CC BY-NC
16Палиноспектры пластовой ледяной залежи в долине реки Еркутаяха, Южный Ямал
Васильчук Алла Константиновна
доктор географических наук
ведущий научный сотрудник, Московский государственный университет им. МВ. Ломоносова (МГУ)
119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, ГСП-1, 1, географический факультет, НИЛ геоэкологии
Севера
И alla-vasilch@yandex.ru Статья из рубрики "Многолетнемерзлые породы и подземные льды Арктики"
Аннотация.
Объектом исследования является самое южное из изученных на Ямале местонахождений пластовых льдов, расположенное на левом берегу р.Еркутаяха (б8°11'18" с.ш., 68°51'39" в.д.). В обнажении песчаной толщи высотой 15-18 м вскрывается дислоцированная пластовая залежь общей протяженностью около 100 м. Ледяная залежь сложена разными типами льда. Всего выделятся лёд четырёх типов: 1) лёд чистый матовый белый с большим количеством газовых ксеногенных включений; 2) лёд "хрустальный" прозрачный, иногда с включениями грунта; 3) лёд серый со стальным отливом, слоистый, слоистость параллельна наклону верхнего контакта ледяной залежи; 4) лед серый блочный, залегает в виде черепицы. Каждый тип льда исследовался палинологическим методом. Для палинологических определений было отобрано 10 образцов пластового льда из разных фрагментов обнажения и изо льда разных типов. Исследование палиноспектров во льду позволило более определённо ответить на вопрос о генетической принадлежности изученной залежи. Палиноспектры, изученные в разных типах льда вскрытой залежи, точнее сочетания пластовых ледяных тел разного сложения свидетельствуют о внутригрунтовом происхождении льда. На это указывает типично тундровый характер палиноспектров, доминирование пыльцы карликовой березки, ольховника, злаков, осок и спор зеленых мхов (14-25%), участие пыльцы верескоцветных (3-10%), практически полное отсутствие пыльцы древесных пород, наличие спор хвощей, пыльцы водных растений, таких как Т1паИс^ит, Sparganium, а также заметное (20-28%) содержание доплейстоценовых палиноморф (15-35%).
Ключевые слова: пыльца, споры, пластовый лед, тундра, ледник, Ямал, переотложенные палиноморфы, ОСЛ датировка, талик, Север Западной Сибири
DOI:
10.7256/2453-8922.2018.1.25871
Дата направления в редакцию:
30-03-2018
Дата рецензирования:
30-03-2018
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 17-05-00794)
Введение
Изученный пластовый лёд (рис. 1) располагается на Южном Ямале, на левом берегу р.Еркутаяха (б8°11'18" с.ш., 68°51'39" в.д.). Это самое южное из изученных на Ямале местонахождений пластовых льдов (рис. 1). Растительность на окружающей территории представлена кустарничково-мохово-лишайниковыми, осоково-кустарничково-мохово-лишайниковыми с ивой и ерником пятнисто-бугорковатыми тундрами. Краевые части горизонтальных речных террас заняты кустарничково-злаково-лишайниковыми, кустарничково-лишайниковыми и кустарничково-лишайниково-ракомитриевыми пятнисто-
полигональными тундровыми сообществами -Ш.
Климатические условия
Климат субарктический. Средняя годовая температура воздуха не превышает -9...-8 °С. Средние январские изотермы имеют меридиональное направление изменяясь от -22 на западе до -25 °С на востоке Ямала. Средняя июльская температура воздуха возрастает с северо-запада (7 °С) на юго-восток (14 °С). Средний из абсолютных минимумов температуры воздуха за зиму составляет -49.-43 °С. Продолжительность безморозного периода колеблется в пределах 57-84 дней, сумма положительных температур 500-1000 ° (а выше 5 °С — 400-900 °), что является существенным ограничением прироста биомассы в теплый период года. Температуры воздуха выше 10 °С (в сумме менее 600 °)
указывают на возможность произрастания древесных растений
(а)
(б)
Рис. 1. Расположение пластового льда на левом берегу р.Еркутаяха: а - поперечный ракурс, б - продольный ракурс течения реки
Строение пластовой ледяной залежи
В обнажении высотой 15-18 м вскрывается дислоцированная пластовая залежь общей
протяженностью около 100 м, которую вмещают преимущественно слоистые пески. Пластовые льды вскрыты на момент исследования в нескольких цирках и вдоль русла реки (рис. 2).
