Океанология, 2020, T. 60, № 6, стр. 954-969

ВВЕДЕНИЕ

К полярным относятся моря, значительная часть которых расположена в полярных зонах обоих полушарий: в Арктике – севернее, а в Антарктике – южнее полярного круга (66°33′ с.ш.). Больше всего полярных морей в Северном Ледовитом океане. Они находятся, иногда полностью, на континентальных окраинах и шельфах Евразии и Северной Америки, примыкая к современным и древним центрам оледенения. К востоку от Гренландии здесь расположены следующие полярные моря: Гренландское, Норвежское, Баренцево, Карское, море Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское, Берингово. Большей частью эти моря мелководные (глубина менее 500 м). Некоторые моря (Гренландское, Норвежское и др.) имеют спрединговое происхождение. К Антарктиде примыкают полярные моря Росса, Амундсена, Беллинсгаузена, Уэдделла.

Для морей Арктики и Антарктики характерно широкое развитие ледового седиментогенеза [20]. Здесь значительную роль имела поставка каменного материала льдами и айсбергами из центров оледенения не только на дно полярных морей, но и в глубоководные области Северного Ледовитого, Атлантического, Тихого и Индийского океанов, удаленные от центров оледенения на тысячи километров.

Наши и другие данные [20, 28] свидетельствуют о том, что при ледовом разносе донный каменный материал (ДКМ) полярных морей содержит обломки горных пород, принесенные с континентов. Если не учитывать это обстоятельство, а считать их местными, коренными, то последующие палеореконструкции приведут к ошибочным геологическим заключениям. А это, в свою очередь, вызовет неверные представления о правовой принадлежности участков дна с континентальным каменным обломочным материалом к тому или иному государству. Учитывая то, что полярные моря содержат много таких участков, а их границы точно не определены и не обозначены на дне моря, нетрудно себе представить, какие разногласия могут возникнуть между разными государствами по правам их обладания. Выход из данной ситуации может быть найден не только в детальном изучении обломочного материала, но, и в ряде случаев, в проведении геофизических исследований и буровых работ с отбором керна и изучением состава горных пород.

ДКМ большинства перечисленных выше полярных морей изучен слабо. Наиболее изучен он в Баренцевом, Карском, Норвежском, Гренландском морях Арктики. Хотя и там этот материал изучался попутно, при проведении исследований горных пород океанического фундамента.

Большое значение ДКМ имеет при решении вопросов об источниках терригенных обломков, при выявлении динамики ледникового покрова и участков экзарации как в центрах оледенения, так и на путях транспортировки льда. Возникает необходимость рассмотрения ДКМ наиболее изученных полярных морей. Это в свою очередь даст возможность судить о масштабах ледовой седиментации и решить ряд геологических проблем, в том числе связанных с размещением месторождений полезных ископаемых.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Институт океанологии РАН и его Атлантическое отделение давно (с 50-х гг. прошлого века) изучают каменный материал со дна полярных морей (Норвежского, Гренландского, Баренцева), Северной Атлантики, Тихого океана, а также Балтийского моря.

Цель данной работы – выявить особенности распределения, состава и генезиса каменного материала в разных полярных морях и определить возможность его использования для геологического картирования и выяснения деталей движения ледовых покровов. Статья базируется на материале, полученном в советских, российских и международных экспедициях Института океанологии в период с 1956 по 2018 гг.

Методика сбора каменного материала в ранние годы наших работ заключалась в проведении драгирований и тралений, недостатком которых является отсутствие возможности количественного учета распределения его количества на дне моря. Более совершенный способ, применяемый сейчас, заключается в отборе проб осадков трубой большого диаметра и дночерпателями и последующей промывке дозированной дозы осадка (обычно 10 л) на ситах. Полученные при этом размерные фракции каменного материала фотографируются, взвешиваются и изучаются раздельно. Это более трудоемкий способ изучения, но зато он дает возможность количественной оценки распределения каменного материала в изученном регионе и более надежной привязки его к источнику. Наряду с оригинальными данными для этих целей использовались и публикации в отечественных и зарубежных изданиях. Наиболее полные данные и обобщения ДКМ в осадках океана приведены А.П. Лисицыным в его статьях и в монографии “Ледовая седиментация в Мировом океане” [20, 41].

МОРЕ УЭДДЕЛЛА (ПРИАНТАРКТИКА)

В море Уэдделла на материковом склоне Антарктиды, в центральной котловине и на шельфовом склоне Оркнейских островов в 5 скважинах глубоководного бурения (скважины 692–696) по программе 113-го рейса НИС “JOIDES Resolution” был отобран валунно-галечный материал ледового разноса, приуроченный к осадочным горизонтам олигоцена, миоцена, плиоцена и четвертичного периода [36] (см. рис. 1). Этот материал маркирует горизонты как древних олигоцен-миоценовых оледенений, приведших к формированию покровных ледников Антарктиды, так и плиоцен-современных.

Рис. 1.

Количественное распределение (кг/м³) грубообломочного материала в верхнем пятиметровом слое донных осадков Атлантики и ее полярных морей по [28]. 1 – <1, 2 – 1–10, 3 – 10–100, 4 – >100 кг/м³, 5 – неравномерное, 6 – граница распространения плавучих льдов во время максимума последнего оледенения, 7 – современные границы распространения плавучих льдов, 8 – области современного оледенения, 9 – движение субарктических водных масс в заключительной стадии оледенения, 10 – граница многолетней мерзлоты в Европе и Северной Америке, 11 – границы Срединно-Атлантического хребта, 12 – местоположение станций и скважин DSDP с ДКМ и номера изученных скважин.

ДКМ олигоцен-среднемиоценого возраста вскрыт в осадках восточного материкового склона Антарктиды (скважины 692–693) и в центральной котловине (скв. 694). Он представлен преимущественно вулканическими и магматическими породами (базальтами, гранитами, диабазами), а также единичными обломками песчаников и биотитовых сланцев.

Ареал распространения ДКМ позднего миоцена более обширен и захватывает все три исследованных участка моря Уэдделла. Он характеризуется доминированием осадочных пород над магматическими и представлен в основном роговиками, амфиболит-биотитовыми гнейсами, биотит-гранатовыми сланцами и песчаниками. Этот материал маркирует снос с континента в период развития максимального антарктического оледенения.

ДКМ в осадках плиоцен-четвертичного возраста приурочен в основном к скважинам склона Оркнейских островов (скв. 696) и материкового склона антарктического континента (скв. 693). Основная часть ДКМ скважин 695–696 представлена магматическими и вулканическими породами (базальты, андезиты, граниты), которые приурочены к локальным источникам (вулканиты Оркнейских островов). Обломки пироксен-амфиболитового гнейса в скважинах 693–694 указывают на айсберговый разнос с Антарктиды.

СЕВЕРНАЯ АТЛАНТИКА И НОРВЕЖСКО-ГРЕНЛАНДСКИЙ БАССЕЙН

Данные по распределению ДКМ (кг/м³), его составу и генезису в четвертичных осадках Атлантического океана представлены А.В. Солдатовым с группой исследователей [28] (рис. 1). На этой схеме ясно выделяются полярные моря Арктики и Антарктики с обилием каменного материала и его разнообразным составом. В Норвежском и Гренландском морях осадки на участках дна, примыкающих к Гренландии и Скандинавии, содержат более 100 кг/м³ каменного материала ледового разноса, принесенных в основном айсбергами. По данным глубоководного бурения нами выявлено, что этот материал начал накапливаться в осадках с возрастом до 3.5–4.5 млн лет [30]. Следовательно, формирование центров оледенения и первых айсбергов началось еще в плиоцене. Этот материал разносился айсбергами на юг в Центральную Атлантику до 29–30° с.ш., т.е. широты Канарских островов. В составе каменного материала преобладают древние горные породы, в том числе гранито-гнейсы и амфиболовые сланцы. Абсолютный возраст сланцев по нашим данным в троге Кинг 1.2–1.3 млрд лет. Они широко развиты в Скандинавиии доставлены сюда айсбергами [22].

У Норвежского побережья повсеместно преобладают разнообразные магматические и метаморфические породы: габбро, пироксениты, диориты, сиениты, кварциты, амфиболиты, кристаллические сланцы. Большое разнообразие петрографических типов пород (до 9–10 типов) отмечено в осадках Норвежской котловины (рис. 2) и на Фареро-Исландском пороге [14, 31]. На пороге обломки каменного материала представлены базальтами, гранитами, гранодиоритами, диоритами, пегматитами, гранито-гнейсами, пироксенитами, амфиболитами, сланцами. Некоторые авторы (например, Б.Н. Котенев, И.Э. Ломакин [14] до сих пор считают Фареро-Исландский порог континентальной структурой). Хотя здесь пробурены глубоководные скважины DSDP и доказано, что порог является океанической структурой, возникшей под влиянием Исландского плюма при спрединге плит [39].

Рис. 2.

Карта петрографического состава и терригенно-петрографических провинций грубообломочного материала Северной Атлантики и Норвежско-Гренландского бассейна по [20]. Петрографическое разнообразие горных пород, количество разновидностей (1–4): 1 – от 1 до 7, 2 – от 8 до 12, 3 – от 13 до 20, 4 – более 20; 5 – граница областей с разным петрографическим разнообразием; 6 – граница петрографических провинций; 7 – предполагаемые пути поступления грубообломочного материала, 8 – суша, 9 – граница водосбора, 10 – местоположение станций. Круговые диаграммы: I–IV – типы пород: I – магматические, II – осадочные, III – вулканогенные, IV – метаморфические; а – гранитоиды, б – габброиды, в – базальты, г – андезиты, д – риолиты, е – основные туфы, ж – алевролиты, з – аргиллиты, и – песчаники, к – карбонатные породы, л – гнейсы, м – амфиболы, и – сланцы, о – кварциты. А–Д – петрографические провинции: А – Ньюфаундленд-Лабрадорская, Б – Гренландская, В – Исландская, Г – Британская, Д – Норвежская.

По вещественному составу грубообломочного материала в морях Северной Атлантики и Норвежско-Гренландского бассейна выделены следующие терригенно-петрографические провинции (рис. 2).

1. Ньюфаундленд-Лабрадорская алевролит-песчаник-гнейс-гранит-лабрадоритовая провинция расположена на западе Северной Атлантики у северо-восточного побережья Северной Америки. Преобладающие петрографические разновидности пород в грубообломочном материале донных осадков провинции представлены глинистыми известковыми алевролитами, аркозовыми песчаниками, биотитовыми лейкократовыми гранитами. В меньшем количестве присутствуют лабрадориты, гнейсы; единичны образцы аргиллитов, сланцев, органогенно-обломочных известняков, кварцитов, диоритов, уралитизированных базальтов, средних и кислых туфов. Отмечены находки фосфоритовых конкреций в южной части Большой Ньюфаундлендской банки. Формирование в плейстоцене грубообломочного материала этой провинции было связано, главным образом, с айсберговым и ледовым привносами из районов распространения пород палеозоя–докембрия, прежде всего, с Канадского щита (полуостров Лабрадор) и, в меньшей степени, с Гренландского щита;

2. В районах, примыкающих к Гренландии, роль изверженных и метаморфических пород настолько велика, что здесь следует выделить самостоятельную Гренландскую петрографическую подпровинцию;

3. Британская песчаник-базальто-гнейсо-амфиболитовая петрографическая провинция выделяется в восточной части Северной Атлантики и ограничивается западными берегами Британских островов, протягиваясь к поднятию Роколл на юге. В провинции наибольшим развитием среди грубообломочного материала пользуются красные железистые, зеленые хлоритовые и граувакковые песчаники, массивные базальты, гранито-гнейсы, роговообманковые, пироксеновые амфиболиты и кристаллические сланцы. Такой набор пород в донном грубообломочном материале соответствует породам, слагающим палеозойские массивы островов северо-западной Великобритании;

4. Норвежская гнейсо-гранит-амфиболит-филлитовая петрографическая провинция охватывает юго-восточную часть Норвежского моря, протягивается с запада на восток от хребта Ян-Майендо западных берегов Норвегии и ограничена на юге Фареро-Шетландским желобом. Здесь в грубообломочном материале господствуют гнейсы, катаклазированные граниты, пироксеновые амфиболиты, окварцованные филлиты. В меньших количествах встречены гальки кварцевых песчаников, органогенно-обломочных известняков, глинистых катунов. Петрографический состав донных обломков провинции сходен с составом пород побережья Норвегии. Сравнительное постоянство состава подводных образцов в подповерхностных и поверхностных слоях осадков может быть объяснено неизменностью питающих участков, т.е. терригенный материал длительное геологическое время поставлялся, главным образом, со Скандинавского щита айсбергами и ледниками;

5. Исландская базальтовая петрографическая провинция включает срединный район Северной Атлантики, в том числе хребты Рейкьянес и Кольбейнсей. Она выделяется постоянством петрографических разновидностей пород донного грубообломочного материала, в котором обычно преобладают базальтоиды, принесенные айсбергами из Исландии.

БАРЕНЦЕВО МОРЕ

Неоднократные попытки сбора и исследования состава каменного материала не решили вопрос его происхождения и характера распределения в Баренцевом море и ряде полярных морей. И сейчас имеются два основных мнения: 1 – каменный материал имеет местное происхождение, т.е. соответствует составу коренных пород того участка земной коры, где он собран [1, 7, 8, 11, 33]; 2 – каменный материал экзарирован и принесен ледником, в основном, из центров оледенения [19, 20, 24, 32]. Центры оледенения в Баренцевоморском регионе находились в плейстоцене и находятся сейчас, в голоцене, в горных районах и на поднятиях земной коры, окружающих акваторию моря.

По идее, предложенной А.П.Лисицыным [19, 21, 24, 41], изучение ДКМ даст возможность решить названную выше проблему его происхождения и распределения, которая весьма важна и в практическом плане при геокартировании дна, прогнозировании и поиске месторождений полезных ископаемых. Каменный материал дает также сведения об источниках терригенного вещества, поступающего в осадочные бассейны, позволяет выявлять трассы движения ледников, определять масштабы оледенения и решать другие геологические и палеогеографические задачи [19, 21, 24, 41].

Изучение ДКМ Баренцева моря было начато в 20-х годах прошлого столетия М.В. Кленовой по сборам научно-промысловых и рыбацких судов; в результате сделаны два основных вывода: 1 – о слабом влиянии льдов на перенос крупнообломочного материала, 2 – “каждому элементу рельефа Баренцевоморской равнины… присущ своеобразный набор пород” [11]. Эти представления стал развивать В.Д. Дибнер [7, 8], на их основе он составил геологическую карту Баренцева моря. Далее идею подхватили В.Б. Хасанкаев [33] и другие исследователи, применив ее для изучения как Баренцева моря, так и некоторых других геоструктур Северного Ледовитого океана.

В 1976 г. сбор ДКМ при помощи драги и тяжелой трубы большого диаметра и его исследование по профилю п-ов Рыбачий – Земля Франца- Иосифа выполнен Г.С. Хариным и А.А. Красильщиковым [32] в 23-м рейсе НИС “Академии Курчатов” (1976 г.). Было выявлено, что в составе ДКМ существенно преобладает обломочный материал, принесенный издалека. Так, источником гранитов, гранито-гнейсов, амфиболитов, габброидов и других древних пород были кристаллические комплексы Балтийского щита. Но в центральной части профиля в районе Центрального Баренцева плато и Центральной банки предположена возможность наличия коренных обнажений верхнего мела. Здесь драгой и трубой были получены слабосцементированные алевролиты, возраст которых, по данным палинологического анализа 13 образцов, близок между собой и определен как альб-сеноманский.

По итогам работ 67 и 68-го рейсов НИС “Академик Мстислав Келдыш” был изучен петрографический состав ДКМ в 9 районах моря:1 – северо-западная окраина арх. Новая Земля; 2 – центр Баренцева моря; 3 – район Печоры-Варандей; 4 – район Кольского полуострова; 5 – район Скандинавии; 6 – район о. Медвежий; 7 – район Шпицберген Южный; 8 – район Шпицберген Северный; 9– район арх. Земля Франца-Иосифа. Были выделены 35 петрографических типов и подтипов пород (рис. 3), которые отражают большое разнообразие состава ДКМ практически в каждом районе моря (больше 10 типов горных пород) [12, 16, 25]. ДКМ распространен в верхней части осадочной толщи Баренцева моря неравномерно. Максимальное количество выделенных типов и подтипов каменного материала приурочено к районам Скандинавского п-ва, Мурманского поднятия, западной прибрежной части арх. Новая Земля (к глубинам 200–250 м) и континентальному склону западной окраины Баренцева моря (к юго-западу от о. Медвежий) (глубины 400–450 м). Среди проанализированных эталонных образцов были определены доминирующие типы ДКМ: алевролиты, песчаники, сланцы и диориты. Максимальные концентрации алевролитов и песчаников отмечены для центральной (банки Персей, Центральная) и западной (побережье Скандинавии, район о. Медвежий, юго-западный склон Шпицбергенской банки) частей моря. Восточная часть моря характеризуется меньшим количеством упомянутых типов ДКМ, что должно объясняться, вероятно, менее интенсивной экзарацией и гидродинамикой прибрежной зоны. Магматические типы пород ДКМ выявлены в разных количествах (от единичных обломков до 43% от общего количества ДКМ) во всех районах, но, в целом, составляют незначительную долю. Их максимальные скопления приурочены, в основном, к побережьям Скандинавского и Кольского полуостровов, что можно объяснить их происхождением в результате экзарации и абразии береговых горных массивов.

Рис. 3.

Петрографический состав каменного материала Баренцева и Печорского морей по результатам работ в 67 и 68-м рейсах НИС “Академик Мстислав Келдыш” по [33]. Типы пород: осадочно-органогенные иэффузивно-осадочные: 1 – алевролит, 2 – аргиллит, 3 – песчаник, 4 – брекчия, 5 – конгломерат, 6 – яшма, 7 – фосфорит, 8 – доломит, 9 – известняк, 10 – мергель, 11 – коралл, 12 – белемнит, 13 – железистые конкреции, 14 – железистые корки, 15 – кремень, 16 – сланец, 17 – уголь; изверженные глубинные: 18 – габброид, 19 – гранит, 20 – гранитоид, 21 – гранодиорит, 22 – диорит, 23 – перидотит; изверженные жильные: 24 – пегматоид; изверженные эффузивные: 25 – базальт, 26 – диабаз, 27 – порфирит; метаморфические: 28 – гнейс, 29 – кварцит, 30 – роговик, 31 – скарн, 32 – слюдистый сланец; отдельные минералы и образцы: 33 – кальцит, 34 – кварц, 35 – полевой шпат, 36 – шлак. Пунктиром показаны границы районов Баренцева моря (1 – район арх. Новая Земля, 2 – центр Баренцева моря, 3 – район Печора-Варандей, 4 – район Кольского п-ва, 5 – район Скандинавского п-ва, 6 – район о. Медвежий, 7 – район Шпицберген Южный, 8 – район Шпицберген Северный, 9 – район арх. Земля Франца-Иосифа).

Почти для всех выделенных районов в составах ДКМ имеются петрографические маркеры – типы горных пород, указывающие на место их происхождения, откуда они были доставлены ледником. Но, при этом, один и тот же маркер отмечается в нескольких районах. Это свидетельствует о транзите его ледником из одного источника в разные районы. К таким маркерам относятся, например, коричневые (красноцветные) песчаники, фосфориты, развитые в пермских отложениях Северного острова архипелага Новая Земля. Из обнажений этого возраста в районы центральной части Баренцева моря ледник принес нижнедевонские оолитовые известняки, доломиты грибовской свиты и черные сланцы. Такое же происхождение имеют и обломки гранитов. Граниты района Печоры-Варандея принесены речным льдом с Полярного Урала. В районах Скандинавии и Кольского полуострова маркерами являются пегматиты, граниты, диориты. Характерно, что кольские обломки пегматоидов присутствуют в составе ДКМ в районе о. Медвежий. В составе маркеров ДКМ района Шпицберген Северный, отмечены угловатые, слабоокатанные обломки и окатанная галька базальтов, гранитов, гнейсов, диоритов, кварцитов, розовой яшмы, кварца, песчаников, черных сланцев, алевролитов. В районах Шпицберген Южный и Печора-Варандей было получено только 5 угловатых и слабоокатанных обломков размером от 1 до 4 см серого известняка, черного сланца и алевролита.

Магматические типы пород ДКМ выявлены в разных количествах (от единичных обломков до 43%) во всех районах, но, в целом, составляют незначительную долю. Их максимальные концентрации отмечены, в первую очередь, для периферийных районов Баренцева моря, вблизи материкового склона Балтийского щита (Скандинавского и Кольского полуостровов) и около склона архипелагов Новая Земля и Шпицберген, их минимальное содержание – в осадках центральной части Баренцева моря в районе банок Персей и Центральная. На диаграмме химического состава (рис. 4) среди магматических пород можно выделить: 1 – диориты нормального ряда (районы Печора-Варандея, Скандинавского и Кольского полуостровов, о. Медвежий и Шпицберген Северный); 2 – субщелочные граниты и диориты, приуроченные к западной и центральной частям Баренцева моря (к югу от о. Медвежий, в районах Северный Шпицберген и Центральная котловина). Достаточно наглядно прослеживается связь магматических пород ДКМ Баренцева моря с магматизмом прилегающих островных и наземных источников – областей сноса. Поле раннепротерозойских вулканитов Печенгского района Кольского полуострова охватывает почти все составы магматических пород ДКМ Баренцева моря.

Рис. 4.

Магматические породы ДКМ Баренцева моря и поля их предполагаемых источников на классификационной диаграмме (K₂O + Na₂O)–SiO₂ [40]. 1–4 – ДКМ Баренцева моря (цифры – номера станций 67 и 68-го рейсов НИС “Академик Мстислав Келдыш”): 1 – базальты, диабазы, 2 – диориты, 3 – гранодиорит, 4 – щелочной гранит; 5–11 – поля предполагаемых наземных источников ДКМ (цифры – номера полей на диаграмме): 5 –долеритовые дайки Шпицбергена (Конг–Карлс–Ланд) (1) [36], 6 – верхнеюрские и нижнемеловые базальты, долериты Шпицбергена (Конг–Карлс–Ланд) (2) [36], 7 – гранитоиды девонских конгломератов, о. Западный Шпицберген (серия Ред–Бей) (3) [27], 8 – палеозойский кимберлитовые дайки, Шпицберген (4) [9], 9 – раннепротерозойские вулканиты Печенгского района, Кольский п-ов (5) [43], 10 – базальты ЗФИ (6) [42], 11 – андезиты ЗФИ (7) [42].

Проведенный анализ зависимости количества выделенных эталонных образцов (показатель разнообразия ДКМ) от долей содержания гранулометрических фракции и степени окатанности образцов показал, что разнообразие ДКМ не привязано к определенной фракции (т.е. данный материал не сортирован) – значения коэффициента линейной аппроксимации R ² < 0.4. Но наблюдается некая положительная корреляция количества эталонных образцов с распределением неокатанного материала, степень аппроксимации в этом случае R ² > 0.5. Данная картина распределения может быть косвенным доказательством ведущей роли ледниково-айсбергового разноса (неокатанный материал) при формировании ДКМ Баренцева моря и зависимости его состава от геологического строения и петрографии областей сноса.

По результатам исследования ДКМ в Баренцевом море сделаем ряд выводов.

I. Изучение грубообломочного материала (донного каменного материала – ДКМ) в позднечетвертичных и голоценовых осадках Баренцева и Печорского морей показало, что он распространен неравномерно, но почти повсеместно. Петрографический состав ДКМ в разных районах Баренцева моря подвержен значительным колебаниям, но в целом он комплементарен набору горных пород прилегающей суши и количественно обеспечивается размером экзарации и выносом материала ледником в районы седиментации. В этих районах в составе ДКМ имеются обломки пород-индикаторов, указывающих на источник их происхождения.

II. В составе гравийной фракции в большинстве изученных районах (центральной части Баренцева моря, районах Земли Франца-Иосифа, северо-западной части Новой Землии Печоры-Варандея) существенно преобладают слабосцементированные алевролиты. Этот факт объясняется двумя причинами: 1 – эти породы легко дробятся и при транспортировке льдом и течениями в водной среде измельчаются, искажая истинное соотношение типов пород в ДКМ; 2 – в центральной части Баренцева моря на донных поднятиях и банках возможны коренные обнажения меловых слабосцементированных алевролитов. При низком уровне моря в плейстоцене здесь формировались баренцевоморские центры оледенения, откуда алевролиты при экзарации разносились ледниками по акватории моря.

III. Учитывая большую мобильность ДКМ и разнообразный его состав, следует сделать заключение, что перспективы его использования для геокартирования и прогнозирования на минеральные ресурсы дна Баренцева и Печорского морей весьма ограничены.

КАРСКОЕ МОРЕ

ДКМ этого моря изучен слабо. В 49-м рейсе НИС “Дмитрий Менделеев” (1993 г.) в этом море были впервые выполнены количественные определения содержания и петрографического состава грубообломочного материала на 42 станциях (рис. 5). Для извлечения каменного материала промывалось в каждой пробе более чем100 л донных осадков. При лабораторных исследованиях этого материала была проведена его дифференциация на группы по способу транспортировки, дальности переноса, петрографическому и минеральному составам, вторичным преобразованиям, возрасту, петрохимическим особенностям [23]. Ниже приводятся данные о ДКМ, петрографических провинциях на дне Карского моря и его континентальных источниках.

Рис. 5.

Схема распределения петрографических типов грубообломочного каменного материала на дне Карского моря по [18]. 1 – местоположение и номера станций, 2 – круговая диаграмма с данными о соотношениях типов в составе пород. I–IV – типы пород: I – магматические, II – осадочные, III – вулканогенные, IV – метаморфические. а – андезиты, б – базальты, в – габброиды, г – граниты, д – диабазы (долериты), е – диориты, ж – гнейсы, з – кристаллические сланцы, и – филлиты, к – углистые, графитовые, глинистые, хлорит-серицитовые сланцы, л – кварциты, м – кварц, и – аргиллиты, о – алевролиты, п – песчаники, р – известняки и мергели, с – доломиты, у – уголь, ф – фосфатные включения, ш – шлаки, остеклованные обломки, s – сульфидная минерализация, w – рудные (железомарганцевые корки), N – битуминозность. Пунктир – граница между Западно-Карской (ЗК) и Восточно-Карской (ВК) петрографическими провинциями.

