22 - 08 - 2017

Гайот Фёдорова (14°05' N 156°12' E )

«Мы идем к мысу Горн, и за краем Земли
Остаются немые вопросы.
И над пенной волною в прозрачной дали
Альбатросы кружат, альбатросы…»

К. Фёдоров «Альбатросы», 1982

Гайот Фёдорова назван в честь русского океанографа, члена-корреспондента Российской академии наук, специалиста по экспериментальной физике и космической океанологии Фёдорова Константина Николаевича (1927-1988).

 fedorov

Фёдоров Константин Николаевич

Значительная часть научной деятельности Константина Николаевича связана с работой в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН, где в 1974 году им была организована Лаборатория мезомасштабной гидрофизики (впоследствии - Лаборатория экспериментальной физики океана). Основные задачи Лаборатории заключались в изучении тонкой термохалинной, мезомасштабной вихревой и фронтальной структуры вод океана, а также его тонкого приповерхностного слоя вблизи границы с атмосферой.

Результаты исследований, которые проводились на основе сочетания различных методов, таких как судовые наблюдения в океанских экспедициях, анализ только что появившейся спутниковой информации, лабораторное и теоретическое моделирование, обобщены в трех известных монографиях: К.Н. Федоров «Тонкая термохалинная структура вод океана», 1976, Л.: Гидрометеоиздат; К.Н. Федоров «Физическая природа и структура океанических фронтов», 1983, Л.: Гидрометеоиздат; К.Н. Федоров, А.И. Гинзбург «Приповерхностный слой океана», 1988, Л.: Гидрометеоиздат.

Название гайота утверждено в июне 2004 года в Санкт-Петербурге на XVII заседании комиссии JOC-JHO/GEBCO SCUFN-XVII (of UNESCO). Аккредитован гайот в июне 1991 г.

Ранее гайот в большом количестве публикаций именовался ИОАН или Ioah.

Гайот Федорова изучался в 9 рейсе НИС «Мстислав Келдыш», в экспедициях на судах Мингео СССР и Росскомнедра «Морской геолог», «Север», «Геолог Петр Андропов», «Профессор Федынский», «Севморгеология» (1991-93 гг. рейсы 4, 5), «Дальморгеология» (1995 г., рейс 6) (Богданов и др., 1987а, 1987б; «Гайоты…», 1995; «Железо-марганцевые…», 1990; Жулева, 1995; Казьмин и др., 1987; Лисицына, 1998; Матвеенков, Седов, 1996; Пуляева, 1999; Хешберг и др., 1999; Чухров и др., 1989; Школьник и др., 1996, 2000; Koppers  et al., 1998). В течение 2001-2004 гг. силами ГНЦ «Южморгеология» на гайоте проводились исследования с НИС «Геленджик» (Мельников и др., 2006).

Гайот Федорова располагается в центральной части Магеллановых гор. Координаты гайота 14°05'c.ш.  и 156°12'в.д. Высота гайота над поверхностью окружающей абиссальной равнины составляет около 4700 м. Гайот имеет неправильную форму в плане и сложную морфологию (рис. 1, 2).

Рис. 1. 3D-карта рельефа гайота Федорова

Рис. 1. 3D-карта рельефа гайота Федорова

Рис. 2. Батиметрическая карта гайота Федорова

Рис. 2. Батиметрическая карта гайота Федорова

Гайот имеет в плане  дугообразную, выгнутую в юго-юго-восточном направлении форму. Он состоит из двух слившихся построек, с ориентацией западного массива на северо-запад и восточного – на северо-восток, разделенных седловиной глубиной 2000-2050 м. Подножье гайота очерчивается изобатой 5500 м.  Размер основания западной и восточной построек соответственно равен 110×66 км и 83×65 км. Западная постройка осложнена отрогом северо-западного простирания длиной более 40 км и двумя отрогами юго-западного направления протяженностью 27 и 20 км.

Очертания вершинных поверхностей западной и восточной построек повторяют контур основания и имеют размеры соответственно 79×28 км и 42×18 км. Бровку вершины гайота окаймляет отмерший кольцевой риф. Вершинная поверхность западной постройки расположена на глубине 1500-1750 м с минимальной отметкой  на глубине 1397 м. Восточная вершинная поверхность, располагаясь на глубине около 1500 м, имеет минимальную отметку глубин 1275 м (рис.  3).

