CC BY
56
УДК 551.793(470.111)(211.7)
ВЕРХНИЙ НЕОПЛЕЙСТОЦЕН НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ РНССНН (БОЛЬШЕЗЕМЕЛЬСКАЯ ТУНДРА, Р. ЧЕРНАЯ]
Л. Н. Андреичева, Т. И. Марченко-Вагапова
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар andreicheva@geo.komisc.ru, timarchenko@mail.ru
Рассматриваются результаты исследования верхненеоплейстоценовых отложений в долине р. Черной на Крайнем Севере России. Так, спорово-пыльцевые спектры бызовских озерно-болотных осадков подтвердили то, что средневалдайское потепление представляло собой межстадиал, самый холодный по сравнению с другими межледниковьями неоплейстоцена. Детальное изучение литологии тиллов позволило определить стратиграфическую позицию вычегодского и полярного тиллов. Возраст тиллов в изученных разрезах можно считать установленным, поскольку он обоснован комплексом методов: литологического, микротериологического и палинологического.
Ключевые слова: верхний неоплейстоцен, валдай, стратиграфия, палеогеография, литология, палинология, корреляция, тилл, оледенение, межстадиал.
UPPER NEOPLEISTOCENE IN THE FAR NORTH OF RUSSIA (BOLSHEZEMELSKAYA TUNDRA, CHYORNAYA RIVER)
L. N. Andreicheva, T. I. Marchenko-Vagapova
Institute of Geology Komi SC UB RAS, Syktyvkar
The Upper Pleistocene deposits situated in the Chyornaya River valley (the far north of European Russia) were studied. Palynological spectra of the Byzovaya (Middle Valday) lacustrine and bog sediments proved the suggestion that the Middle Valdai warm interval was an interstadial; it was the coldest period compared to other Pleistocene interglacials. The detailed study of the lithology of tills allowed to determine the stratigraphic position of the Vychegda (Moscovian) and Polar (Upper Valday) tills. Ages of the tills in studied sections can be regarded as confidently ascertained due to the application of complex methods: lithological, microtheriological and palynological.
Keywords: Upper Neopleistocene, Valday, stratigraphy, paleogeography, lithology, palynology, correlation, till, glaciation, interstadial.
В настоящее время вопросы стратиграфии и палеогеографии верхнего неоплейстоцена на Европейском Севере остаются дискуссионными. Особенно остро обсуждаются две проблемы: во-первых, не вполне ясны ранг средневалдайского потепления и палеогеографические обстановки в это время; во-вторых, по-прежнему актуальна проблема последнего оледенения Российской Арктики.
По первому вопросу мнения исследователей расходятся. Так, В. П. Гри-чук, А. И. Москвитин, Л. Р. Серебрян-ный считают, что средний валдай был межледниковым периодом [13, 18, 19], хотя климат в это время был существенно холоднее, чем в более ранние межледниковые эпохи. По мнению А. А. Величко, среднему валдаю присущи признаки как межледниковья, так и меж-стадиала [11]. Некоторые специалисты (Н. С. Чеботарева, И. Я. Макарычева, М. А. Фаустова) полагают, что в валдайскую эпоху ранний валдай был без-ледным, а поздний — ледниковым [21].
По нашему мнению [1, 16], средний валдай является мегаинтерстадиалом.
