Литология и полезные ископаемые, 2020, № 1, стр. 3-27

КРАТКАЯ ЛИТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ДОННЫХ ОСАДКОВ БАРЕНЦЕВА МОРЯ

Среди осадков поверхностного слоя Печорского моря, по данным [Левитан и др., 2003б, 2007; Тарасов, 1996; Хасанкаев, 1978; Gurevich, 1995; Levitan et al., 2000], валунно-галечный материал в заметном количестве встречается лишь в Чешской губе. В центральной части моря наибольшим распространением пользуются средне- и тонкозернистые пески, а также алевритовые их разности. Тонкие глинистые алевриты и алевритово-пелитовые илы встречаются довольно редко, будучи приуроченными к понижениям рельефа или выходам голоценовых осадков. Минеральный состав легкой фракции осадков однообразен (кварц, калиевые полевые шпаты, средние и кислые плагиоклазы).

Среди тяжелых минералов доминируют черные рудные, гранат, роговая обманка и эпидот; встречаются и иногда играют заметную роль циркон, моноклинные пироксены, сидерит, апатит и сфен. Гранатом обогащены осадки западной части моря, что связано с эрозией гранитно-метаморфических комплексов Балтийского щита. Повышенное содержание амфиболов приурочено к центральной части бассейна. Эпидот тяготеет к осадкам восточной части моря, что указывает на вклад зеленокаменно-измененных палеозойских комплексов Полярного Урала, Пай-Хоя, Вайгача и Новой Земли. Повышенное содержание клинопироксенов наблюдается к югу от Южного острова Новой Земли, где источником этих минералов являются нижнепалеозойские вулканиты основного состава. В соответствии с приведенными данными, в пределах Печорского моря выделяется ряд терригенно-минералогических провинций [Левитан и др., 2007]: Вайгачская (циркон-гранат-эпидот-рудная ассоциация), Южно-Новоземельская (эпидот-рудно-клинопироксен-гранатовая ассоциация), Западно-Печорская (эпидот-гранат-рудная ассоциация), Центрально-Печорская (рудно-гранат-эпидотовая ассоциация) и Восточно-Печорская (роговообманково-гранат-рудно-эпидотовая ассоциация). Набор минералов, доминирующих в легкой и тяжелой фракциях, дает основание предполагать существенно гранитоидный состав питающих провинций, при подчиненном вкладе вулканогенных и вулканогенно-осадочных образований северного окончания Уральского складчатого пояса.

Глинистые минералы в поверхностном слое донных осадков Печорского моря представлены однообразной ассоциацией каолинита, магнезиально-железистого хлорита и гидрослюды с подчиненным количеством смектита [Левитан и др., 2003б].

Ложе желоба Святой Анны покрыто пелитовыми и алевритово-пелитовыми илами; на склонах желоба они сменяются мелкоалевритовыми илами и крупными алевритами [Левитан и др., 2007]. Содержание пелитового материала в осадках достигает здесь 50–70%. В легкой фракции современных донных осадков преобладают кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы и обломки пород. По соотношению кварца и полевых шпатов в мелкопесчаной фракции, выделяется три минеральных ассоциации [Левитан и др., 1999]. Западный склон и почти всю площадь ложа желоба занимает ассоциация, в составе которой присутствуют кварц и обломки горных пород, а полевых шпатов почти нет (отношение кварц/полевые шпаты составляет 5.0 или выше). Среди тяжелых минералов преобладают эпидот, моноклинные пироксены, черные рудные, обыкновенная роговая обманка и гранат. Максимальная величина отношения эпидот/клинопироксены характерна для осадков, окаймляющих северное окончание Северного острова Новой Земли [Левитан и др., 1999].

По данным о литологическом и гранулометрическом составе осадков поверхностного слоя желоба Святой Анны и по минеральному составу мелкопесчано-крупноалевритовой и субколлоидной фракций, в желобе выделяются различные фациальные области: центральная зона желоба, восточный и западный склоны, а также участки, примыкающие к ЗФИ, Новой Земле и Северо-Карскому поднятию [Левитан и др., 2007]. Главным поставщиком кварца и обломков горных пород для мелкопесчаной фракции является, по представлениям М.А. Левитана и его коллег, ЗФИ; полевых шпатов – Северо-Карское поднятие. Присутствие обломков пород на западе и юго-западе желоба рассматривается как следствие айсбергового разноса.

Источниками хлорита и иллита служат Северо-Карское поднятие и Новая Земля. Каолинит является продуктом эрозии обнажающихся на ЗФИ песчаников триаса с каолинитовым цементом. Присутствие смектита в осадках желоба, расположенного между зонами распространения существенно каолинитовой ассоциации на западе и хлорит-иллитовой ассоциации на востоке, может быть обусловлено, по представлениям [Левитан и др., 2007 и др.], снижением концентраций каолинита, хлорита и иллита по мере удаления от источников их поступления и ослаблением разбавляющего эффекта. Считается, что источниками смектита могли быть: 1) кора выветривания траппов ЗФИ; 2) верхнеюрские битуминозные сланцы, выходящие на поверхность морского дна в районе Адмиралтейского вала; 3) атлантические воды, которые также обогащены смектитом.

По материалам И.О. Мурдмаа с соавторами [Murdmaa et al., 2006], голоценовые осадки центральной и восточной частей Баренцева моря содержат до 22–47% иллита. Количество хлорита и каолинита в ассоциации глинистых минералов варьирует от 29 до 65%, а смектит играет подчиненную роль. В соответствии с распределением фораминифер, рассматриваемые отложения могут быть отнесены к трем типам фаций [Murdmaa et al., 2006]: 1) фация с многочисленными бентосными, а в ряде случаев и планктонными, видами (восточная ветвь желоба Франц-Виктория, желоб Персея и ряд других районов); осадки находятся под влиянием вод Атлантики; 2) фация, представленная чередованием интервалов с многочисленными фораминиферами и практически лишенными раковин (последнее, возможно, является следствием опреснения); осадки распространены к югу от ЗФИ и в Западно-Новоземельском желобе; 3) фация, почти лишенная фораминифер (возможно, вследствие низких темпов осадконакопления, воздействия на осадки придонных течений или экологического стресса); типична для глубоководных равнин и поднятий. В целом накопление тонкозернистых голоценовых осадков контролируется следующими факторами: поступление материала с талыми водами ледников, привнос дрейфующими льдами, речными артериями и др. Определенный вклад в формирование донных осадков вносят и биогенные процессы [Murdmaa et al., 2006].

