В ходе многолетнего исследования ледников и подземных льдов в Сибири автором собран обширный фактический материал, на основе которого исследуется возможность погребения ледников в области развития многолетней мерзлоты и даётся оценка длительности их пребывания в таком состоянии. Сделан вывод, что в масштабе геологического времени существование погребённых ледников в Сибири нереально, а спорные, иногда относимые к реликтам древних ледников пластовые залежи подземного льда на севере Сибири имеют неледниковое происхождение.

Ключевые слова: мёрзлые толщи, оледенение, пластовые залежи льда, плейстоцен, подземные льды.

Введение

Одна из сторон создания полноценной картины развития природных льдов и предмет острого спора – вопрос о генезисе пластовых залежей подземного льда, прежде всего, о правомерности отнесения некоторых залежей ко льду погребённых ледников. Например, Е.Г. Карпов долгое время считал известную залежь льда «Ледяная гора» на Енисее результатом инъекций подземных вод, однако затем он перешёл на позицию сторонников ледникового генезиса, изложив этот взгляд в монографии [Карпов, 1986]. Однако в его монографии в соавторстве с Т.П. Кузнецовой [Кузнецова и Карпов, 1989] вновь рассматривается гипотеза не о ледниковом, а о внутригрунтовом генезисе этой залежи. Данный пример показывает, что при решении подобных задач даже тем же автором один и тот же объект в разное время может освещаться с разных позиций и причиной этого нередко служит односторонность оперирования известными данными. Целостность криосферы не подвергается сомнению, но иногда специалисты-мерзлотоведы не вникают в детали гляциологических разработок, специалисты-гляциологи - в тонкости многолетнего промерзания горных пород, а геологи-четвертичники - в проработки и тех, и других. При изучении объектов криосферы, как правило, декларируется междисциплинарный подход, но очень часто недостаточно учитывается взаимодействие мерзлотных и гляциальных процессов. Поэтому в вопросе о верификации внутригрунтового происхождения пластовых залежей подземного льда автор пытается осветить проблему с разных точек зрения.

Основные дискуссионные моменты и история вопроса

Суть проблемы заключена в специфике развития ледников в условиях холодного континентального климата Сибири. Общие черты этого рассмотрены автором ранее [Шейнкман и Мельников, 2014; Шейнкман и Плюснин, 2015; Sheinkman, 2016], здесь только отметим, что раньше базой построений служили альпийские схемы и в Сибири, согласно которым допускалось развитие ледниковых щитов. Уже в 1930-40-е годы эта схема подверглась критике (наиболее ёмко это выразил И.Г. Пидопличко [1946], отметив гипертрофированность в восприятии былых ледников), а в 1950-60-е годы в период Международного геофизического года выяснилось, что к востоку от Урала работают схемы оледенения, отличные от альпийских. Однако и позже ряд авторов [Гросвальд, 2004; Каплянская и Тарноградский, 1993; Соломатин, 2013] создали на прежней основе модели древних покровных ледников в Сибири и их захоронения на длительное время.

Многолетние исследования автора показали, что в Сибири распространение ледниковых щитов нереально, а образования, принимаемые за их следы, имеют не ледниковый генезис [Шейнкман и Мельников, 2014; Шейнкман и Плюснин, 2015; Sheinkman, 2016]. Существующие разногласия по-прежнему отражают спор вокруг концепции А.И. Воейкова [1881], отрицающего широкое развитие ледников в глубине Сибири. Некоторые учёные [Обручев, 1951; Черский, 1882] стали оппонентами этой гипотезы. Позднее выяснилось, что благоприятная для оледенения высокая снежность препятствует развитию мерзлоты, а холодный континентальный климат способствует промерзанию пород, но противостоит широкому развитию ледников. Распространению ледников в Сибири мешают малая аккумуляция (в среднем она составляет до 50 г/см² в год, резко уменьшаясь в холодные периоды) и высокая летняя абляция.

Как известно, в Сибири господствует континентальный климат с очень тёплым летним периодом, что препятствует захоронению ледников. Ледниковые центры формируются здесь в горной местности, где потенциально способные бронировать лёд морены представлены преимущественно крупнообломочным материалом, сквозь который летом легко проникает тепло с жидкими осадками, воздухом и талыми водами, вызывая активное таяние льда. Сезонно-талый слой в такой толще даже в самых суровых условиях Сибири составляет 3 м и более [Фельдман, 1977; Васильев, 1982], и это, по мнению автора, препятствует формированию мощного ледникового покрова на большой площади. Поэтому при отступании ледников в тёплые периоды остаточные льды вытаивают за геологически короткое время (десятилетия - первые столетия).

При изучении мерзлоты в прошлом не всегда правильно применяли гляциологические знания, и даже когда в 1686 г., за столетие до создания альпийской школы гляциологии, в мёрзлых породах в Якутске прошли 28-метровую шахту, европейские гляциологи не признавали существование таких пород вплоть до середины XIX в. Признание пришло лишь после представления А.Ф. Миддендорфом данных о пройденной в 1837 г. 116-метровой шахте Шергина. Поэтому при первом объяснении находок залежей льда по берегам Арктики (судя по литературе - О.Е. Коцебу в 1816 г.), они были отнесены к погребённому фирну [Коцебу, 2011]. Позже А.Е. Фигурин [1825] счёл бóльшую их часть замёрзшей в морозобойных трещинах водой, а И.А. Лопатин [1876] привёл для них отличия от снежных льдов. Вскоре Э.В. Толль [1897] вновь объяснил все подземные льды снежным происхождением, и до 1950-х годов многие учёные поддерживали его взгляд, хотя уже в 1927 г. М.И. Сумгин в своём основополагающем труде [Сумгин, 1927] для большинства подземных льдов отметил их внутригрунтовый генезис. Изменили взгляды лишь выявление полигонально-жильного генезиса многих льдов и создание [Втюрин, 1975; Гасанов, 1984; Попов, 1967; Шумский, 1955] цельной концепции льдообразования, в немалой мере обеспеченной развитием мерзлотоведения.

