Isotopic and geochemical features of the Batagaika yedoma (preliminary results)

Основная задача данной работы – исследование изотопно-кислородного и дейтериевого состава, ионного состава и содержания микроэлементов, кремния и железа в позднеплейстоценовых сингенетических повторно-жильных льдах детально отобранного разреза Батагайской едомы для реконструкции палеогеокриологических условий формирования едомных толщ.

Местоположение района исследований

Авторами изучены сингенетические повторно-жильные льды, вскрывающиеся в Батагайском овраге-кратере (67°34′49″ с.ш., 134°46′19″ в.д.), расположенном в 10 км юго-восточнее пос. Батагай (около 17 км по шоссе и еще около 4 км по тропе), в Верхоянском улусе (рис. 1), Республики Якутия (Саха). Овраг (абс. выс. его поверхности около 325 м над ур. моря) расположен на северо-восточном склоне в 1,5 км вниз во склону холма между горой Киргиллях (абс. выс. 612 м) и горой Хатыннах. По форме он напоминает морского ската (см. рис. 1, б, рис. 2). Ранее исследованы криолитологические особенности разреза ^{[4, 10]} и его возраст ^{[7, 15]}.

Рис. 1. Расположение Батагайского оврага-кратера в Верхоянском улусе (а – ярко фиолетовый круг), Якутской (Саха) республики и его контур в плане (б). Google Earth

Рис. 2. Конфигурация Батагайского кратера в плане. Фото Ф.Гюнтера

Рис. 3. Расположение опробованных в 2017 году повторно-жильных льдов на снимке 2004 года (вверху), 2013 года (в середине) и снимке 2016 года (внизу), точки опробования в 2017 году располагались внутри кратера.

Климатические, физико-географические и геокриологические условия

Климат, по данным метеостанции Батагай близок к умеренно-холодному ^[6]. Среднегодовая температура воздуха – –14.8 °C. Наиболее холодный месяц - январь с температурами от –43 до –51 °C ^[27]. Выпадает около 194 мм осадков в год. Самые сухие месяцы: март, январь и февраль - обычно не более 5 мм осадков (табл. 1). Большая часть осадков здесь выпадает в июле до 43 мм, в среднем 37 мм (рис. 4). Преобладающий ветер зимой (январь) – юго-западный, летом (июль) – северный или северо-восточный.

Таблица 1. Сравнение основных климатических параметров (среднемесячные данные) по метеостанции Батагай за период 1961-1990 гг. и 1981-2010 гг. С сайта http://www.meteo-tv.ru/rossiya/respublika-saha-yakutiya/batagai/weather/climate/ ^[26]

Рис. 4. Климатический график с сайта https://ru.climate-data.org/location/45208/ ^[27]

Многолетнемерзлые породы в бассейне реки Яны характеризуются непрерывным по площади и по вертикали распространение, со средней годовой температурой грунта на глубине нулевых годовых амплитуд от –5,5 °C до –8,0 °C. активный слой толщиной 0,2-0,4 м под лесом и мхом, и 0,4-1,2 м ниже открытых площадок.

Растительность северо-таежного и лесотундрового типа котором доминируют: лиственница Кайандера (рис. 5, а), берёза (Betula middendorffii), береза карликовая, стланик кедровый (рис. 5, б), багульник (рис. 5, в), ольха (рис. 5, г), ива, ива плакучая, осина, боярышник, лапчатка, лапчатка Толля, осока рыхлая, мать и мачеха, одуванчик, подснежник, клайтония клубневидная (суккулентная трава семейства портулаковых), малина, шиповник, уохта (смородина дикуша), княженика, брусника, голубика и др.

Рис. 5. Характер растительности на поверхности Батагайской едомы: а – общий вид сукцессии; б – кедровый стланик; в – багульник; г – ольховник. Фото Дж.Васильчук и Ю.К.Васильчука

В 60-х годах на территории Верхоянского района Якутии, в 7 км от поселка Батагай был обнаружен овраг шириной 1,5 метра, глубина составляла 5 метров. С 90-х годов небольшой овраг начал заметно увеличиваться. На сегодняшний день его размеры достигли: глубина 70-100 метров, длина 1 км (рис. 6).

Рис. 6. Панорама Батагайского кратера. Фото А.Тришина

В августе 2017 г. в 70-метровом разрезе (рис. 7, 8) Батагайского кратера авторами изучены и детально опробованы ледяные жилы в верхней (рис. 9, 10, а) и нижней (рис. 10, б, 11, 12, 13) части обнажения.

Рис. 7. Северная и западная части (а) Батагайского кратера (в центре стены вверху расположена детально исследованной жила – ПЖЛ №3 в верхней части разреза) и северо-восточная (б) часть 70-метровой стены (человек в синей куртке стоит над детально исследованной жилой – ПЖЛ №2 в нижней части разреза). Фото Ю.К. Васильчука

Рис. 8. Западная часть Батагайского кратера: а – перьеобразный контакт озерных и едомных отложений; б – узкие ледяные жилы в озерных отложениях. Фото Ю.К. Васильчука

Криолитологическое строение разреза

Описание юго-западного края Батагайского кратера.

