архипелаг Северная Земля

озеро Изменчивое  озеро Изменчивое 
 
 
 
Широта: 79°10'12" с.ш.
Долгота: 95.10'12"° в.д.
Площадь: 12 км2

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Озеро Изменчивое расположено на о-ве Октябрьской Революции (архипелаг Северная Земля) в 4 км к югу от ледника Вавилова, занимая часть ориентированной с юго-юго-запада на северо-северо-восток замкнутой структурно-денудационной котловины эллипсоидальной формы, представляющей собой обширную инверсионную депрессию в ядре брахиантиклинали, сложенной пластами карбонатных пород ордовика и нижнего силура.

 

Происхождение котловины достоверно не определено, однако можно предположить, что это древняя карстовая форма, выработанная в легко выщелачиваемых карбонатных гипсоносных породах. В четвертичное время котловина озера испытала на себе воздействие морских трансгрессий и ледниковых подвижек. В настоящее время северная часть котловины (периклинальное замыкание брахиантиклинали) погребена ледником Вавилова, летний режим абляции которого определяет особенности осадконакопления в приледниковом озере.

 

В плане озеро изометрично, но имеет непростой рельеф дна, от особенностей которого во многом зависит величина осадконакопления на различных участках. Три котловины, ограниченные 12-метровыми изобатами, занимают 28% площади озера и отделены друг от друга перемычками высотой от 2 до 8 м.

 

Северный берег озера, образованный дельтами впадающих проток, приглубый (крутизна подводного склона 6-7°). Береговая зона западной и восточной частей озера имеет пологий (менее 1°) надводный и более крутой (3-4°) подводный склоны.

 

Южная часть озера - мелководная акватория с глубинами до 2-х метров. Исток протоки, соединяющей озеро с морем, также мелководен и представляет собой порог, становящийся преградой стоку воды из озера в холодное время года.

 

Перепад высот в 6 м от уреза воды в озере до уровня моря вода преодолевает в узком, глубоком (до 40 м) каньоне, выработанном в известняках. Основная особенность данного приледникового водоема - отсутствие непосредственного контакта глетчерного льда и озерных вод. Арх. Северная Земля расположен в пределах распространения типичных полярных пустынь/высокоарктических тундр: преобладающими являются мхи и лишайники, цветущие растения встречаются довольно редко.

 

Наибольшее разнообразие видов растений встречается по террасам рек в центральных частях островов, а в наиболее климатически благоприятных местах встречаются растущие торфяники.

 

 

s izmen

Схема расположения оз. Изменчивое (по Большиянов, Макеев, 1995)

 

 

 

 

 

а, б, в - соответственно восточная, центральная и западная системы проток, спадающих в озеро

 

В течение летних сезонов 1979 и 1981 гг. в бассейне оз. Изменчивого была проведена геоморфологическая съемка, гидрометеорологические измерения, батиметрическая съемка озерной ванны, съемка донных отложений озера, тахео­метрическая съемка участков побережья, наблюдения за массовыми движениями грунта на склонах озерной котловины, непосредствен­ные измерения скоростей современного осадконакопления в озере.


В восточной и западной котловинах озера Изменчивое было отобрано 2 колонки донных отложений.

 

Колонка № 1238 длиной 10,4 м была отобрана с глубины 17,2 м, колонка № 1239 длиной 12,7 м – с глубины 17,3 м.

С забоя скважин подняты несортированные, в значительной мере консолидированные, неслоистые отложения типа диамиктона, интерпретированные как ледниковые отложения. Выше залегают глинистые алевриты различного цвета, который изменяется от светло-серого внизу, к черному и темно-серому в середине толщи, к красно-коричневому в верхней части толщи. Верхние 7,5 м колонки сложены хорошо слоистыми илами – озерными отложениями.


Из колонок донных отложений были отобраны образцы на микробиологические анализы, а также для исследований на фрез-драйере и определения содержания воды в образцах осадка. Дальнейшие седиментологические, минералогические, геохимические, биогеохимические, геохронологические и палинологические исследования проводились только для колонки № 1238, поскольку первичное изучение колонок показало хорошую сопоставимость осадков в обеих колонках (Raab et al., 2003).

