WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

ЧАРКИН Александр Николаевич

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ В ВОСТОЧНО – СИБИРСКОМ МОРЕ

Специальность 25.00.28 – океанология автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Владивосток 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева (ТОИ) ДВО РАН, г. Владивосток Научные руководители: Дударев Олег Викторович кандидат геолого-минералогических наук, с.н.с.

Семилетов Игорь Петрович доктор географических наук, с.н.с.

Официальные оппоненты: Романкевич Евгений Александрович доктор геолого-минералогических наук, профессор Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г. Москва Бровко Петр Федорович доктор географических наук, профессор Дальневосточный Федеральный Университет, г.

Владивосток

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геохимии им. А.П.

Виноградова СО РАН, г. Иркутск

Защита состоится 18 мая 2012 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д 005.017.02 ТОИ ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОИ ДВО РАН.

Отзывы просим присылать по адресу 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОИ ДВО РАН.

Автореферат разослан 18 апреля 2012 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Храпченков Федор Фомич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Принципиальное значение выявления особенностей современной седиментации в арктических морях достаточно очевидно в связи с необходимостью дальнейшего углубления фундаментальных знаний о процессах литогенеза в шельфовой криолитозоне, климатической зональности осадкообразования в океанах, понимания трендов изменения окружающей среды в прошлом, настоящем и будущем. Целесообразность таких исследований обусловлена и другими обстоятельствами: деградацией прибрежно-шельфовой мерзлоты с ее ожидаемым усилением на фоне глобальных климатических изменений; интенсификацией геологоразведочных изысканий на стратегические сырьевые ресурсы, разработкой оборонительной доктрины для северных морских границ России и перспективами трансформации стратегической трассы Северного морского пути в круглогодичную международную магистраль.

Ключевой акваторией для познания фундаментальных аспектов современного осадкообразования и решения сопутствующих прикладных задач выбрано ВосточноСибирское море (ВСМ). В пределах этой практически целиком шельфовой акватории Северного Ледовитого океана реализуется обоснованный Н.М. Страховым и развитый А.П. Лисицыным ледовый тип морской седиментации и его восточно-арктический перегляциальный подтип. Криолитоморфогенез в позднеплейстоценовой истории ВСМ отличался неустойчивостью, что предопределено масштабными миграциями береговой зоны при гляциоэвстатических колебаниях уровня Мирового океана. Каждая последующая генерация колебаний полностью или частично разрушала седиментологические и морфологические следы предшествующей (Каплин, Селиванов, 1999).

Первые сведения о донных осадках ВСМ появились в 1910 г., а следующие были получены в 1930-1940-х годах во время переходов ледоколов «Таймыр», «Вайгач», «Красин» и «Северный полюс». И только со второй половины прошлого столетия начался этап планомерных геологических работ, в которых участвовали различные ведомства страны. Образцы отбирались как с судов, так и с дрейфующих станций «Северный Полюс». Были получены новые данные о литологии, стратиграфии, биогеохимии осадков.

Но на фоне стабильного интереса к донным осадкам, взвесь как непосредственный источник осадочного материала вообще осталась не охваченной исследованиями.

Цель работы: изучение особенностей современного осадкообразования с позиций обмена веществом и взаимодействия различных экзогенных процессов в системах «суша - шельф», «река - море» и «вода - донные осадки».

Оптимальная реализация поставленной цели требует междисциплинарного подхода с осуществлением комплекса натурных наблюдений, и решения на этой базе следующих задач: (1) исследование пространственно-временных неоднородностей в распределении взвеси и донных осадков; (2) исследование пространственно-временных неоднородностей в составе и генезисе органического вещества в этих объектах; (3) выявление особенностей формирования и масштабов изменчивости характеристик взвеси и донных осадков.

Научная новизна. Диссертацию следует рассматривать как результат первых многолетних, планомерных и масштабных наблюдений в системах «суша - шельф», «река - море» и «вода - донные осадки» в восточно-арктических морях России. С применением идеологии междисциплинарного подхода и новых современных методов впервые сформированы достоверные представления о масштабах и особенностях формирования пространственно-временной изменчивости характеристик взвеси и донных осадков.

Новизна и актуальность работы подтверждена публикациями в научных изданиях, включенных в перечень ВАК и систему цитирования Web of Science: «Доклады академии наук», «Геохимия», «Океанология», «Тихоокеанская геология», «Biogeosciences», «Geophysical Research Letters», а также представлением результатов на многих крупнейших российских и международных конференциях, включая ежегодные митинги American Geophysical Union и European Geophysical Union, Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертации положены результаты 6 международных экспедиций, организованных лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН с 1999 по 2008 гг. Пройден путь от студентапрактиканта, аспиранта института и начальника отряда до руководителя экспедиции.

Автор участвовал в отборе взвеси и донных осадков, в береговых натурных наблюдениях и обработке полученных данных, в интерпретации результатов и написании статей.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечены современными методами пробоотбора, аналитических исследований мирового уровня и междисциплинарным подходом при интерпретации массива данных. Определения характеристик взвеси и донных осадков выполнялись в лабораториях Федеральных государственных бюджетных учреждений науки ТОИ ДВО РАН и Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН (ИО РАН), Международного Арктического центра Университета Аляска – Фэрбанкс, США (МАНЦ) и Института окружающей среды Стокгольмского университета, Швеция (ИОССУ). Изучение термохалинных характеристик и мутности (турбидности) вод, осуществлялось СTD-зондами «SeaBird 19Plus», “SeaBird-19-03” с сенсором мутности «OBS-3». Размерный состав осадочного материала определялся лазерным анализатором частиц «Analizette 22 Fritsch». Элементный и изотопный состав органического вещества исследовался масс-спектрометрически на анализаторах «Finnigan MAT Delta Plus», «Carlo Erba», а его молекулярный состав – методом массспектрометрической газопиролизной хроматографии.

Практическая значимость работы. Результаты диссертации научно значимы не только с позиций расширения фундаментальных знаний о восточно-арктическом подтипе ледового морского литогенеза. Они могут найти практический выход как основа для выявления трендов изменения природной обстановки, что с необходимостью проявляется в изменении седиментационного режима. С целью предотвращения возможных техногенных катастроф представляется возможным прогнозирование циклов и последствий естественного разрушения прибрежно-шельфовой криолитозоны Арктики.

Защищаемые положения.

(1). Западная и восточная части ВСМ контрастируют по содержанию, характеру пространственного распределения и составу взвеси, что предопределено различиями в источниках терригенного материала (эрозия берегов и речной сток), условий его мобилизации и водной миграции.

(2). Сходство размерной структуры ведущих источников терригенного материала - первопричина сохранения в пространстве относительной однородности литологического состава донных осадков, несмотря на различную направленность доминирующих литодинамических процессов в западной и восточной частях моря.

(3). Вариации соотношения вклада в состав донных осадков и взвеси органического углерода из терригенного и морского источников контролируются уровнем их смешения и степенью удаленности от них.

(4). Особенности межгодовой изменчивости характеристик взвеси и донных осадков отражают синергичный эффект динамики речного стока, термоабразии берегов, ледового и волнового режима на фоне конкретной макросиноптической обстановки и укладываются в концепцию цикличности процессов приконтинентального осадкообразования.

