Provenance changes of the holocene deposits of Oga and Tsivolki bays (Novaya Zemlya archipelago) according to SR, ND, PB isotope data

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Ледники являются одними из самых эффективных факторов эрозии на Земле, разрушая обширные территории, они оставляют после себя впечатляющие впадины и котловины фьордов. Они также являются очень эффективными переносчиками ила, песка, гравия и валунов на расстояние до нескольких сотен километров от мест их происхождения. Разрушенная порода оседает на большой территории (Benn, Evans, 2014); по литолого-геологическим признакам можно расшифровать природу этого осадка. Изменение климата, прогрев вод океана и окружающего воздуха увеличивает скорость деградации ледового щита. Особенно это чувствуется в Арктическом регионе. Колебания температуры приводят к увеличению или уменьшению ледового покрова (Benn, Evans, 2014; Dutton et al., 2015; Dyer et al., 2021), что, в свою очередь, отражается на осадках, накапливающихся под его толщей. По мере движения ледника эрозия выводит на дневную поверхность породы различного происхождения и состава, при этом разрушенное вещество эффективно гомогенизируется и обезличивается. Изучая химические и изотопные характеристики колонок донных отложений, можно проследить смену состава пород, эродируемых в ложе ледника.

Применение изотопных методов при реконструкции источников осадочных пород уже является одним из обычных инструментов геологии. Изотопный состав Sr (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr), Nd (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd) и Pb (²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb,²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb) в осадочном материале зависит от Rb/Sr, Sm/Nd U/Th/Pb отношений в минеральных фазах пород, подвергаемых выветриванию. Существующая изотопно-геохимическая контрастность континентальных пород дает возможность, например, при изучении вариаций изотопного состава Sr, Nd и Pb в современных и древних обломочных морских отложениях проследить их источники и вариации в пространстве и времени (Innocent et al., 2000; Tütken et al., 2002; Rutberg et al., 2005; Маслов и др., 2018, 2020). Кардинальное изменение или смена тренда вариаций изотопных характеристик осадочной последовательности зачастую свидетельствует о смене источника сноса и/или режима выветривания (Walter et al., 2000; Fagel et al., 2002; Meyer et al., 2011; Goswami et al., 2012; Swärd et al., 2022).

Осадки заливов Ога и Цивольки архипелага Новая Земля, о которых пойдет речь в этом исследовании, образовались в основном за счет разрушения и переработки пород ложа ледников Голубой и Серп и молот соответственно (Rusakov et al., 2022a, b; Taldenkova, 2022). Колонка осадка из залива Ога охватывает интервал в тысячу лет, а из залива Цивольки – 10 тысяч лет. Ранее были рассмотрены результаты геохимического, минерального и литологического изучения колонок АМК-5248 и АМК-5251 (Rusakov et al., 2022а, b); ниже, при интерпретации полученных изотопных (Sr, Nd и Pb) данных мы будем опираться на принятую в этих работах возрастную шкалу и разделения на основные этапы осадконакопления. Наше исследование призвано показать, как на основе изотопных данных можно проследить изменения состава источника сноса и трансформации в режиме существования ледника в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

РЕГИОН, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Заливы Ога и Цивольки расположены на восточном побережье Северного острова архипелага Новая Земля на расстоянии примерно 30 км друг от друга. Заливы находятся во фронтальной части выводных ледников Голубой и Серп и молот соответственно (рис. 1). Вода в заливах практически не подвержена влиянию придонных морских течений (Горшков и др., 1980). Н-О изотопные исследования указывают на преобладание воды, поступающей с Новой Земли, в заливе Цивольки (Дубинина и др., 2017). Горные породы в зоне распространения ледников входят в состав Новоземельской складчатой системы (Кораго и др., 2022). Самые древние выявленные здесь отложения представлены силур-девонскими известняками, которые постепенно сменяются терригенно-морскими осадочными комплексами карбона и перми (Государственная …, 1999; Кораго и др., 2022).

 

Рис. 1. Место отбора проб. (а) Положение архипелага Новая Земля в акватории Северного Ледовитого океана. (б) Район проведения работ, синими стрелками показаны приповерхностные течения (Горшков и др., 1980, источник карты IBCAO). (в) Точки отбора проб в заливах Ога (АМК-5248) и Цивольки (АМК-5251) показаны звездочками.

