Geochemical composition of ground ice of the Russian Arctic

Введение

Химический состав подземных льдов в значительной мере отражает особенности гидрохимической обстановки времени их образования или промерзания и может быть важным критерием для реконструкции палеофациальной компоненты при палеогеокриологических построениях. Автором выполнены исследования состава водно-растворимых солей из повторно-жильных и пластовых льдов и вмещающих их отложений различных районов российской Арктики ^{[1, 2]}. Общее количество анализов химического состава льда, выполненных по сборам автора составило около 2,5 тысяч.

Методика отбора образцов

Образцы из подземных льдов отбирались не по одной вертикальной или горизонтальной линии, а часто по «сетке», для выявления изменения химического состава по всему поперечному сечению массива льда. Образцы отбирались из обнажений, шурфов и скважин. Все образцы отбирались из чистого льда. Относительно просто это было сделать в шурфах; несколько сложнее в обнажениях, где для отбора чистых образцов льда и для исключения влияния процессов поверхностного обмена, приходилось скалывать слой мощностью 0,3–0,5 м и лишь затем уже отбирать образец: Часть образцов отобрана в шурфах кольцевым ледобуром, позволяющим отбирать большие, чистые образцы до глубины 5 м от поверхности. Во всех случаях образцы очищались от избыточных минеральных примесей. Лед с большим количеством минеральных включений откалывался и выбрасывался. Чистые ледяные монолиты помещались в двойной пластиковый мешок. Они таяли при температуре, не выше средней комнатной, затем переливались в стеклянную или химически инертную пластмассовую посуду и плотно закрывались. Обработка образцов в химических лабораториях по возможности ускорялась, чтобы исключить химический обмен с воздухом окружающей среды, который неизбежен при длительном хранении. Следует задержать внимание и на влиянии минеральных примесей на химический состав подземных льдов. Несомненно, минерализация льда, содержащего большое количество примесей грунта, выше, чем чистого льда. Но нужно было установить, а не влияет ли малое количество примесей (менее 5%) на состав льда. Чаще всего, именно такие незначительные включения грунта, отмечаются в повторно-жильных, пластовых а иногда и в сегрегационных льдах. Летом 2016 г. автором в поле в долине р.Сенцы (Восточный Саян) был поставлен эксперимент. Из разреза ледоминерального бугра пучения (литальза) из толстого (мощностью более 30 см) шлира (пласта) сегрегационного льда (рис. 1) были отобраны две серии образцов - с небольшой примесью суглинка, захваченного из вмещающих отложений и образцы в которых этот суглинок был по возможности полностью изъят.

Рис. 1. Лед из толстого шлира (пласта) в ледоминеральном ядре литальза в долине р.Сенца, Восточный Саян. Фото Ю.Васильчука, июль 2016 г.

Сразу же после оттаивания была замерена электропроводность с помощью электронного TDS-метра (солемера). Полученные значения для чистого льда не превышали 2-4 микросименсов (мксм) на см., а в относительно чистом сегрегационном льду, но с примесями суглинка часто значения были выше нескольких десятков и даже сотен мксм/см. Из этого следует, что в тех случаях когда измеряется соленость во льду с примесью грунтов, это минерализация не льда, а скорее грунта который в нем содержится. В этом плане большинство опубликованных данных, получено именно из таких образцов, где лед смешан с грунтом. Однако, как представляется автору, к примеру для повторно-жильных льдов (ПЖЛ) оценка минерализации по такому смешанному с грунтом льду тоже достаточно информативна, поскольку основным источником льда в ПЖЛ является талая вода, попадающая весной в образовавшиеся зимой морозобойные трещины, и если туда попадает грунт, то он является в определенном смысле составной частью этой попадающей воды и указывает на фациальную среду жильного льдообразования. Для исследования влияния минеральных включений в жильных льдах из обнажения Зеленый Мыс мы профильтровали часть воды, полученную при таянии нескольких десятков образцов льда (фильтрация производилась сразу после оттаивания), и провели параллельно химический анализ воды с осадком и воды отфильтрованной. Во всех случаях результаты получились очень близкие (а в некоторых образцах отфильтрованная вода оказалась даже чуть более минерализованной – возможно сказалось влияние фильтра, или это допустимая систематическая ошибка метода измерений). Кроме того, был проведен еще один эксперимент: несколько образцов льда таяло на фильтре, в результате выявилось, что первая порция талой воды несколько менее минерализована, чем последующие, однако и в этом случае разница в минерализации была весьма незначительной. Отбор образцов по сетке дал возможность определить изменение химического состава пластовых залежей, что позволило судить об очередности поступления вод в формирующийся пласт и таким образом получить дополнительные сведения о генезисе залежеобразующих пластовых льдов. При исследовании жил опробование по сетке позволило установить, что лед жил часто дифференцирован на зоны неодинаковой минерализации, располагающиеся в виде клиньев различной длины и сечения, вложенных друг в друга. Особенно это явление выражено в разрезах с большей степенью засоления ледяных жил ^{[3, 4]}. Конфигурация клиньев с разной засоленностью в теле жил не всегда правильная, часто они существенно несимметричны. Как показали повторные исследования такие засоленные фрагменты жил имеют не очень большое протяжение. Как правило они имеют размер по латерали - несколько метров или первые десятки метров. Возникают клинья в результате последовательной смены фациальной и гидрохимической обстановки во время формирования ледяных жил, куда обычно подтекает вода из образовавшихся по близости от морозобойной трещины на поверхности сильнозасоленных небольших водоемов - луж, озер, канавок.

