Геология и химия океана

Геология и химия океана
1. Разработана новая геодинамическая модель эволюции арктического региона для
мезо-кайнозойского периода (от 180 млн. лет до современности). Эта модель может
рассматриваться как научное обоснование для решения геополитического вопроса о
расширении внешней границы континентального шельфа России в Арктике в
соответствии со статьёй 76 Международной конвенции по Морскому праву от 1982
года. Выполненный анализ в рамках предложенной модели позволил объяснить
происхождение и основные этапы развития главных тектонических структур
арктического бассейна, таких как Канадская котловина, котловины Макарова и
Подводников, хребты Альфа – Менделеева и Ломоносова, Евразийский бассейн с
хребтом Гаккеля и котловинами Нансена и Амундсена. Согласно рассматриваемой
модели центрально-арктическая провинция Северного Ледовитого океана, включающая
подводные хребты Ломоносова и Альфа-Менделеева с разделяющими их котловинами
Подводников и Макарова, является фрагментом древнего континента Арктида,
соединявшего в мезозое окраины Северной Америки и Евразии. Отсюда следует
принадлежность указанных структур с одной стороны к Евразийской, с другой - СевероАмериканской континентальным окраинам.
(Лаборатория сейсмологии и
геодинамики, рук. – член-корреспондент РАН Лобковский Л.И.).
2. Завершены 10-летние исследования водосборного бассейна Белого моря,
маргинальных фильтров рек, впадающих в него, и самого моря. На примере Белого моря
показана важная для морского осадконакопления роль процессов, происходящих в
водосборном бассейне. В целом, именно «живое вещество» всех видов – от древесной
растительности до микроорганизмов во многом определяет процессы подготовки
осадочного вещества, его состава, свойств и транспортировки в пределах водосбора,
также как живое вещество моря определяет процессы дальнейшего перемещения и
преобразования этого вещества в толще вод и донных осадков. В зоне смешения речных и
морских вод в устье р. Северной Двины количественное содержание взвеси, ее
гранулометрический и вещественный состав (соотношение терригенной и биогенной
частей по Si и Al), а, следовательно, ее сорбционные свойства (по площади поверхности) в
значительной мере подготовлены геосистемами суши и закономерно меняются по мере
увеличения солености (маргинальный фильтр). Впервые выполнены детальные сезонные
исследования, включая зимний период, позволившие с большей надежностью оценить
годовые речные выносы истинно растворенных, коллоидных и взвешенных форм большой
группы (впервые более 50) химических элементов в Белое море. На основе данных более
чем 30 экспедиций установлены основные черты поведения этих элементов в области
маргинальных фильтров Северной Двины и других рек бассейна. Главный вывод этих
работ состоит в том, что необычно высокие концентрации растворенных органических
веществ и высокая пропорция их коллоидных фракций приводят к повышенным
концентрациям многих металлов, что резко повышает их геохимическую подвижность в
данном морском бассейне. (Лаборатория физико-геологических исследований, рук. –
академик А.П.Лисицын).
26
Рис. Распределение взвеси, ее гранулометрических фракций (по данным счетчика Коултера),
общей численности микроорганизмов (а) и распределение некоторых характеристик взвеси по
данным лазерного анализатора (б). На оси абсцисс показано расстояние от Морского речного
вокзала г. Архангельска. 71-й рейс НИС “Профессор Штокман”, август 2005 г.
3. Обобщены многолетние данные по исследованию биогеохимии микроэлементов
в различных обстановках океана и сделана оценка роли живого вещества океана в
миграции ряда тяжелых металлов и металлоидов и накоплении их в трех биологических
фильтрах океана: маргинальном, продуктивной зоны пелагиали и глубоководных
гидротермальных полях. В океане микроэлементы находятся в геохимически подвижных
формах вследствие как прямого, так и опосредованного влияния процессов
биопродуцирования. Геохимическим следствием вовлечения микроэлементов в
биологические циклы фитопланктона является многократное ускорение миграции
27
микроэлементов в океане. Наибольшее ускорение миграции (свыше 100 раз), по нашим
данным, выявлено для токсичных металлов (Pb, Zn, Cu, Cd). В группе металлов
отмечается следующая тенденция: чем короче биоцикл, тем меньше время пребывания
металла (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость между временем пребывания τ металлов в океане
и продолжительностью их биологического цикла Тбио.
Сравнение биоаккумуляции микроэлементов в биомассе биосообществ их в трех
биологических фильтрах океана - маргинальном, продуктивной зоны пелагиали и
глубоководных гидротермальных полях – показало, что последний является наиболее
мощным: в биомассе доминирующих сообществ глубоководной
гидротермали
микроэлементы накапливаются в 100-1000 раз больше, чем в маргинальном и океанском
биофильтрах (рис. 2). (Лаборатория физико-геологических исследований, рук. – д.г.-м.н
Демина Л.Л.).
Содержание в биомассе
100000
Fe
Mn
Cd
Cu
As
Pb
Zn
Hg
10000
1000
100
10
1
0,1
0,01
0,001
Маргинальный
фильтр
Океан
Гидротермы
Рис. 2. Сравнение биоаккумуляции микроэлементов в биомассе биосообществ
трех биофильтров океана (мг м-2 ) площади биотопа
28
4. В 2009 г. на полигоне "Санкт-Петербург" оз. Байкал (глубина 1400 м) с помощью
глубоководных обитаемых аппаратов "Мир" удалось обнаружить редчайшее явление –
обнажение монолитных газовых гидратов (ГГ) непосредственно в придонную воду. В
2010 г. на полигоне проведены геотермические исследования, которые показали лишь
незначительное превышение теплового потока в месте выхода ГГ на дно. Была отмечена
важная роль пузырьковой разгрузки метана, сопутствующей выходам пластовых ГГ.
Зачастую пласт газового гидрата залегает в осадке совместно с газом в самостоятельной
фазе, что видно при отламывании газового гидрата манипулятором аппарата. Выходящие
при этом из осадка пузыри газа были собраны в специально разработанные ловушки. В
зависимости от интенсивности газового потока пузыри формировали в ловушке
газогидратную пену с разными размерными параметрами. Проведены температурные
измерения при подъеме, которые показали резкое уменьшение температуры в ГГ пене
ниже фазовой границы стабильности ГГ, что говорит об оставшемся в пене свободном
газе. Наряду с обнаруженным в прошлом году явлением трансформации природных
метановых пузырей в мелкий сыпучий газогидратный песок, проведенные исследования
закладывают основы нового направления исследования ГГ. Это необходимо для
разработки методов их добычи со дна, а также решения потенциально опасных
экологических проблем, возникающих при добыче газа и нефти в глубоководных
акваториях, где процессы, связанные с гидратообразованием, будучи потенциально
опасными, остаются все еще мало изученными.
(Лаборатория
проблем
нефтегазообразования и нефтегазонакопления в акваториях, рук. – к.г-м.н. Егоров
А.В.).
Рис. Слева - ГГ пена в ловушке, справа - кусок ГГ оторванный от монолита и ловушка с ГГ пеной
5. Для выделенных в кайнозойском осадочном чехле Охотского моря потенциально
нефтегазоматеринских комплексов («D» - палеоцен-нижний миоцен, «С» - верхняя часть
нижнего миоцена-средний миоцен и «В» - верхний миоцен) на основе совместного
изучения геохимических, литолого-фациальных и палеогеографических данных
построены три оригинальные карты распределения концентраций и типов ОВ.
Проведенная работа является первоочередной
важнейшей составной частью
исследований по оценке нефтегазового потенциала осадочных бассейнов моря и
проведения в дальнейшем нефтегазогенетического районирования недр на основе
разработанного в ИОРАН историко-генетического метода. Одна из построенных карт
приведена
ниже.
(Лаборатория
проблем
нефтегазообразования
и
нефтегазонакопления в акваториях, рук. – к.г-м.н. Берлин Ю.М.).