По данным, полученным в 67-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш”, на полигоне “Печорское море” современные донные образования представлены в верхней части (0–1 см) окисленными, преимущественно песчаными отложениями с примесью материала алевритовой или пелитовой размерности, оливково-коричневой (2.5Y/4/3)³³ или темной серо-коричневой (2.5Y/4/2) окраски. Нами изучены осадки двух станций, где доля пелитового материала составляла от 14 до 34%.

На полигоне “Западный склон Канинского мелководья” дночерпателем отобраны пелитовые илы с примесью раковинного материала (< 2%), большим количеством полихет и их чехлов. Верхний слой (0–2 см) окисленный, оливково-коричневый (2.5Y/4/4), обводненный. Содержание пелитовой фракции составляет 67%, из них 41% приходится на тонкий пелит.

На Центрально-Баренцевоморском (Штокманском) полигоне присутствуют пелитовые и песчано-алеврито-пелитовые илы, на двух станциях осадки смешанные, а на одной станции встречены гравийно-галечные отложения с примесью мелкозернистого материала. Пелитовые илы содержат примесь гравийного и галечного материала. В осадках присутствуют Fe–Mn корки, трубки и стяжения, наблюдается большое количество полихет и их чехлов, в том числе ожелезненных. Кроме того встречены обломки раковин (< 3%). Верхний слой осадка (0–1 см) окисленный, характеризуется оливково-коричневой (2.5Y/4/3), оливково-серой (5Y/4/2) или насыщенной темной серо-коричневой (5Y/3/2) окраской, обводненный. Песчано-алевро-пелитовые илы имеют насыщенный темный серо-коричневый (5Y/3/2) оттенок окраски и содержат значительную примесь гравийного, галечного и валунного материала, преимущественно окатанного и хорошо окатанного. В этих илах присутствует также раковинный детрит (< 3%), небольшое количество полихет и их чехлов. Содержание пелитовой фракции в пробах данного полигона варьирует от 31 до 90%.

В заливе Русская Гавань (Северный остров архипелага Новая Земля) и вблизи него были опробованы пелитовые и алевритово-пелитовые илы (в самом заливе и на выходе из него), а также осадки смешанного типа (в отдалении от залива). В первых верхний слой (0–1 см) представлен пелитовым илом серого (5Y/5/1) цвета, однородным, мягким и очень пластичным. В нем присутствуют единичные раковины и наблюдаются гидротроилитовые примазки. Смешанные осадки темные зеленовато-серые (Gley1/4/10Y) или темно-серые (5Y/4/1) и содержат хорошо окатанный гравийный, галечный и валунный материал. В осадках присутствует также примесь раковинного материала, полихеты и их чехлы. Содержание пелитовой фракции в пробах изменяется от 46 до 94%.

На полигоне “Медвежинский желоб” в 67-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” отобраны пробы песчано-алевро-пелитовых, алевритово-пелитовых и собственно пелитовых илов (по траверсу желоба), а также заиленных песков с алевритовой примесью (на перегибе континентального склона). Верхний слой (0–1 см) в первых двух типах илов окисленный, оливково-серый (5Y/4/2), иногда (песчано-алевро-пелитовые осадки) с примесью гравийного, галечного и валунного материала. Этот слой имеет жидкую консистенцию, в нем присутствуют полихеты и их чехлы, некоторые из них покрыты ожелезненными корками. В пелитовых илах верхний слой (0–1 см) окислен, темный серо-коричневый (2.5Y/4/2); консистенция его жидкая. В слое наблюдается небольшое количество полихет и их чехлов, ожелезненных стяжений, трубок и корок. Содержание пелитовой фракции в пробах данного полигона варьирует от 34 до 91%.

На широтном разрезе “Шпицберген–Земля Франца-Иосифа” присутствуют илистые и заиленные пески, гравийно-песчано-пелитовые, песчано-алевро-пелитовые и собственно пелитовые илы. В настоящей работе исследованы только осадки, распространенные к югу от Шпицбергена, с пелитовым и смешанным гранулометрическим составом. Осадки смешанного состава оливково-серые (5Y/4/2). В них присутствуют полихеты и их чехлы, целые створки раковин (0.5–1.5 см) и раковинный детрит. Верхний слой (0–1 см) пелитовых илов окислен, темный серо-коричневый (2.5Y/4/2), имеет жидкую консистенцию. В осадках этого слоя присутствует небольшое количество полихет и их чехлов. Содержание пелитовой фракции в пробах изменяется от 15 до 93%.

На полигоне “Кольский меридиан” отобраны пробы алевритово-пелитовых илов и смешанных осадков. Верхний слой (0–2 см) первых окислен, имеет оливково-серую (5Y/4/2) окраску и жидкую консистенцию; в слое наблюдается большое количество полихет и их чехлов. Смешанные осадки также оливково-серые (5Y/4/2), содержат окатанные и умеренно окатанные гравийно-галечные обломки и незначительную примесь (<1%) раковинного детрита. В этих осадках наблюдается большое количество полихет и их чехлов, многие из них ожелезнены. Присутствуют здесь также Fe–Mn корки и трубки. Современные донные отложения полигона “Кольский меридиан” содержат от 26 до 68% пелитовой фракции.

