Лёд и Снег • 2013 • № 2 (122)
Подземные льды и наледи
УДК 551.34 (551.1)
Подземные льды - показатель плейстоценовой истории Российской Арктики
© 2013 г. Н.А. Шполянская
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова nella@shpolyanskaya.msk.ru
Статья принята к печати 29 января 2013 г.
Вечная мерзлота, пластовые льды, плейстоцен, полигонально-жильные льды, субмаринная криолитозона.
Massive ground ice, permafrost, Pleistocene, polygonal wedge ice, submarine cryolithozone.
На основании анализа происхождения подземных залежных льдов рассмотрен вопрос о геологическом развитии Российской Арктики в четвертичный период. Предложена классификация пластовых льдов, содержащая два новых, выявленных автором генетических типа льдов - субмаринный и прибрежно-морской, для которых даётся новый механизм их образования. Установлена возможность формирования вечной мерзлоты с пластовыми льдами непосредственно в морских условиях. Выявлены существенные различия в геологическом развитии, в частности в трансгрессивно-регрессивном режиме, между западным и восточным секторами Арктики. Это ставит под сомнение ведущую роль гляциоэвстатических процессов в колебаниях уровня моря и выводит на первый план роль тектонических процессов.
На равнинах Российской Арктики и Субарктики широко распространены крупные залежи подземных льдов. Они различаются формой, условиями залегания, характером вмещающих отложений, макро- и микростроением, а также химическим составом, что обусловлено их генезисом. Подземный лёд, образовавшись однажды, сохраняет «память» о первоначальных условиях своего формирования. Поскольку время «жизни» подземных льдов соизмеримо с геологическим, залежи льда имеют высокую палеогеографическую информативность. Характерная особенность в размещении залежных льдов — достаточно чёткая приуроченность разных генетических типов к определённым районам или возрастным горизонтам. Именно поэтому закономерности распространения разных типов льдов отражают историю развития соответствующих районов. Цель данной работы — на основании исследования подземных залежных льдов показать, что в плейстоцене развитие западной и восточной частей Российской Арктики протекало по-разному. Кроме того, необходимо остановиться на некоторых общих вопросах, касающихся ведущих факторов, определявших палеогеографию этого региона.
Западный сектор
На равнинах Западной Сибири и северо-востока Европейской части России наиболее широко распространены пластовые льды (рис. 1). Это — собирательное название крупных неопределённой формы ледяных залежей, размером в десятки метров по вертикали и протяжённостью сотни метров. До настоящего времени их происхождение — предмет спора среди исследователей. Одни считают, что это — захороненные остатки покровных ледников, т.е. свидетели бывшего покровного оледенения, другие относят их к вну-тригрунтовым образованиям, доказывающим отсутствие покровного оледенения. В результате наших исследований установлена разнородность пластовых льдов, среди которых отмечаются и внутригрунтовые, и погребённые ледниковые льды. Мы выделяем четыре генетических типа пластовых льдов: субмаринного генезиса; прибрежно-морского генезиса; инъекционные и погребённые наземные льды [36, 39].
Субмаринные льды. Наиболее распространены льды, выделенные нами как льды, сформировавшиеся непосредственно на дне моря и названные субмаринными. Обычно они приурочены к дислоцированным морским отложениям, представлены
70° 90° 110° 130° 150° 170° 170°
Рис. 1. Карта подземных залежных льдов (составлена И.Д. Стрелецкой и Н.А. Шполянской, шельф — по В.А. Соловьеву и С.И. Рокосу с добавлениями):
1 - границы позднеплейстоценовых морских равнин; 2 - границы плейстоценовых озёрно-аллювиальных равнин; 3-8 - крупные залежи подземных льдов разного генезиса: 3 - субмаринного, 4 - смешанного, 5 - прибрежно-морского, 6 - инъекционного, 7 - погребённые (первично наземные), 8 - полигонально-жильные льды; 9 — внешняя граница шельфа; 10—12 - криоли-тозона шельфа: 10 - вечномёрзлые реликтовые породы с температурой 0 н—2 °С, мощностью до 200 м и более, 11 - современные вечномёрзлые породы с температурой 0 н—1,5 °С, мощностью до 80—100 м, 12 - многолетнеохлаждённые породы с островами новообразующейся вечной мерзлоты, с температурой 0 н—1,5 °С, мощностью до 80—100 м
Fig. 1. Map of massive ground ice (by I.D. Streletskaya and N.A. Shpolyanskaya, the shelf area is adapted with modifications from V. A. Solovev and S. I. Rokos):
I - Late Pleistocene marine plains boundaries; 2 - Pleistocene lacustrine-alluvial plains boundaries; 3-8 - large bodies of ground ice of different origin: 3 - submarine, 4 - mixed, 5 - coastal-marine, 6 - injected, 7 - buried (primarily surface), 8 - polygonal wedge ice; 9 -shelf outer boundary; 10-12 - shelf cryolithozone: 10 - relict permafrost with a temperature of 0 н -2 °С, up to 200 m thick and more,
II - modern permafrost with a temperature of 0 н -1.5 °С, 80-100 m thick, 12 - perennially cryotic ground with newly forming permafrost islands with a temperature of 0 н -1.5 °С, 80-100 m thick
ледогрунтовыми образованиями и отличаются тонким сопряжённым переслаиванием грунтовых и ледяных слоёв нередко очень сложной конфигурации (рис. 2, а). Текстурная особенность таких образований — высокая взаимная согласованность тонких слоёв, наблюдаемая даже при очень сложной их конфигурации, — свидетельствует о субак-вальном типе осадконакопления в относительно глубоководных условиях моря при одновременном (сингенетическом) накоплении и промерзании донных осадков. Микроструктура льда (см. рис. 2, б) также указывает на субмаринную среду формирования: тончайшие грунтовые прослои в виде взвеси вытянуты параллельно друг другу в направлении осадконакопления. Кристаллы с чёткими гранями росли в свободной водной среде и в дальнейшем не испытывали напряжений и перекристаллизации. Грунты засолены, химический состав отражает мор-
ской тип засоления (таблица); микрофаунистиче-ские и радиоуглеродные данные, результаты специального грануломинералогического анализа [40, 41] также указывают на морской генезис толщ (черепичное наложение друг на друга зёрен разного размера и разных минералов). Пластовые льды данного типа повсеместно подстилаются и перекрываются морскими осадками.
