Мощные позднеплейстоценовые ледяные жилы являются единственным палеоклиматическим индикатором суровых зимних условий в континентальных областях Сибири, поскольку они формируются в результате замерзания весной в морозобойных трещинах воды, образовавшейся из талого снега [Васильчук, 1992], и сохранились в изначальном состоянии до настоящего времени. Их формирование длилось тысячи лет одновременно с накоплением вмещающих отложений. Вплоть до настоящего момента возраст сингенетических ледяных жил определялся, как правило, опосредованно путем интерполяции радиоуглеродного возраста органического материала из вмещающих отложений и чаще всего попадал в интервал 10-40 тыс. лет назад.

Попытки измерять возраст жил непосредственно, по включениям органического материала [Brown, 1965] и по возрасту метана в газовых пузырьках [Moriizumi et al., 1995] не давали достоверных результатов. В этих измерениях датировки возраста вмещающих отложений и жил в них очень существенно различались (в два-три и более раз), что определялось недостоверностью счетного материала и ограниченными техническими возможностями. Нам удалось определить возраст позднеплейстоценовых сингенетических ледяных жил в разрезе, расположенном на восточном побережье п-ова Ямал (70° с.ш., 72° в.д., рис. 1), двумя различными способами. В самом начале мы получили ряд радиоуглеродных датировок по торфу из вмещающих отложений [Васильчук и Трофимов, 1984], который показал, что 11 м сингенетически промерзших осадков в основании разреза накопились, примерно, в течение 7.5 тыс. лет, т.е. скорость накопления составила около 1.3 м в 1 тыс. лет (табл. 1).

Повторный отбор образцов в 1996 г. также подтвердил, что скорость накопления осадков была определена достаточно точно и составляла от 1 до 1.3 м в 1 тыс. лет.

Скорость накопления осадков и их возраст были использованы для непрямого датирования ледяных жил и изотопно-кислородных диаграмм по ним [Vasil’chuk Yu.K. & A.C., 1998; 1998a]. Однако более точные возрастные определения мы получили при прямом радиоуглеродном датировании органики, экстрагированной непосредственно из повторно-жильного льда, с использованием техники ускорительной масс-спектрометрии - AMS (табл. 2).

Ледяные жилы датированы по микровключениям и щелочной вытяжке из всей органики, содержащейся во льду. Материал обрабатывался по стандартной методике [Vasil’chuk Yu.K. & A.C., 1998; 1998a]. Для двух верхних образцов щелочная вытяжка оказалась старше. Это может быть, скорее всего, объяснено загрязнением льда жил древней тонкой органической пылью. Напротив, AMS-датировки щелочного экстракта и микроорганики в нижнем образце почти идентичны.

Природные условия формирования ледяных жил нижней стадии были менее подходящими для загрязнения более древним материалом, поскольку вокруг все было покрыто плотным покровом тундровой растительности и торфяниками. Таким образом, при формировании льда нижней стадии только вновь формирующийся органический материал мог проникать в морозобойные трещины. Этим и объясняется идентичность AMS-дат по микроорганике и по щелочной вытяжке в нижнем образце. Фациальные условия, вероятно, существенно изменились на второй и третьей стадиях, когда ледяные жилы формировались в условиях пляжа. Органический материал, который проникал в морозобойные трещины, частично поступал с песчаных пляжей, из песка с высокой концентрацией древней органики. Подтверждением этого может служить высокая концентрация переотложенных доплейстоценовых пыльцы и спор в верхней части разреза, как в отложениях, так и в ледяных жилах.

Основываясь на данных датирования органики из вмещающих отложений, мы ранее полагали, что ледяные жилы, обнажающиеся в основании разреза, начали формироваться около 27 тыс. лет назад [Васильчук и Трофимов, 1984; Vasil’chuk Yu.K. & A.C., 1998; 1998a]. Это, скорее всего, следствие неполного учета возможностей переотложения древней органики при накоплении синкриогенных отложений. AMS-даты показали, что повторно-жильные льды, вскрытые в основании разреза на высоте от 0 до +1 м, начали формироваться около 21 тыс. лет назад (обр. 3 в табл. 2). Сейчас, имея данные прямых определений возраста из льда жил от 14 до 21 тыс. лет, мы можем уточнить, что, вероятно, обр. 10 и 13 (с высоты +12-13 м, датированные в 22 тыс. лет) из сборов 1980 г. существенно обогащены древним органическим материалом, а обр. 23 из этой коллекции (датированный в 24.3 тыс. лет и залегающий на высоте около +6 м) в большей мере состоял из автохтонной органики и дал более адекватный накоплению повторно-жильного льда результат (естественно, лед, синхронный этому образцу, должен залегать по меньшей мере на 2-3 м ниже, так как вода проникала в жилы по трещинам примерно на такую глубину). Таким образом, возраст льда с высоты +3...+4 м, определенный по сравнению с возрастом вмещающих пород, залегающих на 2-3 м выше, хорошо согласуется с AMS-датировкой возраста льда на высоте 0.. .+1 м - около 21 тыс. лет.

Согласно данным AMS-датирования, скорость вертикального роста жил в течение периода от 21-14.7 тыс. лет назад была около 1.2 м в 1 тыс. лет (если сравнить высотное положение обр. 3 и 2 в табл. 2).

