УДК 551.328
Колебания уровня моря и их отражение в составе и строении полигонально-жильных
льдов в низовьях Енисея
© 2014 г. О.Л. Опокина12, Е.А. Слагода12, И.В. Томберг3, М.Ю. Суслова3, А.Д. Фирсова3,
Т.В. Ходжер3, Н.А. Жученко3
1Институт криосферы Земли СО РАН, Тюмень; 2Тюменский государственный нефтегазовый университет;
3Лимнологический институт СО РАН, Иркутск opokina@ikz.ru
Sea level fluctuations and their signature in the composition and structure of polygonal wedge ice
in the Yenisei River lower reaches
O.L. Opokina12, E.A. Slagoda12, I.B. Tomberg3, M.Yu. Suslova3, A.D. Firsova3, T.V. Khodzher3, N.A. Zhuchenko3
1Institute of the Erath Cryosphere, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Tyumen'; 2Tyumen' State University of Oil and Gas; 3Institute of Limnology, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Irkutsk
Статья принята к печати 25 декабря 2013 г. Голоцен, Карское море, полигонально-жильный лёд, регрессия, трансгрессия, химия и микробиология льда. Chemistry and microbiology of ice, Holocene, Kara Sea, polygon-wedge ice, regression, transgression.
В низовьях р. Енисей изучены сартанские и голоценовые полигонально-жильные льды и вмещающие отложения. Проведён анализ их химического и микробиологического состава. Установлено, что голоценовые полигонально-жильные льды формировались в разных условиях: на склонах депрессий; в мелководных прибрежно-морских лагунах; на первой морской террасе; в термокарстовых понижениях. Показано, что осадконакопле-ние и рост полигонально-жильных льдов в низовьях р. Енисей коррелирует с уровнем моря в голоцене.
Late Pleistocene and Holocene polygonal-wedge ice is studied in the lower course of the Yenisei River. Ice distribution, features of the formation, chemical and microbiological composition were determined. It was established that ice wedges were formed on the slopes of the depression, in coastal-marine lagoons and in thermokarst during Holocene. The evidence of thermoabrasion and thermokarst in sediments as well as the marine signal in composition of polygonal-wedge ice allowed clarifying the southern limit of the Holocene transgression.
Изменения положения уровня моря, существенно влияющие на условия литогенеза в прибрежных районах, могут быть вызваны тектоническими [9] и гляциоизостатическими движениями [12], а также колебаниями климата: трансгрессии — потеплением, регрессии — похолоданием [14, 16]. Так, в сартанский криохрон уровень Карского моря понижался до отметок -50 ^—100 м [1, 16], а его подъём, связанный с потеплением, начался около 12,5—10,5 тыс. л.н. [16]. По колонкам донных осадков Енисейского залива в голоцене выделяют несколько трансгрессивных и регрессивных фаз [14]. В то же время в пойменных и субаэральных отложениях Енисейского Севера, сформировавшихся в эти периоды, исследователи отмечают широкое распространение полигонально-жильных льдов [4, 5, 13]. В последние годы полигонально-жильные льды были установлены и в прибреж-но-морских отложениях северо-запада о. Таймыр [17]. Известно, что такие льды образуются при морозобойном растрескивании верхних горизонтов пород, что свидетельствует о преобладании субаэральных условий на этой территории. Есть публикации и о покровном леднике, закрывавшем Карское море и прилегающую сушу в сар-танское время и голоцене [6]. В свете этой дис-
куссии представления о соотношении морского и субаэрального осадконакопления очень важны.
Методика исследований
В зависимости от целей изучения полигонально-жильных льдов используют разные методы. Так, для восстановления мерзлотно-литологиче-ских условий их формирования применяют крио-литологические методы; для определения изотопного возраста мёрзлых толщ — радиоуглеродное датирование (14С) [4, 7], а при наличии раковин моллюсков — АМВ-методы (14С и 23°ТЪ—и) [7]; для палеоклиматических реконструкций изучают изотопно-кислородный состав полигонально-жильных льдов [4, 15, 17], реже — их спорово-пыль-цевые спектры [3]. Исследования химического состава льда позволяет установить генезис воды, участвовавшей в его формировании [2, 17].
В 2008—2009 гг. сотрудники Института криосферы Земли СО РАН, Лимнологического института СО РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова и ВНИИОкенгеологии провели совместные геокриологические исследования береговых обнажений п-ова Таймыр и о. Сибирякова. Изучены состав и строение отложений с подземными льдами, собраны мёрзлые растительные остатки для опре-
деления возраста, отобраны монолиты льда из полигонально-жильных льдов для химических и микробиологических исследований. Перед отбором таких проб поверхность полигонально-жильного льда тщательно зачищали, сразу после вырубки монолиты льда помещали в полиэтиленовые ёмкости, а затем — в морозильную камеру, где они хранились при отрицательной температуре до доставки в лабораторию водной микробиологии Лимнологического института СО РАН.
Перед началом анализов монолиты льда зачищали и потом плавили в стерильных условиях, так как при хранении проб талой воды возрастает активность микробиоты и происходят необратимые изменения состава. До определения химического состава расплавы льда дополнительно фильтровали через мембранные (поликарбонатные) фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. Основные катионы (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) в талой воде измеряли методом атомной адсорбции (AAS-30, Zeiss Jena, Germany), анионы (SO42-, NO3-, Cl-) — методом жидкостной хроматографии (Миллихром А-02, Эконова, Россия), кремний, фосфаты, аммоний и нитриты — фотоколориметрическим методом (КФК-3, ЗОМО, Россия), щёлочность — потенциометрическим титрованием, органическое вещество — методом бихроматной окисляемости. При анализе микрокомпонентов использовали метод ИСП-МС на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500ce.
