Меню Закрыть

Литолого-геохимическая индикация условий формирования мёрзлых отложений с пластовыми льдами в западном секторе Российской Арктики

РНФ 23-27-00218

Коллектив проекта

Аннотация

Пластовые залежи подземных льдов – уникальный феномен криолитозоны северного полушария. Пластовые льды встречаются преимущественно на приморских арктических низменностях и залегают по большей части в неоплейстоценовых, реже в голоценовых, отложениях. Основная часть залежей является реликтом плейстоценового времени, современного внутригрунтового формирования пластовых залежей до настоящего момента не зафиксировано, кроме случаев захоронения ледниковых и снежниковых льдов, образования льдов на дне моря в местах эмиссии газов [Мельников, Спесивцев, 1995; Баду, 2017, 2018 и др.]. Пластовые льды остаются камнем преткновения в палеогеографических построениях – одни и те же залежи исследователи относят к погребённым ледниковым льдам и говорят о наличии оледенения во время образования мёрзлой толщи, или же к внутригрунтовым льдам, утверждая об отсутствии масштабных оледенений на арктических приморских низменностях в среднем и позднем неоплейстоцене.
В рамках проекта пластовые льды и вмещающие их отложения будут рассмотрены и как единая система, и как результат деятельности отдельных процессов – осадконакопления и промерзания. Для обоснованного установления генезиса пластовых льдов необходимо применение комплекса современных аналитических методов, включающих совместное исследование состава и строения льда, включений во льду, вмещающих отложений и ледяных включений в них, характера взаимоотношений между льдами и вмещающими отложениями.
Для ключевого участка на севере западного сектора Российской Арктики будет проведено исследование разреза неоплейстоценовых отложений с пластовыми льдами. Помимо детального полевого описания льдов и вмещающих отложений, будут использованы литолого-минералогический, геохимический, макрофаунистический, геохронологический методы, исследованы строение и структура льдов в холодной лаборатории.
Применение комплексного подхода с опорой на критический анализ литературных данных, полевых материалов и блок лабораторных методов, позволит ответить на ряд существующих вопросов о природе развития систем пластовых залежей льдов в позднем неоплейстоцене и голоцене в западном секторе Российской Арктики. В рамках реализации проекта планируется расширить представления о динамике природной среды в период глобальных климатических изменений конца позднего неоплейстоцена и голоцена, а также провести корреляцию палеогеографического развития для северных и южных регионов нашей страны. Полученные данные расширят понимание истории развития природных систем, прилегающих к крупным морским бассейнам.
Данные о происхождении пластовых льдов позволят уточнить их пространственное распространение, что актуально для оценки влияния залежей на развитие современных экзогенных процессов в условиях как климатических изменений в Арктике, так и активного хозяйственного освоения Севера.

Результаты Этапа 2023

Выполнена первичная реконструкция истории формирования и промерзания отложений в районе полярной станции Марре-Сале. На основе изотопного, структурного анализа пластовых льдов, а также макростроения и условий залегания льдов, установлено, что верхние пластовые льды района Марре-Сале имеют внутригрунтовое происхождение и сформировались до начала роста синкриогенных поздненеоплейстоценовых повторно-жильных льдов верхней части разреза.

Получены новые изотопные данные по подземным льдам района Марре-Сале. В верхних пластовых льдах проанализирован вертикальный изотопный профиль, полученный в результате сплошного отбора образцов. Изотопный состав значительно облегчается снизу вверх (от -13,1 до -21,9‰ по δ18O, более чем на 8‰ по 18O в пределах 1,15 м вертикального профиля). Верхняя линза изотопически легче нижней, и обе линзы изотопически тяжелее сингенетической ледяной жилы (медианное значение -24,3‰ по δ18O), хвост которой рассекает нижнюю линзу. Пластовые льды сформировались при медленном промерзании вмещающих отложений до начала накопления вышележащих отложений с синкриогенными полигонально-жильными льдами, то есть, вероятнее всего, в MIS 3 и не позднее MIS 2 при промерзании вмещающих отложений после регрессии моря.

Структура и текстура пластовых льдов. Составлен атлас текстур пластовых льдов на основании монолитов из 4х ключевых участков Российской Арктики, хранящихся в холодной лаборатории географического ф-та МГУ.
Анализ текстур пластовых льдов позволил выявить условия стабильного медленного промерзания вмещающих отложений для верхних пластовых льдов района Марре-Сале и для пластовых льдов р. Норильской. Слоистые пластовые льды в районе пос. Амдерма на Югорском полуострове и пластовые льды в районе геокриологического стационара Васкины Дачи на Центральном Ямале характеризуются большим разнообразием криотекстур. Разнообразие криофаций указывает на формирование этих ледяных пластов при меняющихся условиях замерзания. Результатам анализа текстур пластовых льдов был посвящен постерный доклад Л.П. Кузякина на 6й европейской конференции по мерзлотоведению.
Исследован геохимический состав отложений и подземных льдов, гранулометрический состав отложений.
Элементный состав включений в образцах льдов из Марре-Сале, Амдермы и Васькиных Дач имеет практически идентичный состав. Образцы из Амдремы характеризуются меньшим включением алеврито-глинистых примесей и более чистым льдом. Сравнение геохимического состава образцов льдов и отложений демонстрирует четкую дифференциацию состава. Для отложений из основания разреза Марре-Сале характерно преобладание элементов Si, Al, Ti, Fe, Ca, Mn, Ni, Cu, Sr, Zr, Pb. Распределение терригенных элементов Si, Al, Ti, Fe демонстрирует четкую линейную зависимость и фиксирует наибольшие концентрации в образцах из отложений Марре-Сале. Эти отложения относятся к лагунно-морским образованиям, накапливавшимся предположительно в период МИС 4 [Streletskaya et el., 2021].
Сравнительный анализ геохимических данных по всем 114 образцам с применением метода главных компонент по распределению 21 элемента, показал четкую дифференциацию в вещественном составе образцов льдов и отложений из разрезов Марре-Сале, Амдерма и Васькины Дачи.
Литологическое строение и фациальный состав изученных отложений в основании видимого разреза в районе Марре-Сале позволяет предположить, что их накопление происходило в лагунно-морских условиях с периодическим поступлением песчаных фракций за счет привноса материала талыми сезонными водотоками, а также в прибрежной мелководной полосе.
Часть результатов работ по ключевому участку Марре-Сале (без результатов изотопных и части геохимических исследований) были представлены в виде устного доклада на на 6-й европейской конференции по мерзлотоведению.
Детальная реконструкция истории формирования разреза и сопоставление с другими изученными разрезами региона будет выполнена на этапе 2 (2024 год.)