Батагайское обнажение представляет собой стену в нижней части близка к вертикальной, вверху довольно отвесная градусов больше 60°. Общая высота варьирует от 50 до 70 м, однако если считать с придонной частью кратера, то глубина достигает 90 м. Мерзлая стенка обнажения с поверхности до глубины 25-30 м сложена сильнольдистыми едомными отложениями. В сторону западной части обнажения мощность едомной толщи увеличивается существенно и достигает около 40-45 м. В западной части в верхней части едомной толщи наблюдается некий фациальный перьеобразный контакт с озерной или таберальной толщей (практически без льда), в виде клина длиной около 150-200 м внедряется в едомную толщу и сверху вновь едомная толща перекрывает озерно-таберальное вклинивание. Едомная толща представлена довольно узкими ледяными жилами, не более 1,5-2 м шириной. В разрезе просматриваются и гораздо более выраженные ледяные стенки, однако это по сути не фронтальный срез ледяных жил. Полигоны небольшие – редко превышают 4-5 м в ширину, а как правило составляют 1,5-3 м в ширину, полигоны преобразуются в слабовыраженные байджерахи на стенке. В нижней части разреза вскрывается довольно мощная и по-видимому довольно древняя горизонтально-слоистая толща представленная горизонтальным переслаиванием более темных и более светлых (скорее всего суглинистых) отложений, тогда как едомная толща представлена преимущественно супесчаными отложениями, озерно-таберальные отложения представлены песками. Лед ледяных жил четко вертикально слоистый с элементарными вертикальными прожилками, насыщенными грунтовыми супесчаными частицами, шириной до 1-2 см, они располагаются вертикально и крутонаклоннно-слоисто. В нижней части ледяные жилы западного фрагмента имеют более минерализованный состав, и они желтовато-серые практически без включений грунта, тогда как в остальной части они серого цвета и также косовертикально-слоистые. Что касается нижней горизонтально-слоистой толщи: возможно она представляет собой древние таберальные отложения, по внешнему виду их можно к таковым отнести. Горизонтальное переслаивание это более 12-20 горизонтальных слоев, внизу более часто слоистых, в средней части выраженный горизонтальный темный слой, здесь слоистость реже, в кровле этой горизонтально-слоистой толщи наблюдается частое переслаивание за счет большего содержания органики. Что касается размеров ледяных жил в едомной толще – можно отметить некоторое утолщение в сторону западной и нижней части едомного массива.

Описание со дна кратера, сверху-вниз:

Сверху в самом западном фрагменте над горизонтальным перьеобразным включением отмечается едомный разрез, здесь полигоны больше явно больше, чем на всей остальной части до 8-10 м. На глубине 3-4 м залегают головы ледяных жил (в некоторых местах они залегают практически у поверхности). На глубине 6-7 м от поверхности горизонт органики мощностью около 1,5 м. На глубине 12 м видны 2 горизонта мощностью до 1,5 м, здесь головы ледяных жил имеют слепое окончание, также заканчиваются на глубине 15-17 м.

Говоря о возможной природе провала можно отметить, что следов антропогенной деятельности сейчас на дне этого провала выделить невозможно, хотя возможно, его инициализация была вызвана активными подземными выработками. Здесь он возник в виде неестественной скатообразной формы, хотя овраги вблизи Батагайского провала обычно каньонообразные.

Рис. 9. Сингенетическая жила – ПЖЛ №3 в верхней части едомной толщи, вскрытая в глубоком овраге, открывающемся в Батагайский кратер. Фото А.Тришина и Дж.Васильчук

Рис. 10. Отбор образцов из сингенетической жилы – ПЖЛ №3 (а) в верхней части едомной толщи и из ПЖЛ №2 (б) в нижней части разреза. Фото Дж.Васильчук

Рис. 11. Сингенетическая жила - ПЖЛ №2 в нижней части толщи вскрытой в Батагайском кратере. Фото А.Тришина

Рис. 12. Органический материал в байджерахах, окружающих ПЖЛ №2 в нижней части толщи, вскрытой в Батагайском кратере. Фото Дж.Васильчук

Методика опробования и аналитических определений

Отбор образцов льда производился путём предварительной зачистки стенки обнажения топором и выкалывания льда в двойной целлофановый пакет. Собранные образцы растапливались при комнатной температуре 1 сутки, после чего разливались во флаконы. Органический материал набирался также в целлофановые пакеты, размораживался и просушивался при комнатной температуре. Линейные измерения обнажения проводились рулеткой с точностью до 10 см. Координаты вычислялись с помощью GPS.

Рис. 13. Криотекстурные особенности жильного льда, вскрытого в сингенетической жиле 1 (а) и сингенетической жиле 2 (б). Фото Ю.К.Васильчука

Выполнен анализ изотопно-кислородного и изотопно-водородного состава, анализ ионного состава и содержания валовых форм микроэлементов, а также Si и Fe и их распределения в повторно-жильных льдах, залегающих в едомной толще,

Измерения изотопного состава кислорода и водорода льда выполнены в режиме постоянного потока гелия (CF-IRMS) на масс-спектрометре Delta-V с использованием комплекса газ-бенч в изотопной лаборатории географического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова.Изотопный состав выражается в δ (‰) относительно среднеокеанической воды V-SMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water). Для калибровки измерений использовались международные стандарты V-SMOW, GISP, SLAP, собственный лабораторный стандарт МГУ – снег ледника Гарабаши (δ¹⁸О = –15,60 ‰, δ²Н = –110,0 ‰). Погрешность определений составила ± 0,6‰ для δ²Н и ± 0,1‰ для δ¹⁸O.

Анализ содержания основных ионов выполнен на ионном хроматографе "Стайер", в химико-аналитическом центре географического факультета ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова.

В 30 образцах повторно-жильного льда в ВИМС имени Н.М.Федоровского выполнено определение содержания 59 химических элементов в растворенной форме методами атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (спектрометры Elan-6100, Optima-4300DV, Perkin-Elmer, США). Для характеристики ледяных жил выбраны 18 микроэлементов и 6 макроэлементов, имеющих наибольший контраст в распределении.

Результаты

Распределение значений δ¹⁸О, δ²H и d_exc в повторно-жильных льдах

В повторно-жильном льду №1 (ПЖЛ №1), вскрытом в низком фрагменте едомы колебания значений δ¹⁸О составляют 2,2 ‰ (от –34,86 до –32,67‰), а вариации значений δ²H – более 13 ‰ (от –270,2 до –247,1‰).

В повторно-жильном льду №2 (ПЖЛ №2), вскрытом несколько выше (голова жилы) и ниже (хвост жилы), чем ПЖЛ №1 колебания значений δ¹⁸О также составляют 2,2 ‰, но в более отрицательном диапазоне (от –37,2 до –34,97‰), а вариации значений δ²H – более 11 ‰ (от –290,8 до –259,2‰).

В самом молодом повторно-жильном льду №3 (ПЖЛ №3), вскрытом в самой верхней части Батагайской едомы вариации значений δ¹⁸О составляют всего около 1 ‰ (от –34,83 до –33,8‰), а изменение значений δ²H составило 17 ‰ (от –272,6 до –255,6‰).

Таблица 2. Минимальные, максимальные и средние значения δ¹⁸О, δ²H и d_exc в повторно-жильных (ПЖЛ) льдах, вскрытых в Батагайском овраге-кратере (поверх. 325 м. абс. выс.)

Интересно, что средние значения изотопных соотношений в ПЖЛ №1 и ПЖЛ №3 оказались близки: величины δ¹⁸О составляют –34,4 и –34,36‰, а значения δ²H – –265,0 и –266,3‰ – соответственно, а вот в ПЖЛ №2 они наиболее низкие – средняя величина δ¹⁸О составляет –35,69‰, а значение δ²H – –276,0‰.

ПЖЛ1 и ПЖЛ2 находятся в нижней части разреза вблизи друг от друга. Частично глубины отбора образцов в них совпадают. При этом изотопные значения отличаются из этих совпадающих интервалов обеих ледяных жил не более чем на 1‰ по величине δ¹⁸О, не более чем на 10‰ по значениям δ²H.

В очень узкой - менее 0,5 м в ширину ПЖЛ №4, вскрытой в озерной вкладке на глубине 21 м величина δ¹⁸О составила около –33‰, а значение δ²H – около –240‰.

В текстурных льдах из подстилающих древних горизонтально-слоистых суглинков величины δ¹⁸О варьируют между –32,5 и –33,95‰, а значения δ²H – изменяются от 227 до –241‰, тогда как в текстурном льду из едомы величина δ¹⁸О равна –35,84‰, а значение δ²H – около –274,7‰.

В воде из р.Батагайки получено значение δ¹⁸О равна –19,81‰, а величина δ²H – –149,8‰, а в воде р.Яны –21,14 и –158,9‰ соответственно.

Ранее по росткам ледяных жил на пойме реки Яны М.А.Коняхиным получены 2 значения δ¹⁸О в 100 км от устья р.Яны: –27,0‰ и в 160 км от устья р.Яны: –29,0‰ ^[21].

Распределение содержания анионов и катионовв повторно-жильных льдах

Повторно-жильные льды Батагайского разреза имеют карбонатно-кальциевый состав (табл. 3), в то время как в поверхностных водах – р.Яна и р. Батагайка – преобладают сульфаты и кальций (табл. 4). В текстурных льдах Батагайского разреза с глубин 30-60 м среди катионов преобладает магний (1,60 ммоль/л), как и в повторно-жильном льду с глубины 21 м из стенки разреза (2,25 ммоль/л). Вариации в содержании растворимых солей в повторно-жильных льдах разных частей разреза невелики и колеблются в пределах от 25-41 до 62-83 ppm., в реках минерализация составляет 42-64 ppm, в текстурных льдах заметно выше 113-202 ppm, в повторно-жильном льду в стенке разреза 106 ppm. Соотношение хлоридов и сульфатов варьирует в диапазоне от 0,19 до 3,92.