 

Донные отложения отобраны в ходе 63-го рейса НИС “Академик Мстислав Келдыш” в 2015 г. Колонка АМК-5248 извлечена на точке с координатами 74°37.9′ с. ш., 59°18.3′ в. д. и глубине 129 м, которая располагается во внутренней котловине залива Ога, примыкающей к леднику Голубой. Отбор керна осуществлялся с помощью коробчатого пробоотборника и гравитационной трубки; мощности вскрытых разрезов составили 26 см и 402 см соответственно (рис. 2, Rusakov et al., 2022а). Поскольку гравитационная трубка разрушает самый верхний слой мягких отложений, изученная осадочная толща представляет собой комбинацию двух кернов, коррелированных на основе изменчивости влажности, размера зерен и химического состава осадков. Во внешнем бассейне залива Цивольки взяты два керна отложений (АМК-5251) в точке с координатами 74°23.0′ с. ш., 58°52.7′ в. д. на глубине 120 м с использованием коробчатого пробоотборника (30 см ниже поверхности дна) и гравитационной трубки (472 см ниже поверхности дна). Описание разреза АМК-5251 составлено по обоим кернам (рис. 2 в Rusakov et al., 2022b). На борту судна было проведено предварительное литологическое описание, а “влажные” образцы были сохранены в полиэтиленовых пакетах для транспортировки в береговые лаборатории. Образцы хранились при температуре ~0°C (Rusakov et al., 2022a, b).

 

Рис. 2. Распределение содержания Sr и изотопных отношений Sr, Nd, Pb по колонке осадка АМК-5248 (залив Ога). Кружками обозначены образцы из теплых стадий, треугольниками – из холодных, погрешность измерения (±2σ) обозначена горизонтальными рисками для отношения 207Pb/204Pb, в остальных случаях она не превышает размер знака.

 

Результаты радиоуглеродного AMS¹⁴С датирования бентосных фораминифер показали, что осадки колонки АМК-5248 накопились за последнюю тысячу лет примерно с 1090 г. нашей эры (Rusakov et al., 2022a). По распределению изотопов ²¹⁰Pb и ¹³⁷Cs установлено, что скорость осадконакопления была неравномерной. Для нижней части разреза (160–402 см, 1090–1530 гг. н. э.) скорость седиментации составила около 0.55 см/год. Отложения среднего участка керна (100–160 см, 1530–1600 гг. н. э.) накопились при самой высокой скорости 0.86 см/год. Верхняя часть разреза (0–100 см, 1600–2015 гг. н. э.) характеризуется наименьшими скоростями осадконакопления, близкими к 0.2–0.25 см/год. Кроме того, за последнюю 1000 лет несколько раз сменились периоды относительного потепления и похолодания (Rusakov et al., 2022a). Для изотопных исследований было выбрано 8 образцов: по одному для каждой стадии изменения природной среды (потепления/похолодания). Стадии выделялись на основе изучения литологического, минерального и химического состава донных осадков колонки, а также количественного распределения и видового состава микрофоссилий.

Отложения керна из залива Цивольки (АМК-5251) сформировались за последние 10.6 тысяч календарных лет (тыс. кал. лет, Rusakov et al., 2022b; Taldenkova, 2022). По литологическому составу и набору макро- и микрофоссилий отложения разделяют на три части. Для нижнего (452–235 см, 10.6–4.6 тыс. кал. лет) характерны самые мелкозернистые осадки и рост скорости осадконакопления от примерно 34 до 58 см/тыс. лет. Средний участок керна (235–25 см, 4.6–0.9 кал. тыс. л. н.) сложен более крупной фракцией осадка (вплоть до гравийной), что говорит о более высокой скорости накопления, которая по расчетам составляла 58.7 см/тыс. лет. Здесь же 4.6–3.1 кал. л. н. (325–150 см) меняется химический состав осадков (Rusakov et al., 2022b). Верхние 25 см отложений характеризуются очень низкими скоростями осадконакопления (до 32 см/тыс. лет) и резким увеличением содержания крупнозернистых частиц, вплоть до гравийной размерности, ледового и айсбергового разноса (IRD). Для изотопных исследований из керна АМК-5251 было взято 11 образцов с расчетом равномерно охарактеризовать всю колонку осадка.

