Лёд и Снег • 2015 • № 1 (129)
Палеогляциология
УДК 910.2 doi: 10.15356/IS.2015.01.08
Отложения приледниковых озёр - основа для создания непрерывных летописей
истории голоценового оледенения
© 2015 г. М.Ю. Александрии
Институт географии РАН, Москва anothergeometry@gmail.com
Proglacial lake sediments - a basis for uninterrupted chronicles of the Holocene glacier variations
M.Y. Alexandrin
Institute of Geography, Russian Academy of Sciences, Moscow
Статья принята к печати 25 октября 2014 г.
Климат голоцена, озёрные осадки, палеоклиматические реконструкции, палеолимнология, реконструкции оледенения.
Holocene climate, lake sediments, paleoclimatic reconstructions, paleolimnology, reconstructions of glacier variations.
Озёрные осадки могут служить основой для создания непрерывных реконструкций голоценовых колебаний ледников с высоким разрешением. В статье рассматриваются история становления палеолимнологической методики в гляциологии и теоретические основы метода, освещены главные методики анализа озёрных осадков, а также способы построения возрастных моделей. Анализируются возможности и ограничения реконструкции высоты границы питания ледников на основе озёрных осадков. Приведены примеры подобных реконструкций в разных районах мира.
Lake sediments can provide a basis for creating uninterrupted reconstructions of the Holocene glacier variations with high resolution. The article covers the origin of paleolimnological method in glaciology, concerns the theoretical background of the approach, focuses on the principal methods of analysis of the lake sediments and creating the sedimentary age-depth models. The article considers the possibilities and limitations of reconstructing the equilibrium-line altitude based on lake sediments. The examples of similar reconstructions in various regions of the world are stated.
Введение
Ледники представляют собой чувствительные индикаторы изменений климата. Реконструкция колебаний ледников в прошлом и понимание климатических причин изменчивости ледников в настоящем — не тривиальные научные проблемы. Традиционные методы реконструкции колебаний ледников основаны, в первую очередь, на определении возраста конечных и береговых морен, сформированных во время прошлых на-ступаний ледников. К сожалению, следы древних морен уничтожаются в результате более поздних наступаний, поэтому на основе их изучения невозможно получить информацию о размерах и колебаниях ледника в период его сокращения. Это справедливо вне зависимости от того, какой метод используется для датировки моренного материала, — космогенные изотопы, лихенометри-ческий метод или радиоуглеродная датировка органического материала, погребённого между отдельными горизонтами морен.
Приледниковые озёра, в которых аккумулируются продукты экзарационной деятельности лед-
ника, служат идеальными ловушками осадков и относятся к важнейшему источнику палеогляцио-логической информации. Осадконакопление не прекращается ни в периоды наступания, ни в периоды отступания ледника. Это — непрерывный архив палеогляциологических данных. Озёрные осадки могут отражать значительные временные интервалы — часто речь идёт о всём периоде голоцена и даже больше. Если скорость осадкона-копления достаточно высока, то есть возможность сделать реконструкцию рекордно высокого временного разрешения. Кроме того, комплексный анализ разных физико-химических и биологических параметров озёрных осадков позволяет получить сведения сразу о нескольких параметрах изменений ландшафтов и климата.
В этой работе даётся обзор достижений в области изучения колебаний ледников на основе изучения озёрных осадков, рассматриваются особенности методики анализа озёрных отложений, а также возможности и ограничения палеолимноло-гического метода, приводятся некоторые примеры конкретных реконструкций, которые иллюстрируют значительные возможности данного метода.
Теоретические основы метода
Фундаментальные основы палеолимнологи-ческого метода базируются на различиях ледниковой и неледниковой составляющих донного осадка, накапливающегося в приледниковых озёрах, т.е. в озёрах, гидрологически связанных с деятельностью ледника. Принципиально здесь — содержание в осадке органического материала, так как осадок, имеющий преимущественно ледниковое происхождение, состоит из неорганического продукта — измельчённой породы, образующейся на контакте ледника с ложем, в то время как осадок неледникового генезиса в значительной степени обогащён органикой за счёт транзитного смыва со склонов. Впервые этот источник для палеогляциологических реконструкций в систематическом виде использовал В. Кар-лен [22] при реконструкции колебаний небольшого ледника в Северной Лапландии на основе изучения кернов приледникового озера Уио1ер АПака8]аиге. В работе 1976 г. он одним из первых предположил, что измельчённая порода, образующаяся на контакте ледника и ложа в результате экзарационной деятельности ледника и отлагающаяся в озёрах ниже по течению, может помочь созданию непрерывной летописи колебаний ледника. Объём и дальность переносимого осадка приледниковых озёр и его состав обнаруживают высокую корреляцию с размерами ледника. Часто эту связь можно выразить численно. Так, С. Дал [14] использует соотношение 1:4 между размером ледника и дальностью переноса осадка для ледников долины Финсе в Южной Норвегии. При этом наиболее явные различия в осадке отмечаются, когда в изучаемый период ледник в водосборе значительно сокращался или полностью исчезал.
