Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 506, № 1, стр. 111-116

ВВЕДЕНИЕ

В течение послеледниковой истории Ладожского озера его морфометрические и гидрологические характеристики существенно менялись вследствие изменения уровня и конфигурации балтийских палеобассейнов и гляциотектонических движений. Более чем столетняя история палеогеографических работ здесь до сих пор не привела к детальной и однозначной реконструкции голоценового палеостока из Ладожского озера (см., напр., [1, 2] и литературу там). В данной работе приводятся новые сведения о лито- и хроностратиграфии донных отложений озер, расположенных в северной низменной части Карельского перешейка. Здесь, по мнению многих исследователей, существовало соединение между Ладожским озером и Балтийским морем, т.н. Гейниокский пролив, по которому происходил сток из озера вплоть до образования р. Невы около 3500 кал. л.н. (см., напр., [3–5]). В то же время рядом авторов и прорыв Невы, и существование Гейниокского пролива ставится под сомнение (см., напр., [6]). Одной из причин подобных противоречивых взглядов следует назвать недостаточно проработанный из-за малого количества датировок, хронологический каркас. Данная работа вводит в научный оборот данные по лито- и хроностратиграфии озерных отложений, позволяющие подтвердить существование в этой части Карельского перешейка обстановок осадконакопления с активными гидродинамическими условиями вплоть до 3000–4000 кал. л.н.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе использован метод изоляционных бассейнов, широко применяемый в палеогеографических реконструкциях положения береговых линий морей. Изменения в литологическом и микрофлористическом составе донных отложений серии разновысотных озер фиксируют изоляцию от морского бассейна, а датирование переходных горизонтов дает возможность построить хронологию перемещения береговой линии моря. Данный метод применяется также для изучения трансгрессивно-регрессивных этапов развития крупных пресноводных водоемов, испытавших на протяжении своей геологической истории значительные изменения уровня, таких, например, как Ладожское озеро [7, 8].

Изучены донные отложения 5 озер (рис. 1), расположенных в северной части Карельского перешейка на гипотетической трассе северной протоки Гейниокского палеопролива между Макаровским (11.5 м над у.м., бассейн Ладожского озера) и Большим Градуевским (9.5 м над у.м., бассейн Балтийского моря) озерами [9]. Колонки отложений отбирались русским торфяным буром из глубоководных частей озера с катамарана (озера Воробьиное и Хамеенлампи) или со сплавины (озера Малое Макаровское, Лунное и Без названия). Урез воды Воробьиного озера 16 м над у.м., Малого Макаровского 15 м над у.м., остальных 14 м над у.м. (данные топографической карты первой половины ХХ в., где они даются с округлением до 1 м, соответственно погрешность составляет не меньше 0.5 м). Озера соединены протоками, некоторые из которых имеют признаки антропогенного происхождения. Течение в протоках не отмечено, некоторые из них сухие (август 2020 г.).

Рис. 1.

Местоположение изученных и упоминаемых в тексте озерных разрезов. 1 – Воробьиное; 2 – Лунное; 3 – Малое Макаровское; 4 – Без названия; 5 – Хамеенлампи; 6 – Ламское; 7 – Макаровское. Пунктирной линией – положение современного балтийско-ладожского водораздела. Серым цветом – территория, расположенная выше двадцатиметровой изогипсы.

Литостратиграфическое описание сделано в поле. Анализ потерь при прокаливании (ППП) проведен в Институте озероведения РАН по стандартной методике (550°С в течение 6 ч). Диатомовый анализ выполнен для донных отложений озера Лунного. Радиоуглеродное датирование образцов с нижней границы гиттии проведено с помощью ускорительной масс-спектрометрии (AMS) в университете Джорджии (University of Georgia) и в Институте географии РАН. Анализировался общий органический углерод (TOC). Калибровка дат осуществлена в программе OxCal 4.4 с использованием калибровочной кривой IntCal 20 [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Вскрытые во всех пяти озерах отложения имеют сходную литостратиграфическую последовательность (рис. 2). В основании разрезов вскрыты минерогенные отложения, преимущественно глины, иногда ленточные. Выше во всех разрезах встречен прослой разнозернистого песка с гравием, его мощность лежит в диапазоне 1–40 см. Верхняя часть разрезов сложена гиттией мощностью до 2–3 м. В разрезах, отобранных со сплавины, гиттия сменяется торфянистыми отложениями.

Рис. 2.

