Арктический и антарктический НИИ
Санкт-Петербургский государственный университет
Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова,
Таллиннский технологический университет
Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН
Рельеф, строение и возраст четвертичных отложений долины р. Лены в Якутской излучине
С.А. Правкин, Д.Ю. Большиянов, О.А. Поморцев, Л.А. Савельева, А.Н. Молодьков, М.Н. Григорьев, Х.А. Арсланов
Эстонская Республика, Санкт-Петербург, Республика Саха
Аннотация
Исследовано геоморфологическое и геологическое строение долины р. Лены в среднем течении на участке между устьями рек Буотама и Алдан (Якутская излучина). Цель исследования -- понять историю развития речной долины. Для этого построены ее поперечные геоморфологические профили, карта густоты эрозионного расчленения, геоморфологическая схема исследованного участка. Изучено строение террас и датированы слагающие их осадки методом оптически инфракрасно-стимулированной люминесценции (ИК-ОСЛ) и радиоуглеродным методом. Также изучены спорово-пыльцевые спектры из отложений террас и содержание в них диатомовых водорослей. В долине выделены низкая и высокая поймы до высоты 10-12 м, две надпойменные террасы, высота которых по простиранию вдоль реки заметно изменятся (5-20 м и 30-70 м), и Абалах- ская равнина (древняя терраса) на высоте 100-140 м над рекой. В окрестностях Якутска первую террасу называют Сергеляхской, вторую -- Бестяхской. Низкая пойма имеет возраст первые сотни радиоуглеродных лет, Сергеляхская терраса -- около 10 тыс. радиоуглеродных лет, Бестяхская датируется концом каргинского времени и сартанским временем позднего неоплейстоцена. Наиболее древние ИК-ОСЛ-датировки получены для отложений уступа Абалахской равнины (234-182 тыс. л. н.). Поверхность Бестях- ской террасы в целом снижается сверху вниз по течению от 50-70 м южнее Якутска до 30-40 м ниже слияния с Алданом. Отложения террасы ниже впадения Алдана имеют преимущественно алевритовый состав, в отличие от песчаных отложений Лены выше слияния двух рек. Высота террас и пойм изменяется на исследованном отрезке долины таким образом, что одна и та же поверхность может быть выработана в отложениях разного возраста или один и тот же возраст может соответствовать геологическим телам, в которых выработаны разновысотные площадки террас.
Ключевые слова: речная долина, речные террасы, пойма, река Лена, ИК-ОСЛ-датирова- ние, радиоуглеродное датирование, развитие долины, поздний неоплейстоцен, голоцен.
Annotation
The relief, structure and age of Quaternary deposits of the valley of the Lena River in the Yakutian bend
Sergei A. Pravkin1,2, Dmitry Yu. Bolshiyanov1, Oleg A. Pomortsev3, Larisa A. Savelieva2, Anatoly N. Molodkov4, Mikhail N. Grigoryev5, Khikmatulla A. Arslanov2
1 Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg, Russian Federation
2 St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russian Federation
3 Ammosov North-Eastern Federal University,
Belinskogo, Yakutsk, Sakha (Yakutia) Republic, Russian Federation
4 Tallinn University of Technology, Tallinn, Estonia
5 Melnikov Permafrost Institute SB RAS,
Yakutsk, Sakha (Yakutia) Republic, Russian Federation
For understanding of the Lena River valley evolution geomorphological and geological structure of the valley in the area from the mouth of the Buotama river to the mouth of the Aldan river (Yakutian bend) studied. Transverse geomorphological profiles through the valley, a map of ruggedness relief density, a geomorphological scheme of the investigated area were constructed. The structure of the terraces was studied, and the sediments were dated by the method of optically stimulated luminescence (OSL) and radiocarbon method. Spore-pollen spectra of terraces and the content of diatom algae in sediments were studied. In the valley we fixed a low and high floodplain up to a height of 10-12 m, two terraces, the height of which varies along the river (5-20 and 30-70 m), and Abalakh plain at an altitude of 100-140 m above the river. Near Yakutsk, the first terrace is called the Sergelyakh and the second terrace is called the Bestyakh. The low floodplain has an age of the first hundred years; the first terrace is dated by 10,000 radiocarbon years, datings of the bestyakh terrace belong to the end of Karginsky time and Sartan time of the Late Pleistocene. The most ancient OSL-datings were obtained from the deposits of the erosion scarp of the Abalakh plain (234-182 thousand years ago). The surface of the bestyakh terrace is decreasing downstream from 60 m at the mouth of the Buotama River to 40 m downstream from the confluence with Aldan River. The deposits of the terrace downstream from the mouth of Aldan River consists of silt mainly by contrast with sand compositions of Lena deposits upstream from the confluence of two rivers. The height of terraces and floodplains varies on the investigated segment of the valley in such a way that the same surface can be worked out in sediments of different ages, or the same age can be distinctive to geological bodies, in which terraces with different altitudes have been developed.
Keywords: river valley, terraces, floodplain, the Lena River, IR-OSL-dating, radiocarbon dating, the evolution of the valley, Late Pleistocene, Holocene.