Общая и региональная характеристика минерализации ПЖЛ

Большинство опубликованных данных указывает на низкую степень засоления повторно-жильных льдов, что дало повод для заключения об их повсеместной низкой минерализации, не превышающей 100 мг/л. Полученные автором результаты свидетельствуют о том, что это не всегда так. Действительно, основная часть повторно-жильных льдов – пресная. Однако в ряде разрезов сингенетические повторно-жильные льды минерализованы значительно существеннее. Жильные льды с повышенным содержанием сухого остатка встречены нами на севере Западной Сибири и в некоторых случаях в едомных толщах Северной Якутии и даже в жилах Центральной Якутии. Иное дело, что причины этой повышенной минерализации во всех перечисленных районах – свои и часто существенно различны. То же можно, в полной мере, отнести и к пластовым ледяным залежам, генезис которых столь разнообразен, что ни общая величина минерализации, ни качественный состав ионного комплекса, ни даже распределение солей в объеме ледяного пласта в отдельности не могут использоваться как криогенетический индикатор. Однако подчеркнем, что без этой информации заключения о генезисе пластов часто просто безосновательны. И лишь использование гидрохимических особенностей в комплексе с криолитологическими, биостратиграфическими и изотопными методами могут помочь сравнительно объективной интерпретации генезиса пластовых ледяных залежей. При этом также следует учитывать региональные и локальные особенности формирования ледяных тел.

Анализ большого массива данных по минерализации подземных льдов разных районов России позволил автору разработать следующую рабочую классификацию (систематику) подземных льдов: ультрапресные льды с минерализацией менее 50 мг/л, пресные – 50-200 мг/л, опресненные – 200-400 мг/л, слабосоленные – 400-1000 мг/л, среднесоленые – 1000-5000 мг/л, сильнозасоленные – 5000 мг/л и более

Химический состав подземных льдов весьма неоднозначно зависит от их местоположения. Точнее, следовало бы сказать, что нам пока не ясны все нюансы такой зависимости. В частности, не очень понятно, в какой мере влияет на химический состав подземных залежей близость моря, вертикальная поясность, суровость геокриологической обстановки и т. д. Остановимся изменчивости минерализации подземных льдов в пределах трех крупных регионов: на севере Западной Сибири, в Якутии и на Чукотке.

Особенности химического состава подземных льдов Западной Сибири

Анализ данных о химическом составе льда показывает, что вероятность встречи на севере Западной Сибири опресненных и слабозасоленных (это классификационные, а не качественные названия) повторно-жильных льдов с величиной общей минерализации более 200 мг/л не превышает 10%. Интересно, что в 28% изученных проб содержание иона хлора превышает 20 мг/л, а в 80% оно более 100 мг/л ^{[1, 2]}. Эти два показателя – высокая минерализация и большое содержание хлоридов, пожалуй, наиболее убедительные индикаторы палеофациальных условий.

Несмотря на редкую встречаемость слабозасоленных разностей повторно-жильных льдов, пренебрегать ими не следует, так как именно эти жилы являются прямыми индикаторами морского или лагунно-морского режима осадконакопления (в условиях верхней литорали и пляжа) во время их формирования. Интересно, что соотношение более засоленных и менее засоленных льдов в сингенетических плейстоценовых и голоценовых жилах в Западной Сибири несколько различно.

Мощные позднеплейстоценовые сингенетические повторно-жильные льды, залегающие в разрезах высоких позднеплейстоценовых морских и лагунно-морских (губских) террас севера Западной Сибири, как правило, характеризуются невысокой степенью засоления. По принятой нами систематике подавляющее их большинство относится к пресным и ультрапресным; чаще всего гидрокарбонатно- или хлоридно-натриевым. Наблюдается тенденция к увеличению минерализации льда от 20–100 мг/л в жилах, заключенных в толщах лагунно-морских отложений, до 100–500 мг/л в толщах морских отложений. Отметим, что и в пресных позднеплейстоценовых сингенетических жилах могут обособляться зоны с различной минерализацией. Например, в мощной ледяной жиле (рис. 2), располагающейся в толще органоминеральных отложений позднеплейстоценового возраста с датировками по ¹⁴С от 30 до 11 тысяч лет назад у пос. Сеяха (центр Восточного Ямала), минерализация изменяется снизу–вверх от 40–80 до 110–140 мг/л, что, вероятно, указывает на некоторое увеличение влияния более соленых губских вод на заключительных этапах формирования льда жилы.

Рис. 2. Повторно-жильные льды в верхней части едомы на берегу Обской губы, близ пос.Сеяха, Восточный Ямал. Фото Ю.Васильчука, июль 2016 г.

Об этом же свидетельствует и анализ водной вытяжки из вмещающих жилы органоминеральных отложений. Их засоленность возрастает снизу–вверх от 0,10 до 0,16%, причем в значительной степени увеличение ее обязано росту содержания хлоридов натрия и калия – типичных солей морских вод.

Среди позднеплейстоценовых достаточно широко развиты жилы с низкой минерализацией льда, хотя и здесь отмечаются жилы опресненные и даже слабозасоленные – в которых величина сухого остатка превышала 500 мг/л. Часто даже синкриогенные повторно-жильные льды в толщах морских террас являются ультрапресными – величина сухого остатка в них не превышает 50 мг/л. Особенно мала минерализация в самых верхних частях жил, в сложении которых, наряду с льдом реликтовой позднеплейстоценовой жилы, участвует и эпигенетический голоценовый лед, внедрявшийся позднее. При оценке этих данных следует иметь в виду особенности непосредственного полевого изучения и отбора проб льда из реликтовых позднеплейстоценовых сингенетических жил. Чаще всего в сфере наблюдений (в обнажениях, скважинах и особенно в шурфах) оказывается именно эта верхняя «распресненная» часть жил.

Минерализация повторно-жильных льдов, заключенных в голоценовых толщах Западной Сибири, в целом несколько выше. Она достаточно различна во льдах жил, сформировавшихся в аллювиальных отложениях, с одной стороны и морских и лагунно-морских – с другой.

Выявлено, что встречаемость опресненных повторно-жильных льдов с величиной сухого остатка 200 мг/л и более в аллювиальных голоценовых толщах пойм близка к нулю, тогда как в лагунно-морских и морских голоценовых толщах лайд опресненные жилы отмечаются в 22% проанализированных проб, а в 16% образцах жил в толщах лайд лед оказался слабо- и среднезасоленным – общая минерализация превысила 400 мг/л. Несомненно, показатель минерализации более 200 мг/л следует считать признаком участия в формировании жил морских или губских вод. Две редкие находки мы обнаружили на о-ве Белом и на п-ове Явай ^{[3, 4]}. В толще первой террасы о-ва Белый автором опробованы голоценовые жильные льды с минерализацией от 432 до 1240 .мг/л, в толще лайды п-ова Явай жилы с минерализацией до 600–640 мг/л. Однако, нередко даже в сравнительно засоленных морских голоценовых отложениях встречаются пресные и ультрапресные сингенетические повторно-жильные льды.

Объяснение этому явлению следует искать в механизме формирования сингенетических жил в субаквальном режиме – на мелководье. Ключом к решению данного вопроса может быть и сопоставление минерализации формирующихся сейчас на поймах и лайдах сингенетических ледяных жилок с составом возможных источников воды, затекающей в трещины. Из анализа полученных гидрохимических данных следует, что: 1) современные ледяные жилки, заполняющие морозобойные трещины (текущего года) на поймах и лайдах (включая морские лайды), характеризуются ультрапресным составом, их минерализация часто весьма близка и в большинстве случаев не превышает 20 мг/л; 2) минерализация воды рек и озер колеблется от 50 до 150 мг/л, она несколько повышается в устьевых частях долин, где на поймах могут встречаться соленые озера, а в реке вода может сильно засолоняться во время прилива. Соленость воды Карского моря даже близ побережья составляет 7000–16000 мг/л; 3) соленость ледяного покрова в прибрежных частях Карского моря и губ всегда меньше солености исходной воды – она практически никогда не достигает величины 1000 мг/л. Автор обычно отбирал пробы льда летом – в период разрушения ледяного покрова; возможно, на стадии образования льда осенью, его соленость несколько выше в нижней части ледяного покрова; 4) химический состав надмерзлотных вод слоя сезонного протаивания характеризуется достаточно близкими значениями минерализации – от 70 до 140 мг/д. Однако иногда, хотя и достаточно редко, на подошве слоя сезонного протаивания встречаются линзы воды с соленостью до 3500 мг/л ^{[1, 4]}. Подчеркнем, что количество водно-растворимых солей во вмещающих жилы отложениях, как правило, значительно выше, чем у льда жил; Оно, нередко достигает 0,1– 0,2% в аллювиально- и лагунно-морских грунтах и 0,3–0,5, реже до 1–2%, в морских (прибрежно-морских) грунтах, хотя как известно в иловых водах и осадках количество солей всегда меньше, чем в морской воде.

Причин, препятствующих формированию сильноминерализованных сингенетических повторно-жильных льдов, множество. Примечательно, что, несмотря на все эти причины, сингенетические повторно-жильные льды с минерализацией больше 200 мг/л встречены в некоторых разрезах позднеплейстоценовых и голоценовых грунтовых толщ. Присутствие повторно-жильных жил с такой минерализацией позволяет в ряде случаев идентифицировать генезис этих толщ как морской или лагунно-морской (указывая на некоторое участие вод моря или губ в сложении льда жил) и свидетельствует о весьма суровых климатических условиях времени накопления грунтов (иначе субаквальный рост жил был бы невозможен).