Содержание Rb, Sr, Sm и Nd и изотопный состав Sr и Nd изучался на мультиколлекторном масс-спектрометре Triton в лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ГЕОХИ РАН по стандартной методике с применением смешанных трассеров ⁸⁵Rb+⁸⁴Sr и ¹⁴⁹Sm+¹⁵⁰Nd. Для оценки воспроизводимости использовали международные стандарты SRM 987 (для Sr) и JNd-1 (для Nd). За период работы среднее измеренное значение отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в SRM 987 составило 0.710246±16, отношения ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd в JNd-1 0.512116±12. Изотопный анализ Pb выполнен высокоточным MC–ICP-MS методом в двух лабораториях. Измерения образцов из залива Ога проведены на масс-спектрометре Neptune в лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ИГЕМ РАН, пробы из залива Цивольки – на масс-спектрометре Neptune Plus в лаборатории физико-химических методов ИГГ УрО РАН. Анализировались препараты Pb проб в растворах, трассированных Tl с опорным отношением ²⁰⁵Tl/²⁰³Tl = 2.3889. Точность и правильность получаемых результатов контролировалась путем измерения международного изотопного стандарта Pb SRM 981 и стандарта горной породы AGV-2. За время выполнения настоящей работы значения изотопных отношений Pb для AGV-2 (n=8) составили: ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb = 18.871±4; ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb = 15.621±2; ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb = 38.548±6. Значения расширенной неопределенности методики измерений изотопных отношений свинца (включая все стадии химической пробоподготовки и хроматографического выделения): U(²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb) = 0.3 %, U(²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb) = 0.1 % и U(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb) = 0.1 %.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Изотопные отношения Sr, Nd, Pb в разрезе АМК-5248 весьма однородны (табл. 1, 2, рис. 2). Отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr уменьшается сверху вниз по разрезу от 0.72225 до 0.71995 и обратно коррелирует с содержанием Sr, которое, в свою очередь, растет с 107 до 118 ppm. Значение ε_Nd варьирует по разрезу незакономерно от –5.5 до –6.1. Изотопный состав Pb также изменяется в узких пределах: отношение ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb от 19.1075 до 19.1398, отношение ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb от 15.6321 до 15.6358, отношение ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb от 38.5681 до 38.6358 (табл. 2). Теплые и холодные периоды систематически не различаются друг от друга ни по одной изотопной системе. Диаграммы соотношений некоторых из изученных параметров позволяют разделить колонку на две части: нижнюю (до 300 см, ок.800 кал. лет назад и старше, образцы 300–302, 340–342 и 400–402) и верхнюю (выше 300 см). Так, на графиках зависимости содержания Sr от отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr,²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb–⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb–²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb точки составов группируются в отдельные области (рис. 3). На диаграмме ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb–²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb верхний и нижний участки образуют собственные тренды (рис. 3).

 

Таблица 1. Содержание Rb, Sr, Sm, Nd и изотопный состав Sr и Nd отложений залива Ога

Образец	Rb, ppm	Sr, ppm	87Rb/86Sr	±2SD	87Sr/86Sr	±2SE*	Sm, ppm	Nd, ppm	147Sm/144Nd	±2SD	143Nd/144Nd	±2SE*	εNd	TNd1
18–20	113.5	117.5	2.7982	0.0002	0.720816	0.000018	5.197	25.60	0.12274	0.00001	0.512327	0.000004	–6.1	1.32
100–102	108.3	116.8	2.6872	0.0009	0.719955	0.000005	5.118	25.15	0.12300	0.00002	0.512344	0.000003	–5.7	1.29
120–122	111.5	118.5	2.7263	0.0016	0.720381	0.000011	5.137	24.75	0.12551	0.00000	0.512344	0.000007	–5.7	1.33
160–162	111.9	113.2	2.8640	0.0008	0.720899	0.000008	5.098	25.01	0.12322	0.00000	0.512340	0.000004	–5.8	1.30
200–202	114.1	113.5	2.9123	0.0009	0.721096	0.000004	4.876	23.30	0.12650	0.00001	0.512350	0.000004	–5.6	1.33
300–302	111.4	108.8	2.9651	0.0011	0.721108	0.000007	5.167	25.08	0.12457	0.00001	0.512349	0.000005	–5.6	1.31
340–342	112.0	107.4	3.0209	0.0008	0.721449	0.000005	5.079	24.69	0.12437	0.00001	0.512356	0.000006	–5.5	1.29
400–402	117.4	108.0	3.1518	0.0018	0.722249	0.000015	5.217	25.45	0.12395	0.00000	0.512327	0.000002	–6.1	1.34

*SE - стандартная ошибка среднего значения единичного измерения..

