Цель нашей работы - исследовать новую пластовую ледяную залежь в долине р. Еркутаяха на южном Ямале, определить содержание стабильных изотопов кислорода и водорода во льду, а также изучить спорово-пыльцевые остатки во льду, на основе этих данных выявить условия формирования льда и показать, что пластовые льды здесь гетерогенные автохтонного типа, сегрегационного (инфильтрационно-сегрегационного) и инъекционного генезиса, подобные тем, что были недавно изучены в близлежащих районах Ямала - на Бованенковском месторождении [Васильчук, 2009], близ пос.Харасавэй [Васильчук,2006; Belova et al., 2010] и у пос. Марре-Сале [Слагода и др., 2010].

Изученное новое обнажение пластового льда располагается на южном Ямале, на левом берегу р. Еркутаяха (68º11'18'' с.ш., 68º51'39'' в.д.). Это самое южное из изученных на Ямале местонахождений пластовых льдов. В обнажении высотой 15-18 м вскрывается дислоцированная пластовая залежь общей протяженностью около 100 м, которую вмещают преимущественно слоистые пески. Наиболее полно ледяная залежь вскрыта в цирке (рис. 1). В центральной части цирка пластовая залежь залегает прямо под слоем сезонного протаивания. Здесь она резко задрана кверху и срезана, скорее всего, постгенетическим субаквальным протаиванием. В апикальной части цирка залежь перекрыта голоценовыми озерно-болотными осадками мощностью около 1 м. По обе стороны от центральной части залежи ледяные слои круто падают и уже через 15 м кровля ледяной залежи оказывается на глубине 8 м. Лед внутри залежи имеет существенно различную криотекстуру. Это преимущественно лед четырех типов: 1) лед чистый, матовый белый с большим количеством газовых ксеногенных включений; 2) лед «хрустальный», прозрачный, иногда с включениями грунта; 3) лед серый со стальным отливом, слоистый, слоистость параллельна наклону верхней поверхности ледяной залежи; 4) лед серый блочный, залегает в виде черепицы.

В общем сложении залежи нами выделена центральная дислоцированная часть - шток с вертикально и субвертикально залегающими слоями льда (лед здесь хрустальный и грязно-серый с большим количеством минеральных включений) и две периферийные части, сложенные горизонтально-слоистым льдом (лед здесь преимущественно серый со стальным отливом, слоистый, матовый белый и серый блочный). Горизонтальная слоистость этих двух частей залежи меняется на наклонную на контакте с центральным штоком. Такой контакт свидетельствует о воздействии льда центрального штока на характер залегания горизонтально-слоистого льда.

Для изотопных и палинологических определений отобрано 33 образца пластового льда из разных фрагментов обнажения и льда разных типов.

Изотопный состав льда определяли в лаборатории стабильных изотопов кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического ф-та МГУ на масс-спектрометре Delta-V со стандартной опцией газ-бенч. При измерении δ¹⁸О анализируемые образцы уравновешивали с СО₂ в течение 24 ч, при измерении δD уравновешивание в присутствии платинового катализатора производили в течение 40 мин. Для калибровки измерений использовали международный стандарт среднеокеанической воды SMOW-V и международные лабораторные стандарты МАГАТЭ и изотопной лаборатории Австрийского технологического института.

Вариации стабильных изотопов кислорода и дейтерия в залежи существенны: во льду чистом матовом белом δ¹⁸О изменяется от -19.64 до -20.54‰ , а δD от -152.4 до -156.9‰, во льду хрустальном прозрачном δ¹⁸О варьируется от -19.24 до -20.24‰, а δD от -149.6 до -160.7‰, во льду сером, прозрачном со стальным отливом δ¹⁸О изменяется от -19.44 до -21.33‰, а δD от -150.3 до -163.8‰, а во льду сером блочном и грязно-сером δ¹⁸О варьируется от -22.13 до -23.42‰ , а δD от -165.5 до -172.7‰ (табл. 1).

