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

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 18-05-60272, изотопные исследования и 17-05-00793, обобщение данных и бюджетного финансирования Московского университета имени М.В. Ломоносова с использованием масс-спектрометрического оборудования, приобретенного на средства Программы развития МГУ.

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 (δ¹⁸О = –15.60 ‰). Погрешность определений составила ± 0.1‰ для δ¹⁸O.

Результаты и обсуждение

Стабильные изотопы кислорода в позднеплейстоценовых едомных повторно-жильных льдах

Значения δ¹⁸О во льду позднеплейстоценовой ледяной жилы оказались довольно низкими и варьировали от –31,45 до –32,26 ‰, при этом заметно снижение значений δ¹⁸О 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 δ¹⁸О 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 δ¹⁸О 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 δ¹⁸О (около 1,5 ‰) отмечены в правом фрагменте жилы, в то время как для большей части жилы значения δ¹⁸О оказались очень близкими (около –27,5 ‰).

Таблица 1. Вариации δ¹⁸О 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 = δ¹⁸O_пжл(±2 ^oC); (1)

T_ср.янв = 1.5δ¹⁸O_пжл(±3 ^oC). (2)

Вариации значений δ¹⁸O 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 δ¹⁸O 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 4^оС.

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 δ¹⁸O 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 ‰.