ГЕОХИМИЯ, 2014, № 3, с. 233-248
СООТНОШЕНИЕ ЦВЕТА И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ДОННЫХ ОСАДКОВ ИЗ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ПОДНЯТИЯ МЕНДЕЛЕЕВА И КОНТИНЕНТАЛЬНОГО СКЛОНА ВОСТОЧНО-СИБИРСКОГО МОРЯ
© 2014 г. М. А. Левитан*, К. В. Сыромятников*, И. А. Рощина*, Р. Штайн**
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, 119311ГСП-1, Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: m-levitan@mail.ru **Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера, Бремерхафен, Германия
Поступила в редакцию 20.02.2013 г. Принята к печати 17.06.2013 г.
На основе данных рентгенофлуоресцентного анализа рассмотрена проблема соотношения химического состава и цвета четвертичных морских осадков в районе поднятия Менделеева (Северный Ледовитый океан). Выявлены особенности соотношения седиментационного и диагенетического факторов при формировании цвета. Показано, что для литостратиграфической корреляции следует (с определенными ограничениями) использовать только слои осадков темно-коричневого и розового цветов.
Ключевые слова:химический состав, цвет, донные осадки, Северный Ледовитый океан, оледенения, меж-ледниковья, диагенез, седиментация, рентгенофлуоресцентный анализ, дисперсионный анализ.
DOI: 10.7868/S0016752514030042
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, в Северном Ледовитом океане широко распространены горизонтально-слоистые последовательности четвертичных осадков, в которых различные слои отличаются своим компонентным составом, гранулометрией, минеральным и химическим составом, биогенными остатками, текстурами, физическими свойствами и цветом [1—10]. Во многом такая слоистость обусловлена климатическими изменениями, особенно чередованием условий оледенений и межлед-никовий. В то же время ряд исследователей указывают на определенную роль диагенетических изменений в создании цветовых характеристик осадков [10; 11].
Работ, посвященных геохимии диагенеза в Северном Ледовитом океане, сравнительно немного [11; 12]. Тем не менее, вероятнее всего общая направленность диагенетических процессов практически похожа на достаточно хорошо изученные морские и океанические осадки в других регионах [13]. Речь идет о постепенной смене окислительных условий восстановительными на базе редукции сульфатов до сульфидов за счет минерализации лабильного органического вещества при микробиологических процессах. При этом осадки из коричневых и желтых становятся серыми и
зелеными. Положение границы между окислительными и восстановительными условиями диагенеза (brown/green boundary англоязычных авторов) по глубине разреза находится в зависимости от скорости седиментации и содержания лабильного органического вещества: чем ниже скорость седиментации и чем ниже содержание органики, тем глубже располагается эта граница. Определенное значение при этом имеют и некоторые другие факторы.
Как известно, в процессе диагенеза в первую очередь сокращается содержание Mn, а затем только начинаются процессы восстановления Fe3+ до Fe2+ [13]. Цвет в илистых осадках (как и в глинистых породах) зависит в основном от двух основных параметров: соотношения Fe3+ и Fe2+, а также содержания в них лабильного органического углерода [14]. При незначительном содержании органического углерода в осадке цвет последнего определяется, главным образом, соотношением "первичных" Fe3+ и Fe2+ и варьирует, соответственно, от красного (темно-коричневого), оливково-коричневого до зеленовато-серого (оливково-серого). При увеличении концентрации органического углерода в осадках и восстановлении Fe3+ до Fe2+ их цвет меняется от серого до практически черного (темно-серого).
Таблица 1. Расположение и глубина изученных колонок
Колонка Северная широта Западная долгота Глубина, м Длина колонки, см
PS72/340-5 77°36.31' 171°29.09' 2349 810
PS72/342-1 77°36.01' 177°20.62' 819.8 338
PS72/343-2 77°18.33' 179°02.73' 1225 750
PS72/344-3 77°36.62' 174°32.37' 1257 792
Нам представляются интересными следующие задачи: 1) выявление особенностей химического состава слоев донных осадков различного цвета; их сопоставление в различных фациальных областях; 2) изучение соотношения седиментацион-ного и диагенетического факторов при формировании цвета четвертичных донных осадков различных морских фаций. Более частная проблема формулируется следующим образом: можно ли использовать цветовые характеристики осадков для целей региональной литостратиграфической корреляции? В этом отношении существуют три точки зрения: 1) цвет полностью определяется се-диментационными причинами и поэтому коррелировать по цвету можно без ограничений [9]; 2) цветовые характеристики осадков обусловлены диагенезом и поэтому их нельзя использовать в целях стратиграфической корреляции [15]; 3) осадки некоторых цветов подходят для целей корреляции, поскольку именно в этих случаях седиментацион-ная составляющая доминирует, а другие — нет [7].