Сравнивая между собой голоценовые и позднеплейстоценовые ледяные жилы Западной Сибири, можно, прежде всего, отметить качественное сходство в распределении общей минерализации, хотя в позднеплейстоценовых жилах пик встречаемости смещен на одну градацию в сторону большего засоления. Нам думается, что это скорее косвенное отражение несколько иных климатических условий (возможно, большая суровость зим содействовала субаквальному формированию части жильного льда), чем указание на принципиально различную природную обстановку.

Не менее сложно распределение солей в подземных пластовых льдах Западной Сибири. Их минерализация весьма различна. Это связано и с разной степенью «загрязнения» пластового льда минеральными включениями, но, главным образом, с разным механизмом формирования залежей. Ледяные залежи исследованные автором в долине Ямальского Юрибея оказались по составу очень дифференцированными – в устье реки содержание сухого остатка в них колеблется от 30 до 160 мг/л, а в среднем течении – от 20 до 300 мг/л. Изучая эти пласты, автор получил данные по химсоставу, которые, наряду с особенностями залегания и составом пыльцы и микрофауны, позволили отнести некоторые пласты в среднем течении Ямальского Юрибея к погребенным морским. Информативны данные о солености позднеплейстоценовой залежи пластового льда, изученного автором в среднем течении р. Танама. Здесь разные части пласта характеризуются существенно различной минерализацией. В апикальной части пласта наблюдаются колебания по степени минерализации от 90 до 390 мг/л,. а дистальной она колеблется от 40 до 150 мг/л. Это дает основание думать, что либо пласт долгое время находился в морской воде (или из нее образовался), если он аллохтонный, либо в сложении пласта принимает участие лед, образовавшийся в результате внедрения воды из разных по степени минерализации водоносных горизонтов» если он внутригрунтовый-автохтонный (второе нам кажется менее вероятным).

Широко известна (высотой до 40 м) дислоцированная ледяная залежь Ледяная Гора (рис. 3), расположенная на широте полярного круга на Енисее.

Рис. 3. Пластовый лед в обнажении Ледяная Гора на Енисее. Фото Е.Карпова

В. И. Соломатиным, Е. Г. Карповым и многими другими эта залежь отнесена к погребенному глетчерному типу. Между тем, распределение солей во льду нуждается в тщательном анализе и комментариях – здесь минерализация колеблется от 10–80 мг/л в верхней части залежи до 200–340 мг/л в ее средней и нижней частях. И хотя качественный состав солей здесь не морской и преобладают гидрокарбонаты и кальций, глетчерное происхождение залежи из анализа химсостава отнюдь не следует.

Особенности химического состава подземных льдов Якутии

Криогидрохимические особенности повторно-жильных льдов Якутии изучены весьма обстоятельно. Материалы, обобщенные автором позволяют считать, что основные особенности минерализации позднеплейстоценовых и голоценовых жил этого района в целом выяснены.

Минерализация голоценовых повторно-жильных льдов Северной Якутии очень незначительна, причем низкие ее значения (менее 90 мг/л) отмечены и в жилах, залегающих в толщах пойм и аласов, ив жилах на побережье – на лайдах Быковского полуострова, морского побережья у с. Амбарчик. В последних несколько заметнее роль хлоридов, однако количество их настолько мало (11 и 16% соответственно), что можно говорить лишь о косвенном влиянии близко расположенного моря на жилы, формирующиеся на лайдах (возможно, это перенос капель, брызг, несколько более соленых, туманы и т, п.), голоценовых жил столь же соленых, как на лайде п-ова Явай, нами не встречено.

Сведения о голоценовых жилах из более южных районов Якутии, приведенные в работах В. П. Волковой, Н. Н. Романовского ^{[5, 6]}, указывают на крайне незначительную минерализацию льда; В аласных и в аллювиальных толщах р. Хромы она не превышает 10–20 мг/л и относится к гидрокарбонатному классу. Повторно-жильные льды в делювии, которые также, вероятно, частично имеют голоценовый возраст, на склонах в бассейне p.p. Хрома, Тенкели также ультрапресные – 10–50 мг/л и относятся преимущественно к гидрокарбонатному классу засоления ^[5]. В долинах рек, пересекающих Уяндинскую впадину, голоценовые жильные льды также ультрапресные – 30–60 мг/л и по составу – гидрокарбонатно-натриевые.

Следует остановить внимание и на минерализации позднеплейстоценовых жил Центральной Якутии – здесь отмечены необычные величины засоления ПЖЛ: среднее содержание сухого остатка в позднеплейстоценовых жилах, залегающих в верхней части разреза 60-метровой террасы Мамонтовой Горы (рис. 4), превышает 200 мг/л – они опресненные, а вот жилы в пойменных толщах Алдана – пресные, минерализация их не более 120 мг/л.