29
Схематическая карта распределения концентраций и типов органического вещества в палеоценнижнемиоценовых отложениях (комплекс «D» ). Концентрации Сорг, % : 1 –≤ 0.5; 2 – 0,5 – 0,8;
3 – 0,8 – 1,1; 4 – 1,1 – 1,4; 5 – 1,4 – 1,7; 6 – ≥1,7; Типы ОВ : 7 – III (гумусово-сапропелевый);
8 – II-III (сапропелево-гумусовый ); 9 – III (гумусовый); 10 – отсутствие отложений,
11 – палеобереговая линия
6. Разработан метод расчета негидростатического отклика поверхности океана на
мгновенное смещение дна океана с учетом переменной глубины бассейна, который
является важным при моделировании источников цунами. При решении задачи о
потенциале был использован оригинальный метод антисимметричного отражения,
который позволил в линейной постановке избавиться от учета граничных условий на
свободной поверхности жидкости и свести проблему к классической внутренней задаче
Неймана. Сделанные в работе оценки показали, что учет эффекта негидростатичности
может приводить к существенной поправке в распределении смещений поверхности
океана в очаге цунами по сравнению с гидростатическим решением. На примере
Курильского цунами 13 января 2007 г. показано, что использование длинноволнового
приближения значительно завышает величины амплитуд возникающих волн.
Итерационная процедура для характерных размеров очага цунами и глубин океана
сходится достаточно быстро – обычно за 3–4 итерации достигается приемлемая точность
расчета. (Лаборатория цунами, рук. – д.ф-м.н. Куликов Е.А.).
7. Проведены сейсмоакустические и сейсмостратиграфические исследования донных
осадков Каспийского моря (35-й рейс НИС «Рифт») с целью изучения процессов
осадконакопления в условиях колебаний уровня моря и сильных придонных течений в
голоцене-позднем плейстоцене. Определены основные природные геологические и
океанографические процессы, ответственные за устойчивость
западного склона
глубоководной котловины Среднего Каспия – придонные водные и турбидитные
струйные течения, связанные в основном с выносом рек Волги и Терека.
30
Высокоразрешающие сейсмоакустические исследования позволили выделить в толще
придонных осадков три генерации подводных каньонов (палеорусел), отражающих низкое
стояние уровня Каспия (регрессии) в течение последних 80-100 тысяч лет, а также
позволили впервые обнаружить в глубоководной Дербентской котловине масштабные
проявления газового сипинга, каналы вертикальной миграции газов и флюидов, включая
структуры грязевого вулканизма. (Лаборатория сейсмостратиграфии, рук. – к.т.н.
Мерклин Л.Р.).
8. Разработана геодинамическая модель западной части Берингова моря
(Командорская котловина) с наличием двух зон растяжения и спрединга,
ориентированных в северо-восточном и северо-западном направлениях. Растяжение в
этих зонах было обусловлено сдвиговыми перемещениями на границах плит, в первом
случае – это западный отрезок Алеутской дуги, а во втором – граница плит,
начинающаяся от точки сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг и
проходящая вдоль Корякии на Чукотку. Подобного рода структурный рисунок дает
основание предполагать наличие в задуговых котловинах не одной, а двух систем
растяжения, которые могут иметь различную ориентировку. (Лаборатория геодинамики
и палеоокеанологии, рук. – к.г-м.н. Баранов Б.В.).
Рис. Геодинамика Командорской котловины
9. Внедрен в практику новый оригинальный пакет компьютерных программ для
решения обратной задачи магнитометрии, позволяющий исследовать тонкую
пространственную структуру аномального магнитного поля, проводить пространственночастотный анализ и рассчитывать верхние и нижние кромки магнитных тел, даже в случае
низкоамплитудных аномалий. При обработке геомагнитных данных, полученных в
комплексной геолого-геофизической экспедиции на НИС «Академик М.А. Лаврентьев»
использовался комплекс программ, разработанный в Институте. Этот комплекс позволяет
выполнять весь необходимый набор процедур: от распаковки данных и их фильтрации, до
31
разделения полей и увязки опорной сети. Предварительный анализ результатов
высокоточной градиентной магнитной съемки показывает, что район работ расположен в
зоне высокой тектонической раздробленности с активным проявлением четвертичного
магматизма преимущественно вулканогенного типа. Совместное рассмотрение
результатов данной экспедиции и работ 2005-2006 гг. позволяет сделать предположение о
единстве тектонических процессов, формирующих всю зону фронтального склона дуги в
целом, и единой природе и механизме образования источников глубинных магнитных
аномалий изученного района и т.н. “магнитного пояса” в районе о. Хоккайдо. На этапе
количественной интерпретации была выполнена серия площадных трансформаций
магнитного поля, которая включала: редукцию к полюсу, расчёт и построение карты
аналитического сигнала и расчёт и построение карты горизонтального градиента поля (см.