Оценивая весь диапазон изменчивости δ¹⁸О (~4‰) и δD (~20‰), можно говорить о сравнительно малых колебаниях изотопного состава. Следовательно, исходная вода для льда всех типов была одной и той же или близкой по изотопному составу. К тому же изотопные различия практически не превысили обычную изотопную разницу, возникающую вследствие фракционирования при промерзании свободной воды.

Для сравнения нами отобраны образцы из ледяной жилы и из сегрегационных шлиров льда в толще поймы, датированной по радиоуглероду в Геологическом институте РАН от 1000±170 лет (ГИН-1063) до 1820±80 лет (ГИН-10985). Аналогичная датировка по второму образцу 1820±100 лет (Hel-4492) получена в радиоуглеродной лаборатории Хельсинского университета, что говорит о достоверности полученной даты.

Необходимо отметить хорошую корреляцию изотопных значений, полученных в разных лабораториях. Сравнительно небольшой диапазон колебаний значений δ¹⁸O и δD свидетельствует о довольно стабильных зимних условиях формирования жилы. В ледяной жиле значения δ¹⁸O изменялись от -18.0 до -20.63‰, δD от -135.8 до -151.9‰, а в сегрегационных шлирах в пойменных отложениях δ¹⁸O варьируется от -15.01 до -19.76‰, δD от -107.6 до -148.3‰ (табл. 2).

Сопоставление изотопных характеристик показывает, что значения δ¹⁸O и δD в пластовых льдах ближе к изотопным характеристикам жильных льдов и к самым изотопически негативным значениям, полученным по сегрегационным льдам из пойменной толщи. Это указывает на то, что климатические условия времени формирования пластовых льдов были несколько суровее современных и среднегодовые температуры воздуха были, по-видимому, близки к современным среднезимним температурам (т.е. от -17 до -20°С).

Сравнительно небольшой диапазон вариаций изотопного состава говорит, скорее, в пользу внутригрунтовой природы залежей, хотя существенные различия в текстуре льда заставляют думать, что деформированный вертикально-слоистый лед в центральной части залежи, вероятнее всего, имеет инъекционную природу.

Горизонтально-слоистый лед, скорее, сегрегационный или инфильтрационно-сегрегационный. Но существенного изотопного фракционирования при образовании слоистого льда также не обнаружено, что указывает на инфильтрационно-сегрегационное льдообразование в условиях открытой системы.

Исследование спорово-пыльцевых остатков во льду позволило более определенно ответить на вопрос о генетической принадлежности изученной залежи. В обнажении, вскрывающемся вдоль реки, проанализирован молочно-белый, хрустальный и серый лед с включениями грунта. Почти весь проанализированный пластовый лед характеризуется высоким содержанием переотложенных доплейстоценовых палиноморф (15-35%). Такие значения содержания переотложенных палиноморф характерны для пляжевых фаций п-ва Ямал [Васильчук, 2005; 2007]. Кроме того, в образце серого льда отмечены обломки спикул губок, что также характерно для отложений морского генезиса. Отмечены также споры грибов, встречающихся в тундровых болотах, и мелкие диатомеи рода Melosira. Кварцевые обломки в основном очень мелкие и неокатанные за исключением одного образца серого льда, где кварцевые зерна округлые, их преобладающий размер 25-30 мкм. В этой части обнажения пластовых льдов в палиноспектрах доминирует пыльца кустарников (40-59%). В сером льду преобладает пыльца трав (39%), это в основном пыльца осок.

В цирке, где также вскрыт пластовый лед, проанализирован хрустальный и серый лед. Полученные палиноспектры характеризуются отсутствием переотложенных доплейстоценовых палиноморф, очень высоким содержанием пыльцы кустарников (57-75%) при доминировании пыльцы ольховника (до 41%). В хрустальном льду отмечено значительное количество спор зеленых мхов (25%), в то время как в сером льду споры зеленых мхов не встречены. Однако в сером льду содержание пыльцы верескоцветных - типично тундрового компонента - составляет 10%. Ниже по течению р. Еркутаяха палинологически охарактеризован серый, залегающий в виде черепицы лед, характеристика которого близка к палиноспектрам из обнажения вдоль реки. Обращает на себя внимание заметное различие спорово-пыльцевых спектров вертикально-слоистого льда центрального штока (скорее всего, инъекционного генезиса) и горизонтально-слоистого периферийного льда (скорее всего, сегрегационного или инфильтрационно-сегрегационного генезиса). Особенно заметно это различие при анализе переотложенных пыльцы и спор, которых во льду центрального штока нет, а в периферийной горизонтально-слоистой залежи переотложение очень велико и достигает 35% (табл. 3).