Апробация работы. Некоторые результаты диссертации представлялись и обсуждались на международных научных мероприятиях: XVI-XIX Международных научных конференциях по морской геологии (г. Москва, 2005, 2007, 2009, 2011 гг.), American Geophysical Union (г. Сан-Франциско, 2005-2011 гг.), European Geosciences Union (г. Вена, 2009, 2010 гг.), IX Совещании Рабочей группы по российско-немецкому сотрудничеству в системе моря Лаптевых (г. Санкт-Петербург, 2009 г.). В апреле 2011 г.

основные положения работы были доложены на научном семинаре в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (ИГ СО РАН, г. Иркутск), а 10 февраля 2012 г.

диссертация представлена на океанологическом семинаре ТОИ ДВО РАН, где получила положительную оценку и рекомендована к защите.

Публикации. Общее количество работ автора по теме диссертации составляет 96, из которых: 18 статей в рецензируемых российских и международных журналах, включенных в перечень ВАК и систему цитирования Web of science: «Доклады академии наук», «Геохимия», «Океанология», «Тихоокеанская геология», «Geophysical Research Letters», «Biogeosciences». В тематических коллективных монографиях (без индекса цитирования) опубликовано 4 статьи. Тезисов докладов на международных конференциях и симпозиумах в России – 45, за рубежом – 29.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 162 страницах, включает 62 иллюстрации, 24 таблицы и состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 248 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ Обосновывается актуальность темы диссертации, указываются ее цели и задачи.

Раскрываются научная новизна, фактический материал и личный вклад автора, достоверность и практическая значимость результатов. Формулируются защищаемые положения.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Обзор изученности донных осадков и взвеси По причине высокоширотного географического положения, труднодоступности и крайне сурового ледового режима ВСМ до сих пор является одним из наименее исследованных не только в Арктике, но и во всем Мировом океане (рис. 1). Несмотря на экономическую и стратегическую целесообразность форсирования освоения восточноарктических морей, планомерные геолого-геохимические исследования в ВСМ начались сравнительно недавно. Итоги многолетней работы ведущих научных и научнопроизводственных учреждений СССР, а затем и России, реализованы в виде ряда публикаций и карт. Получены первые данные по молекулярному и изотопному составу осадков и взвеси.

К настоящему времени возникла необходимость всестороннего изучения взвешенного материала, и прежде всего, особенностей и масштабов изменчивости его характеристик.

1.2. Фактический материал и методы исследований 1.2.1. Исходные материалы и их объемы. В основу работы положены результаты 6 международных океанографических экспедиций, организованных лабораторией арктических исследований ТОИ ДВО РАН с 1999 по 2008 гг. (рис. 1) на гидрографических судах «Дунай» (сентябрь 1999 г.), «Николай Коломейцев» (августоктябрь 2000 г.) и «Иван Киреев» (сентябрь 2003 г., сентябрь 2004 г.); перегрузочнотранспортных судах «Ауга» (август-сентябрь 2005 г.) и «ТБ-0012» (август-сентябрь 20г.). За указанный период донные осадки и взвесь отобраны на 393 станциях, включая образца из береговой зоны пролива Дмитрия Лаптева с ледовым комплексом отложений.

Рис. 1. Положение ВСМ в Арктическом регионе и схема океанографических станций, выполненных в 1999-2008 гг.

1.2.2. Методы пробоотбора, аналитических исследований и обработки данных.

Опробование донных осадков выполнялось дночерпателями Van Veen и гравитационными трубками. Пробы воды с поверхностного и придонного горизонтов, отобранные батометрами системы Niskin, подвергались ультрафильтрации через ядерные фильтры Nucleopore РС (диаметр калиброванных пор 0.47 µ) (735 образцов). На стекловолокнистых фильтрах GF/F (диаметр пор 0.70 µ) исследовалось органическое вещество (ОВ). Потоки вещества изучались с помощью седиментационных ловушек, экспонировавшихся от 1 до 3 суток в поверхностном и придонном горизонтах водной толщи пролива Дмитрия Лаптева. В осадках и взвеси изучались: размерный состав (лазерный дифракционный счетчик размеров частиц «Analysette 22 Fritsch»; в случае разнозернистых осадков применялся комбинированный с лазерным анализатором метод классического водномеханического анализа; 393 определения); органический углерод Сорг и его изотопный состав C (масс-спектрометрически на анализаторах «Finnigan MAT Delta Plus», «Carlo Erba», соответственно 352 и 683 определения для осадков и взвеси); молекулярный состав Сорг (масс-спектрометрическая газопиролизная хроматография py-GC/MS, соответственно 31 и 16 определений для осадков и взвеси); карбонат кальция (31 определение), макро- и микроэлементный состав осадков (нейтронно-активационный и атомно-абсорбционный методы, 25 определений). Выполнены 4 датировки возраста органических остатков осадков по С (ускоренная масспектрометрия AMS). Указанные виды исследований проведены в аналитических центрах ТОИ ДВО РАН, ИО РАН, ИГАХ РАН, МАНЦ и ИОССУ.

ГЛАВА 2. ФАКТОРЫ СОВРЕМЕННОГО ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ 2.1. Общие представления о географическом положении ВСМ является единственной акваторией в Северном Ледовитом океане, почти целиком находящейся в пределах шельфа (рис. 1). Примерно 72% площади моря мелководнее 50 м; а ~50% не глубже 30 м. Континентальная область питания в 2 раза меньше водосбора р. Лены несмотря на то, что включает бассейны двух крупнейших восточно-сибирских рек Индигирки и Колымы. Выровненные и преимущественно низменные берега западной части моря (ЗВСМ) с крупнейшими островными архипелагами, сложены ледовым комплексом многолетнемерзлых отложений. К востоку от Колымского залива (восточная часть моря, ВВСМ) побережье постепенно становится гористым.

2.2. Характеристика бассейна осадкообразования Рассматриваются особенности геолого-тектонического строения и ключевые палеогеографические события позднечетвертичного времени. Современный облик восточно-арктического перегляциального шельфа сформировался в период крупной раннеголоценовой трансгрессии моря, сопровождавшейся относительно ускоренным перемещением береговой линии вглубь суши, срезанием массивов отложений приморской лессово-ледовой равнины. На этом фоне происходило переформирование донного рельефа, его планация и погребение толщами продуктов термоабразии.

Анализируются гидрометеорологические условия. Оценивается роль льда в криолитоморфогенезе. Сезонные и межгодовые вариации гидрологического режима ВСМ объясняются преобладанием над Арктическим регионом антициклонического (восточного) или циклонического (западного) типов крупномасштабных атмосферных процессов (Никифоров, Шпайхер, 1980).

Даны общие представления о системе циркуляции вод ВСМ, важным элементом которой является поток распресненных вод Сибирского Прибрежного течения. Сгоннонагонные явления достигают 2.5 м, тогда как высоты приливов в среднем на порядок ниже. Приведены главные черты термохалинной, гидрохимической и гидробиологической структуры вод.

2.3. Особенности подготовки осадочного материала в области сноса Рассматриваются основные характеристики континентальной области сноса – климат, ландшафты, геологическое строение и рельеф. Большая ее часть находится в субарктическом и арктическом климате с очень высокими межсезонными градиентами температуры воздуха, и только незначительная территория попадает под влияние климата умеренных широт. Мерзлыми верхнечетвертичными озерно-аллювиальными, флювиальными и местами морскими отложениями сложена большая часть ЯноИндигирской и Колымской низменностей, прилегающих к ЗВСМ. На Колымско-Чаунском участке побережья ВВСМ термоабразионные, термоабразионно-солифлюкционные и аккумулятивные берега чередуются с абразионными клифами. Представлены гидрологоморфологические характеристики рек Колымы и Индигирки.

