Озеро Твердое расположено в северо-западной части о. Большевик на поверхности 40-45-м абразионной морской террасы, с поверхности перекрытой морскими прибрежными и пляжевыми грубообломочными отложениями (гравийниками, галечниками, валунниками) каргинского возраста (Государственная геологическая…, 1999). Предположение о каргинском возрасте данных отложений основывается на единственной радиоуглеродной датировке по костям моржа (41240 лет, ЛУ-1325, абсолютная высота точки отбора – 40 м), полученной из разреза 60-70-м морской террасы на западном берегу залива Ахматова (Большиянов, Макеев, 1995; Государственная геологическая…, 1999). Коренные породы на водосборе озера представлены вендскими отложениями тельмановской (Vtl) и касаткинской (Vks) толщ: ритмично переслаивающимися серыми, зеленовато-серыми и пестроцветными (для тельмановской толщи) песчаниками, алевролитами и аргиллитами (Государственная геологическая…, 1999).

Котловина оз. Твердого имеет почти изометричную форму в плане, площадь около 0,7 км2 и максимальные глубины до 10 м. Вероятно, котловина озера имеет тектоническое происхождение и лежит на оси разлома, являющегося частью линеамента, хорошо прослеживающегося на карте в виде цепочки озер, вытянутой в северо-западном направлении.

Современный уровень воды в озере расположен на высоте около 41 м над уровнем моря. Большую часть года озеро покрыто льдом, и полное вскрытие ото льда в летний период происходит только эпизодически. Например, летом 2014 г. ото льда освободилась только прибрежная часть озера, а в 2015 г. озеро вскрылось полностью. Такое расхождение в гидрологическом режиме объясняется более теплыми летними условиями 2015 г., когда среднемесячная температура воздуха в июне - августе на НИС «Ледовая база мыс Баранова» составила + 0,9° С по сравнению с + 0,1°С в 2014 г. (Научный отчет…, 2015).

Значительные глубины озера определяют его палеолимнологическую ценность. При средней толщине озерного льда около 2 м, оз. Твердое не промерзает до дна и имеет профундальную часть, где отсутствуют волновые движения и ветровое перемешивание, что обуславливает непрерывное и ненарушенное осадконакопление.

Колонка донных отложений оз. Твердого длиной 246 см была отобрана в мае 2015 г. в точке с координатами 79˚14’43’’ с.ш. и 101˚48’55’’ в.д. при глубине воды 4,57 м со льда при помощи ручного торфяного бура.
Полученный керн был изучен несколькими видами анализов: литолого-фациальным, гранулометрическим и споро-пыльцевым анализом. Выполнение диатомового и геохимического анализов на данный момент ещё продолжается.

При литологическом описании керна донных отложений оз. Твердого было выделено 10 горизонтов (снизу вверх):

1) 246-244 см – светло-серые глины, плотные, пластичные, тонкослоистые на изломе, с единичным включением плохо разложившегося растительного макроостатка на глубине 245-246 см. Верхняя граница – неровная, соответствует поверхности размыва.

2) 244-238 см – горизонт размыва, представленный смесью ниже- и вышележащих отложений. На глубине 242-243 см отмечено единичное включение плохо разложившегося растительного макроостатка.

3) 238-193 см – светло-серо-коричневый алевритовый пелит, неяснослоистый, с редкими включениями углистых частиц песчаной размерности. С глубины 228 см начинают встречаться фрагменты плохо разложившегося растительного детрита, содержание которых увеличивается к верхней границе горизонта.

4) 193-124,5 см – горизонт переслаивания темно-серого алевритового пелита с редким включением зерен тонкозернистого песка и прослоев плохо разложившегося растительного детрита. В интервале 165-146 см органические прослои наклонены под небольшим углом. Нижняя/верхняя граница горизонта проводятся по подошве/кровле первого/последнего хорошо выраженного органического прослоя.

5) 124,5-66 см – темно-серый алевритистый пелит с редким включением зерен тонкозернистого песка и плохо разложившихся растительных макроостатков, равномерно распределенных по всему интервалу с незначительным уплотнением на глубинах 67-70, 77-86 и 99-100,5 см. На глубине 107-108 см – включение гальки, средней окатанности, размерами 1×1 см. На глубине 100,5 см – включение стебелька мха, хорошей сохранности, длиной 2 см. На глубине 87 см – минеральное включение гравийной размерности, размерами 4×3 мм. Верхняя граница горизонта проводится по линии полного исчезновения включений плохо разложившихся растительных макроостатков.

6) 66-25 см – серый алевритистый пелит с редким включением зерен тонкозернистого песка. На глубинах 36, 43, 49 и 54-55 см присутствуют включения глинистых окатышей гравийной размерности.