На широтном разрезе “Шпицберген–Земля Франца-Иосифа” осадки разнообразны и представлены как песчано-алевро-пелитовыми и пелитовыми илами, так и осадками смешанного типа, а у северной оконечности Шпицбергена осадки сложены гравийно-галечным материалом. В песчано-алевро-пелитовых осадках нами также были отмечены: примесь неокатанного гравийно-галечно-валунного материала, небольшое количество обломков раковин (< 3%), встречаются Fe–Mn корки и трубки. Верхний (0–1…2 см) слой этих осадков окисленный, темный серо-коричневый (2.5Y/4/2 или 10YR/3/2). Верхний слой (0–2 см) пелитовых илов также окислен, имеет насыщенную темную серо-коричневую (10YR/3/2) или темную серо-коричневую (10YR/4/2) окраску и жидкую консистенцию. В осадках наблюдается небольшое количество полихет и их чехлов, а также редкие раковины. Содержание пелитовой фракции в пробах полигона варьирует от 5 до 97%.

В проливе Кембридж верхний слой (0–1 см) осадков представлен окисленным пелитовым илом насыщенной темной серо-коричневой (10YR/3/2 или 10YR/4/2) окраски, жидкой консистенции. В пробах присутствует переменное количество полихет и их ожелезненных чехлов. Осадки хорошо сортированы. Содержание пелитовой фракции в современных донных отложениях пролива Кембридж изменяется от 81 до 93%.

Распределение различных гранулометрических фракций в осадках ряда полигонов показано на рис. 2. Содержание тонкой пелитовой фракции в исследованных пробах донных осадков Баренцева моря варьирует, как было показано выше, от 2.8 до ~60% (среднее – 34.6%) (табл. 1). Среднее содержание С_орг составляет 1.12% (минимальное – 0.13%, максимальное – 2.62%) (табл. 2).

Рис. 2.

Распределение гранулометрических фракций в поверхностных донных осадках полигонов “Штокманский” (ст. 5415), “Медвежинский желоб” (ст. 5430), “Кольский меридиан” (ст. 5444) и “Пролив Кембридж” (ст. 5454). 1 – гравий; 2 – песок; 3 – алеврит; 4 – пелит.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ РЕДКИХ И РАССЕЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СОВРЕМЕННЫХ ДОННЫХ ОСАДКАХ БАРЕНЦЕВА МОРЯ

В настоящее время существуют данные о распределении в современных донных осадках Баренцева моря только для элементов Cu, Ni, Zn, Pb, Co, Cr и Hg [Новиков, Жилин, 2016]. Они основаны на определениях содержания перечисленных металлов в пробах, отобранных в период с 1998 по 2015 гг. на значительном числе станций. При этом в качестве регионального фона М.А. Новиковым и А.Ю. Жилиным использовалась шкала Норвежского государственного агентства по контролю загрязнения окружающей среды для прибрежной зоны Норвежского моря [Bakke et al., 2007], однако было отмечено, что приведенные значения содержаний Ni и Cr для Баренцева моря нуждаются в корректировке.

Установлено, что относительно высокие количества Cr и Ni в донных отложениях достаточно равномерно распределены по всей акватории Баренцева моря [Новиков, Жилин, 2016]. Повышенное содержание тяжелых металлов в современных донных осадках характерно для склонов Медвежинской банки, районов Медвежинского и Центрального желобов, Рыбачей и Кильдинской банок, прибрежных районов юго-западной части моря, Мурманской банки и Западно-Новоземельского желоба. Высокие содержания Cu, Ni, Zn и Pb наблюдаются в донных осадках прибрежной полосы к западу от Кольского залива. Средние содержания Cu, Ni, Zn и Pb здесь соответственно в 1.78, 1.15, 1.21 и 1.73 раза выше, чем в донных осадках остальной акватории Баренцева моря. По представлениям авторов работы [Новиков, Жилин, 2016], это указывает на техногенное загрязнение осадков прибрежной полосы за счет материкового стока с северо-западной части Кольского п-ова.

Анализ величин Cu/Ni в пробах поверхностных донных осадков, атмосферных выбросах металлургических комбинатов Кольского п-ва, покровных образованиях нагорных плато этого же региона, атмосферных выпадениях и в пробах воды Баренцева моря позволил прийти к выводу о том, что донные осадки Баренцева моря обогащены Ni “… относительно состава терригенного материала”. Напротив, по содержанию Со они обеднены “…относительно терригенного материала”. Основной вывод авторов работы [Новиков, Жилин, 2016, с. 84] следующий “… современный уровень содержания меди, никеля и кобальта в ДО⁴⁴ на основной акватории Баренцева моря не связан с загрязнением в результате деятельности промышленных предприятий, расположенных на Кольском п-ове”. Повышенное содержание Co и Pb в донных осадках, отобранных вдоль “Кольского меридиана” (33°30′ в.д.) является результатом поступления названных тяжелых металлов с водами Нордкапского течения. В целом распределение тяжелых металлов в современных донных отложениях Баренцева моря контролируется глобальным геохимическим фоном, на который наложена региональная компонента. Фон формируется в основном за счет приноса растворенного и взвешенного литогенного материала Нордкапским течением [Новиков, Жилин, 2016].

Сравнение содержаний редких и рассеянных элементов в современных донных осадках различных полигонов и PAAS

При сравнении с постархейским австралийским глинистым сланцем PAAS [Тейлор, МакЛеннан, 1988] мы используем следующие градации величин содержания микроэлементов в поверхностных донных осадках Баренцева моря: 1) менее 0.75 × × PAAS; 2) 0.75– 0.9 × PAAS; 3) 0.9–1.1 × PAAS; 4) 1.1–1.5 × PAAS; 5) более 1.5 × PAAS. В соответствии с этими градациями, в пробах, отобранных на полигоне “Печорское море”, только среднее содержание Sr соответствует градации более 0.75 × × PAAS, тогда как концентрации остальных элементов-примесей ниже (рис. 3а). В осадках западного склона Канинского мелководья только содержание Mo является сопоставимым с PAAS. Средние содержания V и Ni составляют соответственно 1.22 и 1.19 × PAAS; концентрации Zn, Sr и Pb соответствуют градации 0.75–0.9 × PAAS, остальных элементов – менее 0.75 × PAAS. В современных донных осадках полигона “Штокманский” средние содержания элементов Zn, Sr, Eu, Gd и соответствуют г.75– 0.9 × PAAS, молибдена и ванадия – попадает в пределы 1.1–1.5 × PAAS, остальных редких и рассеянных элементов – менее 0.75 × PAAS (см. рис. 3б).

