Проблема мегапаводков и катафлювиальных отложений в понимании четвертичной истории северной Евразии - вступительная статья к разделу "Катафлювиальные события в четвертичной истории Северной Евразии"

Статья посвящена критическому анализу и пересмотру представлений о геологическом строении, генезисе и истории формирования отложений, выполняющих долину верхней Оби от Бийска до устья р. Томь. Постановка проблемы обусловлена тем, что существующие представления об аллювиальной лестнице террас, интегрированные с идеями о перигляциальном аллювии и гигантских ледниково-подпрудных бассейнах на юге Западной Сибири, противоречат накопленному объему фактического материала. Показано, что в Верхнем Приобье широко развиты отложения V и IV террас, сложенных монастырской и бийской катафлювиальными толщами. Каждая из них начинается валунно-галечниками с окатанными глыбами, надстраивается косослоистыми гравийными песками с галькой и завершается параллельно переслаивающимися песками, алевропесками, алевритами. Их суммарная мощность нередко превышает 100 м. Монастырская толща коррелируется с ининской толщей Горного Алтая; ей возраст предварительно определяется как конец среднего неоплейстоцена. Бийская толща коррелируется с сальджарской толщей Горного Алтая; ее возраст предварительно определяется как соответствующий второй ступени верхнего неоплейстоцена. Катафлювиальному прорыву конца последнего ледникового максимума соответствует большереченская толща (III₄), параллельно слоистые пески, которые в разрезах Верхнего Приобья достигают 20 м по мощности. Большереченская толща коррелируется с отложениями чибитского гляциокомплекса Горного Алтая. Фациально-генетическими и стратиграфическими аналогами суперпаводковых отложений долины Оби являются отложения, выполняющие древние ложбины стока, которые рассекают Обь-Иртышское междуречье.

В пределах юга Западной Сибири и прилегающих территорий выделено 23 типа геоморфологических формаций, относящихся к трем физико-географическим зонам: равнинной, предгорной и горной, а также к одному типу внезональных формаций. Применение формационного анализа обеспечило возможность выявления генетических взаимосвязей между крупными пространственно-разобщенными геоморфологическими элементами, рассматривая их как формационные ряды. Впервые выделена катафлювиальная геоморфологическая формация для юга Западной Сибири, показано ее место среди других геоморфологических формаций региона. Установлена связь между ложбинами древнего стока Западной Сибири, транзитными эрозионными долинами и катафлювиальными событиями (суперпаводками).

Изучен новый разрез высокой (бийской) террасы р. Бия в районе с. Карабинка. В разрезе выделено две толщи отложений – флювиальная (нижняя) и субаэральная (верхняя), которые хорошо коррели­руются с известными разрезами бийской террасы в районах г. Бийска и пос. Старая Ажинка. В ре­зультате проведенных корреляций отложений, определения их возрастов радиоуглеродным методом и методом оптически стимулированной люминесценции (OSL) установлено, что флювиальная толща бийской террасы сформирована гигантским гляциальным паводком, который прошел по долине Бии около 50–45 тыс. л. н., т.е. в первой половине межледниковой стадии MIS 3. После этого начал формироваться субаэральный покров верхней части террасы. В боковых притоках р. Бия, блокиро­ванных крупными паводковыми прирусловыми валами, долгосреднее время, вплоть до 14.5 тыс. л. н.,  находились подпрудные озера. Хорошая сходимость данных радиоуглеродного и ОСЛ определения возрастов говорит о том, что при соответствующем контроле полноты засветки зерен кварца, суперпаводковые пески являются пригодными для определения возрастов крупных гидрологических со­бытий. Определения возраста флювиальной толщи бийской террасы имеет важнейшее значение, так как она представляет собой региональный стратиграфический маркер, позволяющий коррелировать верхненеоплейстоценовые отложения Горного Алтая и Предалтайской равнины.

В результате полевых исследований последних лет в долине Среднего Енисея установлено отсутствие высоких террас аллювиального и перигляциального происхождения, традиционно являвшихся основой четвертичной стратиграфии Минусинских котловин. Отложения, ранее относившиеся к аллювию высоких террас, являются суперпаводковыми. В статье приведена литофациальная характеристика субаэральных и суперпаводковых отложений, а также особенностей их пространственных взаимоотношений. В Северо-Минусинской котловине анализ опорных разрезов Куртакского района, детально изученных предыдущими исследователями, позволил определить стратиграфическое положение суперпаводковых толщ по залеганию между субаэральными пачками с палеопочвами, возраст которых известен. Приведена геохронометрическая, палеонтологическая, геоархеологическая характеристика последовательности изученных геологических тел. На основе систематизации уже известных материалов и обобщения новых полевых данных установлено наличие в долине Среднего Енисея отложений трех суперпаводковых толщ: разлогской (II₄ rz), чанинской (III₂ chn), дивнинской (III₄ dv).

Одними из экстремальных событий позднего плейстоцена в Северной Азии являются гидросферные катастрофы, связанные с прорывами и спусками ледниково-подпрудных озер. Комплексное изучение и выявление причинно-следственных связей формирования гляциальных суперпаводков (мегапаводков, мегафладов) и их рельефообразующей роли является одним из важных направлений палеогеографии. В рамках данной проблемы проведен комплекс геоморфологических и геохронологических исследований, направленный на определение причин формирования ледниково-подпрудного Дархадского палеоозера и возраста Дархадского гляциального суперпаводка. Охарактеризованы основные формы рельефа и осадочные толщи от Дархадской впадины до хребта Западный Саян, образованные в зоне динамического влияния суперпаводка. На основе анализа, космоснимков, цифровой модели рельефа, картирования и реконструкции получены новые данные об условиях формирования ледниковой дамбы в долине р. Шишхид-Гол. Слияние крупных ледников Хара-Барянгийн-Гол и Их-Жамс-Гол ниже устья р. Тэнгисийн-Гол образовало подпор р. Шишхид-Гол высотой 300 м. Наличие древних береговых линий до абсолютной высоты 1713 м в непосредственной близости от вновь выделенной ледниковой плотины свидетельствует о ее доминирующей роли в образовании Дархадского палеоозера. В пределах Дархадской впадины, путем анализа абсолютных высот максимально высокой береговой линии Дархадского палеоозера, выявлены нисходящие тектонические деформации за последние 18–23 тыс. л. с амплитудой 27 м. В результате полевых исследований и датирования по космогенному изотопу (10Be) получены первые даты по экспонированию валунов в пределах четырех полей гигантской ряби течения (ПГРТ), а также эрратического валуна в пределах бара в долине р. Каа-Хем. Распределение 14 образцов на временной шкале показало три пика дат в интервале 38–18 тыс. л. н. Два из них соответствуют двум суперпаводкам 38–36 тыс. л. и 23–18 тыс. л. и один, промежуточный, связан с прерывистым экспонированием в результате воздействия второго суперпаводка на экспозицию валунов в пределах ГРТ.

В целях реконструкции голоценовой истории развития долины р. Белой проведено геоморфологическое изучение ключевого участка долины в нижнем течении. Проанализировано пространственное распