Литология и полезные ископаемые, 2022, № 5, стр. 419-437

ГЕОМОРФОЛОГИЯ И ГИДРОЛОГИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Рассматриваемый в данной работе сегмент континентального склона Аргентинской Патагонии включает в себя часть континентального шельфа с хорошо выраженным перегибом (бровкой) на глубине 140‒150 м; верхний континентальный склон с уклоном 2° до глубины 500‒750 м, шириной 10 км в северной и 55 км в южной части, и средний континентальный склон до глубины по крайней мере 1600 м с уклоном <1° [Lastras et al., 2011]. Ширина верхней террасы Нагера, расположенной на глубинах ~500‒1000 м, увеличивается к югу до 70 км. Терраса Перито Морено на глубинах 1100‒1450 м расширяется к северу от 20 до 50 км, ниже по склону на глубине около 1500‒ 2500 м располагается третья терраса Пьедра Буэна [Hernández-Molina et al., 2010; Lastras et al., 2011; Muňoz et al., 2013].

Континентальный склон рассечен сетью каньонов длиной 86‒120 км, истоки которых находятся на подошве крутой верхней части континентального склона. Разгрузка происходит, по всей вероятности, на террасе Пьедра Буэна. В руслах каньонов наблюдаются прямые и меандрирующие участки с резкими изгибами вокруг локальных возвышенностей.

Поверхностные, промежуточные и глубинные воды в районе исследования имеют антарктическое происхождение и движутся в генеральном направлении на север вблизи континентального склона. Поверхностная циркуляция контролируется геострофическим Мальвинским/Фолклендским течением, которое к северу от района исследований (на 35°‒45° ю.ш.) сталкивается с теплым Бразильским течением [Piola, Matano, 2001]. Интервалы глубин, соответствующие промежуточным и глубинным водам в районе исследования, заняты Антарктической промежуточной водой (ААПВ), Верхней (ВЦПВ) и Нижней Циркумполярной водой (НЦПВ) [Reid, 1989, 1996]. Условные границы между указанными водами совпадают с изолиниями нейтральной плотности θ = 27.6, 27.9, 28.11 кг/м³ [Morozov et al., 2010] и прослеживаются на глубинах ~800, 1500 и 2500 м соответственно. Террасу Перито Морено, в пределах которой расположены все рассматриваемые сечения каньонов, омывает ВЦПВ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В 53-м рейсе НИС “Академик Иоффе” (АИ) и в 79-м рейсе НИС “Академик Мстислав Келдыш” (АМК) были отобраны пробы осадков дночерпателем “Океан-0.25” с площадью захвата 0.25 м² на поперечных пересечениях через четыре каньона всего на 26 станциях (см. табл. 1, рис. 1, [Иванова и др., 2018, 2020]), привязанных к прерывистым батиметрическим профилям. Нумерация каньонов в данной статье дается по [Lastras et al., 2011] с юга на север: #1, #2, #3A и 3B, #4.

Батиметрический и сейсмоакустический промер на поперечных профилях через каньоны производился с помощью высокоразрешающего сейсмопрофилографа SES-2000 deep. Из-за крутизны уклонов и мелкой расчлененности дна на них удалось получить только небольшие фрагменты сейсмоакустической записи, которые свидетельствуют о наличии в каньонах осадочных тел мощностью не менее 40 м. По этим же причинам не удалось получить надежных батиметрических профилей между точками отбора дночерпателей. Глубины относительно точно определены только во время стоянки судна на станциях (см. табл. 1).

На борту судна производилось визуальное описание и фотографирование вырезок из дночерпателей, обломков пород, размера гальки, представителей донной макрофауны. Изготавливались смер-слайды (мазки) из натурального осадка, которые изучались под поляризационным микроскопом. Была выделена песчаная фракция (>0.1 мм), которая затем изучена под бинокулярным микроскопом для определения видового состава фораминиферовой микрофауны и состава минеральных компонентов.

Образцы из каньонов, которые содержали большое количество частиц гравия и более крупнозернистого материала, представленного обломками макробентоса или эрратическими обломками пород, просеивались через сито с диаметром ячейки 2 мм. Эти образцы были изучены макроскопически и под бинокулярным микроскопом. Гранулометрический состав песчаной фракции (>0.1 мм) определялся методом ситового анализа (сухим просеиванием через сита 0.5 и 2 мм). В лабораторных условиях проведен подсчет не менее 300 зерен песчаной фракции (>0.1 мм) каждого образца для выявления соотношения основных осадкообразующих компонентов. Были идентифицированы: кварц, глауконит, раковины планктонных и бентосных фораминифер (ПФ и БФ). Идентификация глауконита подтверждена рентгено-дифракционным методом. Для определения источников грубообломочного материала предположительно ледового разноса изучены петрографические шлифы, изготовленные из встреченных в дночерпательных пробах обломков пород.

Для 4 образцов в Познаньской радиоуглеродной лаборатории выполнено масс-спектрометрическое радиоуглеродное датирование по комплексу раковин ПФ (табл. 2).

Сотрудниками Лаборатории донной фауны океана ИО РАН выполнены определения представителей живой бентосной фауны для характеристики фаций в районе исследования.

МОРФОЛОГИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ КАНЬОНОВ

Исследуемые в данной статье поперечные сечения каньонов #1‒#4 врезаны в поверхность террасы Перито Морено на глубине 1480‒1550 м. Для удобства сравнения все профили поперечного сечения построены в одинаковом вертикальном и горизонтальном масштабах (рис. 2‒5).

Рис. 2.

Профиль каньона #1 с данными о литологии современных осадков. 1–4 – гранулометрия (фракции) по ситовому анализу: 1 – >2 мм, 2 – 2–0.5 мм, 3 – 0.5–0.1 мм, 4 – <0.1 мм; 5–8 – вещественный состав (компоненты в %): 5 – кварц, 6 – глауконит, 7 – раковины планктонных фораминифер, 8 – прочие; 9–16 – типы осадков: 9 – терригенные (<25% раковин фораминифер), 10 – фораминиферово-терригенные (25–50% раковин фораминифер), 11 – терригенно-фораминиферовые (раковин фораминифер 50–75%), 12 – песчанистые пелитово-алевритовые (>50% фракции <0.1 мм неизвестного состава, остальное – песок), 13 – пелитово-алевритово-песчаные (25–50% фракции <0.1 мм неизвестного состава, показано соотношение раковин фораминифер и терригенного материала в песке), 14 – галька и щебень (обломки пород), 15 – границы между типами осадков, 16 – условные границы; 17–32 – макробентос: 17 – серпулиды, 18 – склерактинии, 19 – колониальные кораллы, 20 – иглы морских ежей, 21 – гастроподы, 22 – балянусы, 23 – асцидии, 24 – обломки кораллов, 25 – полихеты, 26 – изоподы, 27 – двустворчатые моллюски, 28 – брахиоподы, 29 – губки, 30 – мшанки, 31 – гидроиды, 32 – прочее.

Рис. 3.

Профиль каньона #2 с данными о литологии современных осадков. Условные обозначения см. рис. 2.

Рис. 4.

Профиль каньона #3 с данными о литологии современных осадков. Условные обозначения см. рис. 2. Пробелы обозначают отсутствие данных.

Рис. 5.

Профиль каньона #4 с данными о литологии современных осадков. Условные обозначения см. рис. 2.

В целом все изученные каньоны имеют V-образную форму с острым дном кроме двух ветвей каньона #3, рельеф которых реконструирован по фрагментам записи сейсмопрофилографа, как полого вогнутый (см. рис. 4). Профиль каньона #1 наиболее симметричен (см. рис. 2), а профили каньонов #2 (см. рис. 3) и #4 (см. рис. 5) отчетливо асимметричны, с крутыми северными (левыми) и более пологими ступенчатыми южными (правыми) бортами.

Поперечный профиль слабомеандрирующего каньона #1, шириной 4.5 км в верхней части сечения и максимальной относительной глубиной 420 м имеет углы наклона бортов около 7°‒8° (см. рис. 2). На северном борту, в нижней части наблюдается уступ с уклоном в сторону оси каньона около 10°‒11°.

Каньон #2 состоит из двух ветвей и довольно сильно меандрирует в верхней части. Его ветви делают резкий поворот на границе между террасами Нагера и Перито Морено. Поперечный профиль каньона в районе исследования имеет ширину 3.6–3.8 км и относительную глубину 300–330 м (см. рис. 3). На южном борту наблюдаются 2 крутых уступа. Первый уступ с уклоном 55°–60° выявлен на глубине 1790–1700 м. Выше борт каньона выполаживается до 5°, а в интервале глубин 1600–1580 м прослеживается второй уступ с уклоном 52°–57°.

Система каньона #3 с многочисленными ответвлениями на среднем склоне является самой сложной, она имеет до 13 ответвлений. Изученное поперечное сечение представлено двумя основными каньонами ‒ #3A и #3B. Каньон #3A довольно сильно меандрирует от нижней части верхнего склона до глубин 1500‒1600 м. Русло каньона #3B в верхней части среднего склона представлено протяженными прямыми участками и на глубинах 900‒1100 м ось каньона резко изгибается [Lastras et al., 2011]. Максимальная относительная глубина каньона 400 м. Русла #3A и #3B имеют полого-вогнутый профиль и разделены между собой валом с крутым (около 14°) северным уступом (см. рис. 4). Средняя крутизна обоих бортов каньона составляет 9°.

Каньон #4 является наиболее врезанным из всех (до 1500 м) и, хотя края каньона в основном прямые, его ось демонстрирует выраженные меандровые изгибы. Каньон и все его ответвления начинаются на границе между верхним и средним склонами, на глубине от 530 до 730 м. Поперечное сечение каньона #4 на батиметрическом профиле располагается на глубине 1350‒1400 м. Оно имеет самую большую относительную глубину >730 м и ширину между бровками бортов около 8.5 км (см. рис. 5). Рельеф асимметричных бортов каньона осложнен наличием нескольких уступов. Уклон более крутого северного борта составляет в среднем 17°, а южного пологого – 1–8°. Максимальный уклон достигается ближе к бровке южного борта, а на глубине 1850 м наблюдается его выполаживание до 0.1°–1° на протяжении 2 км.

