Уже в материалах первых экспедиций на Землю Франца-Иосифа - австро-венгерской на «Тегетхоффе» (1872-1874 гг.), итальянской на «Стела Поларе» (1899-1900 гг.), и русской под руководством адмирала Макарова на «Ермаке» ( 1901 г .) - можно найти элементарные сведения о грунтах в проливах архипелага и на прилегающих участках шельфа, полученные путем траловых и лотовых сборов.

Несколько траловых проб грунта было собрано во время Первой советской океанологической экспедиции в район Земли Франца-Иосифа на ледоколе «Седов» в 1929-1930 гг. Дочти одновременно (в 1930-1932 гг.) на прилегающих к архипелагу участках шельфа экспедицией на «Книповиче» были произведены первые специализированные сборы и последующие гранулометрические, минералогические и другие исследования морских осадков (М.В. Кленова). В 1935 и особенно в 1936 гг. подобные работы, в процессе которых, наряду с траловыми пробами, были подняты многочисленные (около 50) колонки грунта длиной до 145 см , производились под руководством М.М. Ермолаева во время высокоширотных экспедиций на «Садко». Материалы экспедиций, относящиеся к проливам Земли Франца-Иосифа, оказались неиспользованными. Только теперь авторам статьи удалось использовать сохранившуюся первичную геологическую документацию, а также данные гранулометрических анализов и микрофаунистических исследований.

В 1955 г . в северных водах архипелага велись океанологические и грунтовые исследования на ледорезе «Литке». Этой же экспедицией к северу от Земли Франца-Иосифа на материковом склоне с глубины около 3000 м была поднята четырехметровая колонка, исследование которой позволило Н.А. Белову и Н.Н. Лапиной [1958] впервые подойти к расшифровке истории осадконакопления в котловине Нансена (приатлантической) на протяжении большей, части четвертичного периода. Верхняя часть этой колонки явилась для нас главнейшим опорным разрезом, позволившим увязать стратификацию донных отложений проливов Земли Франца-Иосифа с абсолютной геохронологической шкалой.

В настоящее время (начиная с 1954 г .) в промерных отрядах и на судах Гидрографического предприятия Главсевморпути визуально фиксируются грунты, каждая проба которых, поднимаемая ручным лотом, характеризует площадь 100- 400 км (в зависимости от детальности промера). При этом сбор грунтового материала пока еще, к сожалению, не производится.

Специальный сбор грунтов для последующих комплексных исследований в лабораториях Института геологии Арктики был произведен в навигацию 1956 г . А.А. Кордиковым на гидрографическом судне «Моздок» во время промерных работ в юго-восточном секторе архипелага в прилегающей части Баренцева моря. В  1957 г . В.Д. Дибнером и В.К. Разиным с катера и вельбота, а позднее с борта ледокола «Капитан Мелехов» и со льда проливов среди островов Центральной и Западной групп было выполнено около 50 грунтовых станций, на которых взято шесть небольших колонок (10- 60 см ) и несколько десятков дночерпательных проб. В камеральный период все пробы грунтов были описаны В.К. Разиным под бинокуляром, что сопровождалось отбором навесок на гранулометрический анализ, произведенный затем в лаборатории. Из образцов, наиболее богатых размерной фракцией 0,25- 0,05 мм , последняя была разделена бромоформом для последующих иммерсионных исследований легкой и тяжелой фракции, произведенных А.И. Савиновой. Суспензия размерной фракции менее 0,01 мм подверглась затем отмучиванию для выделения частиц размером менее 0,001 мм , которые (для диагностики глинистых минералов) исследовались А.А. Кордиковым методом окрашивания и изучались под электронным микроскопом и путем термического анализа. Отсюда же брались навески для спектрального и силикатного анализов. Определение содержания органического углерода было произведено в химической лаборатории Института геологии Арктики из исходного материала. Определения фауны выполнены В.А. Басовым, В.В. Хлебовичем, В.Д. Дибнером, О.Г. Кусакиной, М.Г. Гостиловской, Т.С. Савельевой; водоросли определены А.Д. Зиновой. В процессе камеральной обработки материала авторы пользовались консультацией Н.Н. Лапиной.

