ГЕОХИМИЯ, 2012, № 7, с. 627-643
НЕКОТОРЫЕ ЛИТОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ И ЧЕТВЕРТИЧНОЙ СЕДИМЕНТАЦИИ В СЕВЕРНОМ
ЛЕДОВИТОМ ОКЕАНЕ
© 2012 г. М. А. Левитан, К. В. Сыромятников, Т. Г. Кузьмина
Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН 119311ГСП-1, Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: m-levitan@mail.ru Поступила в редакцию 11.03.2011 г. Принята к печати: 11.11.2011 г.
Рассмотрены некоторые проблемы, связанные с геологической деятельностью морского льда и айсбергов, а также с влиянием континентальных и шельфовых оледенений на осадконакопление в Северном Ледовитом океане в современное и четвертичное время. Отмечены хорошо выраженные сезонность и циркумконтинентальная зональность седиментации. Сделана попытка оценки роли ледового материала в современных и более древних осадках. Применены методы математической статистики для объективного стратиграфического расчленения четвертичных отложений и выявления основных факторов, определяющих их химический состав. В качестве оптимального параметра для литохемостратиграфического расчленения четвертичных осадков предложена их кремнистость.
Ключевые слова: Северный Ледовитый океан, современная седиментация, морской лед, айсберги, крио-золи, четвертичные осадки, литохемостратиграфия.
ВВЕДЕНИЕ
В 1956 г. Н.М. Страхов — основоположник учения о типах литогенеза — написал: "Под названием "ледовый тип осадочного процесса" я понимаю осадкообразование на площадях континентов, покрытых мощной шапкой льдов" [1, с. 5]. Приведенные в упомянутой и многих других публикациях Н.М. Страхова черты ледового типа литогенеза затем были существенно развиты и детализированы в работах Ю.А. Лаврушина и его соавторов [2—4]. В частности, ими очень подробно описаны процессы подготовки, переноса и аккумуляции осадочного материала континентальными ледниками и, в отличие от представлений Н.М. Страхова, приведены примеры существования специфического вида диагенеза — гляциоди-агенеза.
В 1974 г. А.П. Лисицын распространил установленные Н.М. Страховым для континентальных блоков названия типов литогенеза на Мировой океан [5]. Это коснулось и ледового типа литогенеза, которому в дальнейшем были посвящены две монографии [6, 7], обобщившие огромный опыт отечественных и зарубежных исследователей по изучению геологической роли морского льда.
В 1970-х гг. состоялась известная литологиче-ская дискуссия между Н.М. Страховым и А.П. Лисицыным относительно правомочности выделения климатических типов литогенеза в
Мировом океане [8—11], в которой Н.М. Страхов оспаривал справедливость такого выделения и указал на существование особого океанического типа литогенеза с рядом фациальных зон. В частности, он отметил зоны развития современных марино-гляциальных осадков в Мировом океане.
В 1980 г. Г. Г. Матишов обратил внимание на переходную зону дна Мирового океана, примыкающую к современным и ранее существовавшим континентальным (и шельфовым) ледовым щитам, и обладающую явной спецификой геоморфологического строения и состава осадков [12]. При этом он ввел в научный оборот термины "морской перигляциал" и "гляциотурбидиты".
В последней по времени публикации А.П. Лисицына по ледовому типу литогенеза в океане выделен "Новый тип седиментогенеза в Арктике — ледовый морской" [13, с. 18]. В этой работе справедливо обращается внимание литологов на существование различных типов льдов в Северном Ледовитом океане и на различные механизмы включения осадочного материала в лед (формирования криозолей). Кроме того, приведены первые оценки количества осадочного вещества, поставляемого в современные донные осадки этого бассейна при таянии льдов и, на этой основе, оценивается вклад такого вещества в осадки по сравнению с другими генетическими компонентами. В частности, А.П. Лисицын полагает,
что "...вклад ледового материала в донные осадки Арктики — более 50%, по другим определениям — более 70%" [13, с. 55].
Хорошо известно, что высокоширотные области Мирового океана изучены гораздо хуже других его районов, что объясняется тяжелыми природно-климатическими условиями и, в частности, ледовым режимом. Поэтому вполне естественно, что наши знания по особенностям современной и древней седиментации в таких областях носят отрывочный, ограниченный и во многом дискуссионный характер. В данной статье, опираясь на собственные и литературные материалы, представляется наше видение отмеченных выше проблем для Северного Ледовитого океана, включая их историко-геологический аспект в четвертичное время.
ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ СЕДИМЕНТАЦИИ
Среди многочисленных особенностей современной седиментации в Северном Ледовитом океане ниже будут рассмотрены только три проблемы: сезонность, циркумконтинентальная зональность и элементы баланса осадочного материала.