ЛИТОЛОГИЯ СОВРЕМЕННЫХ ОСАДКОВ КАНЬОНОВ

При первичном описании на борту судна в некоторых дночерпателях удалось выделить поверхностный слой, который резко отличается от исследованного нами основного (подповерхностного) осадка. Поверхностный псевдослой чаще прерывистый, представлен рассеянной галькой или даже малыми глыбами (более 10 см) разнообразных осадочных, метаморфических и вулканических пород и фауной макробентоса (в том числе живого). Обломки пород от гравия до гальки и крупнее, а также остатки макробентоса встречаются также внутри песка.

Поскольку исследования гранулометрического состава средней пробы подповерхностного осадка происходило с помощью редкого набора сит (с ячеей 0.5 и 2 мм), а состав фракции >0.1 мм определен полуколичественным методом подсчета 300 зерен, мы использовали для выделения типов осадков грубый метод квартилей. Он ограничивает выделение 25%, 50%, 75% содержания основных осадкообразующих компонентов, а содержания меньше 25% считаются примесями и не учитываются при классификации. Фактически в наборе дночерпательных проб присутствуют следующие гранулометрические типы (см. рис. 2, легенда).

• Мелко-среднезернистые пески (>75% фракции 0.1–0.5 мм).

• Разнозернистые пески (50‒75% фракции 0.1–0.5 мм, 25–50% фракции 0.5‒2 мм).

• Пелитисто-алевритистые мелко-среднезернистые пески (50–75% фракции 0.1–0.5 мм, 25–50% фракции <0.1 мм).

• Песчанистые пелитово-алевритовые илы (50–75% фракции <0.1 мм, 25–50% фракции мелко-среднезернистого песка 0.1–0.5 мм).

Состав песчаной фракции осадков определяются соотношением двух главных компонентов: терригенного (условно включая глауконит) и биогенного (планктонные фораминиферы) материала по количеству зерен во фракции >0.1 мм.

• Терригенные (более 75% терригенного материала).

• Фораминиферово-терригенные (50–75% терригенного материала).

• Терригенно-фораминиферовые (50–75% раковин фораминифер).

Каньон #1. С обеих сторон каньона поверхность континентального склона (терраса Перито Морено) покрыта мелко-среднезернистым песком, с примесью гравия с северной стороны, однако состав песка у южного и северного бортов каньона различается. У южного борта (АМК-6734, см. рис. 2) песок терригенный, со значительной примесью фораминифер (20%), обогащенный глауконитом. У северного борта (АМК-6724) песок терригенно-фораминиферовый (раковин фораминифер 50%). На поверхности осадка на станции АМК-6734 фрагменты горных пород и мелкий гравий представлены кварцем, базальтами, кислыми эффузивами. В поверхностном псевдослое в дночерпателе АМК-6724 встречена крупная галька размером до 10 см с прикрепленными остатками макробентоса (рис. 6). Преобладают базальты, присутствуют известняки, в единичных случаях – кислые эффузивы и песчаники.

Рис. 6.

Обломки пород с макробентосом из каньонов #2‒#4. Макробентос каньонов: a–в – каньон #1: а – фрагменты раковин двустворчатых моллюсков, обломок гастроподы, изопода и обломок коралла, б – октокораллы и мшанки, прикрепленные к камням, в – обломки склерактиний и асцидия); г – каньон #3, склерактинии живые и их обломки; д, е – каньон #4: д – морской еж (отр. Cidaroida) и коралл, е – камни с представителями донной фауны: кораллы (Mopseinae, Stylasteridae, Primnoidea, Scleractinia), морской еж (отр. Cidaroida).

На южном борту каньона #1 (АМК-6736) встречен мелко-среднезернистый терригенно-фораминиферовый песок со значительной примесью крупнозернистого песка, с заметной примесью материала фракции <0.1 мм и с высоким содержанием фораминифер (70%). На поверхности небольшие валуны базальтов, спекшихся подушечных лав. В составе небольшой примеси гравия базальты, песчаники, алевролиты, кислые эффузивы.

На дне каньона #1 (АМК-6726) залегает более грубый разнозернистый терригенный песок с высоким содержанием глауконита (30%). Преобладает крупнозернистый песок, но гравий отсутствует. Содержание раковин фораминифер очень низкое (5%). Много “прочих” компонентов (15%), в том числе акцессорных тяжелых минералов. Поверхностный псевдослой здесь не выделяется. Отмечены полихеты.

В верхней части северного борта каньона (АИ-6737) встречены мелко-среднезернистые терригенно-фораминиферовые пески (содержание раковин фораминифер 50%), на поверхности – галька и гравий. В составе гальки преобладают базальты, много обломков кислых эффузивов. Присутствуют остатки макробентоса.

Выше, у бровки северного борта (АМК-6725), отмечены терригенные мелко-среднезернистые пески с очень высоким содержанием глауконита (40%). На поверхности – галька размером от 1 до 10 см и гравий, в основном базальты и песчаники. Наблюдаются прикрепленные к обломкам пород остатки макробентоса.

Таким образом, в верхних частях обоих бортов, почти на одинаковой глубине, выделяются фациальные зоны терригенно-фораминиферовых песков. На южном борту каньона в этой зоне содержание фораминифер значительно выше (70%), чем на соседней поверхности террасы, а на северном борту – практически одинаковое с осадками террасы. Между этими фораминиферовыми фациальными зонами, на дне каньона выделяется относительно грубозернистая русловая фация, представленная терригенными песками с малой примесью фораминифер. Поверхностный псевдослой здесь практически не идентифицируется в отличие от всех остальных дночерпательных проб. Сходная фация терригенных песков, но с хорошо развитым поверхностным псевдослоем, выделяется у бровки северного борта. О том, существует ли аналогичная фация у бровки южного борта, данных нет.

