CC BY
216
Вестник ДВО РАН. 2011. № 2
УДК 551.34+551.8 А.М.КОРОТКИЙ
Признаки мерзлотных процессов в четвертичных отложениях островных территорий (на примере Южных Курил)
Установлено, что криогенные явления в пределах Курильской гряды в плейстоцене связаны с колебаниями температур, протаиванием-замерзанием горных пород в условиях многолетней мерзлоты (мощностью 5-15 м). Автором изучены проявления этого процесса: криотурбации, дислокационные текстуры, солифлюкция, термокарст, осыпи, курумы, каменные глетчеры, следы которых ярко выражены в рельефе и отложениях морских террас на Тихоокеанском, в меньшей мере - на Охотоморском побережьях Южных Курил, что связано с асимметрией климата, возникшей в среднем плейстоцене. Показано, что эта асимметрия проявляется в разной интенсивности криогенных процессов. Делается вывод: на океанском побережье островов в эпохи похолоданий среднегодовые температуры соответствовали холодному климату.
Ключевые слова: мерзлотные деформации, морские террасы, асимметрия климата, криотурбации, моро-зобойные клинья, дислокационные текстуры, термокарстовые западины.
Traces of frost processes in Quaternary deposits of insular territory (by the example of the Southern Kuril Islands). A.M.KOROTKY (Pacific Institute of Geography, FEB RAS, Vladivostok).
It has been determined that cryogenic phenomena within Kuril Archipelago in Pleistocene connected withfluctuations in temperature, thawing-freezing of frozen ground in conditions of permafrost (thickness 5-15 m). The author studied the reflections of this process: cryoturbations, dislocation textures, solifluction, thermocarst, screes, kurums and stone glaciers. Traces of phenomena brightly appear in relief and deposits of marine terraces on the Pacific coast, to a smaller degree on the Okhotsk Sea coast in late Pleistocene. It is shown that this asymmetry is fixed in different activity of cryogenic processes.
The conclusion is made that average annual temperatures conformed to cold climate in oceanic coast of islands in epochs offalls of temperature.
Key words: frozen deformations, marine terraces, asymmetry of climate, cryoturbations, frost wedges, dislocation textures, thermocarst hollows.
Криогенные явления в зоне многолетней мерзлоты связаны с промерзанием-протаиванием горных пород. Следы таких явлений в четвертичных отложениях при соответствующей дешифровке широко используются в палеогеографических реконструкциях плейстоцена [3, 10]. Изучение климата этого периода не оставляет сомнений в существовании общепланетарных, ритмически направленных изменений.
В эпохи похолоданий криогенез на юге Дальнего Востока, включая о-в Сахалин, был более широко распространен, чем в настоящее время. Следы перигляциальных процессов в рельефе этой территории сохранились в виде нагорных террас, курумов, полигональных грунтов, термокарстовых просадок, криотурбаций [1, 9, 12]. Делювий и бурые суглинки в окраинных частях Сихотэ-Алиня и впадинах рассматриваются как продукт чередования холодных и теплых эпох плейстоцена [5, 10].
КОРОТКИЙ Алексей Михайлович - доктор географических наук, главный научный сотрудник (Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток). E-mail: kam@tig.dvo.ru
Работа выполнена в рамках Программы 13 «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы» и при поддержке грантов РФФИ 96-05-65569 и 95-05-15309.
Для островных территорий расшифровка процессов криогенеза ранее выполнена без достаточного обоснования возраста и палеогеографических условий их формирования. Кроме того, в большей части геоморфологических или палеогеографических работ эта проблема для Южных Курил практически не рассматривалась, хотя есть публикации по северным островам Японии [18]. Явления криогенеза требуют дополнительного изучения, так как интерпретация геологических разрезов затрудняется сходством признаков криогенных и сейсмогенных процессов. В данной статье впервые излагаются материалы, восполняющие этот пробел для островных территорий на границе Охотского моря и Тихого океана [7]. Цель статьи - доказательство развития многолетней мерзлоты на островах и связи криогенеза с холодными ландшафтно-климатическими условиями.
Наше исследование практически неизученных криогенных процессов в пределах Южно-Курильских островов предполагает существование связи данного явления с изменениями климата плейстоцена. Для этого периода похолодания и снижение среднегодовых температур на суше (на 5-8°С ниже современных) зафиксированы в четвертичных разрезах Курильских островов. Масштабные похолодания коснулись и океана, где ледовый покров достигал 40° с.ш. [7, 10]. Изучение климатической ритмики плейстоцена показало, что холодный и континентальный климат в позднем плейстоцене распространялся вплоть до о-ва Хоккайдо и севера Хонсю, где установлены солифлюкционное течение грунтов и земляные жилы [18].
На Южных Курилах и Шикотане признаки многолетней мерзлоты фиксируются в многочисленных геологических разрезах и разных ярусах рельефа. В качестве признаков развития многолетнемерзлых грунтов в геологических разрезах нижнего-верхнего плейстоцена рассматриваются образования, сходные с подобными структурами для о-ва Сахалин [12]. Наиболее типичные из них (рис. 1): 1) резкие смятия грунтов (криотурбации)
^►4.0 м-«г-
Рис. 1. Типы криогенных структур в разрезах морских террас на Белозерском клифе (о-в Кунашир). 1 - туф кислого состава, 2 - галечники и валуны с песком, 3 - галечники и валуны с глинистым песком, 4 - песок, 5 - песок с галькой, 6 - песок с гравием, 7 - песок с алевритом, 8 - глинистый песок, 9 - алеврит, 10 - песчанистый алеврит, 11 - суглинок, 12 - суглинок песчанистый; 13 - ожелезнение: а - пятнистое ^), б - пластовое; мерзлотные структуры: 14 - выпирания, 15 - прогибания, 16 - морозобойные клинья
в разрезах с погребенными почвами или тонко-горизонтально-слоистыми осадками;
2) дислокационные текстуры - земляные жилы и псевдоморфозы; 3) формы и типы рельефа, обусловленные процессами протаивания (солифлюкционное течение грунтов, термокарстовые западины и озера); 4) массовые движения грубообломочного материала - осыпи, курумы, каменно-глетчерные образования, сходные с лахаровыми комплексами, что затрудняет их выделение; 5) вырезные формы рельефа на островах Большой Курильской гряды, представленные нивальными нишами, уступами морозного забоя, останцами на доголоценовых поверхностях (в данной статье они не рассматриваются, так как могут возникать в условиях сезонной мерзлоты и большой мощности снегового покрова).