Таблица 3. Минимальные, максимальные и средние значения содержания ионов (ммоль/л) и минерализация ppm в образцах повторно-жильных (ПЖЛ) льдов, вскрытых в Батагайском кратере

Таблица 4. Минерализация, содержание основных катионов в речной воде, текстурном и жильном льду Батагайского разреза

Распределение содержания микроэлементов и тяжелых металловв повторно-жильных льдах

Содержание Co в повторно-жильных льдах (табл. 5) варьирует в диапазоне 0,34-8,78 мкг/л, в повторно-жильном льду с глубины 21 м (ПЖЛ №4) содержание кобальта составляет 4,16 мкг/л (значение близкое к содержанию в ПЖЛ №1 и 3), в текстурном льду (табл. 6) диапазон содержания кобальта 1,53-9,51 мкг/л в водах р.Батагайка содержание кобальта составило 0,99 мкг/л, это более чем в 10 раз превышает содержание в р.Яна – 0,074 мкг/л.

Содержание Ni в ПЖЛ №1-3 составляет 2,94-23,50 мкг/л, в ПЖЛ №4 – 16 мкг/л, а в текстурном льду от 5,95 до 18,1 мкг/л, значительно в водах р.Батагайка содержится 4,75 мкг/л. Содержание Cu в повторно-жильных льдах варьирует от 2,7 до 30,7 мкг/л, высокое значение наблюдается в стенке разреза 23,6 мг/л, в текстурном льду содержится от 6,81 до 11,7 мкг/л, в речных водах содержание меди составляет 7,61 мкг/л.

Содержание цинка в повторно-жильных льдах составляет от 2,57 до 48,4 мкг/л, в текстурном льду в среднем меньше - 2,52-6,78 мкг/л, в речной воде содержание Zn – 3,95 мкг/л. Содержание Ga в повторно-жильном льду – 0,03-1,15 мкг/л, в текстурном льду меньше – 0,04-0,26 мкг/л, в речной воде - 0,3 мкг/л. Содержание мышьяка в жильном льду составило 0,98-6,70 мкг/л, средние значения в разных жилах близки около 2,05-2,99 мкг/л, для ПЖЛ №4 значение оказалось выше – 6,03 мкг/л, в текстурном льду диапазон содержания As – 2,62-13,3, в речной воде – 1,87 мкг/л. Sr варьирует в повторно-жильных льдах в широком диапазоне от 41 до 275 мкг/л, в текстурных льдах 195-236 мкг/л, в речной воде 132-177 мкг/л. Y варьирует в диапазоне 0,8-16,7 мкг/л в повторно-жильных льдах, в текстурных льдах в диапазоне 0,8-2,6 мкг/л, в речных водах содержится 1,43 (р. Батагайка) и 0,11 (р.Яна) мкг/л.

Содержание Zr в повторно-жильном льду варьирует от 1,75 до 8,1 мкг/л, в текстурном льду 2,5-7,7 мкг/л, в речной воде – 0,19-2,63 мкг/л. Содержание Mo варьирует от 0,13 до 0,47 мкг/л, наибольшее содержание Mo наблюдается в ПЖЛ№2 и ПЖЛ №4, в текстурном льду содержание молибдена составляет 0,3-1,2 мкг/л, в речной воде 0,43 мкг/л. Содержание Sb в повторно-жильных льдах составляет от 0,13-0,67 мкг/л, в текстурных льдах 0,3-0,8 мкг/л, в речной воде 0,08-0,3 мкг/л. Сe в повторно-жильном льду содержится в диапазоне 0,7-24 мкг/л, в текстурном льду 1,3-4,4 мкг/л, в речной воде 0,14-2 мкг/л. Ва в повторно-жильном льду составляет 10-154 мкг/л, в текстурном льду 83-230 мкг/л, в речной воде 10,4-35,4 мкг/л.

Содержание Pb в повторно-жильном льду составляет 0,3-24 мкг/л, в текстурном льду 1-3,6 мкг/л, в речной воде 12,41 мкг/л. Содержание Yb в повторно-жильном льду составляет 0,06-1 мкг/л, в текстурном льду 0,07-0,19 мкг/л, в речной воде 0,007-0,12 мкг/л. Содержание Th в повторно-жильном льду составляет 0,13-0,48 мкг/л, причем наибольшие значения присутствуют в ПЖЛ №2 и 4 , в текстурном льду 0,11-0,44 мкг/л, в речной воде 0,01-0,22 мкг/л. Содержание U в повторно-жильном льду составляет 0,12-2,3 мкг/л, в текстурном льду 0,4-3,2 мкг/л, в речной воде 0,06-1,2 мкг/л.