Каньон #2. Гранулометрический состав всех проанализированных дночерпательных проб довольно однообразен. Это мелко-среднезернистые пески, в двух пробах со ступени южного борта – с существенной примесью крупнозернистого песка (АМК-6746, АМК-6747, см. рис. 3). В последних двух пробах отмечается несколько повышенное содержание фракции <0.1 мм. В двух пробах с континентального склона, соседнего с каньоном (АМК-6745, АМК-6751, см. рис. 3), отмечена заметная примесь гравия.

В вещественном составе песчаной фракции (>0.1 мм), доминирующей во всех пробах, преобладает терригенный материал (кварц и глауконит). На максимальной глубине вреза каньона получена проба русловой фации, в которой около 90% терригенного материала, включая 30% отнесенных к “другим” компонентам (АМК-6749, см. рис. 3). Содержание раковин фораминифер в пробах составляет 40%, кроме двух: АМК-6749 (русловая фация) и АМК-6745 (терраса к югу от каньона), где раковин фораминифер соответственно 10% и 20% (см. рис. 3). Фораминиферы, вероятно, отсутствуют в пробе разнозернистого песка АМК-6748 с южного борта, в ней встречены обломки подушечных лав, а также грубозернистый глауконит-кварцевый песок. Эту пробу условно также можно отнести к русловой фации. Обломки пород ледового разноса отмечены почти во всех пробах каньона (см. рис. 3).

Каньон #3 (A, B). Две ветви нижнего течения каньона охарактеризованы только двумя изученными пробами, одной пробой гальки с массивного поднятия между #3A и #3B и не проанализированной пробой песка с континентального склона, у бровки южного борта каньона #3B, представленной, по визуальной оценке, мелкозернистым терригенным песком (АИ-3693, см. рис. 4). Если это определение верное, то осадки на склоне к северу и югу от каньона существенно различаются по составу: в пробе, отобранной к северу от каньона (АИ-3690), содержится 33% раковин фораминифер, которые не отмечены к югу от каньона. На дне обоих отрогов каньона встречены относительно мелкозернистые осадки. В северном каньоне #3A это песчанистые пелитово-алевритовые илы, песчаная фракция которых состоит преимущественно из раковин фораминифер (АИ-3691). В менее глубоководном южном отроге #3B (АИ-3693) преобладает фораминиферово-терригенный мелко-среднезернистый песок, но фракция <0.1 мм составляет около 30% (см. рис. 4).

Следовательно, в обоих отрогах наблюдается заполнение каньонов относительно мелкозернистыми осадками с существенной долей фораминифер, а типичные русловые фации отсутствуют. Резидуальная фация гальки ледового разноса на валу между двумя отрогами подчеркивает необычную для каньонов динамику вод.

Каньон #4. Самый глубокий из изученных врез каньона #4 не показал типичной для развивающихся каньонов литолого-фациальной закономерности. Вместо относительно грубозернистого терригенного песка русловой фации все три дночерпателя из каньона, в том числе АИ-3686 с крутого северного склона, принесли осадки с существенным содержанием самой тонкой фракции <0.1 мм (см. рис. 5). В пробе АИ-3688 эта фракция даже преобладает (53%), и осадок следует назвать песчанистым пелитово-алевритовым илом (см. рис. 5). По составу фракции >0.1 мм осадок обогащен фораминиферами (25–32%) по сравнению с двумя пробами терригенного мелко-среднезернистого песка на склоне (террасе Перито Морено) к северу от каньона (АИ-3684, АИ-3685). Фораминиферово-терригенный мелко-среднезернистый песок (40% раковин фораминифер), содержащий многочисленные обломки сланцев крупностью щебня и дресвы, встречен на бровке южного борта (АИ-3689, см. рис. 5).

Особого внимания заслуживает песчанистый ил с выпуклой (вероятно, аккумулятивной) структурой в основании южного борта каньона, возможно, сдвинутый силой Кориолиса вправо от основной струи потока суспензии, текущей вниз по каньону (АИ-3688). Подповерхностный слой ила покрыт крупными плитчатыми глыбами сланца, явно принадлежащими одному типу породы, обросшими живой прикрепленной эпифауной (см. рис. 6). Из более глубокой части этого предполагаемого аккумулятивного тела дночерпатель АИ-3687 принес мелко-среднезернистый фораминиферово-терригенный песок с большой примесью тонкозернистой фракции <0.1 мм. Такой же песок получен с крутого северного борта каньона.

Таким образом, все три пробы со дна каньона резко отличаются от фоновых осадков террасы Перито Морено прежде всего повышенным содержанием тонкозернистой фракции <0.1 мм. Следовательно, в настоящее время каньон #4 представляет собой скорее своеобразный бассейн седиментации относительно тонкозернистых осадков, обогащенных фораминиферами, по сравнению с современными терригенными песками террасы.

