CC BY-NC
9Стабильные изотопы кислорода в новых разрезах едомных и голоценовых отложений поселка Черский, низовья реки Колымы
Васильчук Юрий Кириллович
доктор геолого-минералогических наук профессор, Московский государственный университет им. МВ. Ломоносова (МГУ) 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф 2009
И vasilch_geo@mail.ru
Буданцева Надежда Аркадьевна
кандидат географических наук
старший научный сотрудник, МГУ имени МВ.Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии
ландшафтов и географии почв
11991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф 2007 И nadin.budanceva@mail.ru
Статья из рубрики "Многолетнемерзлые породы и подземные льды Арктики"
Аннотация.
Предметом исследования являются позднеплейстоценовые и голоценовые повторно-жильные льды, вскрытые в новом разрезе едомной толщи поселка Черский и в небольшом голоценовом разрезе на берегу озера, изученном близ научной станции на окраине Черского. В едомной толще вскрыты сравнительно небольшие фрагменты ледяных жил, шириной до 1,5 м и высотой до 2 м. Повторно-жильные льды в этих двух разрезах были опробованы для уточнения палеоклиматических условий их формирования. Основными методами исследования являются полевое изучение повторно-жильных льдов и вмещающих их отложений, их опробование и анализ изотопно-кислородного состава льда жил. Измерения изотопного состава кислорода льда выполнены в режиме постоянного потока гелия (CF-IRMS) на масс-спектрометре Delta-V с использованием комплекса газ-бенч. Новизна исследования заключается, прежде всего, в том, что изучено новое ранее не описанное обнажение позднеплейстоценовых ледяных жил в пос. Черский, а также небольшая голоценовая жилка на окраине поселка. Значения 518О в позднеплейстоценовых жилах варьируют от -32,24 до -31,45%о, а в голоценовой жиле от -27,94 до -2б,37%о.
Ключевые слова: изотопы кислорода, плейстоцен, голоценовые озерные отложения, едома, многолетнемерзлые породы, повторно-жильный лед, Колыма, Якутия, Сибирь, палеотемпература
DOI:
10.725б/2453-8922.2018.3.27б00 Дата направления в редакцию:
14-10-2018
Дата рецензирования:
14-10-2018
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 18-05-60272, изотопные исследования и 17-05-00793, обобщение данных и бюджетного финансирования Московского университета имени М.В. Ломоносова с использованием масс-спектрометрического оборудования, приобретенного на средства Программы развития МГУ.
Введение
Район исследований и отбор образцов
В пределах пос. Черский в низовьях реки Колымы (68° 45' 11" с.ш., 161° 19' 55" в.д.) на северо-востоке Якутии (рис. 1, а, б) впервые исследован останец едомной толщи, сохранившийся в береговой части поселка (рис. 2).
Рис. 1. Местоположение пос. Черский (отмечен красной точкой) в низовьях р.Колымы (а) и расположение берегового обнажения едомной толщи (отмечено красной точкой) на окраине пос.Черский (б)
На окраине пос. Черский, в 300 м ниже от пристани на правом берегу р.Колымы вскрыта
едомная вкладка, вложенная в доплейстоценовые скальные породы. Отложения представлены тяжелой темно-серой супесью с незначительным содержанием органики. Высота обнажения 20-25 м. На глубине 1-1,5 м вскрыты ледяные жилы (рис. 2, а, б, рис. 3). Они сравнительно узкие, шириной во фронтальном срезе не более 1 м.
В одной из наиболее хорошо вскрытых жил (рис. 2, в) в интервале глубин от 1,5 до 4 м произведен отбор образцов льда. Лед жилы темно-серый, вертикально-слоистый с прожилками прозрачного льда, с автохтонными включениями супеси в виде грунтовых жилок шириной 2-3 мм, расположенных через 1 см (рис. 4).
а
б
Рис. 2. Едомная толща с ледяными жилами на окраине Черского. Фото Н. Буданцевой и Ю.Васильчука
а
Рис. 3. Крупная ледяная жила на окраине Черского. Фото Н. Буданцевой
Рис. 4. Текстура позднеплейстоценового повторно-жильного льда из едомной толщи на окраине Черского. Фото Ю.Васильчука
В одной из жил залегающих в едомной толще (см. рис. 2, в) выполнен отбор образцов для анализа изотопно-кислородного состава (рис. 5).
