Криолитозона арктического шельфа Восточной Сибири
(современное состояние и история развития в среднем плейстоцене - голоцене)

Глава 4. Система региональных палеотемпературных реперов.

Анализ принципов и методологии палеотемпературных реконструкций показывает, что историческая геокриология в настоящее время располагает общим методологическим подходом к изучению истории развития ММП (работы И.Я.Баранова, В.А Кудрявцева, А.И.Попова, В.В.Баулина, С.М.Фотиева и др.) и разнообразными методами для получения палеотемпературных реконструкций. Температурные условия реконструируются: по ширине элементарных жилок и другим параметрам ПЖЛ (Т.Н.Каплина, Н.Н.Романовский), по минералогическим особенностям пород (В.Н.Конищев, С.Ф.Колесников, В.В.Рогов), по геотермическим особенностям разреза ММП (В.Т.Балобаев), по ионно-солевому составу криопэгов (Я.В.Неизвестнов, С.М.Фотиев, И.А.Комаров, Н.Г.Волков), по мощности голоценового покровного слоя (Т.Н.Каплина, А.Л.Чеховский, Г.Ф.Гравис, Л.А.Конченко). По изотопному составу ПЖЛ оцениваются среднезимние температуры воздуха (М.Н.Коняхин, Д.В.Михалев, В.И.Соломатин, А.Ю.Деревягин, А.Б.Чижов, Х.Майер), а среднемноголетние - в сочетании с палеоботаническими данными (Ю.К. и А.К.Васильчук). Использование палеоэкологических методов и данных освещается в работах Р.Е.Гиттерман, М.П.Гричук, А.В.Ложкина, А.В.Шера, С.В.Киселева, С.А.Кузьминой, А.А.Величко, А.А.Андреева, В.А.Климанова, А.В.Алфимова, Д.И. Бермана и др. Для изучаемого и смежных регионов составлены температурные реконструкции также расчетным методом с контролем по современным параметрам ММП (Г.Э.Розенбаум, Н.А.Шполянская), с помощью гармонического анализа региональных данных по температуре воздуха (Э.Д.Ершов, Л.Н.Максимова, Н.П.Левантовская, А.В.Медведев), по кривым содержания диатомовых водорослей и биогенного кремнезема в осадках оз. Байкал (С.М.Фотиев). Для реконструкций, как правило, используется один из методов, хотя известно, что применение комплекса методов повышает их достоверность.

Для Восточно-Сибирской Арктики составлен ряд моделей эволюции температуры пород и воздуха. Модели Т.Н.Каплиной в эоплейстоцене - голоцене и В.Н.Конищева в палеогене - голоцене характеризуют ее главные закономерности: соответствие общему ходу глобального кайнозойского похолодания и его специфическое проявление в условиях приморских низменностей Якутии. Опубликованы также представления о температурной динамике в плиоцене-голоцене (Л.Н.Максимова, В.Н.Зайцев), в среднем плейстоцене-голоцене (Г.Э.Розенбаум, Н.А.Шполянская). Перечисленные модели представляют несомненный интерес, однако их использование при математическом моделировании формирования и эволюции КЛЗ шельфа представляется невозможным. Это связано с тем, что модели составлены на основании разреза приморских низменностей, который содержит перерывы в осадконакоплении. Они используют материал, полученный в 60-80 гг. ХХ в., когда датирование базировалось преимущественно на биостратиграфических данных с низким временным разрешением. Температурные оценки носят дискретный характер, а для их производства используется лишь один из методов, располагаемых в настоящее время исторической геокриологией. Модель, освещающая динамику t_в в последние 40-30 т.л. (Ю.К.Васильчук), имеет большое значение, поскольку с этим периодом связаны особенности современной КЛЗ севера Восточной Сибири. Составленная по данным δ¹⁸О_ПЖЛ, она дает значения температуры, отличающиеся от значений, получаемых другими методами. Поэтому интерпретация данных изотопно-кислородного состава ПЖЛ является в настоящее время предметом дискуссии.

Система региональных палеотемпературных реперов (ПТР). Система региональных ПТР необходима для преобразования изотопных палеотемпературных кривых (δ¹⁸О или δ²Н) в региональные кривые динамики t_в. В качестве ПТР используются реконструкции t_в и t_ср, полученные по надежно датированным отложениям Восточно-Сибирской Арктики, соответствующим периодам смены температурного тренда. Применение изотопных палеотемпературных кривых решает две важнейшие задачи. Оно обеспечивает построение непрерывных во времени региональных кривых динамики t_в и t_ср при использовании дискретных региональных палеотемпературных реконструкций. И самое главное, оно позволяет преодолевать прерывистость геологической летописи и недостаточность палеотемпературной изученности региона.

