Аннотация

Работа обобщает данные по ледниковым событиям в континентальном арктическом секторе Восточной Сибири, полученные научным коллективом Лаборатории стратиграфии четвертичного периода ГИН РАН по программе Международного полярного года 2007-2008. Исследования позволили выявить последовательность ледниковых и биотических событий в этом регионе, дать биостратиграфическое и геохронологическое обоснование региональной стратиграфии квартера.

1. Введение

Лишь однажды в течение четвертичного периода территория Новосибирских островов претерпела оледенение в конце среднего неоплейстоцена [Анисимов и др., 2006]. Центром оледенения, видимо, были возвышенности островов Жохова и Беннетта. Увеличиваясь радиально в размерах, образовавшийся ледник в максимум оледенения покрывал значительную часть Новосибирских островов и прилегающего шельфа: острова архипелага Де-Лонга, архипелаг Анжу (острова: о. Новая Сибирь, о. Фаддеевский, Землю Бунге и часть о. Котельного). Пока невозможно уверенно очертить контуры его максимального распространения, можно лишь представить на основании прямых и косвенных данных его размеры [Басилян, Никольский, 2007; 2007а; Басилян и др., 2008; 2009]. Вероятно, гряды конечных морен, позволяющие ограничить площадь, покрываемую льдом в плейстоцене, в настоящее время затоплены и перекрыты морскими осадками на дне пролива Санникова (рис. 1).

Во время оледенения огромные массы льда, перемещаясь, производили работу, которая привела к кардинальной перестройке геологического строения островов. Ледником были перемещены и деформированы толщи и фрагменты осадочных и вулканогенных пород, слагающих ложе ледника, с образованием складчатых и разрывных нарушений, крупных надвигов и чешуйчатых сооружений. Дислоцированы, как плейстоценовые отложения, так и подстилающие их меловые и палеогеновые толщи. Нарушения с образованием линейных вытянутых складок с углами падения крыльев до 45-50° наблюдаются, например, в разрезах мыса Каменный, о. Новая Сибирь (рис. 2, 3). Чешуйчатая структура четвертичных отложений вскрывается в разрезах мыса Сана-Балаган, о. Фаддеевский (рис. 4), меловых - в разрезах мыса Утес Деревянных Гор (о. Новая Сибирь). В результате экзарационной деятельности ледника комплекс дислоцированных отложений срезан на уровне 40 м на севере о. Новая Сибирь и на уровне 30 м на о. Фаддеевский.

Наличие ледового покрова оказало влияние и на характер осадконакопления. Началу этого геологического события предшествовало падение уровня моря, зафиксированное в регрессивных морских отложениях. Оледенение и последующая дегляциация отразились в формировании ингрессивного седиментационного цикла прибрежно-морских отложений, залегающих выше (рис. 5). В наиболее глубоководной части этого цикла залегают пластовые льды - реликты оледенения. Ледником предопределен ряд моренных отложений, которые получили развитие на островах. Выровненные ледником поверхности усеяны грубообломочным материалом абляционной морены, в составе которого встречаются валуны с ледниковой штриховкой (рис. 6). Некоторые из валунов достигают 1,5 м в диаметре. Комплексы самих чешуй и пластин также являются основными чешуйчатыми моренами. Влияние ледника на геологическое строение островов продолжается и в настоящее время; дегляциация островов не закончена.

Оледенение Новосибирских островов вызвало усиление континентализации климата в перигляциальной зоне (Ляховские о-ва, Яно-Индигирская низменность), что, в свою очередь, отразилось в осадконакоплении увеличением эоловой составляющей. Нормальная для этих мест последовательность чередования разнофациальных ледовых комплексов с повторно-жильными льдами и толщ, сформированных в результате термокарста, нарушается слабольдистой толщей супесей в значительной степени состоящих из эолового материала.