2.4. Элементы баланса поступления терригенного материала в бассейн осадкообразования Основными агентами подготовки терригенного материала к водной миграции являются эрозионно-аккумулятивная деятельность водотоков и криогенные процессы - физическое морозное выветривание, термоабразия, термокарст, термоденудация и солифлюкция. К главным источниками терригенного материала в бассейне водосбора ВСМ относятся продукты разрушения ледового комплекса побережья и речной аллювий.

Соотношение вклада этих поставщиков в настоящее время является предметом дискуссии, что обусловлено различиями принимаемых при расчетах величин исходных параметров. В балансе поступления Сорг лидирует автохтонный морской планктон; его приток с речным стоком на порядок меньше.

ГЛАВА 3. МЕЖГОДОВЫЕ ВАРИАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗВЕСИ И ДОННЫХ ОСАДКОВ 3.1. Взвесь 3.1.1. Содержание. Взвесь (ВМ) по своей структурной организации - преимущественно пассивная примесь, чутко реагирующая на изменения факторов внешней среды и обладающая высокой степенью адаптации к условиям водной миграции.

По указанной причине, особенности динамики ВМ необходимо рассматривать с учетом влияния разномасштабных гидрометеорологических факторов и процессов.

Распределение взвеси в 2000 г. Гидрометеорологические процессы арктическим летом этого года развивались в сложной ледовой обстановке по восточному типу. Водный сток реки Лены, определяющий распреснение морей Лаптевых и ВСМ, на 15% превысил среднемноголетний показатель. При штормовом волнении в ЗВСМ придонные сдвиговые напряжения превысили критические значения 35 см/с, рассчитанные для данной ситуации по критерию Beach-Sternberg (Beach, Sternberg, 1992). Над обширным мелководьем образовалась область высокого и однородного по вертикали содержания взвеси с значениями 26106 мг/л, х=59 мг/л (рис. 2). Такой характер распределения формируется в аседиментогенном волновом поле при равновесном состоянии восходящих и нисходящих токов турбулентного перемешивания (рис.2).

Мористее 30 м изобаты, где ослабевали волновое воздействие на дно и донная эрозия, уровень значений ВМ сокращался в 2-3 раза. Отмеченная зависимость изменчивости содержания от гипсометрического уровня отражала черты вертикальной зональности литодинамических процессов. Уменьшение силы ветра в дальнейшем сопровождалось перестройкой поля нестационарных течений.

Их скорости уменьшались, также как и придонные сдвиговые напряжения. Ранее существовавшие очаги донной эрозии постепенно нивелировались, а значения ВМ в водной толще сокращались от нескольких раз до одного порядка.

Содержание ВМ в дельте реки Индигирки может достигать 1000 мг/л (Михайлов, 1997). Такой уровень насыщения вод обеспечивается Рис. 2. Межгодовая изменчивость содержания продуктами разрушения пойвзвеси в поверхностном и придонном горизонтах менного комплекса многолеводной толщи (мг/л: 1 - <2, 2 – 2-13, 3 – 13-24, 4 - тнемерзлых отложений в ниж>24).

нем течении реки. Между тем, по нашим данным в 70-90 км от морского края дельты значения ВМ не превышают 50 мг/л (рис. 2), что может быть следствием «работы» седиментационного барьера. Им, вероятно, является поток вод Сибирского Прибрежного течения, направленный перпендикулярно к фронту стокового шлейфа.

Наблюдения в ВВСМ осуществлялись при относительно спокойной гидродинамической обстановке. Интрузия шельфовых вод в южную часть Колымс-кого залива вызвала подпор речных вод. По этой причине в авандельтовых водах отмечалось повышенное содержание ВМ (до 22 мг/л), которое, однако, было более чем в 2 раза ниже по сравнению с водами вблизи полуострова Чукочий (рис. 2). Данный участок побережья в западной части Колымского залива известен наиболее высокими в Восточной Арктике темпами разрушения ледового комплекса (Арэ, 1998; Григорьев, Куницкий, 2000).

Другой седиментационный барьер образовался к северу от острова Айон, куда выдвинулся ледовый массив. После его пересечения с запада на восток содержание ВМ уменьшалось почти в 4 раза (рис. 2). Формирующиеся вдоль кромки многолетних ледовых массивов молодые льды являются дополнительным фактором выведения взвеси из транзита, как было показано А.П. Лисицыным (Лисицын, 1994).

Распределение взвеси в 2003 г. Развитие гидрометеорологических процессов происходило по западному типу. Преобладали слабое волнение и остаточная зыбь. Около 60% акватории ВСМ были свободными от ледовых полей. Вблизи морского края речных дельт соленость воды по сравнению с 2000 г. повысилась, а температура понизилась – возможная ответная реакция на сокращение объема материкового стока. В то же время, средняя для акватории ВСМ соленость уменьшилась на 3‰, что может обусловливаться интенсификацией таяния льдов при повышенном температурном фоне приводной атмосферы. Более чем в 3 раза снизилось и средневзвешенное содержание ВМ (рис. 2).

Невысокий уровень содержания в водной толще объясняется ослабленным гидродинамическим воздействием при выше упомянутом объеме речного стока. В умеренно стратифицированных водах большей части моря значения ВМ у дна были примерно в 2 раза выше в отличие от поверхностных вод – признак аккумулятивной направленности литодинамических процессов (рис. 2).

Распределение взвеси в 2004 г. Гидрометеорологическая обстановка развивалась по центральному типу. Возрос сток восточно-сибирских рек, и как результат – почти на 89‰ уменьшилась соленость авандельтовых вод. Под влиянием слабых отжимных ветров область распресненных и относительно теплых вод продвинулась на север и восток ВСМ.

Средневзвешенное содержание ВМ в водной толще ВСМ составило 6.8 мг/л, что всего в 1.3 раза выше предыдущего года.

Воздействие южных ветров способствовало выдвижению шлейфа стоковых вод со значениями ВМ<28 мг/л из Индигирского залива за пределы авандельты реки Индигирки.

Горизонтальные градиенты содержания ВМ на седиментационном барьере достигали 0.мг/л/км. Близкие к авандельтовым водам значения (до 22 мг/л) выявлены в поверхностном горизонте вдоль термоабразионного побережья Новосибирских островов. Рост содержания у дна почти в 2 раза отражал эффект взмучивания, возникающий при деформации приливной волны на мелководье. Из западной части Колымского залива, где расположен эпицентр максимальных темпов современной термоабразии, сгонялись воды с повышенным содержанием ВМ (3074 мг/л). В 20-30 км от морского края дельты р.

Колымы значения не превышали 10 мг/л при горизонтальных градиентах на границе шлейфа стоковых вод до 0.7 мг/л/км (рис. 2). Как видно, характер распределения взвеси в ВВСМ не претерпел существенной трансформации по сравнению с 2003 г. Устойчивым в межгодовом масштабе осталось поле повышенного содержания вдоль п-ова Чукочий.

К востоку от Колымского залива в потоке Сибирского Прибрежного течения содержание ВМ не превышало 1.5 мг/л, что соответствует фоновым для ВВСМ значениям (рис. 2). Между тем, в 2004 г. этот поток впервые выдвинулся за пределы ВСМ, где идентифицировался вдоль берегов Чукотского полуострова по термохалинным характеристикам (Т=2-3о, S=22-23‰) и светло-бурому цвету вод за счет повышенного содержания фракции окрашенного растворенного ОВ. Можно предполагать, что взвесь бассейна водосбора ВСМ практически не выносится в Чукотское море.