Свойства каменного материала из донных осадков. Концентрация ДКМ для 42 станций в 1 л донного осадка из верхнего слоя современных отложений оказалось в пределах от 0 до 48 г/л [23]. Вклад каменного материала повышается на подводных поднятиях и снижается в понижениях рельефа, т.е. прослеживается четкая связь с рельефом дна моря – так же как и в других районах распространения каменного материала [15, 16, 20, 23]. Ни на одной из станций не удалось получить надежных доказательств распространения моренных отложений, которые подтвердили бы гипотезу существования Карского покровного ледника с центром оледенения в открытых частях Карского моря. Большая часть отложений содержит меньше 5% каменного материала и только на отдельных поднятиях дна отмечены значения 5–25% [38].

В осадках Карского моря преобладают окатанные и полуокатанные обломки, как в крупных фракциях, так и в гравийной фракции и в крупнопесчаной, где обломки пород еще сохраняются, т.е. не разделяются на отдельные составляющие их минеральные зерна, переходящие в песчаные и алевритовые фракции. Преобладает материал мелкий – гравийный и крупнопесчаный, крупные обломки (галька и более крупные) редки. Валунного материала (крупнее 10 см) получено не было. Траления на поднятиях не дали крупного или экзотического материала, который по своим показателям (крупность, окатанность, характер поверхности и др.) мог бы уверенно определяться как моренный материал или как выходы коренных пород [23].

Каменные обломки диаметром более 5 см были обнаружены в пробах из дночерпателей и тралов с 15 станций. Из них на 5 станциях в крупных обломках встречалась одна и та же порода – базальт (станции 4400, 4405, 5510, 4411, 4412). Эти станции расположены в устье р. Енисей.

Для двух образцов базальта (4405-3 и 4411-1) был определен возраст K–Ar методом: 209 и 218 млн лет [24]. Это существенно меньше, чем возраст сибирских траппов (247–248 млн лет), и намного больше, чем возраст траппов Земли Франца-Иосифа (80–160 млн лет).

Xарактерны очень низкие содержания грубообломочного материала и неравномерное его распространение по поверхности дна (рис. 6). Концентрация этого материала заметно возрастает у восточного побережья Новой Земли (станции 4380, 4382), а также вблизи юго-восточного берега полуострова Таймыр (ст. 4402, около о. Диксон) и в Енисейской губе (станции 4405–4413).

Рис. 6.

Разрез верхне-четвертичных отложений на ст. 4381, глубина моря 375 м, по [17, 18]. Осадки: 1 – гравий, галька; 2 – алевриты; 3 – пелитово-алевритовые илы; 4 – алевритово-пелитовый ил; 5 – пелитовые илы; 6 – “сухие глины”. Текстуры: 7 – пятнисто-диагенетическая; 8 – горизонтально-слоистая; 9 – комковатая. Органические остатки: 10 – трубочки полихет.

Большая часть собранного тралами и дночерпателями каменного материала, судя по форме обломков и их окатанности, а также характеру поверхности, разнообразию их петрографического состава, была перенесена плавучими льдами. Не исключается возможность транспортировки древнего грубообломочного материала ледниками и айсбергами, особенно в позднем плейстоцене, что отмечается в колонках (рис. 7). В пользу ледникового и айсбергового разноса свидетельствует следующее: 1 – осадки“ледникового” верхнеплейстоценового возраста более насыщены грубообломочным материалом, чем осадки “морского” голоцена; 2 – этот материал приурочен к отдельным горизонтам, маркирует время наибольшего распространения ледников; 3 – к этим же горизонтам нередко приурочены и так называемые “сухие глины”, которые могут представлять собой моренные образования, экзарированные на Новой Земле.

Рис. 7.

Схема количественного распределения и путей ледово-айсбергового разноса грубообломочного материала по [18]. 1 – станции отбора проб, их номер, количество грубообломочного материала, полученного при промывке 100 л осадка из дночерпателя, 2 – пробы из тралов, 3 – пробы из дночерпателей, 4 – гравий, галька в колонках, 5 – “сухая глина” в колонках, 6 – следы ледниковой обработки каменного материала, 7 – ветрогранники среди обломков, 8 – конечные морены второго и третьего (голоценового)поясов по [5], 9 – главное направление переноса вод и современного льда, 10 – возможное направление движения ледников и айсбергов в плейстоцене и голоцене.

Неравномерность распределения грубообломочного материала наблюдается и в других разрезах позднечетвертичных отложений, в том числе и в голоцене [18]. Здесь также присутствуют грубообломочный материал, прослои и линзы “сухой глины” (ст. 4384). Поэтому надо полагать, что айсберговый разнос континентальных образований продолжался и в начале голоценового времени.

