Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 512, № 2, стр. 313-319

ВВЕДЕНИЕ

Зимний берег Белого моря занимает восточный фланг Двинского залива и юго-восточный берег пролива Горло, или западное и северо-западное побережье Беломорско-Кулойского плато (рис. 1), расположенного на севере Восточно-Европейской равнины (ВЕР). Несмотря на относительную доступность и хорошую обнаженность побережья, до недавнего времени о его поздненеоплейстоценовой истории почти не было данных, за исключением геолого-съемочных отчетов и последовавших публикаций [1, 2].

Рис. 1.

Район работ с разрезами и границей бореальной трансгрессии (синяя линия, по [17]). Фактический материал: ⊗ – скважины ([1, 2]): 1 – скв. 209; 2 – скв. 2. $ \bullet $ – разрезы; изученные авторами (см. рис. 2): 3 – Ущеменский; 4 – Конецгорье; 5 – Ершиха; 6 – Майда; 7 – Толстый Нос; изученные ранее (в том числе авторами): 8 – Бычье-2; 9 – Затон.

Поздний неоплейстоцен на ВЕР начался с микулинского межледниковья, которое коррелируется с морской изотопной стадией (МИС) 5е [3]. Северное и северо-западное побережье ВЕР было в значительной степени затоплено гляциоэвстатической бореальной трансгрессией [4, 5]. Отложения бореальной трансгрессии хорошо идентифицированы в разрезах нижнего течения р. Сев. Двины [5], а для районов, расположенных севернее и северо-восточнее, данных практически не было. Исключение составили серия скважин в Горле Белого моря [2] и на Беломорско-Кулойском плато [1] (рис. 1). По полученным тогда данным, уровень подошвы отложений бореальной трансгрессии был установлен в больших пределах – от −68 м до +168 м относительно современного уровня моря, при максимальной мощности осадков 65 м, что может объясняться тектоническими факторами [2]. На дне пролива Горло по геофизическим данным были выделены слои между коренными породами и подошвой ледниковых отложений последнего оледенения; заверочное бурение показало, что отложения представлены слабоглинистыми мелкозернистыми песками, по которым были получены термолюминесцентные даты в интервале 161–111 тысяч лет назад (т.л.н.), а также плотными глинами с характерным комплексом фораминифер [6]. В скважинах на Беломорско-Кулойском плато отложения бореальной трансгрессии, перекрывающие средненеоплейстоценовую морену, были выделены по микрофаунистическим данным; видовой состав фораминифер в слоях преимущественно глинистого состава позволил предположить существование открытого палеобассейна с нормальной соленостью при положительных температурах воды [1]. Геохронометрические и спорово-пыльцевые данные были получены для разреза Затон в низовьях р. Мезень: для слоев с преобладанием пыльцы дуба и лещины были получены ЭПР-даты в диапазоне 120–105 т.л.н. [7].

Такие немногочисленные свидетельства, а также отсутствие геохронометрических и микропалеонтологических данных по многочисленным береговым разрезам Зимнего берега, мотивировали наши исследования, направленные на поиск и изучение отложений бореальной трансгрессии в этом регионе.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Наши собственные данные были собраны в результате проведения полевых исследований 2020–22 гг. по Зимнему берегу Белого моря и последующей обработки полученных материалов (рис. 1). Полевые исследования включали в себя литостратиграфические описания разрезов, привязку литологических границ к шкале абсолютных высот и отбор образцов на датирование методом оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ), а также на микрофаунистический и палинологический анализы.

Образцы для ОСЛ-датирования были отобраны в светонепроницаемые пластиковые трубы. ОСЛ-датирование семи образцов (табл. 1) выполнено в лаборатории ОСЛ ФГБУ “ВСЕГЕИ” (Санкт-Петербург). Активности радионуклидов определялись на сверхнизкофоновом гамма-спектрометре с детектором на основе особо чистого германия Canberra BE3825 после герметизации образцов воском и выдержки в течение 20 дней. Для выделения зерен кварца фракции 180–250 мкм применялась стандартная пробоподготовка [8, 9]. Эквивалентные дозы в пробах измерены на ТЛ/ОСЛ-ридере Risø DA-20 C/D с применением SAR-протокола [10]. Мощности дозы рассчитаны по стандартной методике [8]. Предполагалось, что средняя влажность за период захоронения составляла 95% от величины водонасыщения. ОСЛ-даты (табл. 1) рассчитаны как отношения эквивалентных доз к соответствующим мощностям дозы. Надежность полученных датировок по навескам зерен кварца подтверждается преобладанием в ОСЛ кварца быстрой компоненты, термальной стабильностью ОСЛ в диапазоне температур преднагрева 160–280° и удовлетворительными результатами тестов восстановления дозы.