Это же можно сказать о диатомовых водорослях, обломках спикул губок и остатках грибов - их нет во льду штока и много в периферийном льду. Выявлены различия и в степени окатанности кварцевых частиц - во льду штока они неокатанные, а в горизонтально-слоистом периферийном льду окатанность кварцевых частиц хорошая. Это указывает на различные источники поступления воды для питания вертикально-слоистого льда центрального штока и горизонтально-слоистого периферийного льда.

Палиноспектры, изученные в разных типах льда вскрытой залежи, точнее, сочетания пластовых ледяных тел разной текстуры свидетельствуют о внутригрунтовом происхождении льда. На это указывает типично тундровый характер палиноспектров, доминирование пыльцы карликовой березки, ольховника, злаков, осок и спор зеленых мхов (14-25%), участие пыльцы верескоцветных (3-10%), практически полное отсутствие пыльцы древесных пород, наличие спор хвощей, пыльцы водных растений, таких как Thalictrum, Sparganium, а также заметное содержание доплейстоценовых палиноморф.

Сопоставление палиноспектров этого комплекса со спектрами, изученными нами ранее в тундровой зоне Ямало-Гыданской провинции, продемонстрировало существенное сходство с палиноспектрами, выделенными в ряде пластовых залежей льда в пределах Бованенковского месторождения [Васильчук, 2009], ледяных пластах в отложениях первой террасы в устье р. Гыда [Васильчук, 2005] и в низовьях р. Юрибей. Общими для выделенных палиноспектров является их «тундровый» характер: доминирование пыльцы карликовой березки, осок и спор зеленых мхов с заметным содержанием пыльцы водных растений и спор хвощей, участие пыльцы верескоцветных, а также присутствие переотложенных дочетвертичных пыльцы и спор (до 17%), полное отсутствие экзотической пыльцы деревьев широколиственных пород. В пластовом льду Бованенковского месторождения и ледяной залежи в низовьях р. Юрибей, так же как и во льдах на р. Еркутаяха, встречены остатки диатомей. Преобладание спор зеленых мхов (22-27%) наряду с пыльцой полярной ивы (14%) также характерно для палиноспектров как из серого льда в обнажении на р. Еркутаяха, так и для самого нижнего пласта льда в обнажении пластовых льдов на р. Гыда.

Если сравнить палиноспектры, выделенные нами во льду обнажения на р. Еркутаяха, и палиноспектры изо льда и снежного покрова полярных ледников, то очевидны существенные различия. В толще льда полярных ледников содержание экзотической дальнезаносной пыльцы Acer, Fraxinus, Quercus, Ulmus, Populus, Abies колеблется от 3 до 23%. В изученной пластовой залежи пыльца экзотических для полярных районов видов древесных пород не встречена, пыльца сосны встречена единично (1 пыльцевое зерно). Кроме того, в ледниковом льду переотложенные дочетвертичные палиноморфы практически не встречаются, в то время как в пластовом льду в большинстве образцов переотложенные дочетвертичные пыльца и споры отмечены в количестве 15-35%. В толще ледников и в снежном покрове преобладает легко переносимая по воздуху пыльца сосен [Andreev et al., 1997; Bourgeois, 1990; 2000]. Например, палиноспектры над куполом Вавилова [Калугина и др., 1979] характеризуются преобладанием пыльцы древесных пород с участием пыльцы злаков, маревых, полыни и розоцветных. На куполе Академии Наук (о. Комсомолец) в снежном покрове также абсолютными доминантами являются легко переносимые ветром пыльцевые зерна сосны (40 экз./л), концентрация которых достигает 97% от общего состава [Bourgeois, 2000]. Во льду и снежном покрове ледников Полярного Урала также доминирует пыльца сосен Pinus sylvestris (26-36%), P. sibirica (9-16%) [Васильчук и Васильчук, 2010].