Урочище Бол Я рала 5ха на
Рис. 2. Расположение точек опробования пластового льда на левом берегу р.Еркутаяха
Наиболее полно ледяная залежь вскрыта в цирке, здесь её мощность достигает 7-10 м (рис. 2). По обе стороны от центральной части залежи ледяные слои круто наклонно падают и уже через 15 м кровля ледяной залежи оказывается на глубине 8 м. В прирусловой части обнажения лучше обнажены горизонтальные прослои льда (рис. 3), в то время как в цирке прослеживается центральный шток
а б
в
Рис. 3. Характер залегания пластового льда на левом берегу р.Еркутаяха: а - контакт сегрегационного (справа) и инъекционного (слева) пластов льда; б - отбор льда из инъекционного пласта; в - сегрегационный (справа) пласт льда, вскрывающийся в прирусловой части.
Лед внутри залежи характеризуется существенно различной криотекстурой (рис. 4), это преимущественно лёд четырёх типов: 1) лёд чистый матовый белый с большим количеством газовых ксеногенных включений; 2) лёд "хрустальный" прозрачный, иногда с включениями грунта; 3) лёд серый со стальным отливом, слоистый, слоистость параллельна наклону верхней поверхности ледяной залежи; 4) лед серый блочный, залегает в виде черепицы (рис. 4, 5). Возраст этого гетерогенного пластового комплекса пока точно определить трудно, но OSL датировки, выполненные^ из вмещающих пласт отложений - от 59 ± 4 до 72 ± 5 тыс. лет - позволяют утверждать, что лёд сформировался не ранее 60 тыс. лет назад.
Рис. 4. Структурно-текстурные особенности сегрегационного пластового льда на левом берегу р.Еркутаяха: а - горизонтально-слоистый периферийный лед; б - лед серый блочный, залегающий в виде черепицы
Рис. 5. Структурно-текстурные особенности пластового льда, р.Еркутаяха: а - лёд чистый матовый белый с большим количеством газовых ксеногенных включений; б - лёд "хрустальный" прозрачный
Споры и пыльца во льду
Для палинологических определений было отобрано 10 образцов пластового льда из разных фрагментов обнажения и изо льда разных типов.
В обнажении, вскрывающемся вдоль реки, проанализирован молочно-белый, хрустальный и серый лед с включениями грунта. Почти весь проанализированный пластовый лед характеризуется высоким содержанием переотложенных доплейстоценовых палиноморф (15-35%). Такие значения содержания переотложенных
палиноморф характерны для пляжевых фаций п-ва Ямал Кроме того, в образце серого льда отмечены обломки спикул губок, что также характерно для отложений морского генезиса. Отмечены также споры грибов, встречающихся в тундровых болотах и мелкие диатомеи рода Melosira . Кварцевые обломки в основном очень мелкие и не окатанные за исключением одного образца серого льда, где кварцевые зерна округлые, их преобладающий размер 25-30 мкм. В этой части обнажения пластовых льдов в палиноспектрах доминирует пыльца кустарников (40-59%). В сером льду преобладает пыльца трав (39%), это в основном пыльца осок (24%).
В цирке, где также вскрыт пластовый лед, проанализирован хрустальный и серый лед. Полученные палиноспектры характеризуются отсутствием переотложенных доплейстоценовых палиноморф, очень высоким содержанием пыльцы кустарников (5775%) при доминировании пыльцы ольховника (до 41%). В хрустальном льду отмечено значительное количество спор зеленых мхов (25%), в то время как в сером льду споры зеленых мхов не встречены. Однако в сером льду содержание пыльцы верескоцветных -типично тундрового компонента - составляет 10%. Ниже по течению р.Еркутаяха палинологически охарактеризован серый, залегающий в виде черепицы лед. По своей характеристике он близок к палиноспектрам из обнажения вдоль реки. Обращает на себя внимание заметное отличие спорово-пыльцевых спектров вертикально-слоистого льда центрального штока (который, скорее всего, инъекционного генезиса) и горизонтально-слоистого периферийного льда (который, скорее всего, сегрегационного или инфильтрационно-сегрегационного генезиса). Особо заметно это различие при анализе переотложенных пыльцы и спор, которых во льду центрального штока нет, а в периферийной горизонтально-слоистой залежи переотложение очень велико и достигает 35% (табл. 3).