 

Таблица 2. Изотопный состав Pb отложений залива Ога

Образец	208Pb/204Pb	±2SE*	207Pb/204Pb	±2SE*	206Pb/204Pb	±2SE*
18–20	38.5919	0.0015	15.6349	0.0006	19.1357	0.0008
100–102	38.5989	0.0015	15.6335	0.0006	19.1340	0.0008
120–122	38.5939	0.0015	15.6347	0.0006	19.1317	0.0008
160–162	38.5924	0.0015	15.6350	0.0006	19.1344	0.0008
200–202	38.5878	0.0015	15.6358	0.0006	19.1398	0.0008
300–302	38.5842	0.0015	15.6333	0.0006	19.1228	0.0008
340–342	38.6055	0.0015	15.6321	0.0006	19.1075	0.0008
400–402	38.5681	0.0015	15.6344	0.0006	19.1183	0.0008

*SE – стандартная ошибка среднего значения единичного измерения.

 

Рис. 3. Диаграммы парных соотношений изотопных составов Sr, Nd, Pb и содержания Sr для пород из залива Ога. Пунктиром отмечена предполагаемая граница между нижней и верхней частью разреза, эти же подразделения отмечены линиями тренда и овалом. Кружками обозначены образцы из теплых стадий, треугольниками – из холодных, цифры на графиках – номера проб, погрешность измерения (±2σ) обозначена горизонтальными и вертикальными рисками, там, где знака нет, она не превышает размер знака.

 

Отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr по разрезу АМК-5251 изменяется в широких пределах от 0.72015 до 0.72590 и обратно коррелирует с содержанием Sr, которое, в свою очередь, варьирует от 100 до 137 ppm. Значение ε_Nd варьирует от –6.4 до –8.4, содержание Nd уменьшается снизу вверх по разрезу от 27 до 22 ppm (табл. 3). Отношение ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb изменяется в интервале от 17.8780 до 19.3408, отношение ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb от 15.635 до 15.671, отношение ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb от 36.438 до 38.775 (табл. 4, рис. 4). По распределению изотопных составов Sr, Nd и Pb, а также содержания Sr, колонку АМК-5251 можно разделить на две части: верхнюю 0–150 см и нижнюю: 150 см и ниже (рис. 5). В нижней части колонки отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr увеличивается от 0.72055 до 0.72580, значение ε_Nd остается примерно одинаковым и варьирует около –8.2, содержание Sr уменьшается снизу вверх от 123 до 105 ppm. В верхней части наблюдается падение отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr до 0.72049 в приповерхностном слое, одновременно с этим увеличивается значение ε_Nd до –6.4. Содержание Sr снизу вверх по разрезу этой части колонки растет и достигает максимума (134 ppm) в приповерхностном слое. На границе этих двух подразделений происходит резкая смена отношения ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb со значения около 18.0 в нижней части на 19.3 в верхней и ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb с приблизительно 36.5 в нижней на 38.7 в верхней части разреза. При этом внутри каждой части разреза эти отношения остаются постоянными. Отношение ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb плавно увеличивается снизу вверх в нижней части разреза с 15.635 до 15.671 на границе, после чего так же плавно снижается до 15.660. При сравнении разных изотопных отношений разделение на верхнюю и нижнюю участки разреза проявляются еще ярче.