Но преодолеть стереотипы непросто. Да и к гипотезе Э.В. Толля [1897], чтобы обосновать в Сибири (в [Гросвальд, 2004], например) ледниковые щиты, обращаются иногда и сейчас. Хотя и он, и его последователи писали не о щитах, а о фирновых полях малой мощности и о ледниках-снежниках, что в итоге легло в основу концепции пассивного оледенения [Большиянов, 2006]. Сыграла свою роль и этимология. Так, термин «пластовый лёд» сначала применялся для инъекционного льда (первоначально [Шумский, 1955] был предложен термин «интрузивные пласты льда»). Затем акцент перенесли на форму льдов, и в исследовании [Втюрин, 1975] было уточнено, что относить к пластовым льдам надо крупные ледовые тела разного генезиса толщиной более 0,3–0,5 м. А когда в обрывах арктических берегов обнаружили многочисленные крупные залежи мощного льда не полигонально-жильного генезиса, то термин стал применяться и к ним. В 1960-е годы такие льды начали изучать на Чукотке, в Западной Сибири, в низовьях Енисея и на севере Америки [Втюрин, 1975; Гасанов, 1984; Шумский, 1955; Дубиков, 2002; Корейша и др., 1981; Mackay, 1971]. В итоге термин «пластовые льды» стал собирательным [Пластовые льды…, 1982].

Многое дала обновлённая в конце XX в. геологическая съёмка. В частности, в Западной Сибири большинство исполнителей съёмки отвергли наличие здесь в прошлом ледниковых щитов [Большиянов, 2006; Гусев и др., 2012; Кузин, 2005], а детальные проработки новых [Дубиков, 2002; Васильчук и Васильчук, 2010] и прежних [Втюрин, 1975; Гасанов, 1984; Корейша и др., 1981] материалов изучения пластовых льдов исключили их ледниковый генезис. Вместе с тем обнаружение новых крупных залежей льда на побережье Арктики и не всегда ясное объяснение их генезиса с позиций мерзлотоведения привели к возобновлению споров и отнесению этих льдов к реликтам покровного оледенении Сибири [Каплянская и Тарноградский, 1993; Соломатин, 2013].

Методы исследования и использованные материалы

Главная причина противоречий в отношении прошлого - приписывание разного происхождения одному генетическому типу явлений. В нашем случае можно применить методологию Ш.Ш. Гасанова [1984], отработанную на многих объектах, порождённых холодом. Суть её в том, что противоречия легко разрешить, если строго придерживаться законов развития криосферы и применять принцип актуализма при переносе знаний о существующих объектах в прошлое. Согласно [Гасанов, 1984], для наших объектов есть два пути верификация гипотез: прямые экстраполяции и стратегия проверки. Первый путь применим, когда есть уверенность, что имеются современные аналоги объектов прошлого; второй путь предполагает объединение фактов в рамках не поддающегося наблюдению явления и построение его модели с помощью введения определённых допущений. Опираясь на методику, приведённую в [Гасанов, 1984], и на многолетний опыт работы в ключевых районах Сибири, автор провёл верификацию основных моделей погребения ледников и их анализ в свете концепции криоразнообразия [Шейнкман и Мельников, 2014].

Верификация возможных моделей погребения ледникового льда в Сибири

Анализ с позиций общих подходов. Сторонники ледникового генезиса пластовых льдов считают, что его консервация мореной в особых доказательствах не нуждается и часто ссылаются на М.М. Корейшу, описавшего [Корейша, 1963] бронирование отступающих ледников криолитозоны. Но бронирование их не означает погребение на длительное время, а сам М.М. Корейша ледниковый генезис у пластовых льдов исключил [Корейша и др., 1981]. Правда, существуют и переходные мнения: в [Шполянская, 2015] для большинства пластовых льдов Сибири упомянут внутригрунтовый генезис, но залежь «Ледяная гора» на Енисее сочтена реликтом ледника, спускавшегося с плато Путорана. В этой связи обратимся ещё раз к М.М. Корейше, который подчеркнул: «Очень заманчивые попытки объяснить генезис подземного льда действием одного механизма льдообразования, к сожалению, далеко не всегда могут привести даже к частному, региональному решению проблемы, не говоря уже о ее общем решении. … Поиски чисто внешних аналогий в строении, например, ледниковых метаморфических льдов и деформированных подземных являются методической ошибкой» [Корейша и др., 1981, с . 65-66].

Обвинить М.М. Корейшу в предвзятости к ледниковой гипотезе трудно - ледники он изучал долго. Добавим, что сегодня есть базовые сведения, обобщающие широкий спектр деятельности ледников [Большиянов, 2006; Лаврушин, 1976; Паттерсон, 1984; Серебряный и др., 1989; Boulton, 1996], и, опираясь на них, вполне реально раскрыть рассматриваемые явления.

Итак, для геологически длительной консервации ледникового льда среди мёрзлых толщ необходим теплозащитный покров. В Якутии, например, толщина сезонно-талого слоя в песчаных отложениях составляет около 1 м, а в мелкообломочных с заполнителем достигает 2,5 м и резко увеличивается в крупнообломочном материале [Фельдман, 1977; Васильев, 1982]. В Сибири среди морен преобладает крупно- и грубообломочный материал небольшой мощности, и летом, как мы уже отмечали, сквозь него с жидкими осадками, воздухом и талыми водами легко проникает тепло, поэтому мёртвый лёд быстро вытаивает даже в условиях низкотемпературных многолетнемёрзлых пород (ММП).

Потенциал погребения льда мореной приповерхностного мореносодержащего слоя. Ледник работает как конвейер: он перемещает сносимый на его поверхность со склонов осыпной материал. В результате образуется приповерхностный мореносодержащий лёд: его толщина и объём обломков зависят от активности их поступления и внедрения в лёд. У горных ледников поступление моренного материала весьма обильно, а следовательно, и потенциал погребения льда каменным покровом выше. Посмотрим, как это происходит на типичном для Сибири холодном леднике Азаровой в хр. Кодар, лежащем среди низкотемпературных ММП (рис. 1-I).