Следует вкратце остановиться на описании основных черт геологического строения и рельефа местных областей сноса - островов архипелага [Дибнер, 1957; 1958], которые сложены осадочными и изверженными породами верхнетриасового, юрского, мелового и отчасти третичного возраста. Верхний триас представлен морскими алевролитами и известняками карнийского яруса и преимущественно континентальными (кремнисто-кварцевые пески, песчаники, алевриты, конгломераты и др.), частью угленосными слоями норийского-рэтского ярусов. Аналогичный (терригенный) состав имеют отложения нижней юры. Средний и верхний отделы юрской системы представлены морскими отложениями (алевриты, песчано-алевритистые известняки и др.) аалена, бата, келловея, оксфорда, кимериджа и нижнего волжского яруса. Нижнемеловые отложения представлены базальтовыми потоками и покровами, и в меньшей степени их туфами и песчано-глинистыми угленосными породами. В качестве самых молодых мезозойских отложений архипелага известны морские осадки сеноманского возраста. Суммарная мощность мезозойских отложений Земли Франца-Иосифа равна 2000 м . В составе кайнозойской системы известны пока лишь единичные выходы поздненеогеновых прибрежно-морских отложений и очень слабо развитые четвертичные отложения. Последние представлены в основном верхнечетвертичными и современными морскими (террасы высотой до 20- 30 м ), и ледниковыми отложениями. Ввиду очень широкого развития оледенения большая часть моренного материала отложилась и откладывается в настоящее время ниже уровня моря. Мезозойские отложения пронизаны секущими и пластовыми интрузиями долеритов и габбро-долеритов. Они, так же как и третичные отложения, залегают полого, образуя в ряде мест брахискладки и флексуры, которые позднейшими (четвертичными) движениями переработаны в сложную систему горстов (острова или группы островов и составляющие с ними одно целое островные отмели до изобаты 200 м ) и грабенов (глубокие части проливов - от 200 до 500- 600 м ).

Различные типы донных осадков Земли Франца-Иосифа распределяются в соответствии с главнейшими особенностями надводно-подводного рельефа архипелага, неотектонически изогнутого в виде огромной синклинали северо-восточного простирания. Это обусловило появление песчанистых грунтов на юго-востоке, где, видимо, еще в доледниковое время денудационный срез дошел до верхнетриасово-нижнеюрских псаммитов и каменистых (илы с примесью щебня и глыб) отложений к северо-западу от Земли Александры; в проливах центральной часта Земли Франца-Иосифа преобладают глинистые илы.

Наиболее грубым материалом донных осадков являются хрящ, щебень, глыбы, валуны и галька, встречающиеся на песчаниковых, а за пределами архипелага также известняковых (?) плато. Есть некоторые основания предполагать, что к северо-западу и юго-востоку от Земли Франца-Иосифа на дне моря обнажаются карбонатные породы нижнего и среднего палеозоя. Материал этот формировался на всех этапах субаэрального существования, а затем постепенного погружения плато ниже уровня моря и имеет как местно-моренное и элювиальное, так и морское происхождение. Отдельные крупные обломки и хрящ горных пород, встречающиеся вместе с песчанистым материалом даже среди глинистых илов, попали туда из дрейфующих по проливам айсбергов.

В восточной части архипелага на сравнительно небольших площадях развиты пески и илистые пески, к которым, по классификации М.В. Кленовой, нами отнесены грунты, содержащие до 10% частиц размером меньше 0,01.мм. Эти грунты, судя по их минералогическому составу (преобладание эпидота, магнетита и пироксенов в тяжелой фракции), образовались в основном, за счет местного переотложения элювия морскими течениями, а также сравнительно недавней субаэрально-денудационной, а затем абразионной деятельности, протекавшей на ныне подводных плато, сложенных верхнетриасовыми - нижнеюрскими песками и песчаниками и гипабиссальными (долеритовыми) интрузиями.

Почти круглогодичный ледовый покров моря, общее преобладание сравнительно больших глубин и сама морфология проливов, внутренние переуглубленные части которых являются естественными отстойниками мути, а также очень интенсивная деятельность течений, противоположно направленных на разных глубинах, обусловливает преобладание илистых грунтов среди донных осадков проливов архипелага.