Введение
Первые схемы геоморфологического строения долины Лены в Якутской излучине появились в 1950-х гг. Так, в работе (Зольников и Попова, 1957) была составлена геоморфологическая схема Центральной Якутии, согласно которой долина Лены в среднем течении и в части ее нижнего течения разбита на несколько древних аллювиальных равнин. В указанной работе также приводится палеоботаническая характеристика осадков, слагающих равнины, обосновывается их аллювиальное происхождение. Для криолитозоны Лено-Амгинского междуречья, изученной в работе (Соловьёв, 1959), была выделена лестница из 11 террас (включая пойму), разделенная на три уровня:
1) низкие аккумулятивные террасы: пойменная, Якутская и Сергеляхская;
2) средневысотные аккумулятивно-эрозионные террасы: Кердемская, Бестях- ская, Тюнгюлюнская псевдотерраса, абалахская, маганская;
3) высокие эрозионные террасы: эмильская, киренская, верхоленская.
По мнению П. А. Соловьёва, эти формы рельефа разнородны и делятся на три типа:
1) нормальные речные террасы,
2) аллювиальные равнины,
3) денудационные равнины.
В работе (Катасонов и Иванов, 1973) подробно описывается ряд ключевых плейстоценовых обнажений в долине среднего течения Лены. Позднее в работе (Иванов, 1984) была приведена подробная геоморфологическая схема Центральной Якутии. М. С. Иванов выделил пойму Лены и пять надпойменных террас:
1) Якутскую,
2) Сергеляхскую,
3) Кердемскую,
4) Бестяхскую,
5) Тюнгюлюнскую.
В последние годы появляются несколько отличные от вышеупомянутых представления о геоморфологическом строении долины Лены. Например, Сергелях- ская и Якутская террасы объединены в один уровень (Спектор и др., 2008). Еще один уровень -- дьелкуминский террасовидный -- помещают между Кердемской и Бестяхской террасами (Спектор и Спектор, 2002).
Если вопрос аллювиального происхождения низких террас (эрозия, накопление) не вызывает сомнений, то для средневысотных он остается до сих пор дискуссионным. Так, происхождение мощных монотонных, выдержанных по простиранию песчаных толщ Бестяхской террасы, разные исследователи объясняют по- разному. Например, в работе (Лунгерсгаузен, 1961) сделан вывод, что причинами ее образования могли быть подтопление в результате перепруживания ленской долины ледником в нижнем течении реки, тектоническое поднятие в приустьевой части или бореальная трансгрессия. Похожее мнение приводится в работе (Линдберг, 1965), в которой предполагается, что мощные монотонные песчаные толщи в районе Якутска могли накопиться при затоплении долины Лены морем до современной отметки в 180 м над его нынешним уровнем. Образовавшийся в Центральной Якутии обширный водоем при этом был опреснен. Подпрудное происхождение толщ Бестяхской террасы поддерживают и другие исследователи (Бискэ, 1964; Флоренсов и др., 1987).
Существуют и другие гипотезы происхождения Бестяхской террасы:
— эрозионно-аккумулятивная (Алексеев и др., 1962),
— эоловая (Васильев и Самсонова, 2000),
— фладстримов (Спектор и др., 2016),
— полигенетическая (Камалетдинов и Минюк, 1991; Сладкопевцев, 1976).
В последние годы по результатам исследования в рамках российско-германского проекта «Природная система моря Лаптевых» установлено решающее значение колебаний уровня моря для происхождения и формирования дельты реки Лены (Большиянов и др., 2013). Были получены данные о происхождении и развитии дельты при повышенном уровне моря в каргинское время, что не могло не отразиться на условиях формирования террас и на Средней Лене.
Наши исследования в Якутской излучине ведут свою историю с 2012 г., когда по инициативе Йорна Тиде, почетного профессора Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), были организованы палеогеографические исследования верховьев Лены в пределах Иркутской обл. Затем они были продолжены в районе Якутска (Большиянов и др., 2016). В рамках российско-германских экспедиций «Лена-2014-2017» решались задачи по картированию и изучению геоморфологического и геологического строения террас реки Лены в среднем и нижнем ее течении от Якутска до дельты, чтобы определить роль морских и речных факторов в процессах формирования долины реки.
Основная цель настоящей статьи -- представить новый фактический материал по геоморфологическому и геологическому строению, возрасту и происхождению долины Лены в ее излучине между устьями Буотамы и Алдана.
Методы исследований
Полевые исследования заключались в описании естественных обнажений террас Лены и ее притоков. На участках этих разрезов были отобраны образцы для проведения спорово-пыльцевого анализа и датирования возраста. Датирование ИК-ОСЛ-методом выполнено в лаборатории геохронологии четвертичного периода Института геологии Таллинского технологического университета. Радиоуглеродное датирование и спорово-пыльцевой анализ проведены в лаборатории геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана им. В. П. Кёппена СПбГУ. Диатомовый анализ выполнен в отделе географии полярных стран Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ). Профили террас построены по топографической карте масштаба 1 : 200 000. Высота террас определена по топографическим картам разных масштабов, а также при помощи эклиметра и приемника GPS.