Возможность субаквального льдообразования в арктических морях была разработана нами ранее [35, 37]. Суть её состоит в следующем. Промерзание донных осадков зависит от соотношения их температуры и солёности. Имеющиеся материалы показывают, что температура дна моря меняется в пространстве в зависимости от его глубины. С увеличением глубины моря относительно береговой линии температура сначала повышается, а затем понижается и при глубине примерно 40—50 м
Рис. 2. Дислоцированный пластовый лёд суб-маринного генезиса в разрезе «Тадибеяха» (Западный Гыдан) — а (фото Н.А. Шполянской) и микроструктура льда в разрезе «Тадибеяха» — б (фото В.Г. Хлапа)
Fig. 2. Dislocated massive ice body of submarine genesis in the «Tadibeyakha» section (Western Gy-dan) - a (photo by N.A. Shpolyanskaya), and ice microstructure in the «Tadibeyakha» section -б (photo by V.G. Khlap)
Результаты химического анализа поверхностных и атмосферных вод, расплавов из пластовых и текстурообразующих льдов, линз криопэга и поровых растворов, вмещающих лёд отложений в районе р. Се-Яха (Мутная), Ямал [28]*
Характеристика образца Общая минерализация, мг/л Cl- SO42- HCO3- Na++K+ Ca2+ Mg2+
Атмосферные осадки (дождь) 29 августа 1988 г. 38 7/37,5 9/33,9 10/28,6 9/67,9 2/17,8 1/14,3
Снежник в районе 4 августа 1988 г. 83 7/18,8 13/24,1 39/57,1 19/73,2 3/12,5 2/14,3
Река Се-Яха (Мутная) 4 сентября 1990 г. 210 12/12,3 10/8 130/79,7 8/78,3 3/15,4 5/6,3
Поровые растворы глин, перекрывающих лёд: текстурообразующий лёд 2 м над пластом льда 0,2 м над пластом льда 189 96/86,8 8/5,5 15/7,7 65/91,0 4/6,4 1/2,6
40 792 22 958/93,8 1292/3,9 1000/2,3 15125/95,1 167/1,3 292/3,6
20 542 10 125/84,4 1583/9,9 1208/5,7 7375/94,8 125/1,7 125/3,5
Пластовый лёд 78 24/56,7 17/30,0 10/13,3 23/81,7 3/13,3 1/5,0
Криопэг под пластовым льдом 58 507 37 778/98,5 764/1,5 Нет 9229/37,1 6733/31,1 4183/31,8
Поровые растворы песков, подстилающих пластовые льды 2 407 507/39,6 529/30,7 654/29,7 418/50,5 214/29,7 100/19,8
Морская вода 35 000 19350/90 2700/9 70/1 11 100/79 420/3 1300/18
*Содержание ионов: в числителе, мг/л, в знаменателе, мг-экв %.
Рис. 3. Совмещённый график распределения по глубине (Z, м) температуры (T, °С) и солёности (S, %о) донных осадков арктического шельфа. Составлен Н.А. Шполянской. 1 - поверхность дна моря; 2 - современная температура донных грунтов (вертикальный grad T = 0,04 °С/м); 3 - изменение температуры донных грунтов по мере накопления осадков и смещения вверх поверхности дна моря; 4 - интервал глубин, где солёность поровых растворов соответствует температуре их замерзания и происходит промерзание донных грунтов; по мере накопления осадков этот интервал тоже смещается вверх; изменение солёности с глубиной (красная линия) дано по [34] Fig. 3. Combined graph of temperature (T, °С) and salinity (S, %) distribution with depth (Z, м) in the Arctic Shelf bottom sediments. Made up by N.A. Shpolyanskaya. 1 - seabed surface; 2 - recent temperature of bottom sediments (vertical gradient T = 0.04 °C/m); 3 - variation in bottom sediments temperature with accumulation of deposits and up-shift of the seabed surface; 4 - depth interval with freezing bottom sediments; this interval also moves upward with accumulation of sediments; salinity change with depth (red line) is given according to [34]
достигает самых низких значений (-1,6 ^ -1,8 °С). При дальнейшем росте глубины моря температура дна не изменяется на обширных пространствах примерно до глубины 250 м. Это означает, что в пределах данных площадей есть потенциальные условия для промерзания донных грунтов. Солёность воды, высокая в верхних слоях донных грунтов и поэтому препятствующая их промерзанию, согласно многочисленным литературным данным, закономерно уменьшается от поверхности дна в глубь толщ
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.