Петрографические провинции. Состав ДКМ позволяет выделить две петрографические провинции: Западно-Карскую и Восточно-Карскую, также как и для тонкозернистой части донных осадков [16, 24]. Источниками сноса Западно-Карской провинции являются острова Новой Земли, полуостров Пай-Хой и остров Вайгач (см. рис. 6). Маркерные породы – обломки филлитов, хлорит-серицитовых сланцев, найденные на станциях 4379–4381, 4385. Они принесены, скорее всего, с Южного острова Новой Земли, где залегают среди кембрийских отложений [29, 35]. Другая группа осадочных маркерных пород – доломиты(станции 4386, 4388) были доставлены, вероятно, с Северного острова Новой Земли. Известно, что на северо-востоке этого острова (Русская Гавань, губа Грибовая) развита мощная (до 500 м) доломитовая толща в грибовской свите нижнего девона [3]. Вероятно, с этой свитой могут быть связаны и фосфатные известняки с лингулами (ст. 4380). Со среднедевонскими черносланцевыми и карбонатно-терригенными формациями Северного острова связан и грубообломочный материал станций 4383–4389, представленный кварц-полевошпатовыми песчаниками, черными и углисто-глинистыми сланцами. Группа карбонатных маркеров: светлые и серые битуминозные известняки, окремненные известняки и мергели станций 4380 и 4386, очевидно, поступала из верхнекарбоновых отложений Новой Земли, где отмечены аналогичные породы [3]. Из магматических пород маркерами являются гальки гранитов (станции 4379, 4380) и обломки липаритов (ст. 4388). Они, видимо, связаны с герцинскими гранитоидными интрузиями, известными на Новой Земле [3]. Обломки известковистых фосфатистых песчаников с глауконитом (станции 4377, 4380), скорее всего, доставлены из мезозойских терригенных отложений Пай-Хоя, острова Вайгач, Предуральского прогиба [23].

Загадочным является коренной источник дробовидного палагонитизированного базальтового стекла (ст. 4391). Это могут быть мезозойские вулканогенные образования Пай-Хоя [10] или кайнозойские вулканогенные образования северной оконечности Новой Земли, которые плохо изучены, площади их распространения точно не определены [12].

Грубообломочный материал Восточно-Карской петрографической провинции изучен на 4-х станциях (4397–4400). В отличие от Западно-Карской провинции набор горных пород здесь очень беден. В северной части провинции (станции 4397–4399) он состоит лишь из галек рассланцованных песчаников и парагнейсов. Это северная подпровинция метаморфических пород. Кроме того, в аутигенных железомарганцевых корках и конкрециях встречаются включения гравия белого кварца, углистых и карбонатных пород [2]. Встречены также мореноподобные слабо литифицированные образования глинисто-песчаного состава с коркой оксидов железа.

Южнее, на ст. 4400, грубообломочный материал более разнообразен. Здесь присутствуют габброиды, базальты, малиновые кварциты, филлиты, углистые сланцы, кварц-полевошпатовые песчаники, окремненные известняки. Встречена одна галька прозрачного кварца. Значительное разнообразие отмечается в составе обломочного материала вблизи побережья Диксона (ст. 4402). В Енисейской губе на большинстве станций в составе грубообломочного материала преобладают базальтоиды [24], отмечены также мелкие обломки гранитоидов и сиенитов. Их поступление в осадки губы связано с транспортировкой с Таймыра, где широко развит трапповый и щелочной гранитоидный магматизм [4]. Возможно, обнажения базальтов имеются в береговых обрывах или вблизи побережья Таймыра. Значительное количество обломков базальтов с Таймыра выносилось льдами, а в плейстоцене – ледниками, возможно, айсбергами в южную часть Восточно-Карской провинции. В северной части этой провинции наблюдается обедненный состав грубообломочного материала. Это можно объяснить тем, что области сноса были небольшими и однообразными по составу горных пород. Видимо, ими являются острова Арктического института, возможно, другие острова восточной части Карского моря и Северной Земли.

Обедненным по петрографическому составу пород является грубообломочный материал Обской губы (ст. 4418). Он формировался, скорее всего, за счет размыва четвертичных толщ региона. Исследование в районе г. Ноябрьск показало, что в их составе присутствуют озерно-ледниковые пески, флювиогляциальные пески с гравием и галькой, супесь с галькой и валунами [5].

Нельзя исключить возможность поставки грубообломочного материала ледником и айсбергами с архипелага Северной Земли. Об этом свидетельствуют результаты траления на станциях 4397 и 4398, где обнаружен одинаковый однообразный состав обломочного материала (парагнейсы, кварциты, песчаники), количество, которого заметно увеличивается в восточном направлении, т.е. к Северной Земле, где встречаются такие породы [6].

Таким образом, петрографо-минералогическое изучение грубообломочного материала, полученного из верхнечетвертичных отложений Карского моря на 42 станциях в 49-м рейсе НИС “Дмитрий Менделеев”, позволило выделить 2 главные петрографические провинции: Западно-Карскую, Восточно-Карскую, и в их пределах несколько подпровинций. Формирование первой было обусловлено поступлением материала, в основном, с островов Новой Земли, второй – с полуострова Таймыр и из водосборных бассейнов Енисея и Оби. Вблизи этих двух источников сноса наблюдается наибольшее количество грубообломочного материала и его максимальное петрографическое разнообразие. Северная часть Восточно-Карской провинции отличается однообразным составом грубообломочного материала, количественное распределение которого дает возможность предполагать его поступление с архипелага Северной Земли. Неравномерность распределения грубообломочного материала во времени отмечается по данным опробования геологическими трубками и в разрезах верхнечетвертичных отложений.