 

Таблица 3. Содержание Rb, Sr, Sm, Nd и изотопный состав Sr и Nd отложений залива Цивольки

Образец	Rb, ppm	Sr, ppm	87Rb/86Sr	±2SD	87Sr/86Sr	±2SE*	Sm, ppm	Nd, ppm	147Sm/144Nd	±2SD	143Nd/144Nd	±2SE*	εNd	TNd1
4–6	128	134	2.7678	0.0043	0.720487	0.000009	4.684	22.897	0.12368	0.00001	0.512279	0.000004	–7.0	1.41
8–10	125	138	2.6346	0.0006	0.720151	0.000009	4.816	23.447	0.12419	0.00001	0.512273	0.000009	–7.1	1.43
20–25	131	120	3.1567	0.0014	0.721984	0.000012	4.717	22.799	0.12507	0.00005	0.512308	0.000009	–6.4	1.39
50–52	137	99	4.0043	0.0015	0.725898	0.000008	4.817	23.589	0.12346	0.00001	0.512298	0.000006	–6.6	1.38
90–92	144	117	3.5695	0.0069	0.724382	0.000005	5.033	24.932	0.12204	0.00000	0.512245	0.000002	–7.7	1.45
150–152	137	113	3.5114	0.0017	0.724889	0.000008	5.258	25.905	0.12272	0.00001	0.512213	0.000009	–8.3	1.51
190–192	134	105	3.6885	0.0009	0.725803	0.000011	5.339	26.100	0.12367	0.00001	0.512219	0.000010	–8.2	1.52
230–232	125	109	3.3209	0.0020	0.723790	0.000013	5.507	26.966	0.12346	0.00001	0.512223	0.000015	–8.1	1.51
290–292	123	114	3.1171	0.0066	0.722892	0.000011	5.425	26.643	0.12310	0.00000	0.512216	0.000009	–8.2	1.51
370–372	115	123	2.7039	0.0006	0.720548	0.000011	5.567	27.693	0.12153	0.00001	0.512207	0.000010	–8.4	1.50
450–452	112	111	2.9403	0.0011	0.720800	0.000008	5.636	27.812	0.12252	0.00001	0.512230	0.000008	–8.0	1.48

*SE - стандартная ошибка среднего значения единичного измерения.

 

Таблица 4. Изотопный состав Pb отложений залива Цивольки

Образец	208Pb/204Pb	±2SE*	207Pb/204Pb	±2SE*	206Pb/204Pb	±2SE*
4–6	19.238	0.002	15.660	0.002	38.643	0.006
8–10	19.329	0.002	15.668	0.002	38.713	0.006
20–25	19.226	0.002	15.655	0.002	38.631	0.004
50–52	19.316	0.004	15.662	0.004	38.667	0.010
90–92	19.340	0.001	15.671	0.001	38.775	0.004
150–152	18.093	0.002	15.669	0.002	36.438	0.004
190–192	18.053	0.002	15.663	0.002	36.463	0.004
230–232	18.039	0.002	15.661	0.002	36.461	0.006
290–292	18.003	0.002	15.659	0.002	36.488	0.006
370–372	17.979	0.002	15.648	0.002	36.495	0.006
450–452	17.878	0.006	15.635	0.006	36.526	0.014

*SE - стандартная ошибка среднего значения единичного измерения

 

Рис. 4. Распределение содержания Sr и изотопных составов Sr, Nd, Pb по колонке АМК-5251 (залив Цивольки). Стрелками показаны тренды изменения составов, пунктирной линией – граница смены источника сноса. Погрешность измерения (±2σ) обозначена горизонтальными рисками в тех случаях, когда она превышает размер знака.

 

Рис. 5. Положение образцов из залива Цивольки в координатах (а) содержание Nd–εNd, (б) 87Sr/86Sr–εNd (пунктирной линией разделены горизонты, расположенные выше и ниже границы предложенных в тексте подразделений), и (в) 206Pb/204Pb–208Pb/204Pb. На графиках видно, что осадки верхней и нижней части разреза занимают различные поля. Это отчетливо указывает на смену пород в источнике сноса.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Условия ледниковой седиментации определяются динамикой движения ледника, формой ложа (каньона, фьорда), объемом стока пресных вод, составом пород питающей провинции (минеральный и химический), расстоянием до фронта ледника и колебанием уровня моря (Benn, Evans, 2014).

Процессы, превалирующие во время теплых и холодных этапов, позволяют различать их на литологическом (укрупнение зерен осадка, увеличение доли материала ледового разноса в теплые периоды и уменьшение размера частиц осадка в холодные периоды) и биологическом уровнях (увеличение разнообразия видов животных в теплые периоды и их сокращение в холодные). Однако вариации в гранулометрическом составе и доля частиц ледового разноса не отражаются на изотопном составе осадка из заливов Ога и Цивольки.