ПЛАНКТОННЫЕ ФОРАМИНИФЕРЫ

Раковины ПФ многочисленны в песчаной фракции осадков всех каньонов, где они обычно составляют от 8 до 70%, за исключением ст. АМК-6726 (#1), АИ-3692 и АИ-3694 (#3). Везде встречены плейстоценовые комплексы ПФ преимущественно хорошей сохранности, представленные умеренными, субтропическими и субполярными видами. Это типичные для данного региона комплексы, переходные от субтропических к субантарктическим [Be, Tolderlund, 1971; Мурдмаа и др., 2020]. Наиболее многочисленны Globorotalia inflata, Globigerina bulloides, Globorotalia truncatulinoides, Globorotalia crassaformis, Neogloboquadrina pachyderma sin., Turborotalita quinqueloba, Globigerinita glutinata, единично встречается Globigerinella calida.

Среди немногочисленных бентосных фораминифер (БФ) встречены представители инфауны: Pyrgo sp., Oridorsalis sp., Lagena sp., Trifarina angulosa, Cassidulina reniforme, Buccella sp., Quinqueloculina sp., Lenticulina sp., Islandiella norcrossi и другие виды, а также обломки раковин агглютинирующих видов. На северном склоне (АИ-3686) и дне (АИ-3687) каньона #4 отмечен эпибентосный вид Cibicidoides wuellerstrorfi, который, вероятно, встречается и на других станциях.

МАКРОБЕНТОС

Каньон #1. В фауне каньона #1 и прилегающих к нему фоновых образцах террасы преобладают группы, приуроченные к твердым субстратам (камням): кораллы, губки, мшанки, гидроиды, серпулиды, моллюски (см. рис. 2, 6). Кроме того, на дне каньона и северном борту обнаружены подвижные изоподы. На дне каньона встречены единичные роющиеся в осадке полихеты.

Каньон #2. В фауне каньона #2 так же, как и в каньоне #1, преобладают группы, приуроченные к твердым субстратам (камням). В каньоне #2 макробентос представлен живыми кораллами Stolonifera, Zoantharia, Stylasteridae, остатками мертвых кораллов Scleractinia, а также разными видами мшанок, брахиоподой с балянусом (см. рис. 3, 6). Фауна в фоновых образце (АМК-6750) и на северном борту каньона (АМК-6751) представлена обломками кораллов. В образцах присутствует галька без организмов-обрастателей, что может свидетельствовать о неподходящих условиях для заселения бентосными организмами. Фауна дна каньона (АМК-6749) представлена кораллами и остатками бентоса известкового состава. Это может свидетельствовать о сносе осадка и обломков фауны на дно каньона. Живой фауны на северном борту и дне каньона не обнаружено. Фауна южного склона каньона (АМК-6747 и АМК-6746) довольно разнообразна и представлена обломками мертвых кораллов Scleractinia, остатками разных видов мшанок, игл морских ежей, живыми серпулидами и губками. Кроме того, в образце АМК-6746 встречены живые кораллы Stolonifera, Zoantharia, Stylasteridae, одна брахиопода и балянус. На южном борту каньона в образце АМК-6748 фауна не обнаружена, видимо в связи с отсутствием в осадках гальки и камней. Фауна фонового образца, отобранного у южного борта каньона (АМК-6745), довольно немногочисленна и представлена кораллами и губкой.

Каньон #3. В каньоне #3 макрофауна представлена очень бедно в образцах с присутствием крупной гальки. Наиболее многочисленными группами являются кораллы, серпулиды и мшанки. Кроме того, на северном борту каньона #3B обнаружен морской еж (отр. Cidaroida), который типичен для твердых субстратов и плотного песка (см. рис. 4, 6).

Каньон #4. Фауна в каньоне #4 распределена неравномерно и представлена морским ежом и прикрепленными организмами-фильтраторами (кораллами, мшанками, серпулидами, см. рис. 5, 6). На фоновых станциях с террасы у северного борта каньона (АИ-3684 и АИ-3685) фауна отсутствует из-за недостатка субстрата, подходящего для заселения прикрепленными организмами (встречается только мелкая галька). На северном борту каньона обнаружены обломки склерактинии Bathelia candida и обломок брахиоподы. На дне каньона (АИ-3687) фауна не обнаружена. На южном борту каньона (АИ-3688) найдено большое количество камней (размером до 20 см), на которых встречены довольно разнообразные сообщества кораллов Scleractinia, Primnoidea, Mopseinae, Stylasteridae и морской еж (отряд Cidaroida) (см. рис. 5, 6). Высокое разнообразие на этой станции обусловлено наличием подходящего для прикрепления кораллов стабильного крупного твердого субстрата, позволяющего развиваться многолетним сообществам. На фоновой станции у южного борта каньона (АИ-3689) на гальке (размером до 7 см) обнаружены многочисленные живые мшанки, остатки серпулид и основание коралла Isididae.

ПОПЕРЕЧНАЯ ФАЦИАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ ОСАДКОВ КАНЬОНОВ

Изученные подводные каньоны от #1 на юге до #4 на севере составляют среднюю часть серии из семи подводных каньонов северного сектора контуритовой системы континентального склона Аргентинской Патагонии [Hernández-Molina et al., 2009, 2010; Isola et al., 2021], нумерованной от #0 до #6 [Lastras et al., 2011]. Вся серия отличается отсутствием прямой связи с шельфом, а также каких-либо речных источников терригенного материала (см. рис. 1). Истоки многочисленных притоков рассматриваемых здесь каньонов находятся на подножии уступа верхней части склона. По мнению авторов детальных геоморфологических исследований, они питаются осадочным материалом за счет эрозии террасы Нагера, омываемой сильным течением антарктических вод [Lastras et al., 2011; Muňoz et al., 2012, 2013].