Следы молодых криотурбаций, связанные с проявлением многолетней мерзлоты на низких уровнях прибрежного рельефа, детально изучены автором в южной части о-ва Кунашир в пределах Головнинского и Белозерского клифов [6, 7].
Головнинский клиф приурочен к северному побережью прол. Измены, отделяющего о-в Кунашир от о-ва Хоккайдо. В рельефе клифа преобладают четвертичные морские террасы. В разрезе 5835 сверху вниз выделяются: 1) почвенно-эоловый, 2) прибрежно-озерный, 3) прибрежно-морской и мелководно-шельфовый комплексы на туфогенных породах головнинской свиты (рис. 2). Наиболее значительные по интенсивности дислокации установлены в прибрежно-озерной пачке, накопление которых происходило в умеренно холодном климате (зона Ргсеа-АЫеБ-Ршш). Характерная особенность криогенных структур - слабая их выраженность во фронтальной части разрезов и наибольшая дислоцированность в поперечном профиле к береговой линии. Различие в выраженности криогенных дислокаций, вероятно, определяется смещением прибрежно-озерной пачки по направлению к береговой линии в соответствии с вектором движения подземных вод, что зафиксировано слоями ожелезнения в зоне контакта с лежащими ниже отложениями.
Рис. 2. Следы солифлюкционного течения грунтов в сводном геологическом разрезе 10-12-метровой морской террасы (разрез 5835) в устье р. Головнинка (юг о-ва Кунашир). 1 - туф кислого состава с обломками пемзы, 2 - валуны пемзы, 3 - прослои торфа, 4 - прослои ожелезнения и темноцветных минералов, 5 - сплошное оже-лезнение, 6 - растителные остатки и щебень, 7 - номера слоев. Остальные обозначения см. на рис. 1
Время накопления морских осадков совпадает с умеренно теплым климатом рисс-вюрма (зоны Quercus-Betula и Picea-Abies-Pinus), когда уровень моря превышал современный на 6-10 м [8]. Можно предположить, что активный криогенез проявился в позднем вюрме (зона Betula-Alnaster-Pinus).
Белозерский клиф. Расположен на участке побережья от устья р. Белозерка до поворота с ССВ на ССЗ, его длина 2,1 км; здесь выделяются 4 геоморфологических уровня.
I. Террасовидное понижение на 800 м от начала клифа шириной до 60 м и высотой в 4-5 м над приливным пляжем, связанное с древней долиной р. Белозерка. Аллювиально-озерная толща, в понижении слабо затронутая мерзлотными процессами, возникла на границе позднего вюрма-раннего голоцена.
II. Уровень высотой до 6-8 м; описан для южной части клифа. В его разрезе вскрыты отложения мощностью 8,5 м со следами солифлюкционного смещения. Выделены пачки: в кровле террасы - эолово-почвенная (1-1,90 м), в средней ее части - аллювиально-со-лифлюкционных отложений (1,90-6,00 м), в подошве - прибрежно-морских отложений с прослоями пепла (6,00-7,50 м); в основании террасы (7,50-8,50 м) - умеренно окатанный галечник и грубозернистый ожелезненный песок. Из отложений средней пачки выделена зона Betula-Alnaster-Pinus с пыльцой фригидных кустарников, соответствующая интенсивному похолоданию.
III. Уровень высотой до 10 м; состоит из 4 пачек отложений (сверху вниз), имеющих сложное взаимоотношение по простиранию клифа (рис. З). Первая пачка - почвенно-эоловый комплекс, в ее кровле выделена зона Quercus-Betula - оптимум голоцена, в подошве - зона Betula-Alnaster-Pinus с преобладанием в спектрах древесной пыльцы и фригидных кустарников. Вторая пачка мощностью от 2,5 до 5 м, криотурбированная, с переслаиванием галечников в глинистом песке и грубозернистых красно-бурых песков, прослоями тефры и с прослоем ожелезнения в основании (рис. З). В кровле пачки выделена зона Betula-Alnaster с примесью пыльцы Quercus (14С-дата 48110 ± 15 00 л.н.). Третья пачка мощностью З-4 м сложена волнисто-слоистыми белесыми алевритами и глинами, гравийниками, галечниками, с прослоями темноцветного песка и розовых пеплов, а также оторфованной супеси, в основании - хорошо окатанные галечники. Из отложений пачки получены палинокомплексы, соответствующие зоне Betula-Alnaster-Pinus с преобладанием в спектрах пыльцы фригидных кустарников с пыльцой Quercus. Такой тип спектра соответствует интенсивному похолоданию, с которым связано формирование криотурбаций в мерзлых грунтах. Осадки содержат диатомеи группы бентоса и обрастания. Четвертая пачка интенсивно криотурбированных отложений представлена умеренно окатанными галечниками, торфом с крупными остатками древесины, слоями пемзы и пеплов, мощность пачки З-4 м (рис. З). В верхнем торфянике преобладает пыльца зон Picea и Abies и Picea-Betula (14С-дата 48110 ± 1500 л.н.), в основании второго пласта торфа - зона Picea-Alnus-Betula с пыльцой мелколиственных пород, включая фригидные формы (14С-дата 46З00 ±1 000 л.н.). В верхней части нижней пачки торфа установлена зона Picea-Abies - в присутствии пыльцы Tsuga (14С-даты З9500 ± 1000; 26700 ± 900; 24600 ± 200). Зона Pinus-Picea-Alnus установлена для нижней части криотурбированной пачки. Тип комплекса соответствует умеренно холодному и сухому климату. В четвертой пачке Т.А.Гребенниковой установлены озерные планктонные диатомеи, что позволило предположить континентальное происхождение этой пачки [2, 14].