Таблица 1. Палинологическая характеристика ледяной залежи на левом берегу р.Еркутаяха (%), южный Ямал (точка 10^иУ^егк)
Микровключения во льду Вертикально-слоистый лёд центрального штока Горизонтально-слоистый периферийный лед
Пыльца древесных 0,0 0,0-2,5
Пыльца кустарников, 35-59 36-72
Пыльца трав и кустарничков 13-36 24-67
Споры 10-27 0-26
Переотложенные пыльца и споры нет 15-35
Пыльца карликовой березки 14-30 10-35
Пыльца ольховника 21-41 2,5-42
Пыльца ивы нет 2,4-7
Пыльца верескоцветных 8-10 0-10
Пыльца злаков 0-18 5-13
Пыльца осок 0-7 0-24
Споры многоножковых папоротников 0-7 0-1
Споры сфагновых мхов 1-4 1-6
Споры зеленых мхов 0-25 1-25
Диатомовые водоросли (М elosira ) Нет Есть
Обломки спикул губок Нет Есть
Остатки грибов Нет Есть
Микрочастицы угля Мало Много
Кварцевые микрочастицы Не окатанные мелкие Окатанные мелкие
Это же можно сказать о диатомовых водорослях, обломках спикул губок и остатках грибов - их нет во льду штока и много в периферийном льду. Выявлены различия и в степени окатанности кварцевых частиц - во льду штока они не окатанные, а в горизонтально-слоистом периферийном льду - окатанность кварцевых частиц хорошая. Это указывает на различные источники поступления воды для питания вертикально-слоистого льда центрального штока и горизонтально-слоистого периферийного льда.
Палиноспектры, изученные в разных типах льда вскрытой залежи, точнее сочетания пластовых ледяных тел разной текстуры свидетельствуют о внутригрунтовом происхождении льда. На это указывает типично тундровый характер палиноспектров, доминирование пыльцы карликовой березки (14-35%), ольховника (21-41%), злаков (до 18%), осок (до 7-24 %) и спор зеленых мхов (14-25%), участие пыльцы верескоцветных (3-10%), практически полное отсутствие пыльцы древесных пород, наличие спор хвощей, пыльцы водных растений, таких как Thalictrum , Sparganium , а также заметное (20-28%) содержание доплейстоценовых палиноморф (15-35%).
Обсуждение
Сопоставление палиноспектров этого комплекса со спектрами, изученными нами ранее в тундровой зоне Ямало-Гыданской провинции, продемонстрировали существенное сходство с палиноспектрами, выделенными в ряде пластовых залежей льда в пределах
Бованенковского месторождения ^ ледяных пластах в отложениях первой террасы в устье р. Гыда и в низовьях р.Юрибей [7]. Общими для выделенных палиноспектров являются "тундровый" характер палиноспектров: доминирование пыльцы карликовой березки, осок и спор зеленых мхов с заметным содержанием пыльцы водных растений, и спор хвощей, участие пыльцы верескоцветных, а также присутствие переотложенных дочетвертичных пыльцы и спор (до 17%), полное отсутствие экзотической пыльцы деревьев широколиственных пород. В пластовом льду Бованенковского месторождения и ледяной залежи в низовьях р.Юрибей также, как и во льдах на р. Еркутаяха встречены
остатки диатомей. Преобладание спор зеленых мхов (22-27%) наряду с пыльцой полярной ивы (14%) также характерно как для палиноспектров из серого льда в обнажении на р.Еркутаяха, так и для самого нижнего пласта льда в обнажении пластовых льдов на р.Гыда.
Для сопоставления с палиноспектрами в пластовых ледяных залежах на побережье Обской губы и Карского моря нами были получены палинологические профили длиной несколько километров, при этом были отобраны образцы различных фаций пляжа (табл. 2). Это позволило проследить существенное сходство с общим характером палиноспектров, накапливающихся в прибрежном режиме в тундровой зоне и палиноспектров из пластовых залежей в отложениях морского генезиса. Осадки пляжа разделены на две группы: первая - мелкие пески и супеси и вторая - крупные и средние пески с гравием и галькой. Для иллюстрации выделены пары образцов, расстояние между которыми не превышает одного метра, с контрастным составом палиноспектров. Если условно представить, что эти пары образцов рассматривались бы в разрезах, то очевидно, что они были бы отнесены даже к разным палинозонам (и их возрастные оценки могли бы различаться в тысячи и даже десятки тысяч лет, а палеоландшафтные реконструкции от тундрововой до таёжной - сравним, например, 3,7% и 52% пыльцы деревьев на пляже Карского моря на севере п-ова Мамонта у факт. Матюйсале). Содержание пыльцы и спор (%) в отложениях пляжа Карского моря и Обской губы показывает, что гидродинамические процессы и режим осадконакопления в первую очередь определяют особенности палиноспектров пляжевых фаций, а информация о составе окружающей растительности содержится или в неявном виде или вообще искажена.
