Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Криолитогенез и криогенное выветривание 16
І.І.Криолитогенез как особый тип литогенеза 16
1.2. Селективное разрушение минералов как основа криолитологического метода 22
Глава 2. Материалы и методы исследований 32
Глава 3. Современные условия развития процессов криогенеза в Северной и Южной Циркумполярной областях 41
3.1. Природные факторы, определяющие развитие процессов криогенного выветривания в районах исследований 41
3.2. Криогенное преобразование отложений сезонно-талого слоя в различных мерзлотно-ландшафтных условиях 58
Глава. 4. Результаты исследований опорных разрезов и скважин 73
4.1. Приморские оазисы Антарктиды 73
4.2. Быковский полуостров 83
4.3. МысЧукочий 88
4.4. ДуванныйЯр 95
Глава 5. Развитие процессов криогенеза в плейстоцен-голоценовое время в Северной и Южной Циркумполярной области 107
5.1. Прибрежные оазисы Антарктиды 107
5.2. Приморские низменности Якутии 114
5.3. Глобальные и региональные особенности развития криогенеза на границе позднего плейстоцена и голоцена 123
Выводы 135
Литература: 138
- Селективное разрушение минералов как основа криолитологического метода
- Криогенное преобразование отложений сезонно-талого слоя в различных мерзлотно-ландшафтных условиях
- Быковский полуостров
- Приморские низменности Якутии
Введение к работе
Актуальность темы исследования определяется необходимостью получения фундаментальных знаний о процессах трансформации минерального вещества в полярных регионах Земли. Несмотря на уже имеющееся большое количество литературы, посвященной проблемам состава, свойств и генезиса рыхлых отложений, остается ряд вопросов. Влияние процессов криогенеза на формирование мерзлых пород в различных регионах Земли изучено недостаточно. Применение комплексного криолитологического метода, разработанного на кафедре криолитологии и гляциологии МГУ, позволяет восстановить условия промерзания и накопления отложений в прошлом. Интенсивность процессов криогенеза может быть оценена коэффициентом криогенной контрастности (ККК) (Конищев, 1981, 1999). Этот подход был успешно реализован для отдельных обнажений позднекайнозойских пород Северо-Востока Азии, Европы и Северной Америки (Конищев, 1981, 1999; Конищев и др., 2006, Френч и др., 2009; Schwamborn et al, 2007). Для получения комплексной картины развития криогенеза необходимо исследование отложений двух полярных районов с наиболее суровыми геокриологическими условиями - северо-восток Якутии и антарктических оазисов. Наибольший интерес представляют отложения, которые формировались в позднем плейстоцене - голоцене- в наиболее холодный отрезок четвертичного времени (здесь и далее хроностратиграфия по Cohen&Gibbard, 2011). Именно на этот период приходится формирование льдистых алевритовых синкриогенных толщ с полигонально-жильными льдами на Северо-Востоке Азии и Аляски -отложений Ледового Комплекса едомного надгоризонта (далее - ЛК) (Катасонов, 2009; Шер, 1971; Архангелов и др., 1977; Тумской, 2012; Kanevsky et al, 2011, 2014; Shirrmeister et al. 2011).
Объект исследования - мерзлые породы северо-востока Якутии и антарктических оазисов, накапливавшиеся и промерзавшие в позднем
плейстоцене - голоцене.
Предмет исследования - влияние криогенеза на формирование состава и свойств мерзлых отложений в различных ландшафтно-мерзлотных условиях.
Цель работы заключается в установлении закономерностей формирования состава и свойства рыхлых отложений Северной и Южной Циркумполярной области под воздействием процессов криогенеза в позднем плейстоцене -голоцене.
Для достижения поставленной цели были поставлены и выполнены следующие задачи:
-
Охарактеризовать современное состояние представлений о криогенном выветривании;
-
Сравнить механизмы криогенного выветривания в зависимости от природных условий для северо-востока Якутии и антарктических оазисов в современное время;
-
Выявить особенности состава и свойства позднечетвертичных отложений ключевых разрезов северо-востока Якутии и оазисов Антарктики с использованием метода криолитологического анализа; оценить роль меняющихся природных условий на степень криогенной трансформации пород;
-
Определить глобальные и региональные особенности развития процессов криогенеза в Северном и Южном полушарии в плейстоцен-голоценовую эпоху на основании ключевых разрезов и с привлечением литературных данных.
