2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Основным методом исследований было изучение строения рельефа и четвертичных отложений. В ходе Государственной геологической съемки, с участием автора, составлены геоморфологическая карта и карта четвертичных отложений архипелага Северная Земля в масштабе 1:200 000 [Гос. геолог. карта СССР, 1991], опубликованы геоморфологические карты дельты р. Оби [Макеев и др., 1988] и оазиса Бангера [Большиянов, 1990, 2005]. Из методов геоморфологии широко использовался анализ террасовых рядов долин рек, исследование долин в целом [Большиянов, Устинов, 1988; Макеев и др., 1988]. Особое значение в геоморфологических исследованиях придавалось изучению современного перигляциального рельефоформирования. В этом направлении наибольший интерес для автора представляют исследования взаимодействия ледников покровного типа и их ложа [Большиянов, Макеев, 1995]. Среди других процессов рельефоформирования активно (с наблюдениями на полигонах) исследовались современные склоновые процессы [Большиянов, 1988], процессы размыва морских и речных берегов, русловые процессы в целом [Макеев и др., 1988; Большиянов, Зимичев, 1995; Большиянов, Савин, 1982].

Четвертичные отложения исследовались всеми доступными автору методами. Основной из них - описание разрезов четвертичных отложений, отбор образцов и комплексный анализ отобранных проб. В лабораториях Санкт-Петербургского государственного университета, ВНИИОкеангеология, МГУ проводились анализы: спорово-пыльцевой, диатомовый, микрофаунистический, гранулометрический, минералогический, химический, радиоуглеродное и уран-ториевое датирование образцов органического вещества. Для датирования раковин морских моллюсков и вмещающих их отложений активно применялся метод электронно-парамагнитной резонансной спектроскопии (ЭПР-метод), успешно разрабатываемый в Институте геологии Таллиннского технического университета [Molodkov, 1988].

Для современного этапа развития палеогеографии четвертичного периода характерна жесткая привязка всех реконструкций к моментам времени прошлого данными абсолютного датирования. Биостратиграфические методы - основа стратиграфии и палеогеографии прошлого этапа исследований - в настоящее время используются вместе с данными абсолютного датирования отложений. В противном случае реконструкции считаются необоснованными. Это в целом верное направление развития палеогеографии таит в себе некоторые опасности, связанные с абсолютизацией данных датирования. Ни один из методов абсолютного датирования не может считаться лишенным недостатков. Даже результаты наиболее распространенного метода датирования органических отложений - радиоуглеродного, широко используемого в мире, часто встречают непонимание среди геологов и палеогеографов, благодаря совершенно иным, по сравнению с ожидаемыми, результатам. Кроме субъективных обстоятельств, приверженности исследователей той или иной схеме развития природной среды, эти непонимания и противоречия имеют и объективный смысл.

Датирование отложений изотопными методами часто входит в противоречие с геологическими данными. В этом случае приходится сомневаться в правильности представлений о физических процессах, позволяющих проводить датирование. Примером того, что исследователи далеки от полного понимания физических процессов, является выведение поправки для радиоуглеродных датировок образцов органического материала из морской среды. Так называемый резервуарный эффект (the marine reservoir effect) - уменьшение активности изотопа углерода ¹⁴C в поверхностных водах Антарктики - приводит к удревнению возраста органических образцов и требует введения поправок. Причина этого эффекта до настоящего времени не понята, хотя и делаются попытки его объяснения [Bjork, Hjort, 1991]. Несмотря на то, что всеми исследователями принимается необходимость внесения поправок в радиоуглеродные даты органических отложений, связанных с Южным океаном, и для оазиса Бангера в Восточной Антарктиде принята поправка, равная 1000 годам, по датированию костей современного снежного буревестника (910±50 лет назад (л.н.), ЛУ-3309 - лаб. номер образца [Verkulich, Hiller, 1994]), эта поправка не является универсальной даже для оазиса Бангера. Одновременное датирование образца раковин Laternula elliptica с 5-7-метровой морской террасы оазиса Бангера радиоуглеродным и ЭПР-методами показали одинаковый результат - 5480±40 л.н. (ЛУ-2292) и 5230±400 л.н. соответственно. На результате ЭПР-датирования резервуарный эффект не может сказаться. Одинаковый возраст одних и тех же раковин, установленный двумя совершенно различными методами, вносит сомнения в правильности попыток объяснить разницу возрастов этим эффектом. Кроме того, радиоуглеродное датирование современных бактериальных матов на дне озера Фигурного в том же оазисе Бангера дало результат в 720±70 л.н. (ЛУ-1985), что также отлично от поправки в 1000 лет, выведенной ранее.

