Хребет Гаккеля в геоморфологическом отношении представляет собой протяженное линейное поднятие со сложно расчлененным рельефом. На всем протяжении (1800 км) хребет окружен абиссальными равнинами, а в прилаптевоморской части контактирует с подъемом (рис. 1).

Рис. 1.

Батиметрическая карта Евразийского бассейна Северного Ледовитого океана.

Хребет Гаккеля занимает особое место в глобальной системе срединно-океанических хребтов, имея самую медленную скорость разрастания. Современная скорость спрединга варьирует, по одним оценкам, от 12.8 мм/год вблизи Гренландии до 6.5 мм/год вблизи сибирской континентальной окраины [1], по другим – составляет 4–6 мм/год, уменьшаясь по направлению к востоку, а в раннем миоцене снижалась до 3–5 мм/год [2, 3]. Другой отличительной особенностью хребта Гаккеля является присутствие крупных вулканических структур, которое было обнаружено в западной части хребта Гаккеля во время экспедиции AMORE 2001 [3, 4].

Уникальная особенность сверхмедленных хребтов – амагматические рифты, обнажающие мантийный перидотит (дополненный выходами базальтов и габбро) непосредственно на морском дне, на хребте Гаккеля выражена столь ярко, что было предложено отнести его к новому (четвертому) типу границ плит [5, 6].

Недавними геохимическими исследованиями обнаружено, что породы морского дна в западной части хребта Гаккеля имеют геохимические признаки раннемеловой зоны палео-субдукции [7]. Результатом другого цикла геохимических и палеотектонических исследований явился вывод, что формирование хребта Гаккеля связывается с начальной рифтовой стадией тектогенеза, без значительного раздвига дна Евразийского бассейна [8]. На сложность истории формирования Евразийского бассейна и хребта Гаккеля указывают также асимметрия рельефа дна и фундамента глубоководных котловин, отсутствие упорядоченности в пространственном распределении и мощностях отдельных слоев осадочных пород, асимметричное и несогласное относительно простирания хребта Гаккеля положение градиентных зон гравитационных и магнитных аномалий [2, 3].

В ходе экспедиционных работ 2019 и 2020 г. на судне “Академик Федоров” в сопровождении атомных ледоколов ФГУП “АТОМФЛОТ” выполнено 15 пересечений хребта Гаккеля и его рифтовой долины с использованием профилографа и сейсмоакустического профилирования. Использовался глубоководный параметрический профилограф TOPAS PS18 (Kongsberg), входивший в состав навигационно-гидрографического комплекса на базе многолучевого эхолота EM122. Для обеспечения оптимальной глубины проникновения, высокой разрешающей способности и наилучшего соотношения сигнал/шум, сбор данных осуществлялся в режиме “CHIRP”-импульс с линейной частотной модуляцией и диапазоном частот от 2 до 6 кГц, длина импульса 10 или 20 мкс. Непрерывное сейсмоакустическое профилирование проводилось с буксируемыми забортными устройствами, включавшими электроискровой источник “Спаркер” с центральной частотой излучения в диапазоне 200–300 Гц и многоканальную аналоговую сейсмокосу SplitMultiSeis Streamer с количеством каналов от 16 до 24 и шагом между каналами – 2 м. Регистрация проводилась на сейсмостанции SplitMultiSeis Station Betta и SplitMultiSeis Station 24bit с 16 и 24‑разрядными АЦП соответственно.

В то же время на основе вновь составленной во ВНИИОкеангеология базы батиметрических данных, дополняющих мировую базу данных IBCAO-4, появилась возможность построения более детальной карты уклонов морского дна Евразийского бассейна. Разрезы рельефа дна хребта Гаккеля и данные профилографа и сейсмоакустики о распространении осадочных толщ, полученные в ходе экспедиций 2019–2020 гг., в ряде случаев совмещены с полученными ранее сейсмическими данными и дополнены профилем 2015-1В, полученным в Мурманской Арктической геолого-геофизической экспедицией в южной части Евразийского бассейна. Новые данные вкупе с результатами сейсмических исследований 2011–2015 гг. позволили более полно выявить особенности морфологии различных участков хребта и его рифтовой долины.