Распределение взвеси в 2005 г. В этом году район исследования был ограничен акваторией ЗВСМ. Макросиноптические процессы развивались по восточному типу.

Доминировало умеренное волнение; объем речного стока превысил среднемноголетний показатель. На начало сентября около 90% акватории ВСМ было свободной от льда.

Размах содержания ВМ был значительным – 1.7289 мг/л (х=30.2 мг/л). Мелководные участки с максимальными значениями маркировали эпицентры генерации гидродинамических возмущений (рис. 2). Горизонтальные градиенты изменения содержания между перемешанными и умеренно стратифицированными водами составляли ~6.0 мг/л/км – это на порядок выше, чем в градиентных зонах областей смешения речных вод. Отличия в содержании ВМ между водами с различным характером вертикальной стратификации достигали одного порядка.

3.1.2-3.1.3. Органический углерод и его изотопный состав. Изменчивость пространственной структуры распределения взвешенного органического углерода (РОС) проявлялась в межгодовой неустойчивости полей с РОС<20% в ЗВСМ. Относительно стабильным оказалось поле в ВВСМ с РОС>20%. Прослеживался тренд утяжеления изотопного сигнала РОС с запада на восток ВСМ.

3.1.4. Вещественно-генетическая типизация взвеси. Из-за снижения вклада минеральных частиц (МК), и на этом фоне, увеличения содержания органической составляющей (ОК), терригенный вещественно-генетический тип взвеси (МК>70%) в дистальном направлении от берега замещался переходными терригенно-биогенным (70%<МК<50%), биогенно-терригенным (70%<ОК<50%) и биогенным (ОК>70%) типами (рис. 3). Градиентные зоны имели ширину 40-60 км и были сопряжены с гидрологическим разделом и седиментационно-биогеохимическим барьером между авандельтовыми водами с терригенным типом ВМ, и шельфовыми водами с переходными и биогенным типами. В 2000 г.

было оценено влияние ледового барьера, когда вдоль кромки дрейфующего льда развивался криофильный планктон и формировалась циркумкромочная зональность изменения типов ВМ (рис. 3).

Рис. 3. Межгодовая изменчивость вещественноТаким образом иллюстгенетических типов взвеси (1 -терригенный, 2 – терригенно-биогенный, 3 – биогенно-терриген- рируется функционирование ный, 4 – биогенный).

природных барьеров трансформации вещества, концепция которых разработана А.П. Лисицыным.

3.1.5. Возможный генезис органического углерода и оценка вклада его главных источников. За период наблюдений в ВСМ зарегистрированы значения 13С взвеси от 29.2 до -23.2‰. В практике изотопной геохимии такой диапазон принято объяснять результатом смешения нескольких источников Сорг, отличающихся между собой составом и уровнем биогеохимической активности.

Согласно выполненным расчетам в ЗВСМ доминировал ТОС. Размах его значений в многолетнем временном масштабе достигал 2-3 раз, что можно объяснить зависимостью от условий подготовки, мобилизации и поставки терригенного материала в год наблюдений, и в первую очередь, от цикла термоабразионного процесса. Выявлена устойчивая во времени тенденция снижения значений ТОС с запада на восток ВСМ, обусловленная замещением вклада терригенного Сорг морским планктогенным.

Изотопный состав Сорг взвеси ЗВСМ предполагает возможное участие остатков наземной растительности, речного планктона, эолового материала, каустобиолитов и т.п.

На молекулярном уровне в РОС выявлено существенное преобладание фракции длинно-цепочных n-алканов с максимумами С21-29 – типичными маркерами восков высших растений. В пользу терригенности Сорг также свидетельствуют высокие значения индекса нечетности CPI метаново-нафтеновых углеводородов (CPI=4.47.90).

В соответствии с датировками по 14C, в поверхностном горизонте вод преобладает «молодой» РОС терригенной растительности, возрастом <1000 последних календарных лет. У дна же возрастает вклад более «старого» РОС (Vonk et al., 2010; Sanchez-Garcia et al., 2010). Рост содержания в придонных водах относительно «старого» РОС позволяет сделать вывод о продолжительности его водной миграции, включающей неоднократные ремобилизацию, перемещение и переотложение.

3.2. Донные осадки 3.2.1. Обстановки формирования среднемноголетней литологической структуры.

Ведущими факторами контроля динамики среды седиментации в ВСМ являются волнение и ледовый покров. Средний гипсометрический уровень волнового воздействия на дно оценивается в -30 м, а критический – в -50 м. В соответствии с такими гидродинамическими условиями дифференцированы три литодинамические обстановки:

аседиментогенная, стабильной и неустойчивой аккумуляции. С использованием данных о соотношении трех ведущих размерных фракций - песка (Ps, размер частиц 1.0-0.1 мм), алеврита (A, 0.1-0.01мм) и пелита (Pl, <0.01 мм), выделены 12 литологических типов осадков (рис. 4, 5).

Осадки аседиментогенной обстановки (пески средне- и мелкозернистые) встречены на подводных банках, в зоне волновой сепарации на подводном береговом склоне, т.е. в высокоэнергетических гидродинамических условиях, не благоприятствующих седиментации, но обеспечивающих транспорт взвеси за пределы зоны волнового воздействия на дно. Галечно-гравийные разности по генетической принадлежности отнесены к ледовому разносу и на поверхности дна распространены интразонально среди других типов осадков, также как и миктиты.

Осадки обстановки стабильной аккумуляции (пелиты, пелиты алевритовые, миктиты алевритовые и пелитовые) распространены на поверхности унаследованной морской равнины с реликтовым субаэральным рельефом на глубинах >30 м, т.е. вне зоны воздействия на дно волновых процессов.

Рис. 4. Литологические типы осадков ВСМ (1 – гравийно-галечные 2 – песок среднезернистый, 3 – песок мелкозернистый, 4 – песок алевритовый, 5 – алеврит песчаный, 6 – песок пелитовый, 7 – алеврит пелитовый, 8 – пелит алевритовый, 9 – пелит;

10- миктит песчаный, 11 – миктит алевритовый, 12 – миктит пелитовый).

Осадки обстановки неустойчивой аккумуляции (пески алевритовые и пелитовые, алевриты песчаные и пелитовые, пелиты алевритовые, пелиты, миктиты песчаные, алевритовые и пелитовые) залегают на внутреннем и среднем шельфе (глубины <30 м) в области развития волновых процессов (рис. 4).

Рис. 5. Литодинамические обстановки ВСМ (1- эрозионная аседиментогенная, 2 – эрозионно-аккумулятивная неустойчивой аккумуляции, 3 - аккумулятивная; 4 – вдольбереговой перенос терригенного материала и 5 – его траектории при отжимных ветрах; 6 – среднемноголетняя граница дрейфующих полей льда; 7 – тальвеги речных палеодолин; 8 - изобаты, м; 9 – граница моря; 10 – граница начала деформации волнения).

Результирующая направленность литодинамических процессов – знакопеременная эрозионно-аккумулятивная. Кроме волновой переработки активного слоя осадков имеет место донная экзарация. Наиболее крупнозернистые осадки данной обстановки (пески алевритовые и пелитовые, миктиты) распространены ограниченно и азонально общей литодинамической схеме для ВСМ, что указывает на «загрязняющий» эффект ледового разноса (рис. 4, 5).

Таким образом, можно говорить о выдержанности пространственной алевритовопелитовой литологической структуры осадков.

