Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря

Белова, Наталия Геннадиевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря
ВАК РФ 25.00.31, Гляциология и криология земли

Автореферат диссертации по теме "Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря"

На правах рукописи

БЕЛОВА Наталия Геннадиевна

ПЛАСТОВЫЕ ЛЬДЫ ЮГО-ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАРСКОГО МОРЯ

25.00.31 - гляциология и криология Земли

1 2 МДР 2012

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва-2012

005012142

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории геоэкологии Севера географического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Соломатин Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, с.н.с.

Шполянская Нелла Александровна

кандидат геолого-минералогических наук Тумской Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: ФГБУИ Институт мерзлотоведения

им. П.И Мельникова СО РАН

Защита состоится «15» марта 2012 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д-501.001.61 в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет, 21 этаж, аудитория 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ имени М.В .Ломоносова на 21 этаже.

Отзывы "на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 119991, Москва, ГСГ1-1, Ленинские горы, д. 1, МГУ, географический факультет, ученому секретарю Диссертационного совета Д-501.001.61, факс (495)932-88-36. E-mail: science@geogr.msu.ru

Автореферат разослан «13» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук

А.Л. Шныпарков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пластовые льды (ПЛ) широко распространены на материковом побережье Карского моря. С самого начала изучения ПЛ ведётся дискуссия об их генезисе; исследователей можно разделить на сторонников внутригрунтового или погребённого происхождения ПЛ. Множество работ посвящено решению этой проблемы, тем не менее и сегодня, по прошествии полувека, единого мнения нет. Не достигнуто согласия даже по таким известным и изученным участкам залегания ПЛ, как район полярной станции Марре-Сале (Тарноградский, 1982; Гатауллин, 1992, 1998; Astakhov et al., 1996; Forman et al., 1999, 2002; Васильев, Рогов, 2001; Каневский и др., 2005; Крицук, Дубровин, 2006; Стрелецкая и др., 2006, 2009; Крицук, 2010; Слагода и др., 20106 и др.), территория Бованенковского ГКМ на среднем Ямале в долине Сеяхи-Мутной (Дубиков, Корейша, 1964; Пармузин, Суходольский, 1982; Апн-симова, Крицук, 1983; Тарасов, 1990; Соломатин и др., 1993; Баулин и др., 1996; Соломатин, Коняхин, 1997; Кондаков и др., 2001; Романенко и др., 2001; Дубиков, 2002; Васильчук и др., 2009; Фотиев, 2011; Васильчук, 2010 и др.) или урочище Шпиндлер к востоку от пос. Амдерма на побережье Югорского п-ова (Гольдфарб, Ежова, 1987, 1990; Иванов и др., 1992; Лейбман и др., 2000; Leibman et al., 2001; Manley et al., 2001; Ingolfsson, Lokrantz, 2003; Lokrantz et al., 2003; Леин и др., 2003, 2005; Баду, Иванина, 2004; Кизяков и др., 2006; Баженова и др., 2007; Слагода и др., 2010а и др.).

Вопрос о генезисе ПЛ тесно связан с историей формирования и промерзания вмещающих их отложений. Большая часть отложений севера Западной Сибири, залегающих выше уровня моря, формировалась в среднем и позднем неоплейстоцене и голоцене. Представления о позднечетвертичной истории развития региона весьма разнообразны. Сторонники неледниковой концепции представляют себе север Западной Сибири как серию разноуровневых морских террас, другие считают, что большая часть отложений п-ова Ямал связана с развитием дельты пра-Оби, сторонники ледниковой концепции говорят о покровном раннезырянском (ранневислинском) оледенении, оставившем комплекс моренных, флювиогляциальных и озерио-ледниковых отложений.

Юго-западное побережье Карского моря в настоящее время является

объектом активного хозяйственного освоения. Наличие ПЛ, залегающих близко

к поверхности, на территории месторождений или вдоль трасс трубопроводов

повышает риск развития опасных криогенных процессов - термокарста,

термоэрозии, оползней-сплывов, а на побережье способствует усилению термоабразии и термоденудации. Поэтому определение размеров, стратиграфического положения и закономерностей распространения ПЛ необходимо для обеспечения геоэкологической безопасности при освоении севера Западной Сибири.

Цель работы - выявить условия формирования пластовых льдов юго-западного побережья Карского моря на основе морфологических, структурно-формационных, седиментологических, криолитологических, геохимических, изотопных, палинологических и иных характеристик подземных льдов и вмещающих отложений; определить роль пластовых льдов в развитии процесса термоабразии берегов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) провести обзор существующих концепций истории развития региона в позднечетвертичное время;

2) описать строение и состав отложений, вмещающих ПЛ; определить их место в той или иной стратиграфической схеме;

3) охарактеризовать условия залегания ПЛ в опорных разрезах на ключевых участках, их взаимоотношения с другими ледяными образованиями, строение (структуру и текстуру), химический и изотопный состав;

4) на основе полученных данных реконструировать возможные механизмы формирования ПЛ;

5) провести сегментацию побережий исследуемых участков на основе данных о скоростях отступания и строении берегов.

Фактическая основа работы. Данные о строении ПЛ и вмещающих отложений на двух ключевых участках юго-западного побережья Карского моря (устье Оюяхи, пос. Харасавэй) собирались автором в течение четырех полевых сезонов в 2005-2008 гг. На западном побережье Байдарацкой губы (устье Оюяхи) было обследовано 30 км берега между о. Торасовэй и о. Левдиев, в районе пос. Харасавэй - 10 км от поселка до устья Хардъяхи. Также изучалось строение береговых уступов на восточном побережье Байдарацкой губы (устье Яраяхи, 20 км берега). Отложения изучались в расчистках, вдоль берегового уступа прослеживались контакты осадочных тел. Всего описано и опробовано 8 обнажений ПЛ, проанализирован изотопный (содержание |80 и О; 137 образцов) и химический состав (78 образцов) пластовых и иных типов льдов и природных вод, химический состав водной вытяжки из вмещающих ПЛ отложений (5 образцов), охарактеризована кристаллическая структура в 64

образцах льда, получены серии радиоуглеродных датировок из вмещающих ПЛ отложений (лаборатория изотопной геохимии и геохронологии ГИН РАН, •Л.Д. Сулержицкий; радиоуглеродная лаборатория ИГ РАН, н.с. Э.П. Зазовская). Определение состава пыльцы и спор в ПЛ проводилось д.г.н. А.К. Васильчук (лаборатория геоэкологии Севера, географический ф-т МГУ). Малакофаупа и фораминиферы в отложениях в районе пос. Харасавэй определялись к.г.и. Е.Е. Талденковой и д.г.н. С.Д. Николаевым (лаборатория новейших отложений и палеогеографии плейстоцена, географический ф-т МГУ).

Изотопный анализ водных образцов проводился к.г.н. В.И. Николаевым (ИГ РАН), д.г.-м.н. Б.Г. Покровским (лаборатория изотопной геохимии и геохронологии ГИН РАН) и в лаборатории стабильных изотопов Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера (А'\У1, Потсдам, Германия) под руководством Ог. Ханно Мейера.

Химический анализ водных образцов проводился к.х.п. И.Д. Ерёминой (Метеорологическая обсерватория МГУ) и автором в лаборатории А\\Ч при всесторонней помощи А. Эйленбург. Анализ химического состава водной вытяжки из вмещающих ПЛ отложений проведен к.х.н. И.Д. Ерёминой.

Основные защищаемые положения

1. Пластовые льды западного побережья Байдарацкой губы образуют два яруса, различающихся по мощности пластов, строению и составу льда. Верхний ярус образовался при погребении ледникового льда отложениями озёрно-аллювиальной перигляциальной равнины. Льды нижнего яруса частично сформировались при погребении различных первичноповерхностных ледяных тел, частично являются внутригрунтовыми.

2. Пластовые льды северо-западного побережья п-ова Ямал в районе пос. Харасавэй приурочены к поднятиям кровли песчаных прибрежио-морских отложений, согласно перекрытых суглинистой толщей морских осадков. Пластовые льды залегают согласно вмещающим отложениям, по составу схожи с текстурообразующими льдами, сформировались при эпигенетическом промерзании вмещающих отложений, т.е. относятся к внутригрунтовым.

3. Пластовые льды, вскрывающиеся в береговых уступах западного побережья Байдарацкой губы, играют важную роль в развитии термоабразионного процесса: установлено, что при прочих равных волноэнергетических условиях скорости отступания береговых уступов с пластовыми льдами в 2 и более раза выше по сравнению с аналогичными по морфологии, где обнажения пластовых льдов отсутствуют.

