УДК 551.21.217:551.79(265.3)
МАРКИРУЮЩИЕ ПРОСЛОИ ТЕФРЫ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ КАЛЬДЕРНОГО КОМПЛЕКСА НЕМО (О. ОНЕКОТАН, КУРИЛЬСКИЕ ОСТРОВА) В ПОЗДНЕЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ОХОТСКОГО МОРЯ
© 2013 г. А. Н. Деркачев*, М. В. Портнягин*****
*Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток
e-mail: derkachev@poi.dvo.ru ** GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research, Kiel, Germany e-mail: mportnyagin@ifm-geomar.de ***Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
Поступила в редакцию 05.06.2012 г.
На основе комплексных исследований прослоев тефры (морфологии частиц вулканического стекла, химического состава стекол и минералов, редкоземельных элементов) выделены маркирующие прослои тефры К2 и К3 в колонках из Охотского моря. Установлены ареалы распространения прослоев и определен их возраст. Показана близость составов рассмотренных прослоев тефры, которые идентифицируются с сильными эксплозивными извержениями кальдерного комплекса Немо на о. Онекотан (северная часть Курильских островов) в позднем плейстоцене.
Ключевые слова: морские отложения, Охотское море, поздний плейстоцен, тефростратиграфия, минеральный и химический состав прослоев тефры, минеральные геотермометры.
DOI: 10.7868/S0869592X13040030
ВВЕДЕНИЕ
Прослои пепла (тефра) в континентальных и морских отложениях несут информацию об истории и характере вулканических извержений, которые могли оказывать влияние на процессы осадконакопления, экологическое состояние окружающей среды и климат (Ehrmann et al., 2007; Hamann et al., 2008). Из-за относительно редкой встречаемости, крупномасштабной аккумуляции и практически мгновенного (в геологическом смысле) выпадения на огромной площади продукты сильных вулканических эксплозий являются очень эффективными маркирующими реперами при стратиграфическом изучении осадочных толщ и датировании событий прошлого (Shane, 1998; Preece et al., 2010; Song et al., 2000; Hamann et al., 2010 и мн. др.). При сильных извержениях вулканов пепел выпадает за тысячи километров от центра извержения, а связанные с эруптивным облаком вещества могут оказывать воздействие на природную среду, в том числе и в глобальном масштабе. Наконец, катастрофичность вулканических эксплозий и их деструктивное влияние на окружающую среду, экологическую обстановку и жизнедеятельность человека настоятельно требуют прогнозирования будуще-
го поведения конкретных вулканов и возможного пространственного распространения вредных продуктов их деятельности, что невозможно достоверно установить без изучения свойств отдельных прослоев тефры.
Прослои тефры обнаружены во многих морских и континентальных отложениях голоцен-позднеплейстоценового возраста северо-западного сектора зоны перехода от Азиатского континента к Тихому океану. Достаточно детально они изучены в пределах Японских островов и Камчатки, в меньшей мере на Курильских островах (Ao-ki, 2008; Aoki, Machida, 2006; Machida, Атш, 1992; Endo et al., 1989; Braitseva et al., 1993, 1995, 1997; Мелекесцев и др., 1997; Nakagawa, Ohba, 2003; Okumura, 1991; Ponomareva et al., 2007; Kyle et al., 2011; Suto et al., 2007; Volynets et al., 1999; Zaretskaya et al., 2001 и др.).
За последние пятнадцать лет в ходе комплексных экспедиций в Охотском море с участием российских, немецких и японских ученых прослои тефры в позднечетвертичных отложениях были выявлены в более чем 30 колонках (рис. 1). На основе комплексных исследований пеплов (морфологии частиц, определения показателя преломления вулканических стекол, минерального и хими-
Рис. 1. Встречаемость прослоев тефры в позднечетвертичных отложениях Охотского моря и ареалы распространения тефры К2 и КЗ
1—3 — колонки, в которых отмечены прослои тефры К2 (1), тефры КЗ (2) и прочие прослои тефры (3), 4 — область распространения тефры К2 и ее мощность, в см ^егкасИеу е! а1., 2011, 2012), 5 — область распространения тефры КЗ.
ческого составов и др.) было выделено 20 прослоев тефры разного состава и возраста, с разной степенью детальности описанных в ряде публикаций (Горбаренко и др., 2000; Деркачев и др., 2004; Cruise..., 1999, 2000, 2003; Gorbarenko etal., 2002; Derkachev et al., 2011, 2012; Nürnberg, Tiedemann, 2004; Sakamoto et al., 2005, 2006; Aoki, 2008 и др.).
Примечательно, что во многих случаях точно не известно ни местоположение вулканов, ни время проявления катастрофических извержений в пределах Камчатки и Курильских островов, те-фра которых была зафиксирована в летописи осадочных толщ прилегающих акваторий. Следы этих извержений в континентальных отложениях плейстоценового возраста часто не сохранились из-за процессов денудации, но в отложениях прилегающих морей и океана они отчетливо фиксируются. Исследования прослоев тефры в морских отложениях позволяют, таким образом, решать обратную задачу по поиску источников пирокла-стического материала и установлению возраста крупных эксплозивных извержений в прошлом.