3.2.2.-3.2.3. Органический углерод и его изотопный состав. Пространственная структура распределения Сорг изменялась ежегодно, но в целом отражала тенденцию снижения уровня его содержания в северо-восточном направлении, в чем просматривалась связь с морфоструктурным планом дна. Повышенные значения приурочены к осадкам авандельт и подводных палеодолин. В распределении 13С сохранялась аналогичная Сорг тенденция, однако, с более выраженными различиями изотопных величин между ЗВСМ и ВВСМ.

3.2.4. Вещественно-генетическая типизация донных осадков. Осадки ВСМ принадлежат к терригенному ряду глинистой, обломочно-глинистой и обломочной групп.

В соответствии со средневзвешенными значениями (х) химических элементов, они преимущественно бескарбонатные (хСaCO3=2.40%), нежелезистые (хFe=3.88%), с невысоким содержанием Сорг (хСорг=1.17%). Генезис Сорг может быть терригенным, морским планктогенным или смешанным (х13С=-25.1‰).

3.2.5. Возможный генезис Сорг и оценка вклада его главных источников. Размах величин 13С для донных осадков оценен в -28.3-21.9‰. Рассчитанный многолетний пул ТОС в ЗВСМ составил 3095% (х=61%), в ВВСМ – 060% (х=28%). Среднегодовое содержание морского планктогенного Сорг в ЗВСМ колебалось от 34 до 52%, в ВВСМ – от 66 до 81%. В целом, пространственно-временная структура распределения ТОС отличалась стабильностью в ВВСМ и неустойчивостью в ЗВСМ. Как и для взвеси, в осадках сохранялся тренд замещения ТОС углеродом морского планктона в восточном направлении.

Согласно результатам молекулярного анализа, основную часть вклада ТОС в ЗВСМ обеспечивает «старый» и устойчивый Сорг, на что указывают доминирование фракции длинноцепочных н-алканов (с максимумами, типичными для восков высших растений С23-С35), низкие значения отношения С10-С22/С23-С40 0.180.49, повышенные значения индекса нечетности метаново-нафтеновых углеводородов CPl. Величины этих показателей свойственны почвам и торфу питающей провинции ЗВСМ.

Низкомолекулярные гомологи н-алканов С12-С19, характерные для Сорг морских гидробионтов и планктона, имели подчиненное значение (Ветров и др., 2008). Усиление роли такого Сорг в осадках происходит в восточном и дистальном направлениях.

Типичный для ЗВСМ «старый» Сорг (возрастом более нескольких тысяч последних календарных лет) в меньшей степени диагенетически преобразованный по сравнению с «молодым» Сорг взвеси. В осадках ВВСМ, наоборот, преобладает «молодой» Сорг наземной растительности (Sanchez-Garcia et al., 2010; Vonk et al., 2010).

Очевидно, что древнее и устойчивое терригенное Сорг обеспечивает основную часть вклада в мелководной части ЗВСМ, тогда как роль морского планктона усиливалась в дистальном направлении от берега и в ВВСМ.

3.3. Среднемноголетние параметры сигнала возможных источников РОС Представлены численные индикаторы сигнала основных возможных источников РОС в осадочном материале ВСМ. К примеру, сигнал ледового комплекса отложений характеризуется значениями: РОС=0.312.3% (х=4.9%), 13С=-27.9-26.0‰ (х=-27.0‰), C/N-отношения 6.911.4 (х=9.1), вклада ТОС=4494% (х=64%), вклада морского планктогенного Сорг=656% (х=36%), Схожие параметры выявлены для взвеси рек Индигирки и Колымы, РОС которых вероятно включает не только Сорг расконсервированных от мерзлоты отложений ледового комплекса, но и биомассу наземной растительности, почвы, пресноводный планктон, каустобиолиты и т.п.

Для морского планктогенного источника РОС=1018% (х=15%), 13С=-22.121.3‰ (х=-21.7‰), C/N-отношения 5.111.9 (х=7.9), вклад ТОС=724% (х=14%), вклад морского планктогенного Сорг = 7693% (х=86%).

Смешанный источник Сорг отражают переходные значения между его терригенным и морским поставщиками.

3.4. Потоки взвешенного материала и его компонентов в безледный период Данные таблицы 1 свидетельствуют о высокой степени временной изменчивости характеристик ВМ в ЗВСМ, что не скажешь о ее сглаженной картине в ВВСМ. По сравнению с ВВСМ потоки ВМ здесь выше в среднем в 6 раз, РОС почти в 3 раза, РОС терригенного генезиса – примерно в 5 раз.

Таблица 1. Параметры изменчивости величин содержания характеристик ВМ (млн. т).

ВМ РОС Минеральная Терригенный Морской Год ЗВСМ ВВСМ ЗВСМ ВВСМ ЗВСМ РОС РОС ВМ ВВСМ ЗВСМ ВВСМ ЗВСМ ВВСМ 2000 30.5 4.8 2.38 0.73 28.15 4.16 1.28 0.17 1.10 0.2003 6.7 2.2 0.53 0.32 6.25 1.90 0.33 0.12 0.20 0.2004 12.7 2.3 0.76 0.24 11.96 2.09 0.51 0.13 0.25 0.2005 31.4 - 1.54 - 29.91 - 0.85 - 0.69 - х 20.3 3.1 1.30 0.43 19.07 2.72 0.74 0.14 0.56 0.Все это дает основание говорить о ЗВСМ как приемном бассейне основного объема терригенной взвеси.

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЛИТОЛОГИЧЕСКОЙ И ВЕЩЕСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА 4.1. Масштабы и причины изменчивости характеристик взвеси Рассматриваются масштабы и тренды изменчивости характеристик взвеси.

Повышенным содержанием ВМ выделились 2000 и 2005 гг., а низким 2003 и 2004 гг.

Максимальные различия значений между ЗВСМ и ВВСМ достигали 6 раз при среднемноголетнем за период наблюдений 5.5 раза. Диапазон значений РОС=0.144.0% (х=10.8%). Также как и для содержания взвеси, наибольшие отличия РОС между ЗВСМ и ВВСМ достигали 6 раз при среднемноголетнем в 5.5 раза (табл. 1). Размах вариаций значений 13С за многолетний период составил -29.1-23.2‰. С 2000 по 2004 гг.

наблюдалось облегчение изотопного состава Сорг – признак усиления терригенности РОС.

В 2005 г. произошло утяжеление 13С до уровня 2000 г. Наиболее изотопно тяжелые величины характеризовали 2000 и 2005 гг., изотопно легкие – 2003 и 2004 гг. Вариации ТОС представлены значениями 1.499.0% (х=53%); схожий диапазон выявлен и для морского планктона (198.6%, х=49%). Среднемноголетнее превышение содержания ТОС в ЗВСМ в сравнении с ВВСМ всего 1.4 раза. На эту же величину превышает вклад морского Сорг в ВВСМ в отличие ЗВСМ. За период наблюдений терригенный состав взвеси в ЗВСМ ни разу не изменился, в то время как в ВВСМ формировались переходные терригенно-биогенный, биогенно-терригенный и биогенный типы. Квазиустойчивая пространственная структура распределения типов ВМ нарушалась в 2000 г. по ледовым условиям. Основные причины формирования пространственно-временной изменчивости характеристик взвеси.

(1). На основе анализа имеющегося массива данных в ряду многолетних наблюдений были противопоставлены три выборки с различными типами развития макросиноптических и гидрологических процессов: 2000 и 2005 гг. (восточный тип), 20г. (западный тип) и 2004 г. (центральный тип).