Рис. 3.

Распределение нормированных к PAAS содержаний редких и рассеянных элементов в донных отложениях полигонов “Печорское море” (а), “Штокманский” (б), “Русская Гавань” (в) и “Медвежинский желоб” (г).

Для донных отложений полигона “Русская Гавань” выявлен более широкий спектр градаций содержания элементов-примесей. Так, средние содержания Ni, Ga и Eu соответствуют градации 0.75–0.9 × PAAS, элементов V, Zn и Sr – 1.1–1.5 × × PAAS. Среднее содержание Mo достигает 1.59 × PAAS, а остальных элементов – составляет менее 0.75 × PAAS (см. рис. 3в). В поверхностных донных осадках полигона “Медвежинский желоб” средние содержания V, Eu и Gd соответствуют градации 0.75–0.9 × PAAS; Mo и Pb – 1.1–1.5 × × PAAS, а Sr – 1.1–1.5 × PAAS (см. рис. 3г).

В пробах, отобранных к югу от Шпицбергена, содержание элементов V, Gd и Pb попадает в интервал 0.75–0.9 × PAAS, тогда как среднее содержание Sr несколько выше (1.34 × PAAS). Средние содержания остальных элементов-примесей менее 0.75 × PAAS (рис. 4а).

Рис. 4.

Распределение нормированных к PAAS содержаний редких и рассеянных элементов в поверхностных донных осадках района к югу от Шпицбергена (а), а также на полигонах “Кольский меридиан” (б), “Шпицберген–ЗФИ” (в) и “Пролив Кембридж” (г).

В донных осадках полигона “Кольский меридиан” установлены следующие средние содержания редких и рассеянных элементов: V и Pb – соответствуют градации 0.75–0.9 × PAAS; остальных элементов – менее 0.75 × PAAS (см. рис. 4б). Донные отложения широтного разреза “Шпицберген–ЗФИ” характеризуются более заметными колебаниями среднего содержания микроэлементов. Большинство элементов Sc, Co, Zn, Ga, Sr, Eu, Gd и U – соответствуют градации 0.75–0.9 × PAAS, несколько более высокие содержания характерны для Pb и Bi – 1.1–1.5 × PAAS (см. рис. 4в). Среднее содержание V составляет 1.35 × × PAAS (градация 4), а Mo – достигает 7.79 × PAAS, при этом минимальное содержание молибдена – 0.93 × PAAS, а максимальное – 30.74 × PAAS. Если рассматривать последнее значение как аномальное и исключить его из расчета, то величина среднего содержания молибдена Mo_{среднее} составит 3.20 × PAAS, что тоже существенно выше содержаний, установленных в пробах донных осадков других полигонов.

В поверхностных донных отложениях пролива Кембридж среднее содержание элементов Li, Rb, Y, Zr, Nb, Sn, Cs, Ba, La, Sm, Yb, Hf, Pb, Bi, Th и U соответствует < 0.75 × PAAS; более высокие величины (0.75–0.9 × PAAS) характерны для Cr, Ga и Sr (см. рис. 4г). Средние содержания Ni, Eu и Gd соответствуют градации 3, т.е. сопоставимы с концентрацией этих элементов в PAAS; довольно высокие средние содержания определены для Sc, Co и Zn (градация 4). Концентрации Cu и Mo достигают более 1.5 × PAAS, однако величины среднего содержания этих элементов, отнесенного к PAAS, различаются почти на порядок. Содержание меди в пробах данного полигона варьирует от 1.24 до 1.81 × PAAS (среднее – 1.55 × PAAS). Среднее содержание Мо в современных донных осадках пролива Кембридж составляет 13.72 × PAAS (минимальное – 8.17 × PAAS, максимальное – 29 × PAAS). Если, так же как и в предыдущем случае, исключить из рассмотрения пробу 5454 с самым высоким – “аномальным” содержанием Мо (29.23 × PAAS), то величина среднего содержания Мо_{среднее} составит 10.62 × PAAS.

В целом полученные нами данные находятся в соответствии с представлениями о том, что распределение тяжелых металлов и ряда других редких и рассеянных элементов в поверхностных донных осадках Баренцева моря контролируется, в первую очередь, глобальным геохимическим фоном [Новиков, Жилин, 2016]. В то же время, очевидно, что локальные факторы вносят свой вклад, и среди них – содержание пелитовой фракции и органического вещества в осадках.

СВЯЗЬ КОНЦЕНТРАЦИЙ РЯДА РЕДКИХ И РАССЕЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СОВРЕМЕННЫХ ДОННЫХ ОСАДКАХ БАРЕНЦЕВА МОРЯ С СОДЕРЖАНИЕМ ТОНКОЙ ПЕЛИТОВОЙ ФРАКЦИИ И С_орг

В данном разделе рассмотрены результаты анализов большего количества проб по сравнению с другими разделами данной работы. Величины концентраций большинства присутствующих в современных донных осадках Баренцева моря редких и рассеянных элементов (Sc, V, Cr, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Th, U и редкие земли) проявляют умеренную положительную связь с содержанием в этих осадках тонкой пелитовой фракции. Так, коэффициент корреляции (r) между содержанием Sc и тонкой пелитовой фракции в проанализированных пробах составляет 0.63 (рис. 5). Для V и Cr величина r несколько выше (0.71 и 0.72 соответственно). Корреляция между содержанием Hf, Zr и количеством тонкой пелитовой фракции в этих же пробах довольно слабая (r = 0.58 и 0.59 соответственно). Примерно такие же значения r характерны для Nb и Y. Уран, торий и молибден показывают слабую положительную корреляцию с содержанием тонкой пелитовой фракции в современных донных осадках (r = 0.38, 0.36 и 0.41 соответственно). То же (r = 0.50) характерно и для суммы редкоземельных элементов (РЗЭ). Достаточно слабую положительную корреляцию с содержанием в донных осадках тонкой пелитовой фракции проявляют Cu, Zn и Pb (0.57, 0.67 и 0.42 соответственно).