Научная новизна работы

1) Получен большой объём детальных полевых и аналитических данных по криолитологическому строению, изотопному и химическому составу пластовых льдов на западном побережье Байдарацкой губы и в районе пос. Харасавэй, что на западном побережье Байдарацкой губы позволило установить их двухъярусное залегание.

2) Реконструированы условия формирования различных типов пластовых льдов, установлены их различное происхождение и возраст, реконструирована история развития подземного оледенения западного побережья Байдарацкой губы.

3) Определена роль пластовых льдов в динамике берегов ключевых участков.

Практическое значение работы. Определение механизмов и реконструкция обстановки формирования пластовых льдов способствует пониманию палеогеографических условий позднего неоплейстоцена на севере Западной Сибири. Данные о строении и роли пластовых льдов в динамике берегов имеют большое значение при проектировании и строительстве сооружений на побережьях Ямало-Гыданской области. Результаты исследований вошли в отчёты по проекту РФФИ 09-05-91322-СИГ_а («Оценка восприимчивости арктической береговой динамики к изменениям»), по государственному контракту Мин. образования и науки РФ №П516 «Термоабразия как фактор риска возникновения природных и техногенных катастроф в береговой зоне арктических морей России» (ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»).

Апробация. Результаты исследований, положенные в основу диссертации, были доложены на Шестом ежегодном совещании международной группы по изучению динамики арктических берегов (Гронинген, 2006); на международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007), на V Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода «Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований» (Москва, 2007), на Девятой международной конференции по мерзлотоведению (Фэрбанкс, 2008), на Генеральной Ассамблее Европейского Совета по наукам о Земле (EGU, Вена, 2009), на всероссийской молодежной конференции «Современные методы исследований в криолитозоне» (Пущимо, 2009), на Третьей европейской конференции по мерзлотоведению (Лонгйир, 2010); на конференции Международного полярного года (Осло,

2010); на Международной конференции по адаптациям к изменениям климата (Голд Кост, 2010); на российско-немецком совещании по исследованиям в регионе моря Лаптевых (Санкт-Петербург, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, а также 13 работ в прочих журналах, материалах конференций и тезисах докладов.

Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 167 страниц состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, содержит 45 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 192 наименования, из них 36 на английском языке.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.г.н. В.И. Соломатину за всестороннюю помощь в работе над диссертацией; глубоко признателен к.г.н. С.А. Огородову за большую помощь и поддержку на всех этапах работы; к.г.н. Ф.А. Романенко за постоянное участие, помощь и консультации; д.г.н. А.К. Васильчук за предоставление результатов палинологического анализа, ознакомление с работой и ценные замечания; д.г.-м.н. Ю.К. Васильчуку за полезное обсуждение и рекомендации; д.т.н. А.Г. Топчиеву, к.г.н. М.А. Великоцкому, к.г.н. В.П. Марахтанову, к.г.н. В.М. Федорову, A.M. Камалову, к.г.н. О.С. Шиловой, Д.Е. Кузнецову, В.В. Архипову и всему коллективу НИЛ геоэкологии Севера; к.г.н. Ю.Б. Баду, к.г.н. И.Д. Стрелецкой и всему коллективу кафедры криолитологии и гляциологии; к.г.-м.н. А.Н. Химепкову, д.г.н. В.Н. Голубеву, к.г.н. Е.Е. Талденковой, д.г.н. С.Д. Николаеву, к.х.н. И.Д. Ереминой, к.г.н. В.И. Николаеву, д.г.-м.н. Б.Г. Покровскому, Dr. X. Мейеру, А. Эйленбург, У. Бастиан, Dr. П.-П. Овердуину, Г.А. Ржаиицыпу. Н.В. Копа-Овдиенко, А.И. Носкову и многим другим коллегам, принимавшим участие в получении и обработке полевых и аналитических материалов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, отражены научная новизна и практическая значимость работы.

ГЛАВА 1. Природные условия района исследований

В главе дано краткое описание орогидрографии, климатических и мерзлотных условий исследуемого района, в разделе 1.3. приведены данные о геологическом строении, рассмотрен дискуссионный вопрос происхождения новейших отложений региона. Существуют две основные концепции:

ледниковая (Загорская, 1959; Соколов 1959, I960; Каплянская, Тарноградский, 1976, 1978; Астахов, 1976, 2006; Соломатин, 1986; Astakhov et al., 1996; Astakhov, 1998; Гросвальд, 1999; Астахов и др., 2000; Svendsen et al., 2004; Большиянов, 2006, 2007; Назаров, 2011), и неледниковая (П-ов Ямал, 1975; Трофимов и др., 1980; Геокриология СССР, 1989; Васильчук, 1992; Подборный, Виду, 2011 и др.). Нет единого представления не только о генезисе конкретных толщ, но и о стратиграфии и корреляции разрезов из различных частей региона.

Согласно неледниковой концепции, средне-верхненеоплейстоценовые отложения региона, представленные главным образом глинистыми, суглинистыми и песчаными разностями, имеют морской генезис (казымская, салехардская и казанцевская свиты (П-ов Ямал, 1975; Подборный, Баду, 2011)). Более молодые морские отложения слагают серию верхненеоплейстоцен-голоценовых морских террас западного и северного Ямала, также распространенных на западном побережье Байдарацкой губы.

Ледниковые концепции для данного района отличаются между собой представлениями о географическом положении центра оледенения (шельф Карского моря, Полярный Урал), границах распространения, времени существования и мощности льда.

Согласно материалам международного проекта QUEEN (Quaternary Environment of the Eurasian North), район Байдарацкой губы и Западного Ямала последний раз достоверно перекрывался ледниковым щитом с шельфа Карского моря 90-80 тыс. л.н. в ермаковское время (MIS 5d-a, Svendsen et al., 2004). Более поздних ледниковых образований на равнинах севера Западной Сибири не обнаружено. Граница оледенения 65-50 тыс. л.н. здесь не установлена и условно проводится в Карском море к северо-западу от побережья исследуемого района. В каргинско-сартанское время оледенение на суше отсутствовало, начиная с 40 тыс. л.н. имеются серии конечных радиоуглеродных датировок из континентальных отложений в районе п/ст. Марре-Сале (4535 тыс. |4С л.н.; Forman et al., 2002) и Сеяхи-Зеленой (30-12 тыс. 14С л.н.; Васильчук, 2006 б). В это время на Ямале преобладали суровые аридные условия.

По мнению Д.Ю. Большиянова (2006, 2007) в конце неоплейстоцена в южной половине п-ова Ямал развивалось обширное снежно-ледяное поле, скрывавшее и оба берега Байдарацкой губы. На юго-западе оно смыкалось с выводными ледниками и ледниками подножий Полярного Урала.

ГЛАВА 2. История изучения пластовых льдов

Хотя ПЛ привлекали внимание исследователей еще в конце XIX века (Толль, 1897), их детальное изучение началось в 1960-х гг. на севере Западной Сибири (Дубиков, Корейша, 1964) и Чукотке (Втюрин, Гасанов, 1962). В 19601990-е гг. большой вклад в изучение ПЛ внесли Ю.Б. Баду, В.В. Баулип, 10.К. Васильчук, М.А. Великоцкий, Д.Г. Гарри, А.Ф. Глазовский, Н.Ф. Григорьев, Т.Н. Жесткова, Ф.А. Каплянская, Е.Г. Карпов, М.А. Коняхин, Л.Н. Крицук, М.О. Лейбман, Дж.Р. Маккей, Н.Г. Оберман, С.Ю. Пармузин, В. Поллард, В. Рамптон, В.И. Соломатин, И.Д. Стрелецкая, С.Е. Суходольский, В.Д. Тарноградский, В.Т. Трофимов, Н.В. Тумель, В.Е. Тумской, Х.М. Френч, А.Н. Хименков, H.A. Шполянская, Ю.Л. Шур и другие исследователи.

В работе принято наиболее распространённое морфологическое определение Б.И. Втюрина (1975), согласно которому ПЛ представляют собой ледяные тела мощностью более 0,3-0,5 м с горизонтальными размерами, значительно превышающими вертикальные. Дж.Р. Маккей (Mackay, 1971) определял ПЛ как ледяные тела мощностью более 1 м и с объемным содержанием льда, превышающим объем грунтовых включений в 2,5 раза и более.

2.1 Основные концепции происхождения пластовых льдов Первые гипотезы предполагали инъекционное или сегрегационное

(позднее - инъекционно-сегрегационное и инфильтрационно-сегрегациониое) происхождение ПЛ. В последние годы широко распространилась гипотеза о первичноповерхностном происхождении ПЛ в результате захоронения ледникового льда и других типов поверхностных льдов, впервые обоснованная В.И.Соломатиным для разрезов в низовьях Енисея (1976, 1977, 1986, 2005 и др.). Приведены существующие классификации ПЛ (Дубиков, 2002; Баду, 2010; Васильчук, 2011).