Причем отдельные образцы льда жил на террасе, слабосоленые – минерализация достигает 470 мг/л. Вероятно, здесь следует говорить о континентальном типе засоления, особенно резко проявляющемся для жил, формирующихся в условиях болотных массивов. Тем более, что на специфичность такого засоления указывает большое количество закисного железа (до 17,7 мг/л) высокая общая жесткость воды из жил (3,7–3,8 мг-экв./л), у самых минерализованных частей жил рН не превышает 5, в них весьма значительно содержание органического вещества. Содержание фтора в ПЖЛ достигает 18 мг/л, хотя обычное содержание его в жильных льдах не более 0,1 мг/л. Всё это указывает на заболоченность полигонального массива и на резкоконтинентальный климат, способствовавший формированию континентального типа засоления и вмещающих пород, и жил.

Рис. 4. Повторно-жильные льды в позднеплейстоценовой вкладке в верхней части обнажения Мамонтова Гора на Алдане. Фото А.Журно

В голоценовых жилах севера Якутии преобладает лед с минерализацией 0,02–0,10 г/л, такие значения встречаются в 80% образцов, что практически идентично распределению голоценовых жилах Западной Сибири, хотя в составе отдельных компонентов (хлориды и катионы натрия). Встречаемость значений менее 0,01 г/л в Северной Якутии существенно чаще.

Заметно разнообразнее минерализация позднеплейстоценовых жил в едомных толщах Северной Якутии. По данным автора, общий диапазон в содержании сухого остатка – 60–478 мг/л. Различно среднее содержание воднорастворимых солей в едомах, расположенных на побережье и вдали от него. Так, в ПЖЛ прибрежной едомы Быковского полуострова среднее содержание сухого остатка превышает 200 мг/л, причем ни в одном образце не отмечена его величина, менее 140 мг/л, а в ПЖЛ «внутренних» едом минерализация заметно меньше – они все пресные: едома Плахинского яра – 110 мг/л, Дуванского Яра – 120 мг/л, Зеленого Мыса – 110 мг/л, Усть-Омолонского Яра – 130 мг/л, низовий Омолона – 120 мг/л. Еще меньше минерализация ПЖЛ едом междуречий – здесь лед жил чаще ультрапресный: в Куларской котловине в среднем 70 мг/л, в центре Омолоно-Анюйской едомы (верховья реки Тимкинской) – 50–60 мг/л (в каждом из упомянутых выше разрезов едом проанализировано от 30 до 50 образцов жильного льда). Отличительной чертой всех сингенетических жил в едомах является доминирование гидрокарбонатов, составляющих часто более половины от общего содержания солей, причем это характерно и для более, и для менее минерализованных льдов. Из остальных компонентов обращает на себя внимание кальций, во многих случаях превышающий 25% от общего содержания солей; в толщах едом из внутренних районов междуречий заметны сульфаты, содержание которых, нередко достигает 25%.

Этими данные дополняют систематизированные ранее в 1979 г. О. В. Гриненко (устное сообщение) и в 1981 г. А. А. Архангеловвым (устное сообщение) сведения по минерализации ПЖЛ в разрезах, располагающихся в низовьях р. Колымы, по которым также обособляются толщи, в которых повторно-жильные льды в едомных толщах имеют минерализацию менее 100 м/л, к ним относится разрез Станчиковского Яра, большая часть разрезов, расположенных в среднем течении р. Чукочья и вблизи озер Мавринское и Якутское, основная часть комплекса Молотковский Камень и обнажение в долине р. Алазеи. Выделяются те едомные толщи в которых ПЖЛ характеризуются минерализацией от 100 до 200 мг/л, достигающей в отдельных горизонтах 250–400 мг/л. К ним относятся ПЖЛ Антохинского Яра, обнажений в устье р. Чукочья, р. Крестовка. Особенно большие значения минерализации отмечены в нижних частях обнажений. В скважинах пробуренных под урез озера Якутское и под урез реки Чукочья близ устья, встречены среднесоленые жильные льды, минерализация их здесь достигает 2400–3400 мг/л. Значение 3073 мг/л отмечено в нижней части погребенной ледяной жилы обнажения Морское в устье р. Чукочьей: 1330 мг/л и 514 мг/л – в погребенной ледяной жиле в устье р. Крестовка. Почти во всех случаях засоление хлоридно-натриевого и хлоридно-гидрокарбонатно-натриевого типа, кроме ПЖЛ с минерализацией 1330 мг/л, где засоление сульфатно-гидрокарбонатное.

В приморской части Якутии выполнены гидрохимические исследования К. А. Кондратьевой (устное сообщение) ПЖЛ в обнажении Мус-Хая в низовьях Яны. Сухой остаток в жилах составляет 60–160 мг/л (однако в одном из образцов из средней части разреза– до 400 мг/л).

Результаты работ В. П. Волковой и Н. Н. Романовского в Уяндинской впадине ^[6] в долинах рр.Уяндина и Селеннях на Яно-Индигирской низменности ^{[5, 6]} показали, что химический состав позднеплейстоценовых ПЖЛ (рис. 5) здесь достаточно однороден: минерализация жил в аллювии Уяндинской впадины колеблется от 30 до 100 мг/л; лед жил всегда гидрокарбонатный.