Поэтому поправки на резервуарный эффект являются слабым аргументом в пользу точности радиоуглеродного метода датирования органических остатков, тем более что сущность резервуарного эффекта еще пока никто ясно не объяснил. ОСЛ-датирование (оптико-стимулированная люминисценция) той же береговой линии высотой 5 м в оазисе Бангера, проведенное по образцам австралийской экспедиции, дало возраст 5,3±2,9 и 8,0±2,1 тыс. л.н. [Gore, Rhodes, 2001].

Нельзя не отметить, что все методы абсолютного датирования имеют свои временные пределы и свои точности. Полностью полагаться на какой-либо один метод нельзя. Их необходимо при возможности контролировать другими методами, но самое главное, датировкам можно доверять только тогда, когда они не противоречат стратиграфии отложений, геоморфологической и геологической обстановке залегания образцов. В этом смысле ЭПР-метод датирования морских отложений не имеет стольких противоречий, как термолюминисцентный и уран-ториевый методы. К настоящему времени получено около 60 датировок морских отложений Северной Земли, полуострова Таймыр, Новосибирских островов, острова Колгуев [Molodkov, Bolikhovskaya, 2002], и все они не противоречат стратиграфическому положению датированных образцов в разрезах. Насколько известно автору, ЭПР-датировки по другим районам, кроме Арктики, также соответствуют стратиграфическим и палеонтологическим представлениям о возрасте опробованных толщ [Molodkov, Bolikhovskaya, 2002].

Данные ОСЛ-датирования более противоречивы по сравнению с данными радиоуглеродного метода и метода ЭПР-датирования. Сравнение результатов ЭПР, OСЛ и U-Th-датирования, проведенного Г.Б.Федоровым на примере отложений полуострова Таймыр (рис. 1) [Федоров, 2003], показывают, что ЭПР-датировки находятся в наиболее узком диапазоне отклонений от вероятных правдоподобных датировок.

С другой стороны, есть исследования, ставящие под сомнение сами физические константы. Например, скорость радиоактивного распада элементов, которая может меняться в зависимости от гравитационного потенциала Земли, что неминуемо должно сказаться на определяемом возрасте отложений [Максимов, 1998]. Несоответствие шкал радиоуглеродного и «абсолютного» времени отмечены В.В.Бутвиловским [1993] при изучении четвертичной истории Алтая. Поэтому для приближения палеогеографических реконструкций к истинной картине развития природы одних абсолютных датировок недостаточно, как недостаточно и любого другого метода, используемого изолированно от всего комплекса методов палеогеографии.

Исходя из вышеизложенного, в палеогеографических реконструкциях представляемой работы, по возможности, использовались все доступные методы датирования, включая и палеомагнитный метод, для отложений архипелага Северная Земля. Благодаря оживившимся в последнее десятилетие XX века международным исследованиям Российской Арктики, наши ученые получили доступ к новейшим технологиям лабораторных исследований, в том числе и к датированию органических остатков в очень ограниченных по весу образцах радиоуглеродным методом с помощью ускорителя (AMS-датирование). В данной работе использованы и эти датировки, выполненные в лабораториях Западной Европы.

