Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 506, № 1, стр. 92-97

ВВЕДЕНИЕ

Азовское море за последние 10 тыс. лет несколько раз в той или иной степени осушалось. В частности, в эпоху фанагорийской регрессии (3.1–2.2 тыс. л.н.) уровень моря был ниже современного на 6–7 м. Край дельты р. Дон также неоднократно смещался [1].

Важной отличительной чертой осадочной толщи Азовского моря является присутствие в разрезах голоценового возраста слоев с высоким содержанием органики [2–6]. Эти отложения фиксируются как в поверхностных осадках, так и в разрезах грунтовых колонок по всей площади моря – от прибрежных до центральных районов, с глубинами 12–14 м. Для них характерны различные оттенки темного цвета, до черного, включения органических веществ (остатки растительности и раковинный материал). Периодически отмечаются запах сероводорода (H₂S) и тонкие прослойки и примазки гидротроилита. В зависимости от районов моря, мощность и состав таких отложений может меняться. Как правило, среди них преобладают илы различного гранулометрического состава. Значительно реже встречаются илистые пески. Изученность таких отложений на сегодняшний день является фрагментарной и требует комплексного подхода. В Азовском море образование подобного рода слоев связано с рядом физико-географических трансформаций в голоцене. Для восстановления природной обстановки в период формирования грунтов анализируются литологические признаки, такие как текстура, консистенция, цвет, гранулометрический и вещественный состав, а также включения органических остатков (раковинный материал, растительность) и др.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

В Азовском море, в прибрежной зоне и протоках донской дельты отбор грунтовых колонок осуществлялся с борта нис “Денеб” при помощи гравитационной грунтовой трубки, укомплектованной пластиковым вкладышем и комплектом грузов. На мелководье грунтовые колонки отбирались с несамоходного понтона (ноу-хау ЮНЦ РАН) вибрационной трубкой. Всего по такой методике нами было проведено исследование на более чем 200 станциях.

В течение последних нескольких лет буровые работы проводились в береговой зоне Таганрогского залива. География работ охватывала Беглицкую, Павло-Очаковскую, Чумбурскую и Долгую косы, а также устьевую зону р. Кагальник. В результате было пробурено 24 скважины глубиной от 5.2 до 26.5 м. Важная информация о палеогеографии Азовского моря получена в ходе бурения на косе Долгой, где в период с 2019–2021 гг. было пробурено 11 скважин (рис. 1). Для определения координат точек бурения и абсолютных отметок устьев скважин относительно уровня моря использовался GNSS приемник “ЕFT M4 GNSS”.

Рис. 1.

Районы бурения скважин на косе Долгой в период 2019–2021 гг.

Абсолютный возраст отложений определялся радиоуглеродным методом по образцам раковин моллюсков в лаборатории геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана им. В.П. Кеплена (Санкт-Петербургский государственный университет, Россия; индекс образца – ЛУ).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Голоценовые отложения Азовского моря формировались в условиях нестабильного уровня моря. На площади морского дна выделяются устойчивые области распространения различных типов морских осадков. В результате повышения уровня моря и расширения морских границ широкое развитие в верхней части осадочной толщи получили отложения, сформировавшиеся в древне- и новоазовскую стадию развития водоема. Они залегают на слоях более раннего возраста и, за исключением локальных участков размыва дна, распространены повсеместно [7–10].

Полученные нами раннее результаты определения абсолютного возраста донных отложений мощностью до 2–3 м из центральной части Азовского моря свидетельствуют об их формировании в последние 3 тыс. лет (новоазовские слои). На участках донного размыва мощность новоазовских отложений может сокращаться до 1 м и менее. Под ними залегают древнеазовские и более древние отложения [4, 8–10].

Рельеф дна южной части Азовского моря характеризуется быстрым нарастанием глубин до 10 м. К северу угол наклона поверхности дна выполаживается. Сравнительно однородный характер строения донного рельефа с глубинами, понижающимися к центральной части моря, способствовал накоплению здесь глинистых илов. На участке Керченского пролива и прилегающей акватории широкое распространение получили глинисто-алевритовые илы и песчано-ракушечные отложения [12].