Содержание Cs в повторно-жильном льду составляет 0,01-0,2 мкг/л, причем наибольшие значения присутствуют в ПЖЛ №2 и ПЖЛ №4 , в текстурном льду 0,03-0,08 мкг/л, в речной воде 0,008-0,08 мкг/л. Для всех элементов кроме Mo, Th, Cs максимальное содержание характерно для ПЖЛ № 1 (нижняя часть разреза) и 3 (верхняя часть Батагайского разреза), а минимальное для ПЖЛ №2. Содержание большинства элементов в р.Яна понижено относительно содержания в р.Батагайка, в реках в целом содержание элементов значительно меньше.

Таблица 5. Минимальные, максимальные и средние значения содержания микроэлементов в образцах повторно-жильных (ПЖЛ) льдов, вскрытых в Батагайском кратере в мкг/л

Таблица 6. Содержание макроэлементов в образцах текстурных (Текст.) и повторно-жильных (ПЖЛ) льдов, вскрытых в Батагайском кратере и речных вод в мкг/л

Содержание Al в жильных льдах находится в диапазоне 0,12 до 4,38 мг/л, наиболее высокие значения характерны для жилы №3 расположенной в верхней части разреза, наиболее низкие для жилы №2 в нижней части разреза. Содержание Fe и Mn составляет 0,17-6,45 и 0,02-1,42 мг/л соответственно, наиболее высокие значения также характерны для жилы в верхней части разреза, наиболее низкие для нижней части разреза, такая же тенденция наблюдается для Si и P. S содержится в повторно-жильных льдах в количестве 0,07-2,22 мг/л и наибольшие значения характерны для нижних фрагментов разреза – ПЖЛ №1 и ПЖЛ №2, а наиболее низкие для верхнего фрагмента – ПЖЛ №3 (табл. 7).

Таблица 7. Минимальные, максимальные и средние значения содержания макроэлементов в образцах повторно-жильных (ПЖЛ) льдов, вскрытых в Батагайском кратере в мг/л

Содержание таких элементов как Al, Si, P, Mn, Fe (табл. 8) значительно выше в водах р.Батагайка, чем в водах Яны. Также минерализация воды в р.Батагайка составляет 64 ppm, а в р.Яна 42 ppm. В р.Яна из макроэлементов по сравнению с р.Батагайкой преобладает только S – 9.34 мг/л, в р.Батагайка содержание S составляет в 2 раза меньше – 4.29 мг/л.

Таблица 8. Содержание макроэлементов в речной воде, мг/л и в стенке Батагайского разреза

Обсуждение и заключение

Возраст основных криолитологических единиц

Согласно исследованиям К.Зигерт с соавторами ^[3] оледенение Верхоянья древнее, чем до сих пор считалось. По IRSL-датировкам ни одна из изученных конечных морен не была сформирована в завершающей фазе позднего плейстоцена. Дистанционными методами также Ими не обнаружено молодых морен и на аэро- и космоснимках. Это привело к выводу, что оледенение этого времени должно быть совсем незначительным, поскольку более древние моренные образования не несут на себе следов последующей ледниковой эрозии. С этими данными согласуются новые датировки, полученные по Северному Верхоянью и прилегающей территории. Они свидетельствуют о непрерывном накоплении неледниковых осадков на предгорной равнине с 60 тыс. лет назад до перехода к голоцену ^[3].

Радиоуглеродный возраст разнообразного органического материала из отложений (табл. 9), вмещающих повторно-жильные льды, вскрытые в Батагайском кратере варьирует от 12 660 до 49 320 (конечные датировки) лет ^{[7, 15]}. Получено также несколько запредельных 14С датировок. Судя по тем датировкам, которые уже получены Дж. Мёртоном и К.Ашастиной с соавторами ^{[7, 15]} можно предполагать (считая наиболее молодые датировки с той же глубины более достоверными ^[25]), что верхние 20 м едомной толщи формировались примерно в период от 36 до 26-12 тыс. лет назад, а нижние 20-30 м примерно в период от 50 до 36 тыс. лет назад.

Таблица 9. Радиоуглеродный возраст органического материала из отложений, вмещающих повторно-жильные льды, вскрытые в Батагайском кратере. По данным Дж. Мёртона и К.Ашастиной с соавторами ^{[7, 15]}

В Батагайском овраге встречены костные, и даже трупные останки животных мамонтовой фауны. В июле 2009 г. в основании одного грунтовых останцов была обнаружена неполная туша лошади среднеголоценового возраста (абс. возраст 4450 лет), а в сентябре того же года – полная мумия двухмесячного детеныша бизона ^[5]. В 2011 г. здесь палеонтологическим отрядом Музея мамонта были обнаружены плечевая кость пещерного льва, череп ископаемого волка и относительной хорошей сохранности бедренная кость шерстистого мамонта с костным мозгом. В 2012 г. здесь были обнаружены костные остатки мамонта, бизона, ленской лошади и других вымерших животных. Тогда же обнаружена этого года необходимо отметить мумию копытного лемминга с мягкими тканями ^[5].

