание в образцах Fe и Mn (²³⁰Th*_изб.), являющихся основными концентраторами этого изотопа в осадках. Характер распределения активностей ²³⁰Th_изб и ²³⁰Th*_изб. по колонке примерно одинаков (табл. 1). Уменьшение содержания тория с глубиной фиксируется для верхних пяти образцов (от 5 до 57 см). В интервале 86-89 см отмечается повышение активности ²³⁰Th_изб., затем она опять понижается и, наконец, опять увеличивается в нижней части колонки (160-245 см). Такая нерегулярность в вертикальном распределении ²³⁰Th_изб. в той или иной степени характерна для донных осадков поднятия Менделеева [13, 14]. Средние скорости осадконакопления, рассчитанные по ²³⁰Th_изб. и ²³⁰Th*_изб., обнаруженных в образцах 5–8 см и 48–57 см, близки между собой и соответственно равны 0.158±0.005 см/1000лет и 0.153±0.004 см/1000лет. На основании этих средних скоростей вычислен возраст отдельных горизонтов (табл. 1). Средние скорости осадконакопления по колонке № AF-00-07 сопоставимы с темпами седиментации порядка 0.15 см/тыс. лет, полученными по ²³⁰Th_изб. для других районов поднятия Менделеева [13].

Для колонки № AF-00-02 активность ²³⁰Th_изб. постепенно уменьшается от 3–10 см до 53–63 см (табл. 2). Зачастую для расчетов возраста исключается самый верхний горизонт, нарушенный при пробоотборе, в данном случае слой 0–3 см. Два нижних горизонта 53–63 и 85–95 см не брались в расчет, ввиду того, что удельные активности ²³⁰Th_изб. близки к нулю, свидетельствуя о достижении фактического радиоактивного равновесия между ²³⁰Th и ²³⁴U. Средняя скорость осадконакопления определена из значений ²³⁰Th_изб. в слоях 3–10 и 34–44 см и равна 0.108±0.003 см/1000лет. Возраст слоев вычислен из этой средней скорости (табл. 2). Радиоуглеродным методом дополнительно датированы интервалы 0–3.5 см и 3.5–7.0 см. Радиоуглеродные даты 16.0±0.9 тыс. лет (ЛУ-4639, слой 0–3.5 см) и ≥34.5 тыс. лет (ЛУ-4638, слой 3.5–7.0 см), подтверждают возрастные данные, полученные по ²³⁰Th_изб.

Распределения ²³⁰Th_изб. и ²³⁰Th*_изб. по колонке AF-0731 близки между собой, их концентрации имеют тенденцию к понижению с ростом глубины  (табл. 3), однако также как и для колонки № AF-00-07 характеризуются некоторой неравномерностью распределения по вертикальному профилю (табл. 1). Концентрация Fe по колонке AF-0731 меняется в гораздо большей степени, чем в колонке № AF-00-07, и соответственно в большей степени влияет на распределение ²³⁰Th_изб. Поэтому представляется разумным использовать нормализованные данные, т.е. ²³⁰Th*_изб. (табл. 3). Самый верхний интервал 0–2 см, как поверхностный слой исключен из рассмотрения, по причинам указанным выше. Самый нижний пятый образец (310 см) слишком удален от остальных образцов. Поэтому в той или иной степени использование пятого слоя может давать совершенно случайные цифры. Скорость осадконакопления, рассчитанная по содержанию ²³⁰Th*_изб. в образцах 15 см и 80 см будет равна 0.437±0.061 см/1000лет. Она и использовалась для расчета возраста слоев.

