Особенности седиментогенеза в заливе Грён-фьорд (Западный Шпицберген)

Изучение современного осадконакопления в высоких широтах является важной задачей, решение которой способно дополнить знания о механизмах формирования отложений в Арктике. Научный интерес вызывают арктические заливы фьордового типа, водосборная площадь которых связана с ледниковыми массивами. Особенности седиментогенеза в таких водоемах специфичны и отличаются от заливов умеренных и южных широт. Скорость осадконакопления здесь не постоянна и способна изменяться от сверхскоростных до замедленных темпов [1–4]. Примечательным в этом отношении является залив Грён-фьорд, он далеко вдается в сушу, его южное побережье окаймляют относительно крупные ледники, при этом акватория залива свободно сообщается с арктическим бассейном.

Сотрудниками отдела геологии и геодинамики Мурманского морского биологического института КНЦ РАН продолжительное время изучается осадконакопление в заливе Грён-фьорд. Результаты этих исследований приведены в ряде работ [5–7]. Настоящая работа является дополнением к данным исследованиям.

Район исследований

Залив Грён-фьорд располагается на о. Западный Шпицберген и является юго-западным рукавом Ис-фьорда. Общая площадь водосбора составляет более 193 км ² , из которых 60 км ² подвержены оледенению [8]. На востоке водосборная площадь приурочена к Земле Норденшельда и включает в себя ледники Тувле и Тунге, а также р. Грендален с одноименной долиной. На юге в нее входят ледники Западный и Восточный Гренфьорд, Янсон, Баалсруд, которые разгружаются в залив водотоками Бретъёрна и Грёнфьорд. Западная часть водосбора залива Грён-фьорд представлена ледниками Альдегонда и Варде, а также более мелкими ледовыми массивами. Наиболее значимыми водотоками водосборного бассейна являются реки Грёндален, Грёнфьорд, Альдегонда, ручей Бретьёрна.

Методы и материалы

В основу статьи положены материалы полевых работ 2014–2016 гг. в заливе Грён-фьорд. В районе работ были отобраны пробы донных отложений на участках, примыкающих к устьям рек как наиболее подверженных скоростному темпу осадконакопления. В ходе работ выполнено 8 разрезов, из них 3

во внутренней части залива, перпендикулярно берегу: I – по траверзу р. Грёндален; II – по траверзу р. Альдегонда; III – в кутовой части между р. Грёнфьорд и ручьем Бретъёрна (в пределах изобаты 50 м), 1 продольный разрез по оси залива: IV – от кутовой части (за пределами изобаты 50 м) до устья залива Грён-фьорд и 4 на литорали во внешней части залива Грён-фьорд: V – в районе мыса Хеэр; VI – в районе биогеостанции ММБИ в п. Баренцбург; VII – в районе мыса Кокеренисет; VIII – в районе ручья Тревбеккен (рис. 1).

Рис. 1. Схема района работ. Разрезы: 1) I–III; 2) IV; 3) V–VIII;

4) точки отбора проб ручным ударным бурением

Fig. 1. The scheme of the work area. Sections: 1) I–III; 2) IV; 3) V–VIII;

4) points of sampling of manual percussion drilling

Всего по разрезам отобрано 17 проб донных отложений и 17 проб поверхностного слоя осадка на литорали. Расположение станций выбиралось с учетом геоморфологии дна и конфигурации залива. В мелководных частях залива, наиболее подверженных "лавинному" поступлению осадков, отобраны 3 колонки отложений. Отбор колонок осуществлялся: в бухте Ларвика, авандельте р. Грёндален, куту залива Грён-фьорд. Вскрытая мощность отложений колонками А, Б, В составила 104, 98 и 96 см соответственно (рис. 2).

Орудие отбора донных отложений на разрезах I–III – озерный дночерпатель Петерсена, на разрезе IV – дночерпатель Ван Вина. Для получения керна применялось ручное ударное бурение. В полевых условиях проводилось визуальное описание кернового материала. Весь полученный материал подвергался гранулометрическому анализу в лабораторных условиях биогеостанции ММБИ в п. Баренцбург. Обработка проб грунта производилась по стандартной методике [9].