В области ледникового языка нет нисходящего движения льда. Летом в условиях Сибири крупные обломки не успевают, компенсируя охлаждение ночью, накопить днём тепло для внедрения в лёд и лежат на нём, затеняя и предохраняя его на некоторое время от таяния. Плохо проникает в лёд и мелкозём - его частицы вбирают мало тепла и быстро отдают его льду, обычно залегая дисперсно. Мелкозём затемняет лёд, усиливая абляцию, но в случае образования локальных покрытий активное таяние льда может замедлиться. Обломки щебня днём успевают прогреться и внедриться на 10-20 см в лёд. Глубже обломки попадают редко - разве что через трещины. Масса такого материала невелика; обломки со склонов редко достигают центра области питания, где имеет место нисходящее движение льда. Обычно же в области питания оседает эоловый мелкозём или вообще превалирует чистый лёд (см. рис. 1-III).

Лёд покрывается обломками лишь по периферии ледника и образует питаемую со склонов боковую морену, а поскольку ледник работает как конвейер, в стационарном случае он станет перегружаться обломками, создавая видимость мощного покрытия, хотя и в этом случае обломки лишь облекают лёд тонким слоем (см. рис. 1-II); в объёме же льда, содержащего морену, их доля обычно не превышает 25% [Серебряный и др., 1989]. Когда при отступании ледников бронирование охватит область абляции, сформируется абляционная морена, но она предохранит лёд ненадолго. В случае омертвения лёд стабилизироваться не может и, согласно расчётам Г.М. Фельдмана [1977], должен вытаивать. В итоге маломощный слой обломков оказывается на днище трога. На рис. 1, например, показано, что видимость мощного вала создают морены, покрывающие небольшим слоем лоб ледника и скальный ригель в краевой его части, сформировавшиеся ещё в малый ледниковый период, но в этом случае и лёд ледника, и породы скального ригеля могут проглядывать сквозь обломки. Холмисто-моренный рельеф из крупных насыпных форм - это атрибут большого ледника, перерабатывающего равнины со значительной толщей осадков. Такой ледник предполагается, например, в моделях оледенения на Русской равнине, но в Сибири подобного нет, поскольку здесь отсутствуют условия и для формирования ледниковых щитов, и для выхода ледников на равнины вообще [Шейнкман и Мельников, 2014; Шейнкман и Плюснин, 2015; Sheinkman, 2016].

Если, используя подход [Гасанов, 1984], строго придерживаться методологии актуализма, то следует признать, что скоплений обломков, способных стать теплозащитным плащом, сохраняющим лёд на геологически длительное время, на ледниках не наблюдается нигде. Это вытекает из опыта работы и автора в ледниковых районах Сибири [Шейнкман и Мельников, 2014; Шейнкман и Плюснин, 2015; Sheinkman, 2016], и других исследователей [Кузин, 2005; Чувардинский, 2012; Talalay, 2013]. Чаще погребены могут быть иные ледовые тела, например, при активном перемещении мелкодисперсного материала на блоки речного или наледного льда, особенно многолетнего. Так, наледи могут оказаться в области воздействия селей разного генезиса, материал которых после отложения становится плотным и будет неплохим теплоизолятором.

Интересный пример даёт наблюдаемая автором уже много лет Чарская впадина, находящаяся ниже ледников хр. Кодар. Отложения впадины дренирует р. Чара, вскрывая песчаную толщу осадков древнего ледниково-подпрудного озера. В центре и на востоке впадины песок защищён растительным покровом, скован мерзлотой, и здесь [Шейнкман и Мельников, 2014], отражая глубокое промерзание пород при среднегодовой температуре воздуха около -7 ÷ -8 °С, встречаются полигонально-жильные льды (ПЖЛ), но на её западе песчаные отложения обнажены, перевеяны и в итоге стали доступны для прямого проникновения в них тепла с жидкими осадками и воздухом. В результате сейчас эти отложения представляют собой массив талых пород и их состав намного менее грубый, чем у моренных отложений.

Поскольку ситуации в случае горного и покровного оледенения существенно различаются, рассмотрим рис. 2, где показаны два разных ледника - покровный с выводным потоком (см. рис. 2-I) и горный (см. рис. 2-II). На покровном леднике источник поступающих обломков - редкие останцы-нунатаки, обтекаемые льдом, и его борта (при наличии), расположенные далеко друг от друга. В краевой зоне ледника по плоскостям внутренних сколов поднимаются также отдельные порции придонного мореносодержащего льда [Евтеев, 1964], но их мощность невелика, и внешне ледники выглядят чистыми даже в выводных потоках. В этом случае в основном по периферии ледника накапливается донная морена (которая на выводных ледниках выдавливается [Серебряный и др., 1989] и к их бортам) и в ней тоже преобладает материал, не препятствующий, согласно [Фельдман, 1977], проникновению сквозь него летнего тепла. В данной ситуации при формировании абляционной морены она будет содержать не так много обломков и в любом случае не станет фактором погребения на длительное время льда ледников в случае их омертвения.

Сравним сказанное с ситуацией на леднике, отображённом на рис. 2-II. Это - вполне представительный ледник: во-первых, есть надёжные свидетельства о его прошлом, во-вторых - это крупный, находящийся среди ММП холодный ледник с установленными характеристиками. (Здесь на подошве слоя нулевых колебаний вблизи границы питания лёд охлаждён до -14 °С, а на языке до -4 °С, и со всех сторон ледник окружён ММП [Шейнкман и Мельников, 2014; Sheinkman, 2016]). При потеплении ледник бронируется мореной, так как к нему поступает намного больше обломочного материала, чем у покровных ледников. Немалую долю вносит и образуемая при слиянии составляющих ледник потоков срединная морена. В середине XX в. ледник соединялся со спускающимся из соседней долины ледником Левый Актру, а в конце XIX в. - и с другими ледниками долины Актру. Но все они, несмотря на залегание в зоне глубокого промерзания горных пород, в настоящее время разделены пространством в несколько километров, а ледниковый лёд на леднике вытаял из-под морены, по свидетельству очевидцев, уже в первые десятилетия [Тронов, 1949]. В настоящее время в её толще фиксируются только текстуры, отражающие последующее промерзание пород.