Эти проблемы будут рассмотрены на примере колонок донных осадков, поднятых в рейсе НИС "Поларштерн" (Германия) в 2008 г. [7] (табл. 1) на юге поднятия Менделеева (Амеразийский бассейн Северного Ледовитого океана) и в окружающем регионе.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В рассмотрение включены данные по донным осадкам кол. Р872/342-1 (южная часть поднятия Менделеева) и кол. Р872/344-3 (континентальный склон Восточно-Сибирского моря). В последнем случае добавлена одна проба из поверхностного слоя осадков кол. Р872/344-1. В ГЕОХИ исследовались навески растертых воздушно-сухих проб в соответствии с методикой рентгено-флуоресцентного анализа, детально описанной И.А. Рощиной [16]. Необходимо специально отметить, что пробы не отмывались от морских солей, что привело к некоторому завышению содержаний 8 и С1. Кроме того, как обычно принято в рентгенофлуоресцентном анализе, Ре203 обозначает содержание валового железа (суммы окисного и закисного), выраженное в окисной форме. При этом сумма основных оксидов, по-
терь при прокаливании (п.п.п.), S и Cl приведена к 100%.
Наряду с оригинальными данными в целях сравнения использованы опубликованные результаты [11] химического анализа проб донных осадков кол. PS72/340-5, расположенной во впадине Менделеева к востоку от южной части поднятия Менделеева, и кол. PS72/343-3, полученной с континентального склона Восточно-Сибирского моря. Всего в статье учтены химические анализы 429 проб, из них 333 обработаны на основе дисперсионного анализа, выполненного с помощью программного пакета STATGRAPHICS Plus 5.0.
Нами использованы цветовые характеристики донных осадков, полученные с применением Munsell Soil Colour Chart и принятые при литоло-гических описаниях колонок на борту судна [7]. Более тонкие количественные параметры, базирующиеся на цветовой отражательной способности осадков, не учитывались.
Естественно, что примененные методы не позволяют изучить процессы диагенеза в комплексе, однако они дают возможность оценить интенсивность диагенетических преобразований.
Возрастные модели исследованных колонок пока не получены. Некоторые предположения по этому поводу опубликованы в [7].
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Особенности химического состава осадков разного цвета
Для изучения седиментационных и диагенетических сигналов в осадках разного цвета нами был определен их химический состав: содержание основных окислов, а также микроэлементов, в частности, Cu, Ni, Co, As, и отношения Mn/Al и Mn/Fe. Известно, что Al не расходуется на ранний диагенез, а общее количество Fe практически не изменяется в твердой фазе осадка, несмотря на известные изменения валентности этого элемента. Рассчитанный нами коэффициент корреляции между отношениями Mn/Al и Mn/Fe составляет 0.87, т.е. очень близок к единице. Это говорит о линейной зависимости между обоими параметрами, что дает возможность их использования для
Р872/342-1 Q, мас. % МпО, мас. % Мп/Бе Мп/А1
8 13 18 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 0.1 0.2 0.3 0 0.05 0.10 0.15
Рис. 1. Распределение МпО, а также отношений Мп/А1, Мп/Бе и Q по колонке Р872/342-1. Условные обозначения: 1 — темно-коричневые осадки; 2 — оливково-коричневые осадки; 3 — светло-оливково-коричневые осадки; 4 — темно-желто-коричневые осадки; 5 — литологическая граница между осадками разного цвета.
изучения диагенетических преобразований в осадках различного цвета. N1 и Со (а также Си) тесно связаны с Мп в диагенезе, что находит обычно отражение в высоких положительных коэффициентах корреляции этих элементов с марганцем. Аз, напротив, обладает отрицательным коэффициентом корреляции с Мп, т.к. он входит в состав аути-генных моно- и дисульфидов железа, образующихся в процессе диагенеза. Кроме того, для всех проб (в связи с отсутствием биогенного опала) рассчитано содержание кварца по формуле Е.Г. Гурвича Q = ВЮ2 — 2.55А12О3 [17] как индикатора терригенного материала, возрастающего в эпохи оледенений и уменьшающегося во время межледниковий [10].
Колонка Р872/342-1. Полученные результаты по химическому составу четвертичных осадков кол. Р872/342-1 отражены в табл. 2 и 3. Колонка представлена циклическим чередованием по разрезу темно-коричневых, оливково-коричневых, темно-желто-коричневых и светло-оливково-ко-ричневых осадков. Циклы начинаются относительно светлыми пестроцветными осадками и заканчиваются слоями темно-коричневого цвета (рис. 1). По содержанию МпО, отношениям Мп/А1 и Мп/ Бе химический состав первых трех групп осадков близок друг другу и заметно отличается от последней группы (табл. 2, рис. 1). При этом геохимические характеристики указанных первых трех групп осадков свидетельствует о достаточно хорошо выраженных различиях между ними, обусловленных, в частности, различным
содержанием частиц доломита (см. данные по СаО и М§О).
В светло-оливково-коричневых осадках кол. Р872/342-1 заметно понижается содержание МпО (в среднем до 0.13 мас. %), а также вместе с ним и отношений Мп/А1 и Мп/Бе, в среднем, до 0.02 и 0.04, соответственно. Из этого следует, что формирование цвета темно-коричневых, оливко-во-коричневых и темно-желто-коричневых осадков протекало в сходных окислительных условиях. В то же время светло-оливково-коричневый цвет формировался в более восстановитель
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.