Циклокриостратиграфия едомных толщ. Часть 1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ) 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2009

Циклокриостратиграфия едомных толщ. Часть 1

Васильчук Юрий Кириллович

доктор геолого-минералогических наук

профессор



Аннотация

цикличность порода побережье псевдоморфоз

Сформулировано новое направление исследований многолетнемерзлых и в частности едомных толщ - циклокриостратиграфия. Циклокриостратиграфия - изучение чередования различных по вертикальному масштабу пачек мерзлых пород в едомных разрезах Показана цикличность в флишевых толщах в дочетвертичных и четвертичных породах на побережье Черного моря, близ пос. Новомихайловское, в разрезе берриаса-валанжина у с.Конахкенд, Азербайджан, в отложениях эоцена, хребта Навагир, северо-западные отроги Кавказа, полуостров Абрау, в переслаивающихся песках и супесях в разрезе Нагым в устье Оленёкской протоки. Исследована циклитность в вертикальном расположении псевдоморфоз и грунтовых жил вне криолитозоны. Основными методами исследования являются литологический, криолитологический, радиоуглеродный, изотопный, геохимический. Цикличность выявляется в процессе полевых исследований, а ее параметры уточняются после проведения аналитических определений. Основными результатами проведенного исследования являются последовательный переход от цикличностей флишей, к цикличности ленточных глин и к циклостратиграфические особенностям палеоразрезов с псевдоморфозами и грунтовыми жилами. Проанализировано мезоциклическое залегание грунтовых жил и псевдоморфоз в разрезах Западной Европы: Ашерслебен в Германии, Кессельт, Ремикур и Арминьи в Бельгии. Проанализировано ярусное залегание псевдоморфоз в позднеплейстоценовой толще в разрезе Гров на севере Нидерландов. На севере Италии в долине р.По рассмотрен многоярусный комплекс псевдоморфоз в лессовой толще. Рассмотрена схема ярусного залегания псевдоморфоз на участке «Коткино» на левом берегк р.Соймы, притока р.Печоры.

Ключевые слова: лессы, поздний плейстоцен, палеокриолитозона, ленточные глины, флиш, циклы Миланковича, радиоуглерод, циклокриостратиграфия, палеопочвы, псевдоморфозы



Abstract

The author formulates a new line of research of permafrost and, in particular, homogeneous yedoma, - cyclocryostratigraphy. Cyclo-cryostratigraphy studies the rotation of different vertical frozen soil units of permafrost sediments in yedoma sections. The study demonstrates the cyclicity in the flysch formations in pre-Quaternary and Quaternary sediments on the Black Sea coast, near the Novomikhailovskoye settlement., in the Berriasian-Valanginian exposure near the village of Konakhkend, Azerbaijan, in the Eocene sediments of the Navagir range, the northwestern spurs of the Caucasus, the Abrau peninsula, in interstratifying sands and sandy loams in the Nagym section in the mouth of the Olenyok channel. The cyclicity in the vertical arrangement of pseudomorphs and subterranean veins outside the permafrost zone has been investigated. The main research methods are lithological, cryostratigraphical, radiocarbon, isotope, geochemical. The author detects cyclicity during the field research, and verifies its parameters with analytical determinations. The main results of the study include the successive transition from flysch cycles to the cyclicity of clays and cyclostratigraphic features of paleo-sections with pseudomorphs and ground vein. The author analyzes mesocyclic bedding of ground veins and pseudomorphs in the sections of Western Europe: Aschersleben in Germany, Kesselt, Remicourt and Harmignies in Belgium. The author analyzes stratification of pseudomorphs in the Late Pleistocene stratum in the Grove section in the north of the Netherlands. In the north of Italy, in the valley of the Po river, a multi-tier complex of pseudomorphs in loess strata is considered. A scheme for stratification of pseudomorphs in the Kotkino area on the left bank of the Soyma River, the tributary of the Pechora River, is considered.

Keywords: Late Pleistocene, loess, palaeopermafrost, varve clays, flysch, Milankovitch cycles, radiocarbon, cyclocryostratigraphy, paleosol, pseudomorph



Весьма авторитетный геолог Э. Ог ^[1] высказал идею, что "геологическая история нашей планеты есть не что иное, как история следующих друг за другом циклов".

Квазипериодические колебания орбиты Земли и изменения наклона орбиты по отношению к Солнцу являются причинами разнопериодных изменений сезонного и широтного распределения солнечной инсоляции, что принято называть "циклами Миланковича", в честь сербского климатолога и астрофизика М.Миланковича, разработавшего метод количественной оценки изменения теплообеспеченности атмосферы планет, которое обусловлено влиянием солнечной радиации, и применившего эти методы к изучению вариаций климата Земли в прошлые геологические эпохи. В частности колебания климата в плейстоцене, М.Миланкович ^[2] объяснил комбинацией изменений некоторых параметров орбиты Земли, прецессии, нутации и эксцентриситета.

Прецессия. Земная ось не повернута всегда в одном и том же направлении - она медленно движется по круговому конусу. Этот эффект называется «прецессия». период полного оборота составляет приблизительно 26 тысяч лет. Нутация (наклонение оси вращения). В дополнение к медленной прецессии Земли угол наклона земной оси незначительно колеблется (эти колебания и называются «нутацией»). Каждую 41 тысячу лет под влиянием не только Луны, но и Юпитера (далекой, но массивной планеты) угол наклона уменьшается до 22° и затем вновь возрастает до 23°.

Изменение формы орбиты (эксцентриситет). Из-за притяжения других планет с течением времени меняется и форма земной орбиты. От эллипса, вытянутого в одном направлении, она превращается в круг, затем - в эллипс, вытянутый в направлении, перпендикулярном исходному, затем - снова в круг. Длительность циклов эксцентриситета - 106, 410, 1290, 2030 и 3400 тысяч лет. Астрономически обусловленные циклы прямо и косвенно влияют не только на теплообеспеченность, но и на глобальную циркуляцию и изменения уровня океана.