Рис. 3. Продольный батиметрический профиль гайота Федорова

Рис. 3. Продольный батиметрический профиль гайота Федорова

С юга к западной постройке примыкает небольшой холм, вершина которого лежит  на глубине 2800 м (рис. 4).

Рис. 4. Поперечный батиметрический профиль западной вершины гайота Федорова

Рис. 4. Поперечный батиметрический профиль западной вершины гайота Федорова

На вершинных поверхностях расположены куполовидные  и конусовидные холмы высотой 25-75 м.

Склоны гайота имеют уклоны от 4º до 25º; наиболее крутые, более 20º, опоясывают вершинные плато, иногда опускаясь до глубины 2500-3500 м. Склоны, как и вершинные плато, осложнены многочисленными вулканическими конусами и куполами, грядами, террасовидными поверхностями, ступенями и уступами. Диаметр основания конусов и куполов достигает 3 км, а высота 200-400 м. Уступы широко распространены на крутых участках склонов. Их протяженность изменяется от первых километров до 20 км и более. Высота уступов составляет от 25 до 350 м. По всему периметру гайота на склонах развиты гребни, протяженностью от первых километров до 25 км в единичных случаях.

Отмеченные морфологические особенности отчетливо прослеживаются на карте курватуры (curvatura (лат.) – кривизна) (рис. 5). Курватура - это вторая производная, она характеризует степень кривизны поверхности.

Рис. 5. Карта курватуры гайота Федорова

Рис. 5. Карта курватуры гайота Федорова А
Фиолетовые  линии – плоские вершины; черные линии – главные отроги.

Рис. 5. Карта курватуры гайота Федорова Б

Рис. 5. Карта курватуры гайота Федорова Б
Фиолетовые  линии – плоские вершины; черные линии – главные отроги.

По материалам компьютерного моделирования построена карта морфометрических линий, отражающая разнообразие контуров мезоформ, осложняющих вершинные поверхности и склоны гайота Федорова (рис. 6)

Рис. 6. Морфометрические линии гайота Федорова

Рис. 6. Морфометрические линии гайота Федорова

Морфометрические линии контура:

плоские вершины 
fedorov 6 1 отроги

fedorov 6 3

fedorov 6 4

небольшие формы рельефа:
холмы, уступы

К северо-восточному, юго-западному и юго-восточному склонам восточной постройки и к южному и северному склонам западной постройки приурочены отрицательные линейные аномалии магнитного поля . Над  отрогами западного склона западной постройки отмечены локальные отрицательные аномалии. Над седловиной между постройками отмечены локальные аномалии обоих знаков, интенсивность которых изменяется в диапазоне от –400 нТл до 300 нТл (Мельников и др., 1995).
В седловине между постройками на глубинах 1750–1900 м обнажены коренные породы. В западной части это органогенные известняки, а в восточной – базальты. По седловине проходит разделяющий постройки тектонический разлом северо-западного простирания.

95% поверхности вершины гайота Федорова покрыто чехлом рыхлых осадков. Судя по данным сейсмопрофилирования, выполненного в 9 рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш», максимальная мощность осадков свойственна западной части гайота, где она достигает 170 м.

В результате проведенного вещественно-биостратиграфического анализа в слагающей толще выделено шесть разновозрастных комплексов горных пород: раннемелового, апт-туронского, сантон-маастрихтского, позднепалеоцен-эоценового, миоценового и плиоцен-плейстоценового возраста (Мельников и др., 2006).

Мезозой.
Меловая система

В основании разреза на платобазальтах второго слоя океанической коры залегает комплекс вулканических пород толеит-щелочнобазальтовой ассоциации. В интервале глубин от 1300 до 5500 м преобладают преимущественно толеитовые оливин-плагиоклазовые базальты, плагиобазальты и, в меньшей степени, трахибазальты, анкарамиты, фонолиты, залегающие в виде лавовых потоков небольшой мощности. Комплекс вулканических пород датируется ранним мелом.

Эффузивные породы, драгированные на гайоте Федорова, поднятые глубоководным обитаемым аппаратом «Пайсис»  и тралом, представлены субщелочными базальтами, щелочными трахибазальтами и гавайитами.

