Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Эолово-мерзлотные образования (тукуланы) Центральной Якутии: строение, генезис, возраст, закономерности распространения

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Эолово-мерзлотные образования (тукуланы) Центральной Якутии: строение, генезис, возраст, закономерности распространения"

На правах рукописи

Куть Анна Алексеевна

ЭОЛОВО-МЕРЗЛОТНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ (ТУКУЛАНЫ)

ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ: СТРОЕНИЕ, ГЕНЕЗИС, ВОЗРАСТ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Специальность 25.00.08 - инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

25 № 2015

Якутск-2015

005559529

005559529

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.

Научный руководитель: Галанин Алексей Александрович,

доктор географических наук, главный научный сотрудник лаборатории региональной геокриологии и криолитологии, ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН

Официальные оппоненты: Слагода Елена Адольфовна,

доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией криогенеза геосистем квар-тера, ФГБУН Институт криосферы Земли СО РАН

Данилов Юрий Георгиевич,

кандидат географических наук, доцент, заведующий кафедрой географии, Институт естественных наук, Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова

Ведущая организация: Московский государственный университет

им. М. В. Ломоносова, кафедра криолитологии и гляциологии

Защита состоится «21» апреля 2015 г. в 9.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 003.025.01 при Институте мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН по адресу: 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36, Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.

Автореферат разослан «» февраля 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, уТ

кандидат геолого-минералогических наук //»^ Н. А. Павлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Уникальной особенностью Центральной Якутии является широкое распространение обширных массивов активно движущихся эоловых песков, формирующих комплексы параболических дюн, которые именуются тукуланами (Маак, 1983; Кузнецов, 1923; Благовидов, 1935; Невяжский, Биджиев, 1960; Катасонова и др., 1961; Алексеев, 1961; Лунгерсгаузен, 1961; Катасонова, Толстов, 1963; Колпаков, 1970; Бойцов, Шепелев, 1976; Павлов, 1981; Павлов, Максимов, 1981; Толстихин, Лукин, 2006 и др.). В морфоскульптурном отношении тукуланы наиболее близки к аридным (пустынным) образованиям. Однако в отличие от современных дюнных пустынь более низких широт они развиты в пределах криоли-тозоны сплошного типа. Разрезы тукуланов характеризуются сложным набором фаций, поэтому их генезис остается предметом дискуссии на протяжении многих десятилетий. С точки зрения официальной теории формирования криолитозоны (Геокриология, 1989) в Центральной Якутии отрицается возможность развития криогенно-эоловых образований в позднечетвертичное время, а современные дюнные комплексы рассматриваются как продукт недавнего переотложения ветром аллювиальных песков, накопленных в результате древних паводков.

Альтернативная точка зрения заключается в том, что современные тукуланы являются реликтами специфических плейстоценовых мерзлотных пустынь (Медянцев, 1962), поскольку в ассоциации с ними соседствуют обширные поля более древних сглаженных дюн, закрепленных растительностью, области распространения ветрогранников (дрейканте-ров) на пологих водоразделах (Колпаков, 1970, 1983), многочисленные россыпные проявления золота эолового типа (Шпунт, 1974; Филлипов, Никифорова, 1988; Филлипов, Васильев, 2006).

Для позднечетвертичных дюнных комплексов Центральной Якутии характерны уникальные для региона межмерзлотные талики мощностью несколько десятков метров. Известные источники: Махаата (Шепелев, 1976, 2011), Булуус, Ерюю и др. (Шепелев, 2011), - приурочены к древним закрепленным дюнным массивам и отличаются высококачественными питьевыми водами. Они имеют важное народнохозяйственное значение.

Ландшафты современных тукуланов являются климатическими индикаторами (Лукин, 2008), активно реагирующими на изменение

влажности и процессы опустынивания территорий. В данном контексте формирование дюнных комплексов является негативным явлением, приводящим к существенной деградации криолитозоны и истощению возобновляемых природных ресурсов.

Следует отметить, что незакрепленные дюнные массивы Центральной Якутии имеют большое эстетическое и рекреационное значение и могут быть использованы в качестве объектов туризма.

Изучение дюнных образований имеет важное фундаментальное значение для понимания эволюции криолитозоны, реконструкции климатических изменений и их прогноза. Изучение частично мерзлых дюнных образований имеет важное прикладное значение для оценки ресурсов высококачественных питьевых вод, инженерно-геологического проектирования сооружений, оценки ресурсного и рекреационного потенциала территории Центральной Якутии.

Диссертационная работа выполнена на стыке приоритетных направлений в рамках действующей темы НИР № VIII.77 «Физические и химические процессы в атмосфере, криосфере и на поверхности Земли, механизмы формирования и современные изменения климата, ландшафтов, оледенения и многолетнемерзлых грунтов», программа № VIII.77.2 «Криогенные, геологические и физико-химические процессы и их роль в формировании и развитии природных и техногенных систем криосферы». Исследования выполнялись при частичной поддержке РФФИ-РС(Я): № 12-05-98507-р_восток_а. «Отработка методов определения абсолютного и относительного возраста многолетнемерзлых пород, поверхностных и грунтовых вод Центральной Якутии на основе содержаний радиоуглерода и трития с использованием низкофонового спектрометра Quantulus 1220».

Объекты исследований

Объектами исследований диссертационной работы являются эоловые образования позднего плейстоцена и голоцена Центральной Якутии.