Для литологического и микрофаунистического анализов были отобраны образцы в интервалах, показанных на рис. 2 в виде зеленых столбцов. Осадок промывался на сите с диаметром ячеи 63 мкм. В результате было определено весовое процентное содержание песчаной и более крупных фракций (вес. % >63 мкм). Во фракции >500 мкм под бинокуляром проводился подсчет терригенных обломков, отдельно кварца и остальных пород и минералов, их общее количество выражено относительно веса сухого непромытого осадка. Во фракции >125 мкм под бинокуляром исследованы видовой состав и определена численность ископаемых фораминифер и остракод. Численность микрофоссилий определялась относительно веса сухого непромытого осадка. Подготовка проб на палинологический анализ проведена по стандартной методике [11] с последующим ацетолизом. На настоящий момент изучение микрофауны, состава пыльцы, спор и водных палиноморф проведено пилотно, по нескольким образцам из каждого разреза.

Рис. 2.

Разрезы Зимнего берега Белого моря, изученные авторами, местоположение см. рис. 1. Литология: 1 – алевритистая глина; 2 – переслаивание тонкозернистого песка и алеврита; 3 – песок; 4 – валунно-галечник; 5 – гравийно-галечная отмостка; 6 – переслаивание обломочного материала и песка/алеврита; 7 – диамиктон (отложения ледникового парагенетического ряда); 8 – обломочный материал (преимущественно окатанный); 9 – раковины, раковинный детрит. Возраст: 10 – отложения бореальной трансгрессии; 11 – более молодые отложения. 12 – места отбора образцов на микропалеонтологические анализы; 13 – места отбора образцов на ОСЛ-датирование; 14 – ОСЛ-даты.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На Зимнем берегу Белого моря отложения бореальной трансгрессии были идентифицированы нами в нижних частях разрезов квартера – трех со стороны Двинского залива (Ущеменский, Конецгорье и Ершиха) и двух со стороны Горла Белого моря (Майда и Толстый Нос) (рис. 1). Строение отложений во всех разрезах единообразно, поэтому мы представляем его в виде сводного описания.

В подошвах разрезов вскрываются алевритистые темно-серые глины, иногда с включениями обломочного материала размерностью от гравия до мелких валунов разной степени окатанности (разрезы Конецгорье и Толстый Нос), раковинами двустворчатых моллюсков в кровле (семейство Mytilidae) (разрез Ущеменский) и ракушечным детритом в толще слоя (разрезы Майда, Толстый Нос и Конецгорье). Подошва глин находится ниже уровня моря, мощность варьирует от 3 до 15 м. В кровле слоя может лежать гравийно-галечная отмостка, по которой идет вода (Майда), сама кровля может быть наклонная или горизонтальная. Если отмостка отсутствует, то на глинах без размыва залегают песчаные (разрезы Ущеменский и Конецгорье) или ритмично-слоистые песчано-алевритовые отложения (разрезы Ершиха, Майда и Толстый Нос). Песчаная толща мощностью от 2 до 7 м, как правило, состоит из нескольких пачек: крупно-грубозернистый косослоистый песок с гравием, галькой и обломками раковин, мелко-тонкозернистый песок с горизонтальной или скрытой слоистостью, или со слоистостью типа “знаки ряби” и “хребет селедки”. Ритмично-слоистая толща представлена тонко переслаивающимися тонкозернистым песком и глинистым алевритом (толщина пар от 1–2 мм до 10 см); присутствуют более мощные (до 40 см) прослои песка со знаками ряби и обломками раковин. Из отложений, перекрывающих глины, был получен массив ОСЛ-дат, располагающихся в интервале 174–83 т.л.н. (рис. 2, табл. 1); основной массив сосредоточен в интервале 118–104 т.л.н. В кровле изученных разрезов – отложения ледникового парагенетического ряда, относящиеся к последнему оледенению или стадиям его деградации (рис. 2).

Литологический анализ образцов морских преимущественно глинистых осадков исследованных разрезов показал, что они сильно опесчанены, и вес. % >63 мкм составляет в среднем 30% в разрезах Ущеменский, Майда и Толстый Нос, тогда как в разрезах Конецгорье и Ершиха этот показатель более изменчив, но в целом составляет около 40%. Содержание крупнозернистых терригенных обломков высокое в осадках разреза Конецгорье (100–120 экз/г), в Ущеменском оно падает до 40–80 экз/г, в Майде не превышает 30 экз/г, а остальных двух разрезах обломки практически отсутствуют (только в верхней части разреза Толстый Нос их количество повышается до 20 экз/г). Кварц составляет 50–60% от всех обломков, и только в разрезе Ущеменский его содержание достигает 70–80%.