Интерпретация изотопных вариаций в повторно-жильных льдах

Для расчета палеотемператур использовано соотношение Ю.К.Васильчука ^{[1, 20]}, полученное на основании сравнения изотопного состава современных жильных ростков (δ¹⁸O_р.ж.) и современных среднезимних (t°_ср.з) среднеянварских температур (t°_я) для периода формирования жильных ростков, т.е. последних 60-100 лет:

t°_я = 1,5 δ¹⁸O_р.ж. (±3 °C) и t°_ср.з = δ¹⁸O_р.ж. (±2 °C)

По приведенным уравнениям рассчитана среднезимняя и среднеянварская температура воздуха отрезков позднего плейстоцена, в течение которых формировались детально изученные повторно-жильные льды в разрезе Батагайка: ПЖЛ №1 и ПЖЛ №3 формировались в очень близком диапазоне: среднезимняя температура воздуха была близка к –34, –35 °С, а среднеянварская температура воздуха составляла –51, –53 °С. Несколько в более суровых условиях формировался ПЖЛ №2: среднезимняя температура воздуха была близка к –36 °С, а среднеянварская палеотемпература воздуха составляла –54, –55 °С.

Интерпретация вариаций содержания анионов и катионовв повторно-жильных льдах

Большинство повторно-жильных льдов (ПЖЛ №1-3) сформировались с гидрокарбонатно-кальциевым составом. Но среди катионов в разрезе на глубине 21 м и в текстурном льду на глубинах 30-60 м преобладает Mg, что может указывать на отличные условия формирования этих ледяных тел. Соотношение хлоридов и сульфатов варьирует в диапазоне от 0,19 до 3,92, что указывает на континентальные условия формирования ПЖЛ.

Интерпретация вариаций содержания микроэлементов и тяжелых металловв повторно-жильных льдах

Среди рассматриваемых фрагментов жил наименьшим содержанием большинства микроэлементов (см. табл. 5) отличается фрагмент ПЖЛ №2 в этом фрагменте повышено содержание Mo, Th, Cs, что может говорить о несколько иной геохимической обстановке его происхождения, также в этом фрагменте повышено содержание S. Максимальное содержание большинства микроэлементов наблюдается во фрагменте ПЖЛ №3, расположенном в верхней части Батагайского разреза.

Наиболее контрастным содержанием отличается свинец в верхнем фрагменте разреза (ПЖЛ №3) содержание Pb варьирует от 0,9 до 24 мкг/л. в нижней же части разреза значительных вариаций содержания этого элемента не обнаружено, что может свидетельствовать об изменениях условий накопления элементов в расплавах зимних осадков во время формирования жильного льда, например, изменение источника мелкодисперсной фракции твердых аэрозолей. Этот фрагмент разреза также отличается наиболее высокими содержаниями Zn, Ce, Ga, Sr, Ba, Yb, U. ПЖЛ №1, расположенный, как и ПЖЛ №2 в нижней части разреза показал наибольшие содержания во льду Co, Cu, Ni, As.

ПЖЛ № 2 имеет содержания большинства элементов очень близкое к содержанию в р.Батагайка, для ПЖЛ №1 и ПЖЛ №3 содержания отличаются в 2-4 раза от р.Батагайка.

В качестве фоновых значений содержания элементов в поверхностных водах для сравнения с повторно-жильными льдами были взяты воды двух рек – Батагайка и Яна. В целом р.Батагайка характеризуется большей минерализацией и более высокими значениями содержания большинства микроэлементов по сравнению с р.Яна,

