Litologiâ i poleznye iskopaemyeLitologiâ i poleznye iskopaemyeЛитология и полезные ископаемые0024-497X3034-5375The Russian Academy of Sciences1151410.31857/S0024-497X20192102-118ArticlesСтатьиResearch ArticleTerrigenous sedimentation on the submarine Shirshov Ridge (Bering Sea) during the last deglaciationТерригенное осадконакопление на подводном хребте Ширшова (Берингово море) во время последней дегляциацииMurdmaaI. O.МурдмааИ. О.
Russian Federation
murdmaa@mail.ruDorokhovaE. V.ДороховаЕ. B.
Russian Federation
zhdorokhova@gmail.comOvsepyanE. A.ОвсепянЕ. А.
Russian Federation
eovsepyan@ocean.ruDaraO. M.ДараО. М.
Russian Federation
eovsepyan@ocean.ruNürnbergD.НюрнбергД.
Germany
eovsepyan@ocean.ruShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesИнститут океанологии им. П. П. Ширшова РАНGEOMAR, Helmholtz Center for Ocean Research KielГЕОМАР, Гельмгольц центр по исследованию океана г. Киль2803201921021182703201927032019Copyright ©; 2019, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2019, Российская академия наук2019Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0024-497X/article/view/11514

The submarine Shirshov Ridge is an independent system of terrigenous sedimentation, which is geomorphologically isolated from bottom terrigenous influx into the deep-water basin of the Bering Sea. Using the ridge as example, we studied background hemipelagic sedimentation of the finely dispersed terrigenous suspended material from water column and deposition of the coarser grained ice-rafted material in the western part of the deep-water basin. The grain-size and mineral composition of postglacial sediments of the Shirshov Ridge was studied in cores SO201-2-85KL and SO201-2-77KL taken from local basins in the central and southern parts of the ridge, respectively. Statistic treatment of uninterrupted grain-size distributions (GD) of terrigenous component of the postglacial sediments by end-member (EM) modelling revealed that the grain-size distributions of terrigenous sediments from two cores are determined by the mixing of three EMs. EM-1 and EM-2 reflect the hemipelagic sedimentation with and without bottom currents influence respectively, while EM-3 with mode at fine-grained sand characterizes GD of the ice-rafted material. Reconstructed mechanisms of terrigenous influx on the Shirshov Ridge involve advection of the suspended matter with surface and intermediate water masses and ice-rafting. The relative role of both mechanisms of the terrigenous sedimentation under the influence of varying bottom current velocities for intervals of Last Glacial Maximum, early deglaciation, Heinrich event 1, Bølling–Allerød, Younger Dryas, and Early Holocene is estimated. It is ascertained that the grain-size distribution of terrigenous component is defined by climate variations, sea ice coverage, sea ice drift pathways, conditions of fast ice melting, and mobility of bottom waters. High concentrations of drifting ice or seasonal sea ice cover likely existed above the southern part of the ridge during the second half of the Heinrich 1 event. The low mobility of bottom waters facilitated only the subice hemipelagic sedimentation of fine fractions from the background reserve of suspended material. A sharp reduction of ice-rafted flux was reconstructed for the Bølling–Allerød warming interval. Bottom currents affected sedimentation in the central part of the ridge during the entire deglaciation (in addition to the second half of the Heinrich 1 event), and in the southern part during the Bølling–Allerød, Younger Dryas, and Early Holocene.

Подводный хребет Ширшова представляет собой самостоятельную систему терригенной седиментации, геоморфологически изолированную от придонных потоков поступления терригенного материала в глубоководную котловину Берингова моря. Это позволило на его примере исследовать фоновую гемипелагическую седиментацию тонкодисперсной терригенной взвеси из водной толщи и осаждение более крупнозернистого материала ледового разноса в западной части глубоководной котловины. Гранулометрический и минеральный состав послеледниковых отложений хребта Ширшова изучен в колонках SO201-2-85KL и SO201-2-77KL, отобранных в локальных впадинах центральной и южной частей хребта, соответственно. Статистическая обработка непрерывных гранулометрических распределений (ГР) терригенной составляющей послеледниковых отложений методом моделирования конечных элементов (КЭ) выявила смешивание трех КЭ в реальном гранулометрическом составе осадков из двух колонок. КЭ-1 и КЭ-2 отражают гемипелагическую седиментацию без влияния и с влиянием придонных течений, соответственно, а КЭ-3 с модой в области мелкозернистого песка характеризует ГР материала ледового разноса. Реконструированы механизмы поступления терригенного материала на хребет Ширшова ‒ адвекция взвеси в составе поверхностных и промежуточных водных масс и ледовый разнос. Оценена относительная роль обоих механизмов терригенного осадконакопления в условиях изменчивых скоростей придонных течений для интервалов максимума последнего оледенения, ранней дегляциации, события Хайнриха 1, беллинга/аллереда, позднего дриаса и раннего голоцена. Выявлена зависимость гранулометрического состава терригенной составляющей осадков от климатических изменений, ледовитости, путей дрейфа и условий таяния припайного льда, подвижности придонных вод. Над южной частью хребта во второй половине события Хайнриха 1, вероятно, существовали условия с плотным скоплением дрейфующих льдов или сплошным ледовым покровом. При малой подвижности придонных вод происходило только подледное гемипелагическое осаждение тонких фракций из фонового резерва взвеси. Резкое сокращение поступления материала ледового разноса реконструировано для интервала потепления белинга/аллереда. Придонные течения влияли на осадконакопление в центральной части хребта в течение всей дегляциации (кроме второй половины события Хайнриха 1), а в его южной части — в беллинге/аллереде, позднем дриасе и раннем голоцене.