Основную часть микрофоссилий в осадках всех исследованных разрезов составляют бентосные фораминиферы (БФ); единичные раковины остракод видов Normanicythere leioderma, Rabilimis mirabilis, Krithe glacialis и Sarsicytheridea punctillata найдены только в верхней части разреза Ущеменский, а единичные планктонные фораминиферы вида Turborotalita quinqueloba – в осадках разреза Майда. Общая численность БФ низкая: в разрезах Конецгорье, Майда и Толстый Нос она составляет в среднем 30–40 экз/100 г, в разрезе Ершиха доходит до 100–145 экз/100 г, а в наиболее богатом БФ разрезе Ущеменский она достигает своего максимума в его верхней части (409 экз/100 г). Видовое разнообразие меняется соответственно численности, от менее 10 видов на образец в разрезах Конецгорье, Майда и Толстый Нос, до 8–14 видов в разрезе Ершиха, и до 15–18 видов в разрезе Ущеменский. Только в верхней части разреза Ущеменский численность раковин БФ на образец превышает 100 экземпляров, что позволяет посчитать процентное соотношение видов и экологических групп арктических шельфовых морей (согласно [12]). Среди БФ преобладает оппортунистический арктический вид Elphidium clavatum (30–33%), примерно столько же составляет доля как нормально морских видов внешнего шельфа Astrononion gallowayi, Cibicides lobatulus, Islandiella norcrossi/helenae, Melonis barleeanus (25–30%), так и видов опресненного мелководного шельфа Buccella frigida, Elphidium incertum, E. bartletti, Elphidiella groenlandica, Haynesina orbiculare, Polymorphina spp. (21–26%). Низкая выборка не позволяет производить достоверного определения процентного содержания видов в остальных исследованных образцах, но в целом, видовой состав и соотношение экологических групп похожи на отмеченные для верхней части разреза Ущеменский, что предполагает сходство условий палеобассейна, существовавшего на месте исследованных разрезов.

Пыльца и водные палиноморфы на настоящий момент изучены в верхней части разреза Ущеменский. В гетерохронных спектрах, выделенных из осадков разреза Ущеменский, доминируют переотложенные пыльца и споры (более 65%), очень разнообразные по составу (обычно более 30–40 таксонов в образце). Численно доминирует пыльца хвойных мезозойского возраста, много пермских Vittatina и Striatohaploxypinus. Единично на всех глубинах зарегистрирована раннекайнозойская пыльца формальных родов Trudopollis, Aquilapollenites, Triprojectus. Пыльца Pinus sylvestris и Betula nana-type составляют основу позднеплейстоценовой части спектров. В группе травянистых растений доминируют Artemisia и Poaceae, много Chenopodiaceae. Немногочисленные водные палиноморфы представлены, в основном, колониями пресноводных зеленых водорослей Pediastrum kawraiskii и P. boryanum. Цисты морских видов динофлагеллат единичны (Operculodinium centrocarpum, Echinidinium karaense, Spiniferites spp., Nematosphaeropsis labyrinthus).

ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные нами данные свидетельствуют о том, что отложения, которые мы можем соотнести с бореальной трансгрессией в изученных разрезах, накапливались в морских и прибрежно-морских обстановках. По-видимому, алевритистые глины, вскрывающиеся в нижних частях изученных разрезов, соответствуют ранней стадии бореальной трансгрессии, которая в Белом море отличалась резким подъемом уровня воды в условиях холодного послеледникового климата (аналог мариногляциальной фазы мгинского моря, выделенной Е.А. Черемисиновой [13]). Это подтверждается их литологическим составом – присутствием крупных обломков и значительной опесчаненностью, что, по-видимому, произошло за счет размыва отложений последнего средненеоплейстоценового оледенения, а также большой долей переотложенной пыльцы, что свидетельствует о динамичной обстановке осадконакопления. Накопление перекрывающей глины песчаной толщи происходило, по-видимому, уже на стадии регрессии, когда при переходе “через береговую линию” часть осадков глубоководной фации была размыта, и в прибрежной обстановке (подводный береговой склон, пляж) накапливались пески.