Для объяснения неоднородности комплексов диатомей была представлена следующая модель развития побережья, согласно которой сочетание чисто болотных отложений (с древесиной) и планктонных диатомей возникло, возможно, в результате процесса, зафиксированного в следующих стадиях (рис. З).
Первый вариант: 1) на максимуме подъема уровня моря - образование высокого штормового вала; 2) возникновение за штормовым валом низинного болота; З) образование пресного озера с неоднократным формированием пластов торфа; 4) появление озера с
Рис. 3. Геологические разрезы четвертичных прибрежных террас (разрезы 5784, 5786) и стадии (1-4) заполнения озер на Белозерском клифе (побережье юго-восточного Кунашира). 1а - кислые эффузивы, 1б - базальты, 2а - вулканические бомбы, 2б - граниты, 3 - хорошо окатанные мелкие валуны и гальки, 4 - слабоокатан-ные валуны со щебнем, 5 - песок с валунами и галькой, 6 - песок с хорошо окатанным гравием, 7 - пепел, 8 - торф, 9 - торфянистый алеврит, 10 - почва; 11 - морские организмы: а - раковины моллюсков, б - плоские ежи; 12 - ожелезнение: а - пластовое, б - мозаичное; 13 - растительные остатки: а - пни, б - стволы; 14 - растительность: а - древесная, б - травяно-кустарниковая; 15 - другие образования: а - вода, б - криотурбации; А - геологические разрезы террас с озерными отложениями, Б - стадии заполнения осадками озер за штормовым валом; 5784, 5786 - номера разрезов; У.М.П. - уровень моря на полном приливе, У.М.О. - уровень моря на отливе; спл - сплавина
постоянным столбом воды, достаточным для развития планктона. Второй вариант: 1) на максимуме подъема уровня моря - образование высокого штормового вала; 2) возникновение за штормовым валом озера с хорошо выраженной сплавиной по обрамлению;
3) периодическое осушение озера при снижении уровня воды, опускание сплавины на его дно, зарастание котловины древесной растительностью; 4) неоднократное повторение этого процесса, что привело к формированию в осадках чередования торфа с древесиной и глинистых песков и алевритов.
В структурно-литологических особенностях террасовых отложений отмечается следующее.
1. В разрезе аллювиальной террасы с почвенно-эоловым комплексом (высотой до
4-5 м) незначительные изменения слоистости рассматриваются как образования, связанные с флювиальными процессами. В наименьшей мере криотурбации зафиксированы
в горизонтально-слоистых озерных отложениях, залегающих на пачке пляжевых галечников с хорошей водопроницаемостью.
2. В строении толщи террасовидной поверхности высотой 10 м выделяются 3 пачки с разной степенью нарушенности слоистости. Интенсивно криотурбированная 4-я пачка залегает выше толщи валунников, вскрываемых ниже уровня моря. В ее разрезе выделяются дислокации, связанные с солифлюкционным течением грунтов, с процессами пучения и образованием морозобойных клиньев и трещин (рис. 1). На первом этапе (голоцен) проявлялись солифлюкционные процессы, возможно, связанные с маломощной многолетнемерзлой толщей, на втором (позний вюрм) - с сильным промерзанием грунтов. Размеры морозобойных клиньев и интенсивное смятие пемзовых прослоев выше пластов торфа позволяют оценить мощность толщи многолетнемерзлых грунтов в пределах 5-12 м. В средней части разреза 10-метровой поверхности выделена пачка 3 со слабым нарушением слоистости. Наблюдающаяся здесь слоистость часто близка к горизонтальной, а неровная кровля пачки соответствует топографии поверхности размыва. Это позволяет нам сделать предположение об умеренно теплом климате (зона Quercus-Betula) и отсутствии многолетнемерзлой толщи во время формирования данной пачки [5]. В лежащей выше пачке 2, относимой к пролювиально-аллювиальным или снежниково-аллювиальным отложениям, наблюдаются сильнейшие смятия слоистой толщи. Наличие в ее разрезе оже-лезненных прослоев позволяет зафиксировать разные типы нарушений, обусловленных солифлюкцией и морозобойными процессами. Преобладают малоамплитудные смещения и смятия слоев с затуханием амплитуды вниз по разрезу. По ряду признаков отложения пачки 2 формировались в условиях оплывания и переработки обломочного материала пластовым стоком с многократным промерзанием. В кровле 10-метрового уровня вскрываются отложения голоценового почвенно-эолового комплекса (мощностью до 5 м), не затронутого мерзлотными процессами.
