Лёд и Снег • 2013 • № 2 (122)
УДК 551.324.63
Бурение осадков оз. Каракель (долина р. Теберда) и перспективы реконструкции истории
оледенения и климата голоцена на Кавказе
© 2013 г. О.Н. Соломина1, И.А. Калугин2, М.Ю. Александрин1, И.С. Бушуева1, А.В. Дарин2, Е.А. Долгова1, В. Жомелли3, М.Н. Иванов1, В.В. Мацковский1, Д.В. Овчинников4, И.О. Павлова1, Л.В. Разумовский5, А.А. Чепурная1
1Институт географии РАН, Москва; 2Институт геологии и геофизики СО РАН, Новосибирск; 3Лаборатория физической географии CNRS, Медон, Франция; 4Институт леса имени В.Н. Сукачева РАН, Красноярск;
5Институт водных проблем РАН, Москва olgasolomina@yandex.ru
Статья принята к печати 15 января 2013 г.
Западный Кавказ, климат голоцена, озёрные отложения, палеоклиматические реконструкции, палеолимнология. Holocene climate, lacustrine sediments, palaeoclimatic reconstructions, palaeolimnology, Western Caucasus.
Озёрные отложения - важный источник данных для реконструкции колебаний ледников и изменений климата. Рассмотрены первые результаты бурения осадков оз. Каракель (долина р. Теберда, Западный Кавказ), выполненного для реконструкции голоценовой истории оледенения и климата в регионе. Описаны методика отбора образцов и особенности стратиграфии керна донных отложений оз. Каракель, приведены три радиоуглеродные датировки, позволившие оценить скорости осадконакопления в верхней части толщи (поздний голоцен). Датировка нижнего слоя озёрных отложений - 11 700 л.н. (календарный возраст) - одновременно представляет собой оценку минимального возраста морены, подпруживающей оз. Каракель.
Введение
В последние десятилетия изучение климата голоцена вышло на новые рубежи. Это прежде всего связано с разработкой новых и совершенствованием известных методов радиоуглеродного датирования (AMS - Accelerated Mass Spectrometry - ускорительная масс-спектрометрия) и анализа отложений, а также с успехами в моделировании климата [15, 18]. Озёрные осадки - один из наиболее перспективных объектов палеоклиматических исследований, поскольку они часто содержат непрерывную летопись событий прошлого, которую можно расшифровать с высоким временном разрешением. В отличие от других косвенных индикаторов, например дендрох-ронологических, озёрные отложения могут дать информацию о нескольких параметрах климатической и ландшафтной изменчивости. Для гляциологии озёрные отложения особенно интересны, так как по материалам их исследования возможно создание непрерывных реконструкций изменений размеров ледников и высоты границы питания, чего нельзя сделать, основываясь лишь на точечных данных о положении и возрасте морен. При этом будет
доступна информация о состоянии ледников и в период их сокращения. В этой работе мы сделаем обзор основных положений палео-лимнологического метода, рассмотрим первые результаты бурения отложений оз. Каракель и на основе трёх радиоуглеродных датировок оценим скорости осадконакопления.
Методика комплексных палеолимнологических
реконструкций высокого временного разрешения Использование палеолимнологических данных для реконструкции состояния оледенения. Пионерные работы в этом направлении принадлежат норвежским исследователям [24], которые усовершенствовали конструкцию лёгкого бура, что позволило им начать массовый отбор материала озёрных отложений вблизи современных ледников. Небольшие озёра около ледников — идеальные ловушки осадков, характер которых тесно связан с эрозионно-аккумулятивной деятельностью ледников и другими процессами, происходящими в водосборе. Ледниковые и неледниковые отложения в разрезах прилед-никовых озёр чётко различаются даже визуально. Так, на рис. 1, б хорошо видны ленточные глины — свидетельство годовой цикличности
ледниково-аккумулятивной деятельности. На рис. 1, а годовая цикличность не прослеживается, но хорошо виден переход от неледниковых осадков (тёмный слой внизу) к ледниковым: этот переход фиксирует время появления ледника на водоразделе в начале неогляциального похолодания. Именно с этого времени ледник существовал постоянно. Светлые полосы в третьей колонке (см. рис. 1, в) указывают на наличие двух катастрофических наводнений разной мощности.
ЛМВ-датирование позволяет определять возраст отложений по очень небольшому количеству органического материала. Так, для обычного анализа требуется от 1 до 10 г углей, а для AMS-установки достаточно 1—2 мг, иногда меньше (до 50—100 мкг). Такие датировки позволяют построить надёжную модель скорости седиментации и определить хронологические границы гляциологических событий.