В ПЖЛ № 1 содержание Co оказалось выше, чем в р.Батагйка в 3,6 раз, и больше чем в р.Яна в 48 раз. В ПЖЛ №2 содержание Co превысило содержание в р.Батагайке в 1,6 раз, а в р.Яна в 21,4 раза. В ПЖЛ №3 содержание Co превысило содержание в р.Батагайка в 3,4 раза, а в р.Яна в 46 раз. Содержание Sr в повторно-жильных льдах и реках различается слабо, но в реках Sr в основном превышает содержание в повторно жильных льдах. В ПЖЛ № 1 содержание меньше Sr чем в реках в 1,1 раз, а в ПЖЛ №2 в 2 раза. В ПЖЛ № 3 содержание стронция совпадает с содержанием стронция в обеих реках. В ПЖЛ№ 1 содержание Y больше чем в р.Батагайка в 3 раза и в 40 раз больше чем в р.Яна. В ПЖЛ № 2 содержание Y совпадает с р.Батагайка, но превышает содержание в р.Яна в 14 раз. В ПЖЛ № 3 содержание Y выше чем в р.Батагайка в 4 раза, и выше чем в р.Яна в 52 раза. В ПЖЛ № 1 и 2 содержание Zr близко к содержанию в р.Батагайка, и превышает содержание в р.Яна в 14-15 раз. Для ПЖЛ 3 характерно немного меньшее содержание Zr чем в р.Батагайка в 1,1 раз, но превышение содержания в р.Яна в 12 раз. Содержание Sb в р.Батагайка больше чем во всех ПЖЛ в 1,5-2 раза, в р.Яна содержание Sb меньше чем в ПЖЛ в 2-3 раза. Содержание Ce в ПЖЛ №2 совпадает с содержанием этого элемента в р.Батагайка, при этом превышая содержание в р.Яна в 15 раз, в ПЖЛ №1 и №3 содержание Ce превышает содержание в р.Батагайка в 3-4 раза, а в р.Яна в 46-60 раз. Содержание Ba в ПЖЛ №1 и №3 превышает содержание в р.Батагайка в 1,7 раз, а в р.Яна в 6 раз, в ПЖЛ № 2 содержание меньше в 2 раза чем в р.Батагайка, но в 2 раза больше, чем в р.Яна. Содержание Yb в ПЖЛ №1 и №3 больше чем в р.Батагайка в 2,5-3 раза и больше чем в р.Яна в 40-50 раз, при этом в ПЖЛ № 2 содержание Yb совпадает с р.Батагайка и в 17 раз больше, чем в р.Яна. Содержание Th ПЖЛ совпадает с содержанием в р.Батагайка, но в 13-20 превышает содержание в р.Яна. Содержание U в ПЖЛ меньше чем в р.Батагайка в 1,2-2 раза, но больше чем в р.Яна в 3-14 раз. Содержание Cs в ПЖЛ №1 и №3 совпадает с содержанием в р.Батагайка и в 11-13 раз меньше чем в р.Яна., при этом в р.Батагайка в 2 раза превышено содержание Cs по сравнению с ПЖЛ № 2 , а в р.Яна по сравнению с этой жилой в 4 раза меньше Cs. Содержание некоторых элементов в р.Яна было ниже предела обнаружения это тяжелые металлы и металлоиды – Ni, Cu, Zn, Ga, As, Mo, Pb. Все эти элементы были обнаружены в р.Батагайка. В ПЖЛ №1 и 3 для таких металлов и металлоидов как Ni, Cu, Zn, Ga, As, Pb содержание было выше чем р.Батагйка в 1,5-5 раз. Для, Cu, Ga, Mo, Pb. содержание в ПЖЛ № 2 было ниже чем в р.Батагайка в 1,5-2 раза, а для Ni, Zn, As содержание совпадало в р.Батагайка. Содержание Мo во всех ПЖЛ в 2 раза ниже, чем в р.Батагайка.

Таким образом можно отметить, что наиболее близким к современным поверхностным водах содержанием микроэлементов отличается ПЖЛ№ 2, но в целом содержание микроэлментов в ПЖЛ значительно выше чем в речных водах, исключение составляют Sr, чье содержание совпадает в ПЖЛ и в реках и Mo, содержание которого в р.Батагайка выше, чем в ПЖЛ.

Вариации в ледниковом льду заметно выше вариаций в повторно-жильном льду. Так, в ледниковом керне одной из высочайших вершин Памира–Музтаг-Ата (7546 м), вариации содержания Mn составили 0.33-42.7 мкг/л, Sr – 0.42-17.8 мкг/л, Ba – 0.18-10.4 мкг/л, Cs – 0.002-0.167 мкг/л, минимальные значения могут отличаться от максимальных в 42-129 раз ^[13]. Колебания содержания микроэлементов в жильном льду Батагайского разлома не превышают 24 раз. Это можно объяснить тем, что жильный лед формируется из зимних осадков, тогда как состав ледникового льда определяется различными по химическому составу осадками за все сезоны года.

В ледниковом льду о. Западный Шпицберген содержание Fe достигает 2,5 мг/л ^[8] это значение близко к содержанию в жильном льду Батагайского разлома. Содержание Mn во льду ледника составляет 0,042 мг/л, что в 2 раз меньше его содержания в рассматриваемом жильном льду. В ледниковом льду Итальянских Альп содержание железа составляло до 1,10 мг/л, а марганца до 0,73 мкг/л ^[9], в рассматриваемом жильном льду содержание Fe и Mn больше и составляет 0,17-6,45 и 0,02-1,42 мг/л соответственно.

Содержание Cu в ледниковом льду составляет 0.28 мкг/л, то есть в 10-100 раз меньше чем повторно-жильных льдах, где содержание меди варьирует от 2,7 до 30,7 мкг/л, в текстурном льду содержится от 6,81 до 11,7 мкг/л, в речных водах содержание меди составляет 7,61 мкг/л.

Содержание Zn во льду ледника 1.7 мкг/л (при диапазоне 0.002-63 мкг/л) – содержание цинка в повторно-жильных льдах находится в близком диапазоне от 2,57 до 48,4 мкг/л, в текстурном льду в среднем меньше - 2,52-6,78 мкг/л, в речной воде содержание Zn – 3,95 мкг/л.