Транспортировка грубообломочного материала осуществлялась плавающим морским льдом, а также ледниками и айсбергами. Об этом свидетельствуют форма обломков, их разнообразная окатанность и др. В верхнем плейстоцене, скорее всего, преобладал ледниковый разнос. В нижних слоях колонок отмечается насыщение грубообломочным материалом в сочетании с горизонтами “сухих глин”. По всей вероятности они образовались за счет захвата айсбергами моренных отложений Новой Земли. В осадки Восточно-Карской провинции материал поступал с таймырскими и североземельскими айсбергами и ледниками. Как видно на рис. 7, в позднечетвертичное время каменный материал встречался в осадках чаще, чем сейчас. Основным видом транспортировки грубообломочного материала были, судя по окатанности, плавающие дрейфующие льды, а также очень редкие айсберги.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ

Представленные выше сведения дают представление о количественном распределении и составе каменного материала в осадках наиболее изученных полярных морей Атлантики, Норвежского, Гренландского, Баренцева и Карского морей. Следует обсудить и сделать общие выводы, пригодные не только для названных, но и других полярных морей. Отметим, что при этом имеется трудность в сравнении их ДКМ. Она обусловлена различной методикой отбора проб каменного материала. В морях Северной Атлантики и Норвежско-Гренландского бассейна каменный материал был получен в основном при драгировании, в Баренцевом и Карском морях – при отмывке на ситах дозированных объемов осадков, взятых большой ударной трубкой и дночерпателем, а в море Уэддела – по кернам скважин глубоководного бурения.

Для Баренцева и Карского морей можно констатировать, что количество ДКМ уменьшается в восточном направлении с дальнейшим подобным трендом в море Лаптевых и Восточно-Сибирском море [23], обусловленном, видимо, уменьшением на суше в этом направлении ледникового покрова и количества айсбергов.

В Норвежском и Гренландском морях и в Северной Атлантике количество ДКМ увеличивается по направлению к континентам, где, судя по размещению ДКМ в морских осадках, оледенение началось в плиоцене [30]. Наибольшее количество ДКМ выявлено у западного побережья Скандинавии, у восточного побережья Гренландии и у берегов полуострова Лабрадор. Увеличение количества ДКМ совпадает с ростом количества петрографических континентальных разновидностей горных пород. По их составу выделяются петрографические провинции ДКМ, обусловленные поставкой обломочного каменного материала с суши ледниками, айсбергами, морским и речным льдом. Речной ледовый разнос сибирских траппов отмечен в Енисейской губе и Карском море. В Баренцевом море, в районе Печоры-Варандея, в составе ДКМ присутствуют граниты, видимо, перенесенные речным льдом с Полярного Урала.

В Норвежском, Гренландском и Баренцевом морях преобладал ледниковый и айсберговый разнос ДКМ. Этот же вид переноса выявлен по данным глубоководного бурения в Приантарктике и в море Уэдделла. Он, очевидно, характерен и для других приантарктических морей.

Петрографические провинции ДКМ хорошо выделяются в морях Северной Атлантики, Норвежско-Гренландском бассейне и Карском море, где континентальные источники сноса ДКМ отстоят друг от друга на большом расстоянии. В Баренцевом море эти источники сближены и расположены на периферии его акватории. Снос ДКМ с них при его ледово-айсберговом разносе направлен к центру акватории Баренцева моря и в сторону Северного Ледовитого океана. В результате этого в акватории моря при ледовом седиментогенезе часто происходит смешение ДКМ из разных источников. Учитывая это обстоятельство (смешивание ДКМ), не стоит считать оправданными попытки использовать ДКМ для геологического картирования и составления геологических карт, а также прогнозировать поиски минеральных ресурсов в акватории полярных морей. Например, фосфоритов, обломки которых присутствуют в ДКМ Баренцева и Карского морей. Прежде чем начинать эти и другие дорогостоящие работы необходимо тщательно изучить ДКМ и определить: 1 – его распределение по акватории (хотя бы приблизительно), 2 – петрографический состав, 3 – источники сноса и виды транспортировки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении еще раз подчеркнем следующее.

1. Полярные моря, широко развитые на Земле, характеризуются сейчас интенсивным развитием ледового седиментогенеза, который в плейстоцене был еще более обширным;

2. Эти моря нередко сейчас сопряжены с центрами оледенения на континентах и островах, а в плейстоцене соседствовали с областями с покровными оледенениями;

3. Разнообразный по петрографическому составу каменный материал, в большом количестве экзарированный ледниками, не только накапливался при ледовом седиментогенезе в полярных морях, но и разносился айсбергами и плавучим льдом по акватории океанов (вплоть до экватора);

4. Каменный материал ледового разноса формировался ранее и формируется сейчас в основном за счет экзарации горных пород континентов;

5. Обломки пород континентального ряда, в том числе и обломки пород, являющихся минеральными ресурсами, при ледово-айсберговом разносе часто осаждаются в океанических осадках, нередко создавая иллюзии о наличии континентальных отторженцев;

6. Ошибочное мнение о коренном (местном) происхождении принесенного в море ДКМ вызывает у некоторых исследователей попытки использовать этот материал (ДКМ) для составления геологических карт и прогнозирования полезных ископаемых;

7. Для избежания подобных и других возможных дорогостоящих ошибок необходимо комплексное изучение ДКМ не только в полярных морях, но и в других морях и в океанах.

Благодарности. Авторы благодарят экипаж НИС “Академик Мстислав Келдыш”, А.В. Булохова, Н.В. Политову, М.Д. Кравчишину, А.Н. Новигатского, Н.В. Козину, Г.В. Малафеева за помощь в сборе материала, а также академику А.П. Лисицыну за поддержку работы и научное руководство.

Источники финансирования. Обработка материала частично выполнялась при финансовой поддержке Российского научного фонда (проекты № 20-17-00157, № 14-27-00114-П). Статья подготовлена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (тема № 0128-2019-0011).