рис.), на которой отчётливо выделяются линейные структуры, обусловленные
тектоническими нарушениями. Выделенные в пределах «невулканической дуги»
интенсивные локальные магнитные аномалии, характерны именно для областей
проявления четвертичного вулканизма, что подтверждается результатами геохимических
анализов и датировок драгированных пород. Полученные результаты, возможно,
потребуют пересмотра концепции о невулканической природе фронтальной части
Курильской островной дуги. (Лаборатория геофизических полей, рук. – к.г-м.н.
Пальшин Н.А.).
Рис. Обработка результатов магнитометрических работ в 2010 г. Карта горизонтального
градиента аномального магнитного поля. 1 - предполагаемые тектонические нарушения
32
10. На основе комплексной тектонической интерпретации данных геологогеофизических исследований и компьютерного моделирования в южной части Тихого
океана выявлено положение горячей точки, сформировавшей внутриплитный хребет
Луисвилль. Сделан вывод, что образование асейсмичного хребта Луисвилль происходило
в соответствии с кристаллизационной моделью формирования океанического дна. В этой
связи необходимо отметить, что асейсмичные хребты формируются под воздействием
глубинного вещества горячего плюма. Компьютерное моделирование и комплексный
геолого-геофизический анализ его результатов свидетельствуют о том, что погружение
хребта Луисвилль происходит подобно спрединговым хребтам Мирового океана.
(Лаборатория геофизики и тектоники дна Мирового океана, рук. – профессор
Шрейдер А.А.).
Рис. Рельеф акустического фундамента асейсмичного хребта Луисвилль (по литературным
данным) и его аппроксимация корневой зависимостью от возраста литосферы
11. Данные совместного российско-украинского эксперимента по исследованию
экстремальных поверхностных волн, проведенного с океанографической платформы в
пос. Кацивели в октябре 2009г., были проанализированы с целью детального
исследования формирования волн аномальной высоты в натурных условиях, а также
выявления ветро-волновых условий, благоприятных для возникновения. В результате
работы предложена и обоснована следующая концепция возникновения волн-убийц: 1при усилении волн зыби под действием ветра реализуются условия, необходимые для
развития модуляционной неустойчивости – достаточная крутизна волн с узким спектром;
2 - в процессе развития модуляционной неустойчивости происходит дискретный по
частоте сдвиг максимума спектра в низкочастотную область, что приводит к сложной
групповой структуре волн, сочетающей несколько групповых структур с близкими
частотами и направлениями распространения; 3 - вследствие различия длин волн и
групповых скоростей происходит наложение групп, относящихся к различным групповым
структурам, и гребней максимальных волн в этих группах, приводящее к концентрации
волновой энергии в локальной пространственно-временной области, что и означает
образование волн аномальной высоты – волн-убийц. Полученные результаты могут
служить основой для прогноза аномальных волн в Черном море. (Лаборатория шельфа и
морских берегов им. В.П.Зенковича, рук. – д.ф-м.н. Кузнецов С.Ю.).
33
12. Разработана математическая модель эволюции профиля берега на
«инженерном» и «геологическом» масштабах времени. Ее особенностью является
сочетание интегрального и локального подходов к оценке баланса наносов. Это позволяет
описать перемещения в пространстве всего профиля, а также определить изменения его
параметров в ходе эволюции. Показано, что модель удовлетворительно воспроизводит
процесс проградации береговых барьеров, характерный для периода позднего голоцена.
