ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2010, № 3, с. 239-267
УДК 551.352:551.46
ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА НА МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ГЛУБОКОВОДНЫХ ОСАДКОВ
© 2010 г. В. Н. Свальнов, З. Т. Новикова, Т. Н. Алексеева
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36;
E-mail: tania@blackout.ru Поступила в редакцию 18.02.2009 г.
Изучен состав песчано-алевритовых и пелитовых фракций глубоководных осадков, образованных в различных гидродинамических условиях. Прослежены комплексы обломочных, глинистых, биогенных и аутигенных минералов, сформированных под воздействием поверхностных и придонных течений. Показано, что индикаторами циклонических круговоротов макроциркуляционных систем океана, для которых характерна повышенная биопродуктивность, являются биогенный опал, тонкодисперсный целестобарит, а также аутигенные протосингенетические железомарганцевые микроконкреции, состоящие только из марганцевых фаз. Под антициклоническими круговоротами поверхностных течений, отличающимися низкой биопродуктивностью, в минеральных комплексах господствуют коллофан (костный детрит), филлипсит, палагонит, крупные кристаллы целестобарита, а рудные микроконкреции обеднены марганцем. Поверхностные и придонные течения контролируют распределение в осадках обломочных (терригенных, эдафогенных, наземно-вулканогенных) и глинистых минералов, а также биогенного опала в виде панцирей этмодискусов. Надежными индикаторами придонных течений являются комплексы эдафогенных минералов.
Зависимость минерального состава осадков от гидродинамического режима подробно изучена в прибрежной зоне морей и океанов, где природное шлихование приливно-отливными и вдольберего-выми течениями приводит к образованию россыпей тяжелых минералов [Новикова, 1977; Дави-денко и др., 1987; Деркачев, 1996; и др.]. У западных побережий континентов в результате апвеллинга существуют условия аномально высокой биологической продуктивности, что способствует формированию на шельфе и континентальном склоне (местами) фосфатных минералов, а также интенсивному накоплению биогенного опала (за счет диатомовых водорослей) [Батурин, 1978].
По мере удаления от берега влияние гидродинамических факторов (включая приливные течения) на формирование минеральных комплексов осадков становится менее отчетливым [Свальнов, 1991]. В общем случае роль течений сводится к разносу взвеси и механической дифференциации минералов по удельным массам. Однако, чем дальше от берега, тем чаще наблюдаются отклонения от закономерностей механической дифференциации, связанные с широтными вариациями биопродуктивности, с гравитационными процессами, с растворением биогенного кальцита и т.п.
Цель данной работы — показать влияние на минеральный состав глубоководных осадков различ-
ных гидродинамических режимов — циклонических и антициклонических макроциркуляцион-ных систем океана, зон конвергенции и дивергенции, поверхностных, промежуточных, глубинных, придонных и приливных течений.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В статье обсуждаются результаты исследования 2330 образцов глубоководных осадков, собранных на 740 станциях авторами и другими сотрудниками ИО РАН в Индийском, Тихом, Атлантическом и Северном Ледовитом океанах. Дополнительная информация получена из многочисленных публикаций по минералогии осадков и гидродинамическим обстановкам в конкретных регионах. На рис. 1 показано в обобщенном виде расположение участков дна, обследованных авторами.
Для изучения минерального состава осадков был выполнен их гранулометрический (водно-механический) анализ. При идентификации глинистых минералов использовали рентгено-дифрак-тометрический, ИК-спектрографический и элек-тронографический методы. Количественные соотношения минералов во фракции менее 0.001 мм рассчитаны по методу П. Бискайе [Biscaye, 1964].
Соотношение тяжелых и легких минералов определено иммерсионным методом после деления
60° 0° 60° 120° 180° 120°
Рис. 1. Местоположение изученных образцов осадков.
Основные течения на поверхности Мирового океана [Степанов, 1974]: I —циклонические тропические, II — антициклонические субтропические, III —циклонические высокоширотные. Заштрихованы участки дна, обследованные авторами.
фракции 0.1—0.05 мм в бромоформе (уд. вес 2.9 г/см3) [Петелин, 1961]. С целью более четкого обособления минеральных комплексов сделан пересчет анализов на соотношение абиогенных прозрачных минералов. Сумма зерен таких минералов в каждой из подфракций приравнивалась к 100%. Полученные после пересчета соотношения минералов были использованы при построении карт их площадного распределения.
В работе использован метод комплексных исследований на геологических полигонах (рис. 2). На двух из них выполнены долгосрочные измерения скоростей и направлений придонных течений с применением самовсплывающих донных станций типа АДС-М [Демидова, Контарь, 1989]. Проведены также визуальные наблюдения на ПОА "Пайсис".
