Реликтовый термокарстовый рельеф и талики восточной части шельфа моря Лаптевых

Глава 2. Озерный термокарст на приморских низменностях, арктических островах и шельфе в позднем неоплейстоцене и голоцене.

Для понимания истории формирования и эволюции верхних горизонтов криолитозоны шельфа в период субаэрального развития и на этапе затопления в данной главе рассматриваются условия образования, морфология и отложения термокарстовых озер, аласных (термокарстово-эрозионных) котловин и "термокарстовых лагун"; подозерные и подлагунные талики; показано влияние термокарста на особенности протекания поздненеоплейстоцен-голоценовой трансгрессии.

Под термином термокарст большинством исследователей понимается процесс вытаивания подземных льдов, сопровождаемый просадками поверхности и образованием замкнутых провальных форм рельефа. Основой для развития термокарста в изучаемом регионе служат уникальные высокольдистые (объемная льдистость более 50-60%) синкриогенные отложения ледового комплекса (ЛК), содержащие преимущественно сингенетические повторно-жильные льды (ПЖЛ).

Наиболее распространенным считается озерный термокарст при котором просадочные формы заполняются водой, образуя термокарстовые озера. В результате развития озер, их дренирования и последующего промерзания отложений формировались замкнутые и полузамкнутые эрозионно-термокарстовые котловины - аласы (Романовский, 1961, 1993; Катасонов, 1979 и др.). Следует отметить, что термокарстовые озера начали образовываться, как на низменностях, так и на еще не затопленных частях шельфа, на которых ранее сформировался ЛК.

Одним из криогенных процессов, протекавших совместно с образованием термокарстовых озер, являлась термоабразия, которая приводила к разрушению льдистых берегов и увеличению размеров озера. В современных условиях скорость расширения озер (последние 50-60 лет) составила 0,5-1,0 м/год (Чижов, 1972). Кроме этого, термоабразия приводила к слиянию обособленных термокарстовых котловин между собой. Слившиеся котловины достигали значительных размеров - до нескольких километров.

После дренирования объединенных котловин формировались аласные равнины, на которых оставались обособленные межаласные холмы, сложенные ЛК и называемые едомами (Соловьев, 1959; Качурин, 1961; Романовский, 1961, 1993; Катасонов, 1979 и др.).

К днищам термокарстовых и аласных котловин приурочены таберальные образования (Каплина, 2009) - отложения любого возраста, содержавшие ранее значительные количества льда и протаявшие с уплотнением. Они обычно не имеют выдержанной слоистости, не сохраняют остаточной посткриогенной текстуры и содержат растительный детрит, отличаются в мерзлом состоянии пониженной льдистостью и повышенной плотностью. Чем выше льдистость ЛК, тем меньше мощность слоя таберальных образований и тем интенсивнее идет углубление и расширение термокарстового озера. Состав таберальных образований незначительно отличаются от пород ЛК. Представлены они легкими, реже тяжелыми, пылеватыми супесями (алевритами), в которых фракция крупной пыли достигает 85-90%, а песчаных частиц - не более 5-6%.

На таберальных образованиях накапливаются озерные отложения. Для них, в отличие от таберальных, характерны довольно четкая слоистость и присутствие пресноводных форм моллюсков. По составу это пылеватые супеси, ленточные суглинки, глины.

Анализ мерзлотно-фациального строения и свойств комплекса отложений эрозионно-термокарстовых котловин (аласов) приводится в работах (Катасонов,1954; Романовский, 1961; 1977; Оспенников, Труш, 1974; Иванов, 1985; Каплина, 2009 и др.). Автор в работе руководствовался статьей Н.И. Труш и Т.А.Нистратовой (1974), в которой наиболее подробно представлены лабораторные данные по составу и свойствам отложений аласов.

Материалы по химическому составу ПЖЛ, отложений ледового комплекса, таберальных образований, озерных, аласных отложений и водам подозерных таликов изучаемого района дают основание считать породы незасоленными (Волкова, 1973; Труш, Нистратова, 1973,1974; Конищев, Рогов, 1994).

С развитием термокарстового озера связано формирование подозерного талика. Талики - это массивы талых (охлажденных) горных пород, залегающих среди многолетнемерзлых толщ и имеющие температуру, превышающую температуру замерзания грунта. Они окружены по всей боковой границе многолетнемерзлыми породами. Подозерные талики относятся к гидрогенному типу, формируются и существуют благодаря отепляющему воздействию воды на температурный режим мерзлых пород. На приморских низменностях температуры пород и вод подозерных таликов положительные. Первоначально мощностью талика фактически является мощность таберальных образований на дне озера, под которыми залегает непротаявшая нижняя часть ЛК. В случае полного протаивания ЛК начинается протаивание отложений, его подстилающих. В условиях приморских низменностей с их низкими среднегодовыми температурами, боковые границы талика имеют почти вертикальное положение, и в плане талик практически соответствует форме озера.

После дренирования озера и образования аласной котловины на осушившейся территории и под остаточными мелкими озерами (современные глубины меньше 1 м) талые отложения подозерных таликов промерзали.