Возраст оледенения - этого важного для севера Восточной Сибири геологического события - установлен в результате изучения вмещающих пластовые льды отложений с использованием комплекса биостратиграфических методов и радиологического датирования. С целью ²³⁰Th/U-датирования были отобраны образцы раковин моллюсков из морских мелководных отложений, дислоцированных ледником: С019 и С016 в разрезе мыса Каменный (о. Новая Сибирь), С072 и С070 - в разрезе Сана-Балаган (о. Фаддеевский). Из отложений регрессирующего моря, перекрывающих следы оледенения - образцы моллюсков NS BM-M и NS BM-L в разрезе Бухты Мира (о. Новая Сибирь) и С069 в разрезе мыса Сана-Балаган (рис. 2, 4, 7). Отбирались преимущественно толстостенные раковины двустворчатых моллюсков и гастропод: Astarte (Tridonta) borealis (Schumacher, 1817), Hiatella arctica (Linne, 1767) и Neptunea sp. Следует отметить, что на о. Фаддеевском раковины С069 встречены совместно с костными остатками грызунов.

В толще континентальных отложений залегающих выше встречено множество костей крупных млекопитающих мамонтового комплекса, по которым получены радиоуглеродные даты. Наиболее древние получены по остаткам мамонтов 48600±1500 ¹⁴C лет (GIN-11818) и >50000 ¹⁴C лет (GIN-11819).

2. Определение возраста раковин моллюсков методом ²³⁰Th/U-датирования

Экспериментально установленный факт нарушения в морской воде радиоактивного равновесия в урановом ряду послужил предпосылкой для разработки и внедрения в практику геохронологических исследований уран-ториевого (²³⁰Th/²³⁴U) метода определения возраста ископаемых раковин моллюсков. Из материнского урана, находящегося в субстрате раковины в значительных количествах (до нескольких ppm или г/т), со временем образуется и накапливается дочерний ²³⁰Th. Современное значение отношения ²³⁰Th/²³⁴U является мерой возраста образца. Практическое использование уран-ториевого датирования морских отложений основывается на выполнимости ряда теоретических положений, сформулированных в ряде работ [Кузнецов, 1976; Ivanovich, Harmon, 1992; Arslanov, Tertychny, Kuznetsov et al., 2002].

Предполагается, что естественное соотношение изотопов урана в раковинах моллюсков соответствует таковому в морской воде, в которой они обитают. При этом дочерний радионуклид - ²³⁰Th, а также заметные количества ²³⁰Th и ²³²U (²³⁴U) не внедряются в структуру раковины из вмещающих отложений. Кроме того, в течение датируемого интервала времени (в пределах от первых нескольких тысяч до 250-300 тыс. лет) не происходит обмен между раковинами и вмещающим осадком (удаление или привнос) ²³⁰Th и ²³⁴U (²³⁸U). Если предпосылки ²³⁰Th/²³⁴U-метода выполняются, а объекты изучения соответствуют предъявляемым к ним требованиям, то возраст отдельных образцов раковин моллюсков или слоев кораллов рассчитывается по формуле [Ivanovich, Harmon, 1992]:

где λ₂₃₀ и λ₂₃₄ - постоянные распада ²³⁰Th и ²³⁴U; ²³⁰Th, ²³⁴U и ²³⁸U - активности этих изотопов, измеренные в изучаемой пробе. Расчет возраста по формуле (1) позволяет учесть также и долю ²³⁰Th, накопившуюся в образце из распадающегося во времени избыточного ²³⁴U (над равновесным с ним ²³⁸U) с момента включения урана в карбонатную структуру раковины.

В работах [Арсланов и др. 1976; Arslanov, Tertychny, Kuznetsov et al., 2002, 2002] показано, что в большинстве изученных этими авторами раковин моллюсков из трансгрессивных отложений Каспийского, Черного, Баренцева и Белого морей только самая внутренняя фракция образцов представляет собой закрытую геохимическую систему по отношению к урану и торию. Поэтому в настоящем исследовании на первой стадии радиохимического анализа 2/3 массы пробы (внешний и промежуточный слои) растворялись рассчитанным количеством азотной кислоты, а полученный раствор отбрасывался. Выделение изотопов урана и тория из остатка (внутренняя фракция) осуществлялось в соответствии с радиохимической методикой, приведенной в работе [Arslanov, Tertychny, Kuznetsov et al., 2002]. Остаток пробы весом в несколько грамм переводился в раствор с помощью HNO₃ (1:1). Далее проводилось разделение и очистка изотопов урана и тория методом анионной хроматографии, с последующим электроосаждением урановой и ториевой фракции (каждой в отдельности) из спиртового раствора на Pt-мишени. Альфа-спектрометрические измерения для определения содержаний (активностей) ²³⁸U, ²³⁴U, ²³²Th, ²³⁰Th осуществлялись в течение нескольких дней. Полученные таким образом данные послужили основой для расчета возраста исследованных раковин моллюсков (табл. 1, формула 1).

