В необычно теплое полярное лето 2007 г . в ходе морского научно-исследовательского рейса НЭС «Академик Федоров» (рис. 1), выполнявшегося по программе 3 МПГ «Арктика-2007» (рис. 2), объединенная группа геологов ВНИИОкеангеология и ПМГРЭ (рис. 3) осуществила 2 августа в точке Северного полюса подъем донных осадков (станция № AF-0701 - 89°59’10,9’’ с.ш., 32°19’13,8’’ в.д.) (рис. 4,5). В поднятых илах, наряду с дресвой и гравием песчаников, алевролитов и жильного кварца было обнаружено 5 небольших обломков гранитных пород архейско-палеопротерозойского возраста.

Морская станция AF-0701 расположена в северной части океанической котловины Амундсена у северо-западного подножья подводного хребта Ломоносова (рис. 2). Донные осадки были подняты с глубины 4170± 5 м при помощи бокскорера (коробчатого пробоотборника) объемом 50х50х50 см, сохраняющего в целости первичное напластование пород (рис. 6). Разрез осадков указанной станции представляет собой (сверху вниз):

1. 0- 2 см . Наилок желтовато-коричневый, пелитовый, сильно обводненный, с малой примесью тонкозернистого песка.

2. 2- 20 см . Алевропелит шоколадно-коричневый, однородный, иногда песчанистый, мягкий и вязкий, до текучего состояния.

3. 20- 50 см . Алевропелит того же состава и консистенции, однако представленный чередованием 6-7 шоколадно-коричневых и зеленовато-серых горизонтальных полос с размытыми границами и мощностью по 5- 6 см каждый [Гусев и др., 2008a].

По данным С.Г. Сколотнева и др. [Гусев и др., 2008б], осадки имеют однородный химический и минеральный состав. Они сложены кварцем - 30 %, плагиоклазом - 10%, слюдой - 25%, каолинитом - 15 %, смектитом - 15% и хлоритом - 5%. Микропалеонтологическим анализом установлен голоценовый и позднеплейстоценовый возраст поднятых осадков. По находкам известкового планктона были выделены возрастные уровни потепления - проникновения теплых атлантических вод в Арктический бассейн, соответствующие 1-2, 11,4 и 24-28 тыс. лет. Отмечается примесь углистых частиц, палеозойских и мезозойских палиноморф. Следует отметить, что по составу изученные осадки заметно отличаются от донных илов глубоководных котловин Арктического бассейна, для которого характерны: иллит - около 55 %, хлорит - около 25%, каолинит - около 15% и смектит - около 10% [Левитан и др., 2007].

Вещественное отличие полюсных осадков от обычных донных илов может указывать на дополнительный источник сноса для последних: в частности, на возможность сноса с близлежащего хребта Ломоносова. Известно, что среди пород, поднятых с этого хребта, обнаружены субконтинентальные углистые алевролиты [Grantz et al., 2001], обладающие сходством с полюсными осадками по минеральному и химическому составу. Они содержат: кварц - 36%, полевой шпат - 8%, слюду - 10%, темноцветные минералы - 8%, глинистые минералы - 10 %. Явное сходство составов, а также присутствие в полюсных илах станции AF-0701 углистых частиц и большого количества переотложенных палиноморф палеозойского и мезозойского возраста, сходных с таковыми из углистых алевролитов хребта Ломоносова, позволяют предположить, что в значительной мере они могли сформироваться в результате осаждения продуктов подводного размыва склонов этого хребта [Гусев и др., 2008б].

Содержащиеся в описанных выше илах гранитные обломки были выделены в результате промывки секционных проб рыхлого материала (рис. 7). Оказалось, что обломки располагались на трех разных уровнях осадочного разреза. Два обломка гранитных пород (образцы № 1 и № 2) были сразу обнаружены в самом основании осадочного разреза; еще два - при промывке 20-килограммовой пробы осадков из нижней (25- 50 см ) части разреза (образцы № 3 и № 4); еще один обломок гранита (образец № 5) был найден при промывке аналогичной пробы из верхней (0- 25 см ) части разреза (рис. 8).