grain sizeend membershemipelagic sedimentationsea ice raftingbottom currentspaleoenvironmentsclimate changeгранулометрияконечные элементыгемипелагическая седиментацияледовый разноспридонные теченияпалеообстановкиклиматические измененияRussian Foundation for Basic ResearchРоссийский фонд фундаментальных исследованийShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesИнститут океанологии им. П. П. Ширшова РАНАлексеева Т. Н., Мурдмаа И. О., Иванова Е. В. и др. Осадконакопление на подводном хребте Ширшова (Берингово море) от предпоследнего оледенения до голоцена // Литология и полез. ископаемые. 2015. № 5. С. 387–407.Арсеньев В. С. Течения и водные массы Берингова моря. М.: Наука, 1967. 136 с.Завьялов П. О., Маккавеев П. Н., Коновалов Б. В. и др. Гидрофизические и гидрохимические характеристики морских акваторий у устьев малых рек российского побережья Черного моря // Океанология. 2014. T. 54. № 3. C. 293–308.Левитан М. А., Кузьмина Т. Г., Лукша В. Л. и др. Позднеплейстоценовая история осадконакопления на подводном хребте Ширшова (Берингово море) // Геохимия. 2013. № 3. С. 195–228.Лисицын А. П. Географическая характеристика Берингова моря. Рельеф дна и донные отложения // Тр. Ин-та океанологии. 1959. Т. XXIX. 187 c.Лисицын А. П. Процессы современного осадкообразования в Беринговом море. М.: Наука, 1966. 574 с.Лисицын А. П., Мурдмаа И. О., Петелин В. П., Скорнякова Н. С. Гранулометрический состав осадков // Осадкообразование в Тихом океане / Под ред. П. Л. Безрукова. Тихий океан. М.: Наука, 1970. С. 296–323.Лучин В. А., Меновщиков В. А., Лаврентьев В. М., Хен Г. В. Гидрология вод // Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 10 // Берингово море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия. СПб.: Гидрометеоиздат, 1999. С. 77–153.Мурдмаа И. О. Фации океанов. М.: Наука, 1987. 302 с.Якубенко В. Г. Придонное течение на шельфе и континентальном склоне северо-восточной части Черного моря // Комплексные исследования Черного моря / Под ред. Н. В. Есина, Б. С. Ломазова. М.: Научный мир, 2011. С. 68–74.Amante C., Eakins B. W. ETOPO1 1 Arc-Minute Global Relief Model: Procedures, Data Sources and Analysis // NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24. 2009. P. 19.Asahara Y., Takeuchi F., Nagashima K. et al. Provenance of terrigenous detritus of the surface sediments in the Bering and Chukchi Seas as derived from Sr and Nd isotopes: Implications for recent climate change in the Arctic regions // Deep-Sea Research II. 2012. V. 61–64. P. 155–171.Beikman H. M. Geologic Map of Alaska. Scale 1:2,500,000. U. S. Geol. Surv., Arlington., 1980. http://dggs.alaska.gov/ webpubs/usgs/un/oversized/beikman_1980_sh001.pdf.Blott S., Pye K. Gradistat: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments // Landforms. 2001. V. 26. P. 1237–1248.Cavalieri D. J., Parkinson C. L. On the relationship between atmospheric circulation and the fluctuations in the Sea ice extents of the Bering and Okhotsk Seas // J. Geophys. Res. 1987. V. 92 (7). P. 7141–7162.Esin N. V., Murdmaa I. O., Esin N. I., Evsyukov Y. D. Dynamics of slow suspension flows on the Black Sea abyssal plain // Quat. Int. 2018. V. 465. P. 54–62.Friedman G. M., Sanders J. E. Principles of Sedimentology. N. Y.: Freeman, 1978. 792 p.Hamann Y., Ehrmann W., Schmiedl G. et al. Sedimentation processes in the Eastern Mediterranean Sea during the Late Glacial and Holocene revealed by end-member modelling of the terrigenous fraction in marine sediments // Mar. Geol. 2008. V. 248. P. 97–114.IJmker J. I., Stauch G., Dietze E. et al. Characterisation of transport processes and sedimentary deposits by statistical end-member mixing analysis of terrestrial sediments in the Donggi Cona lake catchment, NE Tibetan Plateau // Sediment. Geol. 2012. V. 281. P. 166–179.Jakobsson M., Pearce C., Cronin T. M. et al. Post-glacial flooding of the Bering Land Bridge dated to 11 cal ka BP based on new geophysical and sediment records // Clim. Past. 2017. V. 13. P. 991–1005.Knudson K. P., Ravelo A. C. North Pacific Intermediate Water circulation enhanced by the closure of the Bering Strait // Paleoceanography. 