(Лаборатория шельфа и морских берегов им. В.П.Зенковича, рук. – д.ф-м.н. Кузнецов
С.Ю.).
13. Проведены исследования в рамках темы «Абиотические факторы массового
вымирания биоты на рубеже палеозоя и мезозоя». Крупнейшая в истории Земли массовая
гибель организмов произошла в конце пермского периода, на рубеже палеозоя и мезозоя
(251.0±0.4 млн. лет назад). Вымерло до 96 % видов организмов океана. Вымирание
происходило в течение трех миллионов лет, однако наиболее интенсивным и внезапным
(в интервале менее 500 лет) оно было 251.4 млн.л.н. Триггером резких изменений
экологических условий были, вероятно, удары крупных астероидов. (Лаборатория
палеоэкологии и биостратиграфии, рук. – профессор Бараш М.С.).
Рис. Абиотические факторы Великого пермского вымирания
34
14. В высокой Арктике в планктонных ловах к северо-западу от Шпицбергена
обнаружены обильные и разнообразные находки тропических видов радиолярий.
Наиболее многочисленными тропические виды были на глубине 115 м, где по
численности они составили около 85% сообщества радиолярий. Остальные более 60 видов
принадлежат характерному арктическому сообществу. Нахождение тропических
радиолярий имеет связь с проникновением теплой атлантической воды. (Лаборатория
палеоэкологии и биостратиграфии, рук. – к.б.н. Кругликова С.Б.).
Рис. Тропические радиолярии в планктоне у Шпицбергена.
15. В рамках исследований по теме «Биогеохимический цикл углерода» выявлены
органо-геохимические индикаторы течений, межокеанского обмена (conveyor-belt),
оценках дальности переноса примесей, биопродуктивности, качества среды жизни,
трансформации органического вещества (ОВ), роли микробиоты в его деструкции,
процессов седиментации, диагенеза, круговорота углерода, парникового эффекта СО2,
СН4 и изменения климата. Среди органо-геохимических индикаторов по своей
информативности выделяются алканы нормального и изостроения, цикланы (насыщенные
и ароматические, сескви-, ди-, тритерпены), полиядерные ароматические углеводороды
35
(ПАУ), лигнин и продукты его деструкции (фенолы). Впервые подробно исследован
молекулярный и групповой состав н-алканов в донных осадках, нефтях, битумных
постройках и образце метанового газогидрата оз. Байкал, что позволило определять
наличие газогидратов в осадочной толще. Сочащаяся из построек биодеградированная
нефть представлена продуктами пиролиза ОВ осадочной толщи. По содержанию Сорг в
среднем донные осадки южного и северного Байкала отличаются более чем в два раза
(1.02 и 2.39% соответственно). Это коррелирует с разным генетическим составом ОВ
донных осадков районов. По составу н-алканов на юге в донных осадках отлагается
преимущественно ОВ терригенного генезиса, а на севере в основном планктоногенный
автохтонный материал. (Лаборатория химии океана, рук. – д.г-м.н. Пересыпкин В.И.,
д.г.-м.н. Романкевич Е.А.).
16. Проведена обработка данных исследования вод Черного моря на профиле в
центре моря (рис.1) по материалам трех экспедиций.
° с.ш.
47
46
45
100-80
100-76
44
100-48
100-49
1326
100-50
1324
3426
1322
3425
1320
43
42
41
28
30
32
34
36
38
40
42
° в.д.
Рис.1. Схема расположения станций в Черном море по результатам экспедиций НИС
«Акванавт» (51 в 2002 году и 146 в 2008 году) и НИС «Профессор Штокман» (100 рейс в 2009
году). + - 51 рейс,
- 146 рейс, ○ - 100 рейс. На схеме приведена обобщенная циркуляция
поверхностных вод в Черном море [Oguz et al., 1993].
Станции в центральной части моря расположены на профиле, который был ранее
изучен в 2002 году в 51-м рейсе НИС «Акванавт». Для исследования процессов временной
изменчивости в водной толще Черного моря восстановленные формы серы были
определены на этом же профиле в августе 2008 года в 146-м рейсе НИС «Акванавт».