Материалы, используемые в работе. Для выполнения работы были использованы фондовые материалы и образцы Северной экспедиции географического факультета МГУ, экспедиции «Берингия» Института физико-химических и биологических проблем почвоведения (ИФХиБПП) РАН, 57Й-59Й Российской Антарктической Экспедиции (2011-2014 гг.). Лабораторные исследования выполнены на базе Лаборатории Криологии Почв ИФХиБПП РАН, г. Пущино, кафедры криолитологии и гляциологии
географического факультета и кафедры морской литологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Личный вклад автора. В основу работы легли результаты полевых исследований автора в составе экспедиций «Берингия» летом 2010, 2011 и 2013 года на северо-востоке Якутии, а также в составе отряда мерзлотоведения в 58-й и 59-й Российской Антарктической Экспедиции в 2012-14 гг., в ходе которых были посещены оазисы Ларсеманна, Бангера, станция Русская, Ленинградская и остров Кинг-Джордж. В работе так же использованы образцы, отобранные в ходе 57-й Российской Антарктической Экспедиции, обработанные и проанализированные автором. Автором выполнен весь комплекс аналитических работ - подготовка образцов, лабораторные определения и интерпретация результатов анализов. Основные положения, выносимые на защиту:
-
Установлены природно-климатические факторы, определяющие механизмы криогенного выветривания Северной и Южной Циркумполярной области. В оазисах Антарктики это упрощенность структуры ландшафтов, большое количество переходов температуры пород через 0С, высокая скорость промерзания преимущественно снизу и низкая влажность отложений, что определяет условия для интенсивного криогенного выветривания только в верхних 20 см деятельного слоя. На северо-востоке Якутии ландшафтно-почвенные условия обуславливают меньшее количество переходов через 0С, большую влажность отложений, существование «нулевой завесы» и биохимических процессов в сезонно-талом слое, что как нивелирует, так и усиливает процессы криогенного выветривания в приповерхностной зоне до 10 см и на подошве сезонно-талого слоя (далее -СТС).
-
Выявлены два механизма криогенного разрушения минерального вещества. В отложениях деятельного слоя оазисов Антарктиды выветривание связано с температурно-градиентными напряжениями в обломках пород, что
приводит к возникновению прямых трещин и накоплению остроугольных
частиц с грубыми сколами. На северо-востоке Якутии, выветривание реализуется за счет криогидратационного механизма разрушения частиц льдом в трещинах и полостях газово-жидких включений, что приводит к накоплению преимущественно разрушенных криогенных агрегатов и частиц с кавернами.
-
Доказано, что в позднем плейстоцене и голоцене процессы криогенеза в Северном и Южном полушарии развивалась синхронно. Наиболее благоприятные условия для процессов криогенеза сложились на границе позднего плейстоцена и голоцена, что подтверждается результатами криолитологического анализа изученных отложений северо-востока Якутии и антарктических оазисов.
-
Установлена цикличность криогенной переработки минерального вещества четвертичных отложений оазисов Антарктиды и северо-востока Якутии. Она проявляется в том, что в период формирования пород происходит чередование различных по интенсивности криогенеза периодов, что обусловлено изменениями условий накопления и промерзания пород разного масштаба, таких как изменения климата и уровня моря в разные геологические эпохи, спуск и наполнение термокарстовых и подпруженных озер, межгодовые вариации глубины СТС.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Впервые на основании круглогодичных измерений выявлены особенности температурно-влажностного режима СТС рыхлых отложений северо-востока Якутии и антарктических оазисов и установлены связи между механизмами криогенного выветривания и параметрами деятельного слоя;
-
Впервые выполнены определения ККК для отложений оазисов Антарктиды и выявлены морфологические различия обломочных частиц, обусловленные различным механизмом криогенного выветривания. Расширены имеющиеся представления о развитие криогенеза в плейстоцен-голоценовое время на северо-востоке Якутии на основании новых разрезов,
для которых ранее не выполнялся расчет значений ККК. Все это позволяет
дополнить уже имеющиеся представления об условиях формирования и промерзания пород;
-
Впервые получены данные о динамике мерзлотных условий в позднем плейстоцене и голоцене на основе изменений ККК по разрезам отложений оазисов Ларсеманна и Бангера (Восточная Антарктида);
-
Впервые выявлена синхронная цикличность процессов криогенного выветривания, которая не зависит от генезиса вплеистоцен-голоценовых отложений Северной и Южной полярных областей.