Возраст проявления вулканизма на гайоте, определенный по органическим останкам, – домаастрихтский. Согласно теоретическим расчетам, погружение постройки ниже уровня моря происходило около 100 млн. назад  (Железо-марганцевые…, 1990).

При определении абсолютного возраста образцов, поднятых с западного склона западной постройки гайота Федорова, получены значения 88.5 +/- 0.7 млн. лет и  86.7 +/- 0.4 млн. лет (Koppers  et al., 1998).

Осадочный разрез сложен комплексом обломочных и биогенных пород нижнего и верхнего мела и кайнозоя (рис. 7).

Рис. 7. Геологическая карта гайота Федорова

Рис. 7. Геологическая карта гайота Федорова

Аптом-туроном датируется комплекс пород, основу которого составляют рифогенные, пелагические известняки и вулканокластические турбидиты. Реже встречаются литифицированные глины, алевролиты, песчаники, а также туфы и туффиты. Среди рифогенных известняков выделяются отложения кольцевого рифа, аванрифа и лагуны. Ископаемые органические остатки в этих отложениях представлены фрагментами кораллов, мшанками, криноидеями, губками, эхиноидами, малакофауной, крупными бентосными фораминиферами и др. Этот комплекс почти непрерывно опоясывает западную постройку в интервале глубин 1600-2500 м, иногда опускаясь до 3000 м. Мощность рифогенной толщи по аналогии с материалами глубоководного бурения условно оценивается в 200-300 м.

Нанофораминиферовые известняки обычно залегают ниже рифогенных. Находки единичных раковин планктонных фораминифер в этих породах позволяют датировать их сеноман-туроном. Мощность пелагических отложений, согласно результатам глубоководного бурения, может быть такой же, как у рифовых известняков (Premoli et al., 1985).

Толща вулканических турбидитов залегает на эффузивах нижнего мела, включает вулканомиктовые брекчии, песчаники и алевролиты. Палеонтологически не охарактеризована. Сейсмоакустическое профилирование и гидролокация бокового обзора показали развитие этих пород на глубинах от 2000 до 5000 м (Гайоты Западной Пацифики…, 1995). Установлено, что в нижних частях склонов гайота Федорова мощность вулканогенно-обломочных пород может достигать 750-800 м (Захаров и др., 2003).

Возраст данной толщи оценивается как апт-альбский.

Аргиллиты, алевролиты, полимиктовые песчаники, гравелиты протягиваются узкими полосами вдоль склонов в интервале глубин от 2700 до 3300 м.
Туфы и туффиты встречаются на гайоте редко. Эти породы претерпели значительные вторичные изменения.

Отложения сантона-маастрихта на гайоте Федорова широко представлены известняками, эдафогенными брекчиями, а также туфами и туффитами.

Рифогенные известняки отличаются многообразием фациальных разновидностей. Наиболее широко распространены каркасные пористые известняки, образованные кораллами, мшанками, гидроидными полипами, известковыми водорослями. К лагунным отложениям, по–видимому, относятся оолитовые известняки, сложенные оолитами размером от 0.5 до 1.3 мм, в ядрах которых иногда находятся остатки организмов. Известняки рифовых фаций широко развиты в пределах бровки, окаймляющей западную постройку гайота, а также отмечены в верхней части северо-западного отрога и на поверхности седловины.

Сантон-маастрихтские нанофораминиферовые известняки практически непрерывно развиты по периметру западной вершины гайота.

Сантон-маастрихтом датируются и эдафогенные фосфатизированные брекчии с нанофораминиферовым цементом, пространственно связанные с известняками. Наиболее крупные тела брекчий развиты на восточной постройке. Состав обломков преимущественно вулканический; также определены  фрагменты кораллов и двустворчатых моллюсков.

Мощность верхнемеловых отложений в скважинах глубоководного бурения в прилегающих районах составляет от 70 до 140 м (Initial reports…, 1986).

Кайнозой.
Палеогеновая система

Среди пород раннего-среднего эоцена были обнаружены известняки рифовой фации, что указывает на формирование толщи в мелководных условиях. Широкое участие вулканокластического материала может указывать на очередную вспышку вулканической активности.