Одним из таких объектов c неясным источником поступления пирокластики являются прослои тефры К2 и К3, выделенные на ранних стадиях исследования в основном по результатам изучения морфологии частиц стекла и минерального состава (Горбаренко и др., 2000; Деркачев и др., 2004; Gorbarenko et al., 2002). В настоящем сообщении мы приводим сведения о составе, распределении, возрасте прослоев тефры К2 и К3, которые интерпретируются нами как образованные в результате сильных позднеплейстоценовых извержений кальдерного комплекса Немо на о. Онекотан (Курильские острова). Обобщены все имеющиеся данные по этим прослоям тефры, которые дополнены новыми результатами исследования химического состава вулканических стекол и минералов, что позволило предложить новую интерпретацию их происхождения.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Основой для исследования послужили колонки донных осадков, отобранные в ряде экспедиций главным образом по международным проектам с участием российских, немецких, японских геологов на НИС "Академик Лаврентьев", "Маршал Геловани", "Sonne", "Miray", "Yokosuka" в 1998—2009 гг., а также материалы более ранних исследований в экспедициях на НИС "Каллисто" (1975 г.), "Дмитрий Менделеев" (1977 г.), "Академик Александр Виноградов" (1993 г.) (рис. 1). Первичное описание значительного количества колонок выполнялось непосредственно на борту судна одним из авторов данного сообщения. Для дальнейших исследований привлекался только материал чистых, визуально хорошо диагности-
руемых прослоев тефры в осадочных колонках. Первоначально пробу разделяли на стандартном наборе сит под струей воды. Последующие исследования выполняли из размерных фракций более 0.05 мм. Морфологию пепловых частиц изучали под бинокулярным микроскопом в отраженном свете и под сканирующим электронным микроскопом (FIO — Первый институт океанографии, г. Циндао, Китай). Морфологические типы вулканических стекол приведены согласно классификации (Katoh et al., 2000). Минеральный состав тяжелой (более 2.85 г/см3) фракции пеплов размерностью 0.05—0.1 мм определяли иммерсионным методом под поляризационным микроскопом с подсчетом не менее 300 зерен минералов. Микрозондовый анализ состава главных элементов частиц вулканических стекол и минералов-вкрапленников (ортопироксена, клинопироксена, роговой обманки, темных рудных минералов) проводился преимущественно в Институте морских исследований им. Лейбница (IFM-GEOMAR, г. Киль, ФРГ, ныне GEOMAR - Helmholtz Centre for Ocean Research, Kiel) на электронном микрозонде JEOL JXA 8200. Анализы, полученные в этом институте до 2003 г. (Kaiser, 2001), были выполнены на микрозонде Cameca SX50. Небольшое количество анализов было получено на микрозонде JEOL JXA 8100 в ДВГИ (Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, г. Владивосток) и на электронном микроскопе Quanta-2000 с энергодисперсионной приставкой EDAX в FIO (г. Циндао, Китай). Качество анализов, полученных в FIO, из-за технических характеристик самого метода (загрязнение препарата посторонними микрочастицами, неровные поверхности частиц стекла, искажающие поток электронов и т.п.) несколько ниже, чем выполненных на микрозонде с дисперсией характеристического вторичного излучения по длинам волн.
При тефростратиграфических исследованиях требуются высокоточные химические анализы, выполненные с контролем качества по международным стандартам. В нашем случае, когда анализы выполнялись на протяжении 15 лет в различных лабораториях и разными методами, не всегда удается достичь полной близости полученных результатов по ряду элементов (табл. 2). Эта проблема стоит не только перед нами, она затрагивается в ряде публикаций по тефрохронологии различных регионов (Froggatt, 1992; Hunt et al., 1998 и др.). Наиболее достоверные данные, составляющие основу данной работы, получены в лаборатории IFM-GEOMAR (г. Киль, Германия), где широко поставлены работы по исследованию состава вулканических стекол и минералов в те-фрах северо-западного сектора Тихого океана и прилегающих континентальных областей; результаты этих исследований сведены в компьютерную
базу данных, включающую около 15 тыс. анализов (Ponomareva et al., 2011).
Анализ стекол в IFM-GEOMAR проводился расфокусированным до 5 мкм электронным пучком при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе 6 нА. Анализ минералов проводился электронным пучком 1 мкм при токе 20 нА. Для калибровки прибора и мониторинга качества анализов использовали природные аттестованные образцы вулканических стекол (базальтовое стекло USNM 113498/1 VG-A99, риолитовые стекла USNM 72854 VG568 и KN-18) и минералов (скаполит USNM R6600-1, пироксен USNM 12214, роговая обманка USNM 111356, хромит USNM 117075, ильменит USNM 96189) (Jarosewich et al., 1980; Mosbah et al., 1991). Результаты анализа корректировали по программе CITZAF. Каждая аналитическая сессия, включавшая от 15 до 40 часов работы прибора в автономном режиме по предварительно намеченным координатам точек измерения, сопровождалась анализами основных стандартов в начале, через каждые 50—60 анализов и в конце сессии. Поскольку требования к качеству и воспроизводимости анализов вулканических
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.