Для микробиологических исследований лёд очищали в стерильных условиях и плавили при температуре 4—6 °С. Численность микроорганизмов определялась методом прямого посева на питательные среды с последующим культивированием при низких температурах в течение двух месяцев. Изучение законсервированных во льду микроорганизмов позволило определить природные условия среды их обитания, так как существование определённого типа микробных сообществ зависит от физико-химических параметров водной толщи [19].
Результаты исследований
Для оценки масштаба трансгрессии Карского моря и влияния морских вод на формирование отложений в позднем неоплейстоцене и голоцене в берегах Енисейского залива и в устье р. Енисей изучены три геокриологических разреза, содержащих полигонально-жильные льды: «Диксон», «О. Сибирякова», «Кареповский» (рис. 1). В разрезах выделено от одного до трёх ярусов полиго-
79"_8Г_83" в.д.
Каре о.С 1 кое море с 1бирякова иксон 4 ptf
< Ле Гы, 0 > 0s СКИН( ) kN с 1-ОВ ь Таймыр
цанский п-ов 40 км \Со К IsL ДорофеевскоеС почная карга / N \оо ) \Воронцово С аУч \ ¿>/6J / Кареповский Ч (
Рис. 1. Схема расположения геокриологических разрезов: 1 — «Диксон»; 2 — «О. Сибирякова»; 3 — «Кареповский» Fig. 1. The location of the permafrost cross section 1 — «Dixon»; 2 — «Sibiryakova Island»; 3 — «Karepovsky»
нально-жильных льдов, приуроченных к разным стратифицированным слоям и не всегда имеющих один и тот же возраст.
Первый разрез — «Диксон» — пройден на северо-западе п-ова Таймыр, севернее посёлка, в пределах эрозионно-тектонической долины. Борта долины высотой 20—40 м сложены метаморфическими сланцами, гранитами и дислоцированными гнейсами, которые перекрыты мёрзлыми супесями с нечёткой наклонной слоистостью и с включениями дресвы коренных пород. Делювиальные супеси вмещают нижний ярус сингенетических жил (рис. 2, а, расчистки D1-07, D3-09), отнесённых предположительно к сартанскому криохрону [17]. Выше залегают склоновые суглинки, к центру долины переходящие в болотные и прибрежно-морские суглинки и супеси с автохтонным торфом и стволами деревьев (плавник). Органические остатки сформировались в период от 4,7—3,5 до 8,6 тыс. л.н. (табл. 1) [7]. Они вмещают верхний ярус сингенетических жил.
Клиновидные жилы нижнего яруса в верхней части размыты и осложнены внедрениями вы-
01-09
]301 \ \31\---132
0,8
Расстояние, км
Рис. 2. Разрезы берегового обнажения «Диксон» (2008, 2009 гг.) (а), «О. Сибирякова» (2009 г.) (б), «Кареповский» (2009 г.) (в):
1 — коренные породы; 2 — алевриты, супеси пылеватые; 3 — супеси; 4 — суглинки; 5 — дернина; 6 — супеси, суглинки пылеватые, алевриты; 7— пески слоистые; 8 — супеси с прослоями алевритовых песков; 9 — пески слоистые с аллохтонным торфом и растительным детритом; 10 — пески тонкозернистые, пылеватые; 11 — автохтонный торф; 12 — валунные суглинки высокольдистые; 13 — валунные суглинки малольдистые; 14 — пески, супеси слоистые с галькой и углём; 15 — пески заторфованные; 16 — озёрные пески, торф, супеси; 17 — современные осыпи; 18 — оползневые блоки песков, супесей; 19 — древесные остатки, щепа (а), автохтонный торф (б); 20 — валуны, гравий, галька; 21 — галька современного пляжа; 22 — пятна и потёки гидроксидов железа; 23 — внедрения супесей вверх (криотурбации); 24 — псевдоморфозы по полигонально-жильным льдам; 25 — лёд с прослоями торфа озёрного происхождения; 26 — полигонально-жильные льды: верхний ярус жил (а), нижний ярус жил (б); 27 — современные растущие ледяные жилы; 28 — современный лёд термоабразионной ниши; 29 — залеже- и текстурообразующие льды; 30 — поясковые криогенные текстуры;
§
и) ф
§
а:
с; ^
сг
О; £
С
а:
а ^
ф О; С
о 12 о й
» се
ел
§
Н г
2
5
ч
г О К о И
о §
43 чЗ
Й ей £ Й
С
. _ се
ел ел
с
се ^
ел ^
тд
о ^ ТЗ о
-д ю О
Й ел О
•Я •§
^ се £
5-н С
си «и
!=
и
00 д
=к
0
13 ТЗ
(3 3
Лз ЛЗ
1 £ * §
& »
ей
■й- • а 12
: се
о -я
§ Я
£ £
5 ^
•й- ° <3
ел Й
ТЗ ел
й 3
се о .
ел
О ¡э
ад ТЗ о
^ £ о с о
.¡а ^ с я
О Р
д ~ а • Я 3 ¡5 00
о &
се
■а
о р.
13 А
се сл оо Ч о .. о -с
X
§
.
О
о
^ 12 -У ^ й ^
л се в »А
& "Я 13
ел ей ^ > ^ О
ОЙ ^
р ■— о
1л 43 ТЗ с С еЗ
£
а
Оо ел
13 о й ^ о
ад ^ ^
о ^ а . -
^ 13
й о о
а
0
К се I V & v
1 ЗЗ^ I
й м 1
е
^ о се
Я н & гЗ § 12
§
ЕЗ.. -
О ет ГЦ о О К
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.