2015. V. 30. P. 1287–1304.Lisitzin A. P. Sea ice and iceberg sedimentation in the ocean: recent and past. Berlin: Springer-Verlag, 2002. 563 p.Max L., Riethdorf J.-R., Tiedemann R. et al. Sea surface temperature variability and sea ice extend in the subarctic Northwest Pacific during the past 15000 years // Paleoceanography. 2012. V. 27. PA3213.Max L., Lembke-Jene L., Riethdorf J.-R. et al. Pulses of enhanced North Pacific IntermediateWater ventilation from the Okhotsk Sea and Bering Sea during the last deglaciation // Clim. Past. 2014. V. 10. P. 591–605.McCave I. N. Size sorting of fine sediment during transport and deposition: difficulties with mud // Res. Centre Terramare Reports. 2005. V. 13. P. 117–119.McCave I. N. Formation of sediment waves by turbidity currents and geostrophic flows: A discussion // Mar. Geol. 2017. V. 390. P. 89–93.McCave I. N., Hall I. R. Size sorting in marine muds: Processes, pitfalls, and prospects for paleoflow-speed proxies // Geochem. Geophys. Geosyst. 2006. V. 7. Q10N05.McCave I. N., Manighetti B., Robinson S. G. Sortable silt and fine sediment size/composition slicing: parameters for paleocurrent speed and paleoceanography // Paleoceanography. 1995. V. 10. P. 593–610.Naidu A. S., Han M. W., Mowatt T. C., Wajda W. Clay minerals as indicators of sources of terrigenous sediments, their transportation and deposition: Bering Basin, Russian-Alaskan Arctic // Mar. Geol. 1995. V. 127. P. 87–104.Nechaev V. P., Sorochinskaya A. V., Tsoy I. B., Gorbarenko S. A. Clastic components in Quaternary sedimenets of the northwest Pacific and their paleo-oceanic significance // Mar. Geol. 1994. V. 118. P. 119–137.Paterson G. A., Heslop D. New methods for unmixing sediment grain size data // Geochem. Geophys. Geosyst. 2015. V. 16 (12). P. 4494–4506.Ponomareva V. V., Portnyagin M., Derkachev A. et al. Early Holocene M~6 explosive eruption from Plosky volcanic massif (Kamchatka) and its tephra as a link between terrestrial and marine paleoenvironmental records // Int. J. Earth Sci. 2013. V. 102. P. 1673–1699.Prins M. A., Bouwer L. M., Beets C. J. et al. Ocean circulation and iceberg discharge in the glacial North Atlantic: Inferences from unmixing of sediment size distributions // Geology. 2002. V. 30. P. 555–558.Reimnitz, E., McCormick M., Bischof J., Darby D. Comparing sea-ice sediment load with Beaufort Sea shelf deposits: Is entrainment selective? // J. Sediment. Res. 1998. V. 68. P. 777–787.Riethdorf J.-R., Nürnberg D., Max L. et al. Millennialscale variability of marine productivity and terrigenous matter supply in the western Bering Sea over the past 180 kyr // Clim. Past. 2013. V. 9 (3). P. 1345–1373.Serno S., Winckler G., Anderson R. F. et al. Eolian dust input to the Subarctic North Pacific // Earth Planet. Sci. Lett. 2014. V. 387. P. 252–263.SO201-KALMAR Leg 2 Cruise Report / Eds C. Dullo, B. Baranov, C. van den Bogaard. Kiel: IFM-GEOMAR, 2009.Wang R., Biskaborn B., Ramisch A. et al. Modern modes of provenance and dispersal of terrigenous sediments in the North Pacific and Bering Sea: implications and perspectives for palaeoenvironmental reconstructions // Geo-Mar. Lett. 2016. V. 36 (4). P. 259–270.Weltje G. J. End-member modelling of compositional data: numerical-statistical algorithms for solving the explicit mixing problem // Math. Geol. 1997. V. 29. P. 503–549.Weltje G. J., Prins M. A. Muddled or mixed? Inferring palaeoclimate from size distributions of deep-sea clastics // Sediment. Geol. 2003. V. 162. P. 39–62.Wentworth C. A scale of grade and class terms for clastic sediments // J. of Geology. 1922. V. 30. P. 377–392.WOA, 2009. World Ocean Atlas. http://www.nodc.noaa.gov/ OC5/WOA09/pr_woa09.html.Zhang J., Woodgate R., Moritz R. Sea ice response to atmospheric and oceanic forcing in the Bering Sea // J. Phys. Oceanogr. 2010. V. 40. P. 1729–1747.Zonnenshain L. P., Kuzmin M. I., Natapov L. M. Koryak-Kamchatka foldbelt // Geology of the U.S.S.R.: A Plate-Tectonic Synthesis (Geodynamics Ser., 21) / Ed. B. M. Page. Am. Geophys. Union, Washington, D. C., 1990. P. 149–167.