Планктонные фосфатизированные известняки слабо литифицированы. Содержание Р2О5 нередко достигает 30 %, в среднем составляя около 27 % (Мельников и др., 1995). Известняки распространены по периметру гайота в виде локальных тел в интервале глубин 1500-2700 м, а также на вершинных поверхностях гайота.

По внешнему виду известняки сходны, хотя содержат разновозрастные микрофоссилии, и поэтому возрастной диапазон образования этих пород отнесен к позднему палеоцену-эоцену. Мощность известняков, по аналогии с данными глубоководного бурения, можно оценить интервалом от 100 до 150 м (Initial reports…, 1986).

Фосфатизированные эдафогенные брекчии пространственно и фациально связаны с известняками. Они разнообразны по составу обломочной части, в которой помимо вулканитов часто присутствуют фрагменты известняков и железомарганцевых корок.  Поля брекчий тянутся вдоль верхней части склонов гайотов и наиболее развиты на восточной постройке, где преобладают над одновозрастными известняками. В меньшем количестве брекчии отмечены в седловине и на склонах западной постройки. Мощность брекчий приблизительно та же, что и у одновозрастных известняков (Initial reports…, 1986).

Толща вулканокластов, представленных туфами и туффитами, относится к ранне- -  среднеэоценовому возрасту. Она могла формироваться эпизодически в периоды проявления вулканической активности.

Неогеновая система

В ходе работ, проведенных на гайоте Федорова, среди отложений миоцена были подняты щелочные базальтоиды, туфы, туффиты и пелагические известняки (Гайоты Западной Пацифики…, 1995).   Небольшие поля отложений миоценового возраста отмечены на южных склонах седловины, северных склонах западной постройки и в привершинной части юго-западного отрога. Комплекс планктонных фораминифер, определенный в драгированных известняках, свидетельствует о том, что формирование этих пород происходило в позднем миоцене и локально продолжалось в раннем плиоцене. Состав бентосных фораминифер указывает на глубоководные условия формирования осадков. Мощность миоценовых осадков в районах, близких к гайоту Федорова, по скважинам глубоководного бурения, варьирует от 10 до 110 м, и осадки представлены обычно нанофораминиферовыми илами. Мощность миоценовых осадков на гайоте невелика и составляет 10-15 м.

Неогеновая и четвертичная системы

Плиоцен-четвертичные нелитифицированные осадки покрывают большую часть вершинного плато и поверхность ступеней склонов гайота. Осадки сложены раковинами планктонных фораминифер, нанопланктоном с примесью глинистого материала. Вершинные плато, как правило, покрывают карбонатные осадки, ступени средней части склонов – глинисто-карбонатные, а ниже 3500 м – карбонатно-глинистые осадки.

Максимальная мощность отложений, по данным сейсмоакустических исследований, составляет 150 м в центральной части западного плато (Мельников и др., 1995).

На вершинных плато гайота и на склонах в интервале глубин 1350-3200 м развиты Fe-Mn корки и фосфориты (Богданов и др., 1987а; 1987б;  Железо-марганцевые…, 1990; Лисицына и др., 1988; Мельников и др., 1995; Сколотнев и др., 1988).

Развитые по известнякам и брекчиевые обломки фосфоритов опробованы на гайоте Федорова в интервале глубин 2000-3000 м (Мельников  и др., 1995). Среднее содержание фосфорного ангидрида, достигающее 28.5 %,  позволяет считать фосфориты гайотов Магеллановых гор богатыми рудами.

Гайоты Магеллановых гор являются перспективными для добычи таких элементов как марганец, никель и кобальт. Площади залежей кобальтомарганцевых корок  составляют для гайота Федорова 1150 км2 (Задорнов и др., 1998; Кобальтобогатые…, 2002; Хешберг и др., 2002; Школьник и др., 1996; 2001). Прогнозные ресурсы по последним данным составляют: Со  - 434.8 тыс. т, Ni – 364.5 тыс. т, Mn – 17245.0 тыс. т. Из них на долю вершинной поверхности приходится 195.79 тыс. т  Со, 174.37 тыс. т Ni и 17951(?) тыс. т  Mn (Хешберг и др., 2002).