Рис. 2. Распределение гранулометрического состава:

I – траверз р. Грёндален, II – кутовая часть залива Грён-фьорд, III – траверз р. Альдегонда, IV – ось залива, V–VIII – литораль залива. Гранулометрические фракции (мм):

1 – >2,0; 2 – 2,0–1,0; 3 – 1,0–0,5; 4 – 0,5–0,25; 5 – 0,25–0,1; 6 – <0,1;

7 – точки отбора проб на литорали; 8 – точки отбора дночерпательных проб донных отложений Fig. 2. The distribution of particle size structure:

I – the beam of the Grondalen River, II – the inner part of the Gulf Gren-fjord, III – the beam of the Aldegonda River, IV – the Gulf axis, V–VIII – the Gulf littoral. Granulometric fractions (mm): 1 – >2,0; 2 – 2,0–1,0; 3 – 1,0–0,5; 4 – 0,5–0,25; 5 – 0,25–0,1; 6 – <0,1;

7 – points of sampling on the littoral; 8 – points of sampling sediment dredging samples

Результаты и обсуждение

Гранулометрический состав осадков

Разрез I выполнен по траверзу р. Грёндален – западный берег залива, перпендикулярно берегу. Он включает в себя 9 станций, 3 из которых выполнены на литорали в зоне осушки, 6 станций в акватории залива (рис. 1). Для гранулометрического состава осадков литорали характерно преобладание гравийногалечного материала (до 50 %). Несколько меньше процент алеврито-пелитового материала и разнозернистого песка. При удалении от берега доля гравийно-галечного материала сокращается. В результате особых условий осадконакопления на границе литорали и сублиторали сформировались аккумулятивные формы рельефа – косы. Данные формы рельефа сложены гравийно-галечным материалом (75 %) с примесью крупно- и среднезернистого песка [10]. В сублиторали в пределах изобаты 1 м сформировалась аллювиальноморская терраса. Гранулометрический состав ее поверхностного слоя представлен преимущественно пелитовым материалом с разной долей примеси более крупных фракций. На удалении от устья Грёндален на 300 м и глубинах до 40 м гранулометрический состав осадков представлен в основном пелитовым материалом (80 %) с примесью мелкозернистого песка (20 %) и одиночными зернами гравия и дресвы. Мористее доля мелкозернистого песка резко снижается до 11 % на глубинах более 50 м и до 4 % – на глубинах 100–110 м. При удалении от западного берега на 800 м и на глубинах от 100 м в дисперсном составе осадков также преобладает пелитовый материал, однако доля гравийно-галечных фракций здесь доходит до 30 % [11].

Поверхностный слой донных осадков представлен коричневым илом повсеместно, за исключением глубин, превышающих изобату 100 м, где мощность этого слоя составляет 1 см. Ниже он подстилается плотным темно-серым горизонтом, представленным вязкой глиной с черными примазками и большим количеством органики. Для западного берега характерно наличие гравия и гальки, а также донно-каменного материала (ДКМ) [11].

Разрез II выполнен в кутовой части залива Грён-фьорд перпендикулярно берегу, географически между руч. Бретъёрна и р. Грёнфьорд. Он включает в себя 6 станций, 5 из которых выполнены в заливе, 1 станция выполнена на литорали в зоне осушки.

Для гранулометрического состава осадков литорали характерно наличие гравийно-галечного материала (74 %) с примесью крупного и среднего песка (24 %), более мелкие фракции практически отсутствуют. Литораль заканчивается гравийно-галечными грядами [12]. Резкое изменение гранулометрического состава происходит на глубине 1 м. Здесь до глубины 4–5 м сформировалась подводная терраса шириной до 35 м, затем идет крутой склон, переходящий на глубине 50 м в днище фьорда [5]. Дисперсный состав осадков представлен преимущественно алеврито-пелитовыми фракциями с примесью мелкозернистого песка. С глубиной содержание пелитового материала резко увеличивается. На глубинах до 30 м в составе алеврито-пелитового материала содержание крупного алеврита доходит до 20 %, тогда как мористее доля крупного алеврита не превышает 3 % [11].

Разрез III выполнен по траверзу р. Альдегонда, включает в себя 3 станции. В устьевой зоне реки и на литорали распространены гравийно-галечные осадки с незначительной примесью более мелких фракций. Мористее возрастает доля алеврито-пелитового материала. На удалении от берега 150 м на глубине 7 м поверхностный слой донных отложений представлен алеврито-пелитовым материалом (85 %) с примесью гравийно-галечных фракций. На удалении 300 м от берега на глубине 12 м в гранулометрическом составе осадков увеличивается доля гравия и гальки (более 50 %). В пределах разреза III повсеместно распространен ДКМ.

Разрез IV выполнен по оси от кутовой части до устья залива Грён-фьорд и включает в себя 5 станций. Поверхностные донные отложения представлены преимущественно алеврито-пелитовым материалом с примесью более крупных частиц. При движении от кута до устья залива процентная доля гравийно-галечного материала постепенно увеличивается и достигает максимального значения 41,4 % на траверзе мысов Хеэр и Фестинген (рис. 1).

Разрез V выполнен на литорали в районе мыса Хеэр, включает 3 станции. Для гранулометрического состава осадков литорали характерно наличие гравийно-галечного материала (90 %) и примеси разнозернистого песка, алеврито-пелитовый материал отсутствует.