Г.К.Джильбертом ^[3] впервые показано, что стратиграфические последовательности связаны с орбитальными характеристиками, поэтому они отражают записи геологического времени высокого разрешения. Эти исследования были использованы А.Г.Фишером для объяснения ритмической последовательности в меловых отложениях запада США ^[4]. Позднее во многих работах было показано, что астрономически обусловленный сигнал фиксируется в континентальных и морских осадочных толщах ^{[4, 5, 6]}. Это нашло отражение в развитии нового направления геологических исследований - циклостратиграфии - использующей для расчленения и корреляции отложений особенности упорядоченной повторяемости частей разреза осадочных толщ. Циклы Миланковича фиксируются в осадочных породах по крайней мере с позднего протерозоя. При этом в наиболее древних отложениях, как правило, лучше фиксируются циклы в 400 тыс. лет. В основе региональной или планетарной природы цикличности лежат изменения климата, с которыми связаны эвстатические колебания уровня Мирового океана.

Для разделения цикличности - циклостратиграфических подразделений - предложены многочисленные термины (цикл, циклолит, циклотема, циклит, полициклит, циклокомплекс, циклосома и т. п.). Одни авторы считают термины "цикл" и "ритм" полными синонимами, другие именуют ритмами лишь мелкие циклы. Ритмы, по мнению ряда исследователей, обязаны своим существованием климатическим явлениям, а циклы - тектоническим.

Д.В. Рундквист ^[7] считает, что "ритм - однонаправленный асимметричный процесс ... Процессы симметричные... трансгрессивно-регрессивные... следует рассматривать как цикличные...". Можно предположить, что частным случаем цикличности, когда отдельные циклиты точно повторяют друг друга, является ритмичность. Примером ритмичности могут служить варвы - слои ленточных глин. Основанный на анализе ритмичности раздел циклостратиграфии иногда называется ритмостратиграфией.

В терригенных породах встречаются циклы, сложенные сменяющими друг друга конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами; в карбонатных толщах - обломочными, крупно-, средне-, мелкозернистыми, шламовыми, глинистыми известняками, глинами; в вулканогенных толщах - туфобрекчиями, обломочными, пепловыми, туфами, туфогенно-осадочными породами, часто формирующие флиш (рис. 1).

Флишевые толщи сложены частым чередованием обычно двух-трех типов пород. Для кавказcкого флиша, например, иаиболее характерно чередование песчаников, мергелей и глин, причем мощность каждого ритма этого флиша колеблется от 10 до 30 см.

Циклостратиграфический (ритмостратиграфический) метод включает в себя расчленение и сопоставление осадочных толщ, основанные на использовании неоднократного чередования в разрезах сходных явлений или признаков ^[8]. По мнению В. А. 3убакова, отдельно взятые ритмостратиграфические границы недостаточно индивидуальны для опознания и поэтому главным при выделении ритмостратиграфических подразделений является сама ритмическая природа толщ, выражающаяся в закономерном повторении определенных признаков.

Наиболее изучена цикличность в угольной геологии. Изучение мощных угленосных толщ карбона Иллинойса и Донбасса (мощность угленосных толщ колеблется от нескольких метров до 10 км и более) показало, что они состоят из большого числа одинаково построенных пачек.

В разрезе угленосной толщи Донбасса полный цикл составляют: а) песчаники континентального характера; б) морские известняки и аргиллиты; в) угли (мощность пласта варьирует от 0,5-3,5 м до 15 м, редко более); г) алевролиты.

Ритмичность разного масштаба была обнаружена в самых разнообразных отложениях. Широкое применение получили методы фациально-циклического анализа (автор Ю. А. Жемчужников), называемого еще ритмостратиграфическим методом, фациально-геотектонический метод (Г.А. Иванов) и метод фациально-фазового парагенетического анализа (А.Г. Кобилев). Н.Ф. Балуховский выделил формационно-циклический метод, а В. П. Казаринов литолого-формационный метод, призванный выявлять циклы-серии (серии пород, слоев и их свит, отвечающие седиментационным циклам). Метод коннексии, который в конце 19 века разработал Г.Я. де Геер при изучении ленточных глин Швеции скорее является методом корреляции циклокомплексов в пространстве. Позднее Н.Б. Вассоевич ^[10], развил метод коннексии, на основе изучения флишевых толщ.

Л.Б. Рухин ^[11] разработал классификацию ритмов, основанную на положении разрезов относительно области сноса и на степени устойчивости погружения участка седиментации. Эта классификация включает бассейновые, паралические и лимнические ритмы, каждый из которых содержит разрезы с четко выраженными перерывами и относительно непрерывные. В зависимости от устойчивости погружения участка седиментации полнота и состав ритмов могут меняться.



аб

вг

де

Рис. 1. Флиш в дочетвертичных и четвертичных породах: а - на побережье Черного моря, близ пос. Новомихайловское. Фото студентов кафедры экологической геологии Воронежского государственного университета; б - разрез берриаса-валанжина (нижний мел), сложенный переслаиванием мергелей и аргиллитов у с.Конахкенд, Азербайджан, (фото М.А.Рогова с сайта http://jurassic.ru); в - отложения эоцена. Хребет Навагир, северо-западные отроги Кавказа. Черноморское побережье. Урочище Сухая щель. Полуостров Абрау. Фото И.П.Торгачкина; флиш в провинции Гипускоа, Баскония: г - Саконетта, д - Сумайя. Фото с http://sg59.livejournal.com/125137.html; е - пачка позднечетвертичных отложений, видимой мощностью от 7 до 15 м, - переслаивающиеся пески и супеси, часто с растительными остатками, разрез Нагым в устье Оленёкской протоки (72°52ґ44ґґ с.ш., 123°12ґ03ґґ в.д.). Из монографии Д.Ю.Большиянова и др. ^[9]

