ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 2, с. 267-277
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.465
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ВЗВЕСИ В ЖЕЛОБЕ ФРАНЦ-ВИКТОРИЯ (СЕВЕРНАЯ ЧАСТЬ БАРЕНЦЕВА МОРЯ)
© 2004 г. В. Ю. Русаков1, А. П. Лисицын1, С. С. Изотова1, А. С. Москалев1, А. О. Газенко1, Ф. Рахольд2
1Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия 2Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера, Бремерхафен, Германия
Поступила в редакцию 31.03.2003 г.
В статье рассматриваются данные по количественному распределению и составу минеральной взвеси в желобе Франц-Виктория, полученные в 14-м рейсе НЭС "Академик Федоров" в октябре 1998 г. Высокие содержания взвеси (0.4-1.8 мг/л) обнаружены в придонном горизонте пролива Франц-Виктория и центральной части желоба. Наиболее вероятным источником взвеси являются тонкие фракции донных осадков Баренцева моря. Они формируют нефелоидный слой, который простирается на материковый склон вдоль желоба вместе с Баренцевоморскими водами на глубинах 350-400 м.
ВВЕДЕНИЕ
Облака взмученных со дна тонких фракций донных осадков получили название - нефелоид-ные слои. Последние широко распространены как в морях, так и в океанах. Исследования водной взвеси, проведенные гидрооптическими методами и методом фильтрации, выявили нефело-идные слои и в Баренцевом море. Они простираются через все море с юга на север [1]. Мощность наиболее крупных из них достигала 100 м и более, однако, источники взвеси и пути ее миграции в составе этих слоев так окончательно и не изучены. Несмотря на то, что желоб Франц-Виктория, соединяющий северную часть Баренцева моря с Северным Ледовитым океаном, считается основной транспортной артерией поступления осадочного вещества из моря в глубоководную котловину Нансена [18], сведений по распределению взвеси в самом желобе нет. Известны лишь отдельные данные, полученные южнее 80° с.ш. [1, 5] и в поверхностном водном слое [30]. В настоящей работе предпринята попытка частично восполнить этот пробел, а именно: представить новые данные по распределению и составу взвеси в водном столбе, выявить наиболее вероятные источники ее поступления, а также пути и механизмы переноса. В работе уделяется особое внимание наиболее устойчивым минеральным формам взвеси.
МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ СБОРА И ИЗУЧЕНИЯ ВЗВЕСИ
Работы по изучению взвеси проводились в октябре 1998 г. в северной части Баренцева моря на границе с Северным Ледовитым океаном на НЭС "Академик Федоров". Было выполнено два разреза: один - поперек пролива Франц-Виктория от
о. Виктория до Земли Александры (архипелаг Земля Франца Иосифа), а второй - вдоль восточного склона желоба Франц-Виктория (рис. 1). Пробы морской воды отбирались с различных горизонтов водного столба в батометры, закрепленные на комплексе Rosette, с одновременной регистрацией температуры, солености и глубины (CDT-зонд). Вода из батометров на борту судна профильтровывалась через предварительно взвешенные ядерные фильтры с диаметром пор 0.400.45 мкм. Затем фильтры промывались бидистиля-том для удаления солей, просушивались в сушильном шкафу при температуре 55-60°С и герметично упаковывались.
В Лаборатории физико-геологических исследований ИО PÄH ядерные фильтры выдерживались в эксикаторе двое суток для доведения до постоянного веса и взвешивались повторно. По разнице в весе определялось количество собранного материала. Точность взвешивания на весах составляла ±0.1 мг. Масса вещества на фильтре, отнесенная к количеству профильтрованной воды, дает общую концентрацию взвеси (мг/л). Координаты станций зондирования и горизонты отбора проб воды с концентрациями взвеси сведены в табл. 1.
Вещественный состав взвеси изучался с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Химический состав индивидуальных частиц определялся с помощью микрозонда (SEM/EDAX-метод), которым был оснащен этот микроскоп в Институте полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера.