Рис. 5. Повторно-жильные льды в долине р. Селеннях (левый приток р.Индигирки), Якутия.

Фото А.Загуляева

Такие же ультрапресные ПЖЛ в аллювии р.Хромы – минерализация жил от 20 до 100 мг/л. По мнению В. П. Волковой и Н. Н. Романовского ^{[5, 6]}, результаты проведенного ими анализа химического состава ПЖЛ показывают, что в формировании жил участвуют поверхностные воды, имеющие меньшую минерализацию и более однообразный состав, чем воды ;слоя сезонного оттаивания ^[5].

Пресные и ультрапресные жилы, залегающие в толщах аллювиальных террас Лены (рис. 6), изучены Н. П. Анисимовой ^[7] – здесь минерализация жил изменяется от 28 до 90 мг/л, засоление также преимущественно гидрокарбонатное. Несколько более высокая концентрация солей отмечается здесь иногда в верхних оплавленных частях жил. Н. П. Анисимова связывает это с миграцией легкорастворимых солей из сезонноталого слоя, минерализация отдельных частей которого может заметно увеличиваться в процессе промерзания. Согласно ее исследованиям, более засоленным окалывается слой, промерзший в последнюю очередь, в нем в большей степени увеличивается содержание ионов гидрокарбоната и натрия ^[7].

Рис. 6. Повторно-жильные льды в правобережной едоме в долине р.Лены. Фото С.Шевчука

Можно представить себе ситуацию, когда растрескивание происходит при неполном промерзании сезонно-талого слоя и когда повышенно минерализованная вода из непромерзшей линзы может попасть в морозобойную трещину и, следовательно, в залегающую ниже ледяную жилу. Такой процесс чрезвычайно редок, Встречается лишь в исключительных случаях, на что указывает и крайне редкая встречаемость сильно минерализованного повторно-жильного льда.

В процентном отношении от общего числа проанализированных образцов ПЖЛ из едом встречаемость среднесоленых льдов ничтожна, однако игнорировать их нельзя, поскольку такие образцы могут указывать на возможность субаквального формирования ледяных жил в позднем плейстоцене под морским мелководьем (подчеркиваем, редко, но все же вероятно). Конечно, в отдельных случаях, как например, в нижней части берегового морского обнажения близ устья р. Чукочья повышенную минерализацию можно было бы пытаться объяснить затеканием морской воды уже в процессе современного термоабразионного вскрытия жил, а в других случаях – миграцией солей в жилы из вмещающих отложений. Однако этому имеются контраргументы: А. Н. Толстов ^[8] приводит данные П. Ф. Швецова, обнаружившего в обнажении озера Овальное, располагающегося на севере Яно-Индигирской низменности в 120 км от моря, ПЖЛ с хлоридно-натриевым засолением, содержание сухого остатка в которых составило 2910 мг/л. Этот образец оказался единичным. При повторном опробовании жил в этом районе получены значения минерализации 60–160 мг/л. А. Н. Толстов ^[8] объясняет наличие сильно минерализованного жильного льда ветровым переносом солей от морского побережья. Маловероятно существенное постгенетическое засоление жил солями, мигрирующими из вмещающей мерзлой толщи. Практически во всех случаях, когда были встречены сильно минерализованные жильные льды, вмещающие их отложения не отличались аномально высокой минерализации ей, и наоборот, там, где сухой остаток в водной вытяжке из вмещающих толщ превышал 0,2–0,4%, залегали жильные льды с минерализацией не выше 200 мг/л.

Имеются сведения, что перенос морских солей атмосферными осадками возможен на расстояние 1000–4000 км, причем интересно, что даже вблизи морских побережий в них не всегда преобладает хлор (хотя часто его содержание составляет до половины общего количества солей), часто заметно участие других компонентов.

Автор полагает, что повышенная минерализация в каждом конкретном случае объясняется различными причинами. Если жилы в устье р. Чукочья и на берегу озера Овальное (а также ранее описанные ПЖЛ острова Белый и п-ова Явай) в отдельных своих частях сильно минерализованы за счет участия морской воды, затекавшей по трещинам в тело жил при их формировании, то жилы в обнажениях Крестовка (как и жилы Мамонтовой Горы и Ленских террас), имеющие континентальный тип засоления, повышенно минерализованы, видимо, в основном, за счет затекания по трещинам в жильный лед застойных болотных вод.

Сопоставление химического состава голоценовых и позднеплейстоценовых ПЖЛ Северной Якутии указывает на их различие, проявляющееся, прежде всего, в частой встречаемости более минерализованных жил позднеплейстоценового возраста (например, лед с минерализацией 0,05–0,15 г/л в них встречается в 68% случаев, а в голоценовых – в 47%), Однако основной тип засоления ПЖЛ никак нельзя отнести не только к морскому, но даже к распресненному лагунному. Доминирование карбонатов в едомных жилах, вероятно, указывает на более холодные условия их формирования. Вместе с тем, метеорный характер подавляющей части воды, питавшей жилы, не вызывает сомнений.

