Палеоландшафтная реконструкция последнего ледниково-межледникового цикла в ледниковых областях Русской равнины на основе изучения педоседиментационных архивов московского возрастаНИР

Paleolandscape reconstruction of the last Glacial/Interglacial cycle within Moscow glacial limits of the Russian Plain based on pedosedimentary archives

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 12 апреля 2017 г.-31 декабря 2017 г. этап 2017 года
Результаты этапа: I. Завершена обработка и выполнено обобщение данных по почвам на двучленных отложениях в Ярославской, Тверской и Московской и Архангельской областей сформированных на водоразделах в диапазоне высот от 140 до 170 м н.у.м. Исследование включало: a. Детальный анализ ансамбля твердофазных признаков различной генетической природы (седиментационных, почвенных, делювиальных, криогенных) на основе иерархического морфо-генетического исследования на различных уровнях: пространственных закономерностей почвенного покрова с помощью модели рельефа SRTM30 совмещенной с картами четвертичных отложений, полевой диагностики почвенных профилей, мезоморфологического изучения больших образцов ненарушенного строения с помощью бинокулярного микроскопа и фотоаппарата с высоким разрешением, микроморфологический анализ, просмотр крупных фракций под электронным микроскопом. b. Изучение контактов двучленных отложений со смежными породами московсуого возраста (отложения флювиогляциальных равнин, камов и т.д.). c. Детальная аналитическая характеристика почв, включающая определение валового содержания макро- и микроэлементов, параллельный гранулометрический анализ традиционным методом и с помощью лазерного анализатора и т.д. Обобщение материалов позволило выявить особенности состава и строения почв на двучленных отложениях московского криохрона. На основе использования модели рельефа SRTM30 совмещенной с картами четвертичных отложений построены 3D модели строения двучленных отложений в пределах плащей моренных отложений и в зонах их контактов со смежными породами (камовые и водноледниковые отложения московского времени). Анализ пространственных закономерностей строения двучленных толщ в пределах моренных водоразделов показал, что они часто не подвергались площадной эрозии, склоновому переотложению. Основные черты рельефа в области московской стадии оледенения были сформированы в конце среднего плейстоцена под воздействием процессов ледникового морфолитогенеза (Еременко, Панин, 2010). В дальнейшем (в поздне- послемосковское время) рельеф был частично преобразован деятельностью процессов флювиального, склонового и криогенного морфолитогенеза (Антонов и др., 2004). Однако в литературе отмечается высокая устойчивость моренных водоразделов к эрозионным процессам. Заложение долинной сети в общих чертах произошло в позднемосковское время. Подтверждено широкое распространение на водоразделах инсеквентных ложбин, не связанных с современным рельефом и унаследовавшие положение ледниковых путей стока (Еременко, Панин, 2010). Мощность покровного слоя возрастает в направлении инсеквентных ложбин. Моренная толща также меняется: при переходе к ложбинам возрастают признаки перемыва, расслоения материала и выклинивание моренного суглинка что подтверждает предположение о сингенетичности покровного слоя и отложений инсеквентных ложбин. О сингенетичности свидетельствуют и контакты покровного слоя с камовыми отложениями на контакте моренных массивов и камовых полей. Это позволяет предполагать, что в почвах на двучленных отложениях могут быть представлены признаки древнего педогенеза, возможно начиная с позднемосковского времени. a) Нижняя часть двучленной толщи представлена средне-тяжелосуглинистыми моренными суглинками, которые сверху перекрыты покровным слоем песчано-супесчаных флювиогляциальных отложений мощностью 40 – 70 см и более, как правило с эоловой примесью. Подтверждена исходная литологическая неоднородность почвообразующей породы и установлены особенности покровного слоя, связанные с его генетической