Таблица 2. Содержание пыльцы и спор (%) в отложениях пляжа Карского моря и Обской губы
Точка отбора о. Белый факт.Матюйсале а/п Мы Каменный пос
Зона Арктическая тундра Кустарничко-вая тундра Юж кус" тун
Литоло-гия Мелкие пески и супеси Крупные и средние пески Мелкокустарниковых тундр ие пески и супеси Крупные и средние пески Мелкие пески и супеси Крупные и средние пески Мел пес и суп
Пыльца деревьев 15,0 22,5 3,7 52,0 15,9 40,1 41,!
Пыльца кустарников 4,0 7,8 18,1 3,5 43,3 6,3 19,
Пыльца трав и кустарничков 58,0 40,0 45,7 19,5 38,0 15,4 12,
Споры 23,0 30,0 32,5 31,0 18,6 39,2 26,
Larix - - - 1,5 - - -
Pinus sibirica 13,9 9,2 2,9 28,0 4,0 12,4 1,5
Pinus sylvestris - 10,0 0,8 15,5 5,3 10,2 0,6
Picea - 2,5 - 2,0 2,7 4,3 1,2
Retula 1 1 0 8 — 4 5 4,0 9 6 30
------ 1,1 0,8 .,5 30,
Alnus - - - 0,5 - - 7,7
Betula sect. Nanae 1,0 4,2 3,7 3,0 14,1 3,9 15,'
Alnaster - 1,7 8,0 0,5 10,6 2,4 1,2
Salix 3,0 1,7 6,4 - 18,6 0,1 2,7
Poaceae 10,8 25,8 6,4 0,5 15,0 4,2 4,5
Cyperaceae 10,1 5,0 23,8 4,5 1,8 4,2 1,5
Eryophorum 18,7 - 7,9 3,6 9,7 2,1 -
Erica ceae 11,3 1,7 6,7 4,5 2,7 0,7 0,3
Artemisia - 3,3 - 1,0 5,7 - 0,3
Varia 1,0 4,1 2,4 0,5 2,9 4,2 1,8
Bryales 9,2 25,0 23,8 10,5 14,1 33,4 9,7
Sphagnum sp. 10,7 0,8 6,4 7,5 2,2 2,8 5,0
Equisetum - 0,8 2,1 1,0 - 3,0 0,4
Polypodiaceae - - - 3,0 1,8 - 5,9
В большинстве случаев в крупных и средних песках на самом севере Гыданского п-ова на побережье Карского моря содержание пыльцы древесных пород значительно выше, чем, например, в палиноспектрах из лесотундры. Разница в содержании пыльцы деревьев в образцах с разным гранулометрическим составом в Матюйсале на побережье Карского моря достигает 48,3% (до ближайшего современного дерева расстояние на юг более 600 км). Вполне вероятно, что часть пыльцы древесных переотложена из более древних пород, но отличить ее принесенной ветром и течениями с юга, т.е. от синхронной осадку практически невозможно. Как правило, в этих же образцах переотложенные доплейстоценовые формы содержатся в большем количестве. Содержание переотложенных палиноморф колеблется от 2,7% до 37,0%. Интересно, что максимальное содержание (37%) переотложенных форм наблюдается в мелких песках, обогащенных органикой в зоне арктических тундр. Это связано с тем, что в этом палиноспектре отсутствуют те спорные формы, которые можно отнести как к синхронным осадку, так и к переотложенным, поэтому переотложенные пыльца и споры выделены достаточно полно. Наибольшее сходство с палиноспектрами, выделенными из субгоризонтальных слоев льда в обнажении на р. Еркутаяха имеют палиноспектры из отложений Обской губы в зоне кустарниковых тундр.
Если сравнить палиноспектры, выделенные нами во льду обнажения на р.Еркутаяха и палиноспектры изо льда и снежного покрова полярных ледников, то очевидны существенные различия. В толще льда полярных ледников содержание экзотической дальнезаносной пыльцы Acer, Fraxinus, Quercus, Ulmus, Populus, Abies колеблется от 3 до 23%. В изученной пластовой залежи пыльца экзотических для полярных районов видов древесных пород не встречена, пыльца сосны встречена единично (1 пыльцевое зерно). Во-вторых, в ледниковом льду переотложенные дочетвертичные палиноморфы практически не встречаются, в то время как в пластовом льду в большинстве образцов переотложенные дочетвертичные пыльца и споры отмечены в количестве 15-35%. В толще ледников и в снежном покрове преобладает легко переносимая по воздуху
пыльца сосен —9—Например, палиноспектры над куполом Вавилова I8 характеризуются преобладанием пыльцы древесных пород с участием пыльцы злаков, маревых полыни и розоцветных. На куполе Академии Наук (о.Комсомолец) в снежном покрове также абсолютными доминантами являются легко переносимые ветром пыльцевые зерна сосны (40 экз./л) при максимальной концентрации достигая 97% от
общего состава J91. Во льду и снежном покрове ледников Полярного Урала также доминирует пыльца сосен Pinus sylvestris (26-36%), P. sibirica (9-16%) [5].