Ещё характерный пример - долина Чаган-Узун в зоне алтайского минимума температур воздуха (-62 °С) с Софийским ледником, одним из крупнейших на Алтае. Кратко он охарактеризован в работе [Шейнкман и Мельников, 2014], здесь мы приведём данные наблюдений автора за несколько десятилетий, подчеркнув следующее. По долине есть данные наблюдений В.В. Сапожникова [1912], а в 2003 г. здесь произошло землетрясение, по следам которого автору удалось провести наблюдения. В зоне свежих деформаций удалось отследить (рис. 3) скрытое прежде строение мёрзлых морен и иных толщ, которые выделялись оттаиваемой, тёмной и влажной поверхностью, но погребённые льды не были обнаружены нигде. Как обычно, встречались лёд-цемент и маломощные инъекционные льды, фиксировавшиеся чаще, чем ранее, так как блоковая тектоника вызывала перераспределение потоков подземных вод и внедрение их в новых местах. Аналогичная ситуация характерна и для ледника Софийского. За долиной автор наблюдает более 30 лет. Ситуация с моренами малого ледникового периода за эти годы менялась мало, так как на данном отрезке долины погребённый ледниковый лёд давно вытаял (рис. 4). Согласно данным В.В. Сапожникова [1912], в 1898 г. от нижнего края оз. Акколь до ледника было 150 м, а в 1911 г. ледник упирался в верхний край озера, ниже которого из-под морены виднелись блоки невытаявшего ледникового льда. Менее чем через полстолетия ледник от озера, как было установлено преемниками В.В. Сапожникова, уже отстоял более чем на 1 км, а ниже озера весь погребённый под мореной лёд вытаял [Тронов, 1949].

Потенциал погребения льда мореной придонного мореносодержащего слоя. В придонной части ледников формируется другой тип мореносодержащего льда. Он связан с основной мореной, и в Сибири о нём, скорее, нужно говорить как о мёрзлой высокольдистой толще. Объём базальной морены, как выясняется сегодня, невелик - об этом свидетельствует и опыт работы автора на разных ледниках, и проведённый им анализ литературы. К тому же строение многих ледников уже вскрыто бурением [Talalay, 2013].

Начнём анализ с ледниковых щитов. Долгое время считалось, что на их ложе в мореносодержащем льду много обломков и его толщина сопоставима с мощностью ледников. Сегодня установлено, что такие оценки завышены, и это связано со стереотипным восприятием ледников по облику их краевой, перегруженной мореной зоны: она в первую очередь предстаёт взгляду исследователей, и такие ледники обычно запоминаются. Уже при изучении деятельности ледников по программе МГГ (1957-1960 гг.) в Антарктиде заметная толща придонного льда с разными обломками (включая отдельные валуны) была зафиксирована лишь у края выводных ледников. Мощность такого льда относительно толщины ледникового тела оказалась несопоставимо малой (30-40 м). Его слои в местах соединения потоков льда иногда составляли 100-150 м, но обломки выглядели как дисперсный мелкозём [Тронов, 1949]. А доля обломков в мореносодержащем льду только у самого днища ледника достигала 25%, составляя в целом не более 2%. После вытаивания они распределяются в виде базальной морены толщиной около 70 см, лишь в отдельных местах достигая 1-3 м [Тронов, 1949]. Позднее антарктический лёд был пройден серией скважин, и как в отдалении от краевой части выводных ледников, так и на шельфе керны практически по всей толще льда были чистые - только у самого ложа фиксировались маломощные (первые метры) слои льда с мелкозёмом [Большиянов, 2006; Чувардинский, 2012; Talalay, 2013]. Причём лишь отдельные частицы в нём измерялись миллиметрами.

Таким образом, за пределами краевой зоны выводных ледников не удалось обнаружить лёд с заметной долей обломочного материала. Причина в том, что, когда рельеф подчинён оледенению, ледники в форме каравая распределяют своё воздействие более-менее равномерно по ложу, откуда морена подпитывается обломочным материалом. Те же черты выявлены на ледниках островной Арктики, многие из которых также пройдены бурением. Здесь я сошлюсь на опубликованные обзоры [Большиянов, 2006; Кузин, 2005; Чувардинский, 2012; Talalay, 2013] и для примера рассмотрю свежие материалы [Bierman et al., 2014] по 3054-метровому керну гренландской скважины GISP‑2. Придонный лёд в керне имел возраст около 300 тыс. лет, был охлаждён до −9 °С и приморожен к ложу. Лишь непосредственно у ложа был обнаружен слой льда толщиной всего около 0,5 м с мелкими валунами. Выше находился 13‑метровый слой с рассеянными алевритовыми частицами, а остальной лёд был чистым.

Бóльшая толщина базального мореносодержащего льда отмечена в Арктике и также лишь в краевой части ледников: его 35-40‑метровая толща описана, например, на ледниках Шпицбергена [Гляциология Шпицбергена, 1985], причём отмечено, что из неё образуется слой морены толщиной в первые метры. Ледники Шпицбергена находятся под влиянием Атлантики, и они в Арктике единственные двухслойные - холодные у поверхности, но лежат на немёрзлом ложе. Такое ложе эродирует сильнее холодного [Паттерсон, 1984; Boulton, 1996], но наблюдения на тёплых и двухслойных ледниках показали [Лаврушин, 1976; Гляциология Шпицбергена, 1985], что существенных отличий в объёме моренообразования у них нет.