Образец № 1 (рис. 9,10,11) представляет собой угловатый обломок (7х9х12 мм) розовато-темно-серого, слабополосчатого мелкозернистого гранито-гнейса или метаморфизованного гранита, имеющего следующий состав: щелочной полевой шпат - 25 %, плагиоклаз (альбит) - 25 %, кварц - 30 %, биотит (лепидомелан) + редкоземельный эпидот - 20 %; акцессории: апатит, циркон (выделены и измерены 8 зерен), торит, магнетит, гематит. Порода перекристаллизована.

Образец № 2 (рис. 12,13) - неокатанный обломок (20х10х7 мм) розовато-светло-серого среднезернистого и огнейсованного двуслюдяного гранита, содержащего: калишпат (микроклин-пертит) - 25 %, плагиоклаз - 35 %, кварц - 35 %, биотит - до 5 %, мусковит - 1-2 %; акцессории: апатит - до 1 %, монацит и циркон (выделены 4 зерна). Порода катаклазирована.

Образец № 3 (рис. 14,15) - угловатый обломок (4х6х5мм) розовато-серого среднезернистого и огнейсованного мусковит-биотитового плагиогранита (?): плагиоклаз (олигоклаз) - 70 %, кварц - 20-25 %, биотит - до 10 %, мусковит - 5%; акцессории: эпидот (совместно с биотитом), циркон (выделены 2 кристалла, заключенные в биотите), апатит. Порода катаклазирована, участками перекристаллизована.

Образец № 4 (рис. 16) - удлиненная галька (5х3х2мм) розовато-темно-серого мелкозернистого гранита, содержащего: пелитизированный калишпат (пертит) - 45 %, кислый плагиоклаз - 20 %, кварц - 20 %, хлоритизированный биотит - 5 %, магнетит - до 5 %. Порода сильно катаклазирована. В этом образце цирконов не обнаружено.

Образец № 5 (рис. 17,18) - изометричный неокатанный обломок (3х4х6 мм) розовато-серого слабо огнейсованного плагиогранита (?): плагиоклаз (альбит и олигоклаз) - до 70 %, калиевый полевой шпат - 1-2 %, кварц - 5 %, частично хлоритизированный биотит - 15 %, эпидот - 10 %; акцессории: сфен (в ассоциации с эпидотом), апатит, циркон (измерен 1 крупный зональный кристалл размерами до 100х50 мкм), гематит, магнетит.

Вместе с образцами 3 и 4 было выделено 15 мелких (2- 27 мм ) угловатых и окатанных обломков осадочных пород и жильного кварца. В пробе из верхней части разреза вместе с образцом 5 были обнаружены 7 мелких (3- 10 мм ) обломков осадочных пород. Последние в обеих пробах представляют собой темно-серые, зеленовато-серые и буровато-серые, иногда полосчатые, тонкозернистые песчаники (аркозовые, слюдистые), серые алевролиты, аргиллиты и тонкообломочные кварциты. Оставшийся рыхлый материал пробы AF-0701 был также промыт и показал присутствие мелких обломков (1- 10 мм ) песчаников, алевролитов и аргиллитов.

В 2009 г . во Всероссийском геологическом институте (ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург) было проведено петрографическое и минералогическое изучение гранитных образцов, а также изотопное датирование методом SHRIMP 15-ти кристаллов циркона, найденных в четырех образцах станции AF-07-01. Самые молодые цирконы были обнаружены в образце № 2, их возраст определен в интервале 2221±10 - 2492±16 млн. лет. Цирконы в образцах № 3 и № 5, характеризующихся преобладанием кислого плагиоклаза, несмотря на различия в составе и структуре, имеют близкий возраст: 2651±21 - 2684 ±25 млн. лет. Максимальное количество кристаллов циркона (8 зерен) было обнаружено в гранито-гнейсе образца № 1. Самые молодые цирконы в этой породе имеют возраст 2454±17 и 2370±9 млн. лет, а самые древние - 2954±8, 2976±10 и 2987±8 млн. лет. Два зерна циркона из этого образца состоят из двух генераций, различающихся по возрасту на 200 млн. лет (табл. 5; рис.19). 