7) 25-8,5 см – прослой глинистых окатышей с матриксом из серого алевритистого пелита с включением редких зерен тонкозернистого песка. Глинистые окатыши – галечно-гравийной размерности (от 3-4 до 20-30 мм), плотные, разной степени окатанности (чем меньше размером, тем лучше). Размер окатышей и их процентное содержание увеличиваются к верхней границе, а также выше 22 см их цвет меняется с темно-серого на рыжий. На глубине 14-15 см – единичное включение плохо разложившегося растительного макроостатка. Нижняя граница – постепенная, проводится условно по линии, когда окатышей становиться меньше, чем матрикса. Верхняя граница – ясно выраженная, наклонная, неровная, отчетливая по цвету.

8) 8,5-6,5 см – рыжий алеврит с включением зерен тонкозернистого песка. Верхняя граница – горизонтальная, неровная, четко определяемая по смене цвета.

9) 6,5-4 см – серо-коричневый алеврит с включением зерен тонкозернистого песка. Верхняя граница – горизонтальная, неровная с затеками, четко определяемая по смене цвета.

10) 4-0 см – темно-коричневый песчаный алеврит. Песок во включениях – тонко-мелкозернистый, большая доля в его составе принадлежит темноцветным минералам.
Гранулометрический анализ позволил уточнить литологическое описание и выявил некоторые тенденции в характере изменения крупности частиц. В целом, все проанализированные образцы представлены пелитом с примесью алевритовых частиц и тонкозернистого песка. Массовая доля пелитовых частиц (диаметром менее 5 мкм) по глубине колонки изменяется от 65,9 до 90,7%, достигая максимума на глубине 54-58 см. При этом основная доля приходится на частицы диаметром менее 1 мкм, процентное содержание которых меняется от 41,6 до 76,4%. Содержание алевритовых частиц (диаметром 5-50 мкм) колеблется от 7,8 до 30,7%, при этом в нижней части колонки повсеместно превышает 20%, достигая максимума на глубинах 135-188 и 216-237 см. Если не учитывать включения двух единичных галек на глубинах 87 и 107 см, то грубая фракция в составе осадков представлена только тонкозернистым песком (50-125 мкм), содержание которого незначительно (0,7-3,6%). Небольшие максимумы содержания тонкозернистого песка наблюдаются в верхней и нижней частях колонки, а также на глубине 166-178 см.

СПОРО-ПЫЛЬЦЕВОЙ АНАЛИЗ

Методом споро-пыльцевого анализа было исследовано 29 образцов, отобранных с интервалом в 10 см по всей колонке донных отложений оз. Твердого. Полученная диаграмма была разделена на 4 палинозоны:

1) Палинозона I (246 – 235 см) характеризуется доминированием в спектрах пыльцы Poaceae (до 43%) и Artemisia (до 30%). Процентное содержание Cyperaceae и Saxifraga достигает 4,5 и 6,8% соответственно. Остальные травы представлены единично. Древесные породы представлены в спектре незначительно. Максимальное содержание среди них имеет Betula sect. Nanae (до 6,3%), Pinus s\g Haploxylon (до 4,7%) и Salix (до 1,8%). Участие споровых достигает 7,5% (в основном Polypodiaceae и Sphagnum). Стоит также отметить практически полное отсутствие пресноводных водорослей и наличие переотложенных пыльцы и спор (до 6%).

2) Палинозона II (235 – 175 см) отличается резким увеличением в спектре пыльцы Betula sect. Nanae (до 30%) и Salix (до 8,5%). Среди трав отмечается достаточное резкое сокращение количества пыльцы Artemisia (9-20%) и более плавное уменьшение пыльцы Poaceae (min. 20%), а также увеличение процентного содержания пыльцы Cyperaceae и Rumex\Oxyria до 8 и 10% соответственно. Споровые представлены единично. Отмечается резкое появление пресноводных водорослей Pediastrum (до 60%).

3) Палинозона III (175 – 55 см) характеризуется дальнейшим увеличением пыльцы Betula sect. Nanae (до 45%) и появлением пыльцы Alnaster (до 36%). Salix присутствует в количестве до 5,8%. В нижней части палинозоны отмечается резкое увеличение пыльцы Cyperaceae (до 27%), содержание которой постепенно сокращается до 3% на гл. 59 см. Процентное содержание Poaceae, Artemisia и Rumex\Oxyria также сокращается. Количество споровых в спектре незначительно. Среди водорослей доминируют Pediastrum (до 57%) и только в пробе на гл. 69 см доминирует Botryococcus (до 80%). Образец на гл. 89 см отличается от остальных очень низким содержанием микрофоссилий и поэтому на диаграмме обозначено лишь присутствие тех или иных таксонов в спектре.

4) Палинозона IV (55 – 3 см) выделяется по очень низкому содержанию пыльцы и спор. Среди древесных и кустарниковых пород единично представлены Betula sect. Nanae, Alnaster, Pinaceae. Среди трав – Cyperaceae, Poaceae, Artemisia, Saxifraga, Rumex\Oxyria и некоторые другие. Образцы с глубин 6, 28 и 29 см отличаются обилием водорослей Pediastrum, а с глубин 9 и 19 см – их полным отсутствием.