Придонный мореносодержащий лёд лучше выражен на горных ледниках. Они подпружены в своих трогах и по всему поперечному профилю больше соприкасаются с ложем. Базальная морена получает питание здесь и собственно с ложа, и с подлёдной части его бортов. Чётко выражена на горных ледниках и зона экзарации на участке подлёдного ригеля вблизи границы питания. Он истирается более активно, и обломки пород отрывать с него потоку льда легче.

Однако известно, что толщина придонного льда, содержащего морену, даже на крупнейших ледниках измеряется лишь первыми метрами, а объём обломков в нём достигает 25% [Большиянов, 2006; Лаврушин, 1976; Серебряный и др., 1989; Talalay, 2013]. Морена, продуцируемая в основном в зоне экзарации, затем распределяется вдоль ложа ледникового языка, а некоторая её доля выдавливается с днища к бортам, поэтому максимальное накопление происходит в краевой части, где в конечном счёте формируется конечно-моренный комплекс. Так или иначе, значимые результаты изучения моренообразования на ледниках [Серебряный и др., 1989] убедительно показали, что обломочного материала в придонной части ледников в целом продуцируется немного, и в любом случае под слоем льда, содержащего морену, нет мощных блоков чистого льда. Ни о каком потенциальном захоронении здесь на долгое время пластов льда большой толщины речи идти не может. Принципиально не меняет, как отмечено ранее, эту картину и определённое увеличение доли обломков в краевой части ледника.

Сторонники ледникового генезиса пластовых льдов, однако, отмечают, что в случаях, подобных приводимым здесь, речь идёт о ледниках, текущих по прочному скальному ложу. Они же рассматривают ситуацию, когда ледник растекается по равнине, где осадочные породы легко абсорбируются потоком льда и могут формировать плащ отложений, консервирующих ледник. Но это всего лишь умозрительные построения, и они противоречат существующим данным. Отметим ещё раз: раскрытые в Сибири закономерности формирования гляциальных образований не позволяют ледникам, с одной стороны, формировать образования крупнее долинных и существовать вне горно-ледниковых центров, а с другой - все ледники Сибири сегодня лежат на мёрзлом основании и соответственно таковыми они были и в криохроны квартера [Шейнкман и Мельников, 2014; Шейнкман и Плюснин, 2015; Sheinkman, 2016].

Сцементированные льдом мёрзлые осадки очень прочные, и в случае течения по ним льда его воздействие мало отличается от ситуации на коренном ложе. Тем более, основные модели показывают [Большиянов, 2006; Паттерсон, 1984; Серебряный и др., 1989; Boulton, 1996], что сцепление мореносодержащего слоя с мёрзлым основанием велико и ощутимые сдвиговые деформации имеют место в слоях ледника, лежащих существенно выше ложа, а на ложе преобладают процессы истирания и отламывания отдельных выступающих частей. (Вместе с тем заметим, что при сравнении с такими ледниками не прослеживается заметное повышение моренообразования и на ложе тёплых ледников [Серебряный и др., 1989; Гляциология Шпицбергена, 1985]). В целом, имеющиеся факты показывают, что в Сибири специфика формирования ледниковых отложений состоит в отсутствии обломочных покровов большой мощности и даже в условиях сплошной мерзлоты первично включённые в них или бронируемые ими блоки ледникового льда после отмирания ледников вытаивают за геологически быстрое время.

Особо отметим формирование валунных суглинков. Именно их используют обычно как индикатор ледниковых отложений, причём часто в качестве механизма формирования предполагают для европейского ледникового щита в квартере, но это трудно сопоставить с ситуацией в Сибири. По наблюдениям автора, такие суглинки образуются в краевой части ледника на конечной стадии развития базальной морены после её перемещения на данный участок - когда большая часть льда в ней уже вытаяла. Образуются они, если ледник вырабатывает достаточно много ледниковой муки, т.е. продукта перетирания обломков, движимых по скальному или мёрзлому днищу трога. В объёме продуцируемых ледником осадков количество таких продуктов невелико, но они накапливаются в базальной морене в краевой части ледника при его отмирании, когда таяние достигает придонных слоёв ледника и межвалунные полости в местах вытаивания льда начинают заполняться дисперсным материалом. Частицы муки, захваченные с другим мелкозёмом талыми водами, проходят с ним через базальную морену как через фильтр и оседают, заполняя оставшиеся поры. Но если этот фильтр станет легко проницаемым для талых вод, как это имеет место на начальных этапах формирования конечной морены (когда в ней превалирует грубый материал), то ледниковая мука выносится в реки в виде взвеси и те приобретают белёсый цвет. Валунные суглинки - это уплотнённая порода. Имея теплозащитные свойства, они не участвуют в активном бронировании льда и формируются в слоях, где фактически нет чистого льда, - из маломощного содержащего морену придонного льда, когда налагаемый сверху материал не мешает прохождению сквозь него тепла. Так что в любом случае захоронённые пласты льда здесь формироваться не могут.

Образуемые валунные отложения с тонкодисперсным заполнителем в зависимости от размеров, положения в рельефе и длительности стационарного стояния ледника могут иметь разную мощность, которая при циклическом развитии оледенения и наложении различных генераций валунных суглинков друг на друга может достигать нескольких метров. В разрезах они могут быть включены в сложно построенные многометровые тела из морен разного возраста и представлены характерными горизонтами, где валуны взвешены в тонком мелкозёме, образуя атакситовую текстуру. Это кардинально отличает их от чередующихся с ними ледниково-речных (обычно гравийно-галечных) осадков - промытых, слоистых, сортированных обломков с черепитчатым залеганием, у которых самый тонкий мелкозём в заполнителе вымыт активно тёкшими водотоками. Типичный пример - обнажение в среднем течении долины Чаган-Узун в 30 км ниже Софийского ледника (рис. 5). Добавим, что суглинки - это плотная порода и она способна при промерзании разбиваться сеткой ПЖЛ. Следов таких льдов в разрезах на рис. 5, находящихся на юге Западной Сибири, нет (там промерзание пород не достигало порога образования ПЖЛ), но восточнее, в Западной Туве, где холоднее, псевдоморфозы по таким льдам в толщах морен криохрона МИС-2 выражены неплохо [Шейнкман и Мельников, 2014].

