Введение к работе
Актуальность исследований. Познание четвертичной истории развития шельфа Западно-Арктических морей и палеогеографической реконструкции невозможно без детального изучения разрезов донных отложений и рельефа дна. В геологической истории позднего кайнозоя присходили крупные палеоокеанологические изменения, связанные с колебанием уровня моря и с изменением структуры водных масс, в частности, течений, солености морской воды, миграций полярного фронта, изменчивостью режима ледового покрова, распадом ледникового покрова плейстоценовых оледенений и ростом ледников на арктических островах, т.е. с достаточно значительными изменениями климата. В целом, многие особенности существования морских экосистем контролируются процессами осадкообразования, в свою очередь, являющимися совокупной функцией многих природных процессов. Поэтому восстановление или модельная реконструкция особенностей седиментогенеза, его геологической истории позволяют выявить причины изменения экосистем. С другой стороны, познание современного седиментогенеза на шельфе арктических морей, особенно в связи с интенсивным промышленным освоением разведанных запасов углеводородного сырья, а также с проектированием подводной прокладки нефте- и газотрубопроводов и строительства терминалов приобретает особую значимость. Знание литологии донных отложений на шельфе Арктических морей имеет важное значение при региональных геолого-съемочных и инженерно-геологических работах.
Верхнечетвертичный седиментогенез как приоритетное научное направление входит во многие программы РАН и ФЦП ("Мировой океан", "Минерально-сырьевой потенциал морей России", "Комплексные исследования океанов и морей Арктики и Антарктики", "Глобальные изменения природной среды и климата" и др.) и ряд зарубежных научных программ-проектов (АМАР, IASC, ICARP, QUEEN и др.), так или иначе диктуемых настоятельной необходимостью лучшего понимания природной системы Арктики в прошлом, настоящем и будущем.
Цели и задачи исследования. Основная цель диссертации -выявить закономерности и особенности ледникового и ледниково-морского седиментогенеза в верхнечетвертичной истории осадочного чехла на шельфе Западно-Арктических морей. В соответствии с этой общей целью отдельные исследовательские задачи включали в себя:
1. Исследование вещественного состава, выделение основных типов и выявление пространственного распределения плеистоцен-голоценовых отложений на акваториях Западно-Арктических морей.
2. Выяснение основных закономерностей мобилизации осадочного
вещества на водосборных пространствах, его поступление и аккумуляция
на шельфе, а также транзита потока осадочного вещества через шельф в
абиссальную зону Арктического бассейна.
3. Оценку роли гляциальных и перигляциальных процессов и явлений
в формировании осадочного покрова на шельфе и за его пределами.
4. Обоснование ведущей роли высокоплотностных потоков
подледниковых талых вод в общем балансе осадочного вещества на шельф
в плейстоцене.
5. Реконструкцию палеогеографической обстановки шельфа Западно-
Арктических морей (18-20 000 л.н.).
Защищаемые положения.
1. Во время максимума последнего оледенения на большей части
территории шельфа господствовало континентальное оледенение. И лишь
только в наиболее глубоководных частях шельфа могло происходить
накопление бассейново-подледниковых осадков. В пределах
континентального склона формировались мощные толщи подводных
конусов выноса, а в прилегающей части океана получило развитие
осадконакопление айсбергового типа.
2. Наиболее ярким и широко распространенным образованием,
похожим на ледниковые отложения, являются подводные терригенные
осадки, образованные за счет сползания грязе-каменного материала при
дегляциации ледника последнего оледенения или же при таянии шельфого
ледника. Эти насыпи рыхлых толщ ледниково-морского генезиса
являются результатом разгрузки на дно оттаявшего моренного материала и
выноса терригенного материала подледными потоками талых ледниковых
вод.
3. Особенностью ледниково-морского осадконакопления на
арктическом шельфе является широкое распространение гравитационных
отложений и отложений суспензионных потоков. Тем самым намечается
более широкий подход к ледниково-морскому седиментогенезу вообще и
выявляется специфика ледниково-морского седиментогенеза на
арктическом шельфе.
4. Установлены региональные различия в особенностях ледниково-
морского осадконакопления в разных акваториях шельфа Западно-
Арктических морей. В частности, в узкой шельфовой зоне Норвегии, а
также в мелководных прибрежных районах Баренцева моря, где
исследователями установлены в основном моренные отложения для стадии
максимума распространения оледенения и маломощные толщи в стадии
дегляциации.
5. В послеледниковое время происходило становление современной
гидродинамики акватории Западно - Арктических морей и современного
осадконакопления. Значительную роль в Норвежском море и в южной половине Баренцева моря стало играть теплое течение Гольфстрим, с которым связано проникновение в Арктические широты бореальной фауны и установление нормального морского осадконакопления. На севере Баренцева моря особенно активную роль оказало холодное Западно-Шпицбергенское течение, с которым связан вынос огромных массивов пакового льда и с ним же связаны некоторые особенности современного ледового седиментогенеза. В толще послеледниковых отложений устанавливается неодинаковое распространение крупнообломочного материала. Наименьшее количество гравийно-галечного материала морского разноса связывается с климатическим оптимумом. Позднее роль ледового разноса увеличилась, что показывает на общее похолодание климата.