природой (водноледниковые отложения с примесью эолового материала). Сделано предположение о сингенетичности покровного слоя и основной морены, что в дальнейшем подтверждено результатами ОСЛ датировок (см. ниже). Ранее подобные предположения были высказаны в работе Апарина и Рубилина (1975) в зоне валдайского (осташковского) оледенения. Проведенные исследования показывают, что покровный слой сформировался сразу же вслед за отложением основной морены. b) Почвы сочетают в профиле признаки различной генетической природы сформированные в различные интервалы временного отрезка поздний плейстоцен-голоцен. Материалы исследования позволили охарактеризовать следующие группы признаков: 1) доседиментационные признаки, включающие: a) Свойства исходных пород, мобилизованных ледником (морены предшествующих оледенений, древние коры выветривания и пр., в совокупности определившие красно-бурый цвет и высокую выветрелость минеральной массы, являющихся характерными, диагностическими признаками московской морены; b) Свойства, определяемые характером ледникового транспорта (высокая плотность и низкая порозность осадка благодаря ледниковой нагрузке и гидроконсолидации; однородный состав мелкоземистой массы благодаря эффективному перемешиванию при транспортировке; высокое двупреломление плазмы; рассеянные каменистые включения как местных, так и эрратических пород различного состава - граниты, известняки, брекчия и др. c) Сложная архитектура моренной толщи - наличие песчаных линз, полостей и каналов за счет заполнения подледных пустот и каналов надледных потоков, гляциотектонические структуры деформации, складки, задиры, сдвиги и другие признаки смещения породной матрицы в подвижном осадке. 2) Синседиментационные признаки, включающие: a) Покровный слой, образование которого произошло сразу же вслед за седиментацией моренного материала. В отдельных разрезах по верхней кровле морены на границе с покровным слоем представлены каменные мостовые, свидетельствующие о том, что поверхность морены была подвержена перемыву и криогенному воздействию. Граница покровного слоя с подстилающей моренной толщей представляет собой четкий литологический репер, отличаясь по содержанию песчано-пылеватых частиц. Локальный эоловый привнос определяет наличие пылеватых прослоев, либо пылеватой примеси, преимущественно в верхней части покровного слоя. Распределение пылеватой примеси указывает на подмешивание эолового мелкозема к нестабилизированному водноледниковому осадку b) Первичная трещинная сеть, сформировавшаяся за счет диагенетического растрескивания при стабилизации моренной толщи, привела к формированию призматических отдельностей с островершинными гранями. Призмы прослеживаются на глубину более 5 м. 3) Постседиментационные признаки (криогенные и педогенные различного времени). a) Во время валдайского оледенения поверхности моренных водоразделов являлись частью перигляциальной зоны и испытывали воздействие мерзлотных процессов. Мерзлотные признаки представлены плитчатой структурой на глубину до 140 см, сетью мерзлотных трещин, клиньев и инволюций, криогенной сортировкой песчано-пылеватых (кольцевое распределение) зерен. b) Педогенные признаки проявляются в сложной структурной организации, наложенной на первичную трещинную сеть. В горизонтах Bt развиты магистральные трещины, отчасти наследующие первичную трещинную сеть, а отчасти секущие толщу горизонтов. Наложение структурных элементов различных этапов и генезиса (диагенетические, педогенные, криогенные) привело к формированию ореховатых педов. Поверхности педов покрыты многослойными кутанами и скелетанами, свидетельствующими о стадийности педогенеза. Педогенные признаки различных этапов педогенеза записаны в одном и том же почвенном теле (палимпсестовая почвенная память, Таргульян, Горячкин, 2008). Ранее в литературе высказывались сходные представления о стадийности педогенеза в аналогичных почвах на двучленных отложениях в Нидерландах (Jongsmans et al., 1989). Показано, как признаки стадийного педогенеза в почвах на двучленных отложениях корреспондируют с аналогичными признаками в почвах, сформированных в перигляциальных покровных слоях на Русской равнине (Kleber and Gusev, 1998; Kleber and Terhorst, 2013). По материалам исследования подготовлена статья в журнал Quaternary International (первый квартиль SCOPUS, второй WOS), опубликованная в конце 2017 года. II. Проведена обработка (сканирование и оцифровка) большого массива крупномасштабных почвенных карт (1:10000, 1:25000) территории Ярославского Поволжья, съемка 1980-90х гг. участника проекта А.