Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 506, № 2, стр. 276-281

Основная задача данной работы – установить время накопления плейстоценового сингенетического повторно-жильного льда, вскрывшегося в верхней части обнажения Вилюйской едомы и реконструировать среднеянварскую палеотемпературу в этот период. Для решения поставленной задачи было выполнено определение возраста повторно-жильного льда по микровключениям органического материала, представленного органической пылью – осевшими почвенными и биогенными аэрозолями, органическими пылевидными частицами из образца повторно-жильного льда, датированного с помощью ускорительной масс-спектрометрии (AMS). Для оценки степени достоверности радиоуглеродной датировки и определения состава “пыльцевого дождя” проведено исследование пыльцы, спор и других органических включений в датированном образце льда, а также в образцах, содержащих достаточное количество органических включений. Для реконструкции среднеянварской палеотемпературы определен изотопный состав льда (кислород и водород).

Территория расположена в центральной части Вилюйской синеклизы, в пределах Вилюйской аккумулятивной равнины. Правый берег р. Вилюй характеризуется наличием более широкой поймы, а также комплексом из 5 надпойменных террас. По сравнению с правым берегом, левый более крутой, ширина поймы на нем примерно в 2–3 раза меньше, а I и II надпойменные террасы вообще отсутствуют. Район исследований характеризуется резко-континентальным климатом из-за зимнего сибирского антициклона, отрог которого распространяется практически над всей Якутией. Ниже всего в течение года температура воздуха опускается в декабре–январе (t_я) в среднем до –37°C, а поднимается в июле в среднем до 19.2°C. Среднезимняя температура (t_ср.з.) составляет –23°C [1]. Заморозки начинаются примерно в первой декаде сентября и заканчиваются к концу мая. Температура многолетнемерзлых пород в этом районе составляет, по разным данным, от –6 до –2°C.

Изученная ледяная жила располагается в верхней части разреза едомной толщи, вскрытой в долине р. Вилюй, близ пос. Кысыл-Сыр. Ее ширина в верхней части превышает 1.5 м, вскрыт фрагмент высотой около 2 м. Лед слабовертикальнослоистый, желтовато-серый. Вмещающие отложения – супеси.

Для изотопных определений в поле отобрано (А.П. Гинзбург) 37 образцов повторно-жильных льдов (ПЖЛ), как вдоль вертикального профиля (25 образцов), так и вдоль горизонтального профиля (12 образцов) на глубине 2.88 м. Для палинологических определений (палинолог А.К. Васильчук) отобрано 5 образцов.

Парные изотопные определения (кислорода и водорода) во льду Вилюйских жил проводились в лаборатории стабильных изотопов кафедры геохимии ландшафтов и географии почв (Ю.К. Васильчук и Н.А. Буданцева) географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова на масс-спектрометре Delta-V Plus с использованием комплекса газ-бенч. При измерении δ¹⁸О анализируемые образцы уравновешивались с СО₂ в течение 24 ч, при измерении δ²H уравновешивание в присутствии платинового катализатора производилось в течение 40 мин. Для калибровки измерений использовались Международные стандарты V-SMOW, GRESP, SLAP. Погрешность определений составила ±1‰ для δ²Н и ±0.4‰ для δ¹⁸O. Значения δ¹⁸O и δ²H выражены в промилле относительно VSMOW. Дейтериевый эксцесс d_exc рассчитан по формуле В. Дансгора [2] – d_exc = δ²H – 8δ¹⁸O.

Для радиоуглеродного датирования отобран образец с микровключениями органики непосредственно изо льда жилы. Комплекс микро-включений органики состоит из преимущественно синхронных формированию жилы органических остатков. Хотя полной гарантии этого нет, некоторая часть материала может быть и немного древнее. Органические остатки выделялись изо льда и освобождались от силикатной и карбонатной примеси. Датирование образца выполнено с применением ускорительной масс-спектрометрии AMS. Подготовка образца до стадии графитизации произведена в лаборатории радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии Института географии РАН (Москва), измерение соотношения изотопов углерода производилось на ускорительном масс-спектрометре Центра прикладных изотопных исследований Университета штата Джорджия (США). Согласно международным соглашениям, даты публикуются под индексом IGAN. Калибровка всех использованных в статье датировок проведена с применением программы Oxcal 4.2 на основе базы данных IntCal20 [3], даты приведены в виде тысяч калиброванных (кал.) лет назад.

