Колебания уровня моря в голоцене: взгляд с Камчатки
Т.К.Пинегина
В настоящее время существует несколько взглядов на характер колебаний уровня океана в голоцене [1—6]. Большинство ученых считают, что в интервале 5—7 тыс. лет назад он достиг максимума, который на 1 — 3 м превышал уровень, наблюдаемый сегодня (или примерно ему соответствовал). Ряд же исследователей полагают, что среднеголоценовый уровень понизился до современного в интервале от 4 до 2 тыс. лет назад. Вместе с тем, если сравнить кривые колебаний уровня океана, построенные для различных районов мира, то разброс данных превышает 10 м и даже наклон и направление кривых для одних и тех же промежутков времени не совпадают.
Абсолютный и относительный уровни океана
На осредненной кривой колебаний уровня океана в голоцене (рис.1), построенной по данным, которые получены для разных побережий мира, среднего-лоценовый максимум вообще отсутствует (а его наличие признает большинство ученых). Дело в том что, хотя речь идет об абсолютном уровне океана, все имеющиеся кривые отображают относительный, так как они построены относительно какого-либо репера на берегу (напри© Пинегина Т.К., 2014
Татьяна Константиновна Пинегина,
кандидат географических наук, старший научный сотрудник лаборатории сейсмологии Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский). Область научных интересов — палеосейсмология, палеоцунами, активная тектоника. Неоднократно публиковалась в «Природе».
мер, тылового шва хорошо сохранившейся и точно датированной морской террасы). Эти опорные точки не остаются неподвижными. Они испытывают тектонические движения вместе с литосферными блоками, на которых располагаются. В разных геодинамических обстановках блоки земной коры движутся с разной скоростью, и направление их вертикальных перемещений также может быть различно. Таким образом, изменения уровня океана на любом побережье мира — результат наложения глобальных колебаний уровня (связанных с оледенениями и межледниковьями) и локальных тектонических движений [7]. Построенные кривые поэтому показывают изменения относительного уровня для отдельно взятых районов. Кривая же, отражающая глобальные колебания абсолютного уровня океана, весьма условна. Итак, в районах с наиболее активными тектоническими процессами относительные колебания уровня океана (относительно побережья) могут совершенно не совпадать с абсолютными колебаниями.
На территории России наиболее тектонически активные районы — п-ов Камчатка и Курильские о-ва. Они расположены вдоль зоны субдукции, где Тихоокеанская литосферная плита погружается под Евразийскую со средней скоростью около 8 см/год. В рельефе морского дна зонам субдукции соответствуют глубоководные желоба. Здесь происходят наиболее сильные землетрясения. Для побережий, расположенных вдоль таких зон, характерны резкие и медленные вертикальные разнонаправленные движения, которые связаны с ко-сейсмическими (образованными во время землетрясения) деформациями, постсейсмической релаксацией и интерсейсмическим накоп-
лением напряжений [8, 9]. Подобные движения приводят к тому, что колебания относительного уровня океана могут существенно различаться даже для близкорасположенных участков побережий. Однако тектонические движения здесь не хаотичны, они подчинены определенным закономерностям.
Согласно геодезическим, а в последнее время и GPS-дан-ным, сильные межплитные землетрясения вызывают вертикальные косейсмические деформации на побережьях, расположенных даже в нескольких сотнях километров от глубоководных желобов. Наблюдения, проведенные после некоторых крупнейших исторических землетрясений (например, Чилийского 1960-го года с Mw = 9.5; Аляскинского 1964-го с Mw = = 9.2; Индонезийских 2004-го с ^ = 9.5 и 2005-го с Мw= 8.6; Японского 2011-го с Mw=9.1 и др.) показали, что земная поверхность над ближайшей к желобу частью очага (на взброшенном крыле) во время субдукционного землетрясения поднимается. В то же время область, которая находится ближе к вулканической дуге (над более глубокой частью очага), опускается. Амплитуды зарегистрированных на побережьях в историческое время эпизодов косейсмических поднятий достигали 4—6 м, амплитуды опусканий составляли 1—2 м [9]. На фоне таких резких тектонических движений морские аккумулятивные террасы на побережьях также периодически опускались и размывались, либо воздымались и выдвигались в сторону моря. В первом случае относительный уровень океана резко повышался, во втором — резко понижался.
Береговые линии: древние и современные
На протяжении последних 20 лет на камчатском побережье проводились исследования по восстановлению параметров (величины вертикальных и горизонтальных заплесков и повторяемости) голоценовых цунами. Для этого (помимо других задач) следовало восстановить пространственное положение древних береговых линий в различные моменты времени относительно современного уреза воды [10, 11].