В. Русакова. Привязка почвенных карт, сопоставление с картами четвертичных отложений и цифровых моделей рельефа позволила получить следующие результаты: a. Составлена карта двучленных отложений Ярославского Поволжья. b. На западном макросклоне Борисоглебской возвышенности (ключевой участок Будьково, Рис. 1, Приложение) выявлено наличие массивов двучленных отложений на московской морене для высоких гипсометрических уровней 190-210 м н.у.м., ранее не описанных в литературе. Выполненная работа позволила также выявить зоны латеральных контактов массивов моренных отложений и покровных суглинков (Рис. 2, Приложение). На основании серии прикопок и буровых скважин составлена принципиальная схема строения контактной зоны (Рис. 3, Приложение) и намечено положение траншеи для детального описания и отбора образцов. Диагностируемая в разрезах WP27, WP28, WP30 толща покровного суглинка содержит большое количество валунов и обломков дресвы, что связано с близким подстиланием мореной. Для уточнения этапности образования толщи требуются более детальные анализы и отбор образцов на определение гранулометрического состава и возраста отложений. Это позволит оценить разницу фациальных подтипов покровных суглинков в зависимости от степени их удаленности от кровли морены (сравнение толщи покровного суглинка в разрезе WP27 и WP30). Катена проходит через слабозаметную депрессионную форму рельефа- древнюю ложбину стока талых ледниковых вод, разгрузка которых и привела к формированию мощной песчаной толщи. Обращает на себя внимание отсутствие явных признаков криогенеза в исследованных профилях. Вероятно, это связано с недостаточным для активизации процессов криогенеза количеством влаги. Возможно это связано с быстрым обсыханием поверхности с таким высоким гипсометрическим уровнем. Изучение контактных зон имеет принципиальное значение для выявления времени и условий формирования покровных суглинков, возраст которых остается проблематичным и поможет установлению корреляции полигенетических и полихронных признаков, диагностируемых в почвах на двучленных отложениях и и на покровных суглинках. III. Дана характеристика пространственных закономерностей двучленных отложений на: а. западном макросклоне Борисоглебской возвышенности; б. Восточном берегу озера Неро. a) детальные исследования на ключевом участке Копнино (Рис. 1, Приложение) показали, что мощность покровного песчаного/песчано-пылеватого слоя в зоне контакта составляет около 50 см и выдержана в пределах всего массива лишь незначительно варьируя. На переходе к флювиогляциальным равнинам она увеличивается до 200 см и более (разрез «WP35 Kopnino 2», Рис. 4, Приложение). Зона контакта обычно представляет собой комплекс перестилания слоев различного гранулометрического состава. Основной разрез «WP35 Kopnino2» заложен в ареале дерново-подзолистых почв на двучленных отложениях с пылеватым покровным слоем на морене, GPS: 56°53'15.6501"; N38°25'08.0816"E, 151 м.н.у.м. рис. 4, Приложение). Гранулометрический анализ (Табл. 1, Приложение) показывает наличие пылеватого покровного слоя над мореной. Содержание крупной пыли в покровном слое почти в три раза выше, чем в морене, а всей пыли – почти в два раза. Таким образом, в пределах данного ключевого участка распространены двучленные породы с песчаным и пылеватым покровным слоем. Дифференциальные кривые (Рис. 5, Приложение) на основе данных лазерной дифрактометрии показывают наличие трех четко различающихся слоев – верхнего песчаного с пылеватой примесью, среднего чисто пылеватого и нижнего – с двумя пиками в песке и тонкой пыли, типичными для суглинистой морены. b) В пределах ключевого участка «Лазарцево» (рис. 6а) изучена полого-наклонная слабоволнистая поверхность моренного плакора (130-135 м.