ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 3, с. 470-479
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.35
СКОРОСТИ СЕДИМЕНТАЦИИ ОТЛОЖЕНИЙ ПОСЛЕДНИХ ПЯТИ МОРСКИХ ИЗОТОПНЫХ СТАДИЙ В СЕВЕРНОМ ЛЕДОВИТОМ ОКЕАНЕ
© 2015 г. М. А. Левитан
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
e-mail: m-levitan@mail.ru Поступила в редакцию 10.10.2014 г., после доработки 24.11.2014 г.
Скорость седиментации — один из важнейших фациальных параметров, в том числе в морях и океанах. В статье представлен литературный обзор имеющихся данных по осредненным скоростям седиментации для отложений последних пяти морских изотопных стадий, т.е. последних 130 тыс. лет, в Северном Ледовитом океане (за исключением шельфов). Отмечено проявление ярко выраженной циркумконтинентальной зональности и асимметрии в распределении рассмотренного параметра. Рассмотрено влияние структуры твердого стока, океанической циркуляции, ледового режима, климатических изменений и рельефа дна на скорости седиментации.
DOI: 10.7868/S0030157415030119
1. ВВЕДЕНИЕ
Скорость седиментации осадков является одним из ключевых фациальных параметров при анализе фациальной изменчивости осадочного чехла, в том числе — в Мировом океане [12]. Традиционно этот параметр выражается в см/тыс. лет, однако для наиболее быстро накапливающихся осадков, например, озерных ленточных глин, используют размерность мм/год, а для наиболее медленно формирующихся отложений, например, для эвпела-гических красных глин — мм/тыс. лет. В честь известного немецкого геолога С. Бубнова, который уделял большое внимание проблемам геологического времени и скоростям седиментации, величина 1 мм/тыс. лет названа единицей Бубнова [29]. При характеристике крупных осадочных бассейнов с мощным заполнением иногда пользуются размерностью км/млн. лет.
Скорость седиментации (осадконакопления) широко используется в нефтяной литологии и в так называемом бассейновом анализе [1]. В применении к осадкообразованию в океанах круг проблем, связанных со скоростью седиментации, в частности, с методами определения возраста осадков и особенностями картирования рассматриваемого параметра, детально рассмотрен в монографии Лисицына [10]. Именно этот исследователь внес наибольший вклад в картирование современных скоростей седиментации в океанах (за исключением Северного Ледовитого океана). Карты скоростей седиментации традиционно входят в состав геолого-геофизических атласов основных океанических бассейнов.
Отдельного внимания заслуживает вопрос о роли скоростей седиментации в вычислении аб-
солютных масс накопления или — в сокращенном варианте — абсолютных масс осадков. Метод абсолютных масс широко используется в мировой морской геохимии для изучения потоков элементов. Валовые абсолютные массы рассчитываются перемножением величины скорости седиментации на плотность натурального осадка и на величину, связанную с натуральной влажностью. Экспериментальные данные показывают, что плотности натурального осадка могут отличаться примерно в 1.5 раза, а влажность — в 2.0—2.5 раза. В то же время, например, в Северном Ледовитом океане, наибольшие современные скорости седиментации (во фьордах и депоцентрах зон смешения речных и морских вод) достигают нескольких сот см/тыс. лет, а на глубоководном ложе иногда составляют менее 1 см/тыс. лет [5]. Таким образом, разница значений составляет до 3 порядков и поэтому именно вариации скоростей седиментации играют наиболее важную роль при расчетах абсолютных масс.
Геологи уже давно обратили внимание на несоответствие между очень высокими величинами параметра Б/Ь (отношения площади водосборного бассейна к площади бассейна седиментации) и низкими значениями скоростей седиментации в центре Северного Ледовитого океана. Эта проблема, в частности, была всесторонне рассмотрена в статье Я. Бэкмана с соавторами [22] с выразительным названием "Является ли Центральная Арктика осадочно "голодающим" бассейном?".
В Северном Ледовитом океане основными методами определения "абсолютного" возраста четвертичных осадков являются изотопные методы: радиоуглеродный метод (особенно в модификации ускорительной масс-спектрометрии — АМ8 14С), определения 127С8, 210РЬ, 230 ТЬ/и. Кроме того, ис-
пользуются методы, связанные с люминесценцией, а также с рацемизацией аминокислот. Более косвенными являются методы изотопно-кислородной стратиграфии, 10Бе/9Бе, магнитостратиграфии и биостратиграфии. Для стратиграфического расчленения и корреляции используются также данные по изменению вещественного состава и физических свойств осадков, привязанные к датировкам возраста.
2. ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Как указывалось ранее [7], в толще четвертичных отложений Северного Ледовитого океана широко развито переслаивание осадков ледниковых эпох и межледниковий. Типы переслаиваний в различных регионах отличаются. Например, в приполярном сегменте хребта Ломоносова ломоносовская свита [6], состоящая из чередующихся контрастных отложений последних шести морских изотопных стадий (МИС) со средней относительно высокой скоростью седиментации [43], перекрывает однообразные медленно накапливавшиеся осадки полярной свиты [6], начавшие формироваться в эоплейстоцене и закончившие аккумуляцию во время МИС 7 [43]. На Чукотском плато и в центре поднятия Менделеева, напротив, описаны разрезы осадков, непрерывно накапливавшихся примерно с одной невысокой скоростью в течение 1.3 млн. лет и представленные чередованием отложений оледенений и межледниковий [25, 45].