В определенных районах архипелага илы, независимо от их гранулометрического состава, в своей самой поверхностной части имеют коричневую окраску - следствие окислительных процессов на участках дна, находящихся под воздействием атлантических вод. Это происходит на восточной, южной и юго-западной окраинах архипелага, где коричневые с поверхности илы подковообразно окаймляют Землю Франца-Иосифа почти сплошной полосой; язык коричневых илов проходит также к ее северо-западным островам со стороны материкового склона. Внутри архипелага коричневый слой илов известен только в проливах Кембридж, Маркама и в районе островов Кетлица, Нансена и Притчетта. Малая мощность этого коричневого слоя, нигде не превышающая 6 см , указывает на то, что в проливах архипелага, а скорее всего на путях к нему - в подводных каньонах материкового склона - перерождение атлантических вод происходит исключительно интенсивно. Напомним, что даже в желобах Карского и Баренцева морей, которые М.М. Ермолаев [1948] считает наиболее благоприятными резервуарами для гибридизации атлантических вод, поступающих в Северный Ледовитый океан, мощность коричневого слоя обычно равна 20 см , а иногда достигает и 30- 40 см .

В проливах и на периферии Земли Франца-Иосифа по содержанию частиц меньше 0,01 мм выделяются песчанистые илы (10-30%), глинистые илы (50-70%) и весьма глинистые илы (более 70%). Первые две группы илов развиты в основном по южной и северной окраинам архипелага - в зонах, переходных к областям развития песков и более грубых отложений шельфа. Для внутренних проливов (за исключением площадей развития песков) напротив, наиболее характерны глинистые и весьма глинистые илы, развитые обычно начиная с глубин 150- 200 м и более. Анализ величин коэффициента сортировки (S₀) показывает, что последняя в общем ухудшается от песков и песчаных илов (S₀=1,4-4,9) к глинистым и весьма глинистым илам (S₀=2,0-2,5). Эта несколько парадоксальная особенность объясняется, как мы уже указывали, засорением илов района грубым материалом, разносимым по проливам айсбергами.

Легкая фракция илов и песков в связи с очень широким развитием среди коренных пород псаммитов верхнетриасово-нижнеюрского возраста состоит в большинстве случаев из кварца (до 60% и более), кремней, калиевых полевых шпатов, кислых плагиоклазов и слюд. Базальтовые покровы и гипабиссальные интрузии поставляют в осадки основные и средние плагиоклазы, частично поступающие также из алевропелитов келловея, вулканическое стекло и продукты его разложения, а также цеолит и кальцит. Тяжелая фракция в зависимости от указанных источников сноса представлена либо группой эпидот-цоизита, апатитом, турмалином, гранатом, титанистыми минералами и пиритом, либо пироксенами, черными рудными минералам, (в основном магнетитом), и гидроокислами железа. Последние поступают в осадок из растворяемых морской водой продуктов наземного и подводного выветривания железосодержащих минералов, из береговых выходов базальтов и долеритов. Все это несколько уточняет наши представления о минералогических ассоциациях донных осадков рассматриваемой части Северного Ледовитого океана, которая Н.М. Беловым и Н.Н. Лапиной целиком относится к пироксеновой провинции. Видимо, в районе Земли Франца-Иосифа следует различать две ассоциации: магнетито-пироксеновую, источником сноса которой являются основные изверженные породы на участках их сплошного развития (запад, юго-восток и отчасти север архипелага) и эпидото-магнетито-пироксеновую, связанную с разрушением островов, в строении которых участвует верхнетриасово-нижнеюрская терригенная толща, примыкающие к ней гипабиссальные интрузии и зачастую перекрывающие ее средне-верхнеюрские отложения и базальтовые покровы (центр, юг и восток архипелага).

Выход тяжелой фракции, как это характерно для многих проливов [Гершанович, 1958], местами даже на больших глубинах очень велик и, например, в проливе Кембридж равен (на глубине 500 м ) - 22%, а в бухте Теплиц ( 43 м ) - 61%. Укажем для сравнения, что на соседних с севера и с запада участках Баренцевоморского шельфа выход тяжелой фракции в донных осадках составляет, но данным Н.А. Белова и Н.Н. Лапиной, всего 1-2%.

Наиболее тонкодисперсная часть илов (частицы меньше одного микрона) представлена гидрослюдами типа иллита, подвергшимися бейделлитизации. На юго-востоке среди глинистых минералов наблюдается также примесь терригенного каолина.

Количество содержащегося в донных осадках углерода колеблется от 0,3% в песках до 1,65% в весьма глинистых илах (на исходную массу) и находится, как обычно, в прямой зависимости от степени дисперсности осадка. Надо полагать, что органическое вещество, составляющее большую часть общего углерода адсорбировано на поверхности частиц меньше 0,001 мм .