Впервые в практике отечественных исследований для изучения содержаний сероводорода
в анаэробной зоне Черного моря применялся спектрофотометрический метод определения
сероводорода по метиленовому голубому с разбавлением бескислородной
дистиллированной водой на стадии до добавления реактивов. Предел обнаружения
составил 0.1 µМ H2S. В центре восточного циклонического круговорота на станции 100-48
(см. рис.1) (глубже 400 м) данные иодометрического и спектрофотометрического методов
определения сероводорода и восстановленных форм серы совпали с погрешностью не
36
хуже 2%. Различия данных спектрофотометрического и иодометрического метода анализа
увеличивались на станциях профиля сначала на горизонтах 700-1700 м (станция 100-49), а
затем и в придонном конвективном слое (станция 100-50). Данные иодометрии были
больше данных фотометрии, что интерпретировано как присутствие тиосульфатов.
Максимальное содержание тиосульфат-иона (20.6 µМ), рассчитанное по разнице данных
иодометрии и фотометрии, найдено на горизонте 1300 м станции 100-50. Такой
направленный рост тиосульфатов в сероводородной зоне может свидетельствовать о
горизонтальном переносе в зоне восточного циклонического круговорота по
изопикническим поверхностям водных масс из области осадков континентального склона
с высоким содержанием тиосульфатов в иловых водах в центр моря (рис.2). В придонном
слое (мощностью 15 м от дна) в ПКС наблюдается аномальное увеличение содержаний
суммы сероводород+тиосульфат, что также может быть следствием влияния придонных
течений в ПКС. Отсутствие тиосульфата в центре циклонических круговоротов
свидетельствует о его микробиальном восстановлении до сероводорода в водной толще за
время меньшее, чем его скорость распространения в водной толще по изопикническим
поверхностям. (Лаборатория геохимии, рук. – д.х.н. Дубинин А.В.).
-200
-400
-600
Глубина, м
-800
-1000
-1200
-1400
-1600
-1800
Придонный конвективный слой
-2000
100-50
100-49
100-48
Станции
Расстояние, мили
Рис.2. Изменение содержания тиосульфатов (µM) в анаэробной зоне Черного моря в поле
глубины (>175 м) на профиле из трех станций от центра циклонического круговорота (станция
100-48) к периферии (станция-100-50). Приведены линии равной плотности (σθ), показан
придонный конвективный слой (ПКС).
17. Обобщены результаты исследования нефтяного загрязнения различных морей.
Проведена подробная инвентаризация источников поступления антропогенных и
природных углеводородов. Составлен баланс УВ в океане (см. рис. ниже). Установлено,
что в целом для океана в общем балансе нефтяные углеводороды пока не играют
существенной роли. Напротив, в прибрежно-эстуарных зонах их поток соизмерим с
речным стоком. Основная масса антропогенных углеводородов концентрируется в донных
осадках в области маргинальных фильтров и не попадает в открытые морские воды.
(Аналитическая лаборатория, рук. – д.г-м.н. Немировская И.Е.).
37
Суша х1012 г/год
Речной сток (растворенный) - 0.97
Речной сток (взвешенный) - 1.18
∑2.15.
Эоловый поток 1.15
Ледовый сток (растворенный) - 0.02
Ледовый сток (взвешенный) - 0.88
∑0.90
Общая ∑ - 4.20
⇓
Океан х1012г
фитопланктон - 12
зоопланктон 1.2
Растворенные - 5
Взвешенные - 2
Петрогенные – 1
Распад в толще воды - 11.76 х1012 г/год (98% от ПП)
Поступление на дно - 0.24 х1012 г/год (2% от ПП)
Захоронение в донных осадках
осадки ложа океана - 0.009 г/год
осадки континентальной окраины - 0.94 г/год
Рис. Баланс углеводородов в океане.