Изучение изотопного состава Sr, Nd, Pb глинистых отложений морей Арктики обычно проводится для колонок осадков, накопившихся за время от 20 тысяч лет и больше. В таких работах авторам с помощью изотопного анализа удается подметить смену в режиме питания бассейна седиментации обычно за счет смены наклона кривой изотопного состава Sr, а также Nd и Pb. Изменение отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr часто связывают с изменением содержания глин (иллита), что может быть вызвано изменением режима деградации ледника (Sward et al., 2022). Мы рассчитали скорость изменения отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr для последних 10 тыс. лет в колонке из трога Маккензи (море Бофорта, Канада, Sward et al., 2022). Изотопный состав стронция здесь уменьшается в среднем на 0.00049 в тысячу лет. Изменение изотопного отношения Sr в осадках пролива Фрама (Баренцево море), то есть в более глубоководной обстановке, происходит со скоростью 0.00078 за тысячу лет (Tütken et al., 2002). Для отложений из залива Ога это происходит значительно быстрее: 0.00143 за тысячу лет, что сопоставимо с данными для залива Цивольки – 0.00124 за тысячу лет. Свард с коллегами (Sward et al., 2022) объясняют увеличение скорости изменения изотопного отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, кроме всего прочего, сменой превалирующего режима выветривания, что приводит к уменьшению фракции осадочного материала, например от песчаной до глинистой, и увеличению в нем доли иллита. Повышение содержания ⁸⁷Sr в глинах (например, иллите) является обычным явлением, поскольку высокая концентрация Rb в них приводит к накоплению ⁸⁷Sr в результате радиоактивного распада. В отложениях залива Ога такой смены в составе тонкой фракции не отмечено, на тройной диаграмме иллит-хлорит-каолинит (рис. 6) все точки состава ложатся рядом. Таким образом, не получается объяснить уменьшение отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr только изменением режима деградации ледника.

 

Рис. 6. Минеральный состав отложений из кернов залива Ога (квадраты) и Цивольки (кружочки), данные взяты из (Rusakov et al., 2022a, b), Ill – иллит, Cl – хлорит, Kl – каолинит.

 

Кроме того, изменение изотопного состава Sr можно было бы объяснить прямым поступлением в осадки морского стронция с низким изотопным составом как в результате отложения собственно карбонатного вещества, так и в результате накопления органического вещества, что привело бы к изменению количества карбонатного вещества. Безусловно, такое влияние проявилось бы в заметном повышении концентрации стронция там, где карбонатной фазы больше. Однако предыдущие исследования (Rusakov et al., 2022a, b) показали, что в осадках залива Ога и Цивольки карбонатная фаза (кальцит и доломит) составляет порядка 2 мас.%. Того Sr, который накапливается в этом веществе, недостаточно для существенного изотопного сдвига.

Расчет Sm-Nd одностадийного модельного возраста (T_Nd1) для всех образцов из залива Ога показал близкие значения – 1.31±0.02 млрд лет. Если принять Sm-Nd одностадийный возраст за время отделения вещества источника от мантии, то можно оценить величину Rb/Sr отношения в нем. Для расчета линии эволюции использовались две точки (рис. 7а). Одна – современный изотопный состав Sr изученных глин (среднее значение 0.7210±7), другая – состав мантии 1.31 млрд лет назад (0.7017). В результате расчетное отношение Rb/Sr составило 0.36. Такое значение типично для коровых пород. По палеогеографическим реконструкциям (Басов и др., 2009; Кораго и др., 2022) Уральский ороген поставлял большую часть обломочного материала в палеозойский осадочный бассейн, где формировались глубоководные, а затем мелководные карбонатно-терригенные комплексы.

 

Рис. 7. Эволюция изотопного состава Sr во времени для предполагаемого источника (сплошная линия) осадочных пород (а) залива Ога и (б) залива Цивольки архипелага Новая Земля.