Результаты микрофаунистического анализа

По разрезам колонок на поднятии Менделеева  четко выделяется три ассоциации фораминифер: верхняя, со значительной ролью видов атлантического происхождения, среди которых наиболее распространены: Fontbotia wuellerstorffi, Oridorsalis tener, некоторые милиолиды (Miliolinella spp.), Parafissurina groenlandica, Bulimina aculeata. Богатство поверхностных осадков известковой микрофауной характерно и для других частей Северного Ледовитого океана, в том числе для Евразийского суббассейна. Кроме того, например, в районе северного полюса в донных осадках наблюдается большое биоразнообразие наннопланктона и диатомей [15]. Ниже по разрезам колонок с поднятия Менделеева выделяется вторая, смешанная ассоциация фораминифер: помимо известковых атлантических видов, численность которых здесь резко снижается (в теплые стадии сохраняется обилие Fontbotia wuellerstorfi), появляются агглютинирующие (песчаные), прежде всего, космополитный вид Cyclammina pusilla, неизвестный в современных осадках Северного Ледовитого океана. Отмечаются отдельные виды, вероятно, тихоокеанские по происхождению: Glandulina nipponica, Pseudoparella minuta. Численность планктонных фораминифер в пределах распространения этой ассоциации заметно снижена, хотя в ряде колонок выделяется один пик Globigerina bulloides. Наконец, самая древняя ассоциация, вскрытая в основании колонок, представлена практически одними агглютинирующими фораминиферами с преобладанием раковин цикламмин: Cyclammina pusilla и C. rutundidorsata, встречены Pseudosiphonella sp., Haplophragmoides subglobosum и некоторые другие виды. Ассоциация агглютинирующих фораминифер впервые была описана в колонках хребта Альфа О'Нейлом [5] и была по старым палеомагнитным данным [3] отнесена к плиоцену.

Полученные кривые распределения бентосных фораминифер по колонкам можно сопоставить с данными радиоизотопного датирования (рис. 2). В разрезе колонки AF-0731 отсутствуют остатки цикламмин, обильно представленных в нижних частях разрезов северных колонок. Представляется логичным объяснением отсутствие этих агглютинирующих фораминифер тем, что колонка AF-0731 не вскрыла эти более древние отложения.

Обсуждение результатов и заключение.

Применение метода избыточного ²³⁰Th для датирования колонок AF-00-07, AF-00-02 и AF-0731, свидетельствует о низких скоростях осадконакопления на поднятии Менделеева в течение последних 300 тысяч лет. Значения в диапазоне 0,11–0,437 см/1000 лет близки скоростям осадконакопления, полученным по другим колонкам поднятия Менделеева, ~0.15 см/тыс. лет по методу избыточного ²³⁰Th [13] и ~0.27 см/тыс. лет по ¹⁰Be [14]. Такие оценки скоростей седиментации в несколько раз меньше определенных с помощью аминокислотного метода для осадков поднятия Менделеева [7], а также датировок методом оптико-стимулированной люминесценции (ОСЛ) для хребта Ломоносова [8]. Стратиграфическая модель расчленения колонки 96/24-1sel по хребту Ломоносова считается реперной для Арктики. Она была сопоставлена с данными, полученными по поднятию Менделеева [7], где в колонке HLY0503-8JPC МИС 5 выделяется в интервале 105–220 см. Обращает на себя внимание то, что радиоуглеродные даты 25–40 тыс. лет в этой колонке приходятся на интервал 20–35 см, и, скорее всего, они не являются конечными, а близки к запредельным для данного метода. По нашему мнению, в колонке HLY0503-8JPC пик содержания планктонных фораминифер на глубине 30 см соответствует МИС 5, а не МИС 3, как это предполагается [7]. «Теплые» пики соответствующие МИС 3, отсутствуют в разрезах колонок других районов Арктики, в том числе с хребта Ломоносова, плато Моррис Джесуп, а также Северной Атлантики.