Сезонность седиментации. Северный Ледовитый океан является, вероятно, океаническим бассейном с наиболее сильно выраженной сезонностью осадконакопления. Действительно, какие бы проблемы в этом плане не рассматривались: площадь развития морских льдов, твердый сток рек, абразия берегов, первичная продукция, температуры поверхностной водной массы и приземного слоя атмосферы, — все эти параметры демонстрируют сезонность в течение года.
От зимнего сезона к летнему (от полярной ночи к полярному дню) резко меняется площадь распространения морских льдов, их толщина и сплоченность [14]. Ледовитость максимальна в апреле—мае и минимальна в августе, соответственно, площадь развития морских льдов в Северном полушарии меняется от 15.1 млн. км2 зимой до 8.4 млн. км2 летом [15], с минимально известными площадями летом во второй половине "нулевых" годов XXI века [13; 16]. Небольшие площади развития круглогодично свободных от ледового покрова поверхностей акваторий (южная часть Баренцева моря, Великая Сибирская полынья, полынья у берегов северо-восточной Гренландии и т.п.) только подчеркивают это общее правило.
Столь же резко выражена сезонность в годовой истории твердого речного стока. В паводок реки сбрасывают порядка 45—65% взвеси от годового выноса, иногда — до 70%. На реках Западной Арктики это происходит в мае, а Восточной — в июне
[17]. Совершенно очевидно, что максимальная интенсивность абразии берегов тоже приходится на летний сезон, когда прибрежные воды свободны от однолетних морских, припайных и речных льдов. В это же время упомянутые типы льдов тают, освобождая заключенный в них осадочный материал для поступления в водную толщу и далее — в осадки.
Формирование так называемых холодных рассолов, являющихся важной частью придонной водной массы в Центральной Арктике, происходит в шельфовых морях осенью во время сезонного образования морских льдов [18]. Наконец, если обратиться к данным [19], то упрощенные схемы распределения температур выглядят следующим образом. В январе средняя температура воздуха ниже —32°С преобладает в районе Северного полюса, над Канадской котловиной и Гренландией (до —40°С). Над западно-арктическими морями в это время температура выше —25°С, а над восточно-арктическими — в среднем около —30°С. В июле вокруг Северного полюса и над Гренландией температура воздуха не превышает 0°С, над Восточной Арктикой она колеблется в диапазоне от 0 до +4°С, а над Баренцевым морем - выше +4°С. В январе температура поверхностного слоя морской воды практически повсеместно ниже —1°С (до —1.7°С). В июле ситуация более разнообразная: вокруг полюса сохраняются отрицательные температуры, у берегов Евразии доминируют температуры от +1 до +4°С, причем у берегов Баренцева моря они доходят до +8—10°С [20].
Все эти причины способствуют максимальному привносу осадочного вещества в бассейн Северного Ледовитого океана именно в летний сезон. Интересно, что среди аэрозолей Арктики в зимний сезон преобладает вещество дальнего и сверхдальнего переноса, а летом — локального [21].
Циркумконтинентальная зональность. Среди основных видов зональности осадконакопления, известных в океанических бассейнах (циркум-континентальной, широтной, вертикальной и тектонической), в Северном Ледовитом океане наиболее четко выражена циркумконтиненталь-ная зональность. О ней, в частности, свидетельствует распределение комплексов глинистых минералов [22]: на материковых окраинах в поверхностном слое осадков найдены многочисленные локально распространенные комплексы, отражающие региональную геологию питающих провинций и гидрологический режим бассейна седиментации, а в пелагиали происходит их гомогенизация за счет смешения, с резким расширением площадей распространения ассоциаций глинистых минералов [23]. Не менее наглядно циркум-континентальная зональность проявляется и в
распространении ассоциаций тяжелых минералов [24].
Столь же очевидно вырисовывается рассматриваемая зональность при анализе распределения зон смешения речной и морской воды: по определению они приурочены к внутреннему шельфу и именно в этих областях происходит локализация огромных количеств терригенной взвеси, выносимой реками, т.к. именно здесь задерживается до 93% речной взвеси [13]. То же самое относится и к массам рыхлого осадочного материала, формирующегося при абразии (в том числе — термоабразии) берегов: подавляющая его часть также остается в пределах внутреннего шельфа, не проникая далее в пелагическом направлении [25; 26].
При сопоставлении карты распределения однолетних морских льдов в Северном Ледовитом океане [13] с картой его донного рельефа [27] становится очевидным, что доминирующая часть криозолей этих льдов накапливается в районах континентальных окраин, не внося существенного вклада в современные осадки глубоководного ложа.
Современная первичная продукция в Арктике очень мала и соответствует олиготрофическим районам, при этом в пелагиали средняя продукция равна 15.7 г С/м2 в год [28], а на арктических шельфах — 32 г С/м2 в год [29].
В распространении современных скоростей седиментации в океане отмечается огромная их пестрота на континентальных окраинах: от значений порядка 500 см/тыс. лет в депоценграх зон смешения [30] и некоторых фьордах [31] до нулевых и даже отрицательных значений (в зонах донной эрозии), например
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.