18. Проведены палеогеографические реконструкции позднего плейстоцена и
голоцена Северной Балтики. По результатам анализа и обобщения данных (более 100
колонок осадков), отобранных в Северной Балтике начиная с 1965 г. и по настоящее
время, составлены 18 продольных и поперечных литологических профилей, проведена
стратиграфическая корреляция колонок и создана карта мощностей нижнеголоценовых
иольдиево-анциловых глин Северной Балтики (см. рис.). Выявлены особенности строения
дна Северной Балтики, в частности, сильно расчлененный рельеф дна, формирование
которого связано с последними фазами и субфазами деградации Вислинского ледника,
контролировавшие впоследствии распределение и локализации осадков. Выяснено, что
осадконакопление происходило в условиях гляциоизостатического подъема территории
региона и размыва поверхности, разрыхленных ледниковой экзарацией коренных пород, а
также новообразованных моренных отложений, которые способствовали лавинной
седиментации проксимальных (ленточные глины) и дистальных (микроленточные,
гомогенные глины) осадочных материалов в относительно глубоких впадинах.
Латеральные контуры распространения осадков образуют сильно изрезанные, нередко,
изолированные поля, повторяя неровности сильно расчлененного рельефа дна. Слоистое
строение толщ осадков и разнообразие их литологических составов, свидетельствуют о
неоднократных изменениях обстановки осадконакопления, связанных с колебаниями
уровня вод бассейна (трансгрессии и регрессии).
38
Рис. Карта - схема мощностей нижнеголоценовых осадков и положение литологических
профилей в Северной Балтике.
Причинами колебания уровня вод являются глобально - климатические и
регионально - тектонические факторы. Первый из них положил начало таянию ледников
и общему подъему уровня Мирового океана, а второй – послеледниковой декомпрессии
земной коры региона, занятых ледниками. Взаимодействие указанных факторов в
позднее- и послеледниковое время в Балтийском регионе привело к неоднократным
изменениям гипсометрических уровней порогов стока водоема, которые выразились в
смене озерных условий осадконакопления на морские и, обратно, соответственно, в
неоднократных процессах трансгрессий и регрессий, создавших многообразие слоистого
строения осадков. (АО ИО РАН, Лаборатория геологии Атлантики, рук. – профессор
Емельянов Е.М.).
39
19. Завершено подробное обобщение данных о распространении и составе
пирокластики, связанной с эксплозивными выбросами вулканов Исландского плюма и
отложенной в кайнозойском осадочном чехле Северной Атлантики и НорвежскоГренландского бассейна. По данным отчетов DSDP и ODP (70 скважин глубоководного
бурения), 100 геологических колонок, взятых в рейсах НИС “Академик Курчатов” и
“Михаил Ломоносов”, составлены стратиграфические и площадные схемы
распространения пирокластики, подсчитано распределение объемов и количества
прослоев пирокластики по стратиграфическим интервалам кайнозойского осадочного
чехла. Анализ распределения количества прослоев четвертичной пирокластики в кернах
20-ти скважин был проведен отдельно для северной и южной областей НорвежскоГренландского региона. Выявлена цикличность их распределения с максимальной
частотой в четвертичном времени. Полученные новые данные позволяют выделить ряд
циклов пеплонакопления: 1,8 – 1.3; 1,2 - 0,3 и 0,2–0 млн. лет. Это хорошо видно на
диаграмме, где просчитаны количества прослоев пирокластики за интервал в 100 тыс. лет
(см. рис.). Максимальное количество прослоев зафиксировано в керне скважины 984 к
югу от о. Исландии (38 прослоев, общей мощностью 378 см). При этом в распределении
прослоев, к северу и к югу от Исландии четко просматривается интервал 1,2 – 1,3 млн.
лет, в течение которого накопление пирокластики в осадочной толще была минимальным.
В ней определяется цикличность извержений вулканов Исландии, направление переноса
пирокластики, ареалы пеплопадов, что необходимо знать при прогнозах катастрофических
вулканических взрывов, влияющих на жизнь людей. (АО ИО РАН, Лаборатория
геологии Атлантики, рук. – д.г-м.н. Харин Г.С.).