За счет приливно-отливных и штормовых флуктуаций уровень океана нестабилен, и под береговой линией подразумевается верхняя граница
Рис.1. Изменение уровня океана в голоцене для разных районов мира. Погрешность определения показана разноцветными точками с «усами». Жирная линия — осредненная методом наименьших квадратов кривая изменения уровня океана (http://www.globalwarmingart.com).
активного пляжа, в пределах которого формируется береговой вал. Его высота зависит от волновой энергии, воздействующей на побережье. Серия разновозрастных береговых валов, последовательно причлененных друг к другу, образует аккумулятивную морскую террасу. Высотное положение верхней границы активного пляжа в разные моменты времени может быть различным и контролируется относительным уровнем океана.
Зарастание песчано-галечной поверхности берегового вала густой растительностью и появление на ней почвенного профиля означают, что береговой вал вышел из зоны штормовой досягаемости и стал реликтовым (неактивным). В геологическом разрезе окончанию процесса формирования вала соответствует граница между морскими и перекрывающими их субаэральными отложениями; пространственное положение берегового вала определенного возраста дает нам примерное положение верхней границы активного пляжа.
Определение верхней возрастной границы формирования морских террас (т.е. собственно, береговой линии) проводилось с помощью метода тефрохронологии — по маркирующим горизонтам вулканических пеплов (тефры), залегающих в самом основании почвенного чехла, непосредственно над морскими отложениями. При извержении вулкана пепел плащом покрывает огромную территорию и образует четкий горизонт, который можно проследить на большие расстоя-
ния (от сотен до нескольких тысяч километров). Практически каждый слой тефры обладает уникальным набором свойств (цветом, размерностью, минералогическим составом и составом стекла и др.), позволяющим идентифицировать его в геологических разрезах [12, 13]. Точность определения возраста тефры зависит от точности радиоуглеродного датирования вмещающей ее органики. Погрешность в возрасте обычно не превышает ±100 лет, а иногда — ±30 лет.
Характер поперечного профиля морских террас (наличие лестниц, плавное повышение или понижение в сторону суши и др.) зависит главным образом от того, в каком направлении и как (постепенно или импульсами) менялся относительный уровень океана.
Таким образом, изучая распространение морских террас вдоль побережья (в данном случае речь идет прежде всего об аккумулятивных террасах), определяя их возраст, измеряя высоты можно выявить тектоническую составляющую в их формировании. Главное при этом — восстановление положения древних береговых линий относительно современной в различные моменты времени.
Наблюдения и модели
На Камчатке максимальный абсолютный уровень океана в голоцене был 5.5—6.5 тыс. лет назад [10, 14, 15]. К этому времени относится формирование лагун (в результате подтопления берега морем) почти по всему беринговоморскому побережью Камчатки, расположенному к северу от зоны субдукции и тектонически более стабильному. Судя по тому, что в настоящее время кровля лагунных отложений здесь находится практически на современном уровне (±1—2 м), существенных колебаний абсолютного уровня океана в среднем— позднем голоцене не происходило. Следовательно, короткопериодные крупноамплитудные (в несколько метров) колебания относительного уровня океана на побережьях, расположенных вдоль зоны субдукции, — результат вертикальных тектонических движений.
Наличие косейсмических деформаций на побережье Камчатки находит подтверждение прежде всего в разновысотности и «ступенчатости» голо-ценовых морских террас (рис.2) [10]. На рисунке видно, что побережья полуостровов в целом воздымаются, в то время как берега крупных заливов опу-
Рис.2. Примеры топографических профилей, проведенных через морские террасы в разных районах восточного побережья Камчатки.
а
косей см и чес кое опускание
б
косеисмическое поднятие
Рис.3. Топографические профили побережий, периодически подвергающихся косейсмическим опусканиям (на примере бухты Мутной, южная Камчатка, а) и косейсмическим поднятиям (на примере п-ова Кроноцкий, б). Стрелки с цифрами показывают направления и примерную амплитуду косейсмических деформаций. Пунктиры соответствуют положению погребенных уступов размыва, образованных после опускания побережья.
скаются или остаются относительно стабильными. Поднятия и опускания могут сменять друг друга в разные периоды сейсмического цикла (во время накопления напряжений и во время их реализаций в виде подвижек по мегаразлому, который, по сути, и представляет собой зона субдукции). Кроме того, во многих случаях на восточном побережье Камчатки в рельефе не сохранилось морских террас возрастом около 5—6 тыс. лет, широко представленных вдоль тектонически-стабильных (пассивных) континентальных окраин. Отсутствие средне-голоценовых террас указывает на этапы значительного размыва, даже если сейчас на побережье происходит аккумуляция. Чередования аккумуляции и размыва свидетельствуют в пользу быстрых разнонаправленных тектонических движений.
Анализ
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.