Лёд и Снег • 2013 • № 3 (123)
Палеогляциология
УДК 551.89+551.328.2
Изотопный состав (818O и 8D) погребённого фирна на Лено-Амгинской равнине
© 2013 г. В.Б. Спектор1, Е.О. Дубинина2, В.В. Спектор1, Н.Т. Бакулина3
1Институт мерзлотоведения имени П.И. Мельникова СО РАН, Якутск;
2Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва;
3«Якутскгеологая», Якутск vspektor@mail.ru
Статья принята к печати 23 апреля 2013 г.
Изотопы кислорода и водорода, погребённый фирн, поздний неоплейстоцен, Центральная Якутия.
Buried firn, Central Yakutia, Late Pleistocene, oxygen and hydrogen isotopes.
В Центральной Якутии в толще многолетнемёрзлых отложений вскрыты слои фирна, которые отнесены к каргинскому и зырянскому горизонтам позднего неоплейстоцена. Фигуративные точки величин 518O и 5D этих горизонтов фирна группируются вблизи линии метеорных вод (линии Крейга). Вероятно, фирн образовался из снежников-перелетков. В настоящее время в рассматриваемом районе снежников-перелетков нет, что объясняется климатическими особенностями - превышением испарения над осадками и высокими летними температурами. Предполагается, что фирн вскрытых горизонтов формировался в иных по сравнению с современными климатических условиях: при более низких среднегодовых температурах и более высокой влажности воздуха.
На приводораздельных участках (абс. отм. 234 м) Лено-Амгинской равнины (Центральная Якутия), в 82 км к востоку от г. Якутск (рис. 1), двумя скважинами, пробуренными рядом в 2004 и 2011 г., вскрыт ранее не изученный погребённый мелко- и микрокристаллический фирн. Он залегает в толще многолетнемёрз-лых четвертичных отложений и представлен двумя горизонтами в интервалах глубин 13—14 и 23—25 м [11, 20]. Высокая Лено-Амгинская равнина (абс. отм. 200-300 м) приурочена к группе равнин, разделяющих Среднесибирское плоскогорье и Приленское плато в геоморфологической области Равнин и Плато Средней Сибири [10]. Вся эта область зимой подвержена влиянию Сибирского антициклона, что обусловливает падение температур в это время до -50 ^—60 °С. Среднегодовая температура воздуха в районе Якутска составляет -10,2 °С, среднегодовое количество осадков — 200 мм, а средняя толщина снежного покрова — 25 см [4]. Мощность многолетнемёрзлой толщи — сотни метров, из которых почти 150 м верхней части сложены дисперсными грунтами, сформировавшимися в условиях отрицательных температур.
Методы изотопного анализа
Изотопный анализ кислорода и водорода (18О/16О и D/H) в образцах погребённого фирна выполнен в лаборатории изотопной геохимии и геохронологии Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН. Результаты измерений приведены в таблице. Изотопный анализ кислорода выполнен методом изотопного уравновешивания с использованием масс-спектрометрии в непрерывном потоке гелия (CF IRMS) на приборе DELTA V+ (Finnigann) с периферийным комплексом GasBenchII. Измерения велись в автоматическом режиме с использованием автосэмплера PAL. Точность измерения величин б18О составила ±0,2 %о. Изотопный анализ водорода проведён методом разложения водного образца (1 ц1) на металлическом хроме при 800 °С. Использовался масс-спектрометр DeltaPlus (Finnigann), работающий в режиме двойного напуска, с периферийным устройством H/Device. Точность измерения величин 6D составила ±0,3 %.
Для калибровки данных в шкале VSMOW применялись стандарты VSMOW и SLAP, а также международные образцы сравнения
130" 132° 13С
135"
Рис. 1. Рельеф Лено-Амгинской равнины (Центральная Якутия) и местоположение скважин, вскрывших горизонты погребённого фирна:
1 - отметки абсолютных высот над уровнем моря, м; 2 - озёра; 3 - федеральная трасса; 4 - местоположение скважин и год Fig. 1. Relief of the Lena-Amga Rivers Plain (Central Yakutia) and location of the boreholes recovering the horizons of buried firn: 1 - absolute heights, m a.s.l.; 2 - lakes; 3 - federal road; 4 - location of the boreholes and year
Результаты изотопного (§180 и SD) анализа современного снега и погребённых фирнов, вскрытых скв. № 11/1 на Лено-Амгинской равнине
Глубина от устья скважины, м Характеристика образца Безразмерная высота Х б18О, % 6D, % d, %
13,50-13,58 0,93 -29,7 -213,5 24,3
13,62-13,70 0,73 -29,2 -214,3 19,3
13,72-13,80 Мелкокристаллический фирн, 0,57 -29,7 -223,8 14,4
13,82-13,90 верхний горизонт 0,40 -30,4 -232,0 11,6
13,92-14,00 0,23 -31,2 -236,9 12,7
14,05-14,10 0,04 -32,3 -232,1 25,9
23,41-23,44 0,99 -30,5 -219,9 24,5
23,51-23,56 0,88 -30,3 -223,8 18,8
23,62-23,68 0,76 -30,7 -226,7 19,2
23,71-23,78 Крупнокристаллический фирн, 0,67 -30,9 -230,0 17,6
23,88-23,94 нижний горизонт 0,51 -31,6 -234,7 17,7
24,00-24,07 0,39 -31,7 -232,5 21,1
24,25-24,30 0,15 -31,6 -229,1 23,9
24,37-24,43 0,03 -31,2 -225,3 24,5
Снег над скважиной:
в 5-10 см от кровли снежного покрова 0,88 -38,6 -288,8 20,2
в 30-40 см от кровли снежного покрова 0,13 -31,6 -229,3 23,5
МАГАТЭ (ОН-1-ОН-4). Все изотопные данные выражены в промилле (%с) относительно VSMOW:
1000,
где Ях и RCT — соответственно изотопное отношение (18О/16О, D/Н) в образце и международном стандарте VSMOW.