н.у.м, рис. 7). По литературным данным эта поверхность была освобождена ото льда уже в условиях наличия хорошей сети ложбин стока талых ледниковых вод, что исключает возможность образования на ней подпертых озер. В пределах плакора проведены рекогносцировочные работы и заложены 2 опорных разреза. Особенностью объекта является наличие локальной (в пределах 100 м) смены почвообразующих пород: в разрезе WP0 диагностированы отложения покровных суглинков, характеризующиеся пиком в мелкой и средней пыли. На подобной глубине в WP1 залегают уже отложения морены, характеризующиеся наличием мелкой дресвы, и пиком в мелком песке (рис 8; табл. 2, Приложение). Проведенные рекогносцировочные работы не выявили закономерностей смены почвообразующих пород в пределах низкого плакора. Светлые горизонты (А2) могут быть как: 1) разнородны с подстилающей породой (WP0), и формировать таким образом двучленную толщу по гранулометрическому составу (причем различия обнаруживаются в количестве устойчивых к переносу частиц); 2) наследовать гранулометрический состав почвообразующей породы (WP1). Наличие таких неупорядоченных фациальных породных замещений говорит о сингенетичном образовании пород, предположительно в момент деградации ледового щита московского времени, когда наличие на поверхности морены глыб мертвого льда разного размера с одной стороны препятствовало отложению эоловых осадков и созданию единого плаща покровных суглинков, а с другой стороны талые воды, возникшие при деградации этих глыб льда, формировали потоки обогащенные песчаными зернами. c) На территории Ярославской области (ключевой участок «Щенниково», рис 9б) изучено обнажение стенки карьера, вскрывающее контакт отложений московского возраста (флювиокам) со смежными отложениями (московская морена, покровные суглинки) (Рис 9; табл. 3, 4, Приложение), расположенного в пределах холмисто-котловинной территории в краевой зоне московского оледенения (в 2 км к сс-в от д. Щенниково Ильинского Района, GPS: N56.8711283, E39.6327233, в.н.у.м. 142м). Нижняя основная часть кама сложена песчано-гравийными отложениями с неровной волнистой границей, перекрытой отложениями абляционной морены нескольких генераций (4-5 слои, табл. 3; рис 9а, приложение). Для краевых частей тела ледника характерна высокая насыщенность внутренней мореной, таким образом можно предположить, что: 5ый слой морены формировался в средней части ледяного массива, а 4ый на поверхности и фактически является покровным суглинком сильно видоизмененным (насыщенным обломками дресвы) из-за близкого подстилания мореной. Суглинистые слои перекрыты слоями алевритовых отложений выдержанной толщины: песчано-пылеватых (слой 3, табл. 3, 4) и пылеватых (слой 2, табл. 3, 4; рис. 9а, б). Характер границ между слоями и вскрытый в зачистке SH-2 обширный криогенный клин (рис. 9в) позволяют оценить возраст каждого из описанных слоев. Отметим, что криогенный клин, по своему строению (нерегулярная структура – отсутствие полигональных трещин, большая мощность) был отнесен нами к этапу смоленского криогенеза и «пробивает» все слои исследованной толщи, начиная с слоя 2. Таким образом можно заключить, что слой гравийных отложений был сформирован в теле ледника, слой суглинистых отложений был сформирован на поверхности ледника, во время его деградации, слой алевритовых пылеватых отложений (слой 3, табл. 3, 4) сформировался в результате близкого переноса частиц пылеватой размерности вскоре поле отхода ледника, а пылеватый слой (слой 2, табл. 3, 4) сформировался позже, в валдайское время. Криогенные процессы так же проявились и в формировании пост-шлировой слоистой структуры в слоях 2,3 и слое 4 зачистки SH-2 (Рис. 9г), в языковатости границы алевритовой и суглинистой толщи. IV) На ключевом участке Новоселки (высота над у.