Едомные толщи Аляски и Клондайка с хорошо выраженными признаками цикличности

Васильчук Юрий Кириллович ORCID: 0000-0001-5847-5568 доктор геолого-минералогических наук профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ), географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2009 Vasil'chuk Yurij Kirillovich Doctor of Geology and Mineralogy Professor, Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography, Department of Landscape Geochemistry and Soil Geography 119991, Russia, Moscow, Leninskie Gory str., 1, of. 2009 vasilch_geo@mail.ru Другие публикации этого автора

Исследования выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, в рамках проекта 18-05-60272 Арктика

Введение

Весьма любопытно, что одно из первых описаний едомных толщ выполнено на территории Аляски известным российским мореплавателем немецкого происхождения из Эстонии О.Е. фон Коцебу, который совместно со своим спутником балтийским немцем Й.Ф.Г. фон Эшшольцем, изучая в 1816 году в обрывах берегов Аляски залежи подземного (по всей вероятности повторно-жильного) льда, высказал мысль ^[2], что их следует отнести к погребенным снежникам или скоплениям фирна — метаморфизованного, слежавшегося снега.

О.Е. фон Коцебу ^{[2, с. 109]} написал: “8 августа (1816 г. – ЮВ). Мы провели неприятную ночь посреди бури и дождя; так как и утро не предвещало лучшей погоды, то я решил возвратиться на корабль, но едва мы успели проплыть половину пути, как начался жестокий шторм от SO; в баркасе открылась сильная течь, и мы употребили все усилия, чтобы опять достичь того места, которое оставили незадолго перед этим. Мы промокли насквозь, и, найдя здесь, как и везде в этих странах, большое количество плавника, я велел развести огонь; мы высушили свое платье и сготовили похлебку. Кажется, что судьба послала этот шторм, чтобы доставить нам случай сделать здесь одно достопримечательное открытие, которым мы обязаны доктору Эшшольцу. Хотя мы во время первого привала много прогуливались, но не заметили, что ходим по ледяным горам. Доктор, предприняв теперь более дальнюю прогулку, с удивлением увидел, что одна часть берега обрушилась и он состоит из чистого льда. Узнав об этом, мы, запасшись лопатами и пешнями, отправились для исследования этого дива; вскоре мы дошли до одного места, где берег возвышается над морем почти отвесно на 100 футов, а потом, наклонно поднимаясь, простирается вдаль. Мы видели здесь громады чистейшего льда в 100 футов вышины, которые были покрыты слоем, поросшим мохом и травою. То место, которое обрушилось, подвержено теперь влиянию воздуха и солнечных лучей. Множество мамонтовых костей и клыков (в числе которых нашел я один прекраснейший), выступавших на поверхности таявшего льда, служит неоспоримым доказательством, что этот лед первородный. Покрывающий эти горы слой имеет не более полуфута в толщину и состоит из глины, смешанной с песком и с землей. Лед мало‑помалу тает под этим слоем, так что он скатывается вниз, продолжая и там питать приятнейшую зелень. Можно предвидеть, что по прошествии многих лет эта гора вовсе исчезнет, а ее место займет зеленеющая долина. По достоверному наблюдению мы определили широту косы 66°15'36'' с.ш.)".

М.З.Каневским и Ю.Л.Шуром соавторами ^[20] выполнены обширные исследования едомных толщ Аляски и показано, что едомные массивы с мощными ледяными жилами распространены как на севере так и на юге Аляски (рис. 1), причем их исследование уже продолжается, если началом считать описание О.Е. фон Коцебу ^[2] более 200 лет. На Клондайке, а если систематические описания Л.Квакенбуша ^[40] и Л.Приндела ^[39] - все равно уже более 100 лет. Достаточно давно исследуются и едомные массивы с мощными ледяными жилами в Клондайке, вспомним, что Г.Доусон описывал мамонтовые останки в мерзлых отложениях более 120 лет назад, да и со времени работ Д.Нолдретт, А.Хегинботтома, Ч.Тарнокая уже прошло более 30 лет ^[13].

Рис. 1. Схема размещения на севере Аляски едомных массивов: изученных в работах: Из Kanevskiy M.Z., Shur Yu.L., Fortier D. et al. ^{[20, с. 594]}: A - Дьявольские горы; Б - мыс Эспенберг; В - Оумалик; Г - река Иткиллик; Д - Умиат; Е - CRREL Фокс тоннель; Ж - реки Эриксон Крик, Хесс Крик; З - река Яго; И - оз. Бут Лейк; К - Клондайк

Едомные толщи в пронумерованных точках изучены в работах: 1. Black ^[4]; 2. Bray et al. ^[5]; 3. Brown, Kreig ^[7]; 4. Brewer et al. ^[6]; 5. Cantwell ^[8]; 6. Carter ^[9]; 7. Fortier et al. ^[10]; 8. Hamilton ^[15]; 9. Hamilton et al. ^[16]; 10. Hopkins ^[17]; 11. Hopkins, Kidd ^[18]; 12. Kanevskiy et al. ^[22]; 13. Коцебу ^[2]; 14. Kreig, Reger ^[24]; 15. Lawson ^[26]; 16. Lawson ^[27]; 17. Lawson ^[28]; 18. Livingstone et al. ^[29]; 19. Maddren ^[31]; 20. Matheus et al. ^[32]; 21. Meyer et al. ^[33]; 22. Péwé ^[35]; 23. Porter ^[36]; 24. Porter ^[37]; 25. Prindle ^[39]; 26. Quackenbush ^[40]; 27. Sellmann ^[43]; 28. Shur et al. ^[44]; 29. Smith ^[45]; 30. Taber ^[46]; 31. Tuck ^[47]; 32. Wilkerson ^[50]; 33. Williams ^[51]; 34. Williams, Yeend ^[52]