Наряду с обычными для высоких широт донными осадками чисто обломочного происхождения в котловинообразных впадинах подводного рельефа в бухтах Тихая и Юрия на глубинах от 60 до 130 м нами были обнаружены обломочно-органогенные грунты. Это остатка скелетов иглокожих, раковин моллюсков и фораминифер в смеси с дресвой базальтов и других пород и с илистым песком. Здесь же обитают офиуры, морские звезды, пелециподы и прочий бентос, развитию которого способствуют, как это характерно для многих проливов, интенсивные придонные течения, несущие питательные вещества и тормозящие накопление илистых частиц [Гершанович, 1958]. За счет отмирания упомянутых бентических форм и образуется танатоценоз обломочно-органогенных грунтов.

Среди обитающих на дне моря червей, ракообразных, моллюсков, мшанок, брахиопод и иглокожих, наряду с циркумполярными и северо-баренцевоморскими видами, обитают арктическо-бореальные (Nucula tenuies, Mya truncata, Ophiura robusta и др.) и чисто бореальные формы, характерные для южной половины Баренцева моря (Balanus cf. hameri, Collossendeis probiseidea, Leda pernula, Modiolus modiolus). Эти сравнительно теплолюбивые формы встречены на коричневых илах в местах проникновения в проливы архипелага ответвлений Атлантического течения (в проливе Кембридж, вблизи западных берегов о-ва Рудольфа, в бухтах Тихая и Юрия). Аналогичные закономерности были еще в свое время выявлены Уотерсом, а позднее Горбуновым [1932] и Бернштейн [1932] и для восточной и южной периферии архипелага.

Исследованная из грунтовых сборов В.А. Басовым микрофауна фораминифер почти во всех пробах состоит из смеси видов, относящихся к «арктическому» и «атлантическому» комплексам (по терминологии З.Г. Щедриной). При этом характерно, что наибольший процент «атлантических» фораминифер (Globigerina pachyderma, Nonion zaandamae и др.), обнаружен совместно с бореальной фауной к западу от о. Рудольфа. Другой характерной особенностью видового состава фораминифер является наличие представителей сублиторали (Reophax curtus, Miliamina agglutinata и др.), снесенных по крутым подводным склонам на большие глубины придонными течениями. Местами наблюдается обратный процесс – принос атлантическими водами, поднимающимися над подводными возвышенностями, батиальных атлантических форм на малые (до 50 м ) глубины. В результате возникают смешанные комплексы фораминифер, дающие дополнительные возможности для изучения направления глубинных течений и подводных денудационных процессов.

Общее представление о «нормальном» разрезе характерных для архипелага донных отложений можно себе составить по морским осадкам пролива Маркама. Здесь в колонках длиной до 135 см вскрываются однообразные глинистые илы, поверхностный слой которых мощностью до 6 см коричневого цвета. Ниже илы имеют, как правило, серый цвет и характерные темно-серые и черные пятна, образовавшиеся в результате выделения сероводорода. Таких пятен особенно много в низах колонок, где ил становится почти черным – явление, обычное для плохо аэрируемых ложбин фиордов. Возможно, что эти пятна образуются в основном вокруг многощетинковых червей, ходы и трубки которых встречены по всей длине большинства колонок.