Палеоклиматические реконструкции

По спорово-пыльцевой диаграмме можно проследить несколько этапов изменения климата, однако, ввиду отсутствия геохронологических данных, описание климата и растительности сделана без возрастной привязки.
Спектры палинозоны I характеризуют холодные и сухие условия. В окружающей озеро растительности преобладали злаки и полыни с примесью камнеломок и некоторых других трав. Единичные кустики ивы могли расти в долинке реки. Пыльца древесных пород, представленная в незначительных количествах, является дальнезаносной. Практически полное отсутствие пресноводных водорослей свидетельствует о неблагоприятных для их развития условиях, что может быть связано с наличием длительного ледового покрова на озере. Однако наличие переотложенных микрофоссилий в этой палинозоне указывает на сток вод в озеро с водосбора, где встречаются более древние отложения (Государственная геологическая, 1999), т.е. озеро должно было вскрываться ото льда, хотя бы на короткое время.
С глубины 230 см (палинозона II) отмечается значительное присутствие (15-30%) пыльцы карликовой березки, что свидетельствует о её присутствии в растительности, а, следовательно, и о потеплении климата. Сокращение пыльцы полыней и злаков и увеличение пыльцы осок и щавеля/кисличника указывает на некоторое увлажнение территории вокруг озера, что может быть связано как с увеличением количества осадков, так и с повышением температуры, приводящее к оттаиванию многолетнемерзлых пород и заболачиванию территории. Участие ив в растительности также увеличивается. Стоит также отметить, что на гл. 230 см встречаются тератоморфные (уродливые) пыльцевые зерна, что указывает на неблагоприятные условия во время их формирования, что вполне логично для переходной зоны от холодных условий к более теплым. Присутствие большого количества пресноводных водорослей Pediastrum свидетельствует о достаточно резком изменении условий в озере, ставших благоприятными для их развития, что также указывает на потепление климата.
Следующий этап развития климата (с гл. 170 см) связан с его дальнейшим потеплением и увлажнения, о чем свидетельствует достаточное резкое увеличение пыльцы осок и появлением пыльцы ольховника в спектрах. Таким образом, палинозона III отвечает самому тёплому интервалу. Пик пыльцы ольховника (34,5-36%) наблюдается на глубинах 120-140 см, что может соответствовать климатическому оптимуму. Растительность в это время была представлена травяно-кустарничковой тундрой (ольховником, карликовой березкой, ивами, осоками и злаками с незначительных участие полыней и других трав). Споровые представлены единично, однако их участие в спектрах обычно сильно занижено и не отражает реальной роли мхов и плаунков в растительности. Стоит ещё отметить наличие в спектрах в интервале 210 – 80 см гриба Sporomiella, который обычно размножается на помёте крупных травоядных животных (Davis & Shafer, 2006). Образцы на глубинах 90 и 70 см отличаются очень низким содержанием микрофоссилий, однако в литологии осадка это никак не отражено. К тому же, для образца с гл. 70 см характерно замещение водорослей Pediastrum другим видом пресноводных водорослей Botryocoсcus. Возможно, что Botryocoсcus становится доминантов в экстремальных условиях, когда подавляется развитие других водорослей, как например, Pediastrum. Вода в таких случаях бывает очень холодной, чистой и олиготрофной (Jankowska & Komarek, 2000).
В палинозоне III очень показательной является кривая изменения содержания ольховника, когда отмечается достаточно быстрый рост процентного содержания Alnaster в спектрах и очень медленное снижение его содержания к границе с палинозоной IV. Интервал 55-3 см характеризуется очень низким содержанием пыльцы и практически полным отсутствием спор, что может свидетельствовать о резком ухудшении климата (похолодание и иссушение) и установлении многолетнего ледового покрова на озере, препятствующего осаждению пыльцы. Полное отсутствие водорослей и лишь единичные пыльцевые зерна на глубинах 9 и 19 см может указывать на промерзание водоема до дна, что хорошо согласуется с литологическими данными. Однако на глубинах 6, 28 и 29 см отмечается присутствие большого количества водорослей педиаструм и единичных переотложенных микрофоссилий, что свидетельствует о, как минимум, частичном вскрытии озера ото льда и увеличении стока в озеро с водосбора. Это может указывать на очень кратковременное потепление, на которое растительность не успевала отреагировать.

Опубликованная литература

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

Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 200 000. Серия Североземельская. Листы T-47−VI, XI, XII; T-48−I, VII, VIII, IX, X; T-47−XVI, XVII, XVIII, XXII, XXIII; T-48−XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII (о. Большевик). Объяснительная записка. М., 1999, 158 с.

Davis, O. K., Shafer, D.S. Sporormiella fungal spores, a palynological means of detecting herbivore density // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2006. № 237(1). рр. 40-50. 10.1016/j.palaeo.2005.11.028

Jankovská V., Komárek J. Indicative value of Pediastrum and other coccal green algae in Palaeoecology // Folia Geobotanica, 2000. № 35. рр. 59–82.

Фондовая литература

Научный отчет по ЦНТП 1.5.3.4 «Комплексные исследования окружающей среды архипелага Северная Земля и прилегающих районов акватории Северного морского пути на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база мыс Баранова». ФГБУ «ААНИИ», 2015.