Рис. 5. Отбор образцов из позднеплейстоценовой ледяной жилы в районе пос.Черский, август 2018 г. (А) и вариации изотопно-кислородного состава во льду (Б)
Также исследованы голоценовые повторно-жильные льды в районе пос.Черский. В 1 км от ст.Орбита, в 1,5-2 км от пос.Черский на водораздельной поверхности расположено озерно-болотное понижение. Отложения здесь представлены суглинками, заторфованными с поверхности. Ручьи, вытекающие из озер, образуют промоины и
овраги, в которых вскрыты фрагменты небольших голоценовых повторно-жильных льдов. В борту ручья, вытекающего из оз.Щучье, в серых суглинках с пятнами и полосами ожелезнения вскрыты ледяные жилы (рис. 6). Одна из наиболее хорошо вскрытых голоценовых жил была исследована более детально. Ширина жилы в верхней части около 0,6 м, вскрытая мощность около 0,5 м. Лед жилы серовато-желтый, вертикально-слоистый, с мелкими пузырьками воздуха, вертикально ориентированными (рис. 7). Из жилы на глубине 0,2 м выполнен отбор образцов льда по горизонтали, всего отобрано 9 образцов (рис. 8).
а
б
Рис. 6. Голоценовая озерная толща (а) с небольшими ледяными жилами (б) на окраине
Черского
Рис. 7. Текстура голоценового повторно-жильного льда из озерной толщи на окраине Черского Фото Н. Буданцевой
Рис. 8. Отбор образцов из голоценовой ледяной жилы в районе пос.Черский, август 2018 г. (А) и вариации изотопно-кислородного состава во льду (Б)
Методы измерений
Измерения изотопного состава кислорода льда выполнены в режиме постоянного потока гелия (CF-IRMS) на масс-спектрометре Delta-V с использованием комплекса газ-бенч. Для калибровки измерений использовались международные стандарты V-SMOW, SLAP, собственный лабораторный стандарт МГУ - снег ледника Гарабаши (б18О = -15.60 %о). Погрешность определений составила ± 0.1% для 618O.
Результаты и обсуждение
Стабильные изотопы кислорода в позднеплейстоценовых едомных повторно-
жильных льдах
Значения б18О во льду позднеплейстоценовой ледяной жилы оказались довольно низкими и варьировали от -31,45 до -32,26 %, при этом заметно снижение значений
б18О снизу-вверх в опробованном фрагменте жилы (табл. 1, см. рис. 5, Б). Эти данные хорошо согласуются с данными изотопно-кислородного состава по льду позднеплейстоценовых жил едомного комплекса Станчиковский Яр в низовьях р.Колымы:
в жилах нижнего и среднего ярусов получены вариации значений б18О от -31,06 до -33,18 % ^ и от -30,1 до -32,1 % 3]. Также близкие значения получены Ю.К. Васильчуком для верхней части (глубина от 1 до 8,5 м) едомы Зеленого Мыса [4] от -30,3 до -32,8 %, в настоящее время заплывшей.
Стабильные изотопы кислорода в голоценовых повторно-жильных льдах
Значения б18О во льду жилы вскрытой ручьем в голоценовых озерно-болотных суглинках оказались в среднем на 4 %о, чем в жилах позднеплейстоценовой едомной толщи на окраине пос.Черский, и варьировали от -26,37 до -27,94 % (см. табл. 1, рис. 8, Б), при
этом наиболее заметные вариации значений б18О (около 1,5 %) отмечены в правом фрагменте жилы, в то время как для большей части жилы значения б18О оказались очень близкими (около -27,5 % ).