На первый взгляд, появление пород континентального происхождения, - таких, как граниты, на склоне глубоководной котловины Амундсена у подножия подводного хребта Ломоносова наиболее просто объясняется ледовым или айсберговым разносом. Схемы ледового разноса, составленные разными авторами, имеют много общего, различаясь лишь в деталях [Атлас Северного Ледовитого океана, 1980; Атлас Арктики, 1985; и др.] (рис. 20). Древние граниты с архейско-палеопротерозойскими возрастами обнажаются в пределах Арктической суши по периферии Северного Ледовитого океана лишь на Канадском, Гренландском, Балтийском и Анабарском щитах. Раннедокембрийские породы Балтийского и Анабарского щитов не выходят непосредственно к морскому побережью и, кроме того, лежат далеко в стороне от известных трасс ледового разноса. На Таймыре, Северной Земле и Новосибирских островах, откуда начинает свое движение к полюсу и далее в Северную Атлантику вдоль подводного хребта Ломоносова устойчивое и широкое ледовое течение, нет гранитоидов и метаморфических пород архейского возраста. Круговой ледовый дрейф «Ocean Beaufort Gyre» [Grantz et al., 2001] (рис. 21) в Амеразийском бассейне способен транспортировать в район Северного Полюса обломочный материал с Земли Элсмира, прилегающих островов Канадской Арктики, с Аляски, Чукотки или острова Врангеля, однако и там архейских пород, как известно, нет. Архейские породы Канадского и Гренландского докембрийских щитов отделены от побережья палеопротерозойско-палеозойским мобильным поясом Элсмир-Инглефилд, наиболее древние гранитоиды в котором датированы 1900-1960 млн. лет [Henriksen et al., 2000]. Переработанные архейские гнейсы, интрудированные метаморфизованными плутоническими породами, были установлены в Северо-Западной Гренландии лишь на единичных локальных участках (комплекс Этах в Нагсугтоквидском и Ринкском тектонических блоках), но и там они располагаются далеко от арктического побережья и не могут быть подвергнуты воздействию ледового разноса.

Исходя из вышеизложенного, можно выдвинуть вторую версию происхождения «полюсных гранитов», а именно: предположить снос обломков древних гранитоидных пород с близлежащего склона хребта Ломоносова. Континентальная природа этого подводного хребта у большинства арктических геологов уже не вызывает сомнений. При этом сам перенос на расстояние порядка 100 км , скорее всего, мог осуществляться мутьевыми турбидными потоками со склона хребта при относительно высоком его стоянии в период пониженного уровня океана, или же вследствие вертикальных неотектонических подвижек. В районе Северного полюса наблюдается сужение и резкое изменение простирания хребта Ломоносова, увеличение крутизны его склонов. По геоморфологическим и геофизическим данным здесь предполагается разломно-блоковое строение поднятия. Кажется вполне вероятным, что на уступах хребта, обращенных к котловине Амундсена, мог оказаться приподнятым блок, сложенный породами архейско-палеопротерозойского кристаллического фундамента, который и послужил источником гранитного обломочного материала. Это тем более вероятно, что новейшими сейсмическими и магнитометрическими исследованиями датских и канадских геологов обнаружено высокое стояние фундамента Пригренландского сегмента хребта Ломоносова прикрытого лишь маломощным осадочным чехлом [Dahl-Jensen et al., 2008].