В настоящее время большая часть исследователей признаёт различный генезис ПЛ как в разных геологических условиях, так и залегающих практически в одном разрезе (French & Harry, 1990; Лейбман и др., 2000; Васильев, Рогов, 2001; Романенко и др., 2001; Большиянов и др., 2007; Васильчук, 2011; Fritz et al., 2011 и др.).

2.2 Исследования пластовых льдов на юго-западном побережье Карского моря

Представлен обзор предшествующих исследований ПЛ юго-западного побережья Карского моря. Первые сведения о крупных пластах подземного

льда в арктической тундре Ямальского и Гыданского полуостровов встречаются еще в работе В.П. Кальянова (1934), однако происхождение этого льда им не объясняется. Сведения о распространении ПЛ в морских отложениях п-ова Ямал приводятся в отчетах экспедиции НИИГА за 1953-54 гг. По мнению геологов этой экспедиции, ПЛ сформировались при промерзании частично оттаявших во время климатического оптимума морских казанцевских отложений. Целенаправленно же изучением ПЛ занялись в начале 1960-х годов Г.И. Дубиков и М.М. Корейша (1964), отнеся залежи к инъекционным льдам.

60" 66° 72°

72°

68°

60°

К ¡а

Рек о е |

/ М О р «=. I .....7..................

! Черный Берег ) пос. Харасавэ^^ Л - о в

} Г г

>& \ \ ■

рУ7&

¡Сеяха (Мутная)

) Д Ямйя 1 Р

I \ !■;

Ш.Песчаная ! Ам. Белужий Нор{

Дд I V ■ : 1 \

Ч АЪъ ур.Шщндлер АМарре-Сале '[ ,/

4 ; I Ч>С!л.,. \ ; 5? _ Го

- » ■' * * *>ь »- ^фЯраяха ' <

; 1 > А

Пай-Хой

Оюяха

}

А '11

р. Юрибёй -

л Участки полевых работ 2005-2006 гг. у- д Прочие районы

распространения ПЛ, указанные в работе

О 25 50 10) 150 200 250 ..

у ^¡¿К^ж

72°

68°

66° 72°

Рис. 1. Расположение района исследований

Непосредственно у береговой линии Карского моря известны залежи ПЛ на следующих участках (см. рис. 1): устье р. Первая Песчаная (Леин и др., 2003; Лейбман, Кизяков, 2007; Опокина, 2010; Слагода и др., 2010); ур. Шпиндлер (см. раздел Актуальность темы)', устье Оюяхи (см. раздел 3.1), устье Яраяхи (Спесивцев, 1996), п/ст. Марре-Сале (см. раздел Актуальность темы); м. Белужий Нос (Леин и др., 2003, 2005; ЬеЛтап а1., 2011); пос. Харасавэй (см. раздел 3.2); Черный Берег к северо-востоку от м. Бурунный

(Тарноградский, 1982; Великоцкий, Мудров, 1985; Великоцкий, 1987, 1992; Крапивнер, 1986; Григорьев, 1987; Гатауллин, 1992). Также бурением вскрыты подземные (вероятно, пластовые) льды в акватории губы ближе к её ямальскому берегу (Мельников, Спесивцев, 1995, 2000; Природные условия..., 1997) и в пределах Русановского месторождения (Мельников, Спесивцев, 1995, 2000). Обзорно в этом разделе описываются залежи в прибрежных районах суши - обнажения по берегам Еркутаяхи (Маг^егис! й а1., 2004; Аз1акЬоу, Магагоу 2010; Васильчук и др., 2011; Васильчук, 2011; Назаров, 2011; Фотиев, 2011); в низовьях Юрибея (Дубиков, Корейша. 1964; Баду и др., 1982; Данилов, 1986, 1989; Крицук, Поляков, 1989; Васильчук, Васильчук, 2010а,б,в; Фотиев, 2011 и др.); Сеяхн-Мутной (см. раздел Актуальность темы); ПЛ, вскрытые бурением ближе к осевой части Пай-Хоя (Оберман, 1978, 1985; Геокриология СССР, 1988).

ГЛАВА 3. Строение и состав отложений и пластовых льдов ключевых участков

3.1 Западное побережье Байдарацкой губы

3.1.1 Состав и строение отложений, вмещающих пластовые льды

В районе устья Оюяхи к берегу Байдарацкой губы выходит увалистая равнина высотой 25-45 м. В прибрежной полосе она снижена до 15-20 м многочисленными термокарстовыми котловинами (хасыреями). В основании многих разрезов лежит глинистая толща с обломочным материалом, которую Ф.А. Романенко с соавторами (2007) соотносят с «карским диамиктоном» В.Н. Гатауллина (1992). Её неровная кровля, часто уходящая под урез моря, со стратиграфическим несогласием перекрывается сложно построенной песчаной толщей мощностью до 28 м, вмещающей ПЛ (рис. 2). Большая часть толщи сложена мелко-тонкозернистыми и пылеватыми песками, обогащенными растительным детритом или оторфованными. Слоистость песков косая, наклонная и волнистая; к пачкам с косой или волнистой слоистостью приурочены прослои окатанного каменного угля галечной размерности. Часты прослои супесей и суглинков. Толща включает в себя обломки и створки морских моллюсков, кости и бивни мамонтов (Романенко и др., 2007).

Песчаная толща практически не засолена - содержание легкорастворимых солей варьирует от 30-450 мг/л в песках до 3,8 г/л в глинах (Коняхин и др., 1991; данная работа). В спектре анионов в песках преобладают 5042" и

НСОз", в глинах - СГ. В катионном составе доминируют Са2+, К'а+ и К+.

1 Ш1 2си З 9Ж 4 ■■ 5 [ЇШЗ 6 ІЇЗ

Рис. 2. Схема строения береговых уступов в районе устья Оюяхи. 1 - глины с включениями валунов; 2 - пески; 3 - торф; 4 - лед (ВПЛ и НПЛ - ПЛ верхнего и нижнего ярусов); 5 - ледогрунт; 6 - образцы на радиоуглеродное датирование (по торфу и детриту/по древесине; Романенко и др., 2001, Веіоуа ЄІ аі., 2008)

Рис. 3. Пластовым лед верхнего яруса мощностью до 3,5 м, в 4,5 км к западу от устья Оюяхи

Гранулометрический состав осадков, чередование гравийно-песчаных и

суглинистых прослоев, а также результаты химического анализа водной

вытяжки указывают на континентальные и прибрежно-морские обстановки

осадкообразования; З.В. Алешинская, проанализировав состав диатомовых водорослей песчаной толщи, пришла к выводу об ее аллювиальном происхождении (Романенко и др., 2001). В спорово-пыльцевом спектре много переотложенной пыльцы березы, бука, грецкого ореха, сосны (Андреев и др.. 1998). Линзы и прослои галечников в песчаной толще могут отражать этапы активизации эрозии в прилегающей части Полярного Урала, сопровождавшиеся формированием гравийно-галечных шлейфов. Многочисленные фациальпые переходы в песчано-гравийно-галечниковых толщах, возможно, обусловлены аллювиальной переработкой в пределах озёрно-аллювиалыюй равнины.

Возраст отложений. Из ненарушенных термокарстом отложений песчаной толщи получено 4 радиоуглеродные датировки от 22,5 до 49,6 тыс. |4С л.н. (таблица 1). Из перекрывающих толщу озёрных и торфяно-болотпых отложений получена серия датировок от 10,9 до 4,1 тыс. |4С л.н. (Романенко и др., 2001).

Таблица 1.

Радиоуглеродные датировки из отложений береговых уступов в районе устья Оюяхи

Абс. высота отбора, м Возраст, 14С л.н. Материал Лабораторный номер Источник данных

Датировки озерных и торфяно-болотных отложений, вложенных в песчаную толщу

11 4140±70 торф \VAT-2895 Романенко и др., 2001

10,5 4 660±70 торф ГИН-7868

10 5 700±110 торф ГИН-7867

^,5 6 280±100 торф ГИН-7866

9 6 330±150 торф ГИН-7865

8,5 7 000±80 торф ГИН-7864

8 7640±90 торф ГИН-7863

7,5 8 210±110 древесина ГИН-7862

7 10 900±120 древесина МГУ-1352

Датировки из песчаной толщи, вмещающей ПЛ

9 44 900±1100 древесина ГИН-13796 Веіоуа еі аі., 2008

5 22 500±400 детрит ГИН-13795

4* >45 000 детрит ИГАН-3684 Эта работа

3* 49 600±300 детрит ИГАН-3668

* образцы отобраны из отложений, подстилающих ПЛ верхнего яруса.