Прогнозные ресурсы кобальтоносных марганцевых корок и основных полезных компонентов гайота Фёдорова по данным (Отчет, 2004): рудная площадь составляет 1186.9 км2; средняя мощность корок –8.4 см; средняя плотность залегания корок сухих – 99.32 кг/м2 и влажных – 153.54 кг/м2; ресурсы корок сухих – 117.88 млн. т и влажных – 182.24 млн. т; среднее содержание металлов: Co – 0.54 %; Ni – 0.45 %;  Mn – 21.52 %; ресурсы металлов Co – 641.52 тыс. т; Ni – 535.92 тыс. т;  Mn – 25370.17 тыс. т.

По данным (Мельников, Плетнев, 2009) среднее содержание редкоземельных элементов и иттрия, а также основных рудных компонентов в корках гайота Фёдорова составляет: Y – 261 г/т, La – 268 г/т, Ce – 981 г/т, Pr – 52 г/т, Nd – 210 г/т, Sm – 43 г/т, Eu – 10 г/т, Gd – 56 г/т, Tb – 7 г/т, Du – 47 г/т, Ho – 10 г/т, Er – 30 г/т, Tm – 4 г/т, Yb – 28 г/т, Lu – 4 г/т, Mn – 21.39 %,  Fe – 15,95 %, Co – 0.58 %, Ni – 0.47 %, Cu – 0.131 %.

Исследование морфологии железомарганцевых образований и условий их залегания было проведено на гайоте Федорова с использованием метода подводной фотографии. Подводная фотосъемка проводилась на западном склоне гайота во время 9-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» Института океанологии РАН. Фотопрофиль, сделанный подводной фотоустановкой ПФ-69, охватил участок склона с глубинами от 1670 м до 2600 м; протяженность его составила около 2300 м. Всего было сделано 42 снимка. Расстояние между соседними снимками равно приблизительно 50 м (Отчет…, 1985).

Подводная фотография зафиксировала широкое развитие на поверхности гайота Федорова железомарганцевых образований (рис. 8) (Жулёва, 2004)

 Рис. 8. Морфология  железомарганцевых образований гайота Федорова.

Рис. 8. Морфология  железомарганцевых образований гайота Федорова.

Рис. 8. Морфология  железомарганцевых образований гайота Федорова.

Рис. 8. Морфология  железомарганцевых образований гайота Федорова.

Рис. 8. Морфология  железомарганцевых образований гайота Федорова.

Рис. 8. Морфология  железомарганцевых образований гайота Федорова.

Рис. 8. Морфология  железомарганцевых образований гайота Федорова.
Железомарганцевые конкреции: 1 – крупные, 2 – мелкие;
железомарганцевые корки: 3 – шероховатые, 4 – ботриоидальные, 5 – сложнобугорчатые

Железомарганцевые конкреции распространены на глубинах до 1695 м. Крупные конкреции размером до 10 см в диаметре располагаются на породах фундамента, перекрытых железомарганцевой коркой, или на участках, сложенных сравнительно небольшими конкрециями размером около 1-2 см. В расположении мелких конкреций наблюдаются некоторые закономерности: они лежат одним слоем на поверхности фораминиферового песка, который заполняет локальные понижения в коренных породах. Отмеченные особенности размещения – однослойное залегание на поверхности рыхлых осадков – являются условиями, благоприятными для современного рудообразования, и могут рассматриваться как признаки того, что мелкие конкреции являются продуктами активного рудообразования на склоне гайота.

Железомарганцевые корки наблюдаются на всем протяжении склона и покрывают породы фундамента в любом их фациальном проявлении. Выделяются три основных морфологических типа железомарганцевых корок: ботриоидальный (каракулевидный), шероховатый и бугорчатый.

Анализ фациальной изменчивости и особенностей микрорельефа различных участков донной поверхности позволяет выделить характерные черты морфоскульптуры склона гайота Федорова и сделать некоторые выводы о ведущих рельефообразующих процессах.

1. На глубинах, которые в настоящее время превышают 1700 м, формирование вулканического основания гайота происходило в подводных условиях, т.к. лавовые потоки здесь имеют характерную для подводных излияний трубообразную форму. Плоская вершина гайота соответствует кровле толщи вулканогенно-осадочных пород, формировавшихся в процессе разрушения вулканического острова.