Цель исследований

Изучение строения, генезиса, возраста и закономерностей распространения дюнных образований Центральной Якутии.

Задачи исследований

1. Анализ информации из опубликованных и фондовых источников о закономерностях распространения, генезисе, возрасте и климатостратиграфическом значении дюнных песков Центральной Якутии.

2. Поиск и детальное изучение типологического дюнного массива и его опорного разреза с применением методов геоморфологии, стратиграфии, криофациального анализа, определения абсолютного возраста.

3. Комплексная интерпретация результатов гранулометрического, минералогического, микроморфологического и криофациального анализов на предмет обоснования четких диагностических критериев идентификации криогенно-эоловых образований в разрезах четвертичных отложений Центральной Якутии.

4. Дистанционное картографирование песчаных массивов Центральной Якутии на основе космической съемки с использованием ГИС-техно-логий, оценка их площади и закономерностей распределения в рельефе.

Фактический материал

В основе диссертационной работы лежат результаты экспедиционных исследований 2012 - 2013 гг., проведенных лично автором или при его участии в составе экспедиций лаборатории региональной геокриологии ИМЗ СО РАН на территории Центральной Якутии. В ходе работы автором либо при его участии было пройдено 23 маршрута, сделано 106 описаний зачисток естественных обнажений и выработок, отобрано 116 образцов на гранулометрический, 31 — на микроморфологический, 41 - на радиоуглеродный анализы.

Автором лично сделан гранулометрический анализ и его статистическая обработка, изучены более 500 цифровых микрографий кварцевых зерен, выполненных на сканирующем микроскопе Института географии РАН (г. Москва) при содействии к.б.н. В. С. Шишкова. Минералогический и радиоуглеродный анализы сделаны в лаборатории региональной геокриологии ИМЗ СО РАН.

Дистанционное картографирование и пространственный анализ дюнных образований Центральной Якутии выполнены лично автором с использованием пакета ArcGis 10, космических снимков Landsat, WorldView, изображений Google Earth и других и цифровой модели рельефа AsterDem 2V. Автором лично вычерчены все графические иллюстрации, собраны и проанализированы цитируемые литературные и фондовые источники.

Защищаемые положения

1. Криогенно-эоловые дюнные образования имели широкое распространение в Центральной Якутии в холодные эпохи позднего плейстоцена. Совокупность признаков криолитогенного строения дает возможность четко идентифицировать древние дюнные образования в разрезах четвертичных отложений.

2. Естественный разрез Кысыл-Сырского тукулана в бассейне нижнего течения р. Вилюй представляет собой фациальную летопись крио-генно-эолового морфолитогенеза позднего плейстоцена. Данный разрез свидетельствует о двух фазах активизации дюнообразования в Центральной Якутии - сартанской (30 - 10 тыс. л.н.) и позднеголоценовой (5 -0 тыс. л.н.). В интервале 10-5 тыс. л.н. происходило полное закрепление этого тукулана с образованием почвенно-растительного покрова.

3. Массивы дюнных песков (тукуланов) широко распространены в Центральной Якутии. Среди эоловых образований выделяются закрепленные дюнные массивы позднеплейстоценового возраста площадью около 65 тыс. км2 и незакрепленные позднеголоценовые дюны площадью более 2 тыс. км2, взаимоотношение которых указывает на поэтапное развитие рельефа в этом регионе и изменение климатических условий в период их формирования.

Научная новизна работы

1. Впервые в нижнем течении р. Вилюй исследован уникальный естественный разрез эолово-мерзлотных отложений позднего плейстоцена и голоцена — Кысыл-Сырский тукулан.

2. Впервые в регионе изучены эоловые отложения с использованием оригинальных приемов гранулометрического, минералогического и микроморфологического анализов, а также радиоуглеродного датирования разреза тукуланов.

3. Впервые разработаны дешифровочные признаки, составлен планшет космических снимков, электронная база данных и схема распространения позднечетвертичных дюнных массивов Центральной Якутии с использованием ГИС-технологий и цифровой модели рельефа. Впервые на новом качественном уровне выполнен пространственный анализ, оценены площади закрепленных и незакрепленных дюнных массивов Центральной Якутии.

Практическая значимость

Изучение строения и географии современных и древних дюнных комплексов имеет как фундаментальное, так и прикладное значение для оценки ресурсов и поисков новых источников пресных вод. С ареалами распространения древних и современных дюнных образований связаны эоловые россыпи золота и других полезных ископаемых. Изучение криогенно-эоловых отложений имеет важное значение для создания карты инженерно-мерзлотных условий, проектирования промышленных сооружений и линейной инфраструктуры, прогнозирования динамики

криогенных ландшафтов Центральной Якутии в связи с глобальными климатическими изменениями и техногенезом.

Апробация работы

Результаты работы были доложены на Международной научно-практической конференции «Современные тенденции в образовании и науке» (Тамбов, 2012), Всероссийской научно-практической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы северо-востока России» (Якутск, 2013, 2014), III Всероссийском научном молодежном форуме с международным участием, посвященном 140-летию М. И. Сумгина (Якутск, 2013), Всероссийском форуме научной молодежи «ЭРЭЛ-2014» (Якутск, 2014), VIII Международной конференции по геоморфологии (Париж, 2013) и Международной конференции «Криология Земли -XXI век» (Пущино, 2013).