Таблица 1. Вариации б18О в позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдах в районе пос.Черский, низовья р.Колымы
№ образца Глубина, м б^о, %
Голоценовая ПЖЛ в обнажении ручья
18К-С1"1-УВД 0,9 -27,54
18К-С1"1-УВ/2 0,9 -27,50
18К-С1"1-УВ/3 0,9 -27,31
18К-С1"1-УВ/4 0,9 -27,31
18К-С1"1-УВ/5 0,9 -27,45
18К-С1"1-УВ/6 0,9 -27,16
18К-С1"1-УВ/7 0,9 -27,94
18К-Ch-VB/8 0,9 -26,37
18К-Ch-VB/9 0,9 -27,74
Позднеплейстоценовая ПЖЛ в едомной толще вблизи пос.Черский
18К-CP-VB/1 3,1 -31,45
18К-CP-VB/1a 3,2 -31,49
18К-CP-VB/2 3,4 -31,72
18К-CP-VB/3 3,6 -31,97
18К-CP-VB/4 3,8 -32,16
18К-CP-VB/4a 4,0 -31,84
18К-СР^В/5 4,1 -32,13
18К-CP-VB/6 4,3 -32,24
18К-CP-VB/7 4,5 -32,07
18К-CP-VB/8 4,7 -32,26
18К-CP-VB/9 4,9 -32,05
В современных жильных ростках криолитозоны России и низовий реки Колымы в
частности, Ю.К. Васильчуком установлена связь со среднезимней температурой
воздуха Г ср.зим с коэффициентом равным 1,0, с точностью ±2 0С, и со среднеянварской
температурой воздуха Г ср.янв с коэффициентом 1,5, с точностью ±3 0С. Эти зависимость
описывается следующими уравнениями:
Г ср.зим = б180пжл(±2 0С); (1) Г ср.янв = 1.5б180пжл(±3 0С). (2)
Вариации значений б180 во льду исследованных позденеплейстоценовых жил составили менее 1 % в диапазоне -31,45 до -32,26 %.
Применяя зависимости (1) и (2), можно сделать вывод, что в районе пос. Черского в конце плейстоцена среднезимняя температура воздуха варьировала в диапазоне от -
31,5 до -32,5 oC, средняя температура воздуха наиболее холодного зимнего месяца (января или февраля) изменялась от -47 до -49 °С.
Вариации значений 618O во льду исследованных голоценовых жил составили чуть более 1,5 %о в диапазоне -26,37 до -27,94 %о.
Применяя зависимости (1) и (2), можно сделать вывод, что в районе пос. Черского в конце голоцена среднезимняя температура воздуха варьировала в диапазоне от -26 до -28 oC, средняя температура воздуха наиболее холодного зимнего месяца (января или февраля) изменялась от -39 до -42 °С.
Близкие значения изотопно-кислородного состава льда жил едомных толщ района пос.Черский, едомы Зеленого Мыса и Станчиковского Яра могут являться свидетельством стабильных климатических условий зимнего периода в низовьях Колымы в позднем плейстоцене. В голоцене произошло явное повышение среднезимних температур воздуха в среднем на 4оС.
Выводы
1. Формирование сингенетических повторно-жильных льдов в районе Черского происходило конце позднего плейстоцена, а в пределах озерных котловин и торфяников зафиксировано в конце голоцена.
2. Вариации 618O в позднеплейстоценовых жилах не превышали 1 % и варьировали в диапазоне от -31,45 до -32,26 %о, а в позднеголоценовых жилах изменялись более, чем на 1,5 %о в диапазоне -26,37 до -27,94 %.
Библиография
1. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Бартова А.В., Зимов С.А. Вариации стабильных изотопов кислорода в повторно-жильных льдах циклитной едомы Станчиковского Яра на реке Малый Анюй // Арктика и Антарктика. 2018. № 3. DOI: 10.7256/24538922.0.0.27121. URL: http://e-notabene.ru/arctic/article_27121.html
2. Николаев В.И., Михалев Д.В., Романенко Ф.А., Брилли М. Реконструкция условий формирования многолетнемерзлых пород Северо-Востока России по результатам изотопных исследований (на примере опорных разрезов Колымской низменности) // Лед и снег, 2010, № 4, с. 79-90.
3. Михалев Д.В., Николаев В.И., Романенко Ф.А. Реконструкция условий формирования подземных льдов Колымской низменности в позднем плейстоцене -голоцене // Вестник Московского университета, серия география, 2012, №5, с. 3542.
4. Vasil'chuk Yu.K., Yesikov A.D., Oprunenko Yu.F., Petrova Ye.A., Vasil'chuk A.C., Sulerzhitskiy L.D. New data of stable oxygen isotopes composition in syngenetic Late Pleistocene ice wedge of the lower Kolyma River // Transactions (Doclady) of the USSR Academy of Sciences. Earth Science Sections. Published by Scripta Technica, Inc. A Wiley Company. New York, 1985, vol. 281, N2, p. 91-94.
5. Vasil'chuk Yu.K. Reconstruction of the palaeoclimate of the late Pleistocene and Holocene on the basis of isotope studies of subsurface ice and waters of the permafrost zone // Water Resources, 1991, vol. 17, N6, p. 640-674.
