Лёд и Снег • 2013 • № 2 (122)
УДК 551.345
Изотопный состав подземных льдов Западного Ямала (Марре-Сале)
© 2013 г. И.Д. Стрелецкая1, А.А. Васильев2, Г.Е. Облогов2, А.Г.Матюхин1
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; 2Институт криосферы Земли СО РАН, Тюмень
irinastrelets@gmail.com
Статья принята к печати 7 декабря 2012 г.
Геохимия четвертичных отложений, палеоклиматические условия, пластовые льды, сингенетические полигонально-жильные льды, стабильные изотопы.
Geochemical composition of Quaternary sediments, massive ground ice, palaeoclimatic conditions, stables isotopes, syngenetic ice wedges.
Результаты исследования изотопного состава подземных льдов в районе полярной станции Марре-Сале позволяют реконструировать смену морского осадконакопления на континентальное в конце каргинского времени (МИС-3) и изменение климата в Арктике в конце неоплейстоцена и в голоцене. Разрез четвертичных отложений в районе полярной станции Марре-Сале содержит крупные залежи подземных льдов. Толща состоит из двух пачек: верхней - мощностью 10-15 м и имеющей континентальный генезис и нижней - мощностью более 100 м морского генезиса. Верхняя пресная песчано-глинистая толща содержит разновозрастные (МИС-2 и МИС-1 ) сингенетические полигонально-жильные льды. Высокая льдистость пород на границе двух пачек, ритмичное чередование в разной степени насыщенных минеральными включениями и морскими солями прослоев предполагают сингенетическое накопление и промерзание отложений весенних мутьевых потоков на осушающемся шельфе в конце МИС-3. Нижняя толща морских засолённых глин содержит мощные (более 20 м) линзы монолитных пластовых льдов, подошва которых уходит под уровень моря. Тяжёлый изотопный состав льда и соотношение изотопов водорода и кислорода указывают на внутригрунтовое происхождение льда.
Введение
Разрез четвертичных отложений в районе полярной станции Марре-Сале (Западный Ямал), который содержит крупные залежи подземных льдов, изучен достаточно хорошо, но интерпретация данных остаётся дискуссионной. Прежде всего, это относится к реконструкции условий образования пластовых льдов (мощные, выдержанные по простиранию линзы льда, в разной степени насыщенные минеральными включениями) и вертикальных ледяных штоков. Объектами настоящего исследования служат подземные льды и вмещающие их четвертичные отложения. Основная цель исследований — установить генезис льдов и реконструировать условия промерзания и накопления вмещающих их отложений. Новые результаты по изотопному составу кислорода и водорода в подземных льдах и геолого-геохимические исследования вмещающих отложений позволяют решить эту задачу. Данные о криогенном строении, свойствах и возрасте четвертичных отложений района полярной станции Марре-Сале, а также геологический разрез, протяженностью 4,5 км, опубликованы ранее [6, 12, 19 и др.].
Толща состоит из нескольких пачек континентального (мощность 10—25 м) и морского генезиса (мощность более 100 м) [6, 9, 14]. Возраст и гене-
зис отложений и подземных льдов — предметы многолетней научной дискуссии [1, 4, 7, 10, 12—14, 17, 18]. Установлено, что накопление континентальных отложений, вмещающих мощные сингенетические полигонально-жильные льды (ПЖЛ), началось 35-45 тыс. л.н. (МИС-3) [19] и закончилось около 11 тыс. л.н. (МИС-2) [10]. Верхняя часть разреза сложена горизонтом голо-ценовых отложений склонового, озёрного, эолового и биогенного генезиса с ПЖЛ меньших размеров. На контакте континентальной и морской пачек залегают сильно льдистые отложения (ледо-грунты) - ритмично чередующиеся, а также в разной степени насыщенные минеральными включениями и морскими солями прослои. В морских отложениях присутствуют монолитные пластовые залежи льда с незначительными минеральными и органическими включениями.
Изотопный и геохимический состав подземных льдов, поверхностных вод и снега изучался Л.Н. Крицук [7]. Согласно её данным, в районе исследований преобладают трещинные, жильные и линзообразные льды, сформировавшиеся при заполнении криогенных трещин в мёрзлом массиве водой, промерзавшей под высоким давлением. На основании морфологии пластовых залежей сделан вывод [10] о повторных инъекциях воды из таликов
66°48' 66°49' 66°50'
Рис. 1. Расположение разреза в районе полярной станции Марре-Сале. Ms 1 — номера расчисток; чёрный прямоугольник — территория станции. Чёрная линия со штрихами показывает береговой обрыв на топографической основе, где чёрные сплошные линии — горизонтали, пунктирные — временные водотоки, серая заливка — озёра Fig. 1. Location of geological section near Marre-Sale Polar station. Ms 1 - number of stripping; the black rectangle - Polar station location. The black line with the strokes shows the coastal cliff in the topographic map, where the black solid lines show the elevation above sea level, the dotted lines - temporary streams, gray shading - lakes
в многолетнемёрзлую толщу во время роста ледяных жил в голоцене. Утверждения, что пластовые ледяные залежи — реликты плейстоценового ледникового покрова, можно найти в статьях [4, 17].