Н.Б. Вассоевич предложил простой метод сопоставления разрезов флишевых толщ с помощью построения ритмограмм, поскольку наиболее характерной особенностью флиша является выдержанность некоторых аномальных по мощности прослоев. Обычно циклы (циклиты, циклотемы) имеют определенную ранговость и собираются в разные иерархические системы с разной продолжительностью от 1 года до 1,5Ч108 лет. По Н.Б. Вассоевичу ^[10] все циклы по их продолжительности (t) можно разбить на восемь категорий: 1). t < 1 года - нано-циклы (нЦ); 2). 1 < t < 5 Ч 10⁴ лет - микро-циклы (миЦ); 3). 5Ч 104 < t < 5 Ч 10⁵ лет - мезо-циклы (меЦ) 1-го порядка; 4). 5 Ч 10⁵ < t < 10⁶ лет - мезо- циклы 2-го порядка; 5). 10⁶ < t < 3,5 Ч 10⁶ лет - макро-циклы (маЦ) 1-го порядка; 6). 4 Ч 10⁶ < t < 8 Ч 10⁶ лет - макро-циклы 2-го порядка; 7). 25 Ч 10⁶ < t < 70 Ч 10⁶ лет - макро-циклы 3-го порядка; 8). t > 1,5 Ч 10⁸ лет - мега-циклы (МЦ).

Циклы могут быть полными (симметричными) (например: конгломерат - песчаник - аргиллит - алевролит - песчаник - конгломерат), либо асимметричными (например: конгломерат - песчаник - аргиллит - алевролит), содержать большее или меньшее количество элементов, иметь разную общую мощность, разные мощности отдельных элементов цикла ^[8].

Примеры наиболее мелкой ритмичности дают озерные ленточные глины (рис. 2), которые сложены частым чередованием тонких опесчаненных и тонкоотмученных слойков. Два таких слойка образуют годичный цикл, отвечающий весенне-летнему обильному привносу материала (относительно грубые породы) и медленному осаждению в зимнее время (тонкоотмученные породы). Ленточные глины были первоначально описаны в четвертичных отложениях. В 1882 г. Г.Я. де Геер впервые высказал гипотезу, согласно которой ленточные глины демонстрируют сезонные изменения в характере осадконакопления и каждая пара слоёв (варвы) соответствует одному году. В 1884 г. он публикует работу, в которой приводит данные, полученные для трёх разрезов, содержащих 16 годичных слоёв, и демонстрирует принципиальную возможность сопоставления последовательностей, полученных в разных разрезах (собственно метод коннексии). В 1904 году де Геер обнаружил ту же последовательность ленточных слоёв, как и описанную им двадцатью годами ранее, хотя расстояние между разрезами составляло 3 километра. В 1905 де Геер организует масштабное исследование в ходе которого был построен профиль слоёв ленточных глин на дистанции 500 километров от Стокгольма до Емтланда, который охватывал период в 1073 года. В 1909 г. Де Геер предпринял первую попытку дать абсолютную оценку возраста приледниковых ленточных глин, исследуя отложения спущенного в 1796 г. озера Рогунда. Более точная привязка шведской геохронологической шкалы к абсолютной хронологии была выполнена в 1913 г. Р.Лиденом - ассистентом де Геера. Варвохронологические исследования как научный метод оформились после лекции «Геохронология последних 12000 лет», прочитанной де Геером в 1910 г. на сессии международного геологического конгресса и опубликованной затем в виде статьи ^[12].

Позднее ленточные глины были встречены в озерных отложениях разного возраста многих регионов. В разрезе Чаган-Узун (рис. 2а) буровато-желтые и коричневатые осадки несогласованно перекрываются голубоватыми яснослоистыми озерными илами и серыми валунными и галечниковыми суглинками и песками. Около 25-30 тыс. лет назад здесь находился длинный и узкий залив крупнейшего в горном Алтае Чуйского ледниково-подпрудного озера; смена режима озера зафиксирована в строении ленточных глин. Древнее озеро Миссула на территории западной части штата Монтана (США) существовало периодически в конце позднего плейстоцена, около 15-13 тысяч лет назад. Периодическая смена режима озера отразилась на строении контрастно окрашенных ленточных глин (рис. 2б). В районе города Эберсвальде в Германиия описана толща монохромных ленточных глин (рис. 2в).

Впоследствии оказалось, что подобная ритмичность встречается и в более древних толщах и образуется не только в четвертичных приледниковых бассейнах (рис. 3). Тонкая ритмичность описана в триасовых и пермских бассейнах Центральной Европы и Бразилии ^[13], Известны также варвы позднего докембрия (возрастом более 650 млн. лет) в Австралии ^[14].

Цикличность строения разреза может быть вызвана самыми разными причинами - как космическими (астростратиграфический фактор), так и земными, например: землетрясения как запускающий механизм для образования мутьевых потоков, сильные шторма, благодаря которым образуются темпеститы - штормовые отложения ^[8].

аб

в

Рис. 2. Ленточные глины в долине р.Чаган-Узун, Алтай (а), в котловине оз.Миссула в Монтане (б), в районе города Эберсвальде, Германия (в)

Рис. 3. Варвы пермского возраста в Бразилии послужили основой для создания национального парка, известного как Парк Варвито

Седиментационный циклит по Ю.Н.Карагодину ^{[15, с.60]} - это комплекс (система) осадочно-породных слоев (и их ассоциаций), характеризующийся (в вертикальном разрезе скважины, обнажения и т. д.) направленностью и непрерывностью изменения структурных (и вещественных) свойств элементов (слоев), отражающимися в характере границ между ними, и двуединым строением.

Циклостратиграфические особенности палеоразрезов с псевдоморфозами и грунтовыми жилами

Полигональные гетероциклические структуры встречаются не только в зоне развития современных многолетнемёрзлых пород, но и в палеокриолитозоне.