Рис. Распределение прослоев пирокластики в четвертичных толщах НорвежскоГренландского бассейна по результатам обработки литологических и петрографических данных
отчетов глубоководного бурения DSDP, ODP, а – к северу от Исландии (скв. 344, 349, 348, 350,
642, 642, 644, 986, 987, 907, 985) , б – к югу от Исландии (скв. 915-919, 983, 984, 552, 352).
40
20. В южной части Готландской впадины Балтийского моря впервые получена
серия детальных акустических разрезов илистого осадочного тела (дрифта),
сформированного илистыми осадками под влиянием затоков североморских вод (см. рис.).
В вертикальной структуре дрифта выявлены отражающие горизонты, предположительно
обусловленные усилением затоков во время литориновых трансгрессий. Прилегающая к
дрифту и генетически связанная с ним зона эрозии (или неотложения) осадков
морфологически выражена в виде узкого «канала» (шириной порядка 1 км), что
свидетельствует о струйном характере придонных течений. Зона эрозии сужается и
выклинивается на север – в направлении распространения затоков. Полученный результат
дает прямое свидетельство существования в Балтийском море контурных течений и
соответствующих осадков – контуритов. (АО ИО РАН, Лаборатория геоэкологии, рук. –
к.г-м.н. Сивков В.В.).
Depth, m
NW
-117
-115
22
80
-129
-116
15
60
-125
-115
10
20
-128
48
0
-127
0
-125
D
is
SE
ta
nc
e
,m
-115
Рис. Осадочное тело (дрифт), сложенное голоценовыми илами, и прилегающая зона эрозии
(неотложения) осадков на юго-восточном склоне Готландской впадины (103-й рейс НИС
«Профессор Штокман»). Стрелками показан путь распространения ядра североморских вод,
поступающих в Балтику во время сильных затоков.
21. В рамках темы «Изучение современных и древних литодинамических и
геоэкологических процессов в Черном и Мраморном морях и в проливе Босфор» выполнен
широкий комплекс теоретических исследований для решения экологических,
геоэкологических и биологических проблем. Удалось описать изменение уровня Черного
моря в последние 20 тыс.лет. Для описания гидрофизических и литодинамических
процессов в проливе Босфор и в Черном море применен метод математического
41
моделирования. Получена теоретическая кривая изменения уровня Черного моря в
последние 20 тыс. лет. Модель позволила впервые описать все основные физические и
литодинамические процессы, протекающие в проливе Босфор в последние 20 тыс.лет. В
ледниковый период по проливам Босфор и Дарданеллы текла река, вытекающая из
Черного моря. Высотная отметка северного порога пролива Босфор была в это время на
современной глубине 90-80 м. С началом таяния ледников уровень Черного моря
повышался до современной глубины 20 м. Затем произошла регрессия до отметки уровня
океана. Во временном интервале 10-9 тыс.л.н. в проливе возникло донное противотечение
средиземноморской воды. Начиная с этого времени уровень Черного моря изменялся так,
как изменялся уровень Мирового океана, оставаясь выше последнего на несколько
десятков сантиметров, необходимых для сброса в Мраморное море излишних вод. В
последние 20 тыс. лет, а может быть и в последние 600 тыс.лет Черное море не иссыхало в
результате испарения и не происходил перелив вод Мраморного моря через пролив.
«Библейского потопа» в Черном море не могло быть. Проливы Босфор и Дарданеллы
образованы в результате эрозии их дна рекой, вытекающей из Черного моря при низком
положении уровня океана. Ранее разработанная нами модель мессинского кризиса
Средиземного моря показала, что Гибралтарский пролив также образовала река, текущая
из Атлантического океана в пересохшее Средиземное море. Таким образом, все три
пролива Средиземного моря имеют эрозионное происхождение. Их образовали палеореки,
текущие при низком уровне принимающего водоема. (ЮО ИО РАН, Лаборатория
экологии , рук. – д.г.н. Есин Н.В.).
Рис. Теоретическая кривая изменения уровня Чёрного моря и ход его уровня по результатам
геологических исследований (Измайлов, 2005). Как видно, теоретическая кривая достаточно
хорошо описывает процесс изменения уровня моря во временном интервале 20-10 тыс.лет.
42