Публикации

Материалы диссертации изложены в 8 печатных работах: в 3 статьях, в том числе 2 из списка ВАК, 1 материале и 5 тезисах научных конференций.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, 5 глав, заключения. Объем диссертации составляют 218 страниц машинописного текста, включающего 73 графические иллюстрации, 11 таблиц, 5 приложений и списка литературы из 223 наименований, 101 из которых - иностранные цитированные источники.

Благодарности

Автор благодарит своего научного руководителя д.г.н. А. А. Галанина за выбор данной тематики и объекта исследований, а также за консультации при обсуждении результатов и общих ключевых вопросов региональной геокриологии и палеогеографии Центральной Якутии. Автор признателен за советы д.г.-м.н., проф. В. В. Шепелеву, д.г.-м.н., проф. О. Н. Толстихину, к.г.-м.н. Д. О. Сергееву. Свою признательность за помощь в проведении исследований автор выражает сотрудникам Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, а именно: Н. К. Мишариной, И. В. Климовой, В. М. Лыткину, М. П. Бурнашевой, Н. Н. Ремизовой, Л. Ю. Бойцовой, М. И. Парфенову, А. П. Дьячковскому, Г. А. Шапошникову. Автор выражает благодарность также другим сотрудникам ИМЗ СО РАН и сотрудникам кафедры мерзлотоведения СВФУ им. М. К. Аммосова.

Глава 1. Изученность и современные представления об эоловых отложениях криолитозоны

Дюнные массивы распространены в высоких широтах Северного полушария, включая территории Канады, Аляски, Европы и России (рис. 1). В работах зарубежных исследователей (Black, 1951; Seppala, 1972; Muhs et. al„ 2003, 2001; Muhs, 2004; Wolfe, et. al„ 2002; Wolfe, 2006) были рассмотрены вопросы распространения, строения, генезиса дюнных массивов и их возраста. Большинство авторов считают, что дюнные массивы образовались в результате ветровой переработки осадков различного генезиса во время оледенений в течение четвертичного периода, похолодания климата и усиления ветрового режима. Авторы немногочисленных исследований в России (Обручев, 1927; Ко-нищев, Любимов, 1968; Выркин, 2010), помимо приведенных разрезов и установленного генезиса слагающих осадков, обратили внимание на тот факт, что песчаные комплексы несут в себе следы обстановки осадконакопления, делая возможной ее реконструкцию. В последние годы было отмечено, что этапы активизации эоловых процессов относятся к позднему плейстоцену и голоцену, к фазам аридизации климата. Отдельные аспекты строения, мерзлотно-гидрогеологической структуры и динамики были рассмотрены в работах С. С. Кузнецова (1929), Г. Ф. Лунгерсгаузена (1961), В. В. Колпакова (1970), А. В. Бой-цова, В. В. Шепелева (1976), П. Д. Павлова (1981), О.Н. Толстихина и В. В. Лукина (2006) и др. Обзор исследований перечисленных авторов, а также других исследований приведен в опубликованной автором работе (Урбан, Галанин, Лонгинова, 2014). Генезис и возраст дюнных комплексов обсуждается до настоящего времени. Существуют три основные точки зрения о их происхождении: 1. Древние и современные дюны были сформированы в результате ветровой переработки аллювиальных отложений. 2. Дюнные образования - это результат криоарид-ного морфолитогенеза в плейстоцене. 3. Песчаные массивы не являются эоловыми образованиями, а возникли в результате катастрофических паводков.

Легенда |

Рис. 1. Схема распространения и изученности эоловых отложений криолитозоны в мире и ландшафтно-геоморфологическая схема Кысыл-Сырского тукулана:

1 - реки и озера; 2 - низкая пойма; 3 - затапливаемые песчаные косы и пляжи; 4 - высокая пойма; 5-9 - поверхность первой надпойменной террасы р. Вилюй высотой 8 - 10 м: 5 - кустарничково-зеленомоитый лиственничник с примесью берез и кедрового стланника, 6-участки спущенных торфяных озер, 7 - незакрепленные поверхности дюнных песков, 8 - древесно-кустарничковая растительность с сосной обыкновенной и березами, 9 - поверхность древних

закрепленных песков; 10-11 -гребни дюн I (11) и II порядка (10); 12 - направление течения реки. Цифры на карте соответствуют источникам цитированной литературы в тексте диссертации

Глава 2. Методы исследований

Гранулометрический состав определялся в лабораторных условиях согласно ГОСТ 12536-79 и 25100-11, а также с применением классификации В. В. Охотина (Сергеев, Голодковская и др., 1971). Песчаный материал исследовался стандартным ситовым методом. Для осадков, размер частиц которых меньше 0,1 мм, определение было выполнено арео-метрическим методом. Результаты гранулометрического анализа были обработаны статистическим методом на основе метода кумулятивных кривых и статистик перцентилей Р. Фолка (Folk, 1980; Шванов, 1969). Минералогический анализ сделан классическим оптическим методом с использованием иммерсионных жидкостей.

Метод микроморфологического анализа охарактеризован в работах В. Н. Конищева (1981), В. В. Рогова (2000), В. А. Алексеевой (2003). Микрографии зерен были выполнены с помощью сканирующего микроскопа при 150 - 300- и 500-кратном увеличении. На основе полученных микрографий составлен атлас микроморфологии кварцевых зерен Кысыл-Сырского разреза, приведенный в приложении диссертации.

Датирование органических остатков проводилось в радиоуглеродной лаборатории Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН классическим методом жидкостной сцинтилляции на спектрометре-радиометре Quantulus 1220. Для верификации результатов выполнялись перекрестные датировки в других лабораториях.