Одним из наиболее выдающихся исследователей псевдоморфоз является австрийский геолог Г.Гальвиц. Будучи специалистом по юрским породам, еще в середине 30-х годов Г.Гальвиц описал два яруса псевдоморфоз (рис. 4), в четвертичных отложениях на территории бывшего стекольного завода в городе Галле ^[16].



Рис. 4. Два цикла клиньев-псевдоморфоз, город Галле, Германия, федеральная земля Саксония-Анхальт, в районе бывшего стекольного завода к северу от Трофа. Из H.Gallwitz ^[16]

Рис. 5. Формирование ледяных клиньев при однократном изменении скорости накопления отложений и при постоянном нарастании высоты. Из H.Gallwitz ^[17]

В разрезах Нижней Саксонии и северного Гессена Г.Роденбургом и Б.Майером описаны разрезы с несколькими горизонтами псевдоморфоз ^[18].

Автору в восточной части острова Зеландия (Дания) довелось наблюдать хорошо выраженные псевдоморфозы в верхней части разреза Роскильде (рис. 6).

Рис. 6. Разрез Роскильде в восточной части острова Зеландия в Дании (в 35 км западнее Копенгагена) с горизонтом псевдоморфоз. Фото Ю.К.Васильчука

В Германии, Голландии, Бельгии описано несколько разрезов с мезоциклическими полигональными структурами и грунтовыми жилами датированные поздним плейстоценом (рис. 7).



Рис. 7. Мезоциклическое залегание грунтовых жил и псевдоморфоз в разрезах Западной Европы: А - Ашерслебен в Германии (из P.Grootes ^{[19, 20]}); Б - Кессельт в Бельгии (из J.Vandenberghe et al. ^[21] и van der Haute et al. ^[22]); В - Арминьи в Бельгии (из M.Frechen et al. ^[23]); Г - Куртак в Минусинской впадине в верховьях Енисея (из J.Chlachula et al. ^[24]): 1 - торф; 2 - песок; 3 - валуны, обломки; 4 - супесь; 5 - переслаивание песка и супеси; 6 - суглинок; 7 - глина; 8 - грунтовые жилы; 9 - почвенно-торфяные слои; 10 - гнёзда грунта; 11 - переслаивание суглинка и супеси

На востоке Голландии Й. Ван Хустеден описал очень важные и интересные разрезы с гетероциклическими грунтовыми жилами. Первый из них - Ванкерхоек в 1 км западнее села Лоннекер в маленькой долине, датируемой временем зале. В верхней части соответствующей формации твенте выделены слои датируемые вислинским (вюрмским, валдайским) временем (приблизительно 27-13 тыс. лет. Отложения, вскрываемые во втором и третьем местонахождениях (Лютерзанд и Хольт) соответствуют нижним фрагментом разреза близ Ванкерхоека.

Ашерслебен в Германии . Впадина Ашерслебен (51° с.ш., 11° в.д.) располагается в северном Гарце между реками Зелке и Айне, притоками Эльбы на абс. высоте 108 м (см. рис. 7, А). Ранее Д.Маниа ^{[25, 26]}, основываясь на размерности зерен грунта, содержании органики, а также фауне остракод и моллюсков в отложениях выделил в этом разрезе мезоцикличность.

Полный мезоцикл содержит по Д.Маниа фазу денудации, особенно дефляции (а) во время холодного и сухого климата, фазу накопления водных отложений (б) во время тёплого и сильно дождливого климата, фазу завершения накопления озёрных отложений (в) связанную по Д.Маниа с дальнейшим ростом температур и дождливости, влияющих на растительность и перигляциальную фазу совпадающую с осушением озёр, вызванные снижением температур и количества осадков ^{[25, 26]}.

В разрезе Ашерслебен уверенно выделяются 7 горизонтов грунтовых жил, связанных с морозобойным растрескиванием на глубинах от 5 до 17 м, высота каждой отдельной жилки обычно менее 3 м, только жилы вскрываемые в интервале от 10 до 16 м имеют высоту более 5 м. Все головы жилок совпадают по высоте с горизонтами торфа. Непосредственно под торфом на уровне голов жил в отложениях никогда не отмечалось ракушек, тогда как в подстилающих отложениях (чаще всего представленных глиной и еще ниже песком) плотность ракушек превышает 500 экз. на 500 см³ отложений.



Рис. 8. Многоярусный комплекс псевдоморфоз Арминьи (Harmignies), в лессовой толще, датированной от 120 до 52 тыс. лет назад расположенный юго-восточнее Монса в Бельгии. По P.Haesaerts et al. ^[27]



Рис. 9. Сопоставление многоярусных комплексов псевдоморфоз (первично-грунтовых жил) в разрезах лессовых толщ Ремикур (а) и Арминьи (б), провинция Льеж, Бельгия.

По P.Haesaerts et al. ^[27] и S.Delvoie et al. ^[28] П.Грутес ^{[19, 20]} также считая эти циклы седиментационно-климатическими, датировал некоторые из них с помощью разработанного им радиоуглеродного обогащения. Нижний образец, датированный 61000 лет, сопоставляется им с древними средне-палеолитическими орудиями труда и другими артефактами. П.Грутес предположил, что образцы датированные >40 тыс. лет и 41 тыс. лет были загрязнены. Поэтому он определил возраст этой толщи от 60 до 49,2 тыс. лет. Учитывая субаквальный генезис основной толщи отложений, мы полагаем, что переотложение растительного материала здесь очень значительное, поэтому вероятно следует еще раз вернуться к оценке достоверности самых молодых датировок в разрезе Ашерслебен.

Кессельт в Бельгии. Кессельт в Бельгии (датированный от 36,2 до 22,7 тыс. лет по ¹⁴C и от 24,9 до 19,8 тыс. лет термолюминесцентным методом ^{[21, 22]} содержит не менее 4 ритмов переслаивающихся субаквальных песков и субаэральных почв и торфяников (см. рис. 4, Б).