 

Вероятно, быстрое уменьшение отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr при относительно стабильных значениях изотопных отношений неодима и свинца указывает на изменение в породах питающей провинции, а именно в ложе ледника, где скорость абразии самая высокая (Benn, Evans, 2014). Основываясь на геологических данных (Кораго и др., 2022), такую смену можно объяснить сначала поступлением в нижнюю часть колонки кластогенного материала, образовавшегося в результате разрушения пермских глинистых сланцев, а затем материала девон-силурийских карбонатных пород. Считается, что на протяжении с силура по пермь на территории современного востока Новой Земли существовал единый осадочный бассейн с общей питающей провинцией (Басов и др., 2009, Кораго и др., 2022). Это позволяет объяснить высокую однородность величины ε_Nd в отложениях колонки, поскольку изотопный состав Nd в осадках наследуется таковой породой, слагающих область сноса материала (Taylor, McLennan, 1985). В свою очередь, хемогенно-карбонатные породы фиксируют изотопный состав Sr бассейна седиментации, в котором происходило их отложение (McArthur et al., 2020). Это приводит к различиям в изотопном составе Sr между обломочными и хемогенными отложениями одного и того же осадочного бассейна.

Подобный процесс, вероятно, фиксируется в нижней части керна из залива Цивольки. Для нижней части характерны постоянные изотопный состав Nd и Pb и рост отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr снизу вверх по разрезу, изменений в относительном содержании иллита и хлорита в этом разрезе не отмечено (рис. 4, 6). Здесь, как мы считаем, источник сноса был один и/или разрушались породы, накопившиеся в одном и том же осадочном бассейне, например, карбонатные породы с более низким отношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr постепенно сменились на терригенные с высоким отношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr. Одностадийный модельный возраст (T_Nd1) этих отложений 1.52–1.48 млрд лет (рис. 7б).

Как было сказано выше, по изменению направления тренда вариаций отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и распределению изотопных составов Nd и Pb колонку осадков можно разделить на верхнюю (0–150 см) и нижнюю (150–452 см) части. Выше предлагаемой границы происходит существенное изменение в изотопном составе Nd и Pb, отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr понижается, модельный возраст незначительно, но уменьшается до 1.45–1.38 млрд лет (рис. 7б). Такие изменения, вероятнее всего, отражают смену как изотопного состава Sr состава, так и, вероятно, химического, пород питающей провинции в ложе ледника, отличных по составу от предыдущих. Такой источник описан в статье Лоренца с соавторами (Lorenz et al., 2013). Изучив распределение значений возраста детритовых цирконов, они установили, что в отложениях на севере – северо-востоке Новой Земли на рубеже ордовик‒силур произошло значительное изменение источников сноса обломочного материала. В кембрий‒ордовикское время преимущественно размывались поздние тиманиды, в конце ордовика‒силуре в Новоземельский бассейн материал поставляли гренвильские и более древние комплексы; а роль тиманид была незначительна. В досилурийское время, кроме того, размыву подверглись раннекаледонские (?) гранитоиды, при этом положение источников сноса обломочного материала для этих районов неясно (Lorenz et al., 2013). Поскольку в ходе ледовой эрозии и транспортировки обломочного вещества происходит его гомогенизация, более детальной информации мы получить не можем.

Изотопные (Sr, Nd, Pb) характеристики обломочного материала являются реперами для определения не только источников вещества в прошлом, но и в настоящем. Обломочный материал в Карское море поступает со стоком рек Оби и Енисея, приносится из Баренцева моря и моря Лаптевых, а также немалую роль играет эоловый разнос. Каждый из этих источников имеет свой изотопный состав Sr, Nd, Pb, который представлен в работах (Schmitt, 2007; Maccali et al., 2013). На основе этих данных можно сравнить изученные отложения заливов Ога и Цивольки с вероятными источниками сноса и проверить гипотезу о возможном привносе вещества. На диаграмме ε_Nd–⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (рис. 8) они занимают поле между отложениями юго-восточного берега Новой Земли (Tütken et al., 2002) и осадками Карского моря в целом (Maccali et al., 2018). На диаграмме ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb–²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb отложения из залива Цивольки занимают свое собственное место, не приуроченное ни к какому источнику, а осадки залива Ога попадают на нижнюю границу поля река Маккензи (Канада, Maccali et al., 2018). Авторы последнего исследования также замечают схожесть Pb-изотопных характеристик бассейна р. Маккензи и района Баренцева-Карского моря. Они это связывают с активным перемешиванием осадка внутренними морскими течениями и переносом его морским льдом. Однако более вероятно то, что в бассейне р. Маккензи выходят породы, схожие по Pb-изотопным характеристикам и возрасту (Harrison et al., 2011). Распределение Sr-, Nd-, Pb-изотопных данных еще раз указывает на то, что в заливах Ога и Цивольки накапливаются отложения, полученные при разрушении пород преимущественно северо-восточного берега Северного острова Новой Земли.