Величина уклонов рельефа дна и сейсмические данные отражают подразделение хребта Гаккеля и его рифтовой долины на три сегмента. В западной части, западнее 75° в.д., ширина хребта составляет 180–210 км. Рифтовая долина проходит примерно посередине хребта Гаккеля. Рельеф хребта выглядит сильно расчлененным. В глубокой, с врезом более 1.5 км, рифтовой долине осадки отсутствуют, а осадочные толщи мощностью в первые десятки метров появляются лишь на значительном удалении от рифтовой долины (рис. 2).

Рис. 2.

Разрезы, полученные с профилографом в западной части хребта Гаккеля (на рисунке профили 2020_PR15 и 2020_PR13).

Восточнее 75° в.д. рифтовая долина смещена к юго-западной окраине хребта. Площадь дна океана с пологими склонами увеличивается, занимая более половины всей площади этого сегмента хребта Гаккеля, ширина которого колеблется в пределах 105–130 км. Величина вреза рифтовой долины находится в диапазоне 0.5–1.0 км, а наличие осадочных толщ мощностью более 70 м зафиксировано на различных участках профилей, включая и рифтовую долину (рис. 3). По сейсмическим данным [2], осадочные толщи также фиксируются на протяженных участках профилей, и местами их мощность достигает более 1 км.

Рис. 3.

Разрезы (профили 2019_13 и 2019_17), полученные с профилографом в восточной части хребта Гаккеля.

Наконец, резкое изменение характера рифтовой долины до грабена глубиной несколько сотен метров происходит южнее гигантской кальдеры, расположенной на продолжении хребта Гаккеля. Грабен продолжается до границы шельфа моря Лаптевых. Разломы, образующие борта грабена, прослеживаются вглубь мощной (до 4–5 км) осадочной толщи, и, по имеющимся данным, нижние слои сложены позднемезозойскими отложениями (рис. 4).

Рис. 4.

Строение осадочной толщи вдоль профиля 2015_1В в южной части Евразийского бассейна и фрагмент верхней части разреза под рифтовой долиной хребта Гаккеля. Черная линия – акустический фундамент, зеленая – предполагаемая подошва отложений Кайнозоя [2, 3].

Размер (80 × 45 км) кальдеры, размещенной на хребте Гаккеля вблизи точки с координатами 120° в.д., 81° с.ш., относит ее к категории супервулканов с высшим индексом вулканической взрывоопасности (8). Вероятно, это было мощнейшее извержение вулкана, оставившее значительные следы в топографии и осадконакоплении Северного Ледовитого океана [9]. По-видимому, именно это извержение повлияло на недавнюю (плейстоценовую) перестройку спрединга восточной части Евразийского бассейна, вызвав скачок оси спрединга хребта Гаккеля, в результате чего его рифтовая долина и эпицентры землетрясений расположены на его юго-западном фланге.

Карта уклонов морского дна Евразийского бассейна (рис. 5) наглядно отображает изменение характера рельефа хребта Гаккеля и его рифтовой долины на всем его протяжении.

Рис. 5.

Три сегмента хребта Гаккеля (1 – западный, 2 – восточный, 3 – южный), различия в строении которых иллюстрируются картой уклонов морского дна.

На карте отчетливо видно подразделение хребта Гаккеля на три различных сегмента, резко различающихся по строению и, очевидно, и по истории формирования. Западная часть представляет собой классический медленно-спрединговый срединно-океанический хребет. Строение восточного сегмента хребта Гаккеля позволяет предположить его формирование как результат нескольких фаз спрединга, с последним скачком оси, имевшим место в плиоцене и вызванным образованием супервулкана на месте кальдеры. А в районе южного сегмента хребта Гаккеля рифтовая долина переходит в грабен, образование которого инициировано, вероятно, тем же плиоценовым супервулканом.