 

№ керна глубина отбора, м мощность, см виды анализов
А   12
  • литология
1238   17,2  10,4
  • литология
  • варвометрия
  • средняя скорость осадконакопления
  • спорово-пыльцевой
  • микробиологический
  • магнитная восприимчивость
 
1239 17,3 12,7
  • литология
  • магнитная восприимчивость

 


 

 

 

Батиметрическая схема оз. Изменчивое 

S зеркала озера - 12 км2

Сред. глубина  - 4,7 м

Макс. глубина - 18,5 м

Приблизительный объем воды - 50 млн м3

PG1238 и PG1239 - точки отбора кернов

 

 

(Raab et al, 2003)

 

Максимальные значения мутности воды зафиксированы в северной части озера — там, где происходит разгрузка леднико­вых потоков и осаждение наиболее крупной фракции наносов — песка. Здесь идет процесс ежегодного наращивания дельты, со­кращающей площадь озера на 0,012 км ежегодно (осреднение за 1962—1982 гг.). Мутность воды достигает значений в сотни грамм на кубический метр, еще более увеличиваясь при штормах в результате взмучивания уже осевших частиц в пределах закраин. В результате че­редования штормовых и спокойных периодов возможно неоднократное осаждение взвешенного   материала,   образующего в отложениях внутрисезонную слоистость (Большиянов, Макеев, 1995).

Литология оз. Изменчивое 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - известняки,

2 - глины алевритовые с неясной горизонтальной слоистостью

3 - ленточно-слоистые глины

4 - валунные суглинки

5 - включение галек

6 - фораминиферы

7- пирит

8 - глины солоноводного бассейна

9 - остракоды

10 - глины пресноводного бассейна

11 - переотложенные морские глины

 

А - (Большиянов, Макеев, 1995)

Б - (Raab et al, 2003)

 


 

Результаты гранулометрического анализа ледниковых отложений, поднятых со дна оз. Изменчивое (Большиянов, Макеев, 1995).

 

Гранулометрический состав (фракция), мм

Сортиро-ванность

Коэффициент окатанности

60-40

40-20

20-10

10-2

2-1

1-0,5

0,5-0,25

0,25-0,1

0,1-0,05

0,05-0,01

0,01-0,005

0,005-0,001

<0,001

Средний

Размер

частиц

-

-

7,0

8,8

1,4

1,4

0,5

1,1

22,8

19,9

5,0

10,2

21,9

2,6

0,82

5,8

 

 


 

Результаты гранулометрического анализа по колонке донных отложений RG1238 (Raab et al., 2003)

granulom izmench

 


 

 

Минералогия оз. Изменчивое

На данном рисунке представлены пики соотношения различных элементов, содержащихся в осадках колонки  RG1238 к корунду: Imineral/Icorundum(0 3 0). 1.4 nm=14 A- minerals, 1.0 nm=10A-minerals, Q=quartz (100), Or=orthoclas (002), Al=albite (002), Cc=calcite (10 4), Dol=dolomite (1 04), Pyrite=pyrite (3 1 1) (Raab et al., 2003)

 


Верхняя пачка пресноводных ленточнослоистых илов из колонки донных отложений № 1238 состоит из глинистых минералов, среди которых преобладают гидрослюды – 45-60%, хлорит – 25-40%, каолинит – до 15%, монтмориллонит – до 5%. Минеральный состав тяжелой фракции характеризуется следующим соотношением: лейкоксен – до 25,5%, апатит – 4,0-11,8%, циркон – до 8,5%, турмалин – до 5,4%, титанистые минералы – до 7,2%, моноклинные пироксены – 2,8-4.4%, обыкновенная роговая обманка – 2,6-6,9%, эпидот-цоизит – 1,0-8,1%. В отдельных образцах резко возрастает количество рудных минералов – до 50-70% и пирита – до 8%. Такой состав минеральной тяжелой фракции соответствует источникам – палеозойским осадочным породам западной части о. Октябрьской Революции (Большиянов, Макеев, 1995).