IV геоморфологический террасовидный уровень. В северной части распространения полигенного уровня наблюдается увеличение его высоты до 12-14 м и появление цоколя коренных пород - грубой белой тефры с прослоями валунов и алевролитов. В осадочном чехле в верхней части террасы вскрыты почвенно-эоловые отложения (палинозона Picea-Abies-Quercus-Betula). Ниже, в интервале 1,0—2,2 м, по данным Е.И.Царько, - озерно-лагунные алевриты и глинистые пески с богатым комплексом пресноводных бентиче-ских (Aulacosira granulata, A. italiaca, Synedra ulna, Eunotia praerupta, E. fallax, E. monodon, E. praerupta, Pinnularia viridis) и солоноватоводных диатомей (Coscinodiscus lacusticus, Dip-loneis elliptica, Hyalodiscus scoticus). Непосредственно в кровле пачки спорово-пыльцевой комплекс соответствует умеренно холодному климату (палинозона Betula-Alnaster-Pinus). В интервале 2,2-4,3 м описаны ожелезненные галечники и пески с пластом белесых алевритов (2,6-3,0 м), содержащие диатомеи, представленные в основном бентосом и группой обрастания.
Для этой части разреза характерны пликативные дислокации, напоминающие структуры пучения с наклоном по направлению к береговой линии и наиболее значительные по размерам в ранее описанных разрезах (рис. 4). Вертикальное перемещение испытали мелкозернистые слоистые породы и ожелезненные галечники. Амплитуда поднятия слоев составляет 0,8-1,5 м. Наличие в кровле криотурбированной толщи системы мелких вертикальных трещин и следов вымораживания обломков в пликативных структурах свидетельствует о разной интенсивности мерзлотных процессов.
В нижней части террасы в интервале 4,3-6,3 м описаны горизонтально-слоистые и плойчато-слоистые белые и бело-розовые пески, залегающие на пачке вулканических бомб и хорошо окатанных валунов в песке (рис. 4). В этом слое, по Е.И.Царько, установлены диатомеи с преобладанием морских (Paralia sulcata, Coscinodiscus marginatus, Gram-matophora arcuata), солоноватоводных (Coscinodiscus lacusticus, Diploneis elliptica, Hyalodiscus scoticus) и переотложенных третичных диатомей (Pyxidicula zabelinae).
В основании террасы наблюдается пачка слоистых песков и алевритов с остатками плоских ежей, в подошве - пласт ожелезненного гравия с тонкими прослоями темноцветных минералов. Палиноспектр из кровли пачки соответствует зоне Ркеа-АЫеБ, в средней части - зоне Quercus, Juglans, Шшш, Согу1ш. В основании пачки в составе пыльцы
Рис. 4. Геологический разрез террасы (разрез 5789) высотой 12-15 м в средней части Белозерского клифа (побережье юго-восточного Кунашира), показаны верхние 6 м. 1а - вулканические бомбы кислого состава, 1б - хорошо окатанные мелкие валуны базальтов, 2 - галечники и валуны в глинистом песке, 3 - гравий, 4 - глинистый песок с галькой, 5 - оторфованный алеврит, 6а - вертикальные полосы ожелезнения, 6б - ожелезнение (конкреции), 7 - растительные остатки
преобладает Quercus (53,2%), в небольшом количестве - пыльца хвойных и мелколиственных пород. Это свидетельствует о значительном потеплении климата по сравнению с озерно-лагунной стадией.
Присутствие в структуре комплекса диатомей неритических видов (Асйпосус1ш ёт-sus, А. senarius) отвечает, по В.С.Пушкарю [13], глубинам среднего шельфа, но, по данным Б.С.Преображенского, столб воды в месте накопления плоских ежей не должен превышать
5-8 м. В алевритах устричной банки в разрезе 10-метровой Ольшанской террасы на западном побережье Сахалина (рисс-вюрм) обильны неритические и океанические тепловодные виды из глубоких зон моря [12]. Отсюда следует, что экологическая структура диатомей с нерити-ческими и океаническими видами не всегда достаточна для определения столба воды в месте накопления морских осадков [6].
Следы мерзлотных процессов в разрезах морских террас высотой 20, 30, 40, 50-70 и 100-110 м.
Среднечетвертичная морская терраса высотой 20 м. Криогенные структуры (солифлюционное течение грунтов и мерзлотные котлы) встречены в двух разрезах такой террасы в устье руч. Белкина, на удалении в 400 м к северу от мыса Четверикова. Здесь (в интервалах 0-1,1 м) выделен почвенно-эоловый комплекс с двумя типами почв и двумя слоями легких суглинков, залегающих на пляжевых песках и галечниках с валунами (1,1—2,6 м). В цоколе водоупор - белый кислый туф с горизонтом феррикрета в кровле. При формировании горизонта многолетней мерзлоты (мощностью более 3 м) происходила криогенная переработка морских отложений со смещением слоев в направлении долины руч. Белкина. Спорово-пыльцевой спектр с преобладанием пыльцы фригидных кустарников был получен из подошвы нижнего слоя легких суглинков (зона Betula-Alnaster-Pinus). Такой тип спектра соответствует интенсивному похолоданию, с которым связано формирование многолетнемерзлых грунтов. Непосредственно из слоя зеленовато-серых песков с морским бентосом (1,8-2,0 м) получен спорово-пыльцевой спектр, отвечающий зоне Quercus-Betula с умеренно теплым климатом.
Среднечетвертичная морская терраса высотой 30 м (о-в Шикотан). Характерная особенность установленного в разрезе воздействия мерзлоты на структуру рыхлых отложений: преобладание валунов и галек, глинистый состав наполнителя в большей части разреза. В его подошве преобладает горизонтальная ориентировка обломков, в средней части и кровле - вертикальная. Мощность слоев с измененной ориентировкой обломков составляет в разрезе террасы 0,6-1,2 м. Характер текстур по облику сопоставим с конвективными образованиями в деятельном слое мерзлоты. Структура палинокомплекса, по данным Е.М.Назаренко, соответствует темнохвойной тайге с элементами фригидной и широколиственной растительности. Аналогичные признаки криотурбаций и спорово-пыльцевые комплексы установлены в среднечетвертичных разрезах Приморья [5].
