За прошедшие десятилетия появилось несколько сценариев и интерпретаций изменений природы Сибири в позднем плейстоцене (130—12 тысяч лет назад). Льдообразование здесь зачастую объяснялось через сравнение с альпийскими ледниками, что, однако, не было подкреплено учетом местных особенностей развития криосферы в регионе. Чтобы восполнить этот пробел в истории генезиса оледенения Западно-Сибирской равнины, сотрудники Института криосферы Земли ФИЦ «Тюменский научный центр СО РАН» в течение многих лет разрабатывали новые подходы к изучению геологической истории региона. Результаты последних исследований опубликованы в цикле статей в ряде рейтинговых научных журналов, в том числе в «Докладах Российской академии наук», а также в Catena, Quaternary Research и Quaternary International.
Ледники образуются из снега, который накапливается, спрессовывается, превращается в массу монолитного льда, и затем этот лед начинает течь под действием силы тяжести, принимая форму движущегося потока. Такие потоки способны проводить большую геологическую работу, и их следы дают возможность восстанавливать обстановки прошлого, в том числе — служить базой для прогностических моделей. Так, например, в Альпах ледники начали изучаться еще в конце XVIII века, а следы их былого присутствия в верховьях Дуная стали основой для многих схем развития четвертичного периода. Однако о том, какие образования принимать за следы ледников и какие формы оледенения могли существовать в Западной Сибири, в последние годы ведется острая дискуссия. Тюменские геокриологи указали на некорректность сопоставления ледниковых процессов в Европе и Сибири ввиду разных климатических и рельефных условий.
«Долгое время развитие криогенных геосистем (обусловленных взаимодействием процессов и явлений, порожденных холодом) в Западной Сибири рассматривалось как калька с европейских схем, в которых на первый план ставилось развитие ледников, — рассказывает ведущий научный сотрудник Института криосферы Земли ФИЦ ТюмНЦ СО РАН кандидат географических наук Владимир Семёнович Шейнкман. — Для определенного этапа развития науки это было объективно, поскольку типичными многолетними образованиями, порожденными холодом, в Европе являлись ледники. Но в Сибири главным проявлением холода выступает промерзание горных пород, что со временем вскрыло противоречия в выводах ученых».
Четвертичный период, или плейстоцен — последний геологический этап в истории Земли, начавшийся 2,6 миллиона лет назад.
Сегодня известны и хорошо изучены стихийные явления, не уступающие ледникам по силе и масштабам геологической деятельности. Например, ледово-морской разнос материала — когда каменные обломки на берегу холодных морей захватываются льдинами из морского льда и, примерзая к ним, разносятся, в том числе бороздя прибрежную зону. Или ледово-речной разнос — аналогичный процесс, при котором обломки примерзают к речному льду на берегах рек и затем переносятся во время ледохода, который способен проводить большую геологическую работу и перемещать материал на тысячи километров. Поэтому одна из ключевых задач, встающих перед исследователями, — выявление закономерностей развития криогенных геосистем. Для этого проводится подробный анализ обломочного материала — фрагментов горных пород (валунов, щебня, гальки) с выявлением источников его происхождения и способов обработки разными геологическими процессами.
«Если взглянуть на горный ледник, то может показаться, что он работает как бульдозер, выпахивающий долину перед собой, и в первых схемах это было принято как стереотип, — объясняет Владимир Шейнкман. — На самом деле всё оказалось не так. Ледник — не единая глыба. Его верхние слои движутся по нижележащим подобно игральным картам в наклоненной колоде. Тем более это касается ледников Сибири — все они охлаждены существенно ниже 0 °С, и нижние их слои приморожены к своему ложу. Поэтому поток льда только шлифует или царапает ложе — если при продвижении вперед он налегает на какую-то каменную россыпь, то камни просто вдавливаются в лед (являющийся вязкопластической массой) и играют роль наждака в нижних слоях ледника. А весь несомый ледником обломочный материал (он называется мореной) — это обломки горных пород, которые сваливаются на ледник со склонов, и он переносит их по типу конвейера. Все они скапливаются на конце ледника, окаймляя его валообразной насыпью — конечной мореной, она становится индикатором продвижения всего ледяного массива на определенную дистанцию. Если же взглянуть на покровный ледник, то он практически весь чистый. Подтвердили это и многочисленные результаты бурения таких: и в Антарктиде, и в Гренландии, и на Северной Земле, и на других ледниках керны до самого дна показали наличие льда без насыщения его обломочным материалом».