Дистанционное картографирование и пространственный анализ были выполнены программными средствами ArcGislO с применением топооснов масштаба 1:500 000, спутниковых снимков (Geoeye-1, Ikonos 2, Метеор-ЗМ-1 и Метеор-М1, 2000-2013 гг.). Оценка площадей и высотного распределения выполнялась методами пространственного анализа с использованием известных цифровых моделей рельефа.

Глава 3. Физико-географическая характеристика районов

распространения дюнных массивов Центральной Якутии

Исследуемый район расположен в центральной части Сибирской платформы, в бассейне нижнего течения р. Вилюй и среднего течения р. Лены. Рельеф равнинный, холмистый, низменный. Широко распространены многолетнемерзлые тонкодисперсные осадки четвертичного возраста: пески, супеси, суглинки, представленные различными фациями галечного и супесчаного аллювия, озерных, болотных, едомных отложений, эоловых песков и др. (Государственная геологическая карта, 1959).

Климат резко континентальный. Средняя годовая температура воздуха -10 ... -15° С, осадков выпадает 250 - 300 мм/год, коэффициент увлажнения меньше 1 (климат степей и пустынь). Многолетнемерзлые породы имеют сплошное распространение, их мощность - 300 - 400 м, а средняя годовая температура колеблется от -1 до -5° С. Мощность сезонноталого слоя в среднем составляет 2,0 - 2,5 м, уменьшаясь до 0,5 -1,3 м на заболоченных участках. В пределах дюнных массивов температура многолетне-мерзлых пород равна 0 ... -1° С. Глубина протаивания 4-5 м. Здесь широко распространены межмерзлотные водоносные талики, наиболее крупные из которых имеют мощность до 60 - 70 м, дебит формируемых ими источников достигает 760 л/с (Пономарев, 1960; Шепелев, 1976,2011).

Глава 4. Криолитологическое строение опорного разреза тукулана Кысыл-Сырский

Исследования одного из типологических тукуланов Центральной Якутии были проведены на правобережье р. Вилюй, в 30 км ниже пос. Кысыл-Сыр (63° 54' с.ш. и 123° 13' в.д.). Тукулан представляет собой комплекс незакрепленных песков и является дюной высшего порядка. Песчаный массив приурочен к поверхности первой надпойменной террасы, где он перекрывает озерно-болотную поверхность первой террасы р. Вилюй, а также слабоволнистые более древние дюнные комплексы.

Строение разреза (рис. 2). В основании разреза в интервале абсолютных отметок 75 - 88 м залегает частично мерзлая толща аллювиальных отложений, представленная чередующимися прослоями русловой, плесовой и пойменной фаций. Русловая и плесовая фации состоят из желтых и серых косослоистых и горизонтально-слоистых песков и супесей с тонкими прослоями мелкого гравия. Пойменная фация представлена горизонтально залегающими тонкослоистыми сизыми суглинками, пылеватыми песками и песками средней крупности с линзами и пропластками детрита. Криотекстура преимущественно массивная. Аллювиальные отложения перекрывают пласт мерзлых сизых пойменных суглинков мощностью до 1,5 м, имеющих выдержанную тонкослоистую горизонтальную текстуру. Пачка разбита вертикальными трещинами и короткими жилами мощностью до 0,5 м, заполненными средним и крупным песком.

На аллювиальной толще в интервале абсолютных высот 88 -110 (116) м залегают перекрестно-слоистые мерзлые эоловые пески с контактной криотекстурой и льдистостью до 5%. В нижней части пески имеют массивную, местами тонкошлировую криотекстуру.

?

2 90

шж

ш

ш 1

Щ р§

1й1

ЩЩ

ттт.

'

Мхтралопмко« состао.

Средним римор. ии М«ра сортиров«* Асниистрив З.сцкс Иомльк« фро«цх» яишфрж»«»(ММ.1)Л тип». фр»ом (0.»0.1|. %

0 01 0,2 0.3 0.4 0 0.4 0.8 1.2 4.6 2.0 -03 0-2 0.6 1.0 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 О Ю 20 30 *0 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3

Условные обозначения

13. &.ШШШ. ИВ. ш. ЕШ.

е. еасз, ЕЗ,,(7П,СЗ., ЕЗ.

Минералогический сосне, /жия фрмция

Н 22 Ш 23 I----! гл

ИИ г: Н26 СИИ 2' Ш

М*мералогичес«ий состав, там спя фрлция

I» шип,

Рис. 2. Основные статистические характеристики гранулометрического состава и результаты минералогического анализа разреза Кысыл-Сырского дюнного массива:

1 - перекрестно-слоистые пески; 2 - горизонтально-слоистые пески; 3 - торф; 4 - супеси; 5 - суглинки; 6 - льдогрунтовые жилы; 7 - грунтовые жилы; 8 - песчаные жилы; 9 - погребенные почвенные горизонты; 10 - древесные остатки; 11-14- криогенные текстуры: 11 -массивная, 12 - контактовая, 13 -линзовидная, 14- слоистая; 15 - подошва слоя сезонного протаивания; 16-21 - размеры фракций: 16- более 2 мм, 17-2-1 мм, 18- 1,0-0,5 мм, 19-0,5-0,25 мм, 20 - 0,25 - 0,10 мм, 21 - 0,10-0,01 мм; 22 - 34 - минералогический состав: 22-кварц, 23-полевые шпаты, 24- биотит, 25- обломки пород, 26-графит, 27-хлорит, 28 — железисто-марганцевые образования, 29 - гранат, 30 - пироксены, 31 роговая обманка, 32 - эпидот, 33 - ильменит,

34 - гидроокислы железа

Эоловая толща разделяется на две пачки хорошо выдержанным муль-дообразным погребенным почвенным горизонтом (87,4 - 85,8 м), маркирующим поверхность закрепления дюнного комплекса. Палеопочва представлена среднеразложившимся торфяником мощностью до 2 м и фрагментами минерально-гумусового и иллювиального горизонтов с большим количеством углей и головешек.