В 1992 г. после проведения исследований современного состояния и истории развития природной среды Арктики автором разработана методология исследований в виде концепции мониторинга глобальных и региональных антропогенных воздействий на климат и природную среду Арктики [Разработать на основе… (отчет), 1992]. Концепция заключается в обосновании выбора природных объектов, которые сохраняют информацию об истории развития природной среды в многолетнем масштабе времени (сотни, тысячи, десятки тысяч лет) и на протяжении индустриальной эпохи развития человечества, и в комплексном их исследовании. К таким объектам в Арктике относятся ледники, донные отложения озер, торфяники, водные экосистемы суши в целом. Комплексные исследования этих объектов привели автора к пониманию многих современных процессов, без знания которых невозможны палеогеографические реконструкции.

Так, исследования донных озерных отложений в целях восстановления палеоклимата потребовали изучения гидрологического и метеорологического режима рек и озер. Такие исследования выполнены автором на озерах: Изменчивом (архипелаг Северная Земля) [Большиянов, 1985], Левинсон-Лессинга (п-ов Таймыр) [Zimichev, Bolshiyanov, 1999]. В целях правильной палеогеографической интерпретации материалов изучения донных озерных отложений проведены исследования процессов современного осадконакопления и работы по подсчету полного водного баланса и баланса наносов водосборных бассейнов озер.

Одним из примеров того, как могут быть неправильно интерпретированы в палеогеографическом смысле данные о строении озерных отложений без знания современных процессов осадконакопления, является исследование немецкими коллегами отложений того же озера Изменчивого на острове Октябрьской Революции. На рис. 2 представлено строение донных озерных отложений озера Изменчивого по результатам бурения автора с коллегами в 1975-1981 гг. [Большиянов, Макеев, 1995] и по результатам совместного бурения с немецкими специалистами в 1995 г. [Raab et al., 2003]. Из схемы датирования отложений различными способами (аминокислотный, радиоуглеродный - AMS) видно, что отложения формировались в голоцене, в сартанское и каргинское время позднего неоплейстоцена. Осадки залегают на ледниковых отложениях мощностью около 1,5 м и на коренных девонских породах. Даже самые верхние слои отложений немецкими коллегами датируются временем середины голоцена или конца неоплейстоцена. Наши комплексные исследования гидрологического режима озера, проведенные в 1979-1981 гг. [Большиянов, 1985], показали, что скорость осадконакопления в озере велика, т.к. талые ледниковые воды вносят в озеро значительное количество обломочного материала, размываемого по пути от ледника к озеру на протяжении 4 км. Размываются и переоткладываются в озеро в основном поздненеоплейстоценовые морские отложения. Скорости эрозии и заполнения котловины настолько велики, что озеро площадью около 10 км² с объемом воды около 50 млн м³ будет заполнено наносами не более чем через 1500 лет. Это стало ясно после проведения гидрометрических работ и измерения скорости осадконакопления и выдвижения дельты проток в озеро. Ярко выраженные ленточнослоистые осадки показывают, что верхние 1,3 метра озерных отложений откладывались в период последних 1500 лет. А по схеме немецких коллег (см. рис. 2) [Raab et al., 2003] возраст конца голоцена устанавливается для отложений первых сантиметров. Датируя отложения и получая их возраст, исследователи совершенно не учитывали ни литологию осадков (ярко выраженная годовая слоистость - ленточные глины), ни современные условия осадконакопления.

В результате опоры на абсолютные методы датирования вместо голоценовой истории развития озерного водоема получена интерпретация истории развития древнейшего водоема, возникновение которого относится к этапу казанцевской трансгрессии. Между прочим, наши исследования при анализе содержащейся в подстилающих ленточные глины алевритах микрофауны фораминифер и остракод показали, что последняя трансгрессия, в результате которой котловина озера заполнялась морскими водами, окончилась всего лишь около 1500 лет назад. И это событие прошло совершенно незамеченным в результате датирования и анализа химического состава отложений, выполненных немецкими коллегами [Raab et al., 2003]. Таким образом, сравнение подходов различных исследователей дает понять, что одни датировки не могут привести к надежным палеогеографическим выводам, с одной стороны. С другой стороны, отсутствие литологического анализа при выполнении палеогеографических построений по донным отложениям привело немецких коллег к полному непониманию процессов осадконакопления в озере, да и к сомнениям насчет того, стоит ли вообще знать эти процессы для проведения палеогеографического анализа.