 

                                              

Oбщее содержание неорганического углерода (TIC), общее содержание органического углерода (TOC), общее содержание азота (TN), содержание общей серы (TS) и отношение TOC/ TN в осадках колонки RG1238 (Raab et al., 2003)

 geohim izmench

 


 

 Дисперсионный анализ (ANOVA ) по данным водорастворимых элементов, электропроводности и рН , а также по данным объемной геохимии в осадках колонки RG1238 (Raab et al., 2003)

 

geohim



Сходство разных фаций по геохимическим данным (Raab et al., 2003)

geohim 1

 Последовательность фаций в сравнении с магнитной восприимчивостью и плотностью гамма-лучей в осадках колонки RG1238 и  колонки RG1239 (Raab et al., 2003) Магнитная восприимчивость оз. Изменчивое

 

 dat

 

Сопоставление результатов исследований донных отложений различными группами исследователей:
А - по нашим данным (Большиянов, Макеев, 1995), Б - по данным немецких исследователей (Raab et al., 2003)

оз. Изменчивое

1 - известняки, 2 - глины алевритовые с неясной горизонтальной слоистостью, 3 - ленточно-слоистые глины, 4 - валунные суглинки, 5 - включение галек, 6 - фораминиферы, 7 - пирит, 8 - глины солоноводного бассейна, 9 - остракоды, 10 - глины пресноводного бассейна, 11 - переотложенные морские глины

Б - радиоуглеродные датировки разных органических частиц и люминисцентные датировки различных минеральных фракций из колонки RG1238. Пунктирная линия соединяет результаты IRSL-датирования (Raab et al., 2003).

 

По результатам исследований колонки донных отложений № 1238 в ее разрезе было выделено 6 фаций:



оз. Изменчивое
Реконструкция развития окружающей среды района оз. Изменчивое, начиная с ранневалдайского времени и до наших дней (Raab et al., 2003)

1. ледниковая (10,43-10,13 м), характеризуется сероватым, консолидированным диамиктоном, с довольно большим размером зерен; интерпретируется как морена;


2. морская («in situ») (10,13 – 9,90 м), состоящая из оливково-зеленых массивных пород глинистого и алевритового состава;


3. фация, накопившаяся во время отсутствия в котловине воды (9,90 – 9,88 м), представленная известковистыми и серосодержащими осадками;


4. переотложенные морские осадки (9,88 - 8,50 м), характеризующиеся хорошей слоистостью (мощность слоев 0,1-1 см), состоящие из глин и алевритов оливково-зеленого цвета;


5. соленоводная (8,50 – 7,85 м), глинисто-алевритовая фация черного цвета с хорошей слоистостью(мощность слоев 1-5 мм);


6. пресноводная (7,85 – 0 м) 
красно-коричневая глинисто-алевритовая фракция, являющаяся девонскими песчаниками, принесенными с территории водосбора озера (Raab et al., 2003).

 



Реконструкция климата:

Ранне- и средневалдайское время


Ледниковая фация, залегающая в основании колонки и состоящая из морены, интерпретируется как след от последнего оледенения, перекрывшего оз. Изменчивое (см. рис.). Морена предшествует морским осадкам («in situ»), которые, согласно датировкам, относятся к возрасту среднего Валдая или старше. Морена же образовалась в течение раннего Валдая или начале среднего Валдая, что хорошо согласуется с пределами распространения ранне/средне валдайского оледенения, предложенных Mangerud et al. (2001) и Svendsen et al. (1999) и подтвержденных другими исследователями.


Морская фация свидетельствует о дегляциации и морской трансгрессии, возможно в среднем Валдае. Это коррелируется с ESR–датировками (50-60 тыс. л.н.), определявшими возраст по фораминиферам и раковинам моллюсков из четвертичных морских отложений, находящихся вблизи ледника Вавилова и на водосборе оз. Изменчивое.


Далее в осадках отражена стадия высыхания морского бассейна, что связано с регрессией моря, аридизацией климата и сокращением поставок талой воды. Безводная котловина существовала, возможно, в течение где-то 20 тыс лет. Интересно, что интервал 30-50 тыс л.н. характеризуется развитием торфяников на полуострове Таймыр. Это было время развития почв (влажный, теплый климат) в средних широтах по всему миру (датировки палеопочв на Аляске, США, Новой Зеландии, Китае).


