Коллектив авторов - Строение и история развития литосферы

Изучение химического состава осадков позволило выделить хемостратиграфические горизонты, полностью совпавшие с ранее выделенными литостратиграфическими горизонтами, что позволяет говорить о существовании лито-хемостратиграфических горизонтов (ЛХСГ) в обеих колонках. Полученные результаты по среднему химическому составу отложений различных ЛХСГ и толщ в обеих колонках показаны в табл. 3. Здесь приведены данные только по макрокомпонентам.

Если отвлечься от деталей и учитывать число проб для каждой строки табл. 3, то выясняются несколько простых закономерностей: 1) химический состав ЛХСГ и толщ прежде всего определяется их литологией: чем грубее осадки, тем больше в них SiO 2и меньше остальных компонентов; 2) в целом химический состав осадков нечетных горизонтов и полярной толщи близок к составу глинистых пород мезозойских складчатых поясов, а осадков четных ЛХСГ – к тому же составу, обогащенному примесью песчаных пород из складчатых поясов того же возраста.

Первую из отмеченных закономерностей хорошо подтверждает график корреляции отношения (песок/сумма алеврита и пелита), умноженного на 100, и отношения SiO 2/Al 2O 3, умноженного на 10. Коэффициент корреляции равен 0.8672.

Обращает на себя внимание существование в полярной толще нескольких слоев (например, на уровнях 290, 555 и 670 см – см. табл. 2) с очень высокими потерями при прокаливании, заметно превышающими 10 %, очень низкими отношениями SiO 2/Al 2O 3(примерно вдвое более низкими, чем в осадках с песчаной примесью), высокими содержаниями F 22O 3, Cu, Zn, V, пониженными концентрациями MnO. Все это заставляет говорить об эпизодах сохранения в тонкозернистых осадках высоких содержаний органического вещества, обусловленного затрудненной вентиляцией придонных вод вследствие усиленной стагнации.

Для обеих колонок составлены свои корреляционные матрицы, исследование которых позволило выделить геохимические ассоциации. Для кол. PS70/319: 1) SiO 2, Zr (в некоторой степени – Ba); 2) TiO 2, Al 2O 3, Fe 2O 3, MnO, MgO, K 2O, п.п.п., Cr, V, Ni, Cu, Zn, Rb, Nb, As; 3) S; 4) CaO; 5) P 2O 5и As; 6) Sr, Na 2O (?) (в некоторой степени CaO и Ba). Первая ассоциация объясняется приуроченностью к песчаной фракции с обилием в ней кварца, минералов циркония и полевых шпатов; вторая – совокупным нахождением тонкой кластики, глинистых минералов, органического вещества и соединений железа (не исключено, что MnO здесь оказался за счет частичного вымывания пелитового материала); сера, вероятно, сульфатная из-за морских солей в пробе; карбонат кальция частично ассоциирует только со Sr, так как этот элемент изоморфно замещает Ca в раковинах биогенных карбонатов, которые распространяются в осадках по своим закономерностям, связанным с адвекцией атлантических вод; мышьяк довольно традиционно ассоциирует с фосфором, входя в его соединения (также как в пирит, которого в изученных осадках почти нет).

В кол. PS70/358 выделены практически те же геохимические ассоциации. Отличия сводятся к самостоятельному поведению Mn (что уже объяснено выше) и связанного с ним Co, а также к отсутствию связей таких элементов как Nb, Cr, Sr со всеми другими элементами. Относительно Mn, с нашей точки зрения, более справедлива гипотеза о его преимущественной связи с речными выносами, более обильными в теплые эпохи ( Jakobsson et al., 2000 ). Эта идея поддерживается и в целом похожим распределением валового железа. Против гипотезы о связи высоких значений MnO с эпизодами улучшенной вентиляции придонных вод (также в теплые эпохи) свидетельствует отсутствие тесных корреляций содержаний этого компонента с такими элементами как V, Cu, Ni, Zn.

Важно отметить, что в кол. PS70/358 одни и те же микроэлементы образуют тесные корреляционные связи и с алевритом, и с пелитом. В осадках кол. PS70/319, напротив, те же микроэлементы коррелируют с алевритом, но не с пелитом. Отсюда следует, что значительная часть пелита была вынесена из осадков кол. PS70/319 в результате повышенной гидродинамической активности придонных вод.

На рис. 5 показано поведение типичных для выделенных геохимических ассоциаций элементов по разрезам колонок. Обращает на себя внимание, что многие элементы (в частности, железо) можно использовать для целей хемостратиграфии, однако оптимальным является использование MnO, что уже сделано другими исследователями ( Jakobsson et al., 2000, 2001; Löwemark et al., 2008 ). Наряду с марганцем следует учитывать такие элементы, как V, Zn, Rb, As с их повышенными содержаниями в осадках нечетных ЛХСГ и пониженными – в четных. В целом почти все микроэлементы теснейшим образом связаны с тонкой терригенной матрицей, что позволяет сделать вывод о доминировании их литогенных форм в изученных осадках. Таким образом, даже в центре Северного Ледовитого океана, вероятно, доминирует «геохимия взвешенных форм», а не растворов.

Рис. 5. Распределение некоторых оксидов и химических элементов по разрезам колонок. ЛХСГ – лито-хемостратиграфические горизонты.

В отличие от кол. PS70/319, где айсберговый материал явно обогащает осадки четных ЛХСГ, в кол. PS70/358 это обогащение приурочено к осадкам горизонтов II, III, IV и VI, что, возможно, подтверждает взгляды о существовании единой крупной ледниковой эпохи в течение ИКС 2 – ИКС 4. Одновременно такое соотношение гранулометрического и химического состава в кол. PS70/358 дополнительно указывает на отличающиеся источники материала и системы транспортировки осадочного вещества для обеих колонок.

Химический состав осадков отражен на диаграмме соотношения гидролизатного и железного модулей ( Юдович, Кетрис, 1986 ), которая выявила высокие значения обоих модулей в осадках полярной толщи и нечетных ЛХСГ, не содержащих повышенные количества айсбергового материала, и, соответственно, низкие – в четных ЛХСГ.

На рис. 6 проведено сопоставление двух параметров: содержания фракции более 63 мкм и отношения Si/Al в опорной колонке PS 2185 и в исследованных нами двух колонках. При этом показаны выделенные ЛХСГ и (для опорного разреза) ИКС. В первом приближении можно утверждать, что ЛХСГ примерно соответствуют ИКС (особенно для ИКС 1 и ИКС 2), хотя на самом деле соотношения более сложные. Для кол. PS70/358 можно предположить, что сохранилась лишь верхняя часть ЛХСГ VI, соответствующая (может быть, не полностью) терминации II – переходу от ИКС 6 к ИКС 5, а на нижнюю часть горизонта пришелся перерыв в седиментации.

Рис. 6. Корреляция отношения Si/Al в кол. PS2185 (Schoster, 2005) и в изученных нами колонках (А); корреляция содержаний фракции более 63 мкм в кол. PS2185 (Spielhagen et al., 2004) и в изученных нами колонках (Б). Арабскими цифрами даны номера ИКС (Spielhagen et al., 2004), римскими – номера ЛХСГ.