Среднечетвертичная морская терраса высотой 40 м. Нами изучены три ее разреза, для которых установлен морской генезис. Наиболее значительные криотурбации выделены в разрезах террасы на правобережье руч. Белкина в 200 м севернее мыса Четверикова (рис. 5). Здесь (разрез 5718) вскрыты следующие отложения (сверху вниз).
Первая пачка: покровные отложения мощностью до 1,5 м (гумусированные, супеси, желто-бурые суглинки и песок). Вторая пачка: пляжевые, хорошо окатанные галечники с прослоями валунов и линзами черного шлиха, с вертикальной ориентировкой обломков и вертикальными клиньями (мощностью до 2,5 м). Третья пачка: переслаивание мелководно-морских и пляжевых отложений с наклонными трещинами длиной до 35 см и клиньями длиной до 40 см, в подошве - ожелезненные пески, охристый щебень и черные морские пески (шлих) на туфах (мощностью до 2 м).
Из мелководно-морских отложений получен спорово-пыльцевой спектр, отвечающий зоне Ве1и1а-А1па81ег-Рши8, с преобладанием пыльцы фригидных кустарников. Такой тип спектра соответствует интенсивному похолоданию, с которым и связано появление многолетнемерзлых грунтов. Вероятно, образование толщи происходило во время холодной трансгрессии с периодическим значительным понижением, когда формировались многолетнемерзлые грунты с клиньями.
В разрезе среднечетвертичной морской террасы высотой 40 м на восточном побережье о-ва Кунашир (разрез 5838) в осадках выделены структуры, напоминающие криогенные образования. После изучения соотношения таких образований, вмещенных в лежащие ниже пески, был сделан вывод, что клинья и котлы кипения могли возникнуть только в мерзлых породах. Существующее предположение, что осадки террасы с неритическими видами диатомей являются отложениями глубокого моря [13, 14], не объясняет преобладание в составе пляжевых отложений окатанных обломков. В данном случае, по мнению Н.Г.Разжигаевой [14], округленность пемзовых обломков - результат соударений обломков в процессе их перемещения течением. Такая трактовка не принимает во внимание идеальную сглаженность их поверхности, которая возникает только в волноприбойной зоне моря или озера [8, 15]. По нашим данным, окатанность для 50 обломков с идеальной сглаженностью равна 75%. Следовательно, не всегда структура диатомей с неритиче-скими и океаническими видами является достаточной для определения величины столба воды в месте накопления пляжевых осадков [6].
50-70- и 110-метровая морские террасы на юго-восточном побережье о-ва Кунашир. В разрезе 50-70-метровой морской террасы значительные мерзлотные деформации наблюдаются только в покровном чехле. В прибрежно-морских и аллювиально-болотных отложениях они проявлены слабо. Поэтому основное внимание уделено 110-метровому уровню, где разнообразные турбации наблюдаются в толще осадков залегающей выше
Рис. 5. Геологический разрез морской террасы (разрез 5718) высотой 40 м и днище древней долины в устье руч. Белкина. 1 - туфы кислых эффузивов, 2 - щебни в глинистом песке, 3 - валуны и глыбы в глинистом песке, 4 - валуны с песком, 5 - валуны в глинистом песке, 6 - галька в глинистом песке, 7 - гравий с песком, 8 - песок глинистый, 9 - оторфованный песок, 10 - галечник слоистый, 11 - пластовый феррикрет, 12 - слои торфа, 13 - линзы ожелезнения, 14 - криотурбации, 15 - возраст отложений, 16 - номера слоев разреза; А, Б - отдельные фрагменты разреза
пачки морских отложений (рис. 6). Средневюрмский возраст покровно-вулканогенного комплекса в разрезе 110-метрового уровня установлен Н.Г.Разжигаевой [14] по 14С-дате 38000 ± 1000 л.н. Именно в этой пачке во всех разрезах 100-110-метровой террасы установлено два слоя с мощными криоструктурами, сформировашимися во время интенсивных похолоданий климата, не типичных для среднего вюрма [1, 5, 17]. Слои разделены отложениями с ненарушенной слоистостью.