Наличие инструментальных данных о положении концов ледников и возрасте морен даёт возможность определить аналоги основных ледниковых событий в разрезе и даже построить модель изменений высоты границы питания в зависимости от литолого-геохимических и физических свойств озёрных осадков и потом использовать данную модель для реконструкции колебаний ледников. Для этой цели в отложениях приледниковых озёр определяют следующие показатели: потери при прокали-
Рис. 1. Озёрные отложения: а — переход от неледниковых осадков (тёмный нижний слой) к ледниковым; б — ленточные глины — свидетельство присутствия ледника; в — следы катастрофических наводнений (светлые прослои) (по данным А. Несье, личное сообщение) Fig. 1. Lake sediments: a — the transition from nonglacial sediments (dark bottom layer) to glacial; б - varved clay - evidence of the presence of the glacier; в - traces of catastrophic floods (light layers) (according to A. Nesje, personal communication)
вании (уменьшение массы при сжигании органики); плотность сухого вещества; содержание воды; магнитную восприимчивость; степень сортировки; минералогические и гранулометрические характеристики осадка; рентгеновскую и гамма-плотность.
Известно, что к наиболее информативным показателям для реконструкции размеров оледенения прошлого относятся потери при прокаливании, содержание органического вещества (эти две характеристики тесно связаны между собой, так как обе они увеличиваются при уменьшении размеров ледников) и магнитная восприимчивость [17, 24]. Последняя обычно отражает содержание магнитных минералов в осадке, которое увеличивается при наступании ледника и усилении его экзарационной деятельности, т.е. фактически зависит от интенсивности поступления в бассейн аллохтонного минерального осадка. Данный показатель как один из наиболее устойчивых обычно используют и для корреляции отложений. Очевидно, что магнитная восприимчивость и содержание органического вещества имеют обратную взаимную корреляцию. Плотность, которая определяется рентгеновским методом, выше у осадков ледникового происхождения. Размер минеральных частиц, особенно глинистых и алевритовых, также тесно связан с колебаниями ледника. Поло-
жение зоны максимальной экзарации ледника можно установить по особенностям минералогического состава осадка, если геологические различия пород, слагающих долину ледника, достаточно чётко выражены и породы имеют простирание, поперечное по отношению к направлению движения льда.
В идеале в качестве объекта исследования для палеогляциологических реконструкций с помощью палеолимнологического метода следует выбирать ледниковую систему, состоящую из одного ледника простой формы с датированными моренами, расположенными между концом ледника и озером [16]. В последних работах, однако, показано, что реконструкцию можно проводить и на более отдалённых от конца ледника озёрах, и в долинах, где присутствуют несколько ледников разной морфологии, экспозиции и др. Для выявления ледниковой составляющей при анализе разных параметров седиментации используют метод главных компонент [27].
В последние годы число реконструкций для отдельных ледников, выполненных этим методом, например в Норвегии, возросло до нескольких десятков. Подобные работы ведут и во многих других горных [20, 25, 26] и полярных [13, 14, 19] регионах. Исследования показали, что в большинстве горных районов Северного полушария в раннем и среднем голоцене ледники отсутствовали или существенно сокращались. Подробно изучены история и нескольких шельфовых ледников. Установлено, что сокращение и исчезновение шельфовых ледников, происходящие сейчас в Арктике и Антарктике [19], в голоцене случались несколько раз, однако современное их отступание и распад — беспрецедентны, так как данные процессы впервые происходят одновременно в обеих полярных областях. Ранее этого не отмечалось.
Использование палеолимнологических данных для реконструкции изменений климата. Для этих реконструкций применяют более традиционные подходы, основанные на геохимических и биостратиграфических показателях. Принципиальное отличие современных методик реконструкции — их более высокое разрешение, которое стало возможным в результате развития высоких технологий. Подобные работы в нашей стране ведутся в Институте геологии и минералогии СО РАН (Новосибирск) под руководством И.А. Калугина и А.Н. Дарьина.
Главные методы детального изучения озёрных осадков — высокопроизводительный сканирующий рентгено-флюоресцентный анализ на пучках синхронного излучения (РФА-СИ) и низкофоновая полупроводниковая гамма-спектрометрия. Совокупность этих методов позволяет определять в осадке содержание более 50 макро- и микроэлементов в широком диапазоне. Сканирующий вариант РФА-СИ даёт возможность получения уникальной информации о распределении элементов, плотности и структурных параметрах минералов вдоль колонки осадков с пространственным разрешением от 0,1 мм. Времен^я шкала осад-конакопления строится по изотопным определениям 137Cs, 210Pb и 14C. На территории России эта методика применялась для реконструкции климата Алтая и Сибири [5, 6, 22]. Среди геохимических индикаторов особенно информативны такие породообразующие элементы, как K, Ca, Ti, Fe, Mn, а также микроэлементы, характеризующие терригенную (Cu, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Sn, Ba) и органогенную (Br, I, Mo, U) компоненты осадка. В частности, при построении реконструкции для Телецкого озера использованы рентгеновская плотность, содержание Br и Ti, а также отношение Sr/Rb [5, 6, 22].
Современные представлен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.