Цель нашей работы - определить возраст полигонального торфяника близ г. Воркуты (рис. 1), установить время формирования ледяных жил в нем и построить первую для севера Европы изотопную диаграмму, позволяющую реконструировать зимние температуры времени формирования жил и определить временной тренд температур по сравнению с современными.

Среднегодовая температура воздуха (t_в) в г. Воркуте в середине 60-х годов прошлого века составляла -6.3°С, среднеянварская температура (t_ян) -20.4°С, среднезимняя температура (t_з) -16°С, сумма зимних температур (∑t_з) -3000 град ∙ сут, среднегодовая температура на поверхности грунта -6.0°С, абсолютный минимум температуры на поверхности грунта -54°С, средний минимум -12°С.

В июле 2003 г. нами исследован полигональный торфяник Юньягинский, расположенный в 13-14 км восточнее г. Воркуты.

В разрезе, вскрываемом карьером, на расстоянии 30-40 м друг от друга обнаружены три наиболее мощные торфяные линзы, где мощность торфа заметно увеличивается к центру полигона и превышает 2-2.5 м, составляя под канавками не более 1.5 м.

В одном из выходов торфяника обнаружена ледяная жила, залегающая в основном в сером озерном суглинке (рис. 2). Она верхней частью залегает в торфе с веточками кустарников и сильным едомным запахом. Отмечена характерная особенность поведения подошвы торфяника: она резко поднимается вверх на контакте с ледяной жилой; этот признак указывает на сингенетичность льда ледяной жилы [Попов, 1965; Васильчук, 1992].

В целом лед жилы желтовато-серый, вертикально-слоистый, ширина ее во фронтальном срезе в верхней части не более 40 см. Она клинообразно заканчивается на глубине 2-2.5 м от поверхности в синевато-серых суглинках, имеющих крупносетчатую среднешлировую текстуру, размер ячеек сетки 3 x 4 см, толщина шлиров до 2-3 см. Ледяная жила входит в эти суглинки на 0.5-0.6 м, остальная часть располагается в темно-коричневом торфе. Во льду жилы можно встретить отдельные скопления торфяных частиц в форме цепочки завитков размером до 0.5 см. В жиле на высоте 0.7-0.8 м над основанием также встречен ксенолит голубовато-серого суглинка размером до 2-3 см.

В соседнем с ледяной жилой обнажении мощного торфяника обнаружена торфяная жила со срезанной головой (скорее всего, срезано около 0.5 м).

Жила залегает на глубине 2.7 м, длина превышает 1.4 м (рис. 3), верхняя часть состоит из трех торфяных жилок шириной от 6 до 10 см. Торфяные жилки сложены листоватым торфом с веточками и стволами кустарников шириной до 1-2 см. В верхней половине грунтовой жилы торфяные жилки разделены серым суглинком, располагающимся вертикально внутри жилок, в котором наблюдается горизонтальная слоистая тонкошлировая криотекстура. Толщина шлиров 2-3 мм, расстояние между ними 2-3 см. В нижней половине жилы одна из торфяных жил заканчивается, а две другие сливаются в одну мощную торфяную жилу. Справа над головой жилы можно видеть коленообразный переход к вертикально стоящей торфяной кочке шириной 0.5 м и длиной 0.8 м. Зачатки таких торфяных жил наблюдаются через 3 м в этом же горизонте, однако высота их не превышает 1 м.

Изо льда ледяной жилы и из текстурного шлирового льда из вмещающих отложений выполнен детальный отбор образцов и в изотопной лаборатории Венского центра Арсенал проведены определения содержания стабильных изотопов водорода, кислорода и вариации дейтериевого эксцесса (табл. 1).

Изотопные характеристики разных типов льдов, снега и воды неодинаковы:

В жилах значения δD варьируют от -119.1 до -111.6‰, значения δ¹⁸O от -16.35 до -15.45‰ и дейтериевый эксцесс изменяется от 13.8 до 9.0‰ (рис. 4).

В текстурных льдах значения δD варьируют от -128.4 до -97.8‰, значения δ¹⁸O от -17.48 до -12.79‰, дейтериевый эксцесс изменяется от 11.4 до 4.5‰.

В снеге старого снежника значение δD составляет -134.4‰, δ¹⁸O -18.91‰ и дейтериевый эксцесс равен 16.9‰.

В воде небольшого межполигонального озера значение δD составляет -87.4‰, δ¹⁸O -11.31‰ и дейтериевый эксцесс равен 3.1‰.