Возраст этого гетерогенного пластового комплекса пока точно определить трудно, но OSL-датировки выполненные в работе [Astakhov, 2006] из вмещающих пласт отложений (от 59±4 до 72±5 тыс. лет), позволяют утверждать, что лед сформировался не ранее 60 тыс. лет назад.

Совместный анализ распределения стабильных изотопов и спорово-пыльцевых остатков в пластовой залежи на р. Еркутаяха позволяет заключить, что это внутригрунтовая (автохтонная) гетерогенная пластовая залежь [Васильчук, 2011]. Вначале сформировался горизонтальный пласт льда в результате инфильтрационно-сегрегационного льдовыделения при промерзании осушающегося пляжа. В результате дальнейшего промерзания под залежью сформировался замкнутый талик. Его дальнейшее промерзание привело к инъекции напорной воды вверх, образованию штока инъекционного льда и деформации залегающей выше ранее горизонтальной ледяной залежи.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (гранты 10-05-00986 и 11-05-01141) и Федерального агентства по науке и инновациям (госконтракт 02.740.11.0337).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильчук Ю.К., Васильчук А.К., Буданцева Н.А., Чижова Ю.Н., Папеш В., Подборный Е.Е., Сулержицкий Л.Д. Изотопно-кислородная и дейтериевая индикация генезиса пластовых льдов и их ¹⁴С возраст (Бованенково, Центральный Ямал) // Доклады РАН. 2009. Т. 428. № 5. С. 675-681.

2. Васильчук Ю.К. Криосфера Харасавэйского газоконденсатного месторождения. Тюмень; СПб.: Недра, 2006. С. 160-193.

3. Belova N.G., Solomatin V.I., Meyer H. In: Thermal State of Frozen Ground in a Changing Climate During the IPY. Abstr. III Europ. Conf. on Permafrost. 13-17 June 2010. Svalbard: Univ. Centre in Svalbard, 2010. P. 284.

4. Слагода Е.А., Мельников В.П., Опокина О.Л. Повторно-инъекционные штоки льда в отложениях Западного Ямала // Доклады РАН. 2010. Т. 432. № 2. С. 264–266.

5. Васильчук А.К. Особенности формирования палиноспектров в криолитозоне России. М.: Изд-во МГУ, 2005. 245 с.

6. Васильчук А.К. Палинология и хронология полигонально-жильных комплексов в криолитозоне России. М.: Изд-во МГУ, 2007. 488 с.

7. Andreev A.A., Nikolaev V.I., Bol’sheiyanov D.Yu., Petrov V.N. // Geograph. Phys. et Quatern. 1997. V. 51. № 3. P. 379-389.

8. Bourgeois J.C. // Boreas. 1990. V. 19. № 4. P. 313-322.

9. Bourgeois J.C. Seasonal and interannual pollen variability in snow layers of arctic ice caps // Rev. Palaeobot. and Palynol. 2000. V. 108. Iss. 1/2. P. 17-36.

10. Калугина Л.В., Малаховский Д.Б., Макеев В.М., Сафронова И.Н. Некоторые результаты палинологических исследований на архипелаге Северная Земля в связи с вопросом о переносе пыльцы и спор в высокоширотной Арктике // Известия Всесоюзного географического общества. 1979. № 4. С. 330-334.

11. Васильчук А.К., Васильчук Ю.К. Локальные палиноспектры - новый критерий неледникового генезиса пластовых льдов // Доклады РАН. 2010. Т. 433. № 3. С. 397-402.

12. Astakhov V.I. Evidence of Late Pleistocene ice-dammed lakes in West Siberia // Boreas. 2006. V. 35. № 1. P. 607-621.

13. Васильчук Ю.К. Гомогенные и гетерогенные пластовые ледяные залежи в многолетнемерзлых породах // Криосфера Земли. 2011. Т. 15. №1. С. 40–51.