Формирование и развитие форм озерного термокарста в регионе моря Лаптевых связано: 1) с широким распространением высокольдистых пород ЛК; 2) с кардинальным изменением водного баланса, который из отрицательного стал положительным и даже резко избыточным; 3) с повышением среднегодовых температур воздуха и пород.

Для изучаемого района шельфа и приморских низменностей, по данным А.В. Гаврилова (2008), начало массового развития термокарста происходило 14-12,5 т.л.н (по 14С). Это соответствует 16,7-14,7 календарных (кал. т.л.н.) (по Reimer et al, 2009). Первые котловины появились 15 т.л.н., за 1-1,5 тыс.л. до начала поздненеоплейстоцен-голоценовой трансгрессии. Начало образования аласов и прекращение накопления ЛК относятся к 13-12 т.л.н (Каплина, 2009).

Исследования второй половины ХХ в. показали, что аградация мерзлых толщ на шельфе происходила в периоды крупных похолоданий (криохроны) на этапах регрессий, деградация - на этапах трансгрессий (работы Я.В. Неизвестнова, В.А.Соловьева, А.И.Фартышева, Н.Н.Романовского и многих др.). Многолетние исследования российских ученых, работавших по программе "Система моря Лаптевых", изменили представления о современных геокриологических условиях шельфа на основе восстановления и прослеживания истории развития природной среды. Во-первых, было установлено, что в регрессии на осушавшемся шельфе, как показывают данные по исчезнувшим островам в море Лаптевых (Григоров, 1946; Старокадомский, 1953; Гаврилов и др., 2003), накапливались сильнольдистые синкриогенные полифациальные отложения ледового комплекса с мощными ПЖЛ (Романовский, 1999).

Затопление огромного по протяженности (чуть менее 1000 км) арктического шельфа Восточной Сибири за короткий интервал времени (15-13 т.л.н - современность) привело группу российских исследователей (Н.Н. Романовского в сотрудничестве с А.В.Гавриловым и В.Е.Тумским) ко второму выводу о том, что в конце позднего неоплейстоцена ЛК на шельфе и низменности подвергся воздействию озерного термокарста. Это заключение было сделано ими на основе следующего. Небольшие скорости термоабразионного разрушения льдистых берегов моря Лаптевых, установленные в прошлом веке (Арэ, 1980, 1985 и др.) показали, что восточная часть арктического шельфа была частично затоплена морем, а не расширена за счет термоабразии. При среднем темпе отступания берегов, сложенных ЛК, равном 2-6 м/год, термоабразия могла обеспечить за голоцен затопление полосы суши шириной только 30-50 км.

Кроме этого, в 70-80 годах прошлого столетия Т. Н. Каплина и А. Ложкин установили, что большинство аласов и термокарстовых озер на низменностях закончили фазу своего активного развития 7-9 тыс. лет назад. Об этом свидетельствовал абсолютный возраст торфяников, залегающих на толще озерных отложений. Начальные фазы массового формирования термокарстовых озер относились к аллереду (11.8-11 т. л.н.) и беллингу (12.8-12.3 т.л.н.), т.е. до начала активной фазы гляциоэвстатической трансгрессии (Романовский и др., 1999).

Далее, на основе анализа рельефа приморских арктических низменностей (Каплина и др, 1986; Романовский, 1999) была отмечена приуроченность эрозионно-термокарстовых котловин к отрицательным новейшим структурам (грабенам), а останцов ЛК (едом) - к горстам.

Кроме этого, на ряде низменных участках морского побережья существуют так называемые "термокарстовые лагуны", представляющие собой затопленные морской водой термокарстовые озера, днища которых находятся ниже современного уровня моря (рис.2). В центральной части "термокарстовых лагун" сохраняется талик, отложения которого находятся в охлажденном состоянии. Причиной сохранения таликов под "термокарстовыми лагунами" послужило увеличение минерализации поровых вод и изменение температуры начала замерзания отложений термокарстовых озер (и подозерных таликов) в результате смены континентальных условий морскими.

Рис. 2. Мерзлотно-геологический профиль западного побережья Ивашкиной лагуны (Быковский п-ов, Якутия). Составлено на 25 апреля 2004 г. В.Е.Тумским, дополнено автором по материалам лабораторных исследований (Чеверев и др., 2007).

Проникновение морских солей происходило совместно с лагунным осадконакоплением. Проведенный автором анализ материалов лабораторных исследований (Чеверев и др, 2007) показал уменьшение засоленности отложений с глубиной. Существование современных "термокарстовых лагун" подсказало возможность подобного явления в прошлом.

Таким образом, был сформулирован третий вывод о том, что возникновение в днищах грабенов обширных, вытянутых с севера на юг, депрессий, состоявших из термокарстовых озерных котловин и соединяющих их понижений, изменило ход трансгрессии. Глубокий (до 10-20 м) врез этих депрессий в днища грабенов и общность генерального направления их и долин палеорек обусловили быстрое, преимущественно ингрессионное затопление шельфа (Романовский и др., 1999; Гаврилов и др., 2006). Наличие депрессий приводило к локализации осадконакопления в их пределах, а также являлось причиной уменьшения поступления осадочного материала на внешнюю часть шельфа и материковый склон. Талики под "термокарстовыми лагунами" трансформировались в субмаринные.