Литостратиграфия и результаты анализа ППП. По оси ординат – глубина от поверхности воды/сплавины, м; по оси абсцисс – ППП, %. Черные прямоугольники – положение датированных образцов, указан калиброванный возраст, в скобках приведены даты, полученные с аналогичных стратиграфических границ в других точках пробоотбора в данном водоеме.

Динамика содержания органического вещества соответствует выделенным литостратиграфическим горизонтам (рис. 2). В минерогенной нижней части разреза ППП составляют 0.4–3%. Выше начинается резкий рост содержания органики, заканчивающийся в нижних сантиметрах гиттии. Далее вверх по разрезу содержание органического вещества в осадках стабильно высокое и в среднем составляет 30–45%; его резкий рост до 78% отмечен в одном из разрезов в верхних горизонтах гиттии непосредственно под сплавиной.

Возраст начала органонакопления, под которым понимается формирование гиттии, лежит в интервале 2500–4500 кал. л.н. (табл. 1). Основной массив дат укладывается в диапазон 3000–3500 кал. л.н. (рис. 3).

Рис. 3.

Возраст начала органонакопления в изученных озерах. Названия озер соответствуют номерам на рис. 1.

Диатомовый анализ донных отложений озера Лунного позволил выделить 3 основных этапа его развития. Ранний этап, отложения которого представлены плотными серыми глинами, характеризовался наименее благоприятными условиями для развития диатомовых водорослей. Об этом свидетельствуют их крайне низкие концентрации (<42 тыс. в 1 г сухого осадка). Отмечаются морские диатомеи, переотложенные из осадков микулинского межледниковья. На следующем этапе переход к накоплению песчано-гравийных отложений отмечен ростом содержания створок диатомей, увеличением их видового разнообразия. Появляется характерный для голоценовых отложений Ладожского озера комплекс видов: Aulacoseira islandica, Cymbella sinuata, Ellerbeckia arenaria, Navicula jaernefeltii, N. jentzschii, Stephanodiscus neoastraea и др. Органогенные отложения следующего этапа характеризуются дальнейшим увеличением концентраций диатомей (>100 млн створок в 1 г сухого осадка) и доминированием видов-обитателей малых озер со слабокислой реакцией среды. Представители “ладожских” видов диатомей в небольших количествах отмечаются в начале данного этапа, но затем исчезают из состава диатомовых комплексов.

ОБСУЖДЕНИЕ

Смена минерогенного осадконакопления органогенным и накопление гиттии с высоким содержанием органического вещества являются характерной особенностью голоценового озерного седиментогенеза на северо-западе Европейской части России [1]. В водоемах Карельского перешейка, развивавшихся изолированно с позднеледниковья, радиоуглеродные даты подошвы гиттии соответствуют началу голоцена. В ходе раннеголоценовой трансгрессии Анцилового озера (пресноводного водоема, существовавшего в современной балтийской котловине) и среднеголоценовой ладожской трансгрессии значительная часть территории Карельского перешейка была затоплена. В расположенных здесь малых озерах начало органонакопления соответствует времени их изоляции от указанных бассейнов, что, в свою очередь, зависит от их гипсометрического и пространственного положения.

Во всех изученных разрезах лежащие в основании глинистые осадки формировались в условиях крупных глубоководных низкопродуктивных водоемов. Содержание органического вещества в них не превышает 3.0%. Ленточные глины, вскрытые в разрезе Воробьиного озера, типичны для отложений Балтийского ледникового озера (БЛО), существовавшего здесь в позднеледниковье. Осадки БЛО многократно описаны в основании разрезов донных отложений озер низменной части Карельского перешейка (напр., [1, 2]).

После спуска БЛО около 11  700 кал. л.н. в озерах Карельского перешейка, расположенных на более высоких отметках, начинает накапливаться гиттия. В изученных же нами озерных отложениях наблюдается другая стратиграфическая последовательность. Здесь разнозернистые пески с дресвой и гравием, перекрывающие глины БЛО, свидетельствуют о существовании активных гидродинамических условий. Эти условия прекращаются, начиная с 4000–4500 кал. л.н., и только после этого начинает формироваться гиттия.