Общие особенности геологического строения разреза морских террас (высотой 50-70 и 110 м), такие как наличие хорошо окатанных галечников и гравия с эллипсоидными окремнелыми стяжениями (раковины моллюсков?), подводят нас к выводу об иной интерпретации возраста. Морские отложения, залегающие на 50-100 м, представлены хорошо окатанными валунниками, галечниками, гравийниками, песками и торфяниками. Здесь из торфяника с 14С-датой в 31000 ± 1200 л.н., залегающего между двумя пластами пля-жевых отложений, получен комплекс, по данным Л.П.Карауловой соответствующий па-линозоне Quercus-Juglans-Ulmus широколиственных лесов в теплом климате нижнего
-----► 18 м •<-------
Ширина разреза, м
Рис. 6. Деформации полигенных осадочных слоев (криотурбации) в разрезе 90-100-метровой морской террасы (южный Кунашир, Курильские острова). 1 - травяно-кустарниковый покров, 2 - современная почва, 3 - псаммитовая тефра и желто-бурый суглинок (эоловые отложения), 4 - верхняя криотурбированная почва, 5 - грубозернистый песок с гальками и обломками тефры, контакт с лежащей ниже пачкой - слой ожелезненного алеврита, 6 - горизонтально-слоистый песок зеленовато-бурый с мелким гравием, в кровле - крупный древесный остаток (пень) черного цвета, 7 - вертикальный клин - гумусированный песок с черными обломками древесины, в западной части толщи - горизонтально-волнистые прослои черного шлиха и хорошо окатанного пемзового гравия, 8 - переслаивание белых песков с желтыми алевритами и линзами хорошо окатанного белого гравия, 9 - пачка песчанистой белой тефры с неровной верхней и нижней границей с обломками кислых и основных пород, 10 - грубозернистый тефроидный песок с хорошо окатанными гальками кислых и основных эффузивов, с наклонными слоями зеленоватых алевритов и песчаного гравия, 11 - осыпь (тефроидный песок, насыщенный мелкими гальками хорошо окатанной пемзы), 12 - пачка разнозернистых глинистых песков: в кровле - с остатками черной древесины, линзами серой тефры, в основании - грубозернистые пески с окатанной пемзой, ожелезнен-ные, с окремнелыми ядрами (5 х 4 х 3 см), заполненными плотным синеватым алевритом (фауна?), 13 - хорошо окатанные гальки и валуны в разнозернистом белесом песке в дне карьера. Рисунок разреза сделан со слайда
плейстоцена. Полученные по торфу и древесине из отложений в разрезах 100-110-метровых террас 14С-даты соответствуют среднему вюрму (3100-46300 л.н.), но термолюминесцентная дата (ТЛ) лежащих выше песков с хорошо окатанным пемзовым гравием определяет, по данным [3], возраст свыше 700 тыс. л.н. (нижний плейстоцен). Поэтому спорово-пыльцевые комплексы из торфяников, залегающих выше морских валунников и галечников на участке морского побережья, где изучены морская 50-70-метровая и более высокие террасы, соответствуют разнообразным палинозонам (от подошвы к кровле разрезов). Выделенное здесь разнообразие зон Quercus-Juglans, Picea-Abies-Quercus-Carpinus-Ulmus, Betula-Alnaster-Pinus, Quercus-Ulmus-Pinus, Picea-Betula-Quercus, Betula sect. Nanae-Alnaster не типично для среднего вюрма. Эти палинозоны, согласно ТЛ-дате, скорее всего имеют нижнечетвертичный возраст. Разнообразие пыльцевых зон и ТЛ-дат позволяет предположить, что 14С-даты из отложений морских береговых линий (высотой 50-70, 80 и 110 м) относятся к значительно омоложенным. Это подтверждается спорово-пыльцевыми комплексами на сопредельных территориях. Так, в среднем вюрме на уровне 31000 л.н. на о-ве Хоккайдо фиксируется распространение пихтовоеловых лесов с примесью каменной березы и фактическим отсутствием широколиственных пород [19]. На юге Сахалина и в юго-восточном Приморье с этим интервалом также связано распространение темнохвойной елово-пихтовой тайги [1, 5, 12]. Отсюда следует предположение, что формирование криогенных структур происходило во время похолоданий климата в конце нижнего плейстоцена-верхнем плейстоцене.
Следы мерзлотных процессов на высоких элементах рельефа
Термокарстовые озера. На поверхности высоких морских террас отмечается весьма широкое распространение небольших озер, особенно на островах Уруп, Параму-шир и Шумшу. Изучение этих озер, выполненное специалистами проектно-изыскательной организации «Военпроект», показало, что обычно эти мелкие (до 2,5-3,0 м глубиной) округлые озера, иногда с углублением до 5 м в центральной части, сгруппированы на пологоступенчатых равнинах с сильно заболоченными ландшафтами. Как правило, они подстилаются туфогенно-осадочными породами неогена с хорошо выраженными водоупорными горизонтами. Особенность этих озер - быстрый переход от мелководья (0,3-0,4 м) к наиболее глубокой их части. Донные осадки представлены жидкой торфяно-илистой массой и торфом. Исследование термокарстовых озер юга Дальнего Востока показало, что этот тип осадков формируется в процессе разрушения бугров мерзлотного пучения, перекрытых торфяным покровом [9].
Подобный разрез термокарстового озера изучен в днище палеодолины на морской террасе высотой 40 м на мысе Четверикова (о-в Кунашир). Его накопление произошло в мелководном (глубиной до 2,5 м) озере, как показал спорово-пыльцевой анализ, вначале в условиях холодного и влажного, затем холодного и сухого, в кровле разреза - умеренно холодного климата. В основании залегают прибрежно-морские и аллювиальные отложения мощностью до 4 м (рис. 5). Именно в днище долины после протаивания мерзлоты и разрушения бугра пучения возникла термокарстовая котловина глубиной до 4 м, заполненная оползшим грунтом, а затем - озерными оторфованными осадками и торфом.
Изучение крупномасштабных карт и аэрофотоснимков на отдельных участках островов Кунашир, Итуруп, Уруп и других выявило широкое распространение пятнистых образований на поверхностях, сложенных глинистыми грунтами, с уклонами не более 3-5°. Внешне они сходны с образованиями, которые возникают в условиях неравномерного промерзания и пучения грунтов в условиях островной многолетней мерзлоты [9]. Следы мерзлотных процессов зафиксированы на денудационных поверхностях и в разрезах речных террас. Так, на мысе Сукачева (о-в Кунашир) в склоновом чехле вскрыты солифлюк-ционные образования, структуры пучения, котлы кипения и др.