Возраст образцов из отложений под ПЛ верхнего яруса близок к пределу работы радиоуглеродного метода. Это позволяет предположить, что толща начала формироваться ранее, еще в ермаковское время 60-50 тыс. лет назад на фазе отступания ледникового щита Карского моря.

Условия залегания пластовых льдов и криолитологическое строение вмещающих отложений. ПЛ приурочены к самым высоким, наименее изменённым термокарстом участкам поверхности. Зафиксированная мощность пластов - до 6-7 м, протяженность - до 100 м. Они вскрываются на абс. высотах от 0 до 15 м, вероятно, спускаются и ниже уровня моря. Выделено 2 яруса ПЛ -верхний и нижний, различающихся по мощности, строению и составу льда. В большей части разрезов встречается только нижний или только верхний ярус ПЛ, но в одном обнажении отмечены оба яруса.

ПЛ верхнего яруса (рис. 3) залегают в интервале высот от 9 до 15 м; мощность пластов от 3 до 6 м. Льды верхнего яруса сложены преимущественно слоистым льдом (см. раздел 3.1.2), насыщены грунтовыми включениями. Именно во льдах этого яруса зафиксированы складчатые и сдвиговые деформации льда. Верхние и нижние границы ПЛ чёткие, верхний контакт местами полого сечёт слоистость во льду. Криогенная текстура перекрывающих отложений на контакте с ПЛ массивная, местами над контактом залегают линзы льда (мощностью около 0,3 м). Прослежен боковой контакт одной из залежей ПЛ верхнего яруса: от основного пласта во вмещающие отложения отходит серия ледяных шлиров мощностью 1-5 см, залегающих согласно слоистости вмещающих песков и постепенно утоняющихся с удалением от ПЛ. .

Песчаная толща под ПЛ верхнего яруса характеризуется массивной криогенной текстурой. В ней встречены отдельные ледяные линзы и прослои мощностью 10-40 см и протяженностью несколько метров, сложенные чистым льдом с редкими грунтовыми прослойками, а также ледогрунтовые жилы с ледяными стенками и слоистым заполнителем из вышележащих слоёв. В отдельных обнажениях ледогрунтовые жилы длиной до 1 м хвостами причленяются к кровле ПЛ нижнего яруса.

ПЛ нижнего яруса (11адс =0-9 м) менее мощные (до 3 м). Только в этом ярусе встречаются пласты видимой мощностью до 2,5 м, целиком сложенные стекловидным «хрустальным» - льдом, практически лишенным каких-либо включений (до Ьа6с=4 м).

3.1.2 Строение, химический, изотопный и палинологическим состав ПЛ

Строение льда. Выделены 3 основных фации ПЛ: слоистый, пузырчатый и стекловидный лёд. В ПЛ верхнего яруса преобладает фация слоистого льда, в нижних частях крупных залежей - субфация мутного льда, равномерно насыщенного грунтовыми включениями. Слоистый лёд преимущественно среднекристаллический, медианный диаметр кристаллов составляет, как правило, 0,5-1 см. В местах скопления грунтовых взвесей размеры кристаллов менее 1 мм, а в прослоях стекловидного льда, местами секущих основную слоистость ПЛ, кристаллы могут достигать 10 (до 25) см в поперечнике. Фация слоистого льда по строению схожа с фациями базалыюго льда современных ледников (Murtón et al., 2005; Cook et al., 2007; Fortier et al., 2007 и др.).

Пузырчатый лед отличается большим количеством воздушных включений преимущественно округлой формы диаметром от долей миллиметра до 0,3-0,5 мм; медианный диаметр кристаллов 0,3-1 см. В пузырчатом льду имеются включения грунтовых взвесей, редко - маломощные прослои грунта.

Большая часть залежей характеризуется субгоризонтальной слоистостью за счёт грунтовых включений: как крупных прослоев (мощностью до 0,3 м), так и на уровне фаций (мощностью от долей миллиметра до первых сантиметров). Местами слои смяты в пологие складки с размахом крыльев 1,5 м. Слоистость рассекается прослоями льда, ориентированных под углом от 90 до 30° к основной слоистости. Встречаются сложные Z-образные складки, образованные по залеченным плоскостям скола.

Слоистость ПЛ полого сечётся верхним контактом. Перекрывающие отложения на контакте с ПЛ имеют косую или горизонтальную слоистость, местами чёткую косую слоистость; следы каких-либо деформаций в перекрывающих отложениях отсутствуют.

Залежи стекловидного льда, вскрывающиеся у подножья берегового уступа, резко отличаются от прочих ПЛ. Грунтовые и воздушные включения во льду практически отсутствуют. Кристаллическую структуру этих льдов описала в 1990 г. Т.В. Амплеева; медианный диаметр кристаллов составляет 0,5-1,5 см.

Химический состав льда. Лёд пластов ультрапресный (<200 мг/л). По сборам 2006 года (7 образцов ПЛ) лёд преимущественно гидрокарбонатного, реже гидрокарбонатно-сульфатного класса, с преобладанием Са и Na2+. По сборам 2007 года (60 образцов из пластового, шлирового льда и ледогрунта) из определённых анионов (содержание гидрокарбонатов определить не удалось) в большей части образцов преобладает СГ (68%). В некоторых преобладает S042'

(22%) и N0]" (10% - в слабоминерализованных образцах). Из катионов преобладает Ыа+ (80%), реже Саг+ (17%). И хотя часто их содержания в образце близки, в среднем по всем образцам Ыа+ в 7 раз больше, чем Са2+.

Изотопный состав льда. В работе использовались изотопные данные сборов 1990, 1991, 1993 (Коняхин, Амплеева, 1991; Романенко и др., 2001), собственных материалов 2006 и 2007 годов. В 1990, 1991 и 1993 годах отбирались образцы из нижнего яруса ПЛ; в 2006 впервые были получены значения изотопного состава ПЛ верхнего яруса. По сборам 2006-2007 гг. значения в двух обнажениях ПЛ верхнего яруса составили в среднем -18,8%о и -18,3%о (по 10 и 34 образцам соответственно), а в двух обнажениях ПЛ нижнего яруса -21,7%о и —21,5%о (по 9 и 6 образцам). ПЛ верхнего яруса изотопически тяжелее по сравнению с ПЛ нижнего яруса - в среднем на 3,2%о по кислороду и 23%о по дейтерию (рис. 4, табл. 2). Разброс значений 5180 велик, обычны колебания состава одной залежи в пределах 5-6%о. Между величинами 5|30 (60) и дейтериевым эксцессом (сУЕХС) нет заметной связи, что свидетельствует против формирования ПЛ в результате замерзания жидкой воды.

Таблица 2.

Изотопный состав ПЛ верхнего и нижнего ярусов по сборам 2006-2007 гг.

(в °/оо относительно 8МО\У)

Ярус ПЛ 6180

среднее мин. макс. 14* среднее мин. макс. ¡4*

Верхний -18,4 -21,8 -15,0 44 -140 -164 -121 43

Нижний -21,6 -25,2 -16,2 15 -163 -192 -121 14

число образцов

Палиноспектры во льду. Состав пыльцы и спор в ПЛ верхнего яруса определен в конце 2011 года А.К. Васильчук. Экзотическая дальнезаносная пыльца термофильных пород, характерная для льда полярных ледников, в них отсутствует. Лёд содержит споры зеленых мхов, отсутствующие в атмосферном ледниковом льду. Подобный состав палиноспектров, по мнению А.К. Васильчук, свидетельствует о внутригрунтовом механизме формирования льда (Васильчук, Васильчук 2010а,б,в). Однако мы полагаем, что ПЛ верхнего яруса представляют собой базальный ледниковый лёд, значительно отличающийся от атмосферного ледникового по механизмам формирования и составу воды и грунтовых включений. Такие компоненты палиноспектров, как споры зеленых мхов, могли включиться в базальный ледниковый лёд через микротрещины во льду, по которым из отложений ложа в лед могут проникать тонкие частицы грунта вместе с пыльцой и спорами (Кг^ги, 1997). В этом случае лед будет

-26 -24 -22 -20 -18 -16

Н абс

Рис. 4. Содержание ,80 в двух ярусах ПЛ и ледяных образованиях в 4,5 км к западу от устья Оюяхи (сборы 1990-1991, 2006-2007 гг.), в %о относительно 8МО\У. Строение верхнего горизонта ПЛ по состоянию на 2007 год.

сильно загрязненным и дислоцированным (Васильчук, Васильчук 2010 б,в), что соответствует характеристике ПЛ верхнего яруса.