В заключение можно отметить, что в пользу второй версии происхождения рассматриваемых гранитных обломков говорят следующие данные: 1) принципиальная возможность отнесения всех изученных гранитоидов, по их составу и возрасту, к единому архейскому домену, переработанному в палеопротерозое; 2) залегание гранитных обломков на нескольких уровнях в едином, ненарушенном разрезе поднятых донных осадков на протяжении не менее 28 тыс. лет, что говорит о повторяемости механизма транспортировки и захоронения обломков; 3) слабая окатанность обломков, косвенно свидетельствующая о коротком пути транспортировки; 4) своеобразие состава полюсных донных осадков, вмещающих гранитные обломки, его отличие от среднего состава донных илов глубоководных котловин Арктического бассейна и, наоборот, связь с составом некоторых характерных пород (например, углистых алевролитов) хребта Ломоносова; 5) значительная мощность ( 27 км ) и континентальный тип коры хребта Ломоносова, а также неглубокое залегание кристаллического фундамента хребта под утоненным осадочным чехлом.

Таким образом, нами высказано предположение, требующее дальнейших серьезных исследований, которые будут продолжены уже в самое ближайшее время.

Список литературы

1. Атлас Арктики. Изд-во ГУГК, 1985.

2. Атлас океанов. Северный Ледовитый океан. Изд-во ВМФ СССР, 1980.

3. Гусев Е.А., Лайба А.А., Литвиненко И.В., Дымов В.А. и др. Геологические исследования в рейсе НЭС «Академик Федоров» в июле-августе 2007 года. Сб.: Экспедиционные исследования ВНИИОкеангеология в 2007 году. // СПб., 2008а, с. 31-43.

4. Гусев Е.А., Сколотнев С.Г., Александрова Г.Н., Былинская М.Е. и др. Первые результаты изучения глубоководных илов с Северного полюса. Доклады РАН, том 421, № 6, с. 790-794, 2008.

5. Кабаньков В.Я., Андреева И.А., Иванов В.Н., Петрова В.И. О геотектонической природе системы Центрально-Арктических морфоструктур и геологическое значение донных осадков в ее определении // Геотектоника. 2004. № 6. C . 33-49.

6. Левитан М.А., Лаврушин Ю.А., Штайн Р. // М: ГЕОС. 2007. 403 C .

7. Grantz A., Pease V.L., Willard D.A., Phillips R.L., Clark D.L. Bedrock cores from 89° North: Implications for the geologic framework and Neogene paleoceanolograhy of Lomonosov Ridge and a tie to the Barents shelf // GSA Bulletin. 2001. V. 113. № 10. P. 1272–1281.

8. Henriksen N., Higgins A.K., Kalsbeek F. & Pulvertaft T.C.R. 2000: Greenland from Archaean to Quaternary. Descriptive text to the Geological map of Greenland , 1:2 500 000. Geology of Greenland Survey Bulletin 185, 93 pp. + map.

9. Trine Dahl-Jensen, H. Ruth Jackson, Deping Chian, John W. Shimeld, Gordon Oakey. Строение коры от моря Линкольна до хребта Ломоносова, Северный Ледовитый океан // Аbstracts on the 33d IGC, Oslo, 2008.

Archean granites at North Pole  

O.V. Petrov¹, A.F. Morozov³, A.A. Laiba⁴, S.P. Shokalsky¹, E.A. Gusev⁵, M.I. Rozinov¹, S.A. Sergeev¹, N.N. Sobolev¹, T.N. Koren¹, S.G. Skolotnev², V.A. Dymov⁴, I.V. Bilskaya¹

  1 - AP. Karpinsky Russian Geological Research Institute (VSEGEI), St. Petersburg , Russia

2 - Geological Institute of Russian Academy of Science (GIN RAS), Moscow , Russia

3 - Federal Agency of Natural Resources, Moscow , Russia

4 - Polar Marine Geosurvey Expedition (PMGE), St.-Petersburg, Lomonosov , Russia

5 - Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean (VNIIOkeangeologia), St. Petersburg , Russia