Обвальные, оползневые, курумово-осыпные, солифлюкционные образования распространены на склонах речных долин, абразионных побережьях, на крутосклонном горном рельефе и вулканах [7]. Возникновению этих образований способствуют: 1) литологическая неоднородность геологических комплексов; 2) широкое распространение гидротермальных пород; 3) интенсивная эрозия в речных долинах и абразия на морских побережьях; 4) температурные контрасты в криолитозоне при разрушении мерзлоты на склонах разных экспозиций с хорошо выраженной асимметрией. Эти явления могут быть активизированы сильным обводнением склонов и сейсмическими процессами, на морских побережьях - штормовым волнением и цунами [7].
Значительная активность этих процессов на склонах вулканов и абразионно-денудационных берегах наблюдалась в эпохи похолоданий климата в среднем и позднем плейстоцене, о чем свидетельствует возникновение курумово-осыпных и пролювиальных шлейфов не только в малых долинах крутосклонного мелкогорья и низкогорья, но и на склонах палеодолин (рис. 5). На о-ве Итуруп в среднем течении р. Куйбышевка описана 25-30-метровая локальная терраса, сложенная в кровле и подошве курумовым материалом, а в средней части - пролювиально-склоновым. Сверху террасса перекрыта потоком андезитобазальтов, что и способствовало сохранению разреза. Слоистые курумовые накопления описаны на древних абразионных уступах и абразионно-денудационных берегах островов Кунашир, Итуруп, Уруп и Шикотан.
С вулканической деятельностью связаны лахары, о которых упоминают многие исследователи, работавшие на Курильских островах [4, 7, 8]. Однако генетические признаки, отличающие лахаровые накопления от пролювиальных, моренно-ледниковых, селевых, обвально-осыпных, обычно не рассматриваются. В качестве признаков этих отложений нами использованы следующие: 1) грубая горизонтальная слоистость; 2) обилие крупных галек и валунов, рассеянных в более мелком матриксе; 3) аккумулятивные поверхности с холмисто-грядовым рельефом и следами эрозионной деятельности [7]. Предполагается, что обвалы и лахары иногда принимаются за ледниковые образования, но без четких критериев [4, 16].
Анализ типов криогенных структур и ландшафтов позволил нам оценить некоторые из особенностей их формирования и выделить следующие критерии этого процесса.
Палеогеографический. Спорово-пыльцевые спектры из различных пачек отложений на юго-востоке о-ва Кунашир (уровни 6-8, 10, 12-14, 20-30, 40, 50-70, 80, 105-110 м) дают весьма пеструю картину изменения растительного покрова по мере развития елово-пихтовых, еловых, елово-березовых, березово-ольховниковых, елово-ольховых, дубово-березовых лесов. В отдельных пачках наблюдается резкая изменчивость спектров, которая отвечает развитию лесотундр и березово-дубового леса. Такая изменчивость, по нашему мнению, трудно сопоставляется с датированными пыльцевыми зонами среднего вюрма, которые следует рассматривать как омоложенные.
Выделяемые в разрезах Головнинского и Белозерского клифов две толщи, затронутые процессами криогенеза, разделены пачкой вулканогенно-осадочных отложений с ненарушенной слоистостью. Верхняя пачка с криотурбациями предположительно соответствует позднему вюрму, нижняя - одной из более ранних холодных климатических фаз плейстоцена, что также допускает более древний, чем средний вюрм, возраст нижней толщи. Термофильный спорово-пыльцевой спектр из торфяника Головнинского клифа с 14С-датой 31000 ± 1200 л.н., вероятно, также может соответствовать климату рисс-вюрма, поскольку на уровне 31 тыс. л.н. в пределах о-ва Хоккайдо были распространены елово-пихтовые леса с примесью каменной березы [19] и темнохвойная тайга на юге Сахалина [12]. Таким образом, покровно-вулканогенная толща с криотурбацями имеет более древний возраст, чем средний вюрм.
Литологический. Учитывая средневюрмский возраст покровно-вулканогенного комплекса с криотурбациями на абсолютной высоте свыше 100 м, трудно объяснить
наличие двух мощных зон с криотурбированными грунтами в карьере на трассе Южно-Курильск-Головнино (рис. 6). В этом же карьере, ниже и выше толщи тефроидов с остатками горелого леса, вскрыты хорошо окатанные морские галечники.
Геоморфологический. В соответствии с представлениями о средневюрмском возрасте покровно-вулканогенной толщи, после формирования морских отложений 110-метрового и 50-70-метрового уровней должен существовать длительный (свыше 500 тыс. л.) перерыв в осадконакоплении. Столь длительное пребывание древних береговых линий в субаэральном состоянии должно было вызвать значительное эрозионно-денудационное расчленение аккумулятивной поверхности. В клифе по простиранию этих уровней значительные эрозионные врезы не наблюдаются. Последовательный переход от морской валунной толщи, по данным Т.А.Гребенниковой, со смешанным комплексом морских и пресноводных диатомей к озерным отложениям в разрезе 5880 также свидетельствует об отсутствии значительного перерыва в осадконакоплении. Предположение о более древнем, чем средний вюрм, происхождении покровно-вулканогенной толщи имеет достаточные обоснования. Не исключено, что возраст этой толщи в пределах высоких террас - нижнечетвертичный, чему соответствует формирование полигенной толщи с ярко выраженными криотурбациями [6]. Этим можно объяснить отсутствие мощного покровного комплекса вулканитов в разрезах 50-70-метровой нижнечетвертичной и 40-метровой среднечетвертичной морских террас [13].
Климатический. Проявлен в виде асимметрии климата и криологических процессов. Изучение водотоков о-ва Кунашир выявило преобладающий асимметричный характер долин низких порядков. Четкая связь асимметрии долин с экспозицией склонов позволяет говорить об участии в ее формировании климатических процессов. На тихоокеанском склоне развит южный океанический, а на охотоморском - северный океанический вариант [11].