Такое позднее начало органонакопления может быть объяснено существованием на трассе изученных озеер пролива с сильным течением, скорость которого не позволяла накапливаться тонкому органогенному материалу. Также возможно, что некие осадки здесь формировались, но были размыты в ходе экстремально сильного эрозионного события, после которого и началось озерное осадконакопление. Известно несколько гидрологических событий катастрофического масштаба на данной территории – спуск БЛО около 11 700 кал. л.н., прорыв р. Вуоксы, которая изменила направление своего стока и стала впадать в Ладожское озеро около 5700–5900 кал. л.н., прорыв р. Невы около 3700 кал. л.н. [11]. Но вне зависимости от времени формирования песчано-гравийных отложений, присутствие в них створок из характерного комплекса “ладожских” видов диатомей указывает на то, что в период перед изоляцией котловины изученных озер имели связь с Ладожским озером.

Результаты палеолимнологических исследований, выполненных на Макаровском и Ламском озерах, расположенных в 8 км южнее, на т.н. южной протоке Гейниокского пролива, в общем, согласуются c полученной нами реконструкцией. Там начало накопления гиттии, залегающей на песчано-алевритовых отложениях определено в 3000–4000 кал. л.н. [12–14]. Расчетные параметры палеостока через Гейниокский палеопролив в общем сопоставимы с современными гидрологическими характеристиками р. Невы [15].

Таким образом, синхронное начало около 3000–4000 кал. л.н. формирования гиттии на песчано-гравийных отложениях в котловинах озер с современными отметками 14–16 м над у.м., расположенных в северной части современного балтийско-ладожского водораздела, позволяют подтвердить существование до этого времени здесь соединения между Ладожским озером и Балтийским морем с активными гидродинамическими условиями, неблагоприятными для формирования гиттии. Прекращение этого соединения ввиду его осушения, как следствия изостатического поднятия территории, привело к началу озерного осадконакопления в изолировавшихся многочисленных котловинах, расположенных на трассе палеопролива.

Мощность вскрытых органогенных осадков, отобранных из открытых частей водоемов, меняется по площади, но не превышает 2–3 м. Скорость накопления гиттии составила около 0.2–0.8 мм/год, что сопоставимо со скоростями голоценового осадконакопления в озерах севера Русской равнины и прилегающих территорий.

Процесс изоляции был значительно растянут по времени. Даже в пределах одной озерной котловины органонакопление не начиналось одновременно, временной разрыв мог достигать тысячи лет. Это свидетельствует о постепенном ходе изоляции, когда при сохранении течения в основном створе в удаленных от него частях озерной котловины уже начинали устанавливаться гидродинамические условия, благоприятные для накопления гиттии. Наибольшая часть полученных дат из подошвы гиттии лежит в диапазоне 3000–3500 кал. л.н., что позволяет определить время прекращения функционирования Гейниокского палеопролива данным интервалом. Однако окончательное установление условий, благоприятных для органонакопления, по всей площади озерной котловины могло произойти позднее. Наиболее молодые даты подошвы гиттии (2500–2750 кал. л.н.) получены в двух точках в озерах Лунном и Без названия.

Несмотря на незначительное отличие изученных озер по высоте (14–16 м над у.м.), прослеживается зависимость времени начала органонакопления от абсолютной отметки уреза – наиболее ранние даты подошвы (4250–4530 кал. л.н.) гиттии получены для отложений Воробьиного озера, расположенного выше всех остальных.

Полученные данные предполагают постепенное поднятие территории в качестве основной причины прекращения стока по Гейниокскому проливу. Прорыв р. Невы около 3700 кал. л.н. и последовавшее за ним падение уровня Ладожского озера наложились на идущий процесс и ускорили его.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Характер поздненеоплейстоценовой и голоценовой седиментации в озерных отложениях современного водораздела между Балтийским морем и Ладожским озером в северной низменной части Карельского перешейка позволяет выделить несколько этапов развития водных бассейнов: 1 – этап большого олиготрофного бассейна (ленточные и гомогенные глины/ППП – 0.4–3.0%/БЛО, Анциловое (?) озеро); 2 – этап активных гидродинамических условий (разнозернистые пески, иногда с гравием/ППП – 0.3–2.5%/канал стока из Ладожского озера); 3 – этап малого озера (гиттии/ППП – 9–78% (средние значения 30–45%)/малые озера с замедленным водообменом).

Мощность гиттий незначительна и не превышает 2–3 м, скорость ее накопления составила около 0.2–0.8 мм/год.

Время прекращения существования Гейниокского соединения между Ладожским озером и Балтийским морем определено в 3000–3500 кал. л.н., притом что первые признаки уменьшения стока через него отмечены уже 4500–4000 кал. л.н., а окончательное установление озерных обстановок осадконакопления в котловинах озер, расположенных на трассе палеопролива на современных отметках 14–16 м над у.м., произошло не позднее 2700–2500 кал. л.н.