Центральную часть моря выстилают глинистые и алевритово-глинистые илы с ритмичным чередованием маломощных слоев, сложенных ракушечным материалом. Большинство отложений из этой части моря по гранулометрическому составу относится к глинистым (содержание фракции <0.01 мм 70%) или алевритово-глинистым илам (содержание фракции <0.01 мм 50%). Включения материала песчаной размерности в осадках данного района крайне незначительно и, в основном, представлено детритом биогенного происхождения (обломки створок раковин бентосных моллюсков). По мере приближения к побережью, а также в районах банок и гряд, содержание ракушечного материала, алеврита и песка в осадках увеличивается.

Отложения, залегающие на юго-западе Азовского моря на площади Арабатского залива, представлены глинистыми илами с примесью ракушечного материала. Содержание биогенного материала в осадках этой части моря значительно больше, чем в центральном районе и может достигать 50%. К берегу происходит постепенное замещение глинистых и алевритово-глинистых илов илистыми алевритами и песчано-ракушечными отложениями. Разрез донных отложений мощностью 2.34 м в районе м. Канзатип (глубина моря 8 м) сложен осадками новоазовского возраста (календарный возраст 1760 ± 110, ЛУ-8328), которые представлены средне- и тонкоилистыми прослоями текуче- и мягкопластичного глинистого ила от темно-серого до черного цвета, чередующихся с прослоями, сложенными ракушечным материалом мощностью от 2 до 50 см.

В восточной и северо-западной части акватории Азовского моря на морском дне расположены возвышенности – ракушечные банки. В восточной части моря это Железинская и Ахтарская банки, а на северо-западе – относительно мелкие изометричные в плане поднятия, расположенные южнее Бердянской и Обиточной кос. На вершинах банок и гряд отлагаются ракушечники и крупнозернистые органогенно-детритусовые пески желтого и желто-коричневого цвета, которые вниз по склону замещаются илистыми органогенно-детритусовыми песками и ниже к основанию банок – илистыми осадками с примесью ракушечного материала. Между поднятиями широкое развитие получили илистые осадки с включениями раковинного материала. В понижениях морского дна с глубинами 12–14 м, расположенных к западу от Железинской банки, также залегают глинистые илы (фракция <0.01 мм составляет 85%) черного цвета текучей консистенции. Донные осадки из этого района моря почти повсеместно имеют специфический запах сероводорода. Для отложений черного цвета с запахом сероводорода характерны маломощные прослои (в среднем 0.5–1 см), сложенные раковинами замороустойчивого моллюска Hydrobia. Этот морской вид выносит колебания температур от 0°С до 30°С, соленость от 5 до 35‰ и устойчив к дефициту кислорода.

В основном, донные отложения мощностью до 2–3 м в этом районе имеют новоазовский возраст. Только лишь на периферии Железинской банки мощность отложений новоазовского возраста сокращается до 0.5–1 м. Цвет осадков – от темно-серого до черного. Местами отмечается микрослоистость, обусловленная чередованием прослоев ила черного и серого цветов. Консистенция илистых отложений в верхней части – от текучей до текуче-пластичной, в нижней – до мягкопластичной. Нередко по всей мощности отобранных колонок через 20–30 см встречаются прослои мощностью 2–5 см, сложенные раковинами моллюсков (в основном, створками морского эвригалинного вида Cerastoderma).

В устьевой зоне Темрюкского залива в новоазовское время накапливались глинистые илы от темно-серого до черного цвета с примазками и прослойками гидротроилита и запахом сероводорода. Периодически в осадках из грунтовых колонок отмечаются включения углефицированной органики и микрослоистость (мощность слоев 1–2 мм). В кутовой области залива происходит постепенное замещение илистых осадков на отложения смешанного типа и далее к берегу – на пески, обогащенные ракушей и ракушечным детритом.