В Европе в холодные эпохи плейстоцена (криохроны) крупный покровный ледник формировался на Скандинавском полуострове. Многие горы на его территории превышают высоту 2 000 м и порой приближаются к отметке 2 500 м. Благодаря влиянию Атлантики сегодня здесь выпадает до 7 000 мм атмосферных осадков, значительная часть которых — снег. Поэтому при похолодании климата снеговая линия (или граница вечных снегов) быстро опускается, и даже за относительно короткие криохроны Скандинавия может оказаться под ледниковым покровом.
Схема снижения снеговой линии
«Однако в Западной Сибири ситуация кардинально отличается, — комментирует Владимир Шейнкман. — Большая часть Западной Сибири — это равнина, где нет гор, а в ее окаймлении они невысоки и невелики по площади. Главное, что даже в районе Полярного круга здесь выпадает лишь 400—450 мм атмосферной влаги, а на побережье Карского моря — около 300 мм, то есть примерно в двадцать раз меньше, чем в Скандинавии. В итоге наступление холодов в таких условиях означает прежде всего промерзание горных пород и формирование криолитозоны — это атрибут холодного континентального климата. Образование ледников по скандинавскому типу здесь просто не может произойти. Небольшие ледники могут формироваться только в горном обрамлении Сибири, относительно короткое время криохронов не позволяет им набрать силу и выдвинуться на равнину. Продолжительность криохронов составляет 12—15 тысяч лет, а для появления ледникового покрова в условиях Западной Сибири при отмеченном малом снежном питании требуется время как минимум на порядок больше, что в принципе невозможно».
Криолитозона — верхний слой земной коры, определяемый при обычных условиях отрицательной температурой горных пород и потенциальной возможностью формирования льда в их среде, а на больших глубинах – льдоподобного вещества (криогидратов) при температуре до 5 °С.
В последние годы от гипотезы западносибирского ледникового покрова в позднем плейстоцене уже отказалось большинство исследователей, хотя о характере более ранних криохронов дискуссия продолжается. Альтернативу ледниковым покровам предложил известный специалист в области палеогеографии четвертичного периода доктор географических наук Андрей Алексеевич Величко, который выделил на севере Западной Сибири развитие великой позднеледниковой пустыни. Работавшие под его руководством исследователи в песках под покровом торфяников обнаружили следы активной эоловой обработки (песчаные и пылевые частицы, обработанные и перенесенные ветром). Исходя из этого, исследователи пришли к выводу, что во время последнего криохрона здесь была холодная пустыня с ветровой переработкой верхних слоев песчаных отложений. Некоторые исследователи также предлагали сравнить условия этой пустыни с обстановками в известных сухих долинах Мак-Мердо в Антарктиде, где сотни лет не выпадают осадки и круглый год держатся отрицательные температуры.
Ключевую роль для понимания столь древних процессов играет многолетняя мерзлота — один из предметов изучения в криологии Земли, стремительно развивающейся науки о порожденных холодом явлениях. С этим феноменом первопроходцы Сибири столкнулись уже во время походов Ермака, но его плановое исследование началось в регионе лишь во второй половине XX века. В течение позднего плейстоцена мерзлые толщи здесь подвергались изменениям, и главным их индикатором являются полигонально-жильные структуры (ПЖС), детальная классификация которых была разработана профессором, доктором геолого-минералогических наук Николаем Никитичем Романовским. Для Западной Сибири они имеют первостепенное значение, и среди них важнейший индикатор ее обстановок в прошлом — псевдоморфозы по полигонально-жильным льдам (ПЖЛ).
Псевдоморфозы — результат замещения льда, образованного из талой воды в морозобойных трещинах, почвенно-минеральным субстратом.