Практическая значимость исследования. Криогенное выветривание негативно сказывается на прочностных свойствах грунтов, ухудшая их как основания для фундаментов. Определение механизмов формирования рыхлых отложений в криолитозоне представляет особую ценность для интерпретации и оценки инженерно-геологических свойств мерзлых грунтов при изысканиях и проектировании. Полученные в работе результаты важны для понимания взаимосвязей внутри природной оболочки, для палеогеографических реконструкций развития криосферы Земли и прогноза. Работа имеет универсальный характер и может быть применена для широкого спектра четвертичных отложений различных генетических типов, встречаемых в полярных областях. Методы определения криогенных признаков дисперсных пород могут быть использованы для определения состава и свойств как природных, так и техногенных объектов при оценке их устойчивости в условиях криолитозоны. Результаты исследований вошли в отчеты по грантам РФФИ 12-05-31125 мола, и 12-05-01085, НШ-1097.2012.5, ПП4.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на различных научных конференциях: молодежной научной конференции «Ломоносове», Москва, 2011 г.; десятой международной конференции по мерзлотоведению в Салехарде, 2012 г.; международной конференции «The Earth's Cryosphere: XXI», Пущино, 2013; международном съезде «American Geoscience Union
2014», г. Сан-Франциско; всероссийской конференции «Марковские чтения
2015», Москва, 2015 г. Результаты работы представлялись на научных семинарах кафедр криолитологии и гляциологии, геоморфологии и палеогеографии географического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, лаборатории криологии почв ИФХиБПП РАН и в Геологическом институте РАН. Результаты работы были использованы в учебном процессе на кафедре криолитологии и гляциологии МГУ имени М.В.Ломоносова. Всего по теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 4 - в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы (161 наименование). Материал работы изложен на 155 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы и 33 иллюстрации.
Благодарности Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.г.н. В.В. Рогову за помощь в проведении исследования и написании работы; а также В.Н.Конищеву, В.И. Гребенцу, И.Д. Стрелецкой, Ю.Б. Балу, Е.М. Ривкиной, СВ. Губину, Н.Э. Демидову, О.Г. Заниной, А.В. Лупачеву, А.А. Демидовой, А.Л. Холодову, Е.С. Караевской, Г.Н. Краеву, СП. Давыдову, М.Ю. Чербуниной за помощь в полевых исследованиях и за консультации на этапе подготовки диссертации. Автор неоднократно использовал фондовые материалы, собранные лабораторией криологии почв ИФХиБПП РАН под руководством Давида Абрамовича Гиличинского, и чтит его память.
Селективное разрушение минералов как основа криолитологического метода
Для областей сноса установлено, что мерзлотный процесс все глубже проникает в породы вместе с тем, как снос материала «срезает» поверхность. При этом поверхность мерзлоты понижается вместе с денудацией.
Для областей относительной стабилизации и сноса мерзлотные процессы эпигенетичны к литогенезу. Преобладающим процессом является морозобойное растрескивание и формирование ледяных или грунтовых жил. Типичным результатом эпигенетического воздействия мерзлотных процессов на материнскую горную породу могут считаться покровные суглинки севера европейской территории России.
Для областей с преобладающим осадконакоплением (речные поймы, дельты, лайды, мелкие озера и болота, флювиогляциальные и зандровые поля) описан сингенетический рост мерзлоты (и ледяных жил) вверх, вслед за повышением дневной поверхности в процессе осадконакопления. При этом интенсивное осадконакопление препятствует развитию мерзлотных процессов в деятельном слое. За период, равный от нескольких лет до 100-200 лет, осадок переходит в вечномерзлое состояние «не претерпев обезвоживания и уплотнения других сколько-нибудь существенных изменений, кроме льдообразования» (Попов, 1960).
В это же время, И.А. Тютюновым (1960) разрабатывается понятие криогенеза - совокупность процессов физического, химического и минералогического преобразования почв и грунтов в условиях однократного или многократных фазовых переходах воды через 0С. Именно это явление оказывается главным для выделения криолитогенеза в самостоятельный тип литогенеза. Одним из ведущих форм криогенеза является криогенное выветривание, которое определяется попеременными процессами промерзания и оттаивания породы в слое сезонного оттаивания или промерзания в криолитозоне.