3.2 Западный Ямал, пос. Харасавэй

3.2.1 Состав и строение отложений, вмещающих пластовые льды

В районе пос. Харасавэй ПЛ вскрываются в береговом уступе высотой до 10 м на двухкилометровом участке побережья, а также вскрыты бурением в многочисленных скважинах. Здесь ПЛ изучались гораздо детальнее, чем на первом ключевом участке (Дубиков, 1982, 2002; Жесткова, Шур, 1982; Каплянская, 1982; Тарноградский, 1982; Васильчук, 1982, 2006а, 2011; Орлянский, 1984; Хименков, 1985; Великоцкий, Мудров, 1985; Крицук и др., 1986; Данилов, 1986, 1989; Великоцкий, 1987, 1992; Григорьев, 1987; Гатауллин, 1988, 1992; Дубиков, Иванова, 1989; Крицук, 1990, 2010; Мельников, Спесивцев, 1995, 2000; А51ак1юу е1 а1., 1996; Кондаков и др., 2001; Юрьев, 2009; Баду, 2010 и другие).

Строение и состав вмещающих отложений. ПЛ залегают в верхней части песчаной толщи и приурочены к поднятиям её кровли, местами уходящей под урез моря. Пески тонкозернистые, пылеватые, содержат прослои, обогащенные растительным детритом. Вверх по разрезу они постепенно переходят в ритмично построенную пачку ленточноподобных алевритов (переслаивающихся суглинков, алевритов и тонких песков) мощностью до 1,5 м, перекрытую серыми суглинками. Все переходы между пачками вмещающих ПЛ отложений постепенные. В ленточноподобных алевритах содержатся единичные раковины фораминифер - Наупезта а.Мег0ШЬегси1аШт (УоогЙшувеп) и Ке1гое1рЫс1шт тЬЫтаШт (ОисИпа), что свидетельствует о накоплении отложений в неглубоком, несколько опреснённом водоёме лагунно-морского типа (Данилов, 1989).

Ленточноподобные алевриты над ПЛ и перекрывающие их суглинки заметно засолены (0,6% и 1,3% соответственно). Химический состав легкорастворимых солей в песках и алевритах свидетельствует о смешанном (опреснённом морском) составе солей поровых растворов (Великоцкий, 1992).

Возраст отложений. В районе пос. Харасавэй непосредственно из разрезов толщи, содержащей ПЛ, датировок до настоящего времени ещё не получено. Датированы отложения к северу от м. Харасавэй, где вмещающая ПЛ песчаная толща, вероятно, залегает ниже уровня моря. Обломок древесины из глинистой пачки в основании уступа с многочисленными псевдоморфозами по

повторно-жильным льдам (ПЖЛ) датирован 35 973±370 |4С л.н. (Ri-299; Гатауллин, 1988). Эти отложения, вероятно, являются аналогом глинистой пачки, венчающей разрезы с ПЛ (Великоцкий, Мудров, 1985).

Из вышележащей песчаной толщи получены даты >14 592 (Ri-285, Векслер, Преде, 1986) и 2 датировки по древесине 39 700±1000 (ГИН-2650), 43 600±700 (ГИН-2649; Васильчук, 1992). Фораминиферы и раковины моллюсков из морских осадков около устья р. Харасавэй имеют возраст 37 300±1800 14С л.н. (Гатауллин, Форман, 1997), торфяные пачки в верхней части уступа -9,3-5,7 тыс. 14С л.н. (9 дат, Арсланов и др., 1986, Васильчук, 1992, Forman et al., 2002). Можно предположить, что песчаная пачка у м. Харасавэй формировалась в каргинско-сартанское время, а подстилающие её отложения, вмещающие ПЛ, имеют докаргинский, вероятно ермаковский возраст.

Условия залегания пластовых льдов и крнолнтологнческое строение вмещающих отложений. ПЛ залегают согласно слоистости вмещающих отложений и повторяют крутые изгибы кровли вмещающих песков. На расстоянии до 2 м над верхней границей ПЛ в перекрывающих отложениях отмечена серия линз льда мощностью 2-20 см, повторяющих контуры кровли залежи. Мощность изученного ледяного тела 1 м; ПЛ вскрывается на высотах 6-7 м в 10-метровом береговом уступе. Пески под ПЛ сильнольдистые, с наклонными ледяными шлирами, образующими сетчато-линзовидную криогенную текстуру. Нижний контакт залежи не вскрыт.

3.2.2 Строение, химический, изотопный и палинологический состав ПЛ

Строение льда. Выделяются 2 основных фации ПЛ: пузырчатый и стекловидный лед. Прослои льда залегают наклонно, местами под углом 45". ПЛ представлен переслаиванием ледяных (мощностью 5-35 см) и грунтовых прослоев (мощностью 1-10 см). Медианный диаметр кристаллов льда от 0,5 до 5 см; в среднем 1 см.

Химический состав льда. ПЛ имеют ультрапресную минерализацию и преимущественно хлоридно-натриевый тип засоления. Состав и содержание солей в пластовом и текстурообразующем льду практически одинаков.

Изотопный состав льда. Значения 8lsO в ПЛ изменяются в широком диапазоне: от -18,6 до -26,3%о, составляя в среднем -21,9%о. В линзах льда над основным пластом значения 5lsO составляют от -17,0 до -20,9%о; —15,3%о в ледяных шлирах в перекрывающих ПЛ отложениях. Изотопный состав закономерно облегчается от линз льда над ПЛ к верхней части залежи, причем значения <4<с растут пропорционально уменьшению содержания изотопов |80 и

D, что свидетельствует о направлении промерзания сверху вниз. Единого тренда изменения содержания "О и D в ПЛ нет, однако сохраняется обратная связь между величинами 5lsO (5D) и с/ехс. Вероятно, отдельные прослои ПЛ формировались за несколько этапов промерзания. Шлировый лёд в суглинках с сетчатой криогенной текстурой в 1,3 и 1,5 км к югу характеризуется значениями 5180 в -13,9 и -21,5%о соответственно. Пластовый лёд и пара-генетически связанные с ним линзы отличаются от шлирового льда значениями с/ехс, которые минимальны в текстурообразующем льду (среднее 4,4) и максимальны в пластовом (8,4).

Палиноспектры во льду. Первые данные по составу пыльцы и спор в описанной залежи получены в январе 2012 года А.К. Васильчук. Во льду много переотложенных палиноморф, палиноспектры схожи с изученными А.К. Васильчук спектрами в отложениях в районе пос. Харасавэй (Васильчук, 2006). Признаков атмосферного происхождения ПЛ (Васильчук, Васильчук 2010а,б,в) в залежи не найдено, что подтверждает внутригрунтовый генезис ПЛ.

ГЛАВА 4. Анализ строения и состава отложений и пластовых льдов и региональная корреляция

4.1. Анализ строения и состава пластовых льдов и вмещающих их отложений на ключевых участках

4.1.1 Западное побережье Байдарацкой губы

О погребенном генезисе ПЛ верхнего яруса говорят: 1) эрозионный верхний контакт ПЛ, с угловым несогласием срезающий слоистость во льду (в перекрывающих озёрно-аллювиальных отложениях нет следов цикла протаивания - повторного промерзания); 2) химический состав ПЛ отличается от такового в смежных с ним ледяных телах и вмещающих отложениях.

ПЛ верхнего яруса можно отнести ледниковому льду на основании следующих характеристик: 1) сложное строение ПЛ с лежачими складками и сдвиговыми деформациями; 2) сходство по текстуре с базальным льдом ледников; 3) отсутствие связи между 5180 (5D) и da¿ значительные колебания изотопного состава (5-6%о по 5180 в пределах одной залежи); отсутствие четкого вертикального тренда изменения содержания изотопов 180 и D. Дж. Мертон с соавторами (Murtón et al., 2005), изучавшие ПЛ канадской Арктики, также относили к признакам захороненного базального ледникового льда а) сходство фаций и групп фаций в ПЛ и базальных горизонтах современных ледников; б) несогласный эрозионный верхний контакт ПЛ.

Наличие ледогрунтовых жил и криотурбированиого горизонта мощностью 1 м над залежами стекловидного льда нижнего яруса свидетельствует о том, что некогда пласт льда находился всего в метре от дневной поверхности. Это исключает инъекционный механизм формирования этих льдов, т.к. инъекция привела бы к пучению и деформации вышележащей маломощной пачки песчаных отложений. Вероятно, эти льды представляют собой погребенный нервичноповерхностный лед. Часть же залежей ПЛ нижнего яруса могут являться внутригрунтовыми.

Изотопный состав ПЛ обоих ярусов у устья Оюяхи легче, чем в современных снежниках на Полярном Урале (5180 = -17...-11%о), но тяжелее, чем на островах Канадской Арктики (б180 = -42...-19%о; -33...-24%о) (Васильчук, Васильчук, 2011). Климатические условия во время образования и захоронения многолетних снежников нижнего яруса ПЛ были холоднее современных, но не столь суровые, как сейчас в Канадском Арктическом архипелаге.