Подобную систему рассматривает В. Кар-лен — ледник площадью 0,54 км2 и два последовательно расположенных приледниковых озера. В такой системе основной объём осадка накапливается в верхнем озере, а нижнее, из которого были получены три керна осадка, имея мощность осадка всего 1—2 м, хранит летопись практически за весь период голоцена (датировка нижней части керна — 9345+340 лет 14С). Возрастная модель построена на основании девяти радиоуглеродных датировок и для неё характерна практически постоянная скорость осадкона-
копления. По словам автора, различия в составе осадка видны визуально, но особенно явно они заметны при чередовании светлых и тёмных прослоев разной мощности на полученных рентгенографических изображениях керна. При сопоставлении кривых потерь при прокаливании (потерь массы осадка за счёт сгорания органогенного углерода) и рентгеновской плотности осадка обнаружена чёткая корреляция, подтвердившая общее предположение, согласно которому повышение органогенной составляющей в осадке приледниковых озёр указывает на уменьшение поступления в озеро продуктов эк-зарационной деятельности ледника и соответственно на сокращение его размеров, и наоборот. Результаты исследования позволили выделить четыре периода наступания ледников для Северной Лапландии: 7500—7300, в районе 4500, 2800—2200 л.н. и последние наступания малого ледникового периода. В работе 1976 г. В. Карлен рассматривает три вида индикаторов колебаний ледников Северной Швеции — датировки морен на основе лихенометрического метода, вариации в составе осадков приледниковых озёр и колебания верхней границы произрастания соснового леса. Согласованность результатов реконструкций, полученных на основе разных индикаторов, послужила подтверждением возможностей палеолимнологического метода.
Как правило, озёрные осадки характеризуются разными соотношениями органического вещества, минерального обломочного материала и карбонатных пород. Органическое вещество в составе озёрного осадка появляется при его образовании непосредственно в озере или путём переноса в озеро органического материала, находящегося в пределах водосбора. Минеральная составляющая связана с береговыми и русловыми эрозионными процессами, а также с переносом талых ледниковых вод, содержащих измельчённую породу, с эрозионной деятельностью ледника, эоловым переносом вещества, с различными склоновыми процессами (обвалы, оползни, лавины и т.д.). В приледниковых озёрах изменчивость минерального осадка обычно больше, чем изменчивость автохтонного органического материала, т.е. в таких озёрах колебания соотношения органической и минеральной составляющих отражают преимущественно формирование минерального осадка ледником.
Органическое вещество осадка
Наиболее общий способ определения количества органического вещества в осадке — метод потерь при прокаливании (loss on ignition — LOI) [18, 20]. При стандартном алгоритме работы с озёрным осадком определяется изначальная масса каждого из образцов в сыром виде (wet bulk density — WBD), затем образцы высушиваются при температуре 105 °С (обычно в течение ночи) и определяется их сухая масса (dry bulk density — DBD). Затем образцы нагревают при температуре 550 °С в течение двух часов. Органический углерод в составе осадка начинает сгорать при температуре 200 °С, а полностью сгорает при 550 °С. Последующее взвешивание образцов позволяет установить потерю массы осадка за счёт сгорания органического вещества (LOI). Очевидно, что все три показателя — WBD, DBD и LOI должны находиться в прямой зависимости. Однако интерпретация результатов анализа на потери при прокаливании не всегда очевидна, так как оставшийся при сгорании материал может содержать карбонаты и органический кремнезём (диатомовые). Наиболее пригодные объекты для палеореконструк-ций на основе анализа осадков на потерю массы при прокаливании — небольшие горные озёра с площадью поверхности до 1 км2, расположенные в пределах кристаллических коренных пород, характеризующиеся редкой окружающей растительностью и незначительным почвенным покровом. В таких озёрах на содержание органического вещества в осадке влияет минимальное число факторов, и его величина может служить сигналом вариаций размеров ледника в водосборе.
Диатомовые — одноклеточные водоросли, для которых характерно наличие твёрдой двустворчатой тонкостенной кремнезёмной оболочки панциря. Параметр содержания органического кремнезёма (BSi) в осадке обычно свидетельствует о прямом образовании органического вещества в озере [46]. Изотопный состав карбонатов и биогенного кремнезёма, содержащихся в
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.