УДК 551
ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ КАК ИНДИКАТОРЫ УСЛОВИИ ПОЗДНЕЧЕТВЕРТИЧНОГО ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ В РАЙОНЕ ПОДНЯТИЯ МЕНДЕЛЕЕВА, АМЕРАЗИЙСКИЙ БАССЕЙН СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА
© 2013 г. А. А. Крылов, Р. Штайн*, Л. А. Ермакова
ФГУП "ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга" 190121 Санкт-Петербург, Английский пр., 1; Геологический факультет Санкт-Петербургского государственного университета 199034 Санкт-Петербург, Университетская набережная, 7/9; E-mail: akrylow@gmail.com *Институт Полярных и Морских Исследований Альфреда Вегенера 27515Бремерхафен, Германия; E-mail: ruediger.stein@awi.de Поступила в редакцию 08.02.2012 г.
В статье рассмотрены результаты исследования шести колонок, отобранных в различных морфо-структурных зонах в районе хребта Менделеева. Средние содержания минералов групп иллита, хлорита, каолинита и смектита составляют около 60%, 21%, 12% и 5%, соответственно. Была установлена взаимосвязь флуктуаций минералов по разрезу с изменениями условий осадконакопления в позднечетвертичное время. Пики каолинита, как правило, совпадают с повышенными содержаниями песчаной фракции, что, вероятно, связано с его преимущественной доставкой айсбергами. Ил-лит, напротив, имеет хорошую корреляцию с пелитовой фракцией, что свидетельствует о его транспортировке, главным образом, льдами и течениями. Минералы групп хлорита и смектита в изученных нами колонках являются менее информативными.
DOI: 10.7868/S0024497X13060062
Несмотря на то, что Северный Ледовитый океан (СЛО) является наименьшим по площади океаном Земли, он играет важнейшую роль в эволюции климатической системы Северного полушария. Благодаря своим относительно небольшим размерам и замкнутой форме СЛО представляет собой естественную "седиментационную ловушку" для значительного количества осадков. Ежегодно 592—666 х 106 тонн терригенного материала поступает в окраинные шельфовые моря Арктики из различных источников [Stein, 2008]. Значительная доля этого материала попадает в океанический бассейн. Устойчивое накопление осадков происходит как во впадинах, так и на подводных хребтах и поднятиях. Это подтверждается многочисленными сейсмическими данными [Backman et al., 2004; Bruvoll et al., 2010; 2012; Jokat, 2003] и результатами глубоководного бурения в приполюсной части хребта Ломоносова [Moran et al., 2006]. Установлено, что в центральной части хребта Альфа мощность толщи осадков варьирует от 0.5 до 1.2 км [Bruvoll et al., 2010; 2012], а на хребте Менделеева — в пределах ~0.6—0.8 км на поднятиях и до ~ 1.8 км в грабенах, причем верхние 200 м отложений имеют в основном ненарушенное залегание [Bruvoll et al., 2010]. Сейсмические
данные свидетельствуют о том, что хребты Ломоносова, Альфа и Менделеева, разделяющие глубоководные котловины СЛО, не являются значительными поставщиками терригенного материала во впадины в неоген-четвертичное время, а представляют собой, в целом, аккумуляционные структуры. Эрозионные процессы на хребтах, безусловно, также имеют место, однако их масштабы и роль в осадконакоплении не следует преувеличивать. Терригенный материал во впадины и хребты поступает в основном с окружающей океан суши.
Важность изучения глинистых минералов связана с тем, что тонкодисперсный материал является основным компонентом донных отложений СЛО. Холодный климат и физическое выветривание преобладали в пределах СЛО в неоген-четвертичное время, что предопределило терригенную природу основной массы глинистых минералов в осадках. Учитывая, что главными транспортирующими агентами являлись течения и ледовый/айс-берговый разнос, глинистые минералы можно использовать в качестве трассеров областей сноса, а также для прослеживания изменчивости этих областей во времени и реконструкции палеоцирку-ляций. Кроме того, глинистые минералы служат
Таблица 1. Местоположение станций, глубина океана и длина керна
Станция Широта Долгота Глубина, м Длина керна, см
АФ00-02 81 °56.86' с.ш. 171°40.61' з.д. 3238 310
АФ00-08 82°05.22' с.ш. 179°52.0' з.д. 1530 265
АФ00-23 82°00.95' с.ш. 171°53.89' в.д. 2780 330
АФ00-28 81 °54.90' с.ш. 167°52.32' в.д. 2828 334
АФ00-34 80°51.80' с.ш. 160°31.5' в.д. 1420 282
АФ00-37 79°30.69' с.ш. 159°05.62' в.д. 621 323
важными индикаторами условий осадконакопле-ния в геологическом прошлом [Крупская и др., 2011 и др.].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Образцы донных осадков были подняты гравитационной трубкой в экспедиции "Арктика-2000" на НЭС "Академик Федоров" в 2000 г. В статье приведены результаты изучения глинистых минералов в 6 колонках, отобранных в различных морфоструктурных зонах: котловине Подводников (АФ00-23, АФ00-28), вершинной части поднятия Менделеева (АФ00-08), в пришель-фовой области поднятия Менделеева (АФ00-34 и 37) и во впадине Менделеева (АФ00-02) (рис. 1, табл. 1).