Рис. 5.

Корреляция содержания редких и рассеянных элементов с содержанием тонкой пелитовой фракции в поверхностных донных осадках Баренцева моря.

По величине коэффициента корреляции, характеризующего зависимость концентрации элемента от содержания С_орг в донных осадках, все изученные редкие и рассеянные элементы могут быть подразделены на три группы. Так, V, Cr и Ni характеризуются умеренной положительной корреляцией с С_орг (0.61 < r < 0.67) и принадлежат первой группе (рис. 6). Вторую группу образуют Sc, Hf, Zr, Nb, U, Th, Y и РЗЭ. Коэффициенты корреляции этих элементов с С_орг в донных осадках меняются от 0.34 (Sc) до 0.52 (Nb). Корреляция между концентрациями С_орг и ∑РЗЭ слабая (r = 0.29). Это значит, что лантаноиды в современных донных осадках Баренцева моря в основном связаны с литогенными компонентами. К той же группе относятся элементы Pb, Zn и Cu (r = 0.40, 0.49 и 0.32 соответственно), проявляющие слабую положительную корреляцию с С_орг. Наконец, к третьей группе принадлежит Мо, содержание которого в осадках не показывает явной корреляции с С_орг (r = 0.11).

Рис. 6.

Корреляция содержания редких и рассеянных элементов и концентраций С_орг в поверхностных донных осадках Баренцева моря.

Полученные нами данные в целом согласуются с результатами исследований М.А. Новикова и А.Ю. Жилина [2016], показавшими, что содержание С_орг в донных осадках Баренцева моря варьирует от 0.13 до 3.76% (среднее – 1.58%), а между величинами содержаний Cu, Zn, Ni, Cr, Pb и концентрацией С_орг наблюдается умеренная положительная связь.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ДОННЫХ ОСАДКАХ БАРЕНЦЕВА МОРЯ ЭЛЕМЕНТОВ-ИНДИКАТОРОВ СОСТАВА КОМПЛЕКСОВ ПОРОД-ИСТОЧНИКОВ ТОНКОЙ АЛЮМОСИЛИКОКЛАСТИКИ (Sc, Th, Co, Cr, La и Sm)

В настоящем разделе рассмотрены элементы Sc, Th, Co, Cr, La и Sm, уровень содержания и соотношение которых позволяют судить [Тейлор, МакЛеннан, 1988; McLennan, 1989; Cullers, 1995, 2002; Интерпретация …, 2001; Geochemistry …, 2003; Маслов и др., 2014 и др.] о составе пород, служивших источниками тонкозернистого обломочного материала для донных отложений (табл. 4)⁵⁵. Среднее содержание Sc в исследованной нами выборке проб варьирует от 3.8 г/т (полигон “Печорское море”) до 23 г/т (“Пролив Кембридж”). В пробах, отобранных на полигонах “Западный склон Канинского мелководья”, “Штокманский”, “Русская Гавань”, “Медвежинский желоб” и “Шпицберген–ЗФИ”, средние содержания Sc вполне сопоставимы (11.2‒12.7 г/т).

По величинам среднего содержания Cr в отобранных пробах, донные отложения Баренцева моря подразделяются на три группы: а) осадки Печорского моря (33.1‒33.8 г/т)⁶⁶, б) полигона “Медвежинский желоб”, района к югу от Шпицбергена, профилей “Кольский меридиан” и “Шпицберген–ЗФИ” (58.8‒72.9 г/т); в) донные осадки, отобранные на полигонах “Западный склон Канинского мелководья” (?),“Центрально-Баренцевоморский”, “Русская Гавань” и “Пролив Кембридж”. В последних среднее содержание Cr достигает почти 90 г/т, что, тем не менее, ниже концентрации хрома в PAAS (110 г/т [Тейлор, МакЛеннан, 1988]).

Минимальное среднее содержание Co (~4.4 г/т) установлено в пробах современных донных осадков полигона “Печорское море”, максимальная величина (~36.6 г/т) характерна для проб, отобранных в заливе Кембридж (в PAAS содержание Со составляет 23 г/т [Тейлор, МакЛеннан, 1988]).

Среднее содержание La варьирует от 12.7 г/т (полигон “Печорское море”) до 23.4 г/т (широтный разрез “Шпицберген–ЗФИ”); тогда как в PAAS концентрация La составляет 38.2 г/т. При этом в пробах, представляющих осадки с полигонов “Западный склон Канинского мелководья”, “Штокманский”, “Русская Гавань”, “Медвежинский желоб” и район к югу от Шпицбергена, значения La_{среднее} вполне сопоставимы.

В пробах с полигонов “Печорское море” и “Кольский меридиан” среднее содержание Sm составляет соответственно ~2.1 и ~2.3 г/т. Пробы поверхностных донных осадков, отобранные на других полигонах, характеризуются несколько более высоким средним содержанием Sm (3.2‒3.9 г/т). В PAAS содержание Sm составляет 5.6 г/т.

Максимальная величина среднего содержания Th в исследованных нами пробах достигает ~7.1 г/т (в PAAS – 14.6 г/т), тогда как минимальная – около 2.5 г/т (полигон “Печорское море”). Содержание Th в PAAS составляет ~14.6 г/т [Тейлор, МакЛеннан, 1988].

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ДОННЫХ ОСАДКАХ БАРЕНЦЕВА МОРЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Редкоземельные элементы, так же как Sc, Th, Co, Cr и ряд других редких и рассеянных элементов, являются хорошими индикаторами состава размывавшихся на палеоводосборах комплексов пород [Тейлор, МакЛеннан, 1988; Wronkiewicz, Condie, 1987; McLennan, 1989; Condie, Wronkiewicz, 1990; Cullers, 1995; Geochemistry …, 2003 и др.]. Средние значения ∑РЗЭ, а также минимальные и максимальные величины данного параметра, которые были определены в пробах поверхностных донных осадков различных полигонов Баренцева моря, отработанных в 67-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш”, приведены в табл. 5. Сумма РЗЭ в песчаных отложениях с примесью алевритового и пелитового материала, отобранных на полигоне “Печорское море”, изменяется от ~57 до 66 г/т. Отношение концентраций легких и тяжелых РЗЭ (ЛРЗЭ/ТРЗЭ) варьирует от 9.57 до 9.90. Средняя величина (La/Yb)_N (нормировано на хондрит [Тейлор, МакЛеннан, 1988]) составляет 10.61, а (Gd/Yb)_N – 1.91; при этом Eu-аномалия небольшая отрицательная (0.85). Спектры распределения РЗЭ в современных донных илах полигона “Печорское море” и других полигонов показаны на рис. 7.