В 1967 г. А.И. Попов (1967) формулирует основные особенности криолитогенеза как зонального типа литогенеза, а именно: 1) преобладание низких положительных и отрицательных температур; 2) преобладание воды в твердой фазе; 3) присутствие вечномерзлых толщ и подземных льдов; 4) преобладание криогенного выветривания над всеми остальными; 5) подавленность геохимических и биохимических процессов. Формируются представления о процессе промерзания и конжеляционном льдообразовании в породе как об особом типе диагенеза - криодиагенезе, и о криогенном выветривании. (Попов, 1960; 1967)
В зависимости от геолого-географических условий, криолитогенез может выступать как фактор литофикации, как главный фактор диагенеза, как вторичный диагенетический процесс, как фактор выветривания. В результате образуются различные генетические типы криогенных пород: криолиты (ледяные мономинеральные породы), криолитиы (льдистые полиминеральные породы) и криоэллювиты - вторичные образования (Попов, 1967).
Кроме А.И. Попова, идеи о специфике процессов литогенеза в холодных областях Земли высказывались и другими исследователями. Так Н.А. Шило (1971) предложил перигляциальный тип литогенеза, который характерен для областей с отрицательными среднегодовыми температурами, некоторым дефицитом метеорных осадков, нахождением воды в твердой и жидкой фазе. Н.А. Шило отмечает роль криогенных факторов в физическом и химическом преобразовании элювия, слагающего деятельный слой на водораздельных пространствах.
Ш.Ш. Гасанов (1970) выделил особый тип литогенеза - криолитогенез, с ведущей ролью морозной сортировки и солифлюкции в процессах денудации в криосфере. Особое внимание было уделено конечным водоемам стока в криолитозоне: отмечается преобладание терригенных осадков, гидрослюдисто-монтмориллонитовый состав глинистых минералов.
Н.Я. Лапина и др. (1968) и И.Д. Данилов (1971) используют термин полярный литогенез для характеристики отложений арктических водоемов, обращая внимание на особенности гранулометрического и минералогического состава, содержания органических веществ и солей.
Т.Я. Мазуров (1970) под понятием криолитогенеза понимал совокупность физических, химических и физико-химических процессов изменения любой горной породы при процессах промерзания и протаивания и ограничивал его только деятельным слоем.
А.И. Попов (1979) формулирует понятие криогенного выветривания как процесса, протекающего в субаэральных условиях. В него включены механическое дробление и химическое разложение исходного минерального вещества в некотором объеме материнской горной породы, происходящего под воздействием термодинамической и физико-химических обстановок атмосферы. Дизентегрированные частицы, новые минералы и химические соединения представляют конечный эффект выветривания - криогенный элювий, который находится в переувлажненном деятельнмм слое. Наиболее полно процессы криогенного выветривания проявляются при систематическом промерзании-протаивании - суточном или сезонном.
Дальнейшее развитие представлений о криолитогенезе и криогенезе связано с выявлением их региональных особенностей и расширением представлений о механизмах, криогенных процессов и явлений, специфических мерзлотных формах рельефа и процессах криогенного выветривания и преобразования вещества.
Криогенное преобразование отложений сезонно-талого слоя в различных мерзлотно-ландшафтных условиях
Интересные выводы о развитии процессов криогенного выветривания в районах исследований позволяет сделать такой параметр, как количество эффективных циклов промерзания-оттаивания (один такой цикл включает в себя амплитуду колебаний от -2С до +2С) (Matsuoka, 1990). Он характеризует количество изменений температуры, в ходе которых может полностью промерзнуть и оттаять вся свободная вода в грунте. В Антарктиде, этот параметр на поверхности в благоприятных условиях может достигать от 30 (оазис Ширмахера) до 50-60 за один год (полевая станция Дружная-4, оазис Холмы Ларсеманна). В районах с менее суровыми условиями этот показатель будет колебаться около 6-7 (Беллинсгаузен, оазис Бангера). С глубиной этот параметр уменьшается и на глубине 20 см он равен 0. На Севере Якутии количество эффективных переходов на поверхности гораздо меньше, для всех точек наблюдения составляя от 3 (мыс Чукочий, Быковский полуостров (алас)) до 5 (устье Аллаихи, озеро Ахмело).