Арминьи в Бельгии. Почвенно-лёссовый разрез Арминьи в Бельгии - один из важнейших разрезов позднего плейстоцен в северо-западной Европе ^{[23, 27]}. Разрез Арминьи располагается в 5 м юго-восточнее Монса на западе Бельгии (см. рис. 7, В; рис. 8, 9). Наиболее выраженные следы существования многолетнемерзлых пород отмечены для периода 60 и 28 тыс. лет назад ^[23]. В разрезе можно выделить 9 циклов грунтовых жил и псевдоморфоз по повторно-жильным льдам (см. рис. 8).

При исследованиях циклически расположенных горизонтов псевдоморфоз в опорном разрезе Гров (рис. 10) на севере Нидерландов Дж.Ванденбергхе и К.Кассе ^[29] показали циклическое воздействие флювиального фактора на развитие многолетнемерзлых структур. Они отметили, что осадконакопление на пойме носит циклический характер.



Рис. 10. Ярусное (циклическое) залегание псевдоморфоз в позднеплейстоценовой толще в разрезе Гров на севере Нидерландов (53° с.ш., 5° в.д.) (из Vandenberghe, Kasse ^[29]): 1 - морена заальская; 2 - голоценовый торф и глина; 3 - голоценовый подзол; 4 - песок; 5 - торф; 6 - ил; 7 - гумус; 8 - оглеение; 9 - радиоуглеродные даты; 10 - перигляциальные (мерзлотные) уровни

Здесь сначала накапливаются пески, принесенные потоками воды, затем следует период снижения скоростей течения, и в условиях стоячей воды накапливаются супеси и опесчаненные суглинки. Наконец в условиях остаточного водоема накапливаются органические илы и торф. В течение последней фазы происходит формирование ледяных жил. Это развитие продолжается до следующего вторжения речных вод. Пески откладываются в то же время, когда мерзлые породы протаивают в результате вторжения речных вод. Ледяные жилы предыдущей фазы протаивают, так же как и верхняя часть мерзлых осадков, таким образом, ледяные жилы трансформируются в псевдоморфозы и образуются в верхней части осадков.

Дж.Ванденбергхе и К.Кассе выделяют 7 перигляциальных циклов: 1 - >43,3 тыс. лет назад, 2 - от 43,3 до 38,7 тыс. лет назад, 3 - от 38,7 до 37,7 тыс. лет назад, 4 - от 36,9 до 35,5 тыс. лет назад, 5 - менее 35,3 тыс. лет назад и еще две стадии с трудно определяемым интервалом.

Седиментационный цикл продолжается отложением тонких болотных фракций до тех пор, пока многолетнемерзлые породы по крайней мере частично не исчезнут в зависимости от их мощности и длительности периода наступления речных вод. Такой двухфазовый цикл для разреза Гров был отмечен, по меньшей мере, семь раз. Частая встречаемость насыщенных органикой болотных осадков позволяет детально датировать события. Это особенно относится к циклам 2,3,4, которые находятся как раз между ¹⁴С датировками. Впечатляет то, что перигляциальные циклы 3 и 4 и параллельные им седиментационные циклы длились очень короткое время: менее чем 0,9 тыс. лет и 1,4 тыс. лет соответственно ^[29].

Рост ледяных жил в условиях позднеплейстоценовых перигляциальных речных пойм прерывался фазами подтопления с частичным протаиванием мерзлоты. Когда пойма осушалась, погребенные остатки ледяных жил активизировались. Псевдоморфозы одного уровня находятся над головами псевдоморфоз более древнего уровня и частично проникают в них (см. рис. 10).

Напомним, что такое же объяснение ярусности псевдоморфоз в 50-метровом обнажении Мамонтовой Горы дал Е.М.Катасонов ^[30], показав, что псевдоморфозы там сингенетические, возникшие в ходе непрерывного осадконакопления, когда на аккумулятивной поверхности возникали водоемы, под которыми определенное время существовали талики.

Дж.Ванденбергхе и К.Кассе ^[29] отмечают, что этот механизм циклического роста сингенетических жил отличается от классического формирования сингенетических повторно-жильных льдов, который характеризуется более постоянным осадконакоплением и одновременным ростом повторно-жильных льдов.

На севере Италии в долине р.По, близ Монте-Нетто исследован многоярусный комплекс псевдоморфоз в лессовой толще датированной от 44 до 16 тыс. лет назад (рис. 11).

Рис. 11. Многоярусный комплекс псевдоморфоз (первично-грунтовых жил) Монте-Нетто в лессовой толще датированной от 44 до 16 тыс. лет назад, в долине р.По на севере Италии. По F.Livio et al. ^[31] и A.Zerboni et al. ^[32]

Куртак в Минусинской впадине в верховьях Енисея. Толщу с циклическими грунтовыми жилами похожую на толщу Кессельт описал И.Хлахула ^[24] в разрезе Куртак на юге Западной Сибири в верховьях Енисея на севере Минусинской котловины. Горизонты грунтовых жил отмечены в период в мощной толще лессово-почвенных отложений.

Всего выделяется около 9 циклов формирования грунтовых жил (рис. 7, Г). Куртакский педокомплекс, соответствующий позднему плейстоцену, включает сдвоенную черноземную почву с криотурбациями и фрагментами древесины, датированными около 30 тыс. лет (см. рис. 4, Г). Выше залегают тундровые почвы относящиеся к периоду 22-25 тыс. лет назад ^[24]. Педокомплекс перекрыт лессовой тощей со слабовыраженными прослоями тундро-степных почв. Наиболее выраженный горизонт псевдоморфоз по повторно-жильным льдам датируется периодом 18-20 тыс. лет.

М.А.Великоцкий и Б.В.Спектор (устное сообщение) описали ритмически построенные позднеплейстоценовые аллювиальные разрезы в долине Печоры и Лены. На Печоре рядом с пос.Коткино в разрезе 8-метровой первой аллювиальной террасы М.А.Великоцкий описал три стадии первично-грунтовых песчаных жил в переслаивающейся песчано-лессовидной толще (рис. 12). Высота грунтовых жил варьирует от 1 до 2,5 м, есть и совсем маленькие жилки высотой 5-50 см. Маленькие жилки располагаются на расстоянии 1 м друг от друга по горизонтали, а крупные на расстоянии 2,5-3 м.