Методы исследований
На побережье в районе Марре-Сале нами исследованы разрезы четвертичных отложений с ПЖЛ и пластовыми льдами (рис. 1). Проводились как полевые, так и аналитические работы. Гранулометрические анализы, определение содержания органического углерода, степени засоления отложений и состава водно-растворимых солей методом водной вытяжки выполнены в лаборатории литологии и геохимии ВНИИОкеангеологии (Санкт-Петербург). В пробах воды из расплавов льда анализировались изотопный состав кислорода (б18О) и водорода (6Б). Образцы проб в каждой ледяной жиле отбирались по горизонтальным профилям и вертикальной оси жилы. Использование специального бура, диаметром 15 мм, позволило отбирать точечные пробы объёмом 60 мм3. Изотопный состав кислорода и водорода определялся в изотопной лаборатории Института полярных и мор-
ских исследований им. Альфреда Вегенера в Германии (Isotope Laboratory of Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Research Unit Potsdam). Значения б18О и ÖD оценивались в промилле по отношению к стандарту средней океанической воды с погрешностью 0,1 и 1 % соответственно.
Для уточнения генезиса отложений, вмещающих пластовый лёд, и подземных льдов использовался метод детальной гранулометрии (аналитик А.В. Сурков). Образцы отбирались как из отложений, вмещающих подземные льды, так и изо льда (минеральная взвесь). По методике А.В. Суркова [16], исключающей потерю тяжёлой фракции после отмучивания с декантацией, подготовлены пробы и исследованы мономинеральные фракции тяжёлых минералов (магнетит, монацит, ильменит, циркон, рутил, гранат, эпидот) и кварца.
Описание разреза
Верхняя часть разреза с поверхности до глубины 2—3 м сложена пресными песками, лёгкими супесями, а там, где сохранились фрагменты торфяников, — торфом мощностью 0,5—1,5 м (рис. 2, горизонт А). До глубины 1,4 м отмечаются талые
Рис. 2. Береговой обрыв в районе полярной станции Марре-Сале:
1 - A, B, C, D - горизонты пород; 2 - полигонально-жильные льды и фрагменты криотекстуры; 3 - песчано-глинистые талые отложения; 4 - возраст отложений, по Forman et al, 2002; 5 - номера разрезов Fig. 2. The cliff near Marre-Sale Polar station:
1 - A, B, C, D - strata levels; 2 - ice wedges and parts of cryostructure; 3 - sandy-clay thawed sediments; 4 - age of deposits, by Forman et al, 2002; 5 - number of stripping
породы, которые на участках, лишённых растительности, интенсивно раздуваются. Ниже слоя оттаивания залегают малольдистые отложения массивной криотекстуры. Пески и супеси — слоистые, оторфованные, пылеватые (примесь крупной пыли у поверхности достигает 60%). На накопление отложений в условиях речной поймы указывает соотношение тяжёлых минералов в песчаной фракции (аналитик А.В. Сурков). При описании кварца эоловой компоненты в породе не обнаружено, но, наряду с окатанными в разной степени обломками пород, присутствует примесь криогенно-обломочного кварца. Ниже залегают пылеватые слоистые супеси и суглинки сизого цвета, мощностью 2,5—4 м, с включениями тёмных пятен органики, частичками намывного торфа и автохтонными корешками растений (см. рис. 2, горизонт B). Нижние 20—30 см горизонта В представлены крупнозернистыми ожелезнёнными песками с обломками древесины, а также тёмно- и красноцветными гальками. Отложения пресные (степень засоления не превышает 0,05%), в составе водно-растворимых солей преобладают натрий и ионы гидрокарбонатов. Содержание органического углерода в породах Сорг изменяется от 0,4 до 0,6%. Слоистость отложений подчёркивается чере-
дованием 10-сантиметровых прослоев с различным содержанием сегрегационного льда (пояско-вая криотекстура). Для менее льдистых прослоев характерна массивная криотекстура (суммарная влажность отложений 16—20%), для сильно льдистых — микрошлировая с вертикально ориентированными шлирами (суммарная влажность отложений 35—55%). С глубиной льдистость возрастает. Нижний контакт подчёркивает невыдержанный по простиранию и мощности ледяной шлир, толщиной 2—5 см, с включениями песчаного материала и пузырьками воздуха. С глубины 5—8 м залегает ледогрунтовый горизонт, мощностью 3—10 м (см. рис. 2, горизонт С). В публикациях эта толща называлась пластовый лёд [1, 7, 10, 12, 13, 18].
Отложения разреза представлены чередующимися горизонтальными и волнистыми прослоями льда и линз, толщиной от нескольких до десятков сантиметров, в разной степени обогащённых песчано-глинистым материалом. В разных местах соотношение размеров частиц минеральных примесей во льду меняется: песчаных примесей — от 10 до 91%, пылеватых — от 6 до 62%, глинистых — от 10 до 36%. С глубиной песчаных частиц в ледо-грунтовой толще становится меньше и увеличивается примесь глинистых и пылеватых частиц.
Рис. 3. Геологическое строение вмещающих подземные льды отложений, степень засоления и соотношение ионов водно-растворимых солей.
Разрезы: a — Ms1; б — Ms3; в — Ms5; содержание анионов (дано со знаком минус); состав отложений: 1 — пески; 2 — супеси (алевриты); 3 — суг
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.