Выше горизонта погребенного торфяника залегает пачка современных дюнных песков, мощность которой достигает 20 м. Эоловые отложения этой пачки насыщены микро-несогласиями, невыдержанными почвенными горизонтами, грунтовыми жилами небольшой мощности. Собственно криогенные (льдистые) структуры и текстуры представлены маломощными согласованными к напластованию шлирами и контактной изморозью.

Гранулометрический состав. На основании гранулометрического анализа в исследованном разрезе выделено пять фациальных групп: суглинки, супеси, пески пылеватые, мелкозернистые и среднезернис-тые. Осадки по разрезу характеризуются очень хорошей сортировкой (см. рис. 2). Средний размер частиц значительно изменяется: для суглинков этот параметр равен 0,04 мм, для супесей - 0,05 мм, для песков пыле-ватых - 0,05 - 0,11 мм, для мелкозернистых песков - 0,15 - 0,26 мм и для песков средней крупности - 0,25 — 0,36 мм.

Параметр асимметрии частотных распределений гранулометрического состава в разрезе изменяется от -0,1 до 0,75 (см. рис. 2). Эоловая фация характеризуется симметричными распределениями (Ая - от 0,15 до 0,2) с модальными классами в интервале 0,26 - 0,35. Русловые осадки имеют положительную асимметрию - 0,21 — 0,42 и моду - 0,1— 0,24. Отложения поймы характеризуются очень высокой асимметрией в области тонкой фракции - 0,43 - 0,75 и модой 0,01 - 0,09. Значения эксцесса также варьируют в значительных пределах - от 0,71 до 1,9. Наиболее высокие значения характерны для эоловых фаций, более низкие для аллювиальных. Значительный по величине положительный эксцесс указывает на то, что в короткий период времени действовали эоловые или гидродинамические процессы максимально активно (Ех - 1,9). В свою очередь, невысокие значения эксцесса свидетельствуют о слабо протекающих процессах в течение длительного периода (Ех - 0,74 -0,79). В любом случае скорость динамической обработки (сортировки) привносимого обломочного материала превышала интенсивность его привноса.

Минералогический состав исследованного разреза (см. рис. 2) представлен кварцево-полевошпатовыми песками в соответствии с классификацией П. И. Фадеева (1973). В составе всех фаций преобладает кварц, общее содержание которого по разрезу колеблется от 74,9 до 86,5%. Доля полевых шпатов составляет 5,4 - 20,4%. В легкой фракции присутствуют обломки пород - от 0,5 до 39,3%. Это смесь полевых шпатов и кварца, сцементированных гидроокислами железа. В фациях руслового аллювия содержание тяжелой фракции (удельный вес > 2,9) достигает 3%. Она представлена единичными зернами граната, эпидота, роговой обманки, пироксена и ильменита. В верхней (эоловой) части разреза содержание тяжелой фракции (гранат, пироксены, роговая обманка и гидроокислы железа) сокращается до 1,1 - 2,4%. Обедненность эоловых фаций тяжелыми минералами является их дополнительным диагностическим критерием.

Микроморфологический анализ кварцевых зерен. На основе методики (Кпш1еу, 1973; Алексеева, 2003 и др.) выделено пять различных генетических типов зерен (рис. 3).

Г Д

Рис. 3. Кварцевые зерна различного генезиса:

А - гляциально-криогенного происхождения, Б - водно-ледникового, В - водного. Г- гляциально-эолового, Д~ эолового происхождения

I группа (гляциально-криогенная): зерна с острыми углами и ребрами, сохранившие исходную форму; поверхность осложнена прямыми и раковистыми сколами, ступенями и параллельной полосчатостью.

II группа (водно-ледниковая): слабо окатанные зерна со слегка сглаженными углами и ребрами; сколы раковистые и прямые; У-образные, блюдцеобразные и неправильной формы углубления; ступени, борозды, параллельная полосчатость, рельеф мелкоямчатый, прямые и серповидные трещины; лунки и трещины химического растворения.

III группа (водная, речная): округлые зерна; У-образные микроуглубления (до 90%); прямые и извилистые царапины, серпообразные и прямые трещины, прямые и раковистые сколы, трещины и пустоты химического растворения.

IV группа (гляциально-эоловая): угловатые и округлые зерна; мелкоямчатый микрорельеф (до 90%), У-образные микроуглубления, чашевидные углубления, раковистые сколы, борозды, прямые и извилистые трещины, параллельная полосчатость.

V группа (эоловая): хорошо окатанные зерна; мелкоямчатый микрорельеф, У-образные микроуглубления, извилистые, серпообразные, прямые трещины.