Автором предпринята попытка использовать при построении система ПТР Восточно-Сибирской Арктики реконструкции, составленные различными методами. Принципиальная сопоставимость таких реконструкций обеспечивается тем, что в основе каждого метода лежит используемая им связь особенностей состава и строения ММП с температурными условиями формирования мерзлых пород. Целесообразность использования разных методов, несмотря на то, что каждый из них находится в состоянии становления и разработки, доказывается сходством реконструкций для сартанского пессиума. Реконструкции, составленные по ширине элементарных жилок в ПЖЛ (Т.Н.Каплиной и И.Л.Кузнецовой) и соотношению основных породообразующих минералов (В.Н.Конищевым) дают одинаковый диапазон температур пород и воздуха на севере Якутии (-21÷-25^oС). Такие же температуры для приморских низменностей Якутии может дать геотермический метод. Об этом свидетельствует широтно-зональный градиент сартанских палеотемператур, полученных В.Т.Балобаевым для более южных районов Якутии, где климатические экстремумы проявляются слабее, чем в высоких широтах. Сопоставимые с указанными температурами по δ¹⁸О_ПЖЛ получены В.Н.Голубевым и др. (2001) с учетом сублимации снежного покрова. Автором для малоснежных сартанского и более древних пессиумов по δ¹⁸О_ПЖЛ (данные А.Ю.Деревягина, А.Б.Чижова, Х.Майера) с помощью зависимости Ю.К.Васильчука реконструированы t_в, равные -21÷-23^oС. Оценка летних температур при этом осуществлялась по энтомологическим и ландшафтным данным. В систему ПТР вошли также реконструкции, составленные автором по ионно-солевому составу криопэгов для пессиумов, и реконструкции автора, А.А.Величко и Т.Н.Каплиной для оптимумов, построенные с помощью палеоэкологических методов.

Реконструкции обоснованы более, чем 200 определениями возраста отложений среднего плейстоцена - голоцена опорных разрезов Быковского полуострова, острова Б.Ляховского, дельты Лены, мыса Мамонтовый Клык ¹⁴С AMS-, ²³⁰Тh/U-, IRSL- и палеомагнитным (ПМ) методами (Schirrmeister et al., 2002; 2003; Krbetschek et al., 2002; Никольский, Басилян. 2003; Andreev et al., 2004; Тумской и др., 2005; Деревягин и др., 2007 и др.), а также биостратиграфическими данными А.В.Шера, В.С.Зажигина и ¹⁴С-датами, полученными Т.Н.Каплиной и другими исследователями в 70-80-х годы ХХ в.

ПТР периодов аградации ММП. Для пессиумов эпох формирования поздне - и среднеплейстоценовых ледовых комплексов (сартанской, зырянской, тазовской; холодного пика МИС-7), автором получен одинаковый диапазон t_в и t_ср, равный -21÷-25^oС. Он принят в качестве репера степени похолодания, связанного с основными глобальными климатическими циклами. Отклонения от него в отрицательную сторону (t_ср ниже -21÷-25^oС) диагностируют существование в пессиум дополнительного (к глобальному) источника охлаждения, в положительную (t_ср выше -21÷-25^oС) - существование источника, уменьшавшего охлаждение. Такими источниками могли быть ледниковый покров, способствовавший понижению t_в и t_ср на приледниковых участках, ледниковый и водный покровы, отепляющее действовавшие на перекрываемые ими отложения.

В каргинское время кратковременные потепления чередовались с кратковременными похолоданиями. Каргинские похолодания в интервале 30-25 т.л.н. не отличались или почти не отличались от сартанского пессиума. Ранее это было зафиксировано Ю.К.Васильчуком. В потепления в условиях ультраконтинентального климата t_в составляли -16÷-17^oС, t_ср - -12÷-15^oС (отклонения от современных значений - Δt_в и Δt_ср =-2÷-7^oС). Наиболее значительное потепление отмечено от 50-48 до 35 с пиком около 46-42 т.л.н. Оно выражено горизонтами торфяников в дельте Лены (44 14С т.л.н.) и низовьях Колымы (40,6 и 41 т.л.н.), погребенной почвой с признаками таежного почвообразования в низовьях Колымы (40-37 т.л.н.) (рис.4).

ПТР периодов деградации ММП. Наиболее теплым временем считается казанцевский оптимум с теплым морем и пониженной континентальностью климата. Автором получено, что t_в составляла -8÷-10^oС, а t_ср изменялась от -1÷-2^oС на юге низменностей (69^oс.ш.) до -6÷-10^oС на осушенных частях шельфа и островах (74-77^oс.ш.). Это на 4-5^oС выше современных значений. Близкие к указанным температурам пород получены Т.Н.Каплиной и В.Н.Конищевым, температурам воздуха - А.А.Величко и др. (2002). На юге низменностей в это время реконструируется широкое распространение несливающейся мерзлоты.