Наши данные показывают, что осадконакопление в каньонах обеспечивается двумя главными компонентами: терригенным материалом, состоящим преимущественно из кварца с переменным содержанием глауконита, и кальцитовых раковин планктонных фораминифер. При этом следует иметь в виду, что весовые проценты компонентов, полученные при грубом ситовом анализе с выделением фракции мелко-среднезернистого песка (0.1–0.5 мм) дают резко пониженные значения доли этой фракции, сложенной целыми раковинами фораминифер, по сравнению с данными по подсчету зерен, из-за легкости пустотелых раковин (см. рис. 2–5, круговые диаграммы). Именно подсчет зерен ближе выражает относительную долю фораминифер в соответствии с гидравлической крупностью заполненных водой раковин, принципиально отличающуюся от гидравлической крупности сплошных зерен терригенного песка соответствующей размерной фракции, а значит и их поведения в придонных потоках воды или суспензии. Вопрос о бóльшей “подвижности” пустотелых раковин фораминифер по сравнению с терригенными частицами такого же размера рассмотрен в ряде работ (например, [Miller et al., 1977; McCave, 2008]).

Из сказанного вытекает гипотеза о преимущественно латеральном потоке пустотелых раковин планктонных фораминифер с контурными (вдольсклоновыми) придонными течениями ВЦПВ, омывающими дно на террасе Перито Морено, в пределах которой расположены все четыре поперечных сечения каньонов (см. рис. 2–5). Встречая на своем пути каньон, поток резко тормозится из-за увеличения живого сечения и из него выпадает какое-то количество раковин вместе с осаждением из гибридного потока терригенного материала. Конечно, наряду с латеральным переносом раковин с террасы в каньоны, в них оседает также какое-то количество раковин вертикальной (гемипелагической) седиментации. Оно должно быть равно вертикальному потоку раковин фораминифер, оседающему на поверхность террасы. Значит, можно предположить, что осевшее в каньоны количество раковин в единицу времени складывается из суммы фоновой вертикальной седиментации и латерального контуритового потока. Эта сумма уменьшается за счет вымывания легких пустотелых раковин вплоть до нуля под действием внутриканьонной гидродинамики и гравитационных потоков.

По вещественному составу терригенные пески и терригенная составляющая смешанных осадков (с раковинами фораминифер) в каньонах и на террасе однообразны; они характеризуются преобладанием кварца и глауконита. Отсюда вытекает предположение, что терригенная составляющая осадков каньонов сочетает перемыв осадков террасы (куда кварц и глауконит, очевидно, поступают с шельфа в результате плоскостного смыва) и трансформацию этого потока в гибридный контуритово-гравитационный поток вниз по каньону [Muňoz et al., 2013; Shanmugam, 2021]. При этом никаких признаков сортировки внутри терригенного материала песчаной фракции не отмечено. Изменения кварц/глауконитового отношения (табл. 3) носят региональный характер. Это отношение закономерно возрастает с юга (каньоны #1 и #2 и терраса около них) на север (каньоны #3 и #4 и терраса около них). Уменьшение относительного содержания глауконита, по-видимому, связано с удалением истоков каньонов от основного источника глауконита на шельфе, где богатые глауконитом пески распространены к югу от каньона #2 и где он, вероятно, формируется.

Изученные каньоны четко делятся на два типа. Каньоны #1 и #2, содержащие только пески, имеют на максимальной глубине поперечного сечения русловую фацию терригенного песка с очень небольшой примесью раковин планктонных фораминифер. Эта фация, вероятно, представляет собой отложения гравитационного зернового потока вниз по каньону. Возможно, что в таких потоках реализуется механизм гранулярной среды, в которой песчаные частицы удерживаются во взвешенном состоянии за счет их взаимного сталкивания [Middleton, Hampton, 1976; Поляков, 2002]. Русловая фация обрамлена на бортах каньонов мелко-среднезернистыми песками с повышенным содержанием раковин фораминифер – продуктов смыва с поверхности террасы, вероятно, вместе с терригенным материалом. Значит, эти фации можно считать контуритовыми. Фацию терригенного песка с высоким содержанием глауконита (40% фракции >0.1 мм) на бровке северного борта каньона #1 можно интерпретировать как локальную резидуальную фацию, откуда раковины смыты локально усилившемся контурным течением. Благодаря развитию русловых фаций эти каньоны можно считать современно активными.

В двух северных каньонах #3 и #4 на дне выделяются аккумулятивные тела с высоким содержанием тонкозернистых фракций (<0.1 мм), что свидетельствует о малой интенсивности движения придонных вод. В каньоне #4 такое тело сдвинуто на юг от самого дна (см. рис. 5), что может указать на влияние силы Кориолиса и смещение гравитационного потока влево, приводящее к аккумуляции тонкозернистого материала справа. На дне ветви каньона #3A и на пологом борту ветви каньона #3B встречены однотипные фации смешанных (несортированных) песчаных илов с повышенным содержанием фракции <0.1 мм. Однако редкое опробование не позволяет выявить более четких закономерностей, кроме предположения о малой интенсивности движения придонных вод в обеих ветвях системы каньона #3. Эта фация характеризуется довольно высоким содержанием раковин фораминифер в песчаной фракции, которые на дне более глубокой ветви каньона #3А даже преобладают над терригенным песком. Умеренно высокие содержания раковин фораминифер встречены также в песчаной фракции аккумулятивного тела песчанистого ила на подножии южного борта каньона #4 (см. рис. 5). Значит, в обоих каньонах, вероятно, присутствуют фации смешанных гравититовых мелкозернистых илов с высокой долей предположительно контуритовых мелко-среднезернистых песков и высоким содержанием раковин фораминифер.

Однако на поверхности относительно тонкозернистых песчанистых илов аккумулятивного тела на дне каньона #4 дночерпатель АИ-3688 поднял несколько одинаковых крупных плитчатых обломков сланцев с обрастанием прикрепленной эпифауной (см. рис. 6). Очевидно, что обломки этих пород генетически никак не связаны с нижележащим илом. Это также вряд ли может быть материалом айсбергового разноса, поскольку все обломки представлены одним типом пород. Остается предположить, что эти обломки отломились от подводного обнажения древних пород выше по склону и сползли вниз. Их обмывание придонным течением с удалением всего мелкозернистого материала, включая подстилающий мелко-среднезернистый песок, вероятно происходит из-за влияния локального возвышения. Такое локальное возвышение может вызвать усиление турбулентности, что должно привести к обнажению отдельных камней на поверхности более тонкозернистых осадков.

Фации, характеризующие относительно низкую энергию придонных вод, резко контрастируют с пробой промытой (резидиуальной) неподвижной гальки, обросшей живой прикрепленной эпифауной, на поднятии между двумя ветвями каньона #3 (станция АИ-3692, см. рис. 4, 6). Они также резко отличаются от преимущественно терригенных песков на террасе Перито Морено с обеих сторон каньона #3 и к северу от каньона #4 (см. рис. 5). Приходится признать, что интенсивная динамика придонных вод на глубинах около 1500 м резко ослабевает на больших глубинах внутри каньонов.

Если верно предположение об исключительно шельфовом источнике глауконита, то сходное его относительное содержание в осадках со дна каньонов и с поверхности соседней террасы Перито Морено нельзя объяснить иначе, как смывом терригенного материала с поверхности террасы в каньоны придонным контурным течением. Как глауконитовый песок попал с шельфа на поверхность по крайней мере одной из террас и рассеялся по ней, смешиваясь в разных пропорциях с раковинами планктонных фораминифер, пока не совсем ясно. Нет сомнения, что это результат деятельности омывающих шельф контурных течений. Решение данной проблемы выходит за рамки настоящей статьи. Здесь важно подчеркнуть, что из-за существенно большей подвижности раковин фораминифер процент их численности в песчаной фракции в осадках каньонов должен расти с убыванием скорости придонного течения. Для перемещения по дну “тяжелых” зерен кварца, глауконита и акцессорных минералов требуются гораздо более интенсивные движения придонной воды, которые способны избирательно вымывать из осадка раковины фораминифер.

В двух ветвях каньона #3, изученных редкими дночерпательными пробами на месте русла, и в каньоне #4 в аккумулятивном теле, вероятно сдвинутом силой Кориолиса вправо от потоков вниз по каньону, встречены несортированные осадки с высоким содержанием тонких фракций (<0.1 мм). Если предположение о влиянии силы Кориолиса в каньоне #4 верно, то эти фации можно условно отнести к отложениям гравитационных потоков густой суспензии. Поскольку тонкозернистого материала на пути контуритового материала по террасе не обнаружено, остается предположить, что источником тонкозернистого компонента служат продукты эрозии верхней террасы Нигера, где, по-видимому, имеются условия для временной аккумуляции тонкозернистых фракций. Они могут служить основой потоков суспензии. Повышенное содержание раковин фораминифер во фракции >0.1 мм, по сравнению с осадками соседней террасы, наряду с обогащением тонкозернистым материалом, свидетельствует о малой подвижности вод на месте разгрузки гравитационных потоков суспензии.

Наличие галечника на валу, разделяющем две ветви каньона #3, указывает на контрастно высокую подвижность вод. Однозначной интерпретации такой фациальной картины двух северных каньонов у нас пока нет, но можно предположить, что это фации заполнения относительно углубленных ям в продольном профиле каньонов. Смешанные осадки с высоким содержанием тонкозернистых фракций встречаются только на дне двух северных каньонов, что можно объяснить наличием источников тонких фракций в районе истоков многочисленных притоков северных каньонов на террасе Нагера. Это могут быть локальные впадины, где в затишных условиях скапливается тонкозернистые продукты эрозии, избыток которых приводит к образованию гравитационных потоков суспензии вниз по каньонам. Разгрузка таких потоков служит, вероятно, непосредственным источником несортированных смешанных осадков на дне двух северных каньонов.

Любопытные закономерности выявлены путем расчета соотношения зерен кварца и глауконита (см. табл. 3). Выяснилось, что относительное содержание глауконита в каньонах #1, #2 самое высокое и уменьшается к северу до минимальных значений по отношению к кварцу в самом северном каньоне #4. Такое уменьшение доли глауконита в осадках двух северных каньонов можно объяснить удалением от главного источника глауконита на южном шельфе. Неясной остается проблема присутствия в осадках каньонов и террасы между ними крупных обломков пород (гальки, щебня, мелких валунов), которые встречаются, на первый взгляд, с одинаковой частотой в каньонах и на террасе между ними. Разнообразие петрографического состава обломков и отсутствие их связи с вмещающими осадками указывает на ледовый или айсберговый разнос грубообломочного материала. Если разнос морским (припайным) льдом с соседней суши мог происходить только при резком похолодании климата во время последнего оледенения, то более поздний айсберговый разнос из дальних источников (например, с Огненной Земли) мог происходить и позднее. Об этом свидетельствуют свежие следы вспахивания осадков айсбергами, установленные в результате детальных геоморфологических исследований [Muňoz et al., 2013]. Петрография обломков пород – базальты, песчаники, сланцы, известняки, при полном отсутствии ультраметаморфических пород, указывает на отсутствие материала из Антарктиды. Скорее всего, это продукты разрушения покрытых ледниковыми щитами островов – Огненной Земли и других.

Фациальная изменчивость на поперечных сечениях всех четырех изученных каньонов значительно больше, чем на террасе Перито Морено между ними. Нет ни одного случая повторения фаций в соседних дночерпательных пробах даже на расстоянии сотен метров. Даже в хуже всего изученных двух ветвях каньона #3 однотипные фации мелкозернистых осадков разделены фацией галечника на вершине находящегося между ними вала, безусловно относящегося к системе крупнейшего каньона. Набор фаций и их последовательность в разных каньонах различная. Эти вариации связаны, прежде всего, с соотношением воздействия на разные компоненты осадков латерального транспорта мощных вдольсклоновых течений и гравитационных потоков суспензии вниз по каньонам. Совместно они формируют гибридные контуритово-гравититовые потоки внутри каньонов, описанные с геоморфологической точки зрения [Shanmugam, 2003; Muňoz et al., 2013].

Радиоуглеродные датировки по раковинам планктонных фораминифер из каньонов #3 и #4 неизменно указывают на голоценовый возраст осадков, в том числе содержащих гальку (см. табл. 2). В то же время обломки пород с фауной обрастания (в том числе живой) встречаются на поверхности песков в каньонах #1 и #2. Если это ледовый разнос грубообломочного материала, то придется предположить, что голоценовый осадок (песок) смыт с этих камней недавно или не отлагался из-за гидродинамических условий. К сожалению, именно в этих дночерпательных пробах нет материала для датирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Характер фаций внутри каньонов практически не зависит от глубины террасы, в которую они врезаны. Прямой зависимости характера фаций от глубины вреза не выявлено. Фациальная изменчивость современных (голоценовых) осадков значительно более резкая внутри каньонов, чем на террасе Перито Морено около них.

По характеру фаций изученные каньоны четко делятся на два типа. Первый тип (#1 и #2) характеризуется песчаными фациями: русловой фацией терригенных песков, которая разделяет пески, обогащенные раковинами фораминифер, на бортах каньонов. Русловые фации, вероятно, представляют собой гравитационные отложения зерновых потоков, движущихся вниз вдоль каньонов и при этом эродирующих их дно. Фации бортов отражают относительно меньшие скорости придонных контурных течений, при которых в каньонах осаждаются раковины фораминифер, смытые с поверхности террасы Перито Морено вместе с каким-то количеством терригенного материала. Усиление контурных течений на бровке северного борта каньона #1 привело к смыву раковин фораминифер и образованию резидуальных терригенных песков. Обогащение терригенных песков глауконитом (относительно кварца) отражает близость главного источника глауконита на шельфе.

Второй тип (каньоны #3А, #3В, #4) характеризуется высоким содержанием тонкозернистого (пелитово-алевритового) материала, вплоть до преобладания над мелко-среднезернистым песком на дне каньона #3А и на вершине аккумулятивного тела, подобного прирусловому валу, сдвинутому вправо воздействием силы Кориолиса на дне каньона #4. В обоих случаях песчаная фракция обогащена раковинами фораминифер, что дополнительно указывает на слабую подвижность придонных вод. Это единственная литолого-фациальная группа осадков, встреченная только внутри каньонов, а значит фациальную обстановку ее образования следует искать в процессах, происходящих в каньонах. Мы предполагаем, что смешанные песчано-илистые осадки представляют собой результат разгрузки потока густой суспензии, поступающей из притоков верхнего течения каньонов #3 и #4.

Обогащение терригенных песков глауконитом (относительно кварца) отражает близость главного источника глауконита на шельфе.

Грубообломочный материал, вероятно ледового или айсбергового разноса (галька, щебень), представлен обломками разных пород (песчаниками, сланцами, базальтами, известняками и др.) и встречается как в каньонах, так и на поверхности террасы между ними. Обнаженный на поверхности дна под действием придонных течений грубообломочный материал служит субстратом прикрепленного макробентоса. Ледовый разнос происходил во время последнего оледенения Южного полушария. Айсберги достигали континентальной окраины Патагонии и позднее, о чем свидетельствуют свежие следы их вспахивания, обнаруженные в ходе геоморфологических исследований [Muňoz et al., 2013].