4.1.2 Западный Ямал, пос. Хпрасавэй

На внутригрунтовый механизм образования ПЛ в районе пос.Харасавэй указывают: 1) залегание согласно вмещающим отложениям; линзовидное строение льда ПЛ, кровля которого повторяет изгибы слоистости вмещающих отложений; 2) химический состав ПЛ, совпадающий с таковым шлирового льда и схожий с химическим составом водной вытяжки из вмещающих отложений; 3) наличие обратной связи между изменениями значений 5|80 (50) и с/ехс; значения изотопного состава, закономерно облегчающиеся от линз льда над ПЛ к верхней части залежи; 4) состав палиноспектров во льду схож со спектрами во вмещающих отложениях.

Строение льда ПЛ двух ключевых участков различно. Преобладающая на западном побережье Байдарацкой губы фация слоистого льда в ПЛ в районе пос. Харасавэй отсутствует. В районе устья Оюяхи ПЛ верхнего яруса -мощные монолитные ледяные образования, тогда как ПЛ у пос. Харасавэй сложены серией линз. Основная часть ПЛ на западном побережье Байдарацкой губы формировались в поверхностных условиях; их строение было по большей части сформировано ещё до захоронения. Напротив, отличительные черты ПЛ в районе Харасавэя оформились во внутригрунтовых условиях, будь то эпигенетическое промерзание или преобразование донной морены. Даже сторонники того, что вмещающие ПЛ отложения в районе пос. Харасавэй являются преобразованной донной мореной, признают внутригрунтовый

(сегрегационный) механизм формирования ПЛ (Astakhov, Kaplyanskaya, Tarnogradskiy, 1996).

. 4.2. Региональная корреляция

ПЛ юго-западного побережья Карского моря различаются по возрасту и механизмам образования. Наиболее древние датировки получены OSL-методом из перекрывающих ПЛ отложений в ур. Шпиндлер (Lokrantz et al., 2003) и в низовьях Еркутаяхи (OSL даты 72-59 тыс. лет, Mangerud et al., 2004).

На обоих берегах Байдарацкой губы в каргинско-сартанское время условия осадконакопления были сходными, формировалась песчаная толща, сходная с «оленными» и «байдарацкими» песками В. Гатауллина и С. Формана (Гатауллин, 1992; Forman et al., 1999, 2002) района п/ст Марре-Сале. Однако мощные погребенные ПЛ встречены лишь на западном берегу Байдарацкой губы. Здесь накопление песчаной толщи началось еще в ермаковское время (MIS 4), после отступания ледникового щита Карского моря, оставившего после себя глинистую толщу с валунами. В процессе формирования песчаной толщи имело место кратковременное наступание ледникового щита с шельфа Карского моря, оставившего после себя ПЛ - захороненный базальный лед краевой части ледникового щита. На ямальском побережье Байдарацкой губы, вероятно, не было необходимых условий для консервации ледникового льда.

Согласно последним исследованиям на Полярном Урале, основанным на определении времени экспонирования валунов по содержанию космогенного изотопа |0Ве, минимальный возраст последнего горного оледенения составляет 50-60 тыс. лет, причем оно не распространялось за пределы горной системы (Mangerud et al., 2006, 2008; Хенриксен, Назаров, 2009).

Формирование ПЛ в низовьях Еркутаяхи и в устье Оюяхи, возможно, шло одновременно (MIS 4-3). ПЛ в районе п/ст. Марре-Сале, вероятно, несколько древнее (MIS 4); они залегают в отложениях «карской морены» (Гатауллин, 1992), аналогичных глинистой толще в основании уступа на западном побережье Байдарацкой губы.

Время формирования ПЛ в районе пос. Харасавэй в настоящее время достоверно установить затруднительно. Их образование связано с эпигенетическим промерзанием вмещающих прибрежно-морских отложений, которое могло происходить после последнего оледенения (MIS 4-3) при общем поднятии территории в результате гляциоизостатического эффекта.

ГЛАВА 5. Роль пластовых льдов в динамике берегов

В разделе 5.1 охарактеризованы четыре литодинамических береговых района, выделяемых в юго-западной части Карского моря (Попов и др., 1988): Югорский, Байдарацкий, Западно-Ямальский и Северо-Ямальский.

В разделе 5.2 приведены результаты исследований влияния ПЛ на динамику современных денудационных процессов как на территории севера Западной Сибири (Лейбман, 2005; Лейбман, Кизяков, 2007), так и в канадской Арктике (Dallimore et al., 1996; Lantuit & Pollard, 2005, 2008).

5.3 Роль пластовых льдов в динамике берегов ключевых участков

Исследуемые участки побережья на западном берегу Байдарацкой губы и в районе пос. Харасавэй характеризуются интенсивной динамикой береговой зоны, происходящей за счёт термоабразионных и термоденудационных процессов, особенно активно протекающих в местах выходов ПЛ.

5.3.1 Западное побережье Байдарацкой губы. Сопоставлены значения скоростей отступания бровки берегового уступа по профилям с различным криолитологическим строением и высотой уступа. Значения скоростей отступания получены по данным наземных мониторинговых наблюдений за динамикой побережья от о. Торасовэй до о. Левдиев (1988-2007 гг.), а также в результате сопоставления разновременных аэрокосмических съёмок (19642005) (Камалов и др., 2006; Белова, Огородов, 2011; Огородов и др., 2011). Максимальные среднемноголетние скорости отступания берегового уступа отмечаются на участках выходов ПЛ (2,0-2,1 м/год за 41-летний период), а в отдельные декады - и на низких уступах лайды с ПЖЛ.

5.3.2 Западный Ямал, пос. Харасавэй. В районе пос. Харасавэй наибольшие скорости отступания берегов, обусловленные криолитологическим строением (при прочих равных условиях - одинаковой высоте берегового уступа и т.п.), характерны для уступов, сложенных сильнольдистыми суглинками (до 2,2 м/год за период 1981-2008 гг.). Спорадическое распространение маломощных ПЛ, вскрывающихся лишь на двухкилометровом участке побережья, здесь не оказывает существенного влияния на динамику берегов, в отличие от предыдущего ключевого участка. В районе пос. Харасавэй, в отличие от западного берега Байдарацкой губы, антропогенные воздействия оказали большее влияние на динамику берегов, т.к. активное хозяйственное освоение береговой зоны началось там на 27 лет раньше. С началом прокладки систем магистральных трубопроводов на западном берегу

Байдарацкой губы в 2008 году структура динамики берегов данного участка также неизбежно изменится.

Заключение

Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря залегают в отложениях разного возраста и генезиса, различаются по времени и механизмам формирования. Их влияние на интенсивность развития современных экзогенных процессов также различно.

1. Пластовые льды западного побережья Байдарацкой губы залегают в двух ярусах. Льды верхнего (на абсолютных отметках 9-15 м) и нижнего (на высотах 0-9 м) ярусов различаются по мощности, строению и составу. Пластовые льды верхнего яруса мощностью 3-6 м имеют эрозионный верхний контакт, изотопно-кислородный состав 5|80 от -21,8%о до -15,0%о без выраженного вертикального тренда и с отсутствием связи между 5lsO и deK\ по строению схожи с базальным ледниковым льдом, Льды нижнего яруса мощностью до 3 м залегают согласно вмещающим отложениям, имеют более легкий изотопно-кислородный состав S180 от -25,2%о до -16,2%о. Химический состав ПЛ обоих ярусов ультрапресный.

Вмещающая пластовые льды песчаная толща характеризуется континентальным типом засоления, датирована радиоуглеродным методом от 22,5 до 49,6 тыс. |4С л.н. (на пределе работы метода).

2. На западном побережье Байдарацкой губы пластовые льды верхнего яруса формировались 60-50 тыс. л.н. в ермаковское время (Qm2, MIS 4-3) на стадии деградации ледникового щита шельфа Карского моря в результате погребения льда краевых частей этого ледникового щита в толще флювио-гляциальных, прибрежно-морских и озёрно-аллювиальных отложений. Подстилающая пластовые льды верхнего яруса песчаная толща промерзала до захоронения базального ледникового льда. В этой толще, помимо захоронения первичноповерхностных образований (многолетних снежников, озерных льдов), формировались небольшие ледяные и ледогрунтовые пласты, линзы и жилы.

3. Пластовые льды в отложениях северо-западного побережья п-ова Ямал в районе пос. Харасавэй имеют внутригрунтовое происхождение. Они приурочены к поднятиям кровли песчаных прибрежно-морских отложений, перекрываемых суглинистой толщей морских осадков. Пластовые льды

залегают согласно вмещающим отложениям. Изотопный состав от -18,6 до -26,3%о; значение 5|80 в линзах льда над ПЛ и в самой залежи уменьшается пропорционально росту с/ехс) свидетельствует о формировании ПЛ при направлении промерзания сверху вниз. По химическому составу ПЛ схожи с текстурообразующими льдами. ПЛ образовались при эпигенетическом промерзании вмещающих отложений.