(2). Во время исследований площадь безледной акватории в ВСМ увеличивалась от 35% в 2000 г. до 90% в 2005 г., что в целом отражало устойчивый в течение последних 60 лет отрицательный тренд изменения суммарной ледовитости арктических морей.

Разрушение и вынос льдов к северу усиливались под влиянием отжимных ветров и радиационного прогрева. Последнее стало возможным в результате сформировавшейся над арктическим регионом в начале 21 века летней положительной аномалии температуры приземного воздуха (Richter-Menge et al., 2006).

(3). Наблюдается синхронизация во времени короткопериодных гидродинамических возмущений с изменчивостью характеристик ВМ в ЗВСМ. Это хорошо видно на примере 2000 и 2005 гг., когда вследствие частого штормового волнения активизировались береговая и донная эрозия, обусловившие насыщение вод ВМ.

Противоположная картина отмечена в 2003 и 2004 гг. (табл. 1).

(4). ВСМ принимает сток не только рек своего бассейна, но и рек Лена и Яна моря Лаптевых. Прослеживается связь объема материкового стока с характеристиками взвеси в ЗВСМ. Для ВВСМ такая зависимость ослаблена.

(5). В 2000 г. сток рек моря Лаптевых в ВСМ по гидрометеорологическим причинам был ослаблен, что отразилось в перемещении границы области смешения пресных и соленых вод на 2о западнее ее среднемноголетнего положения со стабилизацией в средней части Колымского залива, вдоль меридиана 165о в.д. В арктических морях такие области обычно оконтуриваются изохалиной 25‰ и могут маркировать положение кромки льдов (Антонов, 1957; Захаров, 1962). Господствующие в 2003 г. западные ветры привели к выносу стоковых вод из моря Лаптевых. Граница области смешения установилась примерно в 400 км восточнее ее положения в 2000 г., перед входом в пролив Лонга. Отжимные течения в 2004 г. привели к расширению области смешения вод и радиационного прогрева за счет смещения кромки дрейфующего льда на север. Сибирское Прибрежное течение получило еще большее развитие даже по сравнению с 2003 г., и отмечается в Чукотском море. Отсюда становится понятным рост вклада терригенного РОС в ВВСМ при западном и центральном типах атмосферных макропроцессов.

(6). Кульминация весеннего половодья и освобождение береговой зоны ВСМ от припайного льда (как и в других арктических морях) не синхронизированы во времени.

Из-за этого до 90% годового объема взвеси транспортируется из устьев рек в июне-июле, когда разрушаются припайные льды. Если исходить из объемов седиментации взвеси у выступа Айонского ледового массива (Charkin et al., 2007), то вдоль кромки припая из транзита может выводиться ~3/4 объема стока речной взвеси в эти месяцы или ~21.5 млн.

т. В августе приустьевые зоны полностью освобождаются от припайного льда, и на их акватории интенсифицируются процессы смешения вод. За август-сентябрь ~1.8 млн. т речной взвеси из ~2 млн. т задерживаются на биогеохимическом барьере системы «рекаморе». Таким образом, проявляют себя два природных барьера на пути переноса терригенного материала – ледовый и классический биогеохимический «река-море».

Короткопериодный период аномальной седиментации ВМ в узкой береговой зоне не приводит к высоким темпам аккреции осадков на данном участке по нескольким причинам. Обводненные «молодые» осадки находятся преимущественно в физическом состоянии «жидкого ила», из-за чего даже при слабом гидродинамическом воздействии ремобилизуются и вовлекаются в перенос. Значительная часть осадочного материала, сопоставимая по результатам наших натурных наблюдений с годовым объемом речного стока, транспортируется припайными льдами в составе криозоля. Можно утверждать, что льды играют важную роль в латеральной миграции терригенного материала, удаляя из береговой зоны продукты термоабразии и выведенную из миграции в пик половодья речную взвесь.

(7). ЗВСМ и ВВСМ резко отличаются по источникам, условиям поступления и распределения терригенного материала, и соответственно, по содержанию и составу ВМ.

Среднемноголетнее содержание ВМ в ЗВСМ более чем в 5 раз выше по сравнению с ВВСМ (Semiletov et al., 2005, 2011). Весьма широкий диапазон величин характеристик взвеси в ЗВСМ свидетельствует о реакции водной толщи на воздействие факторов внешней среды. Учитывая особенности континентальной области питания, столь значительные вариации уровня насыщения вод осадочным материалом отражают инъективный (пульсационный) характер его поступления. Среди его главных причин в первую очередь рассматривается фактор цикличности термоабразии (Charkin et al., 2011).

В ряду многолетних наблюдений 2000 и 2005 гг. можно отнести к периодам активизации термической и гидродинамической абразии, что подтверждается наиболее высоким содержанием ВМ (табл. 1). В 2003 и 2004 гг. подготовленный термоденудацией материал аккумулировался у подножий термоабразионных уступов и при слабом гидродинамическом воздействии в большей своей части оставался на пляже. Содержание ВМ в эти годы по сравнению с периодом активной термоабразии снижалось примерно в раз. Очевидна связь между гидрометеорологическими особенностями года, стадией разрушения берегового ледового комплекса и уровнем насыщения вод взвесью.

(8). Распределение характеристик ВМ, как и термохалинных (TS) параметров, имеет циркумтерральную пространственную структуру, главным фактором контроля которой являются рельеф дна и динамика вод. Поэтому градиенты характеристик ВМ и TS приурочены к участкам перегиба рельефа подводного берегового склона. Западная граница циклонического круговорота в ВСМ пространственно сопряжена со склоном этой же экспозиции подводной долины р. Индигирки, где и проходит условная граница между ЗВСМ и ВВСМ. Данные выводы укладываются в рамки существующих представлений о гидродинамике ВСМ (Weingartner et al., 1999).

Под влиянием короткопериодных процессов синоптического масштаба на мелководье ВСМ формируются центры генерации турбулентных процессов и перемешивания, в которых баланс адвективной и гравитационной составляющих вертикального потока контролирует одинаковый уровень насыщения взвесью водной толщи. Изменчивость макроструктуры распределения взвеси имеет признаки цикличности, отражающие синергичный эффект динамики речного стока, волнового и ледового режима на фоне конкретной гидрометеорологической обстановки.

4.2. Масштабы и причины изменчивости характеристик донных осадков 4.2.1. Основные закономерности формирования среднемноголетней литологической структуры. Рассматривать особенности распределения донных осадков необходимо в связи с морфоструктурным планом дна, источниками терригенного материала и общей циркуляцией вод. Ранее отмечалось отсутствие в пределах эпиконтинентального шельфового ВСМ переуглубленных впадин, которые могли бы явиться структурами-ловушками осадочного материала. Поверхность дна моря имеет общий тренд наклона на северо-восток. Уклоны подобной экспозиции характерны и для подводных палеодолин рек пра-Индигирки и пра-Колымы. Сочетание субмеридиональных морфоструктур подводных долин и субширотных морфоструктур дна (ориентация границ шельфового ВСМ) предполагает относительно беспрепятственный вынос частиц на склон Арктического бассейна. С помощью пробоотборника GEMAX нефелоидные потоки были обнаружены на латеральном разрезе через ВСМ в 0.5 м от дна. Между тем, в доступных для вертикального зондирования турбидиметром нескольких метрах от дна они не регистрировались. Очевидно, что характер распределения донных осадков является отражением сочетания перечисленных выше факторов. Размерный состав выдержан по площади дна, примерно 95% которой занято дисперсными илами, что предопределено наличием в водосборе моря двух мощных источников тонкозернистого материала, схожих по литологической структуре.