Чтобы проверить гипотезы, связанные со временем последнего криохрона, и выявить закономерности палеоэкологического развития севера Западной Сибири, тюменские геокриологи изучили ряд реликтовых клиновидных структур в среднем и верхнем течении рек Надым, Пур и Таз на предмет их происхождения. Выяснилось, что эти структуры представляют собой именно псевдоморфозы по ПЖЛ. Такие льды образуются в результате затекания талой воды в морозобойные трещины, а псевдоморфозы по ним — результат замещения этого льда при его таянии почвенно-минеральным субстратом с окружающего ПЖЛ пространства. Целый ряд особенностей этих структур оказался несовместим с их развитием в условиях пустыни, поскольку строение псевдоморфоз фиксирует формирование этих образований в холодную и достаточно сухую эпоху, пусть с коротким, но теплым летом. Атмосферная влага при таких условиях выпадает в количестве, обеспечивающем питание ПЖЛ, причем она также скапливается вблизи поверхности в сезонно-талом слое и дает возможность существовать тундровой растительности.
Следы талых вод видны в строении псевдоморфоз в виде образований бурого цвета в их окаймлении
Результаты абсолютного датирования посредством радиоуглеродного анализа позволили определить особенности перехода от последнего криохрона к потеплению климата на севере Западной Сибири 12—13 тысяч лет назад. Наконец, тюменские ученые провели ряд анализов с применением морфоскопического, седиментологического, палеопедологического и других методов исследования изученных ими песчаных отложений. Были зафиксированы следы и эоловых процессов, которые, действительно, были достаточно активными в период позднего плейстоцена, но всё же имели только локальный характер — на участках, где песчаные отложения по каким-то причинам не были скреплены мерзлотой или растительностью. Обычно это места с выгоревшей растительностью после пожаров или участки с хорошо развитым деятельным слоем или с выходами подземных вод, отепляющих отложения. Они нередки сегодня даже в суровой Якутии, где широко развиты в долинах крупных рек песчаные дюны — тукуланы. Однако эти процессы не настолько интенсивны, чтобы предполагать по их следам формирование крупных региональных холодных пустынь.
Главная выявленная особенность — все клиновидные ПЖС содержали в своем заполнении палеопочвы характерные следы криогидроморфизма, выраженные ожелезненными и оглеенными образованиями, для которых характерен бурый цвет. Такие признаки указывают на наличие талых вод в период формирования этих структур, подчеркивая, что процесс происходил на основании из тающего льда. Всё это стало аргументами для предположения о том, что здесь была не холодная безводная пустыня, а хорошо выраженная тундра, рассеченная сетью ПЖЛ. Хотя объемы выпадающей атмосферной влаги были в регионе небольшими, но вполне достаточными и для питания ПЖЛ, и для обеспечения развития тундровых ландшафтов.
«Наш анализ показал, что, хотя на севере Западной Сибири наблюдалась значительная разнонаправленность процессов, в целом этот регион в холодные эпохи представлял тундру с широким развитием ПЖЛ. Криолитозона является характерным фоновым фактором для большей части Сибири, и при оценке явлений холодного мира в прошлом здесь необходим единый подход с позиций криологии Земли. К сожалению, он применяется не всегда, что по-прежнему порождает противоречия. Поэтому интерпретации явлений холодного мира Сибири нужны разработки новых подходов и новых парадигм, опирающиеся именно на присущие региону закономерности, а не на автоматический перенос несвойственных ему черт европейского развития на эту территорию», — подытожил Владимир Шейнкман.
Западная Сибирь занимает огромные пространства, которые часто воспринимаются односторонне, как гомогенная среда, в том числе с точки зрения палеоэкологических процессов плейстоцена. Дальнейшие исследования геокриологов будут направлены на изучение других районов региона с применением использованных методик и аналитики.
Исследования выполнены по госзаданию № 0296–2021–0012, ИКЗ ТюмНЦ СО РАН, под руководством академика Владимира Павловича Мельникова.
Глеб Сегеда
Фото предоставлены исследователем