 

Рис. 8. Изотопный состав отложений заливов Ога и Цивольки в сравнении с вероятными источниками сноса в координатах (а) εNd –87Sr/86Sr и (б) 208Pb/206Pb–206Pb/204Pb. Данные для отложений разных провинций взяты из следующих работ: юго-восточный берег Новой Земли и Шпицберген (Tütken et al., 2002), реки Енисей и Обь (Guo et al., 2004; Schmitt, 2007), Северный полюс (Eisenhauer et al., 1999), Восточно-Сибирское море, Карское море, море Лаптевых, Баренцево море, пролив Фрама, река Маккензи и территория канадской Арктики (Maccali et al., 2018), река Лена (Millot et al., 2004), хребет Ломоносова (Stevenson et al., 2015), море Бофорта (Gartside, 1996); базальты Сибирской трапповой провинции (Lightfoot et al., 1992; Wooden et al., 1993).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение изотопных характеристик осадочных последовательностей, накопленных за небольшой промежуток времени во фьордах Новой Земли, позволило достоверно установить следующие факты из истории ледников Голубой и Серп и молот.

Разница между превалирующими климатическими процессами никак не отражается на изотопном (Sr, Nd, Pb) составе осадка. Отложения, накопившиеся в заливе Ога и в верхней части керна из залива Цивольки схожи по изотопному составу Sr, Nd и Pb. Изменение состава пород питающих провинций, находящихся в ложе ледника, прослеживается с большой точностью, несмотря на хорошую гомогенизацию осадка. Причем можно уловить смену пород, как в пределах одного бассейна, так и изменение самих питающих провинций. Мы установили, что в источнике для отложений залива Ога обломочные породы сменились на карбонатные, в отложениях нижней части разреза из залива Цивольки, вероятнее всего, зафиксирован обратный процесс: смена карбонатных пород на терригенные. Определили, что в отложениях залива Цивольки отражается изменение в питающих провинциях, которое произошло на границе ордовика и силура на территории новоземельского бассейна, отмеченное ранее в работе (Lorenz et al., 2013). Сопоставление по изотопными данным с вероятными современными питающими провинциями показало, что поля распределения изученных пород занимают свое собственное место. Заметного привноса вещества из других провинций, кроме Новой Земли, не было.

Авторы выражают глубокую благодарность В. Ю. Русакову за предоставленный материал, А. В. Чугаеву, А. В. Сомсиковой, Т. И. Олейниковой и Т. И. Кирнозовой за помощь в проведении изотопных исследований. Авторы искренне признательны за огромную работу над текстом статьи, которую провели научный редактор Б. Г. Покровский и, в особенности, рецензенты. Их комментарии и исправления сделали, как мы надеемся, нашу работу намного понятнее и качественнее.

Работа выполнена в рамках НИР ГЕОХИ РАН и ИГГ УрО РАН.

About the authors

I. A. Vishnevskaya

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry (GEOKHI) RAS

Author for correspondence.
Email: vishnevskaia@geokhi.ru
Russian Federation, Kosygina str., 19, Moscow, 119334

Y. A. Kostitsyn

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry (GEOKHI) RAS

Email: vishnevskaia@geokhi.ru
Russian Federation, Kosygina str., 19, Moscow, 119334

T. G. Okuneva

Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry UB RAS

Email: vishnevskaia@geokhi.ru
Russian Federation, Akademika Vonsovskogo str.,15, Ekaterinburg, 620016

N. G. Soloshenko

Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry UB RAS

Email: vishnevskaia@geokhi.ru
Russian Federation, Akademika Vonsovskogo str.,15, Ekaterinburg, 620016

References

Supplementary files