Химический состав взвеси определялся методом атомно-адсорбционного анализа в Потсдамском филиале Института им. Альфреда Вегенера. При определении химического состава использовались международные стандарты Gsd-9.
Рис. 1. Батиметрическая карта района исследований и схема циркуляции подповерхностных и глубинных вод [26]. AW - Атлантические воды, CBW - Придонные холодные воды. 1 - станции зондирования комплексом Rosette; 2 -станции зондирования отрывным зондом.
Точность определений была не хуже 10%. Доля терригенного вещества рассчитывалась по содержанию А1, исходя из того, что его содержание в терригенном веществе составляет 8.58%, как в осадочных породах континентов [13]. Результаты химического анализа сведены в табл. 2.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Вертикальная структура вод. Желоб располагается на северной границе Баренцева моря. Его занимают водные массы, поступающие из Арктического бассейна и Баренцева моря. Поверхностные воды могут иметь температуру и соленость, изменяющиеся в широких пределах в зависимости от сезона и характеристик дрейфующих льдов [2]. В северной части желоба располагаются Атлантические воды Арктического бассейна, обладающие положительными температурами и соленостью близкой к 35%е. Они простираются вдоль
границы материкового склона и, по мнению Пфирман [26], могут проникать в Баренцево море вдоль западного склона желоба. О поступлении вод из Баренцева моря вдоль восточного склона желоба известно меньше. Однако по имеющимся данным в желоб все же проникают Ба-ренцевоморские Атлантические воды и Придонные холодные воды (рис. 1).
Наши данные показали, что наиболее теплое (+2.4°С) ядро Атлантических вод находится на 82° с.ш. (рис. 2а, ст. 8) на горизонте 100-400 м. Результаты зондирований, выполненные на разрезе о. Виктория-Земля Александры (рис. 2а, ст. 2), подтверждают проникновение теплых Атлантических вод с севера в пролив Франц-Виктория, но более узким слоем на глубинах 100-250 м. При этом они теряют некоторый запас тепла, охлаждаясь до + 1.5°С. Простираясь вдоль западной части пролива, Атлантические воды соприкасаются
Таблица 1. Координаты станций, горизонты отбора и общие концентрации взвеси в желобе Франц-Виктория
№ станции Координаты и глубина, м Горизонт отбора, м Концентрация, мг/л № станции Координаты и глубина,м Горизонт отбора,м Концентрация, мг/л
1 80°19.00' с.ш. 0 0.5 170 0.2
39°59.18' в.д. 20 0.3 250 1.2
Н = 210 40 1.1 6 81°35.59' с.ш. 0 0.3
80 - 44°20.38' в.д. 20 0.2
140 0.1 Н = 245 40 0.9
206 0.9 90 0.2
2 80°24.09' с.ш. 20 0.2 120 0.2
41°33.48' в.д. 50 0.5 180 0.7
Н = 360 90 0.2 240 0.7
155 0.2 7 81°45.28' с.ш. 0 0.2
250 0.2 40°58.53' в.д. 30 0.2
356 1.2 Н = 425 50 0.3
3 80°26.00' с.ш. 0 0.5 120 0.2
42°06.42' в.д. 50 1.1 150 0.1
Н = 360 100 0.2 250 0.4
150 0.2 420 1.9
250 - 8 82°00.85' с.ш. 0 0.1
290 0.9 38°58.91' в.д. 25 0.2
320 - Н = 750 50 0.3
4 80°21.19' с.ш. 30 0.2 120 0.2
43°08.79' в.д. 40 0.1 350 0.4
Н = 371 50 0.3 500 0.2
70 0.2 719 0.3
200 0.2 9 80°17.29' с.ш. 15 -
265 1.1 39°21.06' в.д. 25 0.2
5 80°32.16' с.ш. 30 0.2 Н = 107 40 0.2
43°40.45' в.д. 50 0.9 100 0.2
Н = 278 100 0.2
дела - пикноклин. На этой границе концентрируются тонкие частицы, осаждающиеся из верхнего слоя, достигая 1.1 мг/л. Это, как правило, остатки диатомовых, которые живут в подледном слое или заносятся течениями из районов, примыкающих к кромке дрейфующих льдов. Минеральная составляющая значительно меньше и представлена исключительно тонкими частицами.