Возраст и история формирования. Возраст исследованного разреза интерпретирован на основании 22 радиоуглеродных датировок (таблица, рис. 4). В разрезе тукулана «Кысыл-Сырский» выделены следующие климатостратиграфические этапы:

1) залегающая в основании разреза в интервале абсолютных высот 75 - 88 м пачка горизонтально- и косослоистых песков, супесей с прослоями суглинков с растительным детритом и эпигенетическими песчаными клиновидными жилами относится ко второй половине каргинского тер-мохрона (44 - 30 тыс. л.н.). Отсутствие древесных остатков свидетельствует о более суровых климатических условиях, чем современные;

2) залегающая в интервале абсолютных высот 88 - 100 м пачка перекрестно-слоистых супесей и песков с низкой влажностью/льдистостыо (<10%), дефляционными горизонтами, син- и эпигенетическими вертикальными песчаными жилами формировалась на протяжении сартан-ского криохрона в интервале 30-10 тыс. л.н. Отсутствие крупных растительных остатков свидетельствует о суровых криоксеротермических условиях холодной песчаной пустыни;

3) залегающий в интервале абсолютных высот 88-90 (105) м маркирующий почвенный горизонт переменной мощности с линзами автохтонных

Радиоуглеродные датировки отложений Кысыл-Сырского тукулана

№ Лаб. номер Абс. отм., м Состав датируемого материала Абс. возр., лет Календ, возр., лет

Современная высокая пойма

1 МР1-16 83,2 Древесные остатки Мос)егп

2 МР1-17 81,5 Древесные остатки 230±60 470-0

Перекрестно-слоистые пески незакрепленных дюн

3 МР1-35 111 Погребенное дерево 325±65 510-155

4 МР1-15 105 Ствол лиственницы Моёегп

5 МР1-19 91,2 Вертикально захороненное дерево 100±80 290-0

6 МР1-20 89 Комлевая часть ствола погребенного дерева 120±85 295-0

Торфяной горизонт в основании перекрестно-слоистых отложений незакрепленных дюн

7 МР1-47 108 Угли 4400±85 5290-4840

8 МР1-43 87,4 Древесные остатки 3320±90 3825-3370

9 МР1-49 87,3 Мохово-осоковый торф 3540±95 4090-3590

10 МР1-51 87,1 Моховой торф 3800±75 4415-3980

11 МР1-53 86,9 Моховой торф 3830±90 4515-3975

12 МР1-48 86,7 Кустарничковый торф с листьями лоха болотного 3990±90 4815-4155

13 МР1-18 86,5 Органические остатки 4120±1Ю 4880-4200

14 МР1-13 86,3 Древесина 4300±90 5280-4580

15 МР1-14 86,1 Древесные остатки 4570±110

5580-4880

16 МР1-52 85,9 Рассеянная органика 5840±100

6890-6410

17 МР1-42 85,8 Рассеянная органика 8140±135

9440-8640

Русловые и пойменные пески, супеси и суглинки в основании разреза

18 МР1-37 83 Растительный детрит 28400±600

33709-31258

19 МР1-36 81,5 Рассеянный органический детрит 39900±2000

49000-41000

20 МР1-38 81 Рассеянный органический детрит 44200±1800

>45200

21 МР1-29 71,8 Древесные остатки 36900±2000

44670-35720

22 МР1-26 71,8 Погребенный торфяник >42700

>55000

Рис. 4. Сводный стратиграфический разрез Кысыл-Сырского тукулана:

1 - пески среднезернистые; 2 - пески мелкозернистые; 3 - супесь; 4 - суглинки; 5 — погребенные почвенные горизонты; б - торф; 7 — высокая пойма; 8 - низкая пойма; 9 - ледово-грунтовые жилы; 10 - вторичные грунтовые жилы; 11 - песчаные жилы; 12 - живые деревья; 13 — погребенные деревья; 14 — слоистость отложений; 15 - радиоуглеродные датировки

торфяников, фрагментами лиственниц, кустарничков, мохово-осоко-вой растительности формировался в интервале 10,0 - 3,5 (5) тыс. л.н. (см. таблицу, рис. 4). Климатические условия на участке разреза были более влажные, чем современные. Широкое распространение выходов данного маркирующего горизонта во внутренней части современного дюнного комплекса свидетельствует о том, что на протяжении бореального оптимума голоцена Кысыл-Сырский тукулан был полностью закреплен лесной растительностью с фрагментами заболоченных котловин и мелких озер;

4) в интервале абсолютных высот 90 -100 (114) м залегает современный дюнный комплекс, сложенный супесями и песками с перекрестной слоистостью и вертикальными клиновидными песчаными жилами, слаборазвитыми торфянистыми почвенными горизонтами, рассеянным растительным детритом, горизонтами дефляции, вертикально погребенными стволами деревьев (преимущественно сосен). В основании комплекса плащеобразно залегает прерывистый слой углей, прослеживающийся во внутренней части тукулана и свидетельствующий о крупном (катастрофическом) пожаре. Возраст углей (5,3 - 4,8 тыс. л.н.) маркирует начало позднеголоценового дюнообразования. Абсолютный возраст погребенных деревьев не превышает 300 лет.

Результаты исследования разреза Кысыл-Сырского тукулана позволяют установить здесь как минимум 2 эпизода дюнообразования, оба из которых связаны с похолоданием и аридизацией климата во время сар-танского криохрона и во второй половине голоцена. Данная хронология хорошо сопоставляется с эпохами дюнообразования на Аляске, в Канаде и Северной Европе. Во время каргинского термохрона и в бореальный период голоцена происходило закрепление дюнных массивов и ослабление активности эоловых процессов в Центральной Якутии. Полученные данные, в целом, согласуются с основными элементами региональной стратиграфической схемы четвертичных отложений (Унифицированная региональная стратиграфическая схема..., 2010) и существенно уточняют возраст и климатостратиграфическое положение криогенно-эоловых дюнных отложений Центральной Якутии.

