Стабильные изотопы кислорода в новых разрезах едомных и голоценовых отложений поселка Черский, низовья реки Колымы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стабильные 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. М.В. Ломоносова (МГУ) 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2009

Vasil'chuk Yurij Kirillovich Doctor of Geology and Mineralogy Professor, the department of Geochemistry of Landscapes and Soil Geography, Lomonosov Moscow State University 119991, Russia, Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2009 

Буданцева Надежда Аркадьевна кандидат географических наук старший научный сотрудник, МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв 11991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

Budantseva Nadine Arkad'evna PhD in Geography Senior Scientific Associate, the department of Geochemistry of Landscapes and Geography of Soils, the faculty of Geography, M. V. Lomonosov Moscow State University 11991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2007 

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 д18О в позднеплейстоценовых жилах варьируют от -32,24 до -31,45‰, а в голоценовой жиле от -27,94 до -26,37‰.

Ключевые слова: изотопы кислорода, плейстоцен, голоценовые озерные отложения, едома, многолетнемерзлые породы, повторно-жильный лед, Колыма, Якутия, Сибирь, палеотемпература

лед голоценовый озеро

Abstract

The subject of this research is the Late Pleistocene and Holocene massive ice wedges discovered in the exposures of Yedoma formation nearby Chersky settlement and a small Holocene exposure on the lakeshore explored close to the scientific station on the edge of Chersky. Relatively small fragments of the Late Pleistocene ice wedges, which are up to 1.5 m wide and up to 2 m high, were found in the Yedoma formation. The massive ice wedges in these two exposures were tested for clarification of paleoclimatic conditions of their development. The main research methods contain the field study of massive ice wedges and enclosing sediments, their testing and analysis of the oxygen isotope composition of the ice wedges. The measurement of oxygen isotope composition are conducted in the regime of the constant flow of helium (CF-IRMS) on the Delta-V mass spectrometer using the gas-bench complex. The scientific novelty lies in examination of the new previously undescribed exposure of the Late Pleistocene ice wedges in Chersky settlement, as well as a small Holocene wedge on the edge of the settlement. The value of д18О in the Late Pleistocene ice wedges vary from -32.24 to -31.45‰, while in the Holocene ice wedge from -27.94 to -26.37‰.

Keywords:

Yakutia, Kolyma River, stable oxygen isotope, Pleistocene, Holocene lacustrine sedimets, yedoma, permafrost, ice wedge, Siberia, palaeotmperature

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

в

Рис. 2. Едомная толща с ледяными жилами на окраине Черского. Фото Н. Буданцевой и Ю.Васильчука

а

б

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 (д18О = -15.60 ‰). Погрешность определений составила ± 0.1‰ для д18O.

Результаты и обсуждение

Стабильные изотопы кислорода в позднеплейстоценовых едомных повторно-жильных льдах

Значения д18О во льду позднеплейстоценовой ледяной жилы оказались довольно низкими и варьировали от -31,45 до -32,26 ‰, при этом заметно снижение значений д18О 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 д18О от -31,06 до -33,18 ‰ [1] и от -30,1 до -32,1 ‰ [2, 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 д18О во льду жилы вскрытой ручьем в голоценовых озерно-болотных суглинках оказались в среднем на 4 ‰, 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 д18О (около 1,5 ‰) отмечены в правом фрагменте жилы, в то время как для большей части жилы значения д18О оказались очень близкими (около -27,5 ‰).

Таблица 1. Вариации д18О в позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдах в районе пос.Черский, низовья р.Колымы

В современных жильных ростках криолитозоны России и низовий реки Колымы в частности, Ю.К. Васильчуком [5]установлена связь со среднезимней температурой воздуха T ср.зим с коэффициентом равным 1,0, с точностью ±2 oС, и со среднеянварской температурой воздуха T ср.янв с коэффициентом 1,5, с точностью ±3 oС. Эти зависимость описывается следующими уравнениями:

T ср.зим = д18Oпжл(±2 oC); (1)

T ср.янв = 1.5д18Oпжл(±3 oC). (2)

Вариации значений д18O 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 д18O во льду исследованных голоценовых жил составили чуть более 1,5 ‰ в диапазоне -26,37 до -27,94 ‰.

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 д18O в позднеплейстоценовых жилах не превышали 1 ‰ и варьировали в диапазоне от -31,45 до -32,26 ‰, а в позднеголоценовых жилах изменялись более, чем на 1,5 ‰ 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: 10.7256/2453-8922.0.0.27121. 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. 35-42.

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.

References (transliterated)

1. Vasil'chuk Yu.K., Budantseva N.A., Bartova A.V., Zimov S.A. Variatsii stabil'nykh izotopov kisloroda v povtorno-zhil'nykh l'dakh tsiklitnoi edomy Stanchikovskogo Yara na reke Malyi Anyui // Arktika i Antarktika. 2018. № 3. DOI: 10.7256/2453-8922.0.0.27121. URL: http://e-notabene.ru/arctic/article_27121.html

2. Nikolaev V.I., Mikhalev D.V., Romanenko F.A., Brilli M. Rekonstruktsiya uslovii formirovaniya mnogoletnemerzlykh porod Severo-Vostoka Rossii po rezul'tatam izotopnykh issledovanii (na primere opornykh razrezov Kolymskoi nizmennosti) // Led i sneg, 2010, № 4, s. 79-90.

3. Mikhalev D.V., Nikolaev V.I., Romanenko F.A. Rekonstruktsiya uslovii formirovaniya podzemnykh l'dov Kolymskoi nizmennosti v pozdnem pleistotsene - golotsene // Vestnik Moskovskogo universiteta, seriya geografiya, 2012, №5, s. 35-42.

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.

Размещено на Allbest.ru