Рис. 7.

Распределение нормированных к хондриту содержаний РЗЭ в референтных объектах (левый верхний график) и в поверхностных донных осадках различных полигонов Баренцева моря. PAAS – постархейский австралийский сланец, по [Тейлор, МакЛеннан, 1988]; AR гр – архейские граниты, PR баз – протерозойские базальты, AR ттг – архейские тоналит-трондьемит-гранитные ассоциации, AR ком – архейские коматииты (все по [Condie, 1993]).

Пелитовые илы западного склона Канинского мелководья характеризуются несколько большей величиной ∑РЗЭ (98 г/т), по сравнению с донными отложениями полигона “Печорское море”. Значения ЛРЗЭ/ТРЗЭ и (La/Yb)_N составляют здесь соответственно 8.77 и 9.54, величина (Gd/Yb)_N – 1.89, а Eu/Eu* – 0.74.

На полигоне “Центрально-Баренцевоморский (Штокманский)” сумма РЗЭ в осадках варьирует от 52 до 117 г/т. Значение ЛРЗЭ/ТРЗЭ изменяется от 7.07 до 9.58 (в двух пробах 7.07 и 7.52, в остальных 8.41‒9.58). Средняя величина (La/Yb)_N равна 10.60 (минимальная – 9.30, максимальная – 11.63), а ${{{\text{Eu}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{\text{Eu}}} {{\text{Eu}}_{{{\text{среднее}}}}^{*}}}} \right. \kern-0em} {{\text{Eu}}_{{{\text{среднее}}}}^{*}}}$ – 0.77.

Поверхностные донные осадки полигона “Русская Гавань” (пелитовые, алевритово-пелитовые илы и смешанного состава) характеризуются примерно такими же, как в осадках полигона “Центрально-Баренцевоморский”, значениями суммы РЗЭ (52–119 г/т). Параметр ЛРЗЭ/ТРЗЭ составляет 8.75…9.03. Величины (La/Yb)_N и Eu/Eu* варьируют от 7.63 до 9.60 и от 0.76 до 0.80 соответственно; (Gd/Yb)_{Nсреднее} – 1.91 ± 0.15.

Сумма РЗЭ в песчано-алевро-пелитовых, алевритово-пелитовых и пелитовых илах Медвежинского желоба варьирует от 78 до ~115 г/т. Средние величины (La/Yb)_N и (Gd/Yb)_N соответственно 10.63 и 2.18. Значение ${{{\text{Eu}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{\text{Eu}}} {{\text{Eu}}_{{{\text{среднее}}}}^{*}}}} \right. \kern-0em} {{\text{Eu}}_{{{\text{среднее}}}}^{*}}}$ равно 0.76. Отношение легких лантаноидов к тяжелым варьирует от 7.86 до 10.08.

В пробах, отобранных на станциях 5440 (галечник с примесью пелита) и 5441 (пелитовый ил) в районе к югу от Шпицбергена, суммарное содержание лантаноидов в первом случае ~67 г/т (что хорошо объясняется небольшой долей тонкой пелитовой фракции в этой пробе), а во втором – 124 г/т. Значения (La/Yb)_N равны соответственно 8.47 и 0.72, а Eu/Eu* – 10.99 и 0.67. Отношение ЛРЗЭ/ТРЗЭ изменяется от 7.58 до 8.59.

На полигоне “Кольский меридиан” ∑РЗЭ в современных донных осадках варьирует от 52 до 78 г/т. Средняя величина (La/Yb)_N равна 9.35. Во всех трех пробах, отобранных дночерпателем на этом полигоне, значения Eu/Eu* меньше, чем в пробах со станций, расположенных к югу от Шпицбергена. Отношение ЛРЗЭ/ТРЗЭ изменяется от 8.25 до 8.58.

Разнообразные донные осадки широтного разреза “Шпицберген–архипелаг Земля Франца-Иосифа” характеризуются величинами ∑РЗЭ от 87 до 127 г/т. Среднее значение (La/Yb)_N составляет 11.26 (минимальное – 9.17, максимальное – 13.47). Величина Eu аномалии изменяется от 0.68 до 0.75, а (Gd/Yb)_{Nсреднее} равно 2.21. Отношение ЛРЗЭ/ТРЗЭ – 8.15‒10.41.

Пелитовые илы в проливе Кембридж характеризуются суммарным содержанием РЗЭ от 88 до 94 г/т. Среднее значение (La/Yb)_N здесь существенно ниже, чем в осадках других полигонов (~5.71); значения Eu/Eu* находятся в очень узком интервале (0.80‒0.81). Деплетирование ТРЗЭ не наблюдается, параметр (Gd/Yb)_{Nсреднее} составляет 1.86. Величина отношения ЛРЗЭ/ТРЗЭ изменяется от 5.19 до 6.02.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ

Предполагается, что содержания и соотношения элементов-примесей существенно не меняются при транспортировке обломочного материала из источников сноса до областей осадконакопления [Тейлор, МакЛеннан, 1988; McLennan, 1989; Condie, Wronkiewicz, 1990; McLennan et al., 1990; McLennan, Taylor, 1991; Cullers, 1995, 2002; Geochemistry …, 2003 и др.]. Для кислых магматических образований (граниты, гранодиориты) характерны более высокие (на один–два порядка) значения Th/Sc, La/Sm, La/Sc, Th/Co и Th/Cr, по сравнению с базитами [Интерпретация …, 2001]. В то же время, в основных магматических породах, по сравнению с кислыми, значения Cr/Zr, Cr/V и ряда других индикаторных отношений на один–два порядка более высокие. Оба эти признака, а также некоторые другие, широко используются для реконструкции состава пород на палеоводоразделах в последние годы при исследовании современных донных осадков различных морей, крупных речных систем и ряда других объектов [Rachold, 1999; Ingram, Lin, 2002; Chen et al., 2003; Douglas et al., 2003; Chaillou et al., 2006; Damiani, Giorgetti, 2008; Song, Choi, 2009; Martinez et al., 2009; Censi et al., 2010; Dou et al., 2010; Astakhov et al., 2015; Bayon et al., 2015 и др.].