По поводу хорошо промытых, разрозненных, периодически встречающихся на севере Западной Сибири валунно-галечных россыпей, принимаемых сторонниками ледниковых щитов за реликты морен, автором уже не раз было показано, что это - итог типичного для сибирских рек ледово-речного разноса [Шейнкман и Плюснин, 2015; Sheinkman, 2016]. Данному фактору не всегда уделяется должное внимание, но в действительности это активно протекающий геологический процесс, для которого захват и перемещение на большое расстояние крупных обломков и предметов - обычное явление (рис. 6). В частности, к северу от Средней Оби валуны представлены породами, вынесенными, как показали исследования автора, с правобережья Енисея, причём не только с плато Путорана, но и из районов, где вообще нет следов древних ледников, - с междуречья Нижней и Подкаменной Тунгуски, а также с Енисейского кряжа.

Верификация моделей формирования собственно пластовых льдов. Рассмотрим непосредственно залежи льда, порой относимые к ледниковым реликтам. Для примера возьмём презентацию В.И. Соломатина в http://www.ticop2012.org, где показаны различные залежи льда на севере Сибири, относимые им к ледниковым реликтам. Отдавая должное заслугам этого исследователя в изучении подземных льдов, отметим, что нередко он замыкается в рамках своей гипотезы. Об этом упоминалось в литературе не раз, например в [Кузнецова и Карпов, 1989, с. 88]: «Главным доказательством глетчерной природы льда у В.И. Соломатина является сам лед - на нем сконцентрировано основное внимание автора. В то же время В.И. Соломатин не делает попытки с той же степенью детальности проанализировать перекрывающую толщу, условия её накопления».

Отнести в прибрежной Арктике отложения, консервирующие ледяные залежи и покрывающие часто их ровную столообразную поверхность, причём нередко только слоем тонкодисперсных пород небольшой мощности (как это представлено, например, в http://www.ticop2012.org для ситуации с ледяной залежью на побережье Карского моря в Байдарацкой губе - она отображена на рис. 7-I), к продукту деятельности ледника в свете изложенного выше неправомерно. На ледниках Сибири нет механизмов ни для оформления ровных столообразных поверхностей, ни для наложения на них отмеченного покрова, тем более что многими исследователями его происхождение убедительно обосновано как морское или аллювиальное [Большиянов, 2006; Дубиков, 2002; Корейша и др., 1981].

В презентации http://www.ticop2012.org как признак ледникового генезиса залежей приведено наличие в них зигзагообразных смещений льда (см. рис. 7‑III). Причины дислокаций льда могут быть разные, но, как точно подмечено Д.Ю. Большияновым [2006], сторонниками ледниковой гипотезы вывод обычно делается по такой схеме: если дислокации есть, то они гляциотектонические и для доказательства оледенения покровного типа больше ничего не требуется. Не повторяя деталей анализа [Большиянов, 2006], добавим только, что небольшие, как на рис. 7-III, без крупных разрывных нарушений дислокации пород - это атрибут их очень медленного смещения (миллиметры, редко - первые сантиметры в год), как в аналогичном случае карбонатных пород на рис 7-IV (он приведён для сравнения с рис. 7-III). Свойственны подобные явления многим пластичным породам в тектонически активных районах, но при более высоких скоростях смещения слоёв даже в пластичных породах нарушения будут разрывными.

В Сибири скорость даже у медленно текущих холодных ледников около 10 м в год, т.е. для них характерны смещения льда гораздо больше, чем на рис. 7-III, c превышением порога пластичности льда, что приводит к разрывным нарушениям. В частности, как итог движения льда по плоскостям внутренних сколов они описаны в [Евтеев, 1964]. Сторонники ледникового генезиса залежей всё же относят к гляциальным формам и встречающиеся изогнутые, в виде складок небольших размеров слои льда (см. рис. 7-II). Однако хрупкость льда, проявляемая уже при небольших скоростях течения ледников, не позволит ему изгибаться в такие мелкие формы, тем более на холодных ледниках - им свойственны будут разрывные дислокации. Характерный пример - раскалывающие толщу льда (см. рис. 1-III) трещины при обтекании ледниками подлёдных ригелей. В виде складок течения текстуры встречаются только на очень крупных ледниках, при больших размерах складок. Например, отмечены они при геофизическом зондировании Антарктиды, где складки растянуты на километры, а их амплитуда измеряется сотнями метров [Марков, 2009]. Причины изогнутости слоёв пластовых льдов в виде дислокаций малой амплитуды и мелких крутых складок следует искать в воздействии процессов, протекающих крайне медленно; они как раз характерны для длительного промерзания горных пород, которое сопровождается различными пластичными деформациями. Этому посвящена обширная литература, и хотя многое в этих процессах, которые очень сложны, пока не раскрыто, путь решения проблемы лежит в дальнейшем их изучении.

Отметим также, что ряд химических и физических характеристик залежей льда могут трактовать в свою пользу и противники, и сторонники их внутригрунтового генезиса. Но первые из них обычно обходят вопрос о не характерных для льда ледников свойствах таких залежей. Например - присущее многим спорным пластовым залежам на севере Сибири высокое содержание бора, свойственное морским льдам [Васильчук и Васильчук, 2010], или принципиально иной, по сравнению с ледниковым льдом, набор палинологических спектров [Дубиков, 2002; Васильчук и Васильчук, 2010]. С учётом закономерностей, фиксирующих отсутствие возможностей для распространения ледников вне горных сооружений Сибири [Шейнкман и Мельников, 2014; Шейнкман и Плюснин, 2015; Sheinkman, 2016], такие факты говорят сами за себя.