Таганрогский залив характеризуется сложным распределением осадков по площади дна. Существенное влияние на процесс седиментогенеза в приустьевой части залива оказывает река Дон. От восточной части залива к западной характер осадков закономерно изменяется. В восточной части широкое распространение получили алевритово-илистые мелкозернистые пески с включением обломков створок раковин. К западу с увеличением глубин гранулометрический состав отложений изменяется в сторону уменьшения размера частиц. Характерный узкий ареал глинистых илов наблюдается на дне осевой ложбины Таганрогского залива на глубине 5–10 м, которая в плане соответствует долине палео-Дона. Алевритовые илы и осадки смешанного типа по площади дна Таганрогского залива распространены локально и связаны постепенными латеральными переходами как с тонкодисперсными илами, так и с более крупнозернистыми песчаными отложениями. Площадь распространения этих отложений зависит от глубин, которые редко превышают четыре метра, и твердым стоком рек. Другим фактором, определяющим присутствие этого типа осадка, является близость берегов, сложенных лессовидными суглинками [7, 8]. Цвет илистых осадков Таганрогского залива – от серо-зеленого до черного. Консистенция – от текучей до текуче-мягкопластичной. Микрослоистая структура для илов не характерна ввиду периодического волнового воздействия. В кутовой части залива, а также протоках донской дельты в отложениях в виде включений отмечаются остатки углефицированной органики черного цвета (стеблей прибрежной растительности). Мощность новоазовских отложений в центральной части залива невелика. В пробах раковинного материала из грунтовых колонок, отобранных на акватории Таганрогского залива (датировка 2960 ± ± 80 л.н.), доминируют Cerastoderma rhomboidеs и Abra segmentum, а также отмечен Mytilus galloprovincialis. Так же в большом количестве присутствуют Cerastoderma rhomboidеs и Abra segmenta [12].

В составе осадков, отложившихся в западной и центральной частях Таганрогского залива, в хроноинтервале 5.5–4.5 тыс. л.н. (древнеазовские отложения), преобладают раковины и ракушечный детрит, переслаивающиеся с илистыми и песчаными отложениями. Севернее Чумбурской косы эти осадки залегают на мелко-среднезернистых кварц-полевошпатовых песках, содержащих тонкие прослойки (мощностью 5 мм) глинистого материала.

Анализ данных бурения и датирования береговых отложений косы Долгой (самое крупное аккумулятивное тело на южном побережье Таганрогского залива) позволяет сделать вывод, что ее основной рельеф сформировался в течение новоазовской стадии развития Азовского моря. Выделяется шесть стадий развития косы [13, 14]. Вскрытая скважинами верхняя часть отложений косы Долгой повсеместно сложена ракушечным материалом с примесью глины и суглинка. Нижняя часть разреза представлена суглинками и песками. Мощность ракушечных отложений увеличивается от корневой к дистальной части косы, при этом среди раковинного материала преобладают створки и детрит раковин моллюсков рода Cerastoderma (более 95%).

Строение геологических разрезов на косе Долгой отличается в зависимости от месторасположения скважин. На восточном берегу (со стороны Таганрогского залива) и на дистальной части косы в разрезах на глубине от 1.5 до 5.7 м отмечается увеличение мощности лиманно-лагунных отложений, представленных туго- и мягкопластичными иловатыми глинами темно-серого и голубовато-серого цвета с включениями раковинного материала, остатков растительности и линзами мелкозернистого илистого песка. Для них характерны включения гидротроилита и запах сероводорода. Мощность таких отложений на этих участках составляет от 1.2 до 5.3 м и увеличивается от основания к оконечности косы.

В береговых отложениях других кос Таганрогского залива и в протоках взморья Дона также периодически встречаются слои заиленных детритовых песков с ярко выраженным сероводородным запахом средней мощностью 20–30 см.

ОБСУЖДЕНИЕ

Для голоцена типична ритмичность седиментации. Сопоставляя региональную специфику колебания уровня моря в Азово-Черноморском бассейне, гляциоэвстатические изменения уровня Мирового океана, опираясь на анализ данных бурения и отбора грунтовых колонок, различают до 7–10 чередовавшихся трансгрессий и регрессий в голоцене. Формирование дельты Дона и кос Азовского моря происходило в период максимума новочерноморской (4–6 тыс. л.н.) и нимфейской (2.4–1.5 тыс. л.н.) трансгрессий [12].