Заключение
Палинологический анализ пластовых залежей позволяет отнести изученную ледяную залежь к внутригрунтовым пластовым льдам. Очевидно, что залежь неоднородна. Отмечены существенные различия между отдельными элементами залежи. Так лед из вертикального штока характеризуется очень низкой концентрацией пыльцы и спор и обедненным составом, в то время как горизонтальные прослои содержат заметное количество пыльцы и спор (концентрация 300-350 экз./л). По структуре и содержанию отдельных компонентов палиноспектры из пластового льда в долине р. Еркутаяха близки к палиноспектрам из отложений пляжа Обской губы. Вероятно, пластовая залежь сформировалась как внутригрунтовая (автохтонная) гетерогенная пластовая залежь, согласно классификации Ю.К.Васильчука. Вначале сформировался горизонтальный пласт льда в результате инфильтрационно-сегрегационного льдовыделения при промерзании осушающегося пляжа. В результате дальнейшего промерзания под залежью сформировался замкнутый талик. Его дальнейшее промерзание привело к инъекции напорной воды вверх, образованию штока инъекционного льда и деформации вышезалегающей ранее горизонтальной ледяной залежи.
Автор благодарит профессора, действительного члена РАЕН Ю .К.Васильчука ист.н.с. Н.А.Буданцевуза обсуждение и помощь
Библиография
1. Ребристая О. В., Хитун О. В. Флора центрального Ямала // Ботан. журн. 1998. Том 83, № 7. С. 37-52.
2. http://www.activestudy.info/klimat-subarkticheskoj-tundry/
3. Васильчук Ю.К.,Буданцева Н.А., Васильчук А.К. Вариации 518О, 5D и содержание пыльцы и спор в автохтонной гетерогенной пластовой ледяной залежи на реке Еркутаяха на Южном Ямале // Доклады Российской Академии Наук. 2011 Том 438. №3. С. 400-405.
4. Astakhov V.I. Evidence of Late Pleistocene ice-damed lakes in West Siberia // Boreas. 2006. Vol. 35. N1. P. 607-621.
5. Васильчук А.К. Особенности формирования палиноспектров в криолитозоне России. М.: Изд-во Моск ун-та. 2005. 245 с.
6. Васильчук Ю.К., Васильчук А.К., Буданцева Н.А., Чижова Ю.Н., Папеш В., Подборный Е.Е., Сулержицкий Л.Д. Изотопно-кислородная и дейтериевая индикация генезиса пластовых льдов и их 14С возраст, Бованенково, Центральный Ямал // Доклады Российской Академии Наук. 2009. Том 428. № 5. С. 675-681
7. Васильчук А.К., Васильчук Ю.К. Палинологическая индикация неглетчерного происхождения пластовых льдов // Инженерная геология. 2010. №1. С. 24-38.
8. Andreev A.A., Nikolaev V.I., Bol'sheiyanov D.Yu., Petrov V.N. Pollen and isotope investigations of an ice core from Vavilov Ice Cap, October Revolution Island, Severnaya Zemlya Archipelago, Russia // Geographie Physique et Quaternaire. 1997. Vol. 51. N3. P. 379-389.
9. Bourgeois J.C. Seasonal and annual variation of pollen content in the snow of a Canadian High Arctic ice cap // Boreas. 1990. Vol. 19. N4. P. 313-322.
10. Bourgeois J.C. Seasonal and interannual pollen variability in snow layers of arctic ice
caps // Review of Palaeobotany and Palynology. 2000. Vol. 108. Iss. 1-2. P. 17-36.
11. Васильчук Ю.К. Классификация пластовых ледяных залежей // Десятая
Международная конференция по мерзлотоведению (TICOP): Ресурсы и риски регионов с вечной мерзлотой в меняющемся мире, 2012. Печатник Тюмень, Россия, том 3. С. 69-73