2. В геологическом строении западного склона гайота Федорова велико участие обломочных горных пород. В их состав входят как сцементированные образования в виде базальтовой брекчии в карбонатном цементе, так и рыхлый крупнообломочный и щебнистый материал, который является продуктом эрозионного и абразионного разрушения вулканического основания горы, в ходе формирования плоской вершины гайота.

3. Основным современным рельефообразующим процессом на склоне в пределах глубин 1600-2600 м является осадконакопление. Определяющий фактор этого процесса – перемещение осадков вниз по склону.

4. Существенное изменение фациальных признаков и микрорельефа склона, связанное с увеличением мощности рыхлых осадков, наблюдается на глубине около 2160 м, где происходит смена фациальной зоны верхней части склона фациальной зоной пьедестала. Если для верхней части склона характерно осадконакопление, связанное с гравитационным перемещением рыхлых осадков вниз по его поверхности, то на пьедестале гайота ведущим фактором становится их аккумуляция.

5. Площадное распространение фации фораминиферового песка зафиксировано на склоне гайота, начиная с глубин, превышающих отметку 1960 м. Для этой фации характерны два типа микрорельефа: биогенный и гидрогенный (Жулёва, 2004).

Описание объекта

  • Номер: 20
  • Название: Фёдорова (ИОАН, МЖ-35, Ioah)
  • Международное название: Fedorov
  • Название горной системы: Магеллановы горы
  • Тип горы: гайот
  • Географическая широта: 14°05'
  • Географическая долгота: 156°12'
  • Форма рельефа дна: Восточно-Марианская котловина
  • Батимерические характеристики: depth summit: 1500-1750 м (min1=1397 м, min2=1275 м)
  • Батимерические характеристики: depth basis: 5500-5600 м
  • Морфометрические характеристики: seamount height: ~ 4100 м
  • Морфометрические характеристики: basis area: 1) 121×58 км (5800 кв.км) 2) 80×65 км (4800 кв.км)
  • Морфометрические характеристики: basis extension: 1) 0.5 2) 0.8
  • Морфометрические характеристики: basis azimut: 1) сз 2) св
  • Возраст: seamount age: 88.5 +/- 0.7; 86.2 +/- 0.7 млн. лет
  • Возраст: method age: Ar/Ar
  • Возраст: plate age: 155-170 млн. лет
  • Геолого-‎геофизическая ‎ изученность: 1984 г. - 9 рейс НИС «Академик Мстислав Келдыш» (теле- и фотосъемка, ПОА «Пайсис», геологическая трубка); экспедиции МИНГЕО СССР «Морской геолог» (рейс 9, 1988-89 – сейсмоакустика, гидромагнитометрия), «Морской геолог» (рейс 14, 1991-92 – сейсмоакустика гидромагнитометрия, фотопрофилирование, драгирование), «Север» (рейс 11, 1988-89 – сейсмоакустика), 1992 (рейс 4/92), «Геолог Петр Андронов» (фотопрофилирование, драгирование), «Севморгеология» (рейс 3, 1991-1992, сейсмоакустика гидромагнитометрия); «Севморгеология» (рейс 4, 1992-1993, фотопрофилирование); «Дальморгеология» (1995, рейс 6 бурение, океанография); Работы МПР РФ: НИС «Геленджик» ГНЦ «Южморгеология» (июль 2001-январь 2002 МЭ, фото- телепрофилирование, драги, бурение ГБУ)
  • Рудные образования: жмк, кмк, фосфориты
  • Извержения: eruption age: Mi
  • Извержения: activity type: вулканические конусы - 97 и купола - 27 (11.1 на тыс. кв.км; на склонах dосн. до 3 км, H до 400 м; на вершинах – H = 25-75 м)
  • Эрозионно-‎абразионные ‎террасы: terrace depth: 3200; 5000; 55000;
  • Библиография: Жулёва , 2004; Мельников и др., 1995, 2005, 2006; Рашидов и др., 2003; Мельников, Седышева, 2003; Седышева, Мельников, 2009; Уткин и др. 2006; Koppers et al., 1998; Clouard, Bonneville, 2000