Районы исследований характеризуются суровыми геокриологическими условиями, благоприятными для развития процессов криогенного выветривания. Районы характеризуются достаточно схожими среднегодовыми температурами поверхности (от -8,0 до -12,0С), большими амплитудами в годовом ходе температур. При этом нельзя не отметить, что для северо-востока Якутии характерно гораздо более выраженный теплый период (продолжительность его достигает 100-120 дней). Главным фактором термического режима деятельного слоя в Антарктиде является снежный покров (режим снегонакопления, даты схода, талый воды со снежников), при этом год от года его роль может меняться. На северо-востоке Якутии таким фактором становятся ландшафтные условия.
Для всех рассматриваемых районов характерно значительное количество переходов через 0С - от нескольких десятков до сотни. В Антарктиде распространено достаточно выраженное и быстрое промерзание снизу, на северо-востоке Якутии в нижней части профиля достаточно долго может наблюдаться «нулевая завеса». В антарктических оазисах же промерзание идет более быстро. В результате на глубинах до 20 см может наблюдаться до 10 циклов промерзания-оттаивания (которые приурочены к концу лета и к осени). Такие же данные получены и по наблюдениям в Антарктиде (оазис Холмы Ларсеманна).
Влажностной режим деятельного слоя и лъдистостъ мерзлых отложений деятельного слоя исследуемых районов
Эксперименты по промораживанию-оттаиванию образцов показали, что во всех случаях при увеличении влажности образцов степень криогенной переработки увеличивается (Конищев и др., 1976; Конищев, 1981; Минервин, 1982). Кроме непосредственно прямого влияния на выветривание, влажность деятельного слоя влияет на скорость промерзания и переход пород сезонно-талого слоя в многолетнемерзлое состояние при сингенезе.
Влияние влажности на промерзание и оттаивание деятельного слоя было подробно изучено В.А. Кудрявцевым (Основы мерзлотного прогноза..., 1974; Общее мерзлотоведение, 1979). Основные закономерности могут быть сформулированы следующим образом: - для талых пород коэффициент теплопроводности увеличивается при увеличении влажности до полной влагоемкости, после этого наблюдается нарушение контактов между минеральными зернами, уменьшение плотности пород и теплопроводности; для мерзлых пород в диапазоне малых влажностей (до полной молекулярной влагоемкости) теплопроводность уменьшается, далее, при увеличении влажности - увеличивается коэффициент теплопроводности; - при увеличении влажности пород увеличивается количество фазовых переходов, в них может участвовать до 50% годовых теплооборотов, что приводит к уменьшению глубины деятельного слоя; - миграция влаги к фронту промерзания, сегрегационное льдовыделение и формирование криогенных текстур приводит к неравномерному, «скачками», продвижению фронту промерзания, увеличивается роль конвективного теплообмена; - при увеличении влажности пород увеличивается температурная сдвижка (обусловленная разностью коэффициента теплопроводности в мерзлом и талом состоянии), что приводит к понижению температуры на кровле вечной мерзлоты в более влажных грунтах при равных температурах поверхности.
Другой стороной влияния влажности является скачкообразный переход пород деятельного слоя в вечномерзлое состояние для субаэральных синкриогенных толщ. Это приводит к формированию криогенной ритмичности - чередованию слоев с высокой и низкой льдистостью, что впервые было отмечено А.И. Поповым (1967).
Криогенный ритм образуется, когда на поверхности за ряд лет (п) накопился слой осадков (dH n), непосредственно после года, когда глубина сезонного оттаивания (ALD) была максимальной, а в дальнейшем она сокращается. В дальнейшем подошва деятельного слоя никогда уже не достигнет прежнего положения (Романовский, 1993).
Мощность одного такого ритма hp=(ALDmax-ALiyimax)+n (dHoc+dHi), где ALDmax и ALLPmax - максимальные глубины протаивания, стоящие друг от друга на п лет, dHoc и dHt - среднегодовое повышение поверхности за счет осадконакопления и сегрегационного льдовыделения в нижней части СТС. Переход в многолетнемерзлое состоянии происходит при выполнении условия ALDmax ALLPmax+n dHoc+dHi). При ALDmax АЫТтах и hp n (dHoc+dHt) происходит медленное приращение мерзлой толщи в течении ряда лет. При этом возможно формирование ледяных шлиров мощностью 1-12 см в виде «поясков», а сами мерзлые отложения представляют собой чередование ритмов, из быстро и медленно промерзших отложений. В результате, в зависимости от зональных условий, могут быть выделено три типа таких криогенных ритмов: 1) южный вариант с высокольдистой нижней частью ритма мощностью 2-5 см ; 2) северный вариант с полностью высоко ль диетой породой; 3) арктический вариант, в котором ритм сложен породами с тонко- и микрошлировой криотекстурой (Романовский, 1993).