Среди пластовых залежей Северной Якутии льдов погребенного типа пока не встречено, а пласты, описанные Ш. Ш. Гасановым ^[9] на о-ве Фаддеевском (минерализация 20–60 мг/л) к О. В. Лахтиной ^[10] в среднем течении Алазеи и в обнажении Красивое на р. Малый Анюй (сухой остаток 30-40 мг/л) – внутригрунтового генезиса. Время их формирования скорее всего относится к позднему плейстоцену, что указывает на участие процессов образования внутригрунтовых залежей льда в процессе позднеплейстоценового синкриолитогенеза.

Существенную роль сыграли различия в минерализации пластовых льдов на северо-западе о.Новая Сибирь в бухте Мира и на его западном берегу, на мысе Высокий. Видимая мощность пластовых ледяных залежей здесь достигает первых десятков метров. Их выходы прослеживаются на протяжении 2-3 км.

Пластовые льды Новосибирских островов представлены различными по морфологии и генезису типами. Наиболее распространенными являются матовые слоистые льды мощностью до 20-30 метров (рис. 7). По простиранию матовые слоистые льды могут быть представлены двумя подгоризонтами мощностью до 10 м.

Нормальное залегание в некоторых случаях нарушено серией смещений с разрывами, образующими обособленные блоки неправильной формы/ Отдельные блоки и горизонты пластовых льдов разделяются льдистыми морскими слабо опесчаненными глинами с остатками малакофауны (Portlandia arctica и др.). Комплекс матовых слоистых пластовых льдов перекрывается толщей прибрежно-морских суглинков мощностью до 5-10 м с остатками малакофауны.

Рис. 7. Пластовый лед в обнажении на северо-востоке Новосибирских о-вов.

Фото В.Тумского

В наиболее полных разрезах на бухте Мира верхний уровень пластовых льдов имеет двухчленное строение. Нижний слой мощностью до 1 м представлен голубовато-серым льдом. Верхний слой представлен серым льдом мощностью до 0,5-1,5 м.

Данные по изотопному и химическому составу позволили В.В.Ивановой ^[11] предположить, что нижние горизонты пластовых льдов в многолетнемерзлых толщах о.Новая Сибирь формировались преимущественно сингенетически в процессе инъекционного льдообразования в результате внедрения и замерзания воды в период промерзания вышедших из-под уровня моря участков. Инъекционное происхождение льда, вероятно, объясняет ^[11], особенности его химического состава (ведущая роль натрия и магния, отрицательная цериевая и европиевая аномалии) и различную степень минерализации льда, отобранного по латерали из нижнего горизонта пластовых льдов. Верхний горизонт пластовых льдов имеет внутригрунтовое происхождение, он образовался, вероятно, в результате сегрегационного льдообразования ^[11].

Гидрохимические данные из пластовых льдов нередко могут давать и весьма экзотические результаты. В этом плане вспомним данные Н. Г. Обермана ^[12], который встретил вдали от моря на севере Урала и Пай-Хоя залежи льда с минерализацией 1000–2000 мг/л и даже до 4700 мг/л. т.е. здесь льды, формировавшиеся при эпикриогенном промерзании на больших глубинах, оказывались, весьма засоленными.

Особенности химического состава подземных льдов Чукотки

Ожидалась значительная встречаемость высокоминерализованных подземных льдов на Чукотке. На это указывало и доминирование толщ морского генезиса в пределах прибрежных Чукотских низменностей и, косвенно, наличие криопегов практически во всех районах Чукотского побережья (особенно в толщах голоценовых морских лайд) и разнообразный облик пластовых ледяных залежей на Восточной Чукотке, что заставляло думать об их, возможно, разном генезисе и в том числе о возможном присутствии аллохтонных седиментадионных льдов в морских толщах (тем более, что в одной из скважин колонкового бурения со льда Чукотской партией ПГО «Севморгеология» на дне Мечигменекого залива, в 300 м от берега, на глубине 2,5 м от дна и под слоем воды мощностью 3 м автором был обнаружен пласт чистого коричневатого соленого льда, подстилаемый почти 40-метровой толще мерзлых рыхлых пород. Однако эти ожидания не оправдались. Во всяком случае, в изученных и опробованных автором пластовых льдах, как позднеплейстоценовых, так и голоценовых, минерализация не превысила 100 мг/л. Причем, в некоторых разрезах пласт залегал явно в морских песках, однако, его минерализация оказывалась крайне мала. Так, на северном берегу озера Коолень в слоистых песках морской террасы опробован пласт серого льда мощностью около 1 м, минерализация которого составила всего 60–70 мг/л, что, несомненно, указывает на неморскую, вероятно внутригрунтовую природу залежи. Примерно аналогичная ситуация встретилась и в районе Анадыря, где минерализация пласта в толще позднеплейстоценовой террасы не превысила 70 мг/л. Еще более распресненным оказался пласт инъекционного льда в ядре бугра пучения на пойме восточного берега озера Коолень, здесь сухой остаток не превысил 30 мг/л.