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ОБСТАНОВОК
По комплексу признаков водная толща в идеальной модели разделяется по вертикали [Степа-
нов, 1974] на следующие структурные зоны (воды): 1) поверхностная, 2) промежуточная, 3) глубинная, 4) придонная. В океане границы между зонами не всегда четко выражены. Наибольшее влияние на формирование минеральных ассоциаций в толще осадков, на наш взгляд, оказывают поверхностные и придонные воды. Циркуляция поверхностных вод определяет расселение и продуктивность зоо- и фитопланктона (зона первичной биологической мобилизации вещества). Придонные воды контролируют биоценозы бентоса (зона вторичной биогенной мобилизации вещества) и перераспределение осадочного материала на дне, включая зону абиогенной мобилизации вещества и аутигенного минералообразования [Свальнов, 1991]. В зонах промежуточных и глубинных вод протекает комплекс важных процессов транзита (вертикального и латерального), деструкции и биогенной трансформации осадочного материала. Одним из гидродинамических факторов являются приливные течения, роль которых существенна в
о
чо
о
чо
прибрежной зоне и постепенно ослабевает при смещении в открытый океан.
В общем виде горизонтальная циркуляция поверхностных вод в Мировом океане сводится к вытянутым субширотно гигантским антициклоническим круговоротам (макроциркуляционным системам) в Северном и Южном полушариях под соответствующими атмосферными субтропическими антициклонами [Степанов, 1974] (см. рис. 1). Круговороты двух полушарий разделяются четко выраженными пассатными течениями западного направления, между которыми прослеживается идущее на восток противотечение у экватора. Западные пограничные течения несут холодные воды к экватору, замыкая круговороты и пересекая широтные пояса. Для круговорота в северной части Индийского океана характерно изменение направления течений в результате сезонной смены муссонов.
В процессе постоянных перемещений вод происходит схождение (конвергенция) или расхождение (дивергенция) течений. В центральных частях макроциркуляционных систем располагаются огромные пассивные участки (халистазы), в пределах которых течения ослабевают до 5 см/с (среднегодовая расчетная скорость). К их периферии скорость растет в среднем до 10—12 см/с.
В осевой части циклонического круговорота (в зоне дивергенции) возникает подъем обогащенных питательными веществами вод, что приводит к повышению биопродуктивности [Богоров и др., 1968; Зенкевич и др., 1971; Волковинский и др., 1972; Кобленц-Мишке, 1977; Соколова, 1986; Виноградов и др., 1996]. В антициклонических системах накопление обедненных этими веществами вод и их опускание в осевых частях (в зонах конвергенции) создает неблагоприятные условия для жизнедеятельности зоо- и фитопланктона, а также бентосных сообществ.
Необходимо подчеркнуть, что придонной может быть любая водная масса, непосредственно омывающая дно (на разных глубинах разная, в том числе промежуточная и глубинная). В основном придонные воды образуются в море Уэдделла [Степанов, 1974]. Интенсивное циклоническое обращение вызывает подъем придонных вод в центральной части круговорота и опускание поверхностных вод по периферии. Придонные антарктические воды формируются (в меньшем количестве) и в областях циклонических круговоротов, расположенных на юге Индийского океана, и в районе моря Росса, а также почти повсеместно вдоль материкового склона Антарк-
тиды за счет нисходящего движения, вызываемого прибрежной конвергенцией.
В Атлантическом океане благодаря глубоководным проходам [Леонтьев, 1987; Vanney, 1980] (см. рис. 2) придонные антарктические воды перемещаются вплоть до Ньюфаундлендского порога (35°—40° с.ш.). На севере Атлантического океана придонные североатлантические воды перемещаются к югу. В Индийском океане антарктические воды проникают на север по обе стороны Восточно-Индийского хребта. В Тихом океане эти воды достигаю 20°—30° с.ш. На северо-западе Тихого океана прослеживаются северотихоокеанские воды. Средняя скорость перемещения вод повсеместно около 1—3 см/с, однако в приэкваториальных областях наблюдаются более высокие ее значения — до 10—20 см/с, а в Индийском океане даже до 30-40 см/с [Степанов, 1983].
По экспериментальным данным, в пределах северной приэкваториальной зоны Тихого океана выделяют три режима динамики придонных течений в масштабах синоптической и более длинно-периодной изменчивости, довольно закономерно сменяющих друг друга [Демидова и др., 1996]. Первый (спокойный) режим характеризуется минимальными скоростями (<3 см/с), невысокой дисперсией и очень слабым проявлением приливной активности. В эксперименте [Демидова и др., 1990] этот период длился около 11 дней. Второй режим отличается заметной интенсивностью периодических изменений скорости течений (< 6 см/с) под воздействием внутренних инерционных и приливных волн, а также соответствующим повышением дисперсии при сохраняющихся минимальных средних значениях. В феврале 1988 г. этот режим зафиксирован дважды — с 4-го по 11-е и с 21-го по 29-е. Третий режим связан с резким и устойчивым повышением скорости придонных течений — развитием придонных штормов различной п
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.