В течение многих лет исследователи пытаются решить проблему последнего оледенения на севере Русской равнины. В конечном счете основным здесь является установление времени кульминации последнего оледенения (ранне- или поздневалдайское), т. е. надо выяснить, какой из двух верхненеоплейстоценовых ледников — лайский или полярный (подпорожский или осташковский) — продвигался дальше на юг. Сейчас в литературе наиболее широко обсуждаются три точки зрения, которые рассматриваются в работах А. А. Величко с соавторами [12], М. Д. Гросвальда [14] и В. И. Астахова с норвежскими коллегами [9, 10]. В предыдущих публикациях нами детально обсуждались точки зрения этих исследователей и аргументировалась наша позиция по проблеме последнего оледенения [1, 2, 4, 7]. Мы по-прежнему полагаем, что в позднем неоплейстоцене в лайское (подпорожское) время
ледник не перекрывал Большеземельс-кую тундру. Мнение наше основано на комплексном изучении разрезов четвертичных отложений палинологическим, палеомикротериологическим и литологическим методами. В многочисленных береговых обнажениях вскрываются ал-лювиально-перигляциальные галечники и пески с псевдоморфозами по морозо-бойным клиньям и другими криогенными текстурами, с остатками мелких млекопитающих (копытных леммингов), показатель эволюционного уровня (ПЭУ) которых равен 28, что соответствует их ранневалдайскому возрасту. Г еологические тела, сложенные тиллом лайского возраста, нигде не были обнаружены.
На севере Большеземельской тундры на субширотном участке р. Черной протяженностью около 100 км между устьями ручьев Сейкаргаяха и Нивъяха, (рис. 1, 2) нами было проведено комплексное изучение четырех разрезов береговых обнажений (рис. 3). Во всех раз-
Рис. 1. Схематическая карта района работ с обозначением номеров обнажений (1)
и скважин (2)
резах вскрыты бызовские (средневалдайские, ленинградские) отложения верхнего неоплейстоцена. В трех разрезах (Ч-4, Ч-11 и Ч-14) аллювиальные и озерно-болотные отложения бызовского возраста мощностью 4—8.5 м, с прослоями торфа, со стратиграфическим несогласием залегают на вычегодском (московском) тилле. В разрезе Ч-3 бызовские отложения перекрыты шестиметровой толщей полярного (осташковского) тилла. Палинологическое изучение их позволило реконструировать палеогеограф ические условия непродолжительно -
го и достаточно прохладного бызовского мегаинтерстадиала.
Вычегодский ледниковый горизонт (0П4 ус) в долине р. Черной прослеживается во всех изученных нами разрезах береговых обнажений. На участке долины реки в верхнем ее течении вычегодский тилл имеет мощность 4.5—6.0 м, а ниже устья р. Сыхыдяръяха видимая мощность его возрастает до 12 м, и обычно тилл выступает в цоколе 14— 16-метровых террас, где подошва его уходит под урез реки. Он представлен буровато-серым, иногда сизовато-серым валунным
суглинком, содержащим валунно-галечный материал и обломки раковин моллюсков. Нередко на тилле лежат генетически связанные с ним верхневычегодские отложения. Так, в обн. Ч-4, где вычегодский тилл имеет мощность 7.5 м, верхние 1.5—2.0 м сложены абляционным тиллом, возможно, фациальной его разновидностью — мореной сплывания (флоу-тиллом). В обн. Ч-14 вычегодский тилл мощностью 6.0—8.5 м перекрыт двухметровой пачкой флювиогля-циальных галечников. Иногда на тилле с размывом залегают аллювиальные и озерно-болотные бызовские осадки. Визуально вычегодский тилл не отличается от других горизонтов тиллов, и установить его стратиграфическую принадлежность и местоположение питающей ледниковой провинции чаще всего удается лишь по комплексу литологических особенностей тилла (рис. 4). По гранулометрии это слабосортированные суглинки (Бс = 0.19) со средним диаметром зерен
0.024 мм и с несколько повышенной суммарной карбонатностью (6.5 %). Средние содержания гравийно-песчаной, алевритовой и глинистой фракций соответственно составляют 19.6, 47.8 и
32.7 %.
Количество тяжелых минералов в вычегодском тилле достаточно высокое — 0.59 %, и сложена тяжелая фракция амфибол (10.1 %)-гранат (17.3 %)-эпидотовой (23.3 %) минеральной ассоциацией. Содержание пирита и сидерита изменчиво: количество пирита колеблется в пределах 1.0—17.8 %, сидерита — 13.8—31.0 %. Крупнообломочный материал в вычегодском тилле обогащен валунами карбонатных пород, на долю которых приходится до 54 %, причем
Рис. 2. Схематический геологический разрез плейстоценовых отложений долины р. Черной.