Пространственной однородности размерного состава осадков также способствуют выровненный характер рельефа дна с предельно малыми уклонами, и продолжительный период подледной седиментации.

Согласно нашим расчетам, глубина ~30 м в ВСМ является критической для начала деформации волнения о дно. Этот гипсометрический уровень, морфологически выраженный в перегибе рельефа дна и в увеличении уклонов поверхности, условно разделяет две мезомасштабные литодинамические области. Горизонтальный градиент интенсивности выведения из транзита частиц мелкоалевритовой фракции в пограничной зоне между ними оценивается в 1%/км. Поэтому, мористее 30 м изобаты в обстановке устойчивой аккумуляции формируются исключительно пелитовые осадки. Данная закономерность нарушается в пределах субмеридиональных морфоструктур подводных долин, где поле пелитовых осадков приближается к берегу (рис. 4, 5). Совпадение раздела между алевритами пелитовыми (обстановки неустойчивой аккумуляции) и пелитами (обстановки устойчивой аккумуляции) со среднемноголетней границей дрейфующих льдов, указывает на определяющую роль ледового барьера и подледной седиментации в формировании пелитов.

Распределение осадков также согласуется с характером общей циркуляции вод.

Поле дисперсных пелитов приурочено к предполагаемому циклоническому квазистационарному круговороту в ВВСМ, где частицы взвеси должны испытывать тенденцию к погружению и седиментации. Обширное поле менее тонкозернистых алевритово-пелитовых осадков в мелководной ЗВСМ может отражать существование антициклонического круговорота. Градиентная зона между этими гидрофизическими структурами проходит над западным бортом палеодолины р. Индигирки, что следует из сопоставления схем циркуляции вод, распределения взвеси и осадков. Вероятно наличие менее масштабных круговоротов вокруг островов Новосибирского архипелага.

Литологическая структура донных осадков хорошо согласуется со среднемноголетним распределением взвеси только в придонном горизонте обстановки устойчивой аккумуляции, что было ожидаемо и вполне закономерно. Здесь распространены исключительно пелитовые илы, а содержание взвеси в водной толще на порядок ниже по сравнению с обстановкой неустойчивой аккумуляции. Это подчеркивает осредненную реакцию взвеси на изменение литодинамических условий.

Подобная связь между литологическим составом осадков и распределением взвеси в обстановке неустойчивой аккумуляции не выражена из-за относительного единства размерного состава терригенного материала в области питании.

В пределах перегляциального шельфового ВСМ ведущими факторами подготовки и мобилизации терригенного материала являются тепловые и гидродинамические процессы. Они регулируют характер литодинамической обстановки и формируют запас участвующего в морской седиментации осадочного материала.

Отметим, что по условиям осадкообразования ВСМ резко контрастирует с западно-арктическими морями с их крайне неоднородным пересеченным рельефом, разнообразными гидродинамическими условиями и пестрым литологическим составом осадков.

4.2.2. Масштабы и причины изменчивости состава Сорг. Оценим масштабы и проследим особенности межгодовой изменчивости содержания и изотопного состава Сорг.

Содержание. За период наблюдений его вариации в осадках ЗВСМ составили 0.123.76% (х=1.10%), в ВВСМ - 0.102.33% (х=1.24%). Изотопный состав. Размах значений 13С в ЗВСМ представлен -28.3-24.4‰ (х=-26.1‰) и -27.0-21.9‰ (х=-24.0‰) в ВВСМ. Вклад терригенного и морского Сорг. Доля ТОС в ЗВСМ колебалась от 30.0 до 95.0% (х=61.0%), ВВСМ – от 0.0 до 60.0% (х=28.0%). Соответственно, пул морского Сорг изменялся от 5.до 70.0% (х=39.0%) в ЗВСМ до 40.0100% (х=72%) в ВВСМ (табл. 1).

Уменьшение содержания Сорг в осадках по сравнению с придонной взвесью в среднем для ВСМ в 6.5 раза свидетельствует о высоком уровне трансформации в системе «придонная взвесь-осадки». В ЗВСМ расхождения в содержании Сорг между ВМ и осадками составляют ~5 раз, а в низкотемпературной (<0о) придонной обстановке ВВСМ – почти 10 раз. Вероятно, отрицательная температура в системе «придонная вода-донные осадки» не лимитирует разложение Сорг. Его активная микробиальная трансформация в арктических водах доказана (Саввичев и др., 2009; Kircman et al., 2005; и др.). Окисление Сорг происходит и в охлажденных осадках вследствие бескислородной или близкой к ней минерализации, сульфат-респирации и редукции Fe(Ш).

При различиях до одного порядка в содержании Сорг между придонной взвесью и осадками, средние изотопный состав и вклад ТОС в этих объектах сопоставимы. В осадках обнаружен более сильный изотопный сигнал Сорг морского источника (13С=21.9‰). Отметим, что в придонной взвеси значений 13С тяжелее -23.2‰ не выявлено.

На основании результатов молекулярного и изотопного анализов в ВСМ выделены два типа планктогенного Сорг: «молодой», с возрастом <300 последних календарных лет и величиной 13С=-23.2‰, и более «старый» с возрастом около 1000 последних календарных лет, с менее тяжелым изотопным составом (Vonk et al., 2010). В других работах параметрами «молодого» арктического и субарктического морского планктона является возраст его Сорг 85500 лет и 13С тяжелее -22‰ (Key et al., 2004).

Таким образом, межгодовые вариации состава Сорг, обусловлены особенностями классического смешения органического материала из различных источников, вклад которых регулируется в соответствии с общими закономерностями формирования межгодовой изменчивости характеристик взвеси. Об этом свидетельствует рост в осадках уровня терригенного сигнала Сорг (прослежено по значениям 13С и ТОС) при усилении Сибирского Прибрежного течения в годы развития атмосферной циркуляции по западному (2003 г.) и центральному (2004 г.) типам. Наоборот, при восточном типе происходила активизация проникновения в ВСМ тихоокеанских вод, и в связи с этим – увеличение вклада автохтонного планктогенного источника Сорг.

Сокращение содержания взвеси по мере удаления от терригенного источника осадочного материала сопровождалось постепенным разбавлением и смешением аллохтонного ТОС с морским автохтонным Сорг, что приводит к омоложению возраста Сорг взвеси и донных осадков.

4.3. Реконструкция условий и темпов палеоседиментации В этом разделе важнейшие палеогеографические события рассматриваются для объяснения формирования слоя механически дегидратированных уплотненных отложений едомного комплекса, маркирующих эпоху криоаридных перегляциальных условий морфолитогенеза позднеплейстоценового времени и вскрытого гравитационными трубками в интервале между 15 и 22 см от поверхности дна. Отсюда, для обстановок устойчивой и неустойчивой аккумуляции рассчитываются темпы палеоседиментации, абсолютные массы осадков и Сорг.

4.4. Прогнозы развития береговой зоны Восточно-Сибирского моря Результаты натурных наблюдений на подводных останцах субаэрального рельефа позволили предположить возможные последствия перестройки условий криолитоморфогенеза на фоне продолжающегося потепления климата. Практически все они имеют негативный характер для береговой зоны ВСМ с его наиболее беззащитным к тепловому и гидродинамическому воздействию ледовым комплексом отложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Исследовав литодинамические и биогеохимические аспекты современного осадкообразования в системах «суша-шельф», «река-море» и «вода-донные осадки» Восточно-Сибирского моря в годы с различными типами развития макросиноптических и гидрологических процессов, автор пришел к следующим главным выводам.