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, удельная активность ²³²Th в исследованных образцах весьма незначительна, находясь фактически на уровне или чуть выше предела ее детектирования. Это свидетельствует о практически полном отсутствии терригенного обломочного материала в составе анализированных фракций раковин и выполнимости одной из теоретических предпосылок ²³⁰Th/U-датирования этих формаций (см. табл. 1).

3. Обсуждение

Усредненная величина изотопного отношения активностей ²³⁴U/²³⁸U для открытых районов Мирового океана составляет 1.146±0.002 [Chen et al., 1986]. В шельфовых зонах океана и окраинных морях это отношение несколько выше. Например, в ископаемых раковинах моллюсков Каспийского и Черноморского побережий Кавказа значение ²³⁴U/²³⁸U варьирует в целом в пределах 1.2-1.5 и 1.0-1.4 соответственно [Арсланов и др., 1976]. В настоящей работе соотношение изотопов урана в большинстве случаев существенно выше и достигает 2 и даже несколько более (ЛУУ-13, 15, 16, табл. 1). Вероятно, изученные образцы (точнее, внутренние фракции раковин) нельзя, все-таки, рассматривать как полностью закрытые системы по отношению к урану. С определенной долей уверенности можно предполагать, что в течение времени с момента отложения и захоронения раковин моллюсков имело место дополнительное поступление изотопов урана в составе грунтовых вод в исследованные образцы. Экспериментально установлено, что в подземных водах величина ²³⁴U/²³⁸U оценивается интервалом 0.59-11.7, в континентальных поверхностных водах - 0.78-2.44 [Chenery et al., 2002]. В южной части ареала распространения вечной мерзлоты это соотношение, например, для вод Алданского щита получено от ~1.5 до ~3.3 [Титаева, 2005], а для разных глубин водных горизонтов в районе г. Томска - от 1-2 до порядка 16 [Tokarev et al., 2006]. Не исключено, что достаточно высокие значения ²³⁴U/²³⁸U в изученных раковинах являются результатом привноса в них урана в составе талых вод в периоды оптимизации климатических условий и оттаивания мерзлоты [Tokarev et al., 2006]. Эти процессы могли иметь место на протяжении последних как минимум ~180 тыс. лет (датировка образца ЛУУ-211 - 178.1±33.7/25.2 т.л., табл. 1) в межледниковые и межстадиальные времена. С этих позиций все полученные ²³⁰Th/U-датировки, скорее всего, в какой-то степени омоложены и не могут рассматриваться как окончательные.

Следы покровного оледенения Новосибирских о-вов перекрыты морскими мелководными отложениями, переходящими вверх по разрезу в континентальные толщи. На о. Фаддеевский в песчаной линзе пляжных отложений, сформировавшейся после таяния глетчерного льда, вместе с раковинами моллюсков были обнаружены остатки мелких млекопитающих (обр. С069), изученные В.С. Зажигиным. Возраст этой фауны по эволюционному положению Dicrostonyx henseli Hinton в линии копытных леммингов [Зажигин, 2004] определен как конец среднего неоплейстоцена. По раковинам моллюсков из этого образца получен уран ториевый возраст 57,4 +7,7, -7 тыс. лет. Таким образом, мы можем оценить омоложение уран ториевого возраста этого образца приблизительно на 60 тыс. лет. Это предположение хорошо согласуется с данными радиоуглеродного датирования. По костям поздненеоплейстоценовых млекопитающих из залегающих стратиграфически выше континентальных отложений получен большой массив ¹⁴C дат, наиболее древние из которых имеют значения: 48600±1500 ¹⁴С лет (GIN-11818) и >50000 ¹⁴C лет (GIN-11819). 