Разрез VI выполнен на литорали в районе биогеостанции ММБИ в п. Баренцбург, включает 3 станции. Гранулометрический состав осадков литорали представлен гравийно-галечным материалом (70 %) с примесью более мелких фракций.

Разрез VII выполнен на литорали в районе мыса Кокеренисет, включает в себя 3 станции. Гранулометрического состав осадков литорали представлен гравийно-галечным материалом (70 %) с примесью крупного и среднего песка.

Разрез VIII выполнен в районе ручья Тревбеккен, включает в себя 3 станции. Гранулометрический состав осадков литорали представлен гравийно-галечным материалом (65 %), крупнозернистым и среднезернистым песком. Процентная доля более мелких фракций незначительна.

На литорали накапливается в основном гравийно-галечный материал с примесью разнозернистого песка. Тонкозернистый материал распространен мористее. Изменение гранулометрического состава донных отложений в устьях водотоков происходит по мере удаления от них. Во внутренней части залива по оси накапливается в основном алеврито-пелитовый материал, однако во внешней части залива процентная доля гравийно-галечного материала существенно возрастает.

Литологическое строение рыхлой толщи

Рассматривая вскрытые толщи отложений важно отметить, что в разрезе колонки отложений имеют слоистую текстуру. Слои отличаются друг от друга по мощности, цвету, плотности, плоскости залегания, контакту с выше- и нижележащими горизонтами, гранулометрическому составу, содержанию органики и различного рода примазок, степенью окатанности слагающих зерен (рис. 3).

А                             Б

1E2 ²KL2 4 = = = ^ 5 | I ₆ | I 7 | I 8[

Рис. 3. Литологический состав разреза колонок А, Б, В:

1 – галька, гравий; 2 – разнозернистый песок; 3 – ил; 4 – глина;

гранулометрические фракции (мм): 5 – >2,0; 6 – 2,0–1,0; 7 – 1,0–0,5; 8 – 0,5–0,25; 9 – 0,25–0,1; 10 – <0,1 Fig. 3. The lithological composition of section of the columns А, Б, В:

1 – pebbles, gravel; 2 – assorted sand; 3 – sludge; 4 – clay;

granulometric fractions (mm): 5 – >2,0; 6 – 2,0–1,0; 7 – 1,0–0,5; 8 – 0,5–0,25; 9 – 0,25–0,1; 10 – <0,1

В

] s>^ZI 10CZI

Заключение

Седиментогенез в заливе Грён-фьорд носит ряд особенностей. В первую очередь, это горизонтальное зональное распределение осадков. В результате гидродинамики прибоя на литорали отлагается в основном гравийно-галечный материал с примесью разнозернистого песка, а более тонкозернистый материал выносится мористее. С глубиной доля гравийно-галечного материала уменьшается, в то время как доля тонкозернистого материала увеличивается.

Ближе к оси залива накапливается исключительно алеврито-пелитовый материал с редкими включениями более крупных зерен, попавших сюда в результате ледового разноса. Однако следует отметить, что на траверзе мысов Хеэр и Фестинген процентная доля гравийно-галечного материала существенно увеличена. Здесь, на границе с заливом Ис-фьорд, мелкодисперсный материал подвержен существенному вымыванию в результате гидродинамического воздействия придонных вод.

В устьевой зоне р. Грёндален, а также бухтах Варминга и Ларвика, процентная доля алевритопелитового материала увеличена. Здесь обширное мелководье снижает волновое воздействие, а выносу мелкодисперсного материала в более мористые участки залива препятствуют коагуляционные процессы в зоне смешения морских и речных вод.

Ярко выраженная слоистость вскрытых отложений характеризует неоднородность условий осадконакопления в бассейне седиментации. Аккумуляция осадочного материала происходила под действием различных факторов. Мы полагаем, что основное воздействие на осадконакопление в бассейне седиментации оказывает повторяющееся экстремальное ураганное штормовое волнение, а также изменение уровня моря в заливе Грён-фьорд. Проведенное исследование не является достаточным для создания общей схемы происходящих здесь литодинамических процессов, необходимы дальнейшие исследования в этом направлении.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы", проекта "Разработка методов экосистемного мониторинга заливов и шельфа Баренцева моря и высокоширотной Арктики, сценарного моделирования аварийных ситуаций при транспортировке нефтепродуктов и радиоактивных отходов и экспериментальных технологий их защиты от загрязнения в условиях морского перигляциала" (Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) будет назначен, Соглашение № 14.616.21.0073).

Автор считает приятным долгом выразить благодарность проф. Г. А. Тарасову за постоянное внимание к работе и помощь в организации и проведении наблюдений.