Для сравнения также укажем, что 24 декабря 2003 г. нами был отобран свежевыпавший снег вблизи Воркуты у станций Сейда и Елецкая, и в этом снеге значения δD варьируют от -203.6 до -189.4‰, значения δ¹⁸O от -27.22 до -25.93‰, дейтериевый эксцесс изменяется от 14.2 до 18.0‰.

Как видно, в ледяных жилах изотопные вариации существенно различаются, что вполне объяснимо природой воды, питающей жилы, - это талая весенняя вода, образующаяся от таяния и фильтрации через всю снежную толщу. Сравнивая значения δ¹⁸O в жилах с значениями содержания тяжелого кислорода в современных ростках жил в Амдерме, полученными ранее -15.2‰ [Васильчук и Котляков, 2000], в торфянике на западном берегу Байдарацкой губы, восточнее устья р. Оюяха, где значения δ¹⁸O в жилах варьируют от -14.3 до -18.6‰ [Романенко и др., 2001], и с двумя значениями δ¹⁸O в жилах из торфа на Мысе Шпиндлера, равными -13.1 и -16.9‰ [Leibman et al., 2001], можно видеть, что в жилах Юньягинского торфяника изотопно-кислородный состав не существенно отличается от современного и голоценового и, как правило, на 0.5-1‰ легче, чем в ростке близ Амдермы.

Для установления времени формирования жил выполнено детальное опробование разнообразной органики (торфа и древесины) из вмещающего ледяную жилу торфяника и из грунтово-торфяной жилы (табл. 2).

Это позволило с высокой точностью (о прецизионности самого датирования говорят параллельные датировки разной органики с одной глубины, например древесина и вмещающий ее торф с глубины 1 м датированы в 6 140 и 6 070 лет) определить время накопления торфа, вмещающего ледяную жилу, основная толща торфа накопилась от 9.2 до 5.5 тыс. лет назад, т.е. в период оптимума голоцена. Если учесть, что ледяная жила выдавила подошву торфа на контакте со льдом, то вполне вероятно это произошло именно в процессе формирования ледяной жилы и, по всей вероятности, началось 9.2-9 тыс. лет назад, сразу после осушения озера, в котором накапливались суглинки, и после начала заболачивания, фиксируемого торфом.

О длительности периода формирования жилы со всей определенностью судить сложно, но исходя из распределения дат во вмещающем жилу торфе (9.2 тыс. лет в основании торфяника и 7.96 тыс. лет на 0.3 м выше головы жилы), а также из ширины жилы - 0.4 м и примерного количества элементарных жилок - менее 200, можно определить, что жильный лед сформировался за период не более 1-1.5 тыс. лет назад.

Наибольшая возможная длительность образования этой жилы, пожалуй, может быть оценена, исходя из распределения ¹⁴С-дат во вмещающем жилу торфе, в 3.5 тыс. лет, т.е. в интервал времени от 9 до 7 (5.5?) тыс. лет.

Судя по изотопному составу жильного льда (главная особенность которого - близость к современным изотопным характеристикам ростков жил в этом районе), можно заключить, что зимние условия в первой половине голоценового оптимума были по степени суровости подобны современным, и, уж во всяком случае, зимы были не теплее современных.

Показательным для определения начала периода растрескивания являются и датировки из вертикальной грунтово-торфяной жилы в левой части обнажения (см. рис. 3а). Возраст и древесины, и торфа в ней 9.2 тыс. лет.

Весьма любопытно возрастное совпадение, полученное при датировании подобных встреченной в этом разрезе грунтовой жиле, грунтовых жил в торфяниках на высоких террасах на восточном и западном побережье п-ова Ямал. На востоке на высокой террасе близ пос. Сеяха торфяная жила на глубине 4.0 м датирована 9 300±100 лет (ГИН-2472) [Васильчук, 1992], а на западе полуострова близ Марресале торфяная жила на глубине 2.5 м датирована 9 010±100 лет (ЛУ-1267) [Арсланов и др., 1986]. И в том, и в другом случае грунтовые торфяные жилы находятся в парагенезе с мощными ледяными жилами (высотой 3.5 и 2 м), рассекающими грунтовые жилы, т.е. повторно-жильный лед формировался сразу после образования торфяной жилы и наследовал ее. Это возрастное соответствие говорит о достаточно интенсивном и, надо полагать, достаточно широко распространенном, по крайней мере на севере западного сектора Российской криолитозоны, морозобойном растрескивании и формировании столь специфического явления, как сингенетические грунтово-торфяные жилы. Интересна и близость изменчивости (т.е. ∆δ¹⁸O) изотопно-кислородного состава Сеяхинской и Воркутинской жил, формировавшихся почти одновременно - менее 1‰: в жилах близ Воркуты значения δ¹⁸O изменяются от -15.60 до -16.28‰, в Сеяхинской от -19.4 до -20.3‰ и одинаково незначительное их отличие от современных значений.