Полуколичественное определение глинистых минералов размером менее 0.002 мм, а также отбор указанной фракции для анализа осуществлялись в Институте полярных и морских исследований Альфреда Вегенера (АВИ, г. Бремерхафен). Измерения проводились на дифрактометре Philips PW 1820 c СоКа излучением; рабочий режим — 40 kV — 40 mA. Анализировались ориентированные препараты в воздушно-сухом и насыщенном этиленгликолем состояниях. Подготовка образцов к съемке и условия последней детально охарактеризованы ранее [Wahsner et al., 1996; 1999]. Диапазон измерений составлял от 2 до 40°2© с шагом 0.02°20 и временем сканирования в точке 2 сек. Полученные дифрактограммы обрабатывались в программе MacDiff [Petschik et al., 1996]. Полуколичественный подсчет выполнен с использованием метода Биская [Biscaye, 1965], широко применяемого для морских и океанических осадков. Несмотря на очевидные недостатки метода Биская, его главными достоинствами являются простота и возможность корректного сравнения результатов наших измерений с многочисленными данными по распределению глинистых минералов в Арктике, полученными сотрудниками АВИ (Бремерхафен, Германия), Бременского Университета, а также в процессе работ по сов-
местным Российско-Германским проектам [Крылов и др. 2008; Левитан и др., 1995; Шелехова и др., 1995; Nürnberg et al., 1995; Stein, 2008; Vogt, Knies, 2008; 2009; Wahsner et al., 1999 и др.].
Доля минералов группы смектита рассчитывалась по площади 17 À пика, группы иллита — по площади 10 Â пика с коэффициентом 4, а групп каолинита и хлорита по площади 7 Â пика с коэффициентом 2 [Biscaye, 1965]. Пропорции двух последних минеральных групп устанавливались по расщеплению рефлексов 3.57—3.58 Â для каолинита и 3.53—3.54 Â для хлорита.
13-фракционный гранулометрический анализ был выполнен в литолого-минералогиче-ской лаборатории ФГУП "ВНИИОкеангеоло-гия им. И.С. Грамберга" с использованием водно-ситовой методики В.П. Петелина, усовершенствованной Н.Н. Лапиной [1977]. При этом использовалась классификация, широко применяемая в литологии: 1—10 мм — гравий-дресва, 1—0.05 мм — песок, 0.05—0.005 мм — алеврит, <0.005 мм — пе-лит [Логвиненко, 1984]. Были проанализированы осадки всех колонок за исключением АФ00-37.
Поскольку пробы для гранулометрического анализа и определения содержаний глинистых минералов брались из одинаковых интервалов, были рассчитаны корреляционные зависимости между ними. Достоверность и значимость полученных коэффициентов корреляции оценивались с помощью критерия Стьюдента и преобразования Фишера (последнее применялось в случаях коротких выборок (длина ряда менее 30) при значениях коэффициентов корреляции более 0.3).
ИСТОЧНИКИ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ В СЕВЕРНОМ ЛЕДОВИТОМ ОКЕАНЕ И УСЛОВИЯ ИХ ПЕРЕНОСА
Глинистые минералы традиционно используются для определения областей сноса в СЛО [Darby, 1975; Krylov et al., 2008; Stein et al., 1994; Stein, 2008; Viscosi-Shirley et al., 2003; Vogt, 1997; Wahsner et al., 1999 и др.]. Основными источниками смектита являются Карское море (о чем свиде-
Рис. 1. Положение изученных станций в районе поднятия Менделеева
тельствуют отчетливые максимумы этого минерала, зафиксированные в эстуариях Оби и Енисея), а также западная часть моря Лаптевых — устье реки Хатанги. Смектит в эти области поступает за счет размыва пермских и триасовых базальтов плато Путорана [Горбунова, 1997; Шелехова и др. 1995; Schoster et al., 2000; Vogt, Knies, 2008; Wahsner et al., 1999]. Повышенные содержания смектита также обнаружены в районе архипелага Земля Франца-Иосифа [Wahsner et al., 1996; Ivanov etal., 1999]. Относительно высокие его количества (~20%) зафиксированы в Чукотском море [Naidu et al., 1982; Viscosi-Shirley et al., 2003].
Иллит является преобладающим минералом как в СЛО, так и в окружающих его шельфовых морях. Некоторое понижение концентраций ил-лита в Карском море связано с разбавлением его смектитом. Осадки восточной части моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря характеризуются повышенными содержаниями иллита относительно остальных регионов [Wahsner et al., 1999].
Распределение хлорита в поверхностных осадках СЛО достаточно однообразно. Важно отметить, что этот минерал является преобладающим в отложениях северной Пацифики и потому может рассматриваться в качестве трассера проникновения Тихоокеанских вод через Берингов пролив [Naidu, Mowatt, 1983; Калиненко, 2001; Ortiz et al., 2009].
Потенциальные источники каолинита в СЛО ограничены. Локальные выходы триасовых и юрских пород на банках в Баренцевом море, а также мезозойские отложения Земли Франца-Иосифа являются основными поставщиками каолинита в Евразийский бассейн СЛО [Nürnberg et al., 1995; Stein, 2008]. В Лаптевском бассейне позднеолигоце-новая—раннемиоценовая кора выветривания, представленная глинами каолинитового и каолинит-гидрослюдистого состава, известна на о. Большевик, Анабаро-Оленекском междуречье, в дельте р. Лены, в районе Ванькиной губы и на мысе Святой Нос [Ким, Слободин, 1991]. Кроме того, каоли-нитовые коры выветривания вскрыты бурением в отложениях датского яруса о. Айон в ВосточноСибирском море [Слободин и др., 1990]. Некоторые мезозойские и кайнозойские слои севера Аляски и Канадской Арктики также обогащены каолинитом [Darby, 1975; Naidu, Mowatt, 1983; Dalrymple, Maass, 1987]. В частности, олигоцено-
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.