Результаты микрофаунистического анализа свидетельствуют о накоплении верхних 20–50 см в колонках поднятия Менделеева в течение позднего неоплейстоцена-голоцена. В верхней части разрезов колонок пики повышенного содержания бентосных и планктонных фораминифер в осадках совпадают (верхние 5 пиков). Ниже по разрезам колонок такое совпадение проявлено слабее или вовсе отсутствует. Колонки по северной части поднятия Менделеева (AF-00-02 и AF-00-07) вскрыли, по-видимому, эоплейстоценовые, и даже плиоценовые отложения, что следует из массового присутствия раковинок агглютинирующих фораминифер, в том числе, цикламмин. Колонка AF-0731, находящаяся в 400 км южнее северных колонок, плиоценовых отложений не вскрыла, т.к. цикламмины в образцах не обнаружены. Это соответствует результатам радиохимического анализа, согласно которым скорости седиментации в южной части поднятия Менделеева в 2–3 раза больше рассчитанных для северных колонок. Закономерное несоответствие скоростей осадконакопления определяется различной удаленностью от континентальной окраины, т.е. от источников сноса.

Таким образом, полученные нами данные укладываются в «древнюю» стратиграфическую модель. В соответствии с ней, в разрезах донных осадков поднятия Менделеева пики продуктивности бентосных фораминифер приходятся на стадии МИС 1, 5, 7, 9, 11 и т.д. Отсутствие «теплого» интервала на уровне МИС 3 сопоставляется с кривыми содержания бентосных фораминифер в других районах Арктики и в Северной Атлантике. Представляется перспективным дальнейшее комплексное изучение донных осадков Северного Ледовитого океана, в том числе и с помощью метода избыточного ²³⁰Th.

Работы по изучению отложений были частично профинансированы по Гранту Правительства РФ № 11.G34.31.0025.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреева И.А., Басов В.А., Куприянова Н.В., Шилов В.В. Возраст и условия формирования донных осадков в районе поднятия Менделеева (Северный Ледовитый океан). Материалы по фанерозою полярных областей и центральной части Срединно-Атлантического хребта (флора, фауна и биостратиграфия). Труды ВНИИОкеангеология, Том 211, Санкт-Петербург, 2007, с. 131-152.

2. 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.

3. Clark D.L., Whitman R.R., Morgan K.A., Mackey S.D. Stratigraphy and glacial-marine sediments of the Amerasian Basin, Central Arctic Ocean // Geol. Soc. Am. Spec. Pap. N. 181. 1980. 57 pp.

4. Herman Y. Marine geology and oceanography of the Arctic seas. Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag. 1974. 397 pp.

5. O^’Neil B. Pliocene and Pleistocene benthic foraminifera from the Central Arctic Ocean // Journal of Paleontology. 1981. V. 55. N. 6. P. 1141-1170.

6. Крылов А.А., Шилов В.В., Андреева И.А., Миролюбова Е.С. Стратиграфия и условия накопления верхнечетвертичных осадков северной части поднятия Менделеева (Амеразийский бассейн Северного Ледовитого океана) // Проблемы Арктики и Антарктики. 2011. № 2(88). С. 7-22.

7. Adler R.E., Polyak L, Ortiz J.D., Kaufman D.S., Channell J-E.T., Xuan Ch., Grottoli A.G., Sellйn E., Crawford K.A. Sediment record from the western Arctic Ocean with an improved Late Quaternary age resolution: HOTRAX core HLY0503-8JPC, Mendeleev Ridge // Global and Planetary Change. 2009. Vol. 68. P. 18-29.

8. Jakobsson M., Backman J., Murray A., Lшvlie R. Optically Stimulated Luminescence dating supports central Arctic Ocean cm-scale sedimentation rates // Geochemistry Geophysics Geosystems. 2003. Vol. 4. 1016.

9. Polyak L., Curry W.B., Darby D.A., Bischof J., Cronin T.M. Contrasting glacial/interglacial regimes in the western Arctic Ocean as exemplified by a sedimentary record from the Mendeleev Ridge // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2004. Vol. 203. P. 73-93.

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

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

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

13. 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.

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

15. Гусев Е.А., Сколотнев С.Г., Александрова Г.Н., и др. Первые результаты изучения глубоководных илов с Северного полюса // ДАН. 2008. Т. 421. № 6. С. 790-794.