Характеристика разреза, вскрывшего горизонты фирна
Отложения, содержащие пласты погребённого фирна, вскрыты при колонковом бурении с последовательно сменяемыми диаметрами коронок 147, 127, 108, 89 и 76 мм. Керн извлекался из инструмента с помощью воздушной продувки и преимущественно имел ненарушенную структуру. Выход ледяных кернов из колонковой трубы был свободным, поэтому тонкие текстуры керна сохранялись хорошо. Раздробленные породы между участками нераздробленного грунта чётко отличались от остальной части керна. Погребённый фирн, который представлял собой тонкослоистый мелко- и микрокристаллический лёд (мощность слойков от первых сантиметров до долей миллиметра), вскрыт в двух интервалах: 13,5—14,27 и 23,31—24,52 м. Вмещающие отложения представлены суглинками. Во время бурения (19 марта 2011 г.) над скважиной лежал снежный покров толщиной 43 см. Мы отобрали пробы снега из верхней (5—10 см) и нижней (30—40 см) частей снежного покрова, результаты изотопного анализа которых также даны в таблице.
Разрез скважины приведён на рис. 2. Измерения температуры в скважине показали, что подошва слоя сезонного оттаивания находится на глубине около 1,2 м; на глубине нулевых годовых колебаний температур (7 м) температура пород составляет -2,7 °С. Градиент в пределах зоны годовых колебаний температур составляет ±0,4 °С/м. Ниже этой зоны (на глубине до 20 м) находится низкоградиентная зона с изменением температуры в пределах ±0,2 °С/м.
Возраст и условия накопления отложений согласно палинологическим данным. В изученном разрезе, кроме почвенного слоя и современных покровных суглинков (0 — 0,5 м), выделяют четыре палинокомплекса.
Палинокомплекс 1 связан со светло-коричневыми суглинками (0,5—7,15 м) субаэрального происхождения и отражает тундровую растительность, сформировавшуюся в суровую кли-
Рис. 2. Разрез скважины № 11/1 (2011 г.): 1 — почвенный слой; 2 — суглинки; криогенная текстура:
3 — горизонтально-шлировая, 4 — вертикально-шлировая; 5 — лёд-цемент; 6 — фирн; 7 — ледогрунтовые образования; 8 — субвертикальные тонкие «ветвящиеся» трещины, заполненные льдом; подошва слоя: 9 —сезонного оттаивания, 10 — годовых колебаний температуры; включения: 11 — тонкие корешки растений, 12 — ожелезнение; QiV — голоцен; поздний неоплейстоцен, горизонты: Qui4 — сартанский, Qm3 — каргинский, Qm2 — зырянский
Fig. 2. Profile of the borehole № 11/1 (2011). 1 — soil; 2 — loam; cryogenic structure: 3 — horizontally-layered,
4 — vertically-layered; 5 — pore ice; 6 — firn; 7 — ice-ground bodies; 8 — sub-vertical thin «dendritic» cracks filled with ice; lower surface: 9 — of the seasonally thaw layer, 10 — of the annual temperature variations layer; inclusions: 11 — thin plant roots, 12 — ferrugi-nation; Qiv — Holocene; Late Pleistocene, horizon: Qm4 — Sartan, Qiii3 — Karga; Qm2 — Zyryan horizon
матическую эпоху конца позднего неоплейстоцена, вероятно во вторую половину сартан-ской ледниковой эпохи.
Палинокомплекс 2 выделен в серых суглинках (7,15—12,75 м) предположительно озёрного происхождения. Он характеризуется незначительным присутствием микрозёрен, содержит остатки зелёных водорослей рода Pediastrum, другие водные микрофоссилии, а также большое количество переотложенного материала из мезо- и кайнозойских отложений. Состав и количествен-
ные соотношения спорово-пыльцевого спектра свидетельствуют о развитии тундровых и степных ландшафтов с доминированием ксерофит-ных элементов и островных разреженных лиственнично-берёзовых и лиственнично-сосновых группировок лесотундрового облика. Большое количество спор зелёных мхов, осоковых и присутствие пыльцы прибрежно-водных растений указывают на наличие гипновых и травянистых осоковых болот. По стратиграфическому положению и составу растительности второй палинокомплекс может быть связан с первой половиной сартанской ледниковой эпохи.
Палинокомплекс 3, выделенный в верхнем горизонте фирна (13,5—14,27 м), резко отличается от вышележащих разнообразием присутствующих пыльцевых зёрен и более высоким их содержанием. В спектрах рассматриваемого горизонта снизу вверх по разрезу наблюдается возрастание содержания пыльцы древесно-кустарниковых растений (кустарниковых и древовидных берёз, ольховника, ивы, лиственницы, сосны, кедрового стланика), что указывает на относительное потепление во время накопления этих отложений. Увеличение роли пыльцы верескоцветных и спор сфагновых мхов позволяет предположить заметную роль компонентов, свойственных сообществам лесных сочетаний. Вероятно, данное сообщество растительности могло распространяться в относительно тёплый климатический эпизод, в конце эпохи каргинского интерстадиала.
В разделяющих горизонты фирна суглинках (14,45—23,31 м) отмечен комплекс, аналогичный описанному выше, с некоторым снижением содержания пыльцы травяно-кустарничковых растений. Состав спектров толщи, разделяющей верхний и нижний горизонты фирна, указыв
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.