м. 180-195 м) отобраны образцы для OSL датирования покровного слоя двучленных отложений. Чаще всего покровный слой двухчленных отложений на морене представлен маломощным (40-70 см) плащом. Таким образом, материал покровного слоя может быть засвечен вследствие неглубокого залегания, педотурбаций и, особенно, активной ветровальной деятельности. Все это затрудняет отбор качественных образцов для ОСЛ-датирования. В ходе полевых работ в частности удалось отобрать образцы из зоны контакта покровного слоя морены с камовыми песками московского времени (Рис. 10, Приложение). В зоне такого контакта мощность покровного слоя увеличена, что позволяет избежать влияния ветровалов, космической радиации и других факторов на омоложение датируемых отложений. В настоящий момент в Северной лаборатории Люминесцентного датирования Орхусского Университета (Nordic Laboratory for Luminescence Dating, Aarhus University, Denmark) под руководством мирового лидера по ОСЛ датированию проф. Э.С Мюррея выполнены датировки по полевому шпату 276500+26810 лет для верхнего слоя камового песка (лаб. № 17-08-95, глубина отбора 128 см) и 214940+20210 для нижней части покровного слоя (лабораторный № 17-08-93, глубина отбора 78 см). Обе даты подтвердили древность всей толщи двучленных отложений и сингенетичность покровного слоя позднемосковским осадкам. Подтверждено отсутствие площадного омоложения поверхности, что позволяет считать, что двучленные отложения находились под воздействием педогенеза начиная с позднемосковского времени. Кроме того, датировки камовых отложений впервые позволяют инструментально обосновать московский возраст группы ледниковых и водноледниковых отложений в центре Борисоглебской возвышенности. V) Отобраны образцы 15 разрезов для детального морфологического и аналитического изучения. В частности, впервые для почв на двучленных отложениях на Русской равнине отобраны образцы ненарушенного строения на томографические исследования горизонтов Bt и С сформированных в толще основной морены. Исследования помогут выявить признаки, связанные с транспортировкой моренного материала и условиями его седиментации, и оценить их устойчивость в процессе пост-седиментационного преобразования базального слоя морены совокупностью криогенных и почвенных процессов. VI) Выполнено сопоставление почвенных архивов с палимпсестовой и книгоподобной почвенной памятью. Ранее было установлено, что в склоновых отложениях (борт балочной террасы) обнажения “Черемошник ” (57.16632° с.ш., 39.2886° в.д.) представлены почвы последнего межледниково-ледникового цикла. Принципиальной задачей проекта является попытка сопоставления почвенных архивов с палимпсестовой и книгоподобной памятью. Разрез «Черемошник» является важнейшим опорным разрезом четвертичных отложений в центральной части европейской России. Он расположен в восточной части Борисоглебской возвышенности в непосредственном катенарном соподчинении с водораздельными почвами на двучленных отложениях. На основе детального изучения полнорасчищенного обнажения в правом отвершке основного оврага Черемошник, а также соседних разрезов с использованием комплекса новых методов получены принципиально новые данные для периодизации этапов позднеплейстоценового педогенеза. Основное изученное обнажение имеет глубину расчистки до ≈7, ширину вверху 6.5, по днищу до 3 м. Выделено 5 литологически различающихся слоев с шестью педостратиграфическими комплексами. Основное внимание в соответствии с основными задачами проекта уделено вниманию нижней части почвенно-осадочной толщи. В основании разреза у плоского днища балки глубже 6.3 м от борта оврага вскрывается валунный суглинок (морена московского оледенения, МИС6). В составе обломочного материала, гальки, обломков обнаружено 70% – осадочные породы (преобладают известняки), 23% – изверженные (в основном габбро, гранит), до 7% – метаморфические (доминирует кварцит). На моренном суглинке на протяжении всей расчистки и выше по дну