Ниже пикноклина (на горизонте 50-250 м) концентрация взвеси резко падает до 0.1-0.2 мг/л. Однако в придонных горизонтах она вновь возрастает до 1.8 мг/л. На расстоянии 5-15 м от дна были обнаружены отдельные минеральные частицы размером до 100 мкм и более (рис. 3), указывая на высокий энергетический потенциал придонных течений. Так, согласно принятым модельным расчетам [23] скорость течений, способных переносить частицы крупнее 100 мкм, должна быть не
с дном на глубинах 150-200 м (рис. 26). Восточная часть и глубинные водные горизонты в желобе почти повсеместно заняты водными массами с температурой около 0°С. Однако наиболее холодные и распресненные воды обнаружены в верхнем 50-метровом слое, очевидно, сформировавшиеся по действием сезонного охлаждения. Температура поверхностных вод, измеренная в трещинах ледовых полей и полыньях (горизонт 0 м), повсеместно была -1.8°С, а температура воздуха периодически опускалась до -17°С [12].
Пространственное распределение взвеси. В подледном слое концентрации взвеси были исключительно низкие (0.1-0.3 мг/л), а в ее составе доминировали жгутиковые и диатомовые (ПаШзюз^а и Chaetoceros). Поверхностные (0-50 м) сильно распресненные воды подстилаются более плотными и солеными, создавая естественную границу раз-
Таблица 2. Концентрация взвеси, терригенного вещества и химических элементов во взвеси желоба Франц-Виктория
№ станции Горизонт, м Взвесь, мг/л ТВ* А1 Са Бе К Mg Мп Р Ва Бг V 7г
мкг/л нг/л
1 0 0.5 24.3 2.1 13.4 1.4 1.3 5.9 0.15 0.44 170 148 - -
2 20 0.2 29.9 2.6 2.4 1.0 1.0 3.6 0.31 0.42 72 40 8 7
50 оп 0.5 п о 34.0 2.9 4.3 1.2 2.0 6.6 0.31 0.80 49 88 - -
90 155 0.2 0.2 4.9 0.4 0.1 0.3 0.2 0.6 0.05 0.06 15 12 - -
250 0.2 13.0 1.1 2.2 0.8 1.0 4.3 0.12 0.06 39 41 7 3
356 1.2 133.9 11.6 15.3 4.7 7.4 35.1 1.23 1.26 726 357 - -
3 0 0.5 40.4 3.5 5.3 2.4 2.2 11.3 0.25 0.64 176 86 11 12
6 20 0.2 10.3 0.8 2.9 0.6 0.6 3.8 0.07 0.10 131 39 - -
40 оп 0.9 П 0 45.5 3.9 10.7 2.2 3.3 17.0 0.29 0.42 210 150 - 18
90 120 0.2 0.2 8.8 1.0 1.8 0.4 0.9 5.3 0.07 0.08 24 39 - -
180 0.7 33.6 2.9 3.8 1.4 1.8 9.9 0.31 0.26 95 76 - -
240 0.7 40.9 3.5 7.3 2.5 3.1 20.0 0.35 0.40 127 144 17 14
8 0 0.1 7.4 0.6 1.4 0.8 0.6 2.6 0.05 0.10 30 23 4 4
25 0.2 9.4 0.8 3.1 0.3 1.0 5.6 0.06 0.16 72 49 - -
50 0.3 23.6 2.0 6.0 0.9 1.6 8.3 0.19 0.30 180 76 - -
120 0.2 6.4 0.5 1.0 0.1 0.3 1.7 0.05 0.06 16 22 - -
350 0.4 53.2 4.6 7.1 1.3 3.6 18.2 0.35 0.58 163 140 - -
500 0.2 31.8 2.7 2.6 0.7 1.3 7.0 0.14 0.16 67 69 - -
719 0.3 35.3 3.1 3.6 1.2 1.8 8.9 0.20 0.22 92 74
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.