Таким образом, могут быть сделаны существенные выводы: а) AMS-датировки показывают, что впервые прямо подтверждена субгоризонтальная возрастная стратификация повторножильного льда, сформировавшегося путем последовательного проникновения талой воды вместе с накоплением осадков на поверхности; б) временной интервал активного формирования ледяных жил в этом разрезе, установленный как прямым, так и непрямым способом, оказался одним и тем же. Интересно, что аналогичное сравнение AMS-датировок, выполненных по углекислому газу в толще позднеплейстоценового пластового льда, и стандартных радиоуглеродных датировок из вмещающих пласты отложений в северной Канаде также дало близкие результаты в интервале от 10.5 до 32.0 тыс. лет [Moorman et al., 1996; Wilson, 1998].

Отбор льда из ледяных жил для детальных изотопно-кислородных и дейтериевых определений производился с интервалом 2-3 образца в 1 м. Образцы отбирались как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении (на рис. 2 показана изотопно-кислородная диаграмма, построенная по вертикально отобранному профилю). Значения δ¹⁸O в 99 образцах варьируют от -25.0 до -20.4‰ (среднее значение δ¹⁸O = -23.31‰). Дейтерий анализировался в 10 образцах, его содержание колеблется от -189 до -153.3‰ (среднее значение δD = -175.55‰). В современных ледяных жилах δ¹⁸O варьирует от -16.6 до -18‰, а значения δD составляют около -130‰, т.е. современные жилы изотопически более тяжелые. Эксцесс (т.е. избыток дейтерия по сравнению со стандартным равновесным его соотношением с кислородом в атмосфере, который позволяет оценить степень неравновесности испарения и конденсации) дейтерия (d_exc) в жилах, датируемых от 21 до 11 тыс. лет, варьирует от +19.2‰ до +0.4‰ (в этом районе в современных жилках d_exc составляет +9‰), что говорит о том, что условия формирования водяного пара, из которого выпадал снег и формировались ледяные жилы в позднем плейстоцене, сильно варьировали. Но все же в большинстве случаев взаимосвязь между δ¹⁸O и δD хорошо коррелирует с линией метеорных вод, что подтверждает атмосферное происхождение воды - источника повторно-жильного льда. Значения среднезимних палеотемператур реконструированы с помощью ранее [Васильчук, 1992] выведенных простых соотношений: t_{ср зим.} = δ¹⁸O (±2°С) и t_{cp янв} = - 1.5 δ¹⁸O (±3°С), полученных на основе сравнения современного распределения среднезимних температур и значения δ¹⁸O в современных ледяных жилах. Выполненные палеореконструкции показали, что время формирования прямо датированных по радиоуглероду ледяных жил на востоке п-ова Ямал (по крайней мере, 22-14 тыс. лет назад) характеризовалось существенно более суровыми зимами - среднеянварские температуры были холоднее современных на 6-9°С.

Авторы благодарны Н. Буданцевой, М. Гею, А.Д. Есикову и Л.Д. Сулержицкому за помощь в проведении аналитических определений и В.Т. Трофимову за обсуждение результатов.

Исследования частично финансировались Российским фондом фундаментальных исследований (гранты 97-05-64320, 97-05-96508 и 99-05-65075) и программой “Интеграция” (гранты 5.1-4-25, 2.1 -КО-802 и 4.1-792-05).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильчук Ю.К. Изотопно-кислородный состав подземных льдов (опыт палеогеокриологических реконструкций). М.: Изд-во МГУ, 1992. Т. 1. 420 с; Т. 2 . 264 с.

2. Brown J. Radiocarbon dating, Barrow, Alaska // Arctic. 1965. V. 18. № 1. P. 37-48.

3. Moriizumi J., Iida Т., Fukuda M. Proc. III Symp. on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1994. Tsukuba, Japan. Sapporo: Hokkaido Univ., 1995. P. 14-21.

4. Васильчук Ю.К., Трофимов В.Т. Изотопно-кислородная диаграмма повторно-жильных льдов Западной Сибири, ее радиологический возраст и палеогеокриологическая интерпретация // ДАН. 1984. Т. 275. № 2. С. 425-428.

5. Vasil'chuk Yu.К., Vasil’chuk А.С. Proc. VII Intern. Conf. on Permafrost. Yellowknife, 23-27 June 1998. Quebec: University Laval, Collection Nordicana, 1998. №57. P. 1077-1082.

6. Vasil’chuk Yu.K., Vasil’chuk A.C. ^{14C and 18O in Siberian Syngenetic Ice-Wedge Complexes} // Radiocarbon. 1998. V. 40. № 2. P. 883-893.

7. Mook W.G., Streurman H.J. Physical and chemical aspects of radiocarbon dating // PACT publ. 1983. № 8. P. 31-55.

8. Wijma S., van der Plicht J. The Groningen AMS tandetron // Nucl. Instr. and Meth. 1997. V. 123. P. 87-92.

9. Moorman B.J., Michel F.A., Wilson A. ^{14C dating of trapped gases in massive ground ice, Western Canadian Arctic} // Permafrost and Periglacial Processes. 1996. V. 7. № 3. P. 257-266.

10. Wilson A.T. ^{14C Studies of Natural Ice} // Radiocarbon. 1998. V. 40. № 2. P. 953-962.

Ссылка на статью:

Васильчук Ю.К., ван дер Плихт Й., Васильчук А.К., Юнгнер X., Соннинен Э. Первые радиоуглеродные датировки сингенетических позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов // Доклады Академии наук. 2000. Т. 371. № 1. С. 114-117.