1—7 — отложения: 1 — глина, 2 — алеврит, 3 — песок, 4 — гравий с галькой, 5 — тилл, 6 — торф; 7—8 остатки фауны:
7 — зубы леммингов, 8 — раковины моллюсков
Рис. 3. Сопоставление бызовских разрезов.
1—6 — отложения: 1 — глина, 2 — алеврит, 3 — песок, 4 — гравий с галькой, 5 — тилл, 6 — торф; 7 — ориентировка обломков пород
темно- и светлоокрашенные разности известняков присутствуют примерно в равном количестве. Содержание обломков местных песчаников и алевролитов юры и мела колеблется от 17 до 27 %. Количество транзитных терригенных пермских и триасовых пород изменчиво (6.3—25.3 %), также непостоянно содержание кварцитов и кварцитопесчани-ков, являющихся породами дальнего сноса (2.6—14.6 %). Доля дальнеприносных магматических и метаморфических образований составляет 10.1—13.3 %. Особенностью вычегодского тилла является то, что в петрографическом составе валунно-галечного материала постоянно присутствуют обломки руководящих по -род Фенноскандинавско-Северотиман-ской питающей провинции: нефелиновых сиенитов, гранитов, гранитогней-сов, агатсодержащих базальтов и аметистов. Обломки пород, содержащиеся в тилле, ориентированы преимущественно с запада и северо-запада на восток и юго-восток, что является еще одним подтверждением северо-западного сноса материала при формировании вычегодского тилла (рис. 4).
Бызовской горизонт (0щ3 Ь/) в бассейне р. Черной развит значительно шире, чем более древние межледниковые горизонты. Сложен он неслоистыми суглинками, алевритами и песками с гнездами и линзами торфа, с обломками древесины, с
Рис. 4. Литологический состав разновозрастных тиллов в бассейне р. Черной.
1—3 — гранулометрический состав: 1 — песок, 2 — алеврит, 3 — глина; 4—13 — минеральный состав: 4 — ильменит, 5 — эпидот, 6 — амфибол, 7 — гранат, 8 — пирит, 9 — сидерит, 10 — группа титановых минералов, 11 — группа метаморфических минералов, 12 — лимонит, 13 — прочие минералы; 14—19 — петрографический состав: 14 — палеозойские темно— серые и черные известняки и доломиты, 15 — палеозойские светло-серые и белые известняки, 16 — юрские и меловые терригенные породы, 17 — тер-ригенные породы перми и триаса, 18 — метаморфические и магматические породы, 19 — кварциты и кварцитопес-чаники
фрагментами стволов и ветками деревьев, характерны прослои торфа мощностью до 10 см. Бызовской возраст отложений установлен спорово-пыльцевым методом в четырех береговых обнажениях, в кото -рых бызовские озерно-болотные осадки имеют сходное строение [17].