Для геохронологических целей особый интерес представляет колонка со станции 23 Высокоширотной экспедиции на «Садко» в 1936 г . Здесь в ложбине, окаймляющей с востока подводное плато Харли, в северо-западной части архипелага (глубина 330 м ) грунтовой трубкой вскрыты серо-зеленые песчанистые илы. Среди этих илов в интервале 29- 36 см наблюдается темно-желтая, а в интервале 54- 62 см зеленовато-желтая прослойки. Песчанистые илы глубже 68 см подстилаются горизонтальнослоистыми песчано-илистыми отложениями, которые в основании колонки (75- 84 см ) сменяются пепельно-серыми илистыми песками. Судя по обнажающейся на соседнем участке дна морене, можно предполагать, что на станции 23 трубка лишь немного до нее не дошла. Эту и еще ряд характерных колонок, поднятых на «Садко» из проливов Земли Франца Иосифа, мы сравниваем изменениям гранулометрического состава и цвета, а также по распределению микрофауны с колонками со станций 16 и 45/73 («Садко») из желоба Святой Анны с глубины более 500 м [Ермолаев, 1948] и со станции 5 («Литке», работы 1955 г .) - с материкового склона (83°09' с.ш. и 58°31' в.д., глубина 3044 м ). Для двух последних колонок имеются радиохимические данные, указывающие на то, что максимум содержания радия в первой из них приходится на глубину 56, а во второй - 45 см . Последняя из колонок по гранулометрическому составу (содержание частиц меньше 0,01 мм ), коричневатым прослоям и распределению микрофауны коррелируется с 23-й и другими колонками из проливов Земля Франца-Иосифа. На основании этого все наши колонки привязываются в шкале абсолютной геохронологии и к общепринятым подразделениям поздне- послеледникового времени по схеме Блютта-Сернандера, что, в свое очередь, позволяло определить в первом приближении средние скорости накопления илов за последние 6600 лет, т.е. с начала нормального морского осадконакопления в проливах архипелага в послеледниковое время. Оказалось, что эти скорости колеблются от 10 до 20 см и более за тысячу дет. Добавим здесь, что такого же порядка величина получается, если учесть данные силикатных анализов 50-сентиметровой колонки глинистых илов со станции 2 экспедиций Института Геологии Арктики (пролив Пандорфа, глубина 220 м ). Эти анализы показали совершенно идентичное содержание (0,06%) основных химических компонентов, в том числе и окислов марганца по всей длине колонки, что указывает на однообразие условий формирования, которые, по свидетельству М.М. Ермолаева, в морях Северного Ледовитого океана последний раз резко переменились 3000 лет назад. Следовательно, 50 см колонки отложились менее чем за 3000 лет, что соответствует скорости осадконакопления больше 17 см за тысячу лет. Это во много раз превосходит установленные Н.А. Беловым и Н.Н. Лапиной скорости осадконакопления не только на северной окраине шельфа (0,5 -1,0 см за тысячу лет) и в котловине Нансена (1,3 - 1,8 см за тысячу лет), но и на материковом склоне (2- 6 см за тысячу лет).

В результате проведенных исследований можно выделить три основных этапа поздне- верхнечетвертичной и современной истории архипелага и прилегающих частей Баренцева моря.

1. 14-600 - 7200 лет до н.э. (субарктический период). Материковое оледенение Баренцево-Карского шельфа, которое не охватывало только глубоководные желоба.

2. 7200 - 4600 лет до н.э. (бореальный период). Распад материкового ледникового покрова, сопровождавшийся образованием крупных озер на переуглубленных участках проливов, где откладывались ленточные глины.

3. 4600 лет до н.э. - до настоящего времени (атлантический, суббореальный и субатлантический периоды). Развитие современной трансгрессии, проникшей через ригели во внутренние проливы архипелага. Колебания краев современных ледников, которые проявляли наибольшую активность в суббореальный период (2800-800 лет до н.э.).

Литература

1. Белов Н.А., Лапина Н.Н. Новые данные по стратификации донных отложений Арктического бассейна Северного Ледовитого океана. Докл. АН СССР, т.122, № 1, 1958.

2. Бернштейн Т. Зоопланктон района Земли Франца-Иосифа. Труды Аркт. инст., т. 2, 1932.

3. Гершанович Д.Е. Донные отложения морских проливов. Природа, № 7, 1958.

4. Горбунов Г.П. К познанию фауны иглокожих Земли Франца-Иосифа и моря Королевы Виктории. Труда Аркт. инст., т.2, 1932.

5. Дибнер В.Д. Геологическое строение Земли Франца-Иосифа. Труды Инст. геол. Арктики, т. 81, 1957.

6. Дибнер В.Д. Новые данные по стратиграфии мезозойских отложений Земли Франца-Иосифа. Сборн. стат. по палеонтол. и биостр., вып.7, изд. Инст. геол. Арктики, вып. 7, изд. Инст. Геол. Арктики, Л., 1958.

7. Дибнер В.Д. Земля Франца-Иосифа. Труды Инст. геол. Арктики, т. 91, 1959, с. 9-19.

8. Ермолаев М.М. О литогенезе пластических морских осадков. Изв. АН СССР, сер. геол., № 1, 1948.

Ссылка на статью:

Дибнер В.Д., Кордиков А.А., Разин В.К. Первые результаты исследований донных отложений в районе Земли Франца-Иосифа. Информационный бюллетень Института Геологии Арктики, Выпуск 15, 1959, с. 43-51.