4. Значительное влияние на морфологию и эволюцию побережья оказывает криолитологическое строение берегов и, в особенности, наличие мощных пластовых льдов. На западном побережье Байдарацкой губы пластовые льды играют большую роль в динамике берегового уступа, чем в районе пос. Харасавэй. На западном берегу Байдарацкой губы ПЛ определяют максимальные среднемноголетние скорости отступания берегов (в 2,3 раза большие, чем в среднем по побережью), тогда как в районе пос. Харасавэй уступы с ПЛ характеризуются меньшими темпами термоабразии, чем откосы с сильнольдистыми суглинками или подверженные антропогенному воздействию. Тем не менее, в обоих районах следует относить участки берега с пластовыми льдами к неустойчивым, т.к. в отдельные годы при вскрытии новых пластовых залежей скорости отступания возрастают катастрофически.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Белова Н.Г., Огородов С.А. Роль пластовых льдов в динамике юго-западного побережья Карского моря (по данным мониторинга абразии берегов в районах ГМС «Флокс» и ГМС «Харасавэй») // Естественные и технические науки, №4,2011, с. 369-371.

2. Огородов С.А., Носков А.И., Белова Н.Г., Кокин О.В., Марченко A.B. Воздействие морских льдов на берега, дно и инженерные сооружения в прибрежно-шельфовой зоне Российской Арктики // Естественные и технические науки, № 5, 2010, с. 344-348.

3. Камалов A.M., Огородов С.А., Бирюков В.Ю., Совершаева Г.Д., Цвецинский A.C., Архипов В.В., Белова Н.Г., Носков А.И., Соломатин В.И. Морфолитодинамика берегов и дна Байдарацкой губы на трассе перехода магистральными газопроводами // Криосфера Земли, Том 10, №3,2006, с. 3-14.

А также в следующих публикациях:

4. Belovn, N.G., Ogorodov, S.A., Kamalov, A.M. & Noskov, A.I. 2006. Dynamics of the Baydaratskaya Bay coasts (Kara Sea) in the area of the gas pipeline underwater crossing design. Abstracts of the Asian Conference on Permafrost. Lanzhou, China. Pp.42-43.

5. Белова Н.Г., Соломатин В.И., Романенко Ф.А., Олюнина О.С., Огородов С.А. Новые данные о пластовых льдах восточного берега Югорского полуострова // Материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов», июнь 2007. Том 1, стр. 198-200.

6. Белова Н.Г., Соломатин В.И., Носков А.И., Огородов С.А. Пластовые льды как фактор динамики уральского берега Байдарацкой губы Карского моря. И Проблемы управления и устойчивого развития прибрежной зоны моря: Материалы конференции. Краснодар: Изд-во, 2007, стр. 48-49.

7. Романенко Ф.А., Белова Н.Г., Николаев В.И., Олюнина О.С. Особенности строения рыхлых отложений Югорского побережья Байдарацкой губы Карского моря // Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований. Материалы V Всероссийского совещания по изучению четвертичн. периода. М.: ГЕОС, 2007.С. 348-351.

8. Belova, N.G., Solomatin, V.I. & Romanenko, F.A. 2008. Massive ground ice on the Ural coast of the Baydaratskaya Bay, Kara Sea, Russia. Proceedings of the 9th Internationa] Conference on Permafrost, Fairbanks, Alaska, US, vol.1, pp. 107-112.

9. Belova, N.G., Solomatin, V.I. Noskov, A.I. and Ogorodov, S.A. 2008. Ural coast of Baydaratskaya Bay, Kara Sea: massive ice beds as a factor of coastal dynamics. Reports on Polar and Marine Research. The 6th Annual Arctic Coastal Dynamics Workshop, Oct. 22-26, 2006, Groningen, Netherlands. Vol. 576,44 -46.

10. Belova, N.G., Kamalov, A.M., Arkhipov, V.V., Kuznetsov, D.E., Noskov, A.I., and Ogorodov, S.A. 2009. Long-term coastal dynamics monitoring at the Kharasavey area of Yamal Peninsula, Kara Sea // EGU General Assembly 2009 Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-12430-1.

11. Belova, N., Overduin, P., Ogorodov, S., Arkhipov, V., Kuznetsov, D., Noskov, A. 2010. Coastal erosion contribution to carbon flux in Kara Sea at Kharasavey area, West Yamal Peninsula // Abstracts of the International Polar Year Oslo Science Conference, section T2-5, EA10.2-5.

12. Belova, N.G., Solomatin, V.I., Meyer, H. 2010. Isotopic composition of massive ground ice exposure at the Kharasavey coast, West Yamal // Thermal state of frozen ground in a changing climate during the IPY: Abstracts of the Third Europ. Conf. on Permafrost (EUCOP III, 13-17 June). Univ. Centre in Svalbard, p. 284.

13. Belova, N., Ogorodov, S., Overduin, P. and Lantuit, H. 2010. Coastal retreat contribution to carbon cycle of Arctic Occan on example of Yamal coast, Kara Sea // 2010 International Climate Change Adaptation Conference, pp. 83-84.

14. Belova, N.G., Overduin, P.P., Lantuit, II, Ogorodov, S.A., Noskov, A.I. 2010. Organic carbon flux to Kara Sea from eroding coasts of Kharasavey area, West Yamal Peninsula // «Berichte zur Polar- und Mccrcsforschung». Research in the Laptev Sea region. Proceedings of the joint Russian-German workshop. November 811, St. Petersburg, Russia, pp.15-16.

15. Arkhipov, V., Belova, N., Kuznetsov, D., and S. Ogorodov. 2009. Human impact on the dynamics of the Russian Northern and Far East Coasts// EGU General Assembly Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-9027.

16. Огородов СЛ., Белова Н.Г., Кузнецов Д.Е., Носков А.И. Использование материалов разновременных аэрокосмических съемок в целях исследования динамики берегов Карского моря // Земля из Космоса, №10, 2011, стр. 66-70.

Подписано в печать:

10.02.2012

Заказ № 6635 Тираж - 150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Белова, Наталия Геннадиевна, Москва

61 12-11/74

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Географический факультет

На правах рукописи

Белова Наталия Геннадиевна

ПЛАСТОВЫЕ ЛЬДЫ ЮГО-ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ

КАРСКОГО МОРЯ

Специальность 25.00.31 - гляциология и криология Земли

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель доктор географических наук,

профессор

Владимир Иванович Соломатин

Москва-2012

Оглавление

Введение..................................................................................................................................................4

Глава 1. Природные условия района исследований.......................................................10

1.1 Географическое положение.............................................................................................10

1.2 Орогидрография..................................................................................................................11

1.3 Геологическое строение....................................................................................................17

1.3.1 Дочетвертичные отложения.........................................................................................17

1.3.2 Четвертичные отложения.............................................................................................17

1.4 Климат....................................................................................................................................40

1.5 Мерзлотные условия..........................................................................................................41

Глава 2. История изучения пластовых льдов.....................................................................44

2.1 Основные концепции происхождения пластовых льдов......................................45

2.2 Исследования пластовых льдов на юго-западном побережье Карского моря... .....................................................................................................................................................47

Урочище Шпиндлер......................................................................................................................48

Устье р. Первая Песчаная.............................................................................................................51

Устье Яраяхи..................................................................................................................................53

Район п/ст Марре-Сале.................................................................................................................55

м. Белужий Нос..............................................................................................................................58

Черный Берег.................................................................................................................................59

Байдарацкая губа...........................................................................................................................60

Русановское месторождение........................................................................................................62

Низовья Еркутаяхи........................................................................................................................63

Низовья р. Юрибей........................................................................................................................64

Пай-Хой..........................................................................................................................................65

Сеяха (Мутная)..............................................................................................................................66

Глава 3. Строение и состав отложений и пластовых льдов ключевых участков

.....................................................................................................................................................................68

3.1 Западное побережье Байдарацкой губы......................................................................68

3.1.1 Состав и строение отложений, вмещающих пластовые льды.............................68

Химический состав водной вытяжки..........................................................................................74

Возраст отложений........................................................................................................................76

Условия залегания пластовых льдов и криолитологическое строение вмещающих отложений......................................................................................................................................77

3.1.2 Строение, химический, изотопный и палинологический состав пластовых

льдов .............................................................................................................................................89

Строение льда................................................................................................................................89

Химический состав льда...............................................................................................................99

Изотопный состав льда...............................................................................................................103