Полученные выводы подкрепляются результатами исследований строения Бестяхской террасы р. Лены (Waters et al., 1999) в районе палеолитической стоянки Диринг-Юрях. Данная терраса высотой 50 - 65 м от уреза р. Лены сложена более чем на половину мощности частично-мерзлыми дюнными песками среднего и позднего плейстоцена, что

свидетельствует о ведущей роли эоловых процессов на протяжении второй половины четвертичного периода, т.е. более 350 тыс. лет. Последний позднеплейстоценовый цикл дюнообразования перекрывает поверхность Бестяхской террасы полностью и убедительно датирован на основании оптико-люминесцентного метода интервалом 19 - 14 тыс. л.н. (Waters et al., 1999).

Глава 5. Картографирование и пространственный анализ дюнных комплексов Центральной Якутии

На основе дешифрирования аэрокосмических данных установлено широкое распространение криогенно-эоловых образований в Центральной Якутии (более 1400 незакрепленных дюнных массивов). Общая площадь незакрепленных песков составляет 2660 км2. Площадь наиболее крупного превосходит 197 км2. Массивы дюнных песков приурочены к 4 основным районам - бассейнам рек Хоруонгка, Линдэ, Вилюй и Тюнг. Среди форм эолового рельефа были выделены продольные, шпильковид-ные, комплексные параболические дюны и бугристые пески.

В гипсометрическом отношении дюнные массивы развиты в широких пределах абсолютных высот - от 60 до 236 м. Из них на водораздельных поверхностях в интервале 160 - 170 м - 30,9%, в интервале 180 - 190 м - 28,3%. В гипсометрическом интервале низменностей и речных террас рек Вилюй и Тюнг 90 - 120 м находится всего 6,2% площади незакрепленных дюнных массивов. Это однозначно доказывает отсутствие генетической связи как современных, так и древних дюнных процессов с аллювиальной деятельностью крупных рек.

Установлены разнообразные варианты стратиграфических взаимоотношений эолового рельефа с другими генетическими типами поверхностных криолитогенных образований. Признаки активного влияния позднеплейстоценовых и современных дюнных процессов на гидрологический режим современных водотоков низких порядков выражен в деформации и погребении тальвегов долин, оттеснении русел, погребении под активными дюнами термокарстовых озер. Более широкомасштабная деформация мелкодолинной сети характерна для участков распространения позднеплейстоценовых дюнных массивов.

Установленное на основе дешифрирования аэрокосмических данных техногенное влияние связано с антропогенными пожарами, которые приводят к активизации, в первую очередь, древних тукуланов.

Выводы

1. Анализ зарубежных литературных источников показывает широкое распространение дюнных комплексов в пределах криолитозоны Северного полушария. Доминирующее число исследователей придает определяющее значение эоловым процессам при формировании крио-литогенных пород на протяжении криохронов четвертичной эпохи и в голоцене. В периоды термохронов активность эоловых процессов и площади незакрепленных дюнных массивов сокращались. В отечественной научной школе вплоть до настоящего времени не сложилось четких представлений о роли и месте криогенно-эолового морфогенеза. Изученность эоловых образований Центральной Якутии остается на уровне 1970 - 1980 гг. Особенно неопределенными являются вопросы возраста, строения и генезиса.

2. Разрез Кысыл-Сырского ту кулана, вскрытый в бассейне нижнего течения р. Вилюй, представляет собой естественную летопись криогенно-эоловых процессов позднего плейстоцена за последние 40 - 50 тыс. лет. Изучение строения этого тукулана позволило установить здесь 2 эпизода дюнообразования, оба из которых связаны с похолоданием и ариди-зацией климата во время сартанского криохрона и во второй половине голоцена. В основании разреза залегают аллювиальные и пойменные пески с прослоями растительного детрита, супеси и суглинки второй половины каргинского термохрона видимой мощностью до 12 м. Они перекрыты дюнными песками сартанского криохрона мощностью до 15 -20 м. Выше залегает маркирующий почвенный горизонт с линзами торфа мощностью до 2 м, формировавшимися на протяжении бореального оптимума голоцена. Венчает разрез современный незакрепленный дюнный комплекс позднего голоцена с погребенными деревьями и фрагментами слаборазвитых почв. Возраст дюнных образований не превышает 300 -500 лет и связывается с глобальным похолоданием климата Малого ледникового периода.

3. Использованный комплекс методов позволяет однозначно идентифицировать современные и древние дюнные образования и отличить их от других фаций криолитогенных отложений. Это показано в ходе исследования разреза Кысыл-Сырского тукулана.

Гранулометрический и минералогический состав отложений аллювиальной и эоловой части разреза отличаются кардинальным образом, что свидетельствует о резких различиях в условиях осадконакогатения.' В эоловой части разреза суглинистая и пылеватая фракции практически

полностью отсутствуют. Значения асимметрии и эксцесса варьируют в аллювиальной части разреза и более стабильны в эоловой, верхней, части. В аллювиальной части встречаются прослои средних и тяжелых оглеенных суглинков мощностью до 1 м.