(1). Западная и восточная части моря контрастируют по содержанию, характеру пространственного распределения и составу взвеси, что обусловлено различиями в источниках осадочного материала, условий его мобилизации и водной миграции.

(2). Сходство размерной структуры ведущих источников терригенного материала – первопричина сохранения относительной пространственной однородности литологического состава донных осадков, несмотря на различную направленность преобладающих литодинамических процессов в западной и восточной частях моря.

Отличия выявляются только при анализе распределения тонкодисперсной фракции, увеличение содержания которой обусловлено процессами подледной седиментации. Литологическая структура осадков хорошо согласуется со среднемноголетним распределением взвеси только в придонном горизонте обстановки устойчивой аккумуляции ВВСМ, что было ожидаемо и вполне закономерно.

(3). Вариации соотношения вклада в состав донных осадков и взвеси органического углерода из терригенного и морского источников контролируются уровнем их смешения и степенью удаленности от последних.

Все вышеперечисленное дает основание говорить о ЗВСМ как о приемном бассейне доминирующего объема терригенного материала, мобилизуемого в водосборе моря. Среднемноголетние значения потоков взвеси здесь примерно в 6 раз выше (также как и минеральной компоненты) в сравнении с ВВСМ, органического углерода взвеси выше почти в 3 раза, а органического углерода взвеси терригенного генезиса – почти в раз. За период наблюдений терригенный состав взвеси ни разу не изменился в ЗВСМ, в то время как в ВВСМ могли формироваться переходные и биогенный вещественногенетические типы взвеси.

(4). Особенности пространственно-временой изменчивости характеристик взвеси и донных осадков отражают синергичный эффект динамики речного стока, термоабразии берегов, ледового и волнового режима на фоне конкретной макросиноптической обстановки и укладываются в концепцию цикличности процессов приконтинентального осадкообразования.

Эта цикличность, включая изменения условий мобилизации и поставки терригенного материала, в обстановке перегляциального восточно-арктического подтипа литогенеза предопределена стадийностью развития береговой термоабразии, увязанной с типом макросиноптической обстановки, и ранее никем не отмеченной. Так, характерная для восточного типа атмосферных макропроцессов агрессивная гидродинамическая обстановка вызывает активизацию разрушения берегового ледового комплекса и смыв в море значительных объемов терригенного материала, как это было в 2000 и 2005 гг.

Анализ гидрометеорологической информации показал, что в период с 1999 по 2008 гг.

периодичность развития макросиноптических условий по указанному типу составляла 1-года, что согласуется с данными Ф.Э. Аре о стадийности процесса береговой термоабразии (Арэ, 1980).

Впервые для ВСМ представлены параметры межгодовой и короткопериодной изменчивости характеристик взвеси, а также среднемноголетнего биогеохимического сигнала от возможных источников Сорг.

На основе натурных наблюдений оценено современное состояние подводных реликтов субаэрального рельефа и дан прогноз их изменения. Рассматривая нынешний климатический тренд как современный аналог имевших место теплых эпох позднечетвертичного времени, предполагается дальнейшее разрушение реликтовой мерзлоты. Ослабление ледовитости и развитие более высокого волнения приведут к изменениям литодинамических условий акватории ВСМ. Граница волнового воздействия на дно в этом случае может оказаться на 45210 км мористее своего современного положения, также как и раздел между алевритово-пелитовыми осадками обстановки неустойчивой аккумуляции и пелитами обстановки устойчивой аккумуляции. Усилится вынос терригенного материала на склон Арктического бассейна.

Принципиальное значение выявления особенностей современной седиментации в Восточно-Сибирском море очевидно в связи с необходимостью дальнейшего углубления фундаментальных знаний о ледовом типе морской седиментации и его восточноарктическом перегляциальном подтипе.

Список работ по теме диссертации, опубликованных в рекомендованных ВАК Российской Федерации периодических изданиях.

Charkin A.N., Dudarev O.V., Semiletov I.P., Kruhmalev A.V., Vonk J.E., Snchez-Garca L., Karlsson E. and Gustafsson . Seasonal and interannual variability of sedimentation and organic matter distribution in the Buor Khaya Gulf – the primary recipient of input from Lena River and coastal erosion in the SE Laptev Sea // Biogeosciences,. 2011, № 8, р. 2581-2594.

Karlsson E.S, Charkin A., Dudarev O., Semiletov I., Vonk J.E., Snchez-Garca L., Andersson A.

and Gustafsson . Carbon isotopes and lipid biomarker investigation of sources, transport and degradation of terrestrial organic matter in the Buor-Khaya Bay, SE Laptev Sea // Biogeosciences, 2011, № 8, р. 1865– 1879.

Semiletov I.P., I.I. Pipko, N.E. Shakhova, O.V. Dudarev, S.P. Pugach, A.N. Charkin, C.P. McRoy, D. Kosmach, and Gustafsson . Carbon transport by the Lena River from its headwaters to the Arctic Ocean, with emphasis on fluvial input of terrestrial particulate organic carbon vs. carbon transport by coastal erosion // Biogeosciences, 2011, № 8, р. 2407-2426.

Semiletov I., Dudarev О., Luchin V., Charkin A., Shin K., Tanaka N. The East-Siberian Sea as a transition zone between the Pacific origin water and local shelf water // Geophysical Research Letters. 2005.

32. L10614. doi: 10.1029/2005GL022490.

Дударев О.В., Боцул А.И., Семилетов И.П., Чаркин А.Н. Современное осадкообразование в прибрежно-шельфовой криолитозоне пролива Дмитрия Лаптева (Восточно-Сибирское море) // Тихоокеанская геология. 2003. Т. 22, № 1. С. 51-60.

Гуков А.Ю., Дударев О.В., Чаркин А.Н., Семилетов И.П., Горшкова Я.С. Особенности распределения биомассы макробентоса и донных биоценозов в южной части Восточно-Сибирского моря // Океанология. 2005. Т. 45. № 6. С. 889-896.

Дударев О.В., Семилетов И.П., Чаркин А.Н. Масштабы неоднородностей состава взвеси в системе река Лена – море Лаптевых // Доклады академии наук. 2006. Т. 411, № 4. С. 527-534.

Дударев О.В., Семилетов И.П., Чаркин А.Н., Боцул А.И. Седиментационные обстановки на приконтинентальном шельфе Восточно-Сибирского моря // Доклады академии наук. 2006. Т. 409, № 6. С. 822-827.

Ветров А.А., Семилетов И.П., Дударев О.В., Пересыпкин В.И., Чаркин А.Н. Исследование состава и генезиса органического вещества донных осадков Восточно-Сибирского моря // Геохимия.

2008. № 2, C. 183-195.

Дударев О.В., Чаркин А.Н., Семилетов И.П., Шило И.Н., Салюк А.Н., Спивак Э.А. О современном состоянии подводных островных реликтов на Восточно-Сибирском шельфе // Доклады академии наук. 2008. Т. 419, C. 225-261.

Пипко И.И., Пугач С.П., Дударев О.В., Чаркин А.Н., Семилетов И.П. Карбонатные параметры вод реки Лены: характеристики и распределение // Геохимия. 2010. № 11. С. 1206-1213.

Дударев О.В., Чаркин А.Н., Семилетов И.П., Крухмалев А.В. Пространственно-временная изменчивость изотопного состава органического углерода взвеси в нижнем течении и эстуарии реки Амур // Доклады академии наук. 2010. Т. 433, № 6. С. 822-830.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.