Осадконакопление возобновилось около 30 тыс. л.н. В течение конца среднего валдая и части позднего валдая (до 21 тыс. л.н.) формировались переотложенные морские осадки, отражающие повторное отложение морских осадков, принесенных с территории водосбора озера. Содержание в морских осадках соответствующих химических элементов привело к формированию соленоводного бассейна. Флювиальные осадки позволяют сделать предположение о сравнительно теплом и более влажном климате, чем прежде.


В целом, неустойчивость климата с периодами потепления и похолодания характерна для среднего валдая и на территории п-ва Таймыр, что описано в работе «Антропоген Таймыра» (1982). Однако, позднее были найдены следы преобладания холодного и сухого континентального климата, прерывавшегося периодами потепления, характеризующимися очень холодными зимами, но и летними температурами, достаточными для лучшего развития растительности.

Поздневалдайское время


Данный период в осадках оз. Изменчивое представлен соленоводной фацией (см. рис.). Формирование этих отложений происходило в период 21-19 тыс. л.н. Осадконакопление происходило, по-видимому, под озерным льдом, который ограничивал поступление талых вод и осадков, что приводило к выпадению в осадок растворимых солей, благодаря испарению соленой воды, и стратификации столба воды с опусканием вод, содержащих мало кислорода. Все это может свидетельствовать об очень сухом и холодном климате.


Продолжение озерного осадконакопления и отсутствие ледниковых и озерно-ледниковых отложений в котловине озера в течение позднего Валдая также свидетельствует о распространении ледника на о-ве Октябрьской Революции во время последнего ледникового максимума. И хотя в настоящее время край ледника Вавилова находится всего лишь в 4 км от оз. Изменчивого, тем не менее, во время последнего ледникового максимума он не достигал котловины озера. Это подтверждается и предыдущими исследованиями арх. Северная Земля (Alekseev, 1997; Velichko et al., 1984; Stiėvenard et al., 1996). Однако, согласно Makeyev & Bolshiyanov (1986) ледниковый покров все-таки перекрывал котловину оз. Изменчивое, хотя и имел незначительное распространение. Последняя интерпретация базируется на находках мамонта вблизи современного края ледника Вавилова, имеющие датировки 24,9, 20,0, 19,3 и 11,5 тыс. л.н. (Vasilchuk et al., 1997). Однако, судя по озерным кернам, в это время происходило накопление тонкозернистого материала. Это подтверждает, что в течение последнего ледникового максимума евразийский ледниковый щит не достигал Северной Земли и, возможно, не распространялся на территорию п-ва Таймыр.



Конец валдайского времени и голоцен


Глобальное потепление климата в конце плейстоцена привело к увеличению поступления талых вод и опреснению озера (около 12 тыс. л.н.) (см. рис.). В течение большей части голоцена климатические условия были теплее и стабильнее, что отражено в хорошо выраженной слоистости, ежегодным поступлением талых вод и низкой, но постоянной продукцией биомассы. Более теплый и влажный климат привел к увеличению скорости осадконакопления. Позднее в осадках наблюдается отсутствие слоистости и сильные флуктуации в биогеохимических данных, что дает основание предполагать о более нестабильных климатических условиях. После этого, осадконакопление происходит в современных климатических условиях и характеризуется прямой зависимостью между процессами осадконакопления и температурой воздуха (Большиянов, 1985).


В результате отступания ледника произошло повышение уровня моря, что привело к отделению арх. Северная Земля от континентальной суши (Alekseev, 1997). Относительно небольшой подъем суши после дегляциации также свидетельствует о небольшой мощности поздневалдайского оледенения на Северной Земле.

Приведённые палеоклиматические построения основаны на результатах интерпретации данных из скважины, пробуренной в российско-германской экспедиции на Северную Землю в 1996 г. (скважина Б или 1238).