Состав бентосной микрофауны в изученных глинистых отложениях ранней стадии затопления, и, прежде всего, наличие видов, характерных для относительно глубоководных районов внешнего шельфа арктических морей, как среди БФ, так и среди остракод, свидетельствует о том, что в начале трансгрессии вдоль всего Зимнего берега существовали приглубые зоны арктического бассейна с глубинами 50 и более метров. Находка единичных раковин планктонных фораминифер Turborotalita quinqueloba на открытом побережье в разрезе Майда, а также цист автотрофных динофлагеллат в разрезе Ущеменский, возможно, свидетельствует о проникновении подповерхностных атлантических вод. В то же время значительное участие БФ, характерных для опресненных районов внутреннего шельфа арктических морей, и оппортунистического вида Elphidium clavatum, а также доминирование пресноводных зеленых водорослей в группе водных палиноморф позволяют предположить, что эти приглубые зоны арктического бассейна были расположены недалеко от берега, характеризовались достаточно высокими скоростями осадконакопления и значительной стратифицикацией за счет притока талых/речных вод. Похожие палеоусловия были реконструированы нами для отложений в детально изученном разрезе Бычье-2 на р. Пезе (8 на рис. 1), где они соответствуют экозонам 1–3 [14]. Следует, впрочем, отметить, что общая численность БФ в разрезе Бычье-2 в 100 и более раз выше, чем в осадках разрезов Зимнего берега, а видовое разнообразие выше в 1.5–2 раза. Возраст экозон 1–3 разреза Бычье-2 был определен на основе метода палиностратиграфии [14, 15] и составил от >131 т.л.н. до 130.25 т.л.н., т.е., эти бассейны существовали короткое время в течение примерно двух тысяч лет сразу после резкого затопления территории водами трансгрессирующего моря после снятия ледниковой нагрузки и до начала регрессии. Последняя, согласно данным по разрезу Бычье-2, началась в регионе рано, около 130 т.л.н., что свидетельствует об опережающем гляциоизостатическом поднятии территории по отношению к глобальному эвстатическому подъему уровня моря, который достиг своего максимального подъема около 128 ± 1 т.л.н. [16]. О том, что бореальные алевритистые глины Зимнего берега накапливались в начале трансгрессии, свидетельствуют первые полученные нами данные по составу пыльцы и спор из верхней части бореальных осадков разреза Ущеменский, в котором нет пыльцы широколиственных пород, а доминируют сосна и карликовая березка в сочетании с полынями, злаками и маревыми, что позволяет предположить растительность перигляциального и переходного к межледниковому типов. О древности глинистых отложений разрезов Ущеменский и Конецгорье и их приуроченности к самым ранним стадиям бореальной трансгрессии свидетельствуют ОСЛ-даты, полученные из песков непосредственно над их кровлей (табл. 1).

Песчаная толща, перекрывающая алевритистые глины, накапливалась уже на стадии регрессии бореального моря, о чем свидетельствуют литологический состав отложений (гравий и песок), характерная для прибрежно-морских отложений слоистость (косая, горизонтальная, знаки ряби и “хребет селедки”) и полученные по ним ОСЛ-даты, основной массив которых укладывается в интервал времени от 118 до 104 т.л.н. На данном этапе исследований мы не можем утверждать, было ли бореальное море приливным, но в пользу этого свидетельствует слоистость типа “хребет селедки”, характерная для приливных песчаных осушек, и конфигурация береговых линий [17]. В разрезе Бычье-2 к регрессивной толще опесчаненных алевритов и песков приурочены экозоны 4–5, накапливавшиеся в течение более 10 тыс. лет, от 130.25 до 119.5 т.л.н. [14] в условиях наиболее влажного и теплого межледникового климата [15]. Развитие прогреваемых летом мелководий способствовало расселению тепловодных видов бентосной микрофауны, среди которых были остракоды, характерные для Балтийского моря и не встречающиеся в настоящее время в арктических морях.

ВЫВОДЫ

Первые результаты проведенных комплексных исследований показали, что в береговых обрывах Зимнего берега Белого моря присутствуют отложения бореальной трансгрессии, ранее там не идентифицированные. Таким образом, можно утверждать, что в исследованном районе микулинский горизонт верхнего неоплейстоцена представлен двучленной толщей морских отложений: алевритистыми глинами с окатанным обломочным материалом, макро- и микрофоссилиями, накапливавшимися в начале бореальной трансгрессии на стадии быстрого затопления, и перекрывающими их песками, накапливавшимися во время регрессивной стадии в прибрежно-морских обстановках. Предварительная оценка возраста песчаной толщи, согласно полученным ОСЛ датировкам, составляет 118–104 т.л.н.

Состав ископаемой бентосной микрофауны и водных палиноморф из нижней толщи показал, что в начале бореальной трансгрессии вдоль всего Зимнего берега существовали арктические ледовитые бассейны с глубинами более 50 м, расположенные сравнительно недалеко от берега и характеризовавшиеся достаточно высокими скоростями осадконакопления. Водная толща была значительно стратифицирована за счет притока талых/речных вод. Находки в осадках единичных планктонных фораминифер Turborotalita quinqueloba и автотрофных цист динофлагеллат (Operculodinium centrocarpum, в первую очередь) можно принять за свидетельство проникновения подповерхностных атлантических вод.