Процессы четвертичного седименто- и литогенеза отложений в различных структурно-морфологических зонах Центральной Атлантики

2. На полигоне Кабо Верде основным абиогенным компонентом в осадках является пелитоморфный материал, обогащенный Fe и SiO2, поступающий со стороны Африканского континента и Зеленомысского поднятия. В разрезе выявлен реперный горизонт бескарбонатных рыже-коричневых илов с богатой кремневой фауной. Его формирование отражает изменение глубины карбонатной компенсации и по времени может быть сопоставлено с Рисской ледниковой эпохой.

Полигон Кабо Верде расположен в районе островов Зеленого мыса и представляет собой зону сочленения пассивных частей трансформных разломов и структур Зеленомысского поднятия, выраженных в рельефе ассиметричным хребтом ЗСЗ простирания [Сколотнев и др. 2006]. Он включает одноименный уступ, отделяющий подножье Зеленомысского поднятия от структур океанической котловины.

В 23 рейсе НИС <Академик Николай Страхов> (2005 г.) грунтовыми трубками здесь были подняты осадки на шести станциях (рис. 2). Мощность поднятых осадков от 4 до 5 метров. Глубина осадочного покрова в данном районе изменяется в пределах 4400 - 5000 метров. Возраст осадков в низах изучаемых колонок по результатам исследования комплексов двух планктонных групп (наннопланктона и планктонных фораминифер) близок к интервалу 0,6-0,8 млн. лет (данные Л.А. Головиной и М.Е. Былинской).

Поверхностная часть осадочного покрова на полигоне представлена глинистыми и кокколито-фораминиферовыми илами серо-коричневых оттенков. Карбонатная составляющая продуцируется жизнедеятельностью океана и представлена раковинами планктонных и бентосных организмов - кокколитов и фораминифер, и изменяется в пределах от 0 до 85%.

Влажность осадков изменяется от 47 до 79%, и в среднем составляет 60%. Гранулометрический анализ бескарбонатной части осадка показал, что во всех образцах преобладает пелитовая фракция ( < 0,01 мм), составляющая от 50 до 97% от нерастворимого остатка. Содержание алевритовой компоненты (0,1-0,01 мм) составляет от 5 до 39%. На долю песчаных фракции приходится менее 10% от нерастворимого остатка.

Основными породообразующими минералами на полигоне Кабо Верде являются органогенный кальцит и кварц. Широко распространены полевые шпаты, в ряде случаев также являющиеся породообразующими.

Из глинистых минералов преобладают каолинит, слюдистые минералы и смектит. Также присутствуют хлорит, цеолиты (леонгардит) и смешаннослойные образования.

Определение величин Eh и рН показало, что доминируют окислительные - слабо-восстановительные обстановки литогенеза (Eh изменяется от -195 до + 253 мВ). Свободный сероводород в осадке отсутствует. Доминируют нейтральные значения рН - от 6,5 до 8,0. Преобладают значения в районе 7,5.

По всей мощности поднятых осадков широко распространены включения глинистых окатышей и инородных илов (вышележащих по склону), размером от нескольких мм до первых десятков см, что указывает на высокую активность склоновых процессов обвально-оползневой природы. Присутствуют отложения мутьевых потоков, при формировании которых происходило взмучивание и дифференциация илистого материала.

Среди осадков, сформированных при относительно спокойных условиях, по принципу <частица за частицей>, прослеживаются горизонты глинистых илов оранжево-коричневого цвета со следами растворения карбонатной фауны. В них отмечается большое разнообразие кремневой фауны - широкий набор видового состава радиолярий, диатомовые водоросли нескольких видов, аглютинированные фораминиферы. Иногда присутствуют бентосные формы карбонатных фораминифер. Данные интервалы характеризуются присутствием свободного кислорода в поровых водах. Здесь отмечается повышенная концентрация эолового материала, по отношению к остальным участкам разреза, а также более высокие значения Fe₂O₃ и минимальные содержания С_орг. Литолого-геохимические признаки указывают на пониженные скорости осадконакопления для данных отложений. По совокупности литолого-геохимических признаков, и особенно по фаунистическому составу данных осадков следует, что их формирование отвечает резким климатическим изменениям, с которыми было связано изменение глубины карбонатной компенсации.

Данный тип осадков встречается в разрезе до 4-х раз. Наиболее ярко выражен по литологическим признакам горизонт, расположенный в интервале глубин 200-300 см, при максимальной мощности 35 см. Он прослеживается во всех разрезах полигона и может считаться реперным для данного района.

Для каждой колонки был произведен расчет наиболее вероятного времени осадконакопления этих слоев. При расчете использовались данные о возрасте низов колонок, установленные по планктонным формам кокколитов и фораминифер. На основе этих данных вычислялась средняя скорость накопления осадка в колонке - средняя скорость осадконакопления на полигоне составила 0,7 см/тыс.лет. Выявлялись признаки изменения средних скоростей осадконакопления по литологическим характеристикам. Особое внимание уделялось влиянию склоновых процессов.

Основываясь на проведенных расчетах, можно предположить, что периоды формирования 4-х слоев описанных выше илов во всех колонках по времени могут быть сопоставлены с четырьмя эпохами четвертичного оледенения - Вюрмской, Рисской, Миндельской и Гюнцской. При этом наиболее четко прослеживающийся реперный горизонт отвечает Рисской эпохе оледенения, во время которой, как известно, отмечались наиболее низкие температуры для территории Европы и восточной Атлантики, наиболее широкое распространение ледникового покрова и наиболее сильная перестройка животного и растительного мира.