Результаты исследований
Согласно схеме1 речной долины и ее геоморфологическим профилям в излучине между устьями Буотамы и Алдана (рис. 1 и 2), пойменные террасы Лены на исследуемом участке возвышаются над урезом воды в реке до отметки 12 м: низкая пойма -- на высоте 3-5 м, высокая -- на высоте 5-12 м. Поймы сложены аллювием, состоящим из песка и растительных остатков. Их возраст составляет от нескольких тысячелетий до нескольких столетий. Так, например, возле уступа размыва поймы высотой 3 м на северо-западном берегу о. Ниряйик напротив пос. Графский Берег (62°46'57,1” с. ш., 129°43'20,7” в. д.) радиоуглеродный возраст растительных остатков в переслаивании песков и растительного детрита, отобранных с отметки 0,40 м над водой, составил 400 ± 80 лет (ЛУ-8310) Геоморфологическая схема долины Лены в якутской излучине составлена авторами настоящей статьи на основе схематической геоморфологической карты Лено-Алданской части Центральной Якутии, приведенной в работе (Иванов, 1984). Здесь и далее при описаниях в скобках приведены уникальные лабораторные номера образцов., а возраст растительных остатков, отобранных с отметки 1,75 м над водой, -- 390 ± 60 лет (ЛУ-8311). Древесина из переслаивания песков и растительных остатков, отобранная с отметки 1,2 м над водой на противоположном берегу (возле п. Графский Берег, 62°47'20,3” с. ш., 129°43'18,4” в. д.), имеет возраст 290 ± 60 лет (ЛУ-8312).
Высокая пойма (7-8 м) на правом берегу Лены в устье Буотамы сложена горизонтально слоистыми кварцевыми песками, имеющими возраст 8190 ± 100 л. н. (ЛУ-7258), определенный по растительным остаткам в песках. Это возраст первой надпойменной террасы, эродированной до уровня высокой поймы. На противоположном берегу Лены выражена эрозионная терраса -- пойма периода формирования палеорусла (на ней стоит п. Булгунняхтах). Она выработана в дочетвертичных породах на этой же высоте 7-8 м. В литературных источниках эта терраса называется Якутской, аналогично ее называют и жители Якутска.
Первая терраса (Сергеляхская) также сложена песками и имеет высоту 15-20 м (см. рис. 1 и 2). Радиоуглеродный возраст основания этой террасы, определенный для участка высотой 17 м, на котором расположен Институт мерзлотоведения СО РАН в Якутске, составляет 10 020 ± 230 лет (ЛУ-7257). Датировка выполнена по растительному детриту из косых серий аллювия, залегающего в подземелье института с уровня 10 м ниже поверхности.
Ниже по течению на правом берегу реки в районе п. Фрунзе выделяется терраса высотой 5-13 м, сложенная необычными для Лены галечниками и серыми алевритами, характерными для аллювия Алдана. В уступе размыва высотой 8 м в точке с координатами 63°01'30,2” с. ш., 129°44'14,5” в. д. снизу на урезе воды в меженном русле обнажаются галечники видимой мощностью 1 м (гальки здесь в основном представлены кварцем, иногда с примесью халцедона и яшмы), на которые налегают пески и алевриты (рис. 3). Верхний метровой слой отложений этой террасы в уступе смят в складки (простые, сундучные и лежачие), а отложения под складками на глубине 1,2 м имеют ИК-ОСЛ-возраст 10,0 ± 0,8 тыс. лет (RLQG 2463-067). Таким образом, аллювий этой террасы является одновозрастным с аллювием Сер- геляхской террасы в Якутске. Рельеф этой части долины отмечен гривами и разделяющими их ложбинами юго-западного направления. Рельеф и отложения предположительно свидетельствуют о бывшем стоке Алдана на рубеже плейстоцена и голоцена по протокам в Лену именно в этом месте долины, т. е. примерно в 45-50 км выше по течению от современного их слияния. геоморфологический терраса река отложение
Ниже п. Фрунзе прослеживается аккумулятивная терраса высотой 13-15 м, сложенная такими же серыми песчано-гравийно-алевритовыми отложениями, смятыми в верхней части в простые пологие складки. В точке с координатами 63°05'52,7” с. ш., 129°43'20,1” в. д., в уступе размыва высотой 15 м сверху вскрываются горизонтально-слоистые разнозернистые пески с гравием и растительным детритом. ИК-ОСЛ-возраст песков и алевритов со следами ряби и волнения с отметки 1,70 м от бровки уступа оказался равным 5,0 ± 0,4 тыс. лет (RLQG 2464-067). Ниже п. Харыялах по правому берегу реки есть похожее обнажение песков протяженностью около 1 км. Оба обнажения сверху по течению ограничены холмами высотой до 20-25 м (вероятно, дюнами). Терраса высотой около 13 м ниже по течению, напротив ухвостья о. Омулаган, сложена горизонтально-слоистыми песками. К обнажению песков также причленена терраса высотой 7 м. Судя по составу отложений и рельефу, здесь, ближе к устью Алдана, снова прослеживается 13-15-метровая терраса Лены голоценового возраста.