Асимметрия современного климата особенно выражена на Южных Курилах [10]. Вероятно, различие в климате островов Тихоокеанского и Охотоморского побережий, связанное с различным влиянием течений, возникло уже в среднем плейстоцене, что зафиксировано в геологическом строении морских террас. Именно в разрезах таких террас Тихоокеанского побережья наблюдается весь комплекс криогенных структур, связанных с формированием и распадом многолетней мерзлоты. Подобные образования изучены на островах Кунашир, Итуруп, Парамушир и Шумшу. Детальные геологические работы на Охотоморском побережье Южных Курил привели к выводу о слабой выраженности структур на этой территории, обусловленных процессами длительного промерзания. Это свидетельствует о том, что на океанском побережье островов в эпохи похолоданий среднегодовые температуры были отрицательными.
Данная статья - результат многолетних исследований. Аналитические работы, выполненные большим коллективом, позволили оценить современные условия и обосновать палеогеографические модели проявления аномальных природных процессов. Автор благодарен всем участникам наблюдений, которые проводились на Сахалине и Курилах в 1963-2002 гг., оказавшим важную помощь при камеральных исследованиях, сотрудникам различных институтов ДВО РАН, АН УССР: Е.М.Назаренко, Л.П.Карауловой, Л.В.Голубевой, Л.М.Моховой, Е.И.Царько, Т.А.Гребенниковой, В.С.Пушкарю. Радиоуглеродное датирование осадков выполнено А.В.Ложкиным, Н.Н.Ковалюхом, В.Г.Волковым, Л.Д.Сулержицким, а также специалистами Ливермор-ской национальной лаборатории (Калифорнийский университет, США). Автор очень благодарен за большую помощь В.В.Коробову и Н.А.Назаренко, а также Г.П.Скрыльнику за постоянные научные консультации по данной тематике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александрова А.Н. Стратиграфия четвертичных отложений острова Сахалин // Материалы по стратиграфии и палеогеографии Востока Азии и Тихого океана. Владивосток: ДВО АН СССР, 1987. С. 50-69.
2. Булгаков Р.Ф. История развития южных островов Большой Курильской гряды в плейстоцене: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. М., 1994. 193 с.
3. Втюрин Б.И., Втюрина Е.Л. Криотекстурный метод в геокриологии и палеогеографии // Палеокриология в четвертичной стратиграфии и палеогеографии. М.: Наука, 1973. C. 22-30.
4. Камчатка, Курильские и Командорские острова. М.: Наука, 1974. 440 с.
5. Климатические смены на территории Юга Дальнего Востока в позднем кайнозое (миоцен-плейстоцен). Владивосток: ДВО РАН, 1996. 57 с.
6. Короткий A.M. Морские террасы Курильских островов: влияние тектоники и гляциоэветатики (критический анализ состояния проблемы) // Рельефообразующие процессы: теория, практика, методы исследования / Геоморфологическая комиссия РАН. Новосибирск: Ин-т геологии и геофизики СО РАН, 2004. С. 145-147.
7. Короткий А.М., Макарова Т.Р. Морфогенетические типы рельефа // Атлас Курильских островов. Москва; Владивосток: ДИК, 2008. С. 180-191.
8. Короткий A.M. Палеогеоморфологический анализ рельефа и осадков горных стран. М.: Наука, 1983. 246 с.
9. Короткий A.M., Ковалюх Н.Н. Ритмика вечной мерзлоты как отражение изменений климата в позднем плейстоцене // Палеогеогр. исследования на Дальнем Востоке. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1987. С. 20-36.
10. Корсунская Г.В. Курильская островная гряда. М.: Географгиз, 1958. 224 с.
11. Макарова Т.Р. Долинная асимметрия малых водотоков на Курильских островах // Материалы XII совещ. Сибири и Дальнего Востока, 5-7 окт. 2004, Владивосток. Владивосток: Дальнаука, 2004. С. 259-263.
12. Морские террасы и четвертичная история шельфа Сахалина / Тихоокеан. ин-т географии ДВО РАН. Владивосток: Дальнаука, 1997. 229 с.
13. Пушкарь В.С., Разжигаева Н.Г., Короткий A.M. и др. Плиоцен-плейстоценовые отложения и события побережья залива Измены (Южный Кунашир, Курильские острова) // Тихоокеан. геология. 1998. Т. 17, № 5. С. 50-64.
14. Разжигаева Н.Г., Гребенникова Т.А., Базарова В.Б. и др. Континентальный поздний плейстоцен о. Куна-шир (Курильские острова) // Тихоокеан. геология. 2000. Т. 19, № 2. С. 73-86.
15. Разумихин Н.В. Экспериментальные исследования эволюции окатанности обломков горных пород. Л.: Изд-во ЛГУ, 1962. 102 с.
16. Федорченко В.П., Шилов В.Н. Проблема древних оледенений о. Парамушир и связанные с ней вопросы стратиграфии четвертичных отложений // Тр. СахКНИИ. 1966. Вып. 16. С. 3-26.
17. Korotky A.M. Palynological characteristics and Radiocarbon Data of Late Quaternary Deposits of the Russian Far East (lower Amur Valley, Primorye, Sakhalin Island, Kuril Island) // Late Quaternary Vegetation and Climate of Siberia and Russian Far East (Palynological and Radio Carbon Database). NOAA. Magadan, 2002. P. 266-369.
18. Ono J. Chronologie et signification paleoclimatique des phenomenes periglaciales fossiles, Hokkaido est Japan // Bull. Perigl. 1981. N 28. P. 197-207.
19. Tsukada M. Late Postglacial absolute pollen diagramm in Lake Nojiri // Botanical Magasine, Tokyo. 1966. Vol. 79, N 934. P. 179-184.