Главные факторы, влияющие на распределение влажности по профилю деятельного слоя в оазисах Антарктиды: грубый состав отложений СТС, отсутствие почвенных и растительных покровов (кроме лишайников и мхов, высшие растения появляются только на островах Субантарктики) (Атлас..., 2005; Bokrheim, Hall, 2002), большая роль ледников, снежного покрова. Формирование влажностного режима обусловлено лишь процессами фильтрации талых вод от снежников и ледников с поверхности к кровле вечной мерзлоты (водоупору) и дальнейшему стоку к базису эрозии. В результате, по данным наблюдений в Сухих Долинах (Levy et al., 2012) влажность верхней части деятельного слоя часто не превышает 10-15% даже в понижениях рельефа на влажных участках, в то время как на подошве СТС она в течение всего теплого периода составляет около 25-30%. Промерзание влагонасыщенных грубодисперсных отложений связано с резким и значительным понижением температуры, что приводит к быстрому переходу в мерзлое состояние и формировнию ледогрунтовых и ледяных прослоев. На сухих участках влажность по всему профилю - менее 10%.
Быковский полуостров
Исследования с помощью растрововой электронной микроскопии позволили выявить особенности строения минеральной части ЛК. Форма частиц меняется от угловато-округлой в верхней пачке (среднее 1,6-2,0, мода 2) до округлой в средней пачке (2,1-2,8 и 3 соответственно). В образце с глубины 30,7 м (ККК=1,3) форма угловато-округлая (1,8 и 2), с глубины 35 м (ККК=0,4) -окатанная (2,8 и 3). В целом, зерна имеют слегка вытянутую форму, для верхней пачки соотношение длинной и коротких осей зерна изменяется от 1 к 1,48±0,44 в верхней части до 1 к 1,38±0,36 на 10,5 м. В средней пачке коэффициент изометричности меняется в достаточно больших пределах. Так на 11,7 м он составляет 1,50±0,40, а на 15 м - 1,30±0,27. В нижней пачке, на 30,7-31,0 м соотношение осей равняется 1 к 1,43±0,41, на глубине 35,2-35,7 м - 1 к 1,38±0,31.Большое количество зерен, покрытых органикой и глинистыми частицами - криогенные агрегаты, часто они имеют своеобразные «выколы» -ямки клиновидной формы на месте разрыва вакуолей (рис. 4.2.3в). В результате зерна оказываются покрыты защитной «рубашку». Но, несмотря на это, в верхней пачке отложений ЛК встречены характерные для криогенного выветривания деформации зерен кварца - трещины на поверхности (рис. 4.2.36) и разорванные «изнутри» частицы (рис. 4.2.3г). Встречаются зерна со свежими, чистыми сколами (рис. 4.2.3а). В средней толще преобладают криогенные агрегаты (рис. 4.2.Зд), хотя и здесь были встречены отдельные зерна кварца со следами явного криогенного выветривания (рис. 4.2.3е). В целом, результаты согласуются с уже полученными ранее данными морфологии частиц и подтверждают вывод о роли криогенезе в формировании отложений, особенно верхней пачки ЛК (Слагода, 2004; Siegert et al, 2000).
Обнажение на мысе Чукочий расположено на побережье Восточно-Сибирского моря в устье р. Большой Чукочья на правом ее берегу. Здесь, в морском обрыве обнажаются верхнеплейстоценовые едомные и вложенные в них голоценовые озерные отложения, представленные супесями и пылеватыми суглинками (Архангелов и др., 1979; Кузнецов, 1979). В работе используются данные по скважинам, пробуренным в 1991 году и по описаниям обнажения Чукочий Яр, выполненные в 1970-ых гг. Северной экспедициейй географического факультета МГУ.
В обнажении выделяется верхний горизонт коричневых алевритов мощностью около 10-13 м (горизонт а). Для этого горизонта характерна слоистость - слегка волнистая, тонкогоризонтальная, обусловленная разной окраской слоев, подчеркивается тонкими прослоями детрита, иногда наблюдается линзовидная и косоволнистая слоистость типа ряби течения. Отличительная черта - ритмичность, что вызвано накоплением осадков в условиях «полигональных мокрых ванн», которые представляют собой ярко выраженные заболоченные понижения прямоугольной формы с обрамляющими их валиками над головами ледяных жил на участках полигональных тундр (Архангелов и др., 1979).