Радиоуглеродный возраст детально опробованного для изотопного анализа фрагмента ледяной жилы определен с помощью AMS-датирования микровключений органического материала в образце Vil-21/66 с глубины 2.88 м 18 460 ± 50 лет (IGAN_AMS – 9564), или 22  490–22  280 кал. лет, медианное значение 22 380 кал. лет с вероятностью 95.4%.

В спорово-пыльцевых спектрах 5 образцов Вилюйского повторно-жильного льда зафиксировано, в основном, присутствие пыльцы Betula sect. Apterocaryon и Alnus alnobetula, единично отмечена трехбороздная недоразвитая пыльца, отнесенная к Varia, а также пыльца Artemisia и Chenopodiaceae. Исходя из формирования ледяных жил из талого снега мы полагаем, что спорово-пыльцевые спектры, полученные непосредственно при анализе повторно-жильных льдов, отражают состав регионального пыльцевого “дождя”, приносимого ветром и, возможно, частично весенними талыми водами. Наличие недозрелой пыльцы, очевидно, говорит о том, что пыльца переходила во многолетнемерзлое состояние достаточно быстро. Это, скорее всего, свидетельствует об очень коротком вегетационном сезоне, в течение которого пыльца трав практически не успевала созревать, растения перекрывались снегом. Среди спор отмечены в небольшом количестве споры Selaginella sibirica и единично споры Bryales. Все компоненты палиноспектров экологически сочетаются, дочетвертичных палиноморф не зафиксировано.

Особо следует отметить, что в датированном образце во фракции пыльцевого концентрата присутствует только пыльца Betula sect. Apterocaryon и Alnus alnobetula, частиц угля нет, доплейстоценовые палиноморфы не обнаружены. Признаков переотложения во фракции 56–2 мкм не отмечено. Это говорит о том, что комплекс микровключений органики состоит из преимущественно синхронных формированию жилы органических остатков. Следовательно, полученная по органическим микровключениям AMS-радиоуглеродная датировка достоверна и отражает время накопления повторно-жильного льда.

Мы сравнили полученные палиноспектры с палиноспектрами из повторно-жильных льдов, изученные авторами в разрезе Плахинский Яр. Отмечено сходство с палиноспектрами, датированными 14–12 кал. тыс. лет и 21–20 кал. тыс. лет [4].

Рис. 1.

Верхняя часть разреза повторно-жильных льдов Вилюйской едомной толщи, близ пос. Кысыл-Сыр.

Рис. 2.

Схема отбора образцов из повторно-жильного льда Вилюйской едомной толщи: 1 – на изотопный анализ; 2 – на радиоуглеродный анализ.

Вариации стабильных изотопов кислорода и дейтерия в повторно-жильных льдах Вилюйской едомы несущественны (табл. 1): величина δ¹⁸О изменяется на 1.4‰ – от –29.4‰ до –28‰ (в среднем –28.9‰), а δ²H на 14.4‰ – от –228.4‰ до –214‰ (в среднем –221.4‰). Величина d_exc варьирует на 11.7‰ – от 5.2 до 16.9‰ (в среднем 9.7‰).

На пойме Вилюя, в устье р.Тыалычима в современном ростке жилы величина δ¹⁸О составляет –25.7‰ ([5], с. 116).

Зафиксирован слабый тренд изотопного утяжеления ПЖЛ по вертикали снизу–вверх по значениям δ¹⁸О и δ²H (рис. 3), тогда как в характере распределения величины d_exc изменений по вертикали не отмечено.

Рис. 3.