Рис. 12. Схема ярусного залегания псевдоморфоз на участке «Коткино» на левом берегу р.Соймы. в 1,1 км на северо-восток от отметки 14,3 м. Зарисовка М.А.Великоцкого. 1 - песок; 2 - супесь; 3 - глина; 4 - осыпь; 5 - грунтовые жилки; 6 - гравий, галечник; 7 - 8 - отбор образцов

Б.В.Спектором описана система многоярусных грунтовых жил в береговых обнажениях на Средней Лене между устьями рек Алдан и Синяя. В разрезе у д. Долкуминская грунтовые жилы расположены на глубине 4-9 м и 13-15 м, а у д. Мавринская на глубине 6,5-14 м и 22-27 м. песчаные жилы имеют V - образную форму высотой 10-30 см, реже 1 м, шириной в верхней части 20-40 см, головы жилок приурочены к границам слоев. Структура разрезов свидетельствует о том, что жилы сформировались при ритмическом колебании уровня реки.

Макроциклическая многоярусная система грунтовых жил изучалась автором в глубоком археологическом раскопе на археологической стоянке Чонгокни в Южной Корее (рис. 13, 14). Участок расположен на возвышенности абсолютной высоты около 60-63 м и сложен с поверхности красновато-коричневой глиной мощностью более 7 м, залегающей на базальтовом основании, подстилаемом в свою очередь докембрийскими гнейсами и гранитами (см. рис. 13). В красновато-коричневых глинах описан интереснейший палеогеографический феномен - многоярусная система грунтовых клиньев, высота каждого яруса около 1 - 1,5 м, всего в разрезе насчитывается 5 ярусов.



Рис. 13. Макроциклическая многоярусная система грунтовых жил в глубоком археологическом раскопе на археологической стоянке Чонгокни, север Южной Кореи: 1 - узкие грунтовые жилки; 2 - норка грызуна; 3 - обломки базальтов; 4 - точки отбора образцов на радиоуглеродное датирование; 5 - базальты в кровле лессовидной толщи

Жилы в основном узкие толщиной 2-3 см в средней и нижней частях, сложены они, как правило, более светлым желтовато-коричневым материалом. K-Ar-датирование базальта и трековый анализ верхнего горизонта тефры (пеплового слоя) показало возраст около 0,5 млн. лет.

Это были единственные геохронологические привязки, и, согласно этим датировкам датировалась древняя культура, древние орудия труда - каменные скребки и ножи, - артефакты, залегающие на контакте красновато-коричневых глин и горизонта выветривания, и датировался возраст грунтовой жильной системы (т.е. около 500000 лет). Поэтому предполагалось, что и грунтовая многоярусная система имеет тот же возраст.

аб

в

Рис. 14. Макроциклическая система грунтовых жил на археологической стоянке Чонгокни (север Южной Кореи). Место отбора пробы по которой получена датировка 21,9 тыс. лет (а) и грунтовые жилы разных стадий (б - в)

Однако уже при полевом описании нами было высказано сомнение в справедливости такой привязки, так как аналогичные многоярусные системы грунтовых жил и псевдоморфоз на Северной Двине, в Центральной Якутии, в Германии, Бельгии и в Голландии датированы поздним плейстоценом.

Макроциклическая многоярусная система жил (см. рис. 13, 14) в красных лёссовидных глинах Чонгокни (общей мощностью 5-7 м), состоит из 4 горизонтов узких жил (шириной до 10-15 см, высотой 0,35-1,5 м.), напоминающих в разрезе частый гребень (очень похожий на гребень грунтовых жил в едоме Быковского и Зелёного Мыса и на аласе Дуванного Яра).

Результаты радиоуглеродного датирования оказались весьма контрастны с ранними привязками, выполненными трековым и калий-аргоновым методом, датировавшие основание лессовидных глин 400-500 тыс. лет назад.

Осуществление отбора образцов на радиоуглеродный анализ (табл. 1) оказалось очень непростой задачей, так как никаких видимых включений органики и даже её следов в разрезе нет.

Таблица 1. AMS-¹⁴C даты из циклического комплекса грунтовых жил в Чонгокни

Более того, анализ пыльцы и спор из образцов показал, что палинологические остатки очень скудны и находятся в весьма разрушенном состоянии. Отбор образцов производился в тех точках, где органический материал накопился и сохранился с наибольшей вероятностью.

Одной из таких точек явилась норка грызуна (диаметром около 6 см) на глубине 4,95 м. (+58,05 м). Светло-коричневая глина с марганцевыми примазками была отобрана вокруг обломков базальтов, вокруг которых мы предполагали, может происходить концентрация органического материала (впоследствии это предположение подтвердилось) отобраны два образца на глубине 2,8 м. (+60,2 м); и красно - коричневая глина с темными пятнами на глубине 1,9 м. (+61,1 м).

Результаты AMS-14C датирования экстрагированной с помощью щелочных вытяжек очень скудного содержания органики еще не позволяют получить точную хронологию циклического комплекса грунтовых жил в Чонгокни.

Более древние радиоуглеродные даты (31-35 тысяч лет назад) были получены из выше расположенных горизонтов, а совсем молодая датировка - 13,1 тысяча лет, из норки на 3 м ниже (см. табл. 1).

Конечно, это произошло в результате жизнедеятельности позднеплейстоценового грызуна, который переместил органический материал вниз в нору, но всё же это вносит существенную неопределённость в датирование.

Не совсем пока ясен и существенно более молодой возраст образца глины с глубины 2,8 м - 21,9 тыс. лет, скорее всего это связано с субаквальным переотложением, аналогично тому, которое мы наблюдали и в разрезах с ледяными жилами (например, в толще Дуванного яра). Пока можно лишь с определённостью утверждать, что многоярусный комплекс грунтовых жил в Чонгокни формировался от 13 до 35 тысяч лет назад.