На спорово-пыльцевых диаграммах (в качестве примера приведена палинологическая диаграмма отложений обн. Ч-4; рис. 5) в бызовском горизонте (Bz) выделяются семь фаз изменения растительности. Bzj — фаза березовых редколесий, где сосна и ель занимают подчиненное положение. Развиты кус-тарничковые и травянистые ассоциации, образованные маревыми, злаковыми, полынями. Bzjj — фаза елово-березовых, елово-сосновых, березовых лесных группировок, в спектрах преобладает пыльца березы Betula sect. Albae. Открытые участки были заняты разнотравными луговыми ценозами и травянистыми ас -социациями из полыней, маревых и злаков, участие которых сокращается. Флора, сформировавшаяся в эту эпоху, состояла из бореальных, гипоарктических и ксероф итных перигляциальных элементов. Bzjj — фаза березовых редколесий, с редкими сосной и елью. Лесные группировки утратили свое господствующее положение. Значительно более широко развиты кустарничковые и травянистые ассоциации открытых мест обитаний. Большее распространение получили также болотно-тундровые формации наряду с ксерофитными сообществами, образованными полынями (до 50 %), маревыми и злаками. Bzjy — фаза березовых, березово-еловых и березово-сосновых разреженных лесных группировок. Часть территории была занята лугами, что подтверждается составом пыльцы травянистых растений, включающим злаки и луговое разнотравье (семейства гвоздичных, лютиковых, розоцветных, астровых), а также возрастанием роли ксеро-фитных перигляциальных сообществ. Значительно развиты болота. Bzy — фаза березово-сосновых редколесий с участием ели, где доля древесных форм сильно уменьшается: они либо отсутствуют в составе комплекса, либо отмечены в незначительном количестве. Разнообразны кустарниковые группировки, образованные в основном Betula sect. Fruticosae, Betula nanae, и болотно-тундровые формации наряду с ксерофитными сообществами. Bzyj — фаза елово-березовых, елово-сосновых, березовых редколесий. Открытые площади были заняты луговыми ценозами, что отражается в составе пыльцы травянистых растений (найдено много пыльцы злаков и разнотравья). Bzyji — фаза березовых редколесий и раз-
нообразных кустарниковых группировок. Практически отсутствуют ксеро-фитные формы (полыни, маревые), преобладают злаки. Значительно развиты гигрофильные травянистые ассоциации, что характерно для зоны лесотундры и тундры.
Таким образом, анализ палинологических данных свидетельствует о формировании отложений на р. Черной в течение бызовского временного интервала (среднего вапдая). Рассмотренные выше фазы растительности в среднем валдае на указанной территории подтверждают отсутствие климатических оптимумов при наличии трех периодов потепления. Растительность этих периодов характеризуется распространением разреженных лес -ных формаций, в которых возрастает роль ели и сосны при господстве берез, а также на открытых пространствах с болотными и луговыми ассоциациями. Климат по сравнению с предшествующими межледниковьями был более холодным.
Полярный тилл (0щ4 р) представлен темно-серыми с бурым оттенком и сизовато-серыми неслоистыми суглинками, ожелезненными по трещинам, с включениями грубообломочного материала, обломков разложившегося угля и раковинного детрита. Как и вычегодский, полярный тилл распространен повсеместно. Иногда он перекрыт флювиогляциаль-ными и перигляциальными отложениями, сформировавшимися при деградации ледника. Тилл слагает водоразделы, формируя рельеф дневной поверхности, часто выступает в верхних частях береговых разрезов. Мощность его чаще всего не превышает 15 м, но если тилл представлен базальной и абляционной фациями, он может достигать 20—22 м. Часто полярный тилл перекрывается озерными и аллювиальными осадками голоцена, иногда с отложениями торф а мощностью 1—2 м в кровле.
В обн. Ч-3 полярный тилл мощностью 6 м лежит на датированных палинологическим методом бызовских аллювиальных и озерных осадках, подошва его находится на высоте 10.5 м над урезом реки. Данные гранулометрического анализа показывают очень низкую степень сортированности мелкозема (Бс = 0.15), средний диаметр зерен равен 0.018 мм. Средние содержания гравийно-песчаной, алевритовой и пелитовой фракций составляют соответственно 15.3, 48.0 и
36.7 %. Суммарная карбонатность тилла довольно высока — до 8.6 %.
Ассоциация тяжелых минералов, которых в полярном тилле содержится в среднем 0.51 %, представлена гранатом (10.9 %), пиритом (13.2 %), амфиболом (13.4 %), эпидотом (17.3 %) и сидери-
том (22.8 %). В составе крупнообломочного материала из полярного тилла обломки карбонатных пород преобладают, составляя 37 % от числа всех обломков, при этом содержание темно-серых и черных известняков и доломитов превалирует (22.2 %). Невелика доля обломков местных мезозойских терригенных пород (18.1 %). Транзитные осадочные образования перми и триаса составляют 20 %, а дальнеприносные изверженные и метаморфические породы в сумме с кварцитами и кварцито-песчаниками — 24.9 %. Постоянная встречаемость в полярном тилле единичных обломков мраморовидных криноидно -мшанковых из -вестняков розовой окраски — руководящих пород Новоземельской области сноса — его специфическая особенность. Участие Пайхой-Новоземельского центра оледенения в формировании полярного тилла подтверждается также направлением ориентировки обломочного материала с северо-северо-востока на юго-юго-запад (рис. 4).
Таким образом, в результате проведенного нами комплексного изучения отложений верхнего неоплейстоцена получено убедительное подтверждение тому, что средневалдайское потепление не является типичным межледниковьем, а представляет собой межстадиал. Палинологические комплексы отражают очень холодный климат межстадиала — самый холодный по сравнению с другими межледниковьями. Выявлены отсутствие климатических оптимумов и наличие трех периодов потепления, а также впол -не определенные закономерности в смене фаз растительности, имевшей в это время облик северотаежных лесов в сочетании с группировками типа южных кустарниковых тундр.
Присутствие руководящих феннос-кандинавских и северотиманских пород и ориентировка удлиненных обломков во всех разрезах вычегодского тилла на восток и юго-восток, несмотря на его несогласное залегание под отложениями бызовского межстадиала, свидетельствует о поступлении кластического материала для формирования тилла из СевероЗападной терригенно -минералогической питающей провинции. Литологические особенности тилла в разрезах, рассмотренных в статье, характерны для всей долины Черной. Они также присущи вычегодскому тиллу центральной части Большеземельской тундры и Вычегды [1], а также московской морене Архангельской области [3, 6] и центра Русской равнины [20]. Кроме того, вычегодский возраст тилла определяется залеганием его в обн. 21 под перигляциальным аллювием (рис. 2), имеющим по результатам
б
Глубина (м)
Есі- 1 Ш-2 ЕЗ-3 0-4 0-5 А-6І-7П-80-9 •- 10 Д- 11 ф- 12 ©- 13 ©- 14 о- 15 +- 16 X - 17 Н- 18 Сг?- 19 У-20 Т-21
Рис. 5. Спорово-пыльцевая диаграмма бызовских отложений в разрезе обн. 4-4.
1—3 — отложения: 1 — алеврит, 2 — песок, 3 — покровный суглинок; 4 — сумма пыльцы древесных пород, 5 — сумма пыльцы травянистых растений, 6 — сумма спор высших споровых растений, 7 — сумма пыльцы широколиственных пород, 8 — ольха, 9 — береза, 10 — сосна, 11 — ель, 12 — сумма пыльцы разнотравья, 13 — злаки, 14 — вересковые,
15 — осоки, 16 — полыни, 17 — маревые, 18 — плауны, 19 — папоротники, 20 — зеленые мхи, 21 — сфагновые мхи
микротериологического анализа (ПЭУ = 13.5) поздневычегодский возраст [15].
Наличие полярного тилла подтверждается прежде всего залеганием его на бы-зовских отложениях. Основанием для отнесения тилла к полярному горизонту являются палеомикротериологические данные из перигляциальных отложений, сф ормировавшихся на стадии деградации полярного ледника и лежащих на поляр -ном тилле, в которых ПЭУ копытных леммингов равно 45 [15]. Ориентировка и особенности минералого-петрографи-ческого состава обломков в тилле также указывают на связь его с Пайхой-Ново-земельским центром оледенения, шельфами Баренцева и, возможно, Карского морей. Таким образом, возраст вычегодского и полярного тиллов в изученных нами разрезах можно считать установленным.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований РАН № 12-У-5-1016 «Верхний плейстоцен на Европейском Севере России: палеогеография, седиментогенез, стратиграфия».
Литература
1. Андреичева Л. Н. Плейстоцен европейского Северо-Востока. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 322 с.
2. Андреичева Л. Н. Плейстоценовые отложения в бассейне р. Шапкиной (Большеземельская тундра) // Литология и полезные ископаемые, 2007. № 1. С. 93-110.
3. Андреичева Л. Н. Литологическая характеристика разновозрастных горизонтов тиллов на северо-западе России // Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований: Материалы VI Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Новосибирск, 2009. С. 35—37.
4. Андреичева Л. Н. Литология верхне-среднеплейстоценовых тиллов на крайнем северо-востоке Европейской
России // Литология и полезные ископаемые, 2012. № 2. С. 93—110.
5. Андреичева Л. Н, Дурягина Д. А Стратиграф ия и палеогеограф ия позднего плейстоцена северо -востока Русской равнины // Сыктывкарский палеонтологический сборник. Сыктывкар: Изд-во Коми научного центра УрО РАН, 2005. № 6. С. 155—161. (Тр. Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН. Вып. 117).
6. Андреичева Л. Н, Коноваленко Л. А Строение и условия формирования плейстоценовых отложений в юго -западном Притиманье // Биостратиграфия фанерозоя Тимано-Печорской провинции. Сыктывкар, 1989. С. 75—84. (Тр. Ин-та геологии Коми НЦ УрО АН СССР. Вып. 73).
7. Андреичева Л. Н, Марченко-Вагапова Т. И. Неоплейстоцен европейского севера России: стратиграфия, палеогеография и палеоклиматы // Стратиграфия. Геологическая корреляция, 2007. Т. 15. № 4. С. 84—100.
8. Андреичева Л. Н, Немцова Г. М., Судакова Н. Г. Среднеплейстоценовые морены севера и центра Русской равнины. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1997. 83 с.
9. Астахов В. И., Мангеруд Я., Свендсен Й. И. Новое о позднем кайнозое западной Арктики // Палинологические, климатостратиграфические и палеоэкологические реконструкции. СПб.: Недра, 2006. С. 131—153.
10. Астахов В. И., Мангеруд Я., СвенсенЙ. И. Трансуральская корреляция верхнего плейстоцена Севера // Региональная геология и металлогения. СПб.: ВСЕГЕИ, 2007. № 30—31. С. 190—206.
11. Величко А А. Средневалдайский, зыряно-сартанский мегаинтервал и климатический ранг его оптимума // Материалы VI Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Новосибирск: СО РАН, 2009. С. 107—110.
12. Величко А. А., Кононов Ю. М., Фаустова М. А. Геохронология, рас-
пространение и объем оледенения Земли в последний ледниковый максимум в свете новых данных // Стратиграфия. Геологическая корреляция, 2000. Т. 8. № 1. С. 3-16.
13. Гричук В. П. История флоры и растительности Русской равнины в плейстоцене. М.: Наука, 1989. 183 с.
14. Гросвалъд М. Г. Евразийские гидросферные катастрофы и оледенение Арктики. М.: Научный мир, 1999. 120 с.
15. Кочев В. А. Плейстоценовые грызуны Северо-Востока Европейской части России и их стратиграфическое значение. СПб.: Наука, 1993. 112 с.
16. Марченко-Вагапова Т. И. Палинологическая характеристика средневалдайского (бызовского) интерстадиа-ла на европейском северо-востоке России // Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований: Материалы VI Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Новосибирск, 2009. С. 400—401.
17. Марченко-Вагапова Т. И. Палинологическая характеристика средневалдайского интерстадиала (поздний плейстоцен) на европейском северо-востоке России // Литосфера, 2012. № 1. С. 38—53.
18. Москвитин А. И. Опорные разрезы плейстоцена Русской равнины. М.: Наука, 1976. 204 с.
19. Серебрянный Л. Р. Динамика покровного оледенения и гляциоэвста-зия в позднечетвертичное время. М.: Наука, 1978. 269 с.
20. Судакова Н. Г. Палеогеографические закономерности ледникового литогенеза. М.: Изд-во МГУ, 1990. 160 с.
21. Чеботарева Н. С., Макарычева И. Я., Фаустова М. А. Ритмичность изменения природных условий на Русской равнине в валдайскую эпоху // Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1978. № 3. С. 15— 18.
Рецензент д. г. н. Д. А. Субетто