Однако морфологическое разнообразие пластов льда на Чукотке столь велико, что возможно среди 15–20-метровых ледяных залежей, встречающихся на склонах и в долинах оз. Коолень, р. Чульхевеем, на побережьях заливов Креста, Лаврентия, Мечигменского, у мыса Неймана и в других районах, есть и более минерализованные прослои или даже целые ледяные пласты. Однако, наверное, правильным будет полагать, что большинство пластовых ледяных залежей Чукотки – внутригрунтового происхождения, и отсюда весьма небольшие значения их минерализации, поскольку в процессе формирования пласта, даже из сравнительно засоленных вод в морских толщах, соли отжимаются в грунт, а формирующийся лед – пресный.

Голоценовые жильные льды и на самом востоке и на юго-востоке Чукотки оказались ультрапресными – минерализация не выше 40 мг/л, и даже на морской лайде о. Айон голоценовые жилы пресные, их минерализация не превысила 60–70 мг/л, хотя в последнем случае обратило на себя внимание доминирование хлоридов, составившее более 30% от общего содержания легкорастворимых солей. То есть, и в этом случае, как в более западных районах Арктического побережья, близость моря сказалась на составе жил, но все же морское влияние проявилось лишь косвенно, лед – ультрапресный и, несомненно, вода в нем атмосферно-метеорного происхождения.

Позднеплейстоценовые сингенетические жилы на Чукотке вообще встречаются спорадически: остров Айон и долины p.p. Майн и Анадырь – вот, пожалуй, два основных района их распространения, небольшие жилы отмечены нами и вблизи Анадыря, возможно они встречаются и в долине Амгуэмы, вблизи пос. Ванкарем и Энурмино. Изучение химического состава плейстоценовых жил трех, первыми названных, районах также привело к несколько, на первый взгляд, неожиданным результатам. Жильные массивы острова Айон и долины Майна – весьма сходные своим обликом и, вероятно, временем формирования – менее 40 тысяч лёт назад, расположены в совершенно различной современной ситуации. Остров Айон окружен морем, и жилы встречены непосредственно в береговых обнажениях, а обнажения в долине Майна удалены даже от Анадырского лимана более, чем на полтысячи километров. Казалось бы, естественным полагать более заметное влияние моря и на состав льда жил о. Айон. Однако в реальности минерализация жил оказалась очень сходной. Общий диапазон колебаний минерализации позднеплейстоценовых жил Айонского разреза 40–110 мг/л, причем основными элементами ионного состава оказались гидрокарбонаты. И в общем-то близкая картина выявилась в долине Майна, где были детально опробованы Ледовый Обрыв (рис. 8) и Усть-Алганский обрывы.

Рис. 8. Повторно-жильные льды едоме Ледового обрыва, в долине р.Майн. Фото Дж.Хэйли

Минерализация подавляющего большинства образцов из жил этих разрезов составила от 32 до 60 мг/л. Состав льда преимущественно гидрокарбонатно-натриевый, хотя в отдельных образцах заметно участие хлоридов. В этих разрезах А. Н. Котовым и С.Н. Бражник ^[13] получены несколько образцов из ледяных жил с минерализацией 130–150 мг/л. Даже с учетом этих данных повторно-жильные льды в толщах ледового комплекса долины р. Майн следует считать весьма пресными, вполне отвечающими своему внутриконтинентальному положению и формированию в аллювиальных отложениях.

Позднеплейстоценовые жилы изученные автором в толще морской террасы близ г.Анадырь также оказались пресными, в среднем содержание сухого остатка составило 70 мг/л, и основные доминирующие ионы практически повторили картину распределения в жилах Айона и Майна. Лишь некоторым исключением стало большее присутствие хлоридов, среднее содержание которых превысило 25% от общего ионного состава.

Более половины образцов из жил Чукотки имеют минерализацию менее 0,05 г/л, тогда как жилы с такой минерализацией в Западной Сибири встречены лишь в 16%, а на Севере Якутии – в 14% случаев. Но если взять более широкий диапазон – менее 0,15 г/л, то сходство ближе – на Чукотке это почти 100% всех проанализированных образцов, в Западной Сибири – 89%, а на севере Якутии – 80%. Эти данные говорят о том, что хотя в составе солей в ледовых толщах различных регионов Евроазиатской криолитозоны и имеются региональные различия (вызванные прежде всего неодинаковым характером переноса воздушных масс в зимнее время и разным влиянием близ расположенных океанов), но гораздо выразительнее их сходство, которое проявляется в низкой минерализации и доминировании гидрокарбонатов, что, скорее всего, свидетельствует об атмосферной природе воды, в основном питавшей жилы в позднем плейстоцене, так же как и позднее – в голоцене и в настоящее время.

Вместе с тем отдельные находки сильноминерализованных жил указывают на возможность, в редких случаях (менее 10%), участия в сложении жил, формировавшихся в позднем плейстоцене и голоцене морских лагунных и эстуарных вод при образовании жил на мелководьях, а в континентальных районах на участие застойных-болотных вод и вторично засоленных (в результате выпаривания и криогенной минерализации) вод сезонно-талого слоя.