Другим ярким примером палеогеографического анализа без проведения каких-либо исследований озерного осадконакопления является изучение озера Туманов (Fog Lake) - маленького озера размером 140х170 м, глубиной 9,5 м, расположенного на высоте 460 м над уровнем моря, среди склонов коренных пород полустрова Камберлэнд (северное побережье острова Баффина - Канадская Арктика) [Wolfe et al., 2000]. Исследователи провели целый комплекс анализов (спорово-пыльцевой и диатомовый, магнитной восприимчивости, гранулометрический, содержания воды, содержания углерода). Получен длинный ряд датировок (радиоуглеродных, аминокислотных, термолюминесцентных) донных отложений. И в результате сделан вывод, что осадконакопление происходило, возможно, с перерывами, в течение 93 тыс. лет. За это время накопилось 120 см осадка. Не вдаваясь в противоречия датировок между собой и результатов палинологического анализа, необходимо отметить лишь то, что никаких событий, связанных с поступлением в озеро заметного количества материала (более чем 0,08 мм/год), здесь не произошло почти за 100 тыс. лет. Причем этот район являлся ареной: дегляциации Лаврентийского ледникового щита в конце позднего неоплейстоцена, хоть и не подвергался прямому оледенению; колебаний уровня моря в течение позднего неоплейстоцена; резкого изменения климата на рубеже позднего неоплейстоцена и голоцена и других многочисленных изменений природной среды на таком длительном этапе, как 93 тыс. лет. Эти изменения никак не повлияли на предельно медленную скорость осадконакопления, которая колебалась от 0,003 до 0,08 мм/год. Перерывы в стратиграфической колонке не отмечены, хотя авторы их допускают. Такая история развития природной среды возможна лишь в изолированных от внешних воздействий условиях, вероятно, во внеземных условиях. Думается, что для разрешения всех поставленных противоречий достаточно было измерить количество поступающих в озеро воды и наносов, а также измерить расход воды и наносов в вытекающей протоке и получить представление о современных скоростях осадконакопления. Также, в дополнение ко всем проведенным анализам, сначала было бы хорошо описать литологическое строение отложений и хотя бы отметить геоморфологическое положение озера.

Как показывают два приведенных примера, опора на датировки абсолютного возраста отложений в отрыве от понимания процессов, происходящих в природной среде, может привести исследователей в тупиковую ситуацию, когда громадный массив информации по донным отложениям не дает никаких выводов об изменениях природной среды, что и зафиксировано в заключении последней цитируемой работы [Wolfe et al., 2000].

Для понимания процессов взаимодействия ледников покровного типа и их ложа необходимо знать их режим. Поэтому автор проводил исследования: баланса массы ледника Вавилова на острове Октябрьской Революции, скоростей движения льда, современной динамики оледенения архипелага Северная Земля, как с использованием аэрофотосъемок, так и при непосредственных наблюдениях за скоростью передвижения краев ледников на полигонах [Барков и др., 1992; Говоруха и др., 1987; Большиянов и др.,1998]. Особо необходимо остановиться на исследованиях процессов на контакте ложа и ледника, которые просто необходимо знать для понимания возможностей ледника проводить механическую работу по преобразованию земной поверхности. На леднике Вавилова в 1989 г. специалистами Ленинградского Горного института пробурена очень редкая скважина, достигшая пород ложа покровного ледника и проникшая в них [Кудряшов и др., 1991]. Автор организовал и проводил исследования контакта льда с промерзшими четвертичными отложениями, залегающими на ложе [Большиянов и др., 1990], что дало четкое понимание поведения ледника как геологического фактора.