В голоценовый оптимум по оценкам автора t_в была ниже казанцевской, составляя -9÷-11^oС (на 3-4^oС выше современной). На низменностях оптимум был приурочен к бореальному времени (9-8 т.л.н.) с t_ср - -1÷-5^oС, на островах - к пребореалу (10-9 т.л.н.) с t_ср - -5÷-8^oС (Δt_ср =2÷7^oС). На основании изменчивости мощности покровного слоя (от 1,5-2 до 3,5-4 м) предполагается существование несливающейся мерзлоты; однако, в отличие от казанцевского оптимума, - только на юге низменностей. Постбореальные колебания t_в и t_ср не выходили за пределы ± 2^oС по сравнению с современными значениями.

Амплитуда оптимально-пессимальных колебаний t_в составляла 14-15^oС. Для температуры пород в зоне современных арктических тундр и пустынь она равнялась 17-18, в зоне редколесий и на шельфе - 21-25^oС.

Вместе с тем, ледники на островах Де Лонга существует сегодня, а на островах Нов. Сибирь и Фаддеевский их развитие в прошлом зафиксировано в виде дислоцированных пластовых льдов (Анисимов, Тумской, 2003). На Новосибирском архипелаге автором установлен ряд природных явлений, пространственная связь которых с районами оледенений позволяет рассматривать ее в качестве генетической. Это - редуцированная мощность ММП; температурные градиенты в скважинах до 6^oС/100 м; высоко поднятые морские террасы; большая скорость (от 2-6 до 30 мм/год) современных вертикальных движений; термокарстовые озера, глубина которых в несколько раз превышает мощность ЛК. Эти явления, рассматриваемые как признаки оледенений, распространены также в Лено-Анабарском секторе приморских низменностей. Здесь они дополняются данными о накоплении мощных (50 м) толщ пресноводных песков в интервал 100-50 т.л.н. (Schirrmeister et al., 2003), о песчаных массивах с ориентированной гидрографической сетью. Они интерпретируются как показатели развития водно-ледниковых процессов.

В качестве признаков оледенений использовались также результаты оценки температуры формирования ионно-солевого состава подмерзлотных криопэгов. Они характеризуют минимальные температуры пород, существовавшие на участках опробования в ходе длиннопериодной динамики климата и подошвы ММП (Фотиев, 1999; Комаров и др., 2006). Их сравнение с температурами неледниковых пессиумов позволило предположить формирование локальных холодных ледников близ участков опробования в наиболее холодные пессиумы.

Широкий комплекс перечисленных признаков - геотермических, геокриологических, геоморфологических, геодинамических, геологических, гидрогеохимических - установлен автором для региона впервые. Его использование дает основание предполагать, что оледенение МИС-6 не ограничивалось северо-востоком Новосибирского архипелага с прилегающим шельфом, а распространялось также на Ляховские острова. К западу от низовий Лены оледенение МИС-5b - МИС-4 имело место на возвышенном обрамлении Средне-Сибирского плоскогорья, а на кряжах Чекановского, Прончищева и их подножье существовали локальные пассивные ледники. Проявление ледниковых и водно-ледниковых процессов в Лено-Анабарском секторе низменностей и их обрамлении дискутируется с середины ХХ века. Полученный автором вывод подтверждает ледниковую интерпретацию ряда геолого-геоморфологических образований низовий Лены (В.В.Куницкий, М.Г.Гроссвальд, В.Б.Спектор, Д.Ю.Большиянов) и Лено-Анабарской области (А.П.Пуминов). В сартанское время имели место лишь небольшие изолированные пассивные ледники и снежно-фирновые покровы на возвышенностях и их подножье. Такое заключение согласуется с данными об аградационном соотношении тепловых потоков в толще ММП и ее талом подстилании на подгорных частях низменностей (Балобаев, 2005). Интенсивное современное поднятие Земли Бунге (6 м за последние 200 лет), а также наличие глубоких термокарстовых озер, тогда когда образование ПЖЛ только начинается, дает основание предполагать образование пассивного ледника в Малый ледниковый период (МЛП) или в одно из последних позднеголоценовых похолоданий. Это предположение согласуется с современной аградацией ММП на островах Ляховские и Нов. Сибирь, устанавливаемой по геотермическим данным.

Температура пород в ледниковых обстановках реконструированы по данным ионно-солевого состава криопэгов, оценкам по δ¹⁸О_ПЖЛ в отложениях куччугуйской свиты в сочетании с данными по насекомым и ландшафтам и результатам расчета. Приледниковые условия характеризовались значениями t_ср, равными -30÷-35^oС и ниже, под ледниками породы не выхолаживались ниже -15-÷-20^oС.