Судя по содержанию микроэлементов в повторно-жильном льду Юньягинского торфяника (табл. 3), лед формировался преимущественно в субаэральных условиях с доминированием талой снеговой воды, заполнявшей морозобойные трещины. Только существенное содержание железа - более 0.6 мг/л - говорит о некотором участии болотных вод в составе льда.

Естественно предположить, что ледяная жила начала формироваться в более осушенной части болота, в это же время на чаще заливаемой его части начали формироваться грунтово-ледяные жилы, которые нередко встречаются в такой фациальной обстановке и вертикальное, часто причудливое переслаивание грунта и льда в которых не раз описано в различной геоморфологической ситуации [Дубиков, 2002; Некрасов и др., 1967]. При часто сменяющемся режиме обводнения ледяные жилки в ледогрунтовой жиле протаивали и в них попадал торф и ветки, затем вновь в результате осушения этой части болота здесь же закладывалась ледяная жилка и 2-3 таких цикла привели к формированию торфяно-ледяной жилы; впоследствии эта часть болота была более основательно залита, в результате чего лед вытаял и заместился суглинком, который сейчас перекрывает слой торфа с грунтовой торфяно-суглинистой жилой. Это произошло в интервале от 9 до 7 тыс. лет. В это же время ледяные жилы на менее обводненных участках формировались практически непрерывно, о чем свидетельствуют датировки во вмещающем жилу торфе 9, 8.7 и 7.9 тыс. лет.

Это позволяет считать наиболее вероятным, что период растрескивания и начала формирования ледяной и грунтовой жил близок к 9-9.2 тыс. лет назад, а период накопления ледяной жилы в целом может быть оценен от 9 до 7 (5.5?) тыс. лет назад. Изотопно-кислородная и дейтериевая диаграммы отражают стабильные зимние условия. В верхней части жилы отмечается более резкая изменчивость конфигурации изотопных диаграмм, сначала позитивный, а затем относительно резкий негативный сдвиг значений δD и δ¹⁸O, здесь же и очень заметное увеличение значений дейтериевого эксцесса - до 13.8‰ (при обычных для этой жилы значениях d_exc, равных 11-12‰). Это указывает на несколько более контрастные изменения зимних климатических и, возможно, геокриологических условий ближе к середине оптимума голоцена. Опираясь на сходство изотопно-кислородного и дейтериевого составов жил, формировавшихся в начале голоценового оптимума, с современными можно говорить о близости к современным в первую половину оптимума голоцена значений зимних температур.

Работа выполнена при частичном финансировании РФФИ (гранты 02-05-64177 и 02-05-64991) и Программы поддержки научных школ (НШ-2067.2003.5).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов А.И. Полигонально-жильный лед в Большеземельской тундре // Подземный лед. М.: Изд-во МГУ, 1965. С. 160-166.

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

3. Василъчук Ю.К., Котляков В.М. Основы изотопной геокриологии и гляциологии. М.: Изд-во МГУ, 2000. 616 с.

4. Романенко Ф.А., Воскресенский К.С., Тарасов П.Е. и др. В сб.: Проблемы общей и прикладной геоэкологии севера. М.: Изд-во МГУ, 2001. С. 41-68.

5. Leibman М.O., Lein A.Yu., Hubberten Н.-W. et al. // Материалы гляциологических исследований. 2001. В. 90. Р. 30-39.

6. Арсланов Х.А., Каплянская Ф.А., Тарноградский В.Д., Тертычная Т.В. // Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода. 1986. В. 55. С. 132-133.

7. Дубиков Г.И. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири. М.: Геос, 2002. 246 с.

8. Некрасов И.А., Заболотник С.И., Климовский И.В., Шасткевич Ю.Г. Многолетнемерзлые горные породы Станового нагорья и Витимского плоскогорья. М.: Наука, 1967. 168 с.