Палиноспектры во льду..............................................................................................................112

3.2 Западный Ямал, пос. Харасавэй..................................................................................114

3.2.1 Состав и строение отложений, вмещающих пластовые льды...........................114

Строение и состав вмещающих отложений..............................................................................114

Фаунистический и микрофаунистический анализ...................................................................117

Химический состав водной вытяжки........................................................................................118

Возраст отложений......................................................................................................................118

3.2.2 Строение, химический, изотопный и палинологический состав пластовых

льдов ...........................................................................................................................................121

Строение льда..............................................................................................................................121

Химический состав льда.............................................................................................................122

Изотопный состав льда...............................................................................................................125

Палиноспектры во льду..............................................................................................................129

Глава 4. Анализ строения и состава отложений и пластовых льдов и региональная корреляция...........................................................................................................130

4.1 Анализ строения и состава пластовых льдов и вмещающих их отложений на ключевых участках.......................................................................................................................130

4.1.1 Западное побережье Байдарацкой губы..................................................................130

4.1.2 Западный Ямал, пос. Харасавэй................................................................................134

4.2 Региональная корреляция.............................................................................................136

Глава 5. Роль пластовых льдов в динамике берегов....................................................139

5.1 Литодинамические условия юго-западного сектора Карского моря.............139

5.2 Влияние пластовых льдов на динамику современных денудационных процессов...........................................................................................................................................142

5.3 Роль пластовых льдов в динамике берегов ключевых участков.....................144

5.3.1 Западное побережье Байдарацкой губы..................................................................146

5.3.2 Западный Ямал, пос. Харасавэй................................................................................153

Заключение.........................................................................................................................................157

Список литературы........................................................................................................................159

Введение

Актуальность темы. Пластовые льды (ПЛ) широко распространены на материковом побережье Карского моря. С самого начала изучения ПЛ ведётся дискуссия об их генезисе; исследователей можно разделить на сторонников внутригрунтового или погребённого происхождения ПЛ. Множество работ посвящено решению этой проблемы, тем не менее и сегодня, по прошествии полувека, единого мнения нет. Не достигнуто согласия даже по таким известным и изученным участкам залегания ПЛ, как район полярной станции Марре-Сале (Тарноградский, 1982; Гатауллин, 1992, 1998; Astakhov et al., 1996; Forman et al., 1999, 2002; Васильев, Рогов, 2001; Каневский и др., 2005; Крицук, Дубровин, 2006; Стрелецкая и др., 2006, 2009; Крицук, 2010; Слагода и др., 20106 и др.), территория Бованенковского ГКМ на среднем Ямале в долине Сеяхи-Мутной (Дубиков, Корейша, 1964; Пармузин, Суходольский, 1982; Анисимова, Крицук, 1983; Тарасов, 1990; Соломатин и др., 1993; Баулин и др., 1996; Соломатин, Коняхин, 1997; Кондаков и др., 2001; Романенко и др., 2001; Дубиков, 2002; Васильчук и др., 2009; Фотиев, 2011; Васильчук, 2010 и др.) или урочище Шпиндлер к востоку от пос. Амдерма на побережье Югорского п-ова (Гольдфарб, Ежова, 1987, 1990; Иванов и др., 1992; Лейбман и др., 2000; Leibman et al., 2001, 2003; Manley et al., 2001; Ingolfsson, Lokrantz, 2003; Lokrantz et al, 2003; Леин и др., 2003, 2005; Баду, Иванина, 2004; Кизяков и др., 2006; Баженова и др., 2007; Слагода и др., 2010а и ДР-)-

Юго-западное побережье Карского моря в настоящее время является объектом активного хозяйственного освоения. Наличие ПЛ, залегающих близко к поверхности, на территории месторождений или вдоль трасс трубопроводов повышает риск развития опасных криогенных процессов - термокарста, термоэрозии, оползней-сплывов, а на побережье способствует усилению термоабразии и термоденудации. Поэтому определение размеров, стратиграфического положения и закономерностей распространения ПЛ необходимо для обеспечения геоэкологической безопасности при освоении севера Западной Сибири.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) провести обзор существующих концепций истории развития региона в позднечетвертичное время;

4) на основе полученных данных реконструировать возможные механизмы формирования ПЛ;

Харасавэй - 10 км от поселка до устья Хардъяхи. Также изучалось строение береговых уступов на восточном побережье Байдарацкой губы (устье Яраяхи, 20 км берега). Отложения изучались в расчистках, вдоль берегового уступа прослеживались контакты осадочных тел. Всего описано и опробовано 8 обнажений ПЛ, проанализирован изотопный (содержание 180 и Б; 137 образцов) и химический состав (78 образцов) пластовых и иных типов льдов и природных вод, химический состав водной вытяжки из вмещающих ПЛ отложений (5 образцов), охарактеризована кристаллическая структура в 64 образцах льда, получены серии радиоуглеродных датировок из вмещающих ПЛ отложений (лаборатория изотопной геохимии и геохронологии ГИН РАН, Л.Д. Сулержицкий; радиоуглеродная лаборатория ИГ РАН, н.с. Э.П. Зазовская). Определение состава пыльцы и спор в ПЛ проводилось д.г.н. А.К. Васильчук (лаборатория геоэкологии Севера, географический ф-т МГУ). Малакофауна и фораминиферы в отложениях в районе пос. Харасавэй определялись к.г.н. Е.Е. Талденковой и д.г.н. С.Д. Николаевым (лаборатория новейших отложений и палеогеографии плейстоцена, географический ф-т МГУ).

Изотопный анализ водных образцов проводился к.г.н. В.И. Николаевым (ИГ РАН) по сборам 2006 года, д.г.-м.н. Б.Г. Покровским (лаборатория изотопной геохимии и геохронологии ГИН РАН) по сборам 2007 года и в лаборатории стабильных изотопов Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера (А'Ш, Потсдам, Германия) под руководством Бг. Ханно Мейера по сборам 2007-2008 гг.

Химический анализ водных образцов проводился к.х.н. И.Д. Ерёминой (Метеорологическая обсерватория МГУ) и автором в лаборатории А\Щ при всесторонней помощи Антье Эйленбург. Анализ химического состава водной вытяжки из вмещающих ПЛ отложений проведен к.х.н. И.Д. Ерёминой.

Основные защищаемые положения:

сформировались при погребении различных первичноповерхностных ледяных тел, частично являются внутригрунтовыми.

2. Пластовые льды северо-западного побережья п-ова Ямал в районе пос. Харасавэй приурочены к поднятиям кровли песчаных прибрежно-морских отложений, согласно перекрытых суглинистой толщей морских осадков. Пластовые льды залегают согласно вмещающим отложениям, по составу схожи с текстурообразующими льдами, сформировались при эпигенетическом промерзании вмещающих отложений, т.е. относятся к внутригрунтовым.

Научная новизна работы:

3) Определена роль пластовых льдов в динамике берегов ключевых участков.

динамики к изменениям»), по государственному контракту Мин. образования и науки РФ №П516 «Термоабразия как фактор риска возникновения природных и техногенных катастроф в береговой зоне арктических морей России» (ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»).

Апробация. Результаты исследований, положенные в основу диссертации, были доложены на Шестом ежегодном совещании международной группы по изучению динамики арктических берегов (Гронинген, 2006); на международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007), на V Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода «Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований» (Москва, 2007), на Девятой международной конференции по мерзлотоведению (Фэрбанкс, 2008), на Генеральной Ассамблее Европейского Совета по наукам о Земле (Еви, Вена, 2009), на всероссийской молодежной конференции «Современные методы исследований в криолитозоне» (Пущино, 2009), на Третьей европейской конференции по мерзлотоведению (Лонгйир, 2010); на конференции Международного полярного года (Осло, 2010); на Международной конференции по адаптациям к изменениям климата (Голд Кост, 2010); на российско-немецком совещании по исследованиям в регионе моря Лаптевых (Санкт-Петербург, 2010).

Объем и структура работы. Диссертация общим объемом в 172 страницы состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, содержит 74 рисунка и 19 таблиц. Список литературы включает 210 наименований, из них 40 на английском языке.

Ю.К. Васильчуку за полезное обсуждение и рекомендации; д.т.н. А.Г. Топчиеву, к.г.н. М.А. Великоцкому, к.г.н.

Информация о работе

Белова, Наталия Геннадиевна
кандидата географических наук
Москва, 2012
ВАК 25.00.31

Диссертация

Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря ВАК РФ 25.00.31, Гляциология и криология земли

Автореферат диссертации по теме "Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря"

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Белова, Наталия Геннадиевна, Москва

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Пластовые льды юго-западного побережья Карского моря
ВАК РФ 25.00.31, Гляциология и криология земли