Р. Штайн и М.А. Левитан собрали и опубликовали в 2007 г. известные к тому времени данные по скоростям седиментации в Северном Ледовитом океане в течение каждой из последних пяти МИС [5]. Средние скорости для всей толщи, чей возраст составляет 130 тыс. лет, не вычислялись. В 2009 г. Л. Поляк с соавторами опубликовал данные по средним скоростям седиментации для последних пяти МИС в Западной Арктике, основываясь на результатах исследования, главным образом, собственной коллекции осадков, собранных в экспедиции HOTRAX [46]. В 2010 г. Р. Штайн с коллегами опубликовал такого же рода материалы для Амеразийского бассейна [51], базируясь, в основном, на собственных данных по колонкам донных осадков, поднятых на борт НИС "Полар-штерн" (Германия).
В данном обзоре мы объединили все вышеуказанные данные, рассчитав при этом средние скорости для последних пяти МИС по приведенным нами ранее данным [5, 8] и добавив материалы из отдельных статей отечественных и иностранных исследователей, опубликованных за последние годы [3, 9, 15, 19, 20, 24, 28, 31, 35, 38, 39, 41, 44].
На рис. 1 показано расположение использованных в данном обзоре колонок донных осадков,
для которых известно стратиграфическое расчленение сверху вниз вплоть до границы МИС 5/МИС 6. Степень обоснованности такого расчленения в различных колонках различна. Батиметрической основой послужила известная карта GEBCO 2004 г. в полярной стереографической проекции масштаба 1: 25000000 по 75° с.ш. [21].
Обращает на себя внимание неравномерность изучения Северного Ледовитого океана: не приведены данные по шельфам; очень мало колонок в море Бофорта и в целом в глубоководных котловинах; довольно редки колонки на континентальных склонах и подножьях. Относительно многочисленны изученные разрезы на подводных хребтах Нортвинд, Ломоносова, на поднятии Менделеева. Отсюда следует, что при указанной степени изученности сделанные в статье выводы об особенностях распределения средних скоростей седиментации для последних пяти МИС с неизбежностью носят предварительный характер.
Схематическая карта такого распределения показана на рис. 2. Здесь скорости седиментации откартированы на всей площади Северного Ледовитого океана за пределами шельфов и выражены изолиниями от 1 до 4 см/тыс. лет. Кроме того, рядом с точками, соответствующими названиям колонок на рис. 1, приведены значения средних скоростей седиментации с точностью до одной десятой.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Средняя скорость седиментации для последних пяти морских изотопных стадий является довольно сложным параметром, чья величина и особенности распределения обусловлены множеством факторов. Рассмотрим наиболее важные из них в предельно кратком виде.
Климатические изменения. Выше отмечалось, что в течение изучаемого отрезка времени (последние 130 тыс. лет) в Арктике чередовались условия оледенений и межледниковий. К межледниковьям относится так называемое последнее межледнико-вье (МИС 5.5) и голоцен (МИС 1). Между ними существовало оледенение позднего неоплейстоцена, имеющее сложную структуру, со стадиалами и интерстадиалами (МИС 5.4 — МИС 2). Для Барен-цевско-Карского ледникового щита указываются, например, следующие периоды наиболее сильных оледенений: 160—140 тыс. лет (МИС 6, за пределами изучаемого отрезка времени); 90—80 тыс. лет (МИС 5.2), 60-50 тыс. лет (переход от МИС 4 к МИС 3), 20-15 тыс. лет (максимум последнего оледенения, МИС 2) [52].
Во время межледниковий, как и в современную эпоху, шельфы были заняты морями, а мощный ледниковый щит существовал только в Гренландии. Терригенный материал поставлялся, в основном, реками и абразией берегов.
40° 20° 0° 20° 40°
Рис. 1. Расположение в Северном Ледовитом океане колонок донных осадков с известными средними скоростями седиментации для последних пяти МИС. Изобаты даны в метрах. ГР — Гренландия; ХЛ — хребет Ломоносова; ВА — возвышенность Альфа; МБ — море Бофорта; ХН — хребет Нортвинд; ЧМ — Чукотское море; ЧП — Чукотское плато; ВСМ — Восточно-Сибирское море; ВМ — возвышенность Менделеева; МЛ — море Лаптевых; КН — котловина Нансена; КМ — Карское море; ХГ — хребет Гаккеля; КА — котловина Амундсена; БМ — Баренцево море; ПЕ — плато Ермак.
Во время оледенений огромные площади в пределах современных шельфов и прилегающих континентов были заняты крупными ледниковыми щитами (Баренцевско-Карским, Гренландским, Иннуитским, Лаврентийским) и поставка осадочного вещества в океан осуществлялась в значитель-
ной степени ледовыми агентами (айсбергами, ледовыми потоками, при наступании ледниковых щитов за счет "бульдозерного эффекта"; талыми водами при дегля
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.