Рассматривая новейшие отложения, можно обнаружить различия в их цветовой гамме, текстуре, физико-механических свойствах, видовом составе малакофауны, а также мощности и абсолютном возрасте. Все перечисленные черты указывают на смену субаэральных, мелководных или прибрежных обстановок осадконакопления. При бурении скважин и отборе грунтовых колонок на акватории и береговой зоне Азовского моря, в дельте Дона, в дельтах малых рек Приазовья (Кагальник и др.) нами были вскрыты слои и прослои осадочных отложений различной мощности характерного темного цвета (до черного) и запахом сероводорода. Эти прослои (10–20 см) и слои (1–2 м и более) характеризуются включениями гидротроилита, растительных остатков и запахом сероводорода. Предположительно они формировались в условиях дефицита кислорода в условиях лагун, болот, плавней и неглубоких водотоков на осушенном дне в периоды регрессии моря (например, во время существования “Меотийского озера”). Их абсолютный возраст варьирует от 0.9 до 9.0 тыс. лет (рис. 2). На косе Долгой, а также во всех изученных разрезах слои, прослои, примазки гидротроилита лежат ниже современного уровня Азовского моря на 1.5–5.7 м (рис. 3). Известно, что гидротроилит (FeS · nH₂O) возникает в осадках при взаимодействии гидроокислов железа со свободным сероводородом, являющимся продуктом метаболизма сульфатредуцирующих бактерий [15].

Рис. 2.

Возраст отложений с включениями органики и прослоями гидротроилита в разрезах скважин, пробуренных на косе Долгой (Краснодарский край).

Рис. 3.

Разрез скважины 21 (коса Долгая).

Известно, что регрессии на азовском шельфе происходили в корсунское (1.3–0.5 тыс. л.н.), фанагорийское – “Меотийское озеро” (3.1–2.5 тыс. л.н.) и новоэвскинское (12.5 тыс. л.н.) время [12]. Строение и состав древнеазовских и новоазовских отложений, сейсмоакустические исследования в Таганрогском заливе, несколько генераций древних береговых валов на косе Долгой, серия песчаных островов и мелководий на морском продолжении косы Долгой, артефакты античной цивилизации на азовском шельфе также подтверждают периодичность колебаний уровня моря в голоцене. При этом дельта Дона перемещалась к траверзу Мариуполь-коса Долгая [4, 8, 12, 16].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Акватория Азовского моря представляет информативный природный полигон для детального (углубленного) изучения процесса колебания (осциляций) уровня Мирового океана в голоцене и конкретно на этапе развития в последние 2–7 тыс. л. Здесь по разрезам донных и береговых отложений достаточно полно прослеживается изменение природных условий региона на протяжении последних нескольких тысяч лет.

Присутствие в разрезах органических остатков, раковин моллюсков, прослоев гидротроилита и характерного запаха сероводорода является важным маркирующим признаком, позволяющим определять периоды, когда на площади дна Азовского моря существовали мелководные либо субаэральные условия осадконакопления. Как показывают наши исследования колонок донных отложений и кренов с косы Долгой, совместно с радиоуглеродным определением возраста слоев, эти отложения с признаками субаэрального происхождения формировались асинхронно на разных участках дна моря в хроноинтервале от 0.9 до 9.0 тыс. лет. Такие осадки несут важную информацию об изменении природных условиях в Азовском море в голоцене.

Дальнейшие исследования предполагают комплексное изучение донных и береговых отложений Азовского моря с привлечением данных бурения и сейсмопрофилирования морского дна на акватории от Керченского пролива – Арабатской стрелки до кос Долгой, Белосарайской и далее на восток до авандельты Дона. Аналитические работы помимо литологических и малаколгических исследований должны включать определение абсолютного возраста морских осадков различными методами датирования (радиоуглеродное, OSL-датирование и датирования по короткоживущим изотопам свинца и цезия).