Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 498, № 1, стр. 91-95

ВВЕДЕНИЕ

В западной части Карского моря основными элементами общей циркуляции вод являются Ямальское течение, Восточно-Новоземельское течение и течение в троге Святой Анны, которые распространяются в основном, следуя изобатам. Отмечается, что сезонные и межгодовые вариации течений в верхнем перемешанном слое моря и, особенно, на глубинах изучены слабо, весьма переменчивы и поэтому необходимы дополнительные натурные и модельные исследования с целью рассмотрения их зависимости от внешних воздействий [3, 7].

Подобного рода натурные исследования включают в себя также изучение аккумулятивных форм рельефа, таких как осадочные волны. Известно, что характер распределения осадочных волн используется для реконструкции придонных течений [11], а склоновые плотностные потоки влияют на осадконакопление, формируя поля осадочных волн на подножье склона [9].

В настоящей работе реконструкция придонных течений на основании характера распределения осадочных волн впервые рассмотрена для Новоземельской впадины Карского моря, района, принципиально важного для взаимодействия бассейна с прилежащими районами Баренцева моря и глубоководной Арктики. Реконструкция сделана с использованием данных, которые были получены в 69-м, 72-м и 81-м рейсах НИС “Академик Мстислав Келдыш” в 2017, 2018 и 2020 г. соответственно. Экспедиции проводилась в рамках программы Института океанологии РАН “Экосистемы морей Сибирской Арктики” [5].

Региональная батиметрическая съемка, проведенная в рейсах, охватывала всю Новоземельскую впадину, детальная съемка была выполнена на полигонах в ее центральной части (рис. 1а). Галсы детальной съемки, в основном, располагались в субширотном направлении, расстояние между ними составляло 300–350 м. При съемке использовался однолучевой эхолот ЕА-600 фирмы “Kongsberg” с рабочей частотой 12 кГц, который также давал возможность получать данные о строении осадочного чехла до глубины в 20 м.

Рис. 1.

(а) Батиметрическая карта Карского моря (грид GEBCO) с положением полигонов (черные прямоугольники) и батиметрических профилей (белые линии) с номерами. Изобаты проведены через 100 м. Белым кружком показано место получения эхограммы, приведенной на рис. 2е. Сокращения: ТСА – трог Святой Анны, НЗВ – Новоземельская впадина, ПКВ – пролив Карские Ворота. (б) Фрагменты батиметрических профилей, иллюстрирующие характер рельефа в Новоземельской впадине. Вертикальная шкала дана в метрах. Местоположение профилей показано рис. 1а. Для дальнейшего пояснения см. текст.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В результате проведенных исследований было установлено, что на всех батиметрических профилях, пересекающих Новоземельскую впадину, в ее осевой части или на склонах наблюдаются холмистые поднятия различной размерности. Поперечные их размеры колеблются от 4 до 12 км, высота может достигать первых десятков метров, как, например, для поднятий, расположенных в осевой долине на профиле 72–130 и поднятий к юго-востоку от оси впадины на профиле 69–152 (рис. 1б). На нескольких параллельных галсах съемки удалось установить, что подобные поднятия ориентированы параллельно или под острым углом к простиранию впадины и ее склонов. В отсутствие сейсмических данных природа поднятий остается неопределенной, поскольку некоторые из них могут представлять собой не осадочные тела, а выходы коренных пород мелового и более древнего возраста, как это было установлено ранее [2].

В пределах поднятий и на их склонах рельеф часто является неровным, волнообразным, и есть основания полагать, что он имеет аккумулятивную природу. Детальная характеристика участков волнообразного рельефа была получена на полигонах 69 и 81 в центральной части Новоземельской впадины (рис. 1а и рис. 2а, 2б).

Рис. 2.

(а, б) Трехмерные модели рельефа дна для двух полигонов в Новоземельской впадине с осадочными волнами. Линии – положение батиметрических профилей (в, г), иллюстрирующих характер рельефа на полигонах; (д, е) фрагменты эхограмм, показывающие особенности поперечных сечений осадочных волн и строение осадочного чехла. Прямоугольником отмечен фрагмент эхограммы 2д на профиле 81–53. Местоположение полигонов и эхограммы 2е см. рис. 1а.

Полигоны располагались у подножья склона Новоземельской впадины в интервале глубин 324–384 м, и были приурочены к склону одного и вершине другого поднятия (рис. 1б, проф. 81–49). Общая площадь полигонов составляла около 50 км²; южная граница полигона 69 располагалась на расстоянии трех километров от северной границы полигона 81.

Примечательной формой микрорельефа обоих полигонов является наличие многочисленных гряд, гребни которых протягиваются на расстояние от 1 до 3 км, ориентированы в субмеридиональном направлении под углом 20–40° к простиранию склона и представляют собой осадочные волны (рис. 2а, б). Относительная высота осадочных волн не превышает 4 м, длина находится в интервале от 50 до 300 м, а количество гряд на один километр колеблется от 2 до 5 (рис. 2в, г). В поперечном разрезе волны имеют различные профили, поскольку они могут быть симметричными, асимметричными с более крутыми восточными или западными сторонами, а также иметь до двух гребней на одном основании.