Следующий горизонт - «сухой», мощностью 8-9 м, его верхняя граница проводится по песчаному прослою (мощность 0,2-0,45 м) на высоте 14-15 м над урезом реки (горизонт Ь). Отмечается постепенный переход от коричневых алевритов к прослою песков. Этот переходный (песчаный) горизонт имеет гнилостный запах, менее заторфован, чем вышележащий горизонт, более разнообразное криогенное строение (линзовидно-плетенчатая, сетчатая, горизонтальная слоистая с шлирами до 2-3 см, массивная). Литологический состав неоднороден за счет залегания маломощных линз и прослоев песка. Отмечается ритмичное чередование пачек разной степени оторфованности и опесчанености, встречаются погребенные маломощные ледогрунтовые и ледяные жилы. Встреченные пески имеют буровато-желтый, иногда светлосерый цвет с желтоватым оттенком.
Под песками залегают темно-серые алевриты, коричневатые, местами опесчаненные, с большим количеством автохтонных корешков. Мощность пачки - 2-4 м. Наблюдается погребенный ярус ледяных жил. Криотекстура -тонко-линзовидно-слоистая и чешуйчатая. Отложения постепенно переходят в переслаивающиеся заиленные пески и алевриты с редкими линзами и прослоями желтых песков толщиной от 0,2 до 2 см и мощностью всей пачки -от 2,5 до 4 м. Криогенная текстура массивная, иногда микрочешуйчатая. Завершает строение среднего горизонта маломощная (1,5-2,0 м) пачка серовато-коричневых, коричневых, местами черных алевритов. Они характеризуются горизонтально-волнистой слоистостью. К этому горизонту приурочен погребенный ярус ледяных жил. Здесь прослеживаются как сингенетические, так и эпигенетические жилы. Отличительная особенность - наличие ледогрунтовых жил (Архангелов и др., 1979).
Средний горизонт подстилается сильнольдистым горизонтом желто-зеленых алевритов (горизонт с). В нем содержатся линзы и прослои плохо разложившегося торфа. Желтоватый цвет вызван следами ожелезнения. Из-за высокого льдосодержания невозможно проследить литологическую слоистость. Криотекстуры - линзовидная и сетчатая с толстыми параллельными ледяными шлирами, иногда прослеживаются ледогрунтовые прослои мощностью до 10 см; отмечается увеличение льдистости на контакте с ледяными жилами. Самая нижняя часть горизонта, которая находится под осыпями и лишь кое-где прослеживается, имеют отличный облик - серо-сизые алевриты, в центрах полигональных блоков - сухое оторфованное ядро, обрамленное ледогрунтовыми прослоями (Архангелов и др., 1979).
Приморские низменности Якутии
Во всех районах Северного полушария отмечаются наибольшие значения ККК в позднеплейстоценовых или голоценовых, представляющих собой протаявшие и заново промерзшие позднеплейстоценовые породы (ПС и таберальная часть АК). Для районов, находящихся вне криолитозоны в современное время (Средняя Европа и Русская равнина, Северная Америка) так же получены максимальные значения ККК ( 1,0), приуроченные к позднеплейстоценовым отложениям, которые формировались во время ПЛМ (Сталина, 2003; Конищев и др., 2006; Френч и др., 2009). Эти данные, наряду с другими признаками (наличие псевдоморфоз, палиноспектры с преобладанием ксерофильной растительности), говорят о существовании многолетнемерзлых пород и активном воздействии криогенеза на формирующиеся отложения в конце плейстоцена. Таким образом, на протяжении всего четвертичного периода происходило увеличение роли криогенеза в формировании состава отложений, достигшее своего пика к границе плейстоцена и голоцена, что связано с глобальным похолоданием климата в этот период (Shakun, Carlson, 2010).