Изучение такого трудного и интересного объекта как многоярусный циклический комплекс грунтовых жил у Чонгокни, является проблемным по трём причинам. Первой проблемой является происхождение самих грунтовых жил по морозобойным трещинам или по трещинам усыхания.

Второй проблемой является происхождение самой многоярусной структуры. Третьей - возраст жил и вмещающих их отложений.

Решение этих проблем - одна из ближайших задач. Сейчас же можно как о существенном успехе говорить о том, что и при изучении позднечетвертичных палеомерзлотных феноменов радиоуглеродное датирование сталкивается с теми же проблемами, что и при изучении синкриогенных многолетнемёрзлых едомных толщ.

Характер строения грунтовых жил и особенности их залегания в разрезе не дают однозначного решения дилеммы - имеют ли трещины, по которым формировались грунтовые жилы морозобойную природу или же они образовались в результате усыхания сильно увлажнённого грунта. Конечно, если предполагать, что климатические условия времени образования этих грунтовых жил были близки к современным, то логичнее кажется их генезис в результате усыхания грунта. Однако если грунтовые жилы образовались в холодную эпоху позднего плейстоцена, когда среднегодовые температуры грунтов в Азии снижались на 5-8°С, то морозобойная природа жил не кажется сколько-нибудь экзотической, даже если температура грунтов на севере Южной Кореи и не опускалась ниже 0°С, т.е. даже если породы и не были многолетнемёрзлыми.

И еще об одном важном моменте следует сказать. В тех случаях, когда в результате протаивания ледяных жил образуются псевдоморфозы (как субаквально - независимо от климатических флуктуаций, так и субаэрально - в результате потепления) сохраняются они только при относительно небольших размерах жил (редко более 2-3 м высотой) и невысокой льдистости (редко более 20-30%) оттаивающей толщи в целом. Если льдистость выше или жилы мощнее то в результате оттаивания массив попросту растекается не сохраняя своей структуры. С эти связано, то, что псевдоморфозы в пределах таких сильнольдистых полигональных массивах как например Дуванный Яр, Иткиллик, Зеленый Мыс и т.п. практически не встречаются. Пожалуй пока, чуть ли не единственным исключением является аласно-таберальная часть разреза Ледовый обрыв на Майне, где нам довелось зафиксировать псевдоморфозы высотой более 6 м.

Этот случай настолько редкий, что здесь стоит привести описание этих псевдоморфоз. Близ почти вертикального контакта едомы Ледового обрыва и таберального комплекса под слоем торфа отмечается деформация слоистости в виде котла высотой около 2 м, шириной в верхней части 5-7 м, внутри которого отмечаются серовато-желтые пески внедряющиеся в серые пески. В левой периферийной части котла вниз отмечаются слабо выделяющиеся по цвету псевдоморфозы, высотой 5-6 м в боковых частях которых отмечены вертикально и субвертикально расположенные остатки древесины. Внутри псевдоморфозы выполнены серым песком, аналогичным вмещающему. На высоте около 1,5 м от хвоста псевдоморфозы, праее ее залегает в горизонтальном положении ствол березы с белой корой, вероятно голоценового возраста. Боковые части псевдоморфозы и кайма ее сложены серым среднезернистым песком, тогда как вмещающие и выполняющие породы - пески мелкие и тонкозернистые. Среднезернистым песком сложен и хвост псевдоморфозы в нижних 0,5 м. Верхний 1 м псевдоморфозы заполнен мелким песком с остатками стволов кустарников.

Из наблюдений за краем карниза торфа становится понятна и природа торфяных "груш", нередко отмечаемых в аласных толщах. Это пластично опустившиеся в провалы (может быть в канавы от жил) возможно отттаявшие блоки полигонального торфа, обточенные термоэрозией,. Достаточно большая сила сцепления в торфяном карнизе, нередко приводит к значительному утоньшению "шейки" на которой держится блок, при этом карниз длительное время сохраняет горизонтальное положение. Внедрение "груши" в подстилающую толщу редко происходит более чем на 1 м. В боковом срезе груши она представляет собой слабо сужающуюся книзу грунтово-торфяную жилу.

В южной части таберального останца вскрывается мощная псевдоморфоза (высотой более 7 м) в виде крутой антиклинальной складки, образованной оторфованным гумусированным песком. По периферии псевдоморфозы отмечены гофрированные гумусированные слойки длиной до 7 м, шириной до 8 см. В верхней части псевдоморфозы на глубине 1 м отмечено большое количество стволов и корней, в правом крыле стволы и ветки опускаются на 1 м, глубже они исчезают. В ядре складки - грунтовая супесчаная жила высотой около 2 м, шириной 1 м. В целом псевдоморфоза наклонена под углом 45° , залегает она в темно-серых песках.



Библиография

1. Ог Э. Геология. М.-Л., ГОНТИ, 1938, 560 с.

2. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. М., Л.: ГОНТИ; Ред. ... теорет. лит., 1939. 207 с.

3. Gilbert G.K. Sedimentary measurement of geologic time // Geology. 1895. Vol. 3. P. 121-127.

4. Fischer A.G., Gilbert-bedding rhythms and geochronology // The Scientific Ideas of G.K. Gilbert. E.I.Yochelson (ed.). Spec. Pap.-Geol. Soc. Am. 1980. Vol. 183. P. 93-104.

5. Hinnov L.A., Ogg J.G. Cyclostratigraphy and the Astronomical Time Scale // Stratigraphy. 2007. Vol. 4. N2-3. P. 239-251.

6. Locklair R.E., Sageman B,B. Cyclostratigraphy of the Upper Cretaceous Niobrara Formation, Western Interior, U.S.A.: A Coniacian-Santonian orbital timescale // Earth and Planetary Science Letters. 2008. Vol. 269. P. 540-553

7. Рундквист Д.В. Изучение ритмичности и цикличности геологических процессов при металлогеническом анализе // Проблемы речиональной металлогении ('Труды ВСЕГЕИ. Новая серия", т. 191). Л.: ВСЕГЕИ, 1973. С. 206-219.