Содержание Ba в ледниках Итальянских Альп характеризуется значением 0.5 мкг/л (0.009-36.5 мкг/л) ^[9], содержание Ва в повторно-жильном льду значительно больше и составляет 10-154 мкг/л, в текстурном льду 83-230 мкг/л, в речной воде 10,4-35,4 мкг/л.

Вариации содержания микроэлементов в снеге в полярных областях и областях горного оледенения довольно значительны. В 6-метровом разрезе снега на территории станции Саммит в центральной Гренландии выявлен весенний максимум содержания валовых форм Pb и Cd в расплаве снега, при этом их концентрации могут различаться в течение сезона в 30 и более раз ^[19]. Еще более значимые вариации описаны на северо-востоке Цинхай-Тибетского плато (г.Ючжу), где концентрации Pb и Cd варьируют в снеге в 80 и более раз ^[14]. Отношения максимальных значений к минимальным в среднем значительно выше в снеге и ледниковом льду, чем в жильном льду. В первом случае отношения достигают десятков и сотен, а во втором первые единицы и, редко, десятки.

Палеотемпературные сопоставления на основе изотопных данных для разрезов Центральной Якутии

Реконструированные по вариациях δ¹⁸O в повторно-жильные льдах в разрезе Батагайка палеотемпературы воздуха: среднезимняя – от –34 до –36 °С, а среднеянварская температура – от –51 до –55 °С – это самые низкие зимние температуры, отмеченные Ю.К.Васильчуком ^{[1, 20]} в позднем плейстоцене на территории Российской криолитозоны. Напомним, ранее в Куларе ^[24] и Зеленом Мысу ^[23], Дуванноя Яре ^{[16, 21]}, Ойгосском Яре ^[17] и Буор-Хая в устье Лены ^[18] была зафиксирована среднеянварская палеотемпература воздуха –48°С, а в разрезе Плахинского Яра –49°С ^[22]. Современная среднеянварская температура воздуха в этих местонахождениях около –35, –37 °С. Пожалуй только в нижней части разреза Иткиллик на Аляске зафиксированы сопоставимо низкие изотопные значения – δ¹⁸O немного ниже –35‰^{[11, 12]}. Современная среднеянварская температура воздуха в пос. Батагай –45,8 °С, этой температуре в полной мере соответствуют значения, полученные для ростков ледяных жил на пойме реки Яны: δ¹⁸О в 100 км от устья р.Яны: –27 ‰ и в 160 км от устья р.Яны: –29 ‰.

Можно еще отметить, что на картах распределения палеотемператур на севере Евроазиатской криолитозоны составленных для позднего плейстоцена Ю.К.Васильчуком в 1992 г ^{[1, с. 261]} Батагай находится внутри изолинии –48°С на карте палеореконструкции для периода 30-25 тыс. лет назад и внутри изолинии –44°С на карте для периода 22-14 тыс. лет. Материалы по изотопному составу повторно-жильных льдов Батагайки в полной мере подтвердили достоверность этих карт.

Авторы благодарны Л.В.Добрыдневой за хроматографический анализ содержания основных ионов во льду.

Выводы

1. Повторно-жильные льды на глубинах 5-10 м, 68-70 м и 65-73 м (ПЖЛ № 1-3) пресные и имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав, на глубине 21 м и в текстурном льду на глубинах 30-60 м преобладает Mg, что может указывать на отличные условия формирования этих ледяных тел, соотношение хлоридов и сульфатов указывает на континентальный характер формирования льда.

2. В целом, по сравнению с льдами ледников химический состав рассмотренных повторно-жильных льдов (ПЖЛ №№ 1-3) Батагайского разреза однороден, то есть в пределах каждой жилы распределение элементов слабоконтрастно.

3. ПЖЛ №2 (глубина 65-73 м) отличается наиболее низким содержанием большинства химических элементов, возможно формировались в условиях, когда зимние осадки были менее минерализованы, что может свидетельствовать о низком уровне содержания пыли в зимних осадках, и вероятно низкой эоловой активности в период формирования жилы. Эта жила также наиболее близка по химическому составу к р.Батагайка. ПЖЛ № 3 (глубина 5-10) и №1 (глубина 68-70 м) более минерализованы, что может свидетельствовать о сравнительно более высоком содержании пыли в зимних осадках в период формирования этой жилы.

4. ПЖЛ №1 (глубина 68-70) м и ПЖЛ №3 (глубина 5-10 м) формировались в очень близком температурном диапазоне: среднезимняя температура воздуха была близка к –34, –35 °С, а среднеянварская температура воздуха составляла –51, –53 °С, об этом свидетельствуют изотопные значения: в среднем δ¹⁸О, –34,4‰ и –34,36‰, а δ²H –265,0‰ и –266,3‰ соответственно. Несколько в более суровых условиях формировался ПЖЛ №2 (65-73 м): среднезимняя температура воздуха была близка к –36 °С, а среднеянварская палеотемпература воздуха составляла –54, –55 °С – в этой жиле в среднем значение δ¹⁸О – –35,69‰, а величина δ²H – –276,0‰.