Здесь необходимо отметить, что в целом пятнадцатилетние (с 1974 по 1989 г.) исследования гляциологического стационара ААНИИ на ледниковом куполе Вавилова, которые с 1977 г. были круглогодичными, дали огромное количество материала для понимания режима ледника покровного типа, но не только. Гляциологический стационар был по существу первой и единственной в мире станцией комплексного исследования природной среды Арктики, значение которой пока не оценено по достоинству, прежде всего самими исследователями, которые на ней работали.

Для выяснения причин возникновения и существования пассивных ледников проводилось исследование изменчивости климата северной полярной области Земли в течение позднего неоплейстоцена и голоцена. Оно базировалось на данных спорово-пыльцевого анализа и определения возраста отложений радиоуглеродным методом, в том числе полученных с помощью методики проекта Европейского научного фонда «CAPE» (Cirrcumpolar Arctic PaleoEnvironment) [CAPE members, 2001].

Методика восстановления вековых колебаний уровня моря, необходимых для выяснения изменчивости природной среды прошлого, в том числе развития оледенений, основана на знании геоморфологического строения устьевых участков впадающих в него рек. Отличительной особенностью последних является иное строение поймы по сравнению со средними участками рек, где основными причинами формирования пойм являются боковой подмыв рекой берегов и медленная миграция меандров вниз по течению с образованием вееров блуждания потоков и береговых валов. В дельтах рек такие образования также присутствуют, и, несомненно, все поймы сложены в основном речными наносами. Процессы осадконакопления и формирования рельефа в устьях полностью контролируются таким важнейшим фактором, как изменение высоты базиса эрозии, т.е. уровенным режимом приемного водоема. По-видимому, нет необходимости доказывать, что изменение уровня моря даже на первые метры приводит к смещению процессов дельтообразования в сторону моря или суши на многие километры, а в районах с отмелыми берегами на десятки и сотни километров. Это доказано как экспериментальным путем [Маккавеев и др., 1961], так и при изучении конкретных дельт [Макеев, 1988].

Модель развития дельт в многолетнем (вековом) временном диапазоне разработана в предыдущей работе [Установить особенности... (отчет), 1987]. При подъеме уровня моря площади дельт полностью или частично замещаются мелководными водоемами, в которых аккумулируются значительные массы осадков, приносимых реками. В результате последующей регрессии моря подводная дельта превращается в участок суши, и дальнейшее ее наращивание в высоту происходит, главным образом, под влиянием работы реки. Во время регрессии основным процессом в развитии дельты становится размыв - формирование проток (глубинная эрозия), размыв берегов (боковая эрозия). На этом этапе возникают типичные пойменные формы рельефа: русловые валы, старицы. Интенсивность размыва определяется многими факторами: стоком воды, наносов, тепла, устойчивостью многолетнемерзлых пород и т.д. Важным фактором выступает время - продолжительность размыва и регрессии морского бассейна. При смене режима отступания моря или его стабильного положения новой трансгрессией морские заливы вновь смещаются вверх по долинам, и на размытых рекой и морем старых дельтах вновь могут откладываться аллювиально-морские осадки. Таким образом, периодическое чередование регрессий и трансгрессий определяет облик и пространственное положение дельт рек.

Исходя из данной модели, предлагается методика построения кривых колебаний уровня моря, заключающаяся в определении абсолютного возраста отложений, слагающих различные геоморфологические уровни дельт: осушки, поймы, террасы, образование которых полностью контролируется положением базиса эрозии. Анализ распределения датировок отложений по различным высотам геоморфологических уровней дает возможность построить кривые изменения уровня приемного бассейна во времени. Основной метод абсолютного датирования - радиоуглеродное определение возраста растительных остатков и плавниковой древесины, в изобилии накапливающихся в устьевых участках рек в любой отрезок времени их существования. Более подробно использованные и разработанные методики рассмотрены в соответствующих разделах работы.

 ОГЛАВЛЕНИЕ