Заключение

В итоге многолетних исследований автором установлено, что криоразнообразие в Сибири в четвертичный период повсеместно было представлено тесно взаимодействующими ММП и горными ледниками. Единство холодного мира проявлялось здесь в виде перекрёстных связей порождаемых холодом явлений, когда каждый из элементов криоразнообразия формировался в поле их взаимодействия, строго определённом законами организации образуемой ими системы. Все эти элементы переплетены историей и процессом своего развития, и на перекрестие их характеристик удалось выявить весьма информативные показатели и выяснить, что, несмотря на приуроченность к области хорошо развитой криолитозоны, ледники в Сибири не могли при бронировании мореной и последующем отмирании быть погребены на геологически длительное время.

Опираясь на вскрытие закономерностей развития современных мерзлотно-гляциальных геосистем, автору удалось достаточно уверенно провести экстраполяцию данных и получить надёжные характеристики объектов, не наблюдаемых ныне. Условия холодного континентального, но с тёплым летом климата, когда поведение ледников контролирует ограниченная аккумуляция и чуткая реакция на ритмику «термохрон-криохрон» с шагом около 20 тыс. лет, повсеместно в Сибири не позволяли её холодным ледникам достичь форм больше долинных потоков льда. За геологически короткие криохроны они не успевали продвинуться дальше предгорий, а затем, быстро освобождая долины в термохроны, не получали возможность сформировать на них плащ отложений с хорошими теплозащитными свойствами, способный сохранять лёд длительное время.

Причина - в плохих теплозащитных свойствах моренного материала и его малом продуцировании ледниками. Это подтверждается и многолетними наблюдениями автора в ключевых районах Сибири, и новейшими данными бурения и обследования большого числа ледников, выполненного другими исследователями. Так или иначе, при отступании ледников их реликты в виде погребённого льда сохранялись недолго, обычно в течение одного - полутора веков. Даже учитывая, что характер многих залежей льда до конца ещё не ясен, особенно в плане сложного взаимодействия мерзлотных процессов, допущения сторонников покровного оледенения Сибири о реальности сохранения его реликтов в виде пластовых льдов не могут быть приняты. Тем более, что многолетние исследования автором различных мерзлотно-гляциальных систем Сибири показали, что образования, принимаемые за следы такого оледенения, имеют иное происхождение.

Благодарности. Работа выполнена при поддержке программы партнёрских проектов Института криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН с Тюменским государственным университетом и с Тюменским индустриальным университетом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карпов Е.Г. Подземные льды Енисейского Севера. Новосибирск: Наука, 1986, 134 с.

2. Кузнецова Т.П., Карпов Е.Г. Условия формирования ледоминерального комплекса Ледяной горы. Якутск: изд. ИМ СО АН СССР, 1989. 172 с.

3. Шейнкман В.С., Мельников В.П. Ледники Сибири как компонент криолитогенно-гляциальных геосистем // Криосфера Земли. 2014. Т. XVIII. № 2. С. 3-23.

4. Шейнкман В.С., Плюснин В.М. Оледенение севера Западной Сибири: спорные вопросы и пути их решения // Лёд и Снег. 2015. № 1 (129). С. 103-120.

5. Sheinkman V. Quaternary glaciation in North-Western Siberia: New evidence and interpretation // Quaternary International. 2016. V. 420. P. 15-23.

6. Пидопличко И.Г. О ледниковом периоде: Вып. 1. Киев: Изд‑во АН УССР, 1946. 171 с.

7. Гросвальд М.Г. Арктика в последний ледниковый максимум и в голоцене - океанские выбросы, материковые и морские льды, их движение и связь с климатом // МГИ. 2004. Вып. 96. С. 47-54.

8. Каплянская Ф.А., Тарноградский В.Д. Гляциальная геология. Л.: Недра, 1993. 328 с.

9. Соломатин В.И. Физика и география подземного оледенения. Новосибирск: Гео, 2013. 346 с.

10. Воейков А.И. Климатические условия ледниковых явлений, настоящих и прошедших // Записки Минералогического общества. Сер. 2. Ч. 16. СПб., 1881. С. 21-90.

11. Обручев В.А. Признаки ледникового периода в Северной и Центральной Азии // Избранные работы по географии Азии: Т. 3. М.: Географгиз, 1951. С. 49-128.

12. Черский И.Д. К вопросу о следах древних ледников в Восточной Сибири // Изв. Вост.‑Сиб. отдела Императорского Русского Географического общества. 1882. Т. 12. № 4-5. С. 28-62.

13. Фельдман Г.М. Прогноз температурного режима грунтов и развития криогенных процессов. Новосибирск: Наука, 1977. 190 с.

14. Васильев И.С. Закономерности сезонного протаивания грунтов в Восточной Якутии. Новосибирск: Наука, 1982. 136 с.

15. Коцебу О.Е. Путешествия вокруг света. М.: Дрофа, 2011. 966 с.

16. Фигурин А.Е. Извлечение из записок медико-хирурга Фигурина, веденных во время описи берегов Северо-Восточной Сибири // Записки Российского Адмиралтейства: Т. V. СПб., 1825. С. 259-328.

17. Лопатин И.А. Некоторые сведения о ледяных слоях в Восточной Сибири // Приложение 1 к XXIX тому Записок Императорской Академии Наук. СПб., 1876. С. 3-32.

18. Толль Э.В. Ископаемые ледники Новосибирских островов, их отношение к трупам мамонтов и к ледниковому периоду // Записки Императорского Русского Географического общества. 1897. Т. XXXII. № 1. С. 130-152.

19. Сумгин М.И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. Владивосток: изд. Дальневосточной геофизич. обсерватории, 1927. 369 с.

20. Втюрин Б.И. Подземные льды СССР. М.: Наука, 1975. 215 с.

21. Гасанов Ш.Ш. Синтез криолитологического знания. М.: Наука, 1984. 88 с.