Представленные в изученном разрезе пески и супеси как аллювиального, так и эолового генезиса характеризуются хорошей окатанностью и имеют сходный кварц-полевошпатовый состав, что подтверждает формирование данных песков путем переотложения руслового аллювия. Минералогический состав характеризуется преобладанием зерен кварца (75 - 87%) и полевого шпата (5 - 20%). Содержание остальных минералов, как правило, не превышает 2-3%. В группе примесных минералов присутствуют зерна граната, эпидота, роговой обманки, ильменита, пироксена. В аллювиальной части разреза минералогический состав испытывает значительные вариации и характеризуется более высоким содержанием минералов тяжелой фракции (до 3%). В эоловой пачке содержание тяжелых минералов незначительное (0,6 - 2%).

Микроморфологический анализ поверхности кварцевых зерен подтверждает, что перенос и накопление отложений происходили в течение длительного периода в различных обстановках. Диагностические признаки частиц указывают на то, что помимо водных и эоловых условий, частицы могли также подвергаться криогенному выветриванию. На основании диагностических признаков были выделены группы зерен со следами гляциально-криогенной, водно-ледниковой, водной, ледниково-эоловой и эоловой обработок.

4. На основе дистанционного картографирования дюнных образований Центральной Якутии с использованием космических снимков и ГИС-технологий установлено порядка 1440 форм эолового рельефа общей площадью 65 001 км2, причем на долю закрепленных песчаных массивов приходится 62 341 км2, современных незакрепленных - 2660 км2. Массивы песков преимущественно распространены в бассейнах рек Хо-руонгка, Линдэ, Вилюй и Тюнг.

Установлены продольные, шпильковидные, комплексные параболические дюны, а также бугристые (очаговые) пески. Составлена карта распространения форм эолового рельефа Центральной Якутии (масштаба 1:1 500 000). Взаимоотношение дюнных комплексов и рельефа указывает на его поэтапное развитие, выражающееся в перестройке речной системы в результате тектонических движений на периферии Вилюйской впадины в плейстоцене, и последующие этапы потепления и похолодания климата.

Список работ автора по теме диссертации

Урбан*, А. А. Новейшие данные о строении и возрасте отложений ту-куланов Центральной Якутии / А. А. Урбан, А. А. Галанин // Современные тенденции в образовании и науке : сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 28 декабря 2012 г.: в 10 частях. Часть 9; М-во обр. и науки РФ. - Тамбов : Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2013. - С. 98-99.

Урбан, А. А. К вопросу о строении дюнных массивов Центральной Якутии (на примере тукулана Кызыл-Сырский) / А. А. Урбан, А. А. Галанин // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России : материалы Всероссийской научно-практической конференции, 2-4 апреля 2013 г. -Якутск : ИПК СВФУ, 2013. -Том И. - С. 218-222.

Урбан, А. А. Новые данные о строении и возрасте отложений эолово-мерзлотных образований Центральной Якутии (на примере тукулана Кызыл-Сырский) / А. А. Урбан, А. А. Галанин // Наука и образование. - 2013. - № 1 (69). - С. 77-81.

Урбан, А. А. Особенности микроморфологии кварцевых зерен из дюнных комплексов Центральной Якутии (на примере тукулана Кызыл-Сырский) / А. А. Урбан, В. С. Шишков // Тезисы докладов III Всероссийского научного молодежного геокриологического форума с международным участием, посвященного 140-летию М. И. Сумгана, 100-летию основания Отделения Русского географического общества в РС(Я), 150-летию В. И. Вернадского и 150-летию В. А. Обручева (24 июня - 13 июля 2013 г., Якутск, Россия) / Российская Академия наук, Сибирское отделение^ ФГБУН Ин-т мерзлотоведения им. П. И. Мельникова; отв. ред. Д. М. Шес-тернев. - Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2013.-С. 17-18.

Urban, A.A. Age and structure of perennial frost mounds in Yakutia region / A. A. Urban // 8th International Conference (IAG) on geomorphology: Abstract volume.-Paris-2013,27-31 August.Tome2: S18-S27.-Pp. 1039.

Urban, A. A. Lithological and Mineralogical Characteristics of the Kyzyl-Syr Blowing Sand Complex / A. A. Urban, A. A. Galanin // International conference «Earth ciyology - XXI Centuiy» : The program and Conference material (September 29 - October 3, 2013, Pushchino, Moscow region Russia).-2013.-Pp. 59.

Урбан, А. А. Литолого-минералогическая характеристика песчаного комплекса «Кызыл-Сырский» / А. А. Урбан, А. А. Галанин, Т. Р. Чжан // Разведка и охрана недр. - 2013. - № 12. - С. 23-27.

Урбан, А. А. Пустыни на мерзлоте / А. А. Урбан, А. А. Галанин,

А. Ф. Лонгинова//Наука и техника в Якутии.-2014.-№ 1 (26).-С. 21-30.

♦Согласно свидетельствам о заключении брака и перемене имени фамилия Урбан изменена на Куть.

Куть Анна Алексеевна

ЭОЛОВО-МЕРЗЛОТНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ (ТУКУЛАНЫ) ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ: СТРОЕНИЕ, ГЕНЕЗИС, ВОЗРАСТ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

ИД 05324 от 09 июля 2001 г. Подписано в печать 27.01.2015. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,22. Тираж 100 экз. Заказ № 2.

Издательство и типография ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН. 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, д. 36, ИМЗ СО РАН.