оврага сформирована слаборазвитая торфяно(перегнойно)-темногумусовая глеевая почва, перекрытая пачкой прогумусированных, с прослойками оторфованного материала ленточноподобных глин толщиной 5–10 см. Для определения возраста торфяно(перегнойно)-темногумусовой глеевой почвы было применено две аналитических методики выделения изотопов U, Th из образцов этой слаборазвитой почвы – выщелачивания (L/L) и полного растворения проб (TSD) (Максимов, Кузнецов, 2010). Полученная датировка с использованием 230Th/U метода – 130+/-11/9 тыс. л. (L/L) 117+/-8/7 тыс. л. (TSD) указывает на стадию МИС5е (раннемикулинское межледниковье). Таким образом, впервые для центра Русской равнины инструментально диагностирован начальный этап межледникового педогенеза. Этот этап позднее резко прерванного накоплением субаквальных озерных осадков раннемикулинского времени. Спорово-пыльцевой анализ свидетельствует о формировании их в условиях господства лесной и лесотундровой растительности с элементами перигляциальной флоры. Затем в разрезе отражены кратковременный этап существования темнохвойной тайги (фаза еловых лесов начала микулинского межледниковья), заболачивание и развитие мелководного водоема. На основе вновь оригинальных материалов сдана в печать статья (прошла полный круг рецензирования) в журнал Quaternary International (первый квартиль WOS), основные оригинальные выводы представлены ниже: 1 Анализ фактического материала подтверждает статус вновь изученного разреза “Черемошник” как опорного для перигляциальной зоны Русской равнины. Разрез теперь полно охарактеризован в отношении хроностратиграфии и истории эволюции ландшафтов, записанной в почвенно-осадочной толще (МИС5–МИС1). 2 Впервые в опорном разрезе позднего неоплейстоцена “Черемошник” изучены, охарактеризованы, классифицированы и датированы серии палеопочв (МИС5–МИС2), включающие раннемикулинскую, брянскую (3 этапа педогенеза) и трубчевскую палеопочвы. Ансамбль палеопочв, сформированных и сохранившихся в гетерохронной, сложно организованной толще разреза, представляет самый северный ареал распространения позднеплейстоценовых почв в Европе. Ведущими элементарными почвообразовательными процессами в подчпиненных позициях рельефа были оглеение, криогенная агрегация, гумусо- и торфообразование. 3 По многим признакам верхние суглинки с минимальным содержанием обломочного материала регионального распространения соотнесены с континентальными и бассейновыми, но не ледниковыми отложениями периода максимума последнего оледенения. Перекрывающая их локальная серия обломочных слоев (принимавшихся нередко за мореноподобные и/или солифлюкционные накопления) уверенно идентифицируется с действием временных потоков в местной ложбине в период 15–12 тыс. л. н. кал. 4 По данным радиохимического и биостратиграфического изучения погребенного торфа из опорного разреза позднего неоплейстоцена “Черемошник” впервые установлен его физический возраст и подтверждена принадлежность к микулинскому межледниковью. Полученные с помощью U–Th-метода изохронные даты для торфяного горизонта позволяют надежно относить время его формирования к стадии МИС5е. 5 Впервые для центра Русской равнины диагностирован с помощью U–Th-метода начальный период педогенеза (около 124 тыс. л.), записанный в почвенно-осадочной толще опорного разреза. Почва диагностирована как маломощная торфяно(перегнойно)-темногумусовая глеевая почва на моренном суглинке. 6 Самые разные признаки, включая литологические характеристики датированных слоев и их климатические показатели, однозначно определяют участок “Черемошник” и Борисоглебскую возвышенность как внеледниковую (приледниковую) зону во время стадий МИС3–МИС2. 7 В задачи дальнейшего изучения входит сопоставление этапов педогенеза в архивах и палимпсестовой и книгоподобной почвенной памятью.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. этап 2018 года
Результаты этапа:
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. этап 2019 года
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".