A

Скважина А, пробуренная в озере советскими исследователями в 1980 г. до девонких пород, интерпретируется совсем по другому. Дело в том, что временная модель немецких исследователей (Raab et.al,2003), базируется на датировках методом IRSL и радиоуглеродном датировании переотложенных органических остатков. По нашим данным (Большиянов, Макеев, 1995) эта модель не верна, т. к. не соответствует современным скоростям осадконакопления в озере. Варвометрический анализ ленточных глин и гидрологические исследования баланса стока и отложения наноссов в озёрной котловине (Большиянов, 1985) показали, что верхняя часть колонки (1,1 м) накапливалась в течение последних 1500 лет, в то время как немецкая возрастная модель даёт возраст осадка на глубине 0,2 м в 4000 лет. Поэтому вся история озера может быть совсем другой. На девонских породах залегают ледниковые отложения, свидетельствующие о продвижении ледников в озеро в сартанское время перед оптимум голоцена, который имел место на Северной Земле 11-9 тыс. л.н. (Большиянов, 2005). Важнейшее событие в конце голоцена - это трансгресия в озеро морских вод, которая закончилась около 1500 л.н. со сменой в колонке морских отложений, содержащих комплекс морских фораминифер, ленточными глинами приледникового водоёма.

 

 

 


В результате проведения полевых и камеральных работ было установлено, что полученные расчетным путем значения вполне сопоставимы с реальной толщиной годовых слоев ленточнослоистых донных осадков. Мощность сезонных слоев, отлагающихся в северной части озера в непосредственной близости от источников выноса взвешенных веществ, составляет 70—90 мм, а слоев, отлагающихся в южной и восточной частях озера, меньше, чем в центральной котловине.

Таким образом, в процессе исследования конкретного приледникового озера выявились следующие особенности режима осад­конакопления (Большиянов, Макеев, 1995):


1) количество материала, поступающего в приледниковый водоем, и мощность слоя откладывающегося осадка зависят главным образом от погодных условий периода таяния, а именно — от хода температуры воздуха и ветрового режима;


2) в условиях летнего ледостава поступление обломочного материала, выносимого талыми водами, происходит в основном по придонным слоям озерных вод;


3) распределение наносов по площади дна озера весьма нерав­номерно и зависит от рельефа дна водоема и ветрового режима в бассейне озера; мощность отдельных годовых слоев осадков за­частую не выдержана в пределах даже такого небольшого приледникового озера, как Изменчивое;


4) внутрисезонная слоистость в ленточных осадках приледникового бассейна образуется в условиях свободного ото льда водо­ема в результате чередования штормовых и спокойных периодов в ветровом режиме.

На приведенной кривой, построенной по десятилетним интервалам, показаны изменения толщи годовых прослоев по одной из наиболее репрезентативных колонок, отобранных из центральной части оз. Изменчивого. Кривая разделена на периоды потепления и похолодания линией, соответствующей средней многолетней толщине годового прослоя (1 мм), полученной по вышеуказанной формуле и современному среднему многолетнему значению средней температуры воздуха в июле в исследуемом районе (1,5 °С).

image006 Толщина годовых слоев (мм) ленточных отложений оз. Изменчивого в колонке А (Большиянов, Макеев, 1995).

 

 

В общей сложности на кривой хорошо выделяются два интервала (в IX—X и XV—XVIII вв.), когда средняя летняя температура воздуха была ниже современной (похолодание), и два интер­вала (X—XIV и XIX—XX вв.) с более высокой средней летней температурой (потепление).


Помимо главной периодичности в изменчивости осадконакоп­ления, в пределах каждого из четырех отмеченных интервалов существовала периодичность более мелкого масштаба. С помощью статистического анализа 100 самых верхних годовых прослоев в озерах Изменчивом и Фиордовом были подсчитаны фазы и коге­рентность с целью выявления частотных характеристик связи. На графике хорошо выражены периоды в 11, 5.33, 4.4, 2.6 и 2.1 года со значением фазы на этих периодах, близким к 2, что указывает на большую положительную корреляцию на этих частотах, возникающую под влиянием одного какого-нибудь фактора. Таким фактором являются, бесспорно, колебания тем­пературы воздуха в летний период. Этот вывод не противоречит также данным наших натурных наблюдений за повторяемостью аномально теплых летних периодов на о. Октябрьской Революции (с 1965 г.) и за период инструментальных наблюдений на полярной станции о. Голомянный.