В целом непротиворечивая последовательность значений ²³⁰Th/²³⁴U-дат позволяет предположить, что степень их омоложения приблизительно одинакова. Следовательно, рассчитанный уран ториевый возраст оледенения, составляющий 84,4 + 4 тыс. лет (рис. 8), на самом деле может составлять около 135 тыс. лет. Таким образом, при некоторой неопределенности полученного результата уран-ториевого датирования возраст оледенения Новосибирских островов оценивается как вторая половина среднего неоплейстоцена.

Список литературы

Анисимов М.А., Тумской В.Е., Иванова В.В. Пластовые льды Новосибирских островов как реликт древнего оледенения  //  Материалы гляциологических исследований. 2006. Вып. 101, С. 143-145.

Арсланов Х.А., Тертычный Н.И., Герасимова С.А., Локшин Н.В. К вопросу о датировании морских раковин моллюсков по отношению Th²³⁰/U²³⁴ // Геохимия. 1976. N 11. С. 1724-1734.

Басилян, А.Э., Анисимов М., А., Никольский П.А. Оледенение Новосибирских островов: определяющий фактор геологического строения квартера. Геология полярных областей Земли. Материалы XLII Тектонического совещания. М.: ГЕОС, 2009. С. 43-45.

Басилян А.Э., Никольский П.А. О плейстоценовом оледенении Новосибирских островов. Материалы Всероссийского научного совещания «Геологические события неогена и квартера России: современное состояние стратиграфических схем и палеогеографические реконструкции». М.: ГЕОС, 2007. С. 10-12.

Басилян А.Э., Никольский П.А. Опорный разрез четвертичных отложений мыса Каменный (о. Новая Сибирь) // Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода № 67. М .: ГЕОС, 2007а. С. 76-84.

Басилян А.Э., Никольский П.А., Анисимов М.А. Плейстоценовое оледенение Новосибирских островов - сомнений больше нет // Новости МПГ №12, 2008. С. 7-9.

Зажигин В.С. О копытных леммингах (Dicrostonyx, Microtinae, Rodentia) Ойогос-Яра Восточной Сибири и о видовом статусе средненеоплейстоценового вида рода Dicrostonyx. Естественная история российской восточной Арктики в плейстоцене и голоцене. ГЕОС, 2003. С. 14-26.

Кузнецов Ю.В. Радиохронология океана. М.: Атомиздат, 1976. 279 с.

Arslanov Kh.A., Tertychny N.I., Kuznetsov V.Yu., Chernov S.B., Lokshin N.V., Gerasimova S.A., Maksimov F.E., Dodonov A.E. ²³⁰Th/U and ¹⁴C dating of mollusc shells from the coasts of the Caspian, Barents, White and Black Seas // Geochronometria, 2002. Vol. 21, P. 49-56.

Chen J.H., Edwards R.L., Wasserburg G.J. ²³⁸U-²³⁴U-²³²Th in seawater // Earth Planet. Sci. Lett, Vol. 80, 1986. P. 241-251.

Chenery S.R.N., Ander E.L., Perkins K.M., Smith B. Uranium anomalies identified using G-BASE data - Natural or anthropogenic? A uranium isotope pilot study // British Geo. Surv. Internal Report IR/02/001, 2002.

Ivanovich, M. and Harmon, R.S. (eds). Uranium-series Disequilibrium: Applications to Earth, Marine, and Environmental Sciences. 2nd Edn. Clarendon Press, Oxford . 1992. 910 pp.

Age of cover glaciation of the New Siberian islands based on ²³⁰Th/U-dating of mollusk shells.

A.E. Basilyan¹, P.A. Nikolskiy¹, F.E. Maksimov², V.Yu. Kuznetsov²

  1 - Geological Institute of Russian Academy of Science (GIN RAS), Moscow , Russia

2 - St. Petersburg State University (SPbSU), St. Petersburg , Russia

Abstract

This contribution provides a synthesis of data on glacial events of continental part of Arctic Eastern Siberia obtained by the research team of the Laboratory of Quaternary stratigraphy of Geological Institute RAS in the course of the International Polar Year program (2007-2008). The study allowed to establish a sequence of glacial and biotic events in the region and brought reliable biostratigraphic and geochronologic evidence for regional stratigraphy of the Quaternary.