На полигонах 69 и 81 на эхограммах фиксируется осадочный слой мощностью до 4 м с отсутствием отражающих горизонтов, который подстилается высокоотражающим рефлектором, конформным рельефу дна (рис. 2д). В Новоземельской впадине напротив пролива Карские ворота (рис. 1а) проникновение в осадки увеличивается, и в верхней части разреза можно выделить три рефлектора, ниже которых на глубине около 10 м располагается высокоотражающий горизонт (рис. 2е). Отражения, по крайней мере, в верхней части разреза являются конформными друг другу и дну, что свидетельствует о продолжающемся процессе формирования осадочных волн.

ОБСУЖДЕНИЕ И ВЫВОДЫ

При исследованиях, выполненных в трех рейсах нис “Академик Мстислав Келдыш” в центральной части Новоземельской впадины, было обнаружено поле осадочных волн площадью более 50 км². Участки неровного волнообразного рельефа наблюдаются на всех пересекающих Новоземельскую впадину батиметрических профилях (рис. 1б), что дает основание предполагать широкое распространение осадочных волн на ее дне и бортах. Осадочные волны, как известно, формируются из материала, переносимого многократно повторяющимися плотностными осадочными потоками. Они могут быть обусловлены постоянно действующими придонными течениями или периодическим турбидитным переносом материала. В зависимости от этого осадочные волны образуются в различных условиях и имеют различные параметры [10].

Местоположение осадочных волн на дне и склонах Новоземельской впадины, вариации в их размерах и поперечных сечениях дают основание в соответствии с классификацией [10] предположить, что в данном случае формирование осадочных волн происходит за счет придонных течений. На полигонах было установлено, что осадочные волны ориентированы субпараллельно или под острым углом к простиранию склона, поэтому придонные потоки должны быть направлены перпендикулярно или под углом к простиранию осадочных волн, т.е. вниз по склону.

Наиболее вероятно, что подобного рода течениями являются склоновые течения, возникающие в результате каскадинга. Процесс каскадинга (или шельфовой конвекции) возникает, когда плотная вода, сформированная в результате переохлаждения или образования льда на континентальном шельфе, под действием силы тяжести стекает вниз по континентальному склону. Каскадинг на арктическом континентальном склоне является важным процессом, формирующим вертикальную структуру водной толщи Арктики, но прямые наблюдения этого явления здесь крайне редки [1].

В Карском море подобного рода наблюдения не проводились, но процессы каскадинга изучались методом математического моделирования [6]. В модели было получено, что в зимний период у северо-западного побережья Новой Земли происходит формирование плотной придонной воды, которая стекает вдоль наклонного дна в сторону трога Св. Анны. Это свидетельствует и о возможности образования плотной придонной воды на шельфе, окружающем Новоземельскую впадину, а следовательно, генерации каскадинга на ее склонах.

Другая возможность возникновения каскадинга, вероятно, реализуется при затоке через пролив Карские Ворота более плотных баренцевоморских вод в Карское море. Было установлено [8], что скорости затока являются изменчивыми и в отдельные интервалы времени они увеличиваются до 150 см/с; при этом входящая струя занимает большую часть пролива, достигая ширины 30 км и глубины 80 м. За Карскими Воротами поток меняет свое направление с северо-восточного на восточное и становится более мощным и глубоким. Ранее было показано [4], что в южной части Новоземельской впадины над восточным ее склоном глубже пикно-халоклина и примерно до глубины 200 м прослеживается относительно теплая и соленая вода баренцевоморского происхождения.

Осадочные волны, фиксируемые на склоне Новоземельской впадины напротив пролива Карские ворота, могут генерироваться этим потоком баренцевоморских вод из-за гидравлического скачка, вызываемого изменением градиента уклона склона вдоль его профиля, аналогично тому, как это происходит на западном склоне Большой Багамской банки [9]. Наблюдаемое сокращение длин осадочных волн и их амплитуд при удалении от пролива (рис. 1б, проф. 72–002), вероятно, обусловлено уменьшением скорости потока баренцевоморских вод.

Анализ полученных данных позволил впервые выделить в Новоземельской впадине поля осадочных волн, определить их ориентировку, морфологию, высоты и длины волн и выдвинуть предположение о том, что они формируются за счет придонных течений. В качестве подобного рода течений рассматриваются склоновые потоки, возникающие в результате каскадинга. Каскадинг может возникать в период образования сезонного льда на шельфе и формирования плотной придонной воды, которая стекает вдоль наклонного дна в сторону Новоземельской впадины, а также при затоке более плотных баренцевоморских вод в Карское море через пролив Карские Ворота.

В заключение следует отметить, что не исключена возможность существования вдоль склонов Новоземельской впадины топографически привязанных контурных течений, которые могут являться важным компонентом переноса вод в Карском море вместе с поверхностными Ямальским и Восточно-Новоземельским течениями. С учетом возможных механизмов формирования можно предположить, что наибольшая активность склоновых течений будет проявляться поздней осенью и зимой, а контурных течений – в летний период.