8. Габдуллин Р.Р. Ритмичность верхнемеловых отложений Русской плиты, Северо-Западного Кавказа и Юго-Западного Крыма (строение, классификация, модели формирования). М.: Изд. МГУ, 2002. 304 с.

9. Большиянов Д.Ю., Макаров А.С., Шнайдер В., Штоф Г. Происхождение и развитие дельты реки Лены. СПб.: ААНИИ, 2013. 268 с.

10. Вассоевич Н.Б. Уточнение понятий и терминов, связанных с осадочными циклами, стадийностью литогенеза и нефтегазообразования // Основные теоретические вопросы цикличности седиментогенеза. М., 1977. С. 34-58.

11. Рухин Л.Б. Основы литологии. М.: Гостопттехиздат. 1953. 672 с.

12. De Geer, G. Geochronology of the last 12,000 years // Geol. Rundschau. 1912. Vol. 3. P. 457-471.

13. Mцrner N.-A. Varve chronology // Geochronology-Methods and Case Studies. Ed. Mцrner N.-A. Chapter 3, InTech, 2014. P. 73-87.

14. Williams G.E.. Solar affinity of sedimentary cycles in the Late Precambrian Elatina Formation // Austr. J. Physics. 1985. Vol. 38. P. 1027-1043.

15. Карагодин Ю.Н. Седиментационная цикличность. М.: Недра. 1982. 242 с.

16. Gallwitz H. Fliesserde und Frostspalten als Zeitmarken im Loss bei Dresden // Geologische Rundschau. 1937, B. 28, h. 8. S. 612-623.

17. Gallwitz H. Eiskeile und glaziale Sedimentation // Geologica. 1949. Bd. 2. S. 5-24.

18. Rohdenburg H., Meier B. Eiskeilhorizonte in Sudniedersachsischen und nordhessischen lossprofilen // Mitteilungen der Deuchen Bodenkundlichen Gesellschaft. 1966. Bd. 5. Gottingen. Institut fur bodenkunde. 170 s.

19. Grootes P.M., Stuiver M., Farwell G.W., Schaad T.P., Schmidt F.H. Enrichment of 14C and sample preparation for beta and ion counting // Radiocarbon. 1980. Vol. 22(2). P. 487-500.

20. Grootes P.M. Thermal diffusion isotopic enrichment and radiocarbon dating beyond 50 000 years BP. PhD Thesis, Rijksuniversiteit te Groningen. 1977. 223 p.

21. Vandenberghe J., Huijzer B.S., Mьcher H., Laan W. Short climatic oscillations in a western European loess sequence (Kesselt, Belgium) // J. of Quaternary Science. 1998. Vol. 13. N5. P.471-485.

22. Van den Haute P., Vancraeynest L., de Corte F. The Late Pleistocene loess deposits and palaeosols of eastern Belgium: new TL age determinations, Journal of Quaternary Sci. 1998. Vol. 13. P. 487-497.

23. Frechen, M., Van Vliet Lanoe, B., Van den Haute, P., The Upper Pleistocene loess record at Harmignies, Belgium - high resolution terrestrial archive of climate forcing // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2001. Vol. 173. P. 175-195.

24. Chlachula J., Rutter N. W., Evans M. E. A late Quaternary loess - paleosol record at Kurtak, southern Siberia Canadian Journal of Earth Sciences. 1997. Vol. 34(5). P. 679-686.

25. Mania D. Das Jungquartдr aus dem ehemaligen Ascherslebener See im Nordharzvorland // Petermanns Geographische Mitteilungen. 1967. N111. S. 257-273.

26. Mania D. Stratigraphie, Цkologie und Palдolithikum des Weichselfrьhglazials im mittleren Elbe-Saalegebiet. // Swiatowit 1975. N34. S. 81-138.

27. Haesaerts P., Damblon F., Gerasimenko N., Spagna P., Pirson S. The Late Pleistocene loess-palaeosol sequence of Middle Belgium // Quaternary International. 2016. Vol. 411, Part A. P. 25-43.

28. Delvoie S., Boulvain F., Charlier R., Collin F. Detailed characterization of the Late Pleistocene loess sequence stratigraphy of Remicourt (Hesbaye region, Belgium) with cone penetration tests // Geologica Belgica. 2016.Vol. 19(3-4). P. 281-289.

29. Vandenberghe J., Kasse C. Periodic ice-wedge formation and Weichselian cold - climate floodplain sedimentation in the Netherlands // International Conference of Permafrost, 6th, Beijing, China, 5 - 9 July 1993. Proceedings. Vol. 1. Brown, J. et al. (eds). South China University of Technology Press. Guangzhou, China. 1993. P. 643-647.

30. Катасонов Е.М. Абсолютный возраст аласных отложений и некоторые вопросы исторической геокриологии // Строение и абсолютная геохронология аласных отложений Центральной Якутии / Под ред. Е.М.Катасонова. Новосибирск: Наука. 1979. С.62-72.

31. Livio F. A., Berlusconi A., Zerboni A., Trombino L., Sileo G., Michetti A. M., Rodnight H., Spцtl C. Progressive offset and surface deformation along a seismogenic blind thrust in the Po Plain foredeep (Southern Alps, Northern Italy) // Journal of Geophysical Research, Solid Earth, 2014. Vol.119. P. 7701-7721.

32. Zerboni A., Trombino L., Frigerio C., Livio F., Berlusconi A., Michetti A.M., Rodnight H., Spцtl C. The loess-paleosol sequence at Monte Netto: a record of climate change in the Upper Pleistocene of the central Po Plain, northern Italy // Journal of Soils and Sediments. 2015. Vol. 15. P. 1329-1350.

Размещено на Allbest.ru