При реконструкции состава комплексов пород, которые являлись источниками тонкой алюмосиликокластики для поверхностных донных осадков Баренцева моря, мы использовали подход, основанный на сопоставлении величин индикаторных отношений редких и рассеянных элементов, определенных в донных осадках, со значениями этих отношений в референтных геологических объектах: гранитоидах архея (предполагаемый источник подобной тонкой алюмосиликокластики – Кольский п-ов), палеозойских андезитах (предполагаемый источник обломочного материала – складчатые структуры Урала), а также мезо-кайнозойских базальтах (возможный источник – ЗФИ)⁷⁷. Величины содержаний редких и рассеянных элементов в референтных объектах заимствованы из работы [Condie, 1993]; учтены также данные о геохимии базальтов архипелага Земля Франца-Иосифа [Чернышева и др., 2003; Столбов, 2005].

Важным при проведении подобных исследований является анализ особенностей распределения РЗЭ в тонкозернистых обломочных осадках, поскольку считается, что разнообразие нормированных на хондрит спектров РЗЭ в постархейских осадочных породах определяется тектоническими обстановками их формирования и составом пород в источниках сноса [Тейлор, МакЛеннан, 1988; McLennan et al., 1990]. Реконструкция состава пород в источниках сноса по спектрам РЗЭ основана на том, что магматические породы основного состава характеризуются достаточно низкими величинами отношения ЛРЗЭ/ТРЗЭ и (La/Yb)_N, и не имеют выраженной Eu аномалии, тогда как кислым породам свойственны заметно более высокие ЛРЗЭ/ТРЗЭ и (La/Yb)_N, а также отчетливо выраженная отрицательная аномалия Eu [Тейлор, МакЛеннан, 1988; McLennan, Taylor, 1991]. Значения (La/Yb)_N < 4 и пологий общий профиль нормированных на хондрит кривых распределения РЗЭ указывают на существенную роль магматических пород основного состава, среди источников сноса обломочного материала, тогда как в случае (La/Yb)_N > 8 и, соответственно, крутом наклоне спектра, можно сделать вывод о преобладании в областях питания кислых магматических образований. Высокие значения (La/Yb)_N ≥ 20 свидетельствуют о присутствии гранитоидов на палеоводосборах [Wronkiewicz, Condie, 1990].

На диаграмме Sc–Th/Sc [Тейлор, МакЛеннан, 1988] фигуративные точки проб современных донных осадков, отобранных в Баренцевом море на первых восьми полигонах, сконцентрированы между референтными точками калиевых гранитоидов и диабазов, будучи несколько смещенными к последней области (рис. 8). Фигуративные точки донных отложений полигона “Пролив Кембридж” расположены вблизи референтной точки диабазов и поля составов базальтов ЗФИ, что позволяет предполагать присутствие в составе этих отложений значительной доли тонкозернистого материала, который был образован в результате эрозии магматических пород основного состава, присутствующих на архипелаге Земля Франца-Иосифа.

Рис. 8.

Положение фигуративных точек современных донных отложений различных полигонов Баренцева моря на диаграмме Sc–Th/Sc. 1–9 – полигоны (1 – “Печорское море”, 2 – “Западный склон Канинского мелководья”, 3 – “Штокманский”, 4 – залив “Русская Гавань”, 5 – “Медвежинский желоб”, 6 – район к югу от Шпицбергена, 7 – “Кольский меридиан”, 8 – “Шпицберген–архипелаг Земля Франца-Иосифа”, 9 – “Пролив Кембридж”); Положение референтных точек диабазов, гранодиоритов и К-гранитоидов – по [Schoenborn, Fedo, 2011; Roy, Roser, 2013]. Поле составов базальтов ЗФИ – по данным [Чернышева и др., 2003; Столбов, 2005].

На диаграммах La/Sm–Sc/Th [Geochemistry…, 2003], La/Sc–Th/Co [Cullers, 2002] и La/Sc–Th/Cr точки донных осадков из пролива Кембридж локализованы вблизи поля составов базальтов ЗФИ или находятся внутри него, а также между референтными точками базальтов мезо-кайнозоя и палеозойских андезитов (рис. 9). Это также позволяет судить о присутствии в них значительного количества продуктов эрозии основных магматических пород. Фигуративные точки проб поверхностных донных осадков, отобранных на других полигонах, расположены на диаграммах между точками усредненных составов гранитоидов архея и андезитов палеозоя, но ближе к последним. Можно предполагать, что на этих диаграммах усредненный состав гранитоидов архея более или менее близко соответствует геохимическим особенностям гранитоидов Кольского полуострова, а усредненный состав андезитов палеозоя – палеозойским вулканогенным комплексам севера Уральского складчатого пояса и Новой Земли. Таким образом, с определенной долей вероятности можно считать, что формирование поверхностных донных осадков основной части акватории Баренцева моря происходило за счет обломочного материала, поступавшего с юга и юго-востока, а возможно, из внешних по отношению к Баренцеву морю, удаленных источников.

Рис. 9.

Положение фигуративных точек поверхностных донных отложений различных полигонов и ряда референтных объектов (по [Condie, 1993]) на диаграммах La/Sm–Sc/Th, La/Sc–Th/Co и La/Sc–Th/Cr. 1 – гранитоиды архея; 2 – андезиты палеозоя; 3 – мезо-кайнозойские базальты. Остальные условные обозначения см. рис. 8.