Вариации значений δ¹⁸O, δ²H и d_exc в повторно-жильных льдах Вилюйской едомной толщи: а – отбор по вертикали, б – отбор по горизонтали.

Линия соотношения δ²H–δ¹⁸О имеет наклон 8.2 (рис. 4), значение свободного члена +15.6, точки изотопных значений расположены вблизи ГЛМВ. Такие же наклоны линии δ²H–δ¹⁸О были зафиксированы авторами, например, для северо-якутских жил верхней части разреза Дуванный Яр [6]. Это указывает на равновесное соотношение между значениями δ¹⁸О и δ²Н, подобное установленному Х. Крейгом [7] для глобальной линии метеорных вод, а также свидетельствует об отсутствии заметного влияния процессов изотопного фракционирования на первичный изотопный сигнал снега.

Рис. 4.

Соотношение δ²H–δ¹⁸О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах Вилюйской едомы.

Выполнено сравнение изотопного состава Вилюйских позднеплейстоценовых повторно-жильных льдов с близкими по возрасту, ¹⁴С-датированными ПЖЛ, изотопически изученных, как в долине Вилюя (устья р. Тыалычимы), так и в близлежащих районах севера центральной Якутии: Мамонтовой Горы в долине р. Алдан и в долине р. Тумара.

В едомных позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах Мамонтовой Горы (62.978 с.ш., 133.953 в.д.), в долине Алдана в интервале глубин от 2.6 до 5 м получена серия датировок, близких к той, которой датирована жила на Вилюе: от 17 040 ± 100 (SNU01–283), т.е. 20 860–20 360 кал. лет, медианное значение 20 600 кал. лет. до 19 050 ± ± 400 лет (SNU01–285) [8], т.е. 23 880–22 210 кал. лет, медианное значение 23 030 кал. лет. Значения δ¹⁸O во льду жилы в этом интервале изменяются от –27.1 до –29.4‰, среднее значение по десяти образцам –28.6‰. На пойме Алдана в современном ростке жилы величины δ¹⁸О составляют –26.3 и –25.1‰ ([7], с. 109).

В плейстоценовой ледяной жиле в долине р. Тумара [9], датированной по растительным микроостаткам во льду близко к датировке жилы на Вилюе: 16 420 ± 400 лет (KIA-25983), т.е. 20 820–18 940 кал. лет, медианное значение 19 860 кал. лет, значения δ¹⁸O составили в среднем –28.13 ‰ (варьируя от –27.09 до –29.59‰), а величина δ²H в среднем –219.1‰ (изменяясь от –210.6 до –228.2‰). Среднее значение d_exc составило 8.7.

Из приведенного сравнения видно, что ПЖЛ в рассмотренных едомных толщах датируются примерно одним периодом – около 16.5–19 тыс. лет назад (т.е. 19–22 кал. тыс. лет назад), при этом их изотопный состав очень близок: средние значения δ¹⁸O варьируют от –28.1 до –29.4‰, а величина δ²H в среднем изменяется от –219 до –221‰.

Выполнена реконструкция среднеянварской (t_я) температуры воздуха на основании сравнения изотопного состава современных жильных ростков (δ¹⁸O_ж.р.) и современной среднеянварской температуры для периода формирования жильных ростков, т.е. последних 60–100 лет: по эмпирическому уравнению, выведенному Ю.К. Васильчуком [10]:

Это уравнение – эмпирическое, оно выведено на основе сравнения изотопных данных по современным изотопным росткам и среднеянварской температуре по близлежащей метеостанции. Всего проанализировано более 40 районов распространения повторно-жильных льдов от Воркуты и Амдермы на западе криолитозоны России до оз. Коолень и пос. Уэлен на востоке [10].

Рассчитанные по данному уравнению приближенные значения среднеянварской температуры воздуха для долины Вилюя 22–23 тыс. кал. лет назад варьировали от –44 до –42°C (±3°C). Такая же температура была в этот период в других ближайших районах, судя по близким средним значениям изотопного состава синхронных фрагментов жил.