Научная новизна:
в работе с большей детальностью изучены комплексы донных осадков и дана качественно новая литологическая информация, позволяющая составить достаточно полное научное представление о вещественном составе, строении, типах и закономерностях распределения верхнечетвертичных отложений на шельфе Западно-Арктических морей;
решена проблема и доказано формирование основных масс верхнечетвертичных ледниково-морских отложений в генетической связи с природными процессами в гляциальной и перигляциальной обстановках;
существенно уточнена граница последнего оледенения на шельфе Западно-Арктических морей и показано соотношение гляциального и перигляциального седиментогенеза этого времени, а также области распространения вечной мерзлоты на шельфе;
впервые показаны особенности роли потоков подледниковых талых вод в период дегляциации последнего оледенения в формировании основных масс ледниково-морских отложений на шельфе и за континентальным склоном в абиссали Арктического бассейна;
показана и обоснована определяющая роль ледового седиментогенеза в высокоширотных областях Арктических морей в формировании современных донных отложений;
- разработано концептуальное положение об использовании данных
строения разрезов осадочной толщи для распознавания характера
климатических колебаний и экологической обстановки в регионе.
Практическая значимость. Результаты, основные положения диссертации и разработанные приемы по строению и распределению основных типов современных отложений использованы при составлении ОВОС Штокмановского газоконденсатного месторождения; при составлении палеогеографических карт и при проведении геоэкологических прогнозов.
Палеогеографические построения и литологические разрезы имеют важную научную значимость для решения теоретических, прикладных задач литологии, общей теории арктического седиментогенеза, более глубокого понимания процессов морского перигляциала и открывают возможности выяснения палеоэкологической ситуации на шельфе Западно-Арктических морей.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу
диссертации положены материалы, полученные в Мурманском морском
биологическом институте во время многочисленных морских и береговых
экспедиций с борта научно-исследовательских судов "Дальние Зеленцы"
(рейсы 13, 20, 22, 27, 32, 38, 48, 50, 68, 80), "Помор" (рейсы 49, 54, 57,60),
"Вс.Березкин" (рейс 77), "Акад.Голицын" (рейс 80) (более 1000 грунтовых
колонок), организованных и проведенных под руководством автора в
течение 1982-1995 гг. на шельфе Баренцева, Карского, Норвежского,
Гренландского и Северного морей, а также в Северном Ледовитом океане -
в составе международной экспедиции на НИЛ "Поларштерн" в 1991 г. В
диссертацию вошли результаты обработки материалов, собранных
автором на арктических архипелагах: Шпицберген, Земля Франца-Иосифа,
Новая Земля, а также береговых исследований Севера Кольского
полуострова, Канино-Тиманского берега, о-вов Колгуев и Вайгач, п-ова
Ямал. Исследовался керновый материал морского бурения в Баренцевом и
Карском морях с борта бурового судна "Бавенит" (ГП АМИГЭ), любезно
предоставленный автору Р.Б.Крапивнером, И.И.Гриценко,
В.Н.Бондаревым (10 скважин). Камеральная обработка материалов и литологические построения выполнены лично автором. Для общей характеристики строения верхнечетвертичных отложений привлекались материалы непрерывного сейсмоакустического профилирования, выполненные в ГП АМИГЭ, а также материалы космических и аэрофотосъемок.
Личный вклад автора выразился: в первичном литологическом описании разрезов донных осадков и береговых обнажений в экспедициях; в выполнении большинства гранулометрических, морфометрических, текстурных анализов; в разработке многих положений, в теоретическом обобщении результатов полевых и лабораторно-камеральных исследований, в формулировке и доказательстве всех положений, изложенных в разделе "новизна работы".
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано более 100 работ (48 в соавторстве), из них 23 работы в иностранных изданиях. Основные положения освещены в 4 коллективных монографиях. Основные положения диссертационной работы докладывались на "Всесоюзной (Международной) Школе морской геологии" (Геленджик,1984,1986,1992,1995; Москва,1997), на 1-ой Всесоюзной школе "Стратиграфия и литология мезозойско-кайнозойского
осадочного чехла Мирового океана" (Одесса, 1984), на 2-ой Всесоюзной
конференции "Географические проблемы изучения и освоения
Арктических морей" (Мурманск, 1986); на Всесоюзной конференции
"Биоседиментация в морях и океанах" (Теберда, 1983), на Всесоюзных
(Международных) конференциях "Проблемы четвертичной палеоэкологии
и палеогеографии морей Северного Ледовитого океана" (Мурманск, 1985,
1987, 1989, 1991, 1994, 1996), на 3-ем Съезде океанологов (Ленинград,
1989), на 4-ой Международной конференции "Проблемы
палеоокеанографии" (Германия, Киль, 1992), на 2-ой Международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России" (С.Петербург, 1995), на "Полярной сессии Люблинского университета" (Польша, Люблин, 1991, 1993, 1994, 1996, 1997), на Международной конференции "Биологические процессы и эволюция морских экосистем в условиях морского перигляциала" (Мурманск, 1996).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения общим объемом 340 маш. страниц, включая 82 рисунка (разрезы, графики, карто-схемы, фотографии), 32 таблиц и списка литературы из 360 наименований, в том числе 109 на иностранных языках.
Работа выполнена в отделе геологии и химии моря Мурманского морского биологического института Кольского научного центра РАН.