22. Попов А.П. Мерзлотные явления в земной коре (криолитология). М.: Изд‑во МГУ, 1967. 304 с.

23. Шумский П.А. Основы структурного ледоведения. М.: Изд‑во АН СССР, 1955. 492 с.

24. Большиянов Д.Ю. Пассивное оледенение Арктики и Антарктиды. СПб.: изд. ААНИИ, 2006. 296 с.

25. Дубиков Г.И. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири. М.: ГЕОС, 2002. 248 с.

26. Корейша М.М., Хименков A.H., Брыксина Г.С. О происхождении пластовых залежей подземного льда на севере Западной Сибири // МГИ. 1981. Вып. 41. С. 62–66.

27. Mackay J.R. The origin of massive ice beds in permafrost; Western Arctic Coast, Canada // Canadian Journ. of Earth Science. 1971. V. 8. № 4. P. 397-422.

28. Пластовые льды криолитозоны / Ред. А.И. Попов. Якутск: изд. ИМ СО АН СССР, 1982. 140 с.

29. Гусев Е.А., Костин Д.А., Маркина Н.В., Рекант П.В., Шарин В.В., Доречкина Д.Е., Зархидзе Д.В. Проблемы картирования и генетической интерпретации четвертичных отложений арктического шельфа России (по материалам ГГК-1000/3) // Региональная геология и металлогения. 2012. № 50. С. 5-14.

30. Кузин И.Л. Геоморфология Западно-Сибирской равнины. СПб.: изд. Государственной полярной академии, 2005. 176 с

31. Васильчук А.К., Васильчук Ю.К. Палинологическая индикация неглетчерного происхождения пластовых льдов // Инженерная геология. 2010. № 1. С. 24-38.

32. Корейша М.М. Современное оледенение хребта Сунтар-Хаята. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 170 с.

33. Шполянская Н.А. Плейстоцен-голоценовая история развития криолитозоны Российской Арктики глазами подземных льдов. Москва-Ижевск: изд. Ин-та компьютерных исследований, 2015. 370 с.

34. Лаврушин Ю.А. Строение и формирование морен материковых оледенений. М.: Наука, 1976. 237 с.

35. Патерсон У.С.Б. Физика ледников. М.: Мир, 1984. 473 с.

36. Серебряный Л.Р., Орлов А.В., Соломина О.Н. Морены - источник гляциологической информации. М.: Наука, 1989. 236 с.

37. Boulton G.S. Theory of glacial erosion, transport and deposition as a consequence of subglacial sediment deformation // Journ. of Glaciology. 1996. V. 42. № 140. P. 43-62.

38. Чувардинский В.Г. Результаты сквозного разбуривания ледниковых покровов Арктики и Антарктиды и их значение для решения проблем четвертичного периода // Изв. РГО. 2012. Т. 144. Вып. 2. С. 28-41.

39. Talalay P.G. Subglacial till and bedrock drilling // Cold Regions Science and Technology. 2013. V. 86. P. 142–166.

40. Евтеев С.А. Геологическая деятельность ледникового покрова Восточной Антарктиды. М.: Наука, 1964. 120 с.

41. Тронов М.В. Очерки оледенения Алтая. М.: Географгиз, 1949. 376 с.

42. Сапожников В.В. Пути по русскому Алтаю. Томск: Типо-литография Сибирского Товарищества Печатного дела, 1912. 169 с.

43. Bierman P.R., Corbett L.B., Graly J.A., Neumann T.A., Lini A., Crosby B.T., Rood D.H. Preservation of a preglacial landscape under the center of the Greenland Ice Sheet // Science. 2014. V. 344. P. 402–405.

44. Гляциология Шпицбергена / Ред. С.А. Житникова. М.: Наука, 1985. 200 с.

45. Марков А.Н. Геолого-геофизическая модель слоистой структуры и динамики ледникового покрова Восточной Антарктиды: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. геол.-минер. наук. СПб.: Санкт-Петербургский гос. геол. институт им. Г.В. Плеханова, 2009. 20 с.

Glaciation of Siberia and the problem of massive ice beddings

V.S. Sheinkman

Earth Cryosphere Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Tyumen, Russia;

Tyumen State University, Tyumen, Russia;

Tyumen Industrial University, Tyumen, Russia

As a result of many years of the author’s studies of glaciers and ground ices, a great amount of factual material has been collected for a purpose to analyze a possibility of burying the glaciers in the permafrost zone and to estimate a time of their stay in such а condition. According to the author’s opinion, the Siberian glaciers were mainly the valley ones; ice sheets were never formed, and any existence of buried glaciers could not be real in the geological time scale. However, some researchers still believe that in the Quaternary ice sheets occurred in the North of Siberia, and, in addition, they consider the local massive ice beddings as relics of these sheets. No clear explanation of the similar origin of such ice structures exists at the present time, so development and variety of this ice could be easier explained by the permafrost genesis. Basing on results of observations carried out in all glacier regions of Siberia, the author concludes that glaciers cannot exist in the form of buried ice for a long time. This is unrealistic even in the North‑East of Siberia, where the absolute minimum temperature is -67.8 °C, and the mean annual air temperature drops below −17 °C. The characteristic feature of the Siberia continental climate is short, but hot summer. In such a situation, the coarse fragmental morainic material, covering glaciers by the layer up to 3 m thick, cannot preserve the underlying ice from melting because the heat penetrates down with the air, liquid precipitation, and the melt water. When glaciers reduce, the dead ice, buried under a moraine, may be preserved in the coldest areas of Siberia for only 100–150 years. Therefore, despite the resemblance of the scarps of the ice bodies having the permafrost or glacial origin, consideration of them as relics of ancient glaciers would be wrong.

Keywords: glaciation, ground ice, massive ice bedding, permafrost, Pleistocene.

Ссылка на статью:

Шейнкман В.С. Оледенение Сибири и проблема пластовых залежей подземного льда // Лёд и Снег. 2017. Т. 57. № 4. С. 527-542.