image008

 

 

 

Когерентные колебания толщины годовых слоев донных отложе­ний озер Изменчивого и Фиордового за 100 лет. К — коэффициент когерентности (Большиянов, Макеев, 1995).

image010       

 

Когерентные колебания толщины годовых слоев отложений оз. Изменчивого и средней июльской температуры воздуха по данным ст. о. Голомянный (Большиянов, Макеев,1995).

 


 itog1

    Время Малого ледникового периода для района оз. Изменчивое (Большиянов, Павлов, 2004).

 


оз. Изменчивое

 

 

Опубликованная литература

1. Антропоген Таймыра. М., 1982. 181 с.

 

2. Большиянов Д.Ю. Осадконакопление в современном приледниковом озере (на примере озера Изменчивого, архипелаг Северная Земля) // Вестн. ЛГУ. – 1985. Т.7, вып. 1. – С. 43-50.


3. Большиянов Д.Ю., Макеев В.М. Архипелаг Северная Земля: оледенение, история развития природной среды. СПб: Гидрометеоиздат, 1995. – 216 с.


4. Большиянов Д.Ю., Павлов М.В. Определение времени Малого ледникового периода в различных частях российской Арктики по данным изучения донных озёрных отложений // Известия Русского географического об-ва. 2004. Т. 136. вып.4. – С. 37-50.


5. Alekseev M.N. Paleogeography and geochronology in the Russian Eastern Arctic during the second half of the Quaternary // Quaternary International 41/42, 1997. – Р. 11–15.


6. Makeyev V.M., Bolshiyanov D.Yu. Formation of the relief and deposits in areas of present-day glaciation on Severnaya Zemlya // Polar Geography and Geology 10, 1986. – P. 331–338.


7. Mangerud J., Astakhov V.I., Murray A., Svendsen J.I. The chronology of a large ice-dammed lake and the Barents-Kara ice sheet advances, Northern Russia // Global and planetary Change 31, 2001. – P. 321-336.


8. Raab A., Melles M., Berger G.W., Hagedorn B., Hubberten H.-W. Non glacial paleoenvironments and the extent of Weichselian ice sheets on Severnaya Zemlya, Russsian High arctic // Quaternary Sci. Rev. 2003. Vol. 22. P. 2267-2283.


9. Stielvenard M., Nikolaev V., Bolshiyanov D.Yu., Fle!hoc C., Jouzel J. Pleistocene ice at the bottom of the Vavilov Ice Cap, Severnaya Zemlya, Russian Arctic // Journal of Glaciology 42, 1996. – P. 403–406.


10. Svendsen J.I., Astakhov V.I., Bolshianov D.Y., Demidov I., Dowdeswell J.A., Gataullin V., Hjort C., Hubberten H.-W., Larsen E., Mangerud J., Melles M., Möller P., Saarnisto M., Siegert M. J.Maximum extent of the Eurasian ice sheets in the Barents and Kara region during the Weichselian // Boreas 28, 1999. - P. 234-242.


11. Vasil’chyk Y., Punning J.M. and Vasil’chyk A. Radiocarbon ages of mammonths in Northen Eurasia: implications for population development and Late Quaternary environment // Radiocarbon 39, 1997. – P. 1-19.


12. Velichko A.A., Isayeva L.L., Makeyev V.M., Matishov G.G., Faustova M.A. Late Pleistocene glaciation of the Arctic Shelf, and the reconstruction of Eurasian Ice Sheets. In: Velichko, A.A. (Ed.) // Late Quaternary Environments of the Soviet Union. University of Minnesota Press, Minneapolis, 1984. - Р. 35–41.

 

Фондовая литература


1. Научно-технический отчет экспедиции (А-162-А) на полуострове Таймыр и архипелаге Северная Земля в июле-августе 2002 г., августе 2003 г. (Отчет ААНИИ).  2003. 60 с.