В данных осадках отмечено повышенное содержание эолового кварца. Это совпадает с выводами А.П.Лисицына [1978], который также отмечал для экваториальной Атлантики (к северу от экватора) более интенсивное поступление эолового материала в связи с началом оледенений, однако рассматривал данный факт для более крупных временных интервалов.

На полигоне Кабо Верде широкое распространение получили тонкие (до 3 мм) прослои зеленого цвета, резко отличающихся по своим свойствам и составу от вмещающей толщи. Геохимический состав данных прослоев свидетельствует о формировании, связанном с размывом гидротермальных образований. Следует отметить, что прослои в разных разрезах не коррелируют между собой. Следовательно, это проявления локального значения. Основным источником размыва может являться северный склон горы Картер, где в предшествующих рейсах были обнаружены гидротермальные поля [Бебешев и др., 1989].

По комплексу литологических и геохимических характеристик было выделено 5 литологических типов осадков. Подробное изучение литолого-химического состава и физико-химических свойств осадка позволили провести корреляцию отложений полигона Кабо Верде.

По данным рентгенофлюоресцентного анализа химического состава донных осадков наблюдается четкая обратная корреляция содержаний СаО и SiO₂. Также наблюдается прямая корреляция концентраций породообразующих соединений SiO₂, Fe₂O₃ и TiO₂ и элементов Ва, Rb, Zr. С СаО напрямую коррелирует Sr. Корреляция с остальными элементами (MnO, Cu, Ni, Co, Y и др.) не является четкой.

Отношение Fе к Mn в пелагических осадках Кабо Верде >10. Это характеризует Fе оксигидратный коллектор как преобладающий, что характерно для переферических частей океана. Это в свою очередь и определяет концентрацию и набор малых элементов, соосажденных из воды.

Были подсчитаны средние содержания элементов в колонках, а также на полигоне в целом. Проведено подробное исследование изменения их содержания по вертикали и по латерали.

По сравнению с данными А.П. Лисицына и Н.М. Страхова о средних содержаниях элементов в осадках мирового океана и близлежащих территорий осадки полигона Кабо Верде в разрезе характеризуются достаточно высокими содержаниями железа, циркония и титана (элементы, входящие в группу Fe-сорбента), но это не распространяется на самые поверхностные отложения. Т.о. в четвертичное время происходило активное накопление осадков с высокими концентрациями рудных элементов, однако эта тенденция не сохраняется в настоящее время.

Наиболее высокие содержания железа, титана и циркония наблюдаются в северной части полигона. Прослеживается закономерное зональное уменьшение средних содержаний этих элементов с севера на юг.

Немалую роль играет разбавление осадка карбонатной составляющей, представленной раковинами планктонных организмов - кокколитов и фораминифер. Средние значения карбонатности закономерно уменьшаются с юга на север. Аналогично ведет себя стронций. По простиранию на север, при удалении от горы Фланаган, происходит закономерное уменьшение среднего его содержания в осадке.

Для выявления причины зонального изменения содержаний компонентов, имеющих обратную корреляцию, был произведен пересчет на бескарбонатное вещество. При пересчете тенденция к зональному изменению содержаний Fe₂O₃ и элементов группы Fe-сорбента сохраняется.

Наиболее вероятно, что накопление преобладающей части железа в данном районе происходит за счет сноса пелитоморфной его формы с Африканского континента, а также с Зеленомысского поднятия, расположенного к северу от изучаемого района. С этим и связаны наибольшие концентрации Fe₂O₃ в более северных колонках, а также элементов, сорбирующихся железом, в частности ТiO₂, Zr, Pb, и частично Y. Эти предположение подтверждается данными А.П. Лисицина о том, что в экваториальной зоне образуются широкие полосы повышенных масс, связанные с поставкой с суши значительного количества пелитоморфного Fe, что прослеживается в Атлантическом и Индийском океанах [Лисицын, 1978]. Хребет Кабо Верде, и особенно гора Картер являются препятствием на пути переноса вещества, что дополнительно способствует фракционированию данных элементов.

Иттрий - косвенный индикатор поступления эндогенного вещества из недр океанической коры, и его высокие концентрации связаны с захватом Fe-Mn коллектором Y, растворенного в океанской воде. Другая часть растворенного Y экстрагируется биосом [Лисицын, 1978]. В нашем случае, наблюдается повышенное содержание Fe, но не наблюдается высоких содержаний Y. Помимо этого, не наблюдается четкой корреляции между элементами Fe₂O₃, Y и MnO. Более того, также не наблюдается корреляции между Y и СаО (как правило, в карбонатных осадках наблюдается повышенное содержание Y). Это косвенно указывает, что изменение содержания иттрия в данном районе в основном зависит от биоса, предположительно от диатомовых водорослей. Также этот факт дополнительно подтверждает предположение о привносе в осадок пелитоморфного железа извне, а не о его эндогенном происхождении.

Хром и ванадий, являются индикаторами вещества океанической коры. Содержание ванадия и хрома растет в ряду от гранитов к базальтам, и высокие их содержания в осадках полигона Кабо Верде являются следствием развитого в этом районе основного вулканизма. Хорошим индикатором андезитового и базальтового вулканизма является титан. Осадки Кабо Верде отличаются повышенными почти в 2 раза содержаниями ТiO₂, что также свидетельствует о развитии в районе основного вулканизма.

Таким образом, перенос пелитоморфного материала, обогащенного SiO₂ и Fe со стороны Африканского континента и Зеленомысского поднятия имеет определяющее значение для литолого-химического состава отложений. Важнейшую роль играет разбавление осадка карбонатным органогенным веществом. Большое значение имеет влияние базальтового вулканизма, развитого в этом районе.