Таким образом, можно сформулировать третье защищаемое положение: в позднем плейстоцене и голоцене процессы криогенеза в Северном и Южном полушарии развивалась синхронно. Наиболее благоприятные условия для процессов криогенеза сложились на границе позднего плейстоцена и голоцена, что подтверждается результатами криолитологического анализа изученных отложений северо-востока Якутии и антарктических оазисов
Цикличность строения разрезов позднечетвертичных пород как результат региональных особенностей изменения условий накопления и промерзания отложений
При наблюдаемых общих закономерностях развития криогенеза в Северном и Южном полушариях, детальные исследования позднеплейстоценовых и голоценовых отложений на ключевых участках позволили выделить ряд региональных особенностей в их строении. Все они связаны с цикличным строением разреза, но при этом сами циклы обусловлены региональными разномасштабными изменениями условий накопления и промерзания отложений и связанными с ними процессами криогенеза.
Комплексные исследования отложений в антарктических оазисах и на северо-востоке Якутии позволили также выделить несколько видов циклов: 1) Циклы, обусловленные изменением климатических эпох. Цикличность в строении криолитогенных отложений на примере северо-востока Якутии выделяли многие авторы. В.Е. Тумским была отмечена макроцикличность в строении плейстоцен-голоценовых отложений пролива Дмитрия Лаптева, обусловленная чередованием в разрезе пачек аласных отложений (эпохи потепления) и ледового комплекса (эпохи похолодания) (Тумской, 2012). Ритмичность литологии и в строении полигонально-жильных льдов была отмечена Е.М. Катасоновым при описании обнажения Мус-Хая (2009), а А.А. Архангеловым - на мысу Чукочий (1979). Ю.К. Васильчуком (2006) была подробна рассмотрена гетероцикличнсть в строении полигонально-жильных льдов ЛК, было выделено три уровня циклов: микро- (изменения глубины сезонного протаивания), мезо- (колебания уровня водоемов) и макро-(климатические изменения и связанные с ними коренные перестройки процессов седиментации). Цикличность в строении ЛК на уровне криогенной переработки минерального вещества, связанная с колебаниями климата, была отмечена В.Н. Конищевым (2013). Но, пожалуй, наиболее ярко в отложениях ЛК выражена цикличность, обусловленная сменой эпох - МИС-3 и МИС-2, которая привела к накоплению двух хорошо различимых фаций отложений едомного надгоризонта.
Цикличность ярко выражены в отложениях ЛК Быковского полуострова (рис. 5.3.2). Так, пачка, которая накапливалась в теплый интерстадиал МИС-3, отличается малыми значениями ККК, большой льдистостью и содержанием органического вещества и погребенных почв. Отложения криохрона МИС-2 характеризуются высокими значениями ККК, малой льдистостью и меньшим содержанием органики (включая торф и погребенные почвы). Толща ЛК Дуванного Яра скорее всего накапливалась целиком во время интерстадиала МИС-3, однако климатические изменения - смена теплого оптимума в начале эпохи на направленное похолодание во второй половине и связанные с этим глобальные изменения в природной среде (включая миграцию русла Колымы) отражены в строении отложений. Так, отложения «полигональных мокрых ванн» горизонта а с мощнымии и редкими жильными льдами накапливались в условиях заболоченного полигонального рельефа.
Постепенно происходит осушение, сопровождаемое увеличением суровости геокриологических условий (и значений ККК в отложениях). В холодный завершающий период МИС-3 идет накопление уже совершенно отличных по строению отложений - горизонта б - серыхи серо-коричневых суглинков с массивной криотекстурой с тонкими и частыми жилами. Наблюдаются более высокие значения ККК (вплоть до 1,7), гранулометрический состав и морфология частиц позволяет предположить накопление и промерзание в условиях мелководий и широких участков рек - т.е. при активном водном воздействии, которые были вызваны миграцией Колымы в сторону современного русла. В итоге, в наиболее холодную эпоху МИС-2 накопление ЛК в районе Дуванного Яра практически не происходит. 2) Циклы, обусловленные изменением уровня моря. Они наиболее ярко выражены в оазисе Ларсеманна, где они подчеркиваются литологически в виде переслаивания песков и супесей (рис. 5.3.3). Накопление озерно-лагунной толщи напрямую связано с изменением уровня моря в МИС-3 - МИС-2. Формирование супесчаной части нижней пачки) происходило при высоком уровне моря в эпоху МИС 3 (Hodgson et al, 2009; Verleyen et al., 2011). Многолетнее промерзание шло достаточно медленно по синкриогенному субаквальному типу - от берегов и снизу (Романовский, 1993). Значения ККК в этой пачке малы и говорят о малой роли криогенеза в процессе формирования отложений. Окончательное промерзание этой пачки произошло уже в следующий этап, при более низком уровне моря.