В соответствии со схемой поверхностных течений, мы сопоставили значения (La/Yb)_N в современных донных осадках четырех районов: 1) части Баренцева моря, находящейся под влиянием атлантических вод (ст. 5431, 5430, 5411, 5412, 5414 и 5416); 2) части Баренцева моря, на которую воздействуют течения с востока и северо-востока (ст. 5445, 5446, 5448, 5417, 5421 и 5413); 3) окрестностей ЗФИ (пролив Кембридж) и 4) района залива Русская Гавань. В результате было установлено, что по донные осадки указанных районов по указанному параметру различаются. Так, в донных осадках двух первых районов были определены значения (La/Yb)_{Nсреднее} 10.42 и 12.00. Донные отложения пролива Кембридж, как было показано выше, характеризуются существенно меньшей величиной (La/Yb)_{Nсреднее} – 5.71, а в донных отложениях залива Русская Гавань установлено промежуточное значение (La/Yb)_{Nсреднее} – 8.87).

В целом, учитывая средние величины отношений ЛРЗЭ/ТРЗЭ и (La/Yb)_N, в современных донных осадках различных районов Баренцева моря, можно прийти к выводу о том, что в составе осадков полигона “Пролив Кембридж” присутствует значительное количество тонкозернистой алюмосиликокластики, образованной за счет размыва основных магматических пород.

На диаграмме (La/Yb)_N–Eu/Eu* [Geochemistry …, 2003] точки поверхностных донных осадков всех исследованных нами полигонов показывают довольно компактное расположение примерно на одинаковом расстоянии от пород архейских ТТГ-ассоциаций, мезо-кайнозойских базальтов, базальтов ЗФИ и протерозойских гранитов (рис. 10а). Величины Eu/Eu* во всех пробах несколько выше, чем в PAAS, и примерно сопоставимы с Eu/Eu* мезо-кайнозойских андезитов. Большинство проб донных отложений Баренцева моря в той или иной мере деплетированы ТРЗЭ. Некоторая часть проб по параметру (Gd/Yb)_N сопоставима с протерозойскими гранитоидами, другая – близка к архейским ТТГ-ассоциациям. На диаграмме (La/Yb)_N–(Gd/Yb)_N фигуративные точки проб, отобранных на полигоне “Пролив Кембридж”, больше других тяготеют к полю составов базальтов Земли Франца-Иосифа (см. рис. 10б).

Рис. 10.

Положение фигуративных точек поверхностных донных отложений различных полигонов и ряда референтных объектов (по [Condie, 1993]) на диаграммах (La/Yb)_N–Eu/Eu* (а) и (La/Yb)_N–(Gd/Yb)_N (б). 1–9 – полигоны (1 – “Печорское море”, 2 – “Западный склон Канинского мелководья”, 3 – “Центрально-Баренцевоморский (Штокманский)”, 4 – залив “Русская Гавань”, 5 – “Медвежинский желоб”, 6 – район к югу от Шпицбергена, 7 – “Кольский меридиан”, 8 – “Шпицберген–архипелаг Земля Франца-Иосифа”, 9 – “Пролив Кембридж”); 10–14 – референтные объекты (10 – архейские тоналит-трондьемит-гранитные ассоциации, 11 – протерозойские граниты, 12 – мезо-кайнозойские андезиты, 13 – мезо-кайнозойские базальты, 14 – PAAS). Остальные условные обозначения см. рис. 8.

На большей части акватории Баренцева моря каких-либо тенденций изменения нормированных на хондрит спектров распределения РЗЭ в тонкозернистых современных донных илах не отмечается, что видно, например, на графике распределения значений (La/Yb)_N и Eu/Eu* по профилю от Кольского полуострова до залива Русская Гавань (рис. 11а). Иная ситуация характерна для северной части Баренцева моря. Здесь в пробах поверхностных донных осадков, отобранных на разрезе от архипелага Земля Франца-Иосифа к Шпицбергену, наблюдается уменьшение величины Eu/Eu* и, напротив, рост значений (La/Yb)_N (см. рис. 11б). Возможно, в этой части Баренцева моря происходит смешение продуктов размыва основных магматических пород архипелага Земля Франца-Иосифа с более зрелым материалом, поступающим со стороны Шпицбергена.

Рис. 11.

Вариации (La/Yb)_N и Eu/Eu* в пробах современных донных осадков, отобранных между Кольским полуостровом и заливом Русская Гавань (а), ЗФИ и Шпицбергеном (б). На горизонтальной оси графиков указаны номера станций.

Таким образом, приведенные новые данные позволяют считать, что преобладающая часть поверхностных тонкозернистых донных осадков (пелитовые, алевритово-пелитовые и песчано-алевро-пелитовые илы) акватории Баренцева моря сложена достаточно зрелым в геохимическом отношении материалом, источниками которого могли быть породы Кольского полуострова и Шпицбергена (?). Ранее на существенно гранитоидный состав питающих провинций Печорского моря, при подчиненной роли вулканогенных толщ Пай-Хоя, Вайгача и Новой Земли, обращал внимание М.А. Левитан с соавторами [2007]. Донные отложения пролива Кембридж представлены геохимически менее зрелым материалом, поступавшим в бассейн, по-видимому, в результате размыва комплексов пород (преимущественно базальтов), слагающих архипелаг Земля Франца-Иосифа. Северный остров Новой Земли, скорее всего, не являлся поставщиком такого материала, так как современные тонкозернистые донные осадки, отобранные в заливе Русская Гавань, характеризуются более высокими значениями отношений ЛРЗЭ/ТРЗЭ и (La/Yb)_N, по сравнению с донными отложениями пролива Кембридж. В то же время, Южный остров Новой Земли, как было показано на основании данных о распределении тяжелых и глинистых минералов в поверхностном слое осадков Печорского моря [Левитан и др., 2003а, 2003б, 2007 и др.], был основным источником обломочного материала для современных осадков Южно-Новоземельского желоба и, по-видимому, всей восточной части Печорского моря.