Но ни в одном из исследований не пранализирована циклитная структура едомных массивов, хотя во многих упоминалась ^{[13, 16, 20, 25, 34 и др.]}. Автором ранее ^{[1, 48, 49]} выделено три типа цикличности: микро-, мезо и макроцикличность. Микроцикличность, связана с сезонной периодичностью изменения глубины деятельного слоя и накопления тонкого слоя наилка, Длительность микроциклов исчисляется от первых лет до сотен лет. Вертикальный масштаб микроциклов сантиметры – десятки сантиметров. Мезоцикличность связана с пульсирующим изменением уровня водоема, по берегам которого, или на отмелях которого идет формирование жил. Длительность мезоциклов обычно исчисляется от многих сотен до первых тысяч лет. Вертикальный масштаб мезоциклов первые метры. Макроцикличность связана с коренной перестройкой режима седиментации или реже (в основном на юге ареала повторно-жильных льдов) с крупными климатическими осцилляциями. Длительность макроциклов обычно исчисляется многими десятками- и иногда сотнями тысяч лет. Вертикальный масштаб макроциклов десятки метров.

Сейчас нам представляется что едома или позднеплейстоценовый полигонально-жильный комплекс это в целом макроциклит, и голоценовый полигонально-жильный комплекс это тоже макроциклит. Если же говорить о мегациклитах, то это уже вероятно сочетание в одном разрезе полигонально-жильных комплексов возраст которых различается более чем на 0,3-0,5 млн. лет. Пока такие разрезы достоверно не описаны, хотя то, что повторно-жильные льды у Доусона датированы более чем 0,7 млн. лет говорит о том, что мегациклитность вполне реально может встречаться в криолитозоне.

Едомные толщи Аляски и Клондайка с хорошо выраженными признаками цикличности распространены достаточно широко, на наиболее интересных разрезах остановимся детальнее.

Мезоциклитные полигонально-жильные комплексы на Аляске

Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс МакЛеод Пойнт. Р.Ф. Блэком описаны три уровня позднеплейстоценовых и голоценовых ледяных жил ^[3], в районе МакЛеод (McLeod), в 120 км к юго-востоку от Барроу, на севере Аляски. МакЛеод Пойнт, расположенный в 120 км к северо-востоку от Барроу, представляет собой обрыв высотой 7,2 м, сложенный дисперсными отложениями и подземными льдами, фронтально обнажающимися к морю Бофорта. В 1981 г обрыв представлял систему активно растущих, крупных приповерхностных ледяных жил (в верхнем горизонте III), перекрывающих срезанные окончания двух погребенных, наложенных одна на другую систем неактивных ледяных жил в отложениях горизонтов I и II (рис. 2).

Рис. 2. Схема части обрыва МакЛеод Пойнт, в 120 км к юго-востоку от Барроу, на севере Аляски. По Black ^[3]. Показана система трех горизонтальных блоков, вмещающих повторно-жильные льды. Граница между блоками I и II показана пунктирной линией, граница между блоками I и II и III очень неровная. Цифрами показаны радиоуглеродные датировки

Рис. 3. Повторно-жильные льды в обрыве МакЛеод Пойнт, в 120 км к юго-востоку от Барроу, на севере Аляски. Фото из Kanevskyi et al. ^[21]

Четыре радиоуглеродных образца из основания верхнего торфяника (горизонт III, рис. 2) между крупными приповерхностными жилами датируют начало формирования растительного покрова в вогнутых полигональных болотах. Даты изменяются от 11530 до 11700 лет назад (табл. 2). Предполагается, что растительность начала произрастать в пределах нескольких столетий начала роста этих жил, когда двойная приподнятая кайма, смежная с ними, сформировала водоемы в вогнутых полигонах. Вероятно, самые крупные и древние приповерхностные ледяные жилы горизонта III начали расти приблизительно 12000 радиоуглеродных лет назад или несколько ранее. Небольшой промежуток времени потребовался для промерзания многолетнемерзлых пород после осушения термокарстового озера, которое привело к выходу отложений на дневную поверхность. Ледяные жилы горизонта II, по мнению Р.Блэка, скорее всего были срезаны термокарстовым озером.

Две даты > 33,200 и > 40,000 лет назад (табл. 2), полученные по нижнему горизонту органики, который разделяет отложения горизонтов I и II, указывает на древний возраст самой древней системы ледяных жил. Бревно ели в морских отложениях ниже ледяных жил горизонта I датировано в > 37,000 лет назад. Вся встреченная древесина располагалась беспорядочно. Исследование пыльцы и спор Т. Эгером в двух датированных образцах из нижнего горизонта органики и в 13 других образцах из стратиграфической последовательности на данной территории предлагает существование травянистой влажной тундры: "Никакого явного показателя значительного изменения растительных сообществ" не было очевидно между более древними и более молодыми отложениями. Сохранность пыльцы в целом плохая. Многие пыльцевые зерна переотложены из меловых, третичных и более древних позднечетвертичных отложений. Следовательно, пыльца не обеспечивает доказательство возраста ни погребенных повторно-жильных систем, ни вмещающих их отложений.

Радиоуглеродное датирование показало, что крупные приповерхностные жилы горизонта III начали формироваться около 12000 лет назад. Ниже расположенная система погребенных жил находится за пределами возможностей радиоуглеродного датирования.

Таблица 1. Радиоуглеродные датировки в обрыве МакЛеод Пойнт, на севере Аляски ^[3]

Р.Ф.Блэк ^[3] охарактеризовал самые нижние отложения на данной территории как морские иловатые глины и глинистые илы с содержанием очень мелкого песка менее 10% и связывает эти отложения с горизонтом скал-клиф (Skull Cliff) в плейстоценовой формации Губик (Gubik). Органический материал составляет 6-8% от общего веса пород, его количество повышается в верхней части береговых отложений. Цвет отложений в основном изменяется от темно-серого до черного, зеленовато-серого или темно-коричневого, однако местами встречаются темные желто-коричневые, окисленные пятна и неровные полосы. Ледяные включения в виде зерен, гранул, прожилок, даек (включая жилы) и небольших тел неправильной формы составляют 25-60% от веса породы и содержание льда повышается вверх по разрезу.

Срезанные окончания ледяных жил в самой нижней системе (горизонт I, рис. I), исследованные в 1981 г не были выражены со стороны моря в 1949/1950 гг. (рис. 2). Ледяные жилы горизонта I встречались только локально вдоль берегового обрыва в 1981 г. Там где они расположены в настоящее время, они располагались на высоте менее 1-2 м над уровнем моря и непосредственно над ними всегда прослеживался прерывистый, горизонт мелко рассеянной органики. Они не были видны там, где горизонт органики приближался к уровню моря. Ледяные жилы были менее 1 м высотой, и 1 дм шириной (все данные по ширине жил, приводимые здесь, измерены по нормали к плоскости жил). Ледяные жилы располагались в основном в интервале от 4 до 6 м., но только некоторые из них будут располагаться в каком-то особом месте. Остатки ледяных жил в крупном плане выявили особенности вертикальной структуры других погребенных жил ^[3]. Они были вскрыты не более чем на 1-2 м вдоль берега, но по их распределению и простиранию можно было предположить существование первичных, вторичных, и третичных полигонально-жильных систем ^[3].

Ледяные жилы горизонта II, расположенного над нижним горизонтом органики, оказались крупнее и лучше вскрыты, чем жилы горизонта I, как в береговом обрыве, так и в термоэрозионной нише, образованной морским воздействием под стенкой обрыва (рис. 2 и 3). Некоторые жилы были встречены в трех измерениях, соединяющиеся в полигонах диаметром 3-7 м. Были встречены первичные, вторичные и третичные ледяные жилы. Р.Блэк ^[4] описал их структуру. Многие из этих жил проникли через нижний горизонт органики и приподняли этот горизонт с обеих сторон жилы (рис. 2). Скорее всего они более молодые, чем горизонт органики, через который они проникли. Некоторые жилы достигают 1 м в ширину и несколько метров в высоту. Более крупные жилы выдавлены вверх согласно своей внешней форме, разрушениям и искажениям плоскостей слоистости, произведенных включениями в прежние морозобойные трещины, перекристаллизации и перестройке ледяных кристаллов. Они выдавлены вверх на 1-3 м, подобно диапирам, и приподняли другой горизонт несогласия с рассеянными частицами грубого волокнистого торфа в его верхней части. Похоже, что эти жилы также срезаны в результате глубокого протаивания, согласно их распределению, размерам, форме и стратиграфическому положению.

Верхний горизонт органики, который является более разобщенным и нарушенным, чем нижний, отмечает начало формирования вогнутых полигонов, заполненных водой, связанных с самыми верхними, очень крупными, приповерхностными жилами горизонта III (рис. 2). Приповерхностные ледяные жилы достигали 5-7 м шириной в береговом обнажении, вскрытом в 1981 г (рис. 2). Одна жила шириной 9 м была видна в этом месте с моря в 1949/1950 гг. Открытые морозобойные трещины и крупная структура льда жил указывают на их современную активность ^[3]. Волокнистый осоковый торф, частично в положении позиции роста, находится в осадочных слоях достигая мощности 3,3 м в прежних вогнутых полигонах между приповерхностными жилами. Количество органического материала возрастает снизу-вверх.

В строении полигонально-жильного комплекса МакЛеод Пойнт, можно выделить 3 мезоциклита - два представленные узкими позднеплейстоценовыми жилами: нижний, вероятно, старше 33 тыс. лет, средний возрастом 11-13 тыс. лет и третий - верхний - голоценовый возрастом более 8 тыс. лет.

Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс Волт Крик на р.Чатаника. В 15-метровом обнажении на берегу реки Чатаника, в 2 км ниже по течению от моста на шоссе Эллиотт через реку Чатаника, в 40 км к северу от Фэрбенкса на северо-западе, Т.Певе описано обнажение отложений формации голдстрим, вмещающими мощные сингенетические ледяные жилы и перекрытых осадками формации рэди буллиэн с маломощными жилами льда (рис. 4). В отложениях отмечен слой вулканического пепла мощностью от 1 до 10 мм. Радиоуглеродная дата 14 760 ± 850 лет (GX-0250) была получена из норки суслика на 4 м. ниже слоя пепла. Дата 14 510 ± 450 лет (W-2703) была получен по копролитам суслика из ила в 1 м над слоем пепла. Таким образом, пепел датирован около 14 тыс. лет. и ледяные жилы в отложениях формации голдстрим датируются самым концом позднего плейстоцена ^[35].

Л.Ширрмайстером с соавторами ^[42] опубликованы данные исследования радиоуглеродного возраста и изотопных характеристик повторно-жильных льдов мезоциклитного едомного комплекса Чатаника (рис. 5, 6).

Рис. 4. Сингенетические повторно-жильные льды в отложениях формации голдстрим, перекрытые отложениями формации рэди буллиэн, на берегу реки Чатаника в 2 км вниз по течению от моста на шоссе Эллиот, в 40 км к северу от Фэрбенкса. Из Pewe ^{[35, с. 17]}: 1 – отложения формации рэди буллиэн; 2 – отложения формации голдстрим; 3 – ледяные жилы из чистого льда; 4 – кровля многолетнемерзлых пород; 5 – горизонтальнослоистый пластовый лед; 6 – ветки и торф; 7 – прозрачная ледяная масса; 8 – повторно–жильный лед; 9 – пепел чатаника; 10 – норки сусликов; 11 – гравий; 12 – пепел; 13 – торф; 14 – осыпи

Рис. 5. Вариации δ¹⁸О, δ²Н и d_exc в повторно-жильных льдах мезоциклитного полигонально-жильного комплекса Чатаника. Слева показан радиоуглеродный возраст полученный по остаткам растений, отобранным непосредственно из ледяных жил. А – коренные породы, Б – гравийно-галечниковый горизонт, В – нижний ярус едомы, представленный переслаиванием ила, песка и гравия, Г – верхний ярус супесчаной едомы, Д – голоценовые отложения. Из Schirrmeister et al. ^[42]

Рис. 6. Погребенные ледяные жилы в мезоциклитном полигонально-жильном комплексе Чатаника. Фото из Schirrmeister et al. ^[42]

В строении полигонально-жильного комплекса Чатаника (используя данные по шахте полученные Л.Ширрмайстером ^[42] и описание обнажения приведенное Т.Певе ^[35]), автором выделены 4 мезоциклитных яруса – три, представленные позднеплейстоценовыми жилами: нижний – небольшие жилки, скорее всего формировавшиеся в гравелистых отложениях склонового генезиса, возрастом вероятно, старше 40-50 тыс. лет, выше мощные жилы, высотой более 20 м второго яруса, возрастом более 34 тыс. лет, еще выше – третий ярус – небольшие жилки возрастом старше 14,5 тыс. лет, и четвертый – верхний – голоценовый возрастом более 8,5 тыс. лет.

Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс на р. Иткиллик. Плейстоценовый мезоциклитный полигонально-жильный комплекс на реке Иткиллик (69°34′0,72″ с.ш., 150°52′7,73″ з.д.) на севере Аляски (рис. 7, 8) разделен М.З.Каневским и Ю.Л.Шуром с коллегами ^[20] на семь криостратиграфических частей.

Рис. 7. Позднеплейстоценовый циклитный многоярусный полигонально-жильный комплекс на реке Иткиллик, Аляска. Фото М.Каневского (а) и Й.Штрауса (б)

Рис. 8. Позднеплейстоценовый мезоциклитный полигонально-жильный комплекс на реке Иткиллик. Из M.Kanevskyi et al. ^[20])

Л. Лапойнт Елмбрати, М.З.Каневский, Ю.Л.Шур и др ^[25] сообщают, что значения δ¹⁸О сингенетических повторно-жильных льдах разреза Иткиллик изменяются от –34,8 до –30 ‰ (при современных значениях δ¹⁸О в жилках около -20 ‰). В первом слое (U1: 30,0-25,3 м выше уровня моря) желтовато-серого ила среднее значение δ¹⁸О –33,6 ‰ (рис. 9). Изотопные значения немного уменьшается к верхней части. Во втором слое (U2: 25,3-20,9 м выше уровня моря) богатого органикой ила и песка средней крупности среднее значение δ¹⁸О –28,7‰. В третьем слое (U3: 20,9-13,3 выше уровня моря) желто-серого ила с включениями органического материала, корешками и веточками среднее значение δ¹⁸О равно –30,9 ‰. В четвертом слое (U4: 13,3-3,3 выше уровня моря) желто-серого ила среднее значение δ¹⁸О –33,0‰. В пятом слое (U5: 3,3-0 выше уровня моря) насыщенного органикой ила с глиной и очень мелким песком с торфом и мхом значения δ¹⁸О достигают почти современных значений (–25, –24‰).

Рис. 9. Вариации льдосодержания и значений δ¹⁸О в позднеплейстоценовом циклитном многоярусном полигонально-жильном комплексе на реке Иткиллик, Аляска. Из ^[25]

В строении полигонально-жильного комплекса Иткиллик (описание обнажения М.З.Каневского, Ю.Л. Шура и др. ^{[20, 25]}), автором выделены не менее 4 мезоциклитных ярусов – три, представленные позднеплейстоценовыми жилами: нижний – небольшие погребенные жилки, формировавшиеся под захорроненным торфяником, возрастом вероятно, старше 48 тыс. лет, второй и третий представленный высотой до 30 м, внизу это мощные - широкие жилы, высотой 15-20 м, вверху более узкие, внедряющиеся в нижние, высотой около 13-15 м, возрастом от 40-45 до 13-14 тыс. лет, и четвертый – верхний – голоценовый возрастом более 8,6-5,3 тыс. лет.

Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс Фокс пермафрост туннель. Около от г.Фэрбенкс, на восток от долины Голдстрим туннель длиной 110 м вырыт сотрудниками CREEL в течение 1963-1966 гг (рис. 10). В 1969 г была выполнена наклонная подземная выработка длиной 61 м от главного туннеля около входа в подстилающий гравий примерно в 6 м ниже дна туннеля ^[19]. Детальное исследование позднеплейстоценовых едомных отложений вскрытых в Фокс пермафрост туннеле выполнено Т.Д.Хэмилтоном, Дж.Л.Крейгом и П.В.Селлманом ^[16].

Рис. 10. Гетероциклитный и гетерогенный полигонально-жильный комплекс Фокс пермафрост туннель, около от г.Фэрбенкс, Аляска. Из Hamilton et al. ^[16]

Пермафрост туннель расположен в пределах зоны прерывистого распространения многолетнемерзлых пород ^[19]. Многолетнемерзлые пород мощностью >40 м встречены примерно в 2 км к югу от туннеля под илистыми отложениями, сравнимыми с теми, через который проложен туннель. Температуры пород от –2,2 до –0,6^оC ^[16].

Фокс Пермафрост туннель представляет непрерывные и ненарушенные обнажения льдонасыщенных супесей и суглинков, называемых Т.Хэмилтоном илами, которые перекрывают гравий и основные породы. Т.Хэмилтон и П.Селлманн исследовали стратиграфию в Фокс Пермафрост туннеле (см. рис. 10, рис. 11) в течение 1982-1984 гг., и получили множество радиоуглеродных датировок, Дж.Крейг отобрал и определил органические остатки из ила и гравия ^[16].

Рис. 11. Позднеплейстоценовый гетероцикличный и гетерогенный полигонально-жильный комплекс в массиве Фокс пермафрост туннель на междуречье Юкона и Тананы в центральной части Аляски. По Hamilton et al. ^[16]: а – ледяные жилы нижнего яруса, б – фрагмент демонстрирующий соотношение ледяных жил верхнего яруса с вмещающими породами; 1 – молодой галечник; 2 – более древний галечник; 3 – оторфованная супесь; 4 – супесь без органики; 5 – торф опесчаненный; 6 – шлиры и линзы сегрегационного льда; 7 – пещерный (озёрный?) лёд; 8 – повторно-жильный лёд; 9 – древесина

Подстилающими едому породами является подвергшийся выветриванию сланец Юконского кристаллического массива. Чешуйчатый опесченный гравий, переслаивающийся с линзами песка с гравием, образует горизонт мощностью от 3 до 4 м, который перекрывает основные породы. Форма обломков изменяется от угловатой до округой, и преобладают галька и валуны размером до 36 см.

Гравий содержит почти горизонтальные линзы насыщенных органикой супесчано-суглинистых отложений, пылеватого тонкого песка и опесчаненного мелкого гравия, длина этих линз обычно 1-2 м и мощность 30-40 см. Многие линзы содержат древесные остатки ивы, в некоторых встречены пни с корнями, по-видимому, в прижизненной позиции. Под многими линзами располагаются зоны окисления мощностью около 0,3 м. Эти линзы встречаются более часто и становятся более длинными снизу вверх в горизонте гравия, и около верхней поверхности этого горизонта обычно встречаются небольшие стволы ивы диаметром до 10 см. Некоторые стволы имеют неповрежденную кору и спутанную корневую систему; они мало разрушены и должны были произрастать в месте их захоронения или близко к нему. Контакт между гравием и перекрывающими супесчано-суглинистыми отложениями резкий, но неровный, с каналоподобным понижениями глубиной до 1,5 м.

Супесчано-суглинистые отложения на контакте и непосредственно выше контакта содержат многочисленные крупные древесные остатки, которые, возможно, являются остатками ив, произрастающих на горизонте гравия ^[16]. Гравий содержит ледяные жилы нижнего макроцикла. Лед виден в пустотах, но частицы гравия все еще находятся в прямом контакте друг с другом. Влажность изменяется в основном от 8,9% до 10,3% от сухого веса.

Супесчано-суглинистые отложения является наиболее широко распространенным литологическим типом в толще Фокс Пермафрост туннеля и содержит наибольшее количество разных типов подземного льда ^[16]. Мощность горизонта супесчано-суглинистых отложений - от 14 до 17 м; он вскрывается от основания поверхностного дерна над туннелем почти на всем протяжении вертикальной шахты в основной части туннеля.

Радиоуглеродные даты из вертикальной шахты указывают на то, что часть насыщенных органикой супесчано-суглинистых отложений накопилась в течение голоцена. Нижние концы нескольких крупных ледяных жил проникают сквозь крышу туннеля, но в вертикальной шахте встречены только небольшие жилы.

Крупные ледяные жилы встречаются как в верхним, так и в нижнем горизонтах супесчано-суглинистых отложений. Жилы в нижнем горизонте имеют вертикальные размеры 3-4 м и ширину в верхней части 2-4 м (рис. 12, 13, 14). Они вертикальнослоистые, вдоль вертикальные плоскостей сконцентрированы супесчано-суглинистые отложения и органические остатки.

Рис. 12. Крупная сингенетическая ледяная жила в нижнем горизонте супесчано-суглинистых отложений Фокс пермафрост туннеля. Фото М.Лачнета

Рис. 13. Погребенная ледяная жила, Фокс пермафрост туннель

Жилы в верхнем горизонте супесчано-суглинистых отложений имеют ширину в верхней части до 1 м широкого и, как правило, вскрытая вертикальная мощность составляет только 1-2 м. Однако вершины крупных жил были встречены на глубине от 3,5 до 5 м ниже поверхности 50-метрового подъема туннеля, и одна жила непрерывно продолжалась до глубины 12 м ^[16].

Рис. 14. Двухъярусные ледяные жилы вложенные одна в другую, Фокс пермафрост туннель. Из Kanevskiy et al. ^{[19, с. 15]}

По Фокс Пермафрост туннелю получены 33 радиоуглеродные датировки (табл. 2). Материалом датирования были, прежде всего, крупные фрагменты древесины, торф и волокнистые растительные остатки, извлеченные из супесчано-суглинистых отложений просеиванием.

Таблица 2. Радиоуглеродные датировки вблизи границы гравия и отложений ледового комплекса Фокс Пермафрост Туннель Из Hamilton et. al. ^[16]

Девять более молодых дат примерно между 38500 и 30000 лет назад фиксируют период быстрого накопления едомных лессов, сопровождаемого ростом и срезанием ледяных жил. Оторфованные супесчано-суглинистые отложения, примерно в 1 м ниже уровня срезанных поверхностей ледяных жил датированы в 35970 ± 920 лет (USGS-1518), а второй образец на ~0,5 м ниже датирован в 38470 ± 470 лет (USGS-1519). Последующий эпизод накопления дерна датирован в 32790 ± 560 лет (USGS-1553), и вероятно параллельное формирование ледяных жил фиксируется датами 31400 +2900/-2I00 лет (I-1842) и 32300 + 2000/-1600 лет (I-1843) полученными по органическому материалу, непосредственно извлеченному из двух ледяных жил. Близкая дата в 31300 +3000/-2200 лет (USGS-1517) была получена по осадку ниже термокарстового водоема и выше ледяной жилы. Две согласующиеся более молодые даты (USGS-1516 и I-2121) указывают на то, что дальнейшее накопление едомных толщ происходило около 30160 ± 160 лет назад. Большая часть интервала между 33 и 30 тыс. лет назад, должно быть, была периодом замедления накопления лессов и формированием поверхностного дерна, роста ледяных жил и более позднего срезания некоторых из них ^[16].

Даты по семи образцам, отобранных около входа в туннель, лежат в интервале от 11300 до 14280 лет. Пять самых молодых дат получены по пролювиальным обломочным отложениям, которые сформировались в краевой части долины, находятся между приблизительно 12,5 и 11 тыс. лет ^[16]. Даты около 11000 и 11400 лет (I-1370 и I-1369, соответственно) по стволам в обломочных отложениях были приведены П.Селлманном; почти близкая дата 11300 ± 160 лет (I-12655) позднее подтвердила возраст более древнего ствола. Эти три даты позволяют предположить, что лесной массив из высоких ив, вероятно между 11300 и 11150 лет назад, был заполнен накапливающимися пролювиальными обломочными отложениями у основания стенки долины.

Две дополнительные даты были получены по более древним пролювиальным отложениям, которые подстилают эрозионное несогласие. Линза торфа, которая залегает вдоль этого несогласия, датируется в 12570 ± 390 лет (I-12656), а древесина из нижней части пролювиальных обломочных отложений - в 11910 ± 190 лет (I-12657). Незначительная инверсия двух датировок находится в пределах диапазона лабораторных ошибок. Эти две даты позволяют предположить, что ранний эпизод овражной эрозии на склоне холма и формирование пролювиальных отложений в его основании длился около 1000 лет перед формированием более молодых пролювиальных отложений. Фрагменты костей в обломочных отложениях дали немного более древние даты около 13470 и 14280 лет (I-2196 и I-2197, соответственно).

В тоннеле, вскрывшем полигонально-жильный комплекс Фокс пермафрост, можно выделить не менее 4 мезоциклитных ярусов - три представленные, как правило небольшими позднеплейстоценовыми жилами: нижний, более массивные жилы возрастом 35-31 тыс. лет, средний и верхний возрастом 14-11 тыс. лет и верхний - голоценовый возрастом 8,5-7 тыс. лет.

Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс полуострова Сьюарда. Несмотря на то, что впервые едомные толщи были изучены в этом региона, пока их исследование довольно схематичное, тем не менее в последние годы ^{[11, 17]} получены данные о широком распространении в пределах полуострова сильнольдистых толщ с мощными циклитно построенными системами ледяных жил (рис. 15, 16).

Рис. 15. Двухъярусные ледяные жилы в обнажении на полуострове Сьюарда. Фото Б.Хигман и Э. МакКиттрик (Ground Truth Trekking). Сайт http://www.groundtruthtrekking.org/static/uploads/photos/permafrost.jpg

Рис. 16. Боковой контакт двухъярусной ледяной жилы на полуострове Сьюарда. Фото Б.Хигман и Э. МакКиттрик (Ground Truth Trekking). С сайта http://www.groundtruthtrekking.org/photo/coastal-erosion-of-permafrost/

В северной части полуострова Сьюарда Ю.Л.Шур, Е. Стефани, М. Каневский и Д.Фортье описывают едомную толщу с мощными ледяными жилами, достигающими по вертикали не менее 36 м.

Следует еще упомянуть встреченную Г.Гроссе в долине р.Колвил едомную толщу с мощными жилами, имеющими признаки двухъярусности (рис. 17). Колвилл - самая большая река на севере штата Аляска. Площадь водосбора р. Колвилл по разным данным составляет 50000-62000 км²; длина реки - 600-603 км. Р. Колвилл берет начало на склонах хр. Брукса на высоте 2324 м. Почти 2/3 пути в своей верхней части река течет с запада на восток, что обусловлено наличием хр. Лукаут-Ридж, расположенного в широтном направлении. Затем река пересекает Арктическое предгорье, около г. Умиат поворачивает на север, течет по Арктической прибрежной равнине и в 240 км восточнее м. Барроу впадает в бухту Гаррисон моря Бофорта, образуя дельту.

Рис. 17. Мощная ледяная жила с признаком двухъярусности в долине р. Колвилл. Фото Г.Гроссе

Также признаками двухъярусности отмечены М.Учидой в обнажении едомы (рис. 18) на Северном склоне Аляски (North Slope).

Рис. 18. Мощные ледяные жилы с признаками двухъярусности в обнажении едомы на Северном склоне Аляски (North Slope). Фото М.Учида

Мезоциклитные полигонально-жильные комплексы на Клондайке

Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс в долине ручья Ласт Ченс. На Клондайке подземные льды встречаются в виде очень широко распространенных ледяных клиньев в позднеплейстоценовых едомных толщах ^[12] и в голоценовых органических отложениях. Ледяные жилы нижнего яруса, залегающие в основании разреза (рис. 19, 20) датированы по радиоуглероду, их возраст от 40 до 45 тыс. лет: по корневищам, собранным непосредственно над гравием, и древесине из криотурбированных фаций получены ¹⁴С даты: 45500 ± 580 лет (BGS-2019) и 40060 ± 280 лет (BGS-2018) соответственно. Диапазон значений δ¹⁸O, определенный для образцов из этих жил: от –28,3 до –26,3 ‰, а диапазон значений δ²H составил от –225 до –209 ‰ ^[23].

Рис. 19. Строение разреза с сингенетическими повторно-жильными льдами в ассоциации с гравелистыми грунтами, изученные Е.Котлер и К.Бёрном ^[23] на территории Клондайка, на Юконе (долина р. Ласт Ченс Крик - Last Chance Creek).

1 – темно-коричневый и черный органический материал; 2 – желтый и коричневый диамиктон, коллювий; 3 – светло-коричневый суглинок; 4 – серый и желтый русловой гравий; 5 – ил светло-бежевый с корневищами; 6 – графитовые сланцы; 7 – повторно-жильные льды

Рис. 20. Повторно-жильный лёд нижнего яруса в гравелистых грунтах в долине р.Ласт Ченс Крик (Last Chance Creek), на территории Клондайка, Юкон. Из ^[23]

Слой Даго Хилл в верхней части разреза представлен супесями и суглинками, насыщенными темным органическим материалом, таким как торф, корневища, веточки и небольшие ветви. Радиус радиоуглерода определяли из древесины в нижней части слоя Даго Хилл датирована 10120 ± 38 лет (BGS-2016) и 10180 ± 20 лет (BGS-2017). Ледяные жилы высотой до 8 м встречаются повсеместно. Эти жилы, по мнению К.Бёрна, по конфигурации и условиям залегания, напоминают антисингенетические клинья, описанные Росс Маккаем ^[30]. В жилах верхнего яруса, залегающих в слое Даго Хилл диапазон значений δ¹⁸O от –28,1 до –21,2 ‰, а δ²H от –225 ‰ до –164 ‰ ^[23].

В верхней части разреза в долине р. Ласт Ченс Крик К.Бёрн и Е.Котлер встретили хорошо выраженные три мезоцикла узких повторно-жильных льдов (рис. 21).

Рис. 21. Три мезоцикла небольших узких повторно-жильных льдов в долине р. Ласт Ченс Крик, на территории Клондайка, Юкон. Из Kotler, Burn ^[23]

В строении полигонально-жильного комплекса, вскрытого в нескольких обнажениях в долине ручья Ласт Ченс Крик ^{[12, 23]}, вскрывается не менее 4 мезоциклитных ярусов: жилы нижнего яруса в гравелистых грунтах, возрастом от 40 до 45 тыс. лет, три мезоцикла узких, разделенных между собой небольших жилок, возрастом от 30(40) до 10 тыс. лет и голоценовые жилы возроастом не менее 8-10 тыс. лет.

П. Санборн с соавторами ^[41] описывают множество горизонтов палеопочв, сохранившихся в многолетнемерзлых едомных толщах и обнаженных на двух россыпных золоторудных месторождениях Клондайка (Татлов Кемп на р. Кварц Крик и шахта Кристи, в 20 км к юго-востоку, на левом берегу р.Доминион – южнее Доусона и широтного течения р. Клондайк). На р. Кварц Крик они встретили ледяные жилы шириной до 3 м и высотой более 10 м. На левом берегу р.Доминион Крик более узкие жилы: жилы шириной до 1-2 м. Субаэральные условия развития этих полигональных массивов почвы были, по-видимому, достаточно сухими, чтобы предотвратить накопление мощных торфяников, а деятельный слой был достаточно мощным, чтобы позволить интенсивную колонизацию сусликов. Более древние едомные отложения имеют вертикальную последовательность из трех палеопочв с восходящей тенденцией к снижению выраженности криотурбаций и менее активному развитию ледяных жил, что указывает на региональный характер прогрессивно более засушливых условий во время MIS 4 ^[41].

Т.Портер с соавторами ^[38] на р.Кварц Крик (рис. 22) описали мощные многоярусные (хотя эта ярусность в большинстве случаев неявная) повторно-жильные системы. В жилах, сформировавшихся 31,9-30,2 кал лет назад значения δ¹⁸O составили –29,3‰, а величины δ²Н – –227,3‰.

Близ Доусона на Клондайке (рис. 23-26) особенно детально мезоциклитные полигонально-жильные комплексы изучены Д.Фрезом и Г.Зазулой с соавторами ^[14].

Рис. 22. Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс на р. Кварц Крик, Клондайк. Фото Т.Портер

Рис. 23. Двухъярусная ледяная жила в долине р. Доминион Крик, едома на Клондайке, близ г.Доусона, предположительно датированная 80 тыс. лет ^[14]. Фото Д.Фрез

Рис. 24. Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс возрастом около 30 тыс. лет, Клондайк. Фото Д.Фрез.

Рис. 25. Два яруса ледяных жил в мезоциклитном полигонально-жильном комплексе возрастом около 30 тыс. лет, Клондайк. Фото Д.Фрез.

Рис. 26. Мезоциклитный полигонально-жильный комплекс на месторождении золота близ Доусона, на фото палеонтолог Э.Холл. Фото из архива правительства Юкона

Д.Фрез и Г.Зазула с соавторами ^[14] особенно детально исследовали пепловые прослои, которые они называют тефра Доусона, являющаяся результатом дного из крупнейших четвертичных извержений в восточной части Берингии, объем выброса они оценивают в превышает 50 км³. Тефра Доусона была ими обнаружена более чем на 20 участках в Клондайке, где она обычно встречается в виде слоя толщиной 30–80 см в едомных отложениях. Согласно радиоуглеродному датированию макроостатков растений ее средний возраст около 25 300 лет. В Клондайке отмечаются и другие пепловые прослои: тефра Олд-Кроу для позднего MIS 6 (датированная 131 ± 11 тыс. лет), тефра Шип Крик-C (ок. 90 тыс. лет) и тефра Шип-Крик-К (около 80 тыс. лет).

Едомные толщи в Клондайке по заключению Д.Фреза и Г.Зазулы с соавторами ^[14] являются частью более широкого комплекса тонкодисперсных осадков, которые покрывают большую часть Берингии (которая включает регионы Клондайка и Фэрбенкса) и обычно североамериканскими исследователями считаются лессом. Эти отложения достигают десятков метров мощностью, они находятся на склонах, обращенных на север и восток и в узких речных долинах вдоль склонов холмов. Мерзлые едомные толщи характеризуются высоким содержанием органического углерода сосредоточенного в погребенных почвах фиксирующих по мнению автора субаэральный этап циклического развития едомы ^{[1, 48]}.

Выводы

Основным результатом проведенного исследования является выделение мезоциклитов в строении едомных толщ Аляски и Клондайка на Юконе:

а) в строении полигонально-жильного комплекса МакЛеод Пойнт, выделяется 3 мезоциклитных яруса: два представлены узкими позднеплейстоценовыми жилами: нижний, вероятно, старше 33 тыс. лет, средний возрастом 11-13 тыс. лет и третий - верхний - голоценовый возрастом более 8 тыс. лет;

б) в обнажении и шурфе (тоннеле Волт Крик) в толще полигонально-жильного комплекса Чатаника, выделены 4 мезоциклитных яруса: три из них представлены позднеплейстоценовыми жилами: нижний – небольшие жилки, вероятно, старше 40-50 тыс. лет, выше - второй ярус возрастом более 34 тыс. лет, еще выше третий ярус - небольшие жилки возрастом старше 14,5 тыс. лет, и четвертый – верхний – голоценовый возрастом более 8,5 тыс. лет;

в) в обнажении полигонально-жильного комплекса Иткиллик, выделены не менее 4 мезоциклитных ярусов – три яруса представлены позднеплейстоценовыми жилами: нижний – это небольшие погребенные жилки, формировавшиеся под захорроненным торфяником, возрастом вероятно, старше 48 тыс. лет, второй и третий ярусы (суммарной высотой до 30 м) представлены, внизу мощными широкими жилами, высотой 15-20 м, вверху более узкими жилами, внедряющимися в нижние, высотой около 13-15 м, возрастом соответственно от 40-45 до 13-14 тыс. лет, и четвертый – верхний – голоценовый ярус - это жилы возрастом от 8,6 до 5,3 тыс. лет;

г) в тоннеле, вскрывшем полигонально-жильный комплекс Фокс пермафрост, можно выделить не менее 4 мезоциклитных ярусов - три представлены, как правило небольшими позднеплейстоценовыми жилами: нижний ярус - это более массивные жилы возрастом 35-31 тыс. лет, средний и верхний ярусы - жилы возрастом 14-11 тыс. лет и верхний - голоценовые жилы возрастом 8,5-7 тыс. лет;

д) в строении полигонально-жильного комплекса, изученного в нескольких обнажениях в долине ручья Ласт Ченс Крик, вскрывается не менее 4 мезоциклитных ярусов: жилы нижнего яруса, залегающие в гравелистых грунтах, возрастом от 40 до 45 тыс. лет, выше располагаются три мезоцикла узких, разделенных между собой небольших жилок, возрастом от 30(40) до 10 тыс. лет и голоценовые жилы возрастом не менее 8-10 тыс. лет;

е) на полуострове Съюарда встречаются мощные не менее чем двухъярусные сингенетические жилы высотой до 35 м, в долине р. Колвилл описана жила с признаком двухъярусности, в обнажении едомы на Северном склоне Аляски также встречены мощные ледяные жилы с признаками двухъярусности;

ж) для едомных толщ на Клондайке, близ г.Доусона (встреченных в долинах рр. Кварц Крик, Доминион Крик) характерны мощные двухъ-трехъярусные сингенетические жилы высотой более 30 м, возрастом 80 и 30 тыс. лет.