Строение и история развития литосферы - Коллектив авторов

Для обеих колонок составлены свои корреляционные матрицы, исследование которых позволило выделить геохимические ассоциации. Для кол. PS70/319: 1) SiO2, Zr (в некоторой степени – Ba); 2) TiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO, MgO, K2O, п.п.п., Cr, V, Ni, Cu, Zn, Rb, Nb, As; 3) S; 4) CaO; 5) P2O5 и As; 6) Sr, Na2O (?) (в некоторой степени CaO и Ba). Первая ассоциация объясняется приуроченностью к песчаной фракции с обилием в ней кварца, минералов циркония и полевых шпатов; вторая – совокупным нахождением тонкой кластики, глинистых минералов, органического вещества и соединений железа (не исключено, что MnO здесь оказался за счет частичного вымывания пелитового материала); сера, вероятно, сульфатная из-за морских солей в пробе; карбонат кальция частично ассоциирует только со Sr, так как этот элемент изоморфно замещает Ca в раковинах биогенных карбонатов, которые распространяются в осадках по своим закономерностям, связанным с адвекцией атлантических вод; мышьяк довольно традиционно ассоциирует с фосфором, входя в его соединения (также как в пирит, которого в изученных осадках почти нет).

В кол. PS70/358 выделены практически те же геохимические ассоциации. Отличия сводятся к самостоятельному поведению Mn (что уже объяснено выше) и связанного с ним Co, а также к отсутствию связей таких элементов как Nb, Cr, Sr со всеми другими элементами. Относительно Mn, с нашей точки зрения, более справедлива гипотеза о его преимущественной связи с речными выносами, более обильными в теплые эпохи (Jakobsson et al., 2000). Эта идея поддерживается и в целом похожим распределением валового железа. Против гипотезы о связи высоких значений MnO с эпизодами улучшенной вентиляции придонных вод (также в теплые эпохи) свидетельствует отсутствие тесных корреляций содержаний этого компонента с такими элементами как V, Cu, Ni, Zn.

Важно отметить, что в кол. PS70/358 одни и те же микроэлементы образуют тесные корреляционные связи и с алевритом, и с пелитом. В осадках кол. PS70/319, напротив, те же микроэлементы коррелируют с алевритом, но не с пелитом. Отсюда следует, что значительная часть пелита была вынесена из осадков кол. PS70/319 в результате повышенной гидродинамической активности придонных вод.

На рис. 5 показано поведение типичных для выделенных геохимических ассоциаций элементов по разрезам колонок. Обращает на себя внимание, что многие элементы (в частности, железо) можно использовать для целей хемостратиграфии, однако оптимальным является использование MnO, что уже сделано другими исследователями (Jakobsson et al., 2000, 2001; Löwemark et al., 2008). Наряду с марганцем следует учитывать такие элементы, как V, Zn, Rb, As с их повышенными содержаниями в осадках нечетных ЛХСГ и пониженными – в четных. В целом почти все микроэлементы теснейшим образом связаны с тонкой терригенной матрицей, что позволяет сделать вывод о доминировании их литогенных форм в изученных осадках. Таким образом, даже в центре Северного Ледовитого океана, вероятно, доминирует «геохимия взвешенных форм», а не растворов.

Рис. 5. Распределение некоторых оксидов и химических элементов по разрезам колонок. ЛХСГ – лито-хемостратиграфические горизонты.

В отличие от кол. PS70/319, где айсберговый материал явно обогащает осадки четных ЛХСГ, в кол. PS70/358 это обогащение приурочено к осадкам горизонтов II, III, IV и VI, что, возможно, подтверждает взгляды о существовании единой крупной ледниковой эпохи в течение ИКС 2 – ИКС 4. Одновременно такое соотношение гранулометрического и химического состава в кол. PS70/358 дополнительно указывает на отличающиеся источники материала и системы транспортировки осадочного вещества для обеих колонок.

Химический состав осадков отражен на диаграмме соотношения гидролизатного и железного модулей (Юдович, Кетрис, 1986), которая выявила высокие значения обоих модулей в осадках полярной толщи и нечетных ЛХСГ, не содержащих повышенные количества айсбергового материала, и, соответственно, низкие – в четных ЛХСГ.

На рис. 6 проведено сопоставление двух параметров: содержания фракции более 63 мкм и отношения Si/Al в опорной колонке PS 2185 и в исследованных нами двух колонках. При этом показаны выделенные ЛХСГ и (для опорного разреза) ИКС. В первом приближении можно утверждать, что ЛХСГ примерно соответствуют ИКС (особенно для ИКС 1 и ИКС 2), хотя на самом деле соотношения более сложные. Для кол. PS70/358 можно предположить, что сохранилась лишь верхняя часть ЛХСГ VI, соответствующая (может быть, не полностью) терминации II – переходу от ИКС 6 к ИКС 5, а на нижнюю часть горизонта пришелся перерыв в седиментации.

Рис. 6. Корреляция отношения Si/Al в кол. PS2185 (Schoster, 2005) и в изученных нами колонках (А); корреляция содержаний фракции более 63 мкм в кол. PS2185 (Spielhagen et al., 2004) и в изученных нами колонках (Б). Арабскими цифрами даны номера ИКС (Spielhagen et al., 2004), римскими – номера ЛХСГ.

Ясно, что в целом кол. PS70/319 (за исключением ЛХСГ VI) обладает конденсированным разрезом по сравнению с двумя другими разрезами. При учете предлагаемых вариантов скоростей седиментации для осадков ИКС 7 и древнее по минимальному варианту (O’Regan et al., 2008) возраст осадков забоя в кол. PS70/319 (без учета возможного перерыва в седиментации) может быть равным 270 тыс. лет, а в кол. PS70/358 – 670 тыс. лет. По максимальному варианту возраст может быть существенно древнее (оставаясь в пределах четвертичного периода).

Если говорить об истории скоростей седиментации в четвертичное время на хребте Ломоносова, то они колебались от 0.5 см/тыс. лет для осадков ИКС 1 – ИКС 5d в кол. GreenICE core 11 (Mikkelsen et al., 2006) через умеренные значения для ИКС 1 – ИКС 5 в околополярной зоне хребта (Levitan, Lavrushin, 2009) к повышенным значениям на окончании хребта около моря Лаптевых (Талденкова и др., 2009). Отметим, что в последнем случае из-за отсутствия фораминифер в ряде интервалов разреза стратиграфическая точность невелика. Так или иначе, скорость седиментации полярной толщи была существенно ниже, чем вышележащей ломоносовской толщи, и, вероятно, не превышала 0,5–1,0 см/тыс. лет (O’Regan et al., 2008).

Есть смысл перейти от геохимии к минералогии, рассматривая соотношение содержаний SiO2 и кварца, причем концентрация последнего рассчитана по материалам рентгенофлуоресцентного анализа по методике Е.Г. Гурвича (Левитан и др., 1998). Коэффициент корреляции между обоими параметрами равен 0.9712, что дает возможность использовать концентрации кварца в литостратиграфических целях. Выше было показано явное тяготение кварца к осадкам четных горизонтов в кол. PS70/358 (см. рис. 4), а С. Vogt (1997) в своей диссертации продемонстрировал, что алевритовые фракции осадков холодных стадий в Арктике и Субарктике обогащены кварцем (по рентгендифрактометрическим данным) по сравнению с теплыми стадиями. По нашим данным, содержание кварца в осадках четных горизонтов в кол. PS70/319 варьирует от 20 до 36 %, а в кол. PS70/358 – от 22 до 40 %. Соответственно, в осадках нечетных горизонтов и в полярной толще эти значения заметно ниже, обычно в пределах 10–18 %.

По результатам изучения наших колонок, среди тяжелых минералов преобладают роговые обманки, черные рудные минералы и гетит с гидрогетитом. Местами заметно содержание граната (альмандина). В гор. 100–102 см (ЛХСГ IV) кол. PS70/358 обращает на себя внимание высокое (до 50 %) содержание железо-марганцевых микроконкреций, что свидетельствует об относительно низких скоростях седиментации.

В опорной колонке PS 2185 М. Беренц (Behrends, 1999) не определяла содержание окислов и гидроокислов железа среди тяжелых минералов. В изученных ею ассоциациях преобладают роговые обманки, черные рудные минералы, клинопироксены, минералы группы эпидота, гранаты. Как и в наших колонках, здесь также доминируют роговые обманки. По литературным данным, преобладание роговых обманок типично для современных осадков восточной половины моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря. Максимум концентраций клинопироксенов приходится на осадки западной части моря Лаптевых и восточной части Карского моря (Левитан и др., 20071), что объясняется поставкой размываемого материала плато Путорана. По разрезу наиболее характерно уменьшение концентраций клинопироксенов и (особенно четко) отношения клинопироксены/эпидот для осадков ИКС 4 и более древних по сравнению с осадками ИКС 1 – ИКС 3 (табл. 4). С нашей точки зрения, это явление объясняется историей оледенения упомянутого плато, которое во время ИКС 6 – ИКС 4 было покрыто ледниковым куполом (Svendsen et al., 2004). К этому же рубежу в кол. АЛР07-26С на лаптевоморском окончании хребта приурочена смена гранитно-гнейсового комплекса крупнообломочного материала ледового разноса на платформенный (Талденкова и др., 2009), что авторы объясняют уменьшением площади развития Баренцево-Карского ледового щита. Интересно и отмеченное М. Беренц относительное увеличение концентраций обломочных карбонатов в осадках на границе ИКС 3/ИКС 4, а также в осадках ИКС 7 и древнее (в полярной толще, по нашей терминологии). Представляется, что это явление обусловлено миграцией круговорота моря Бофорта ближе к северному полюсу в упомянутые периоды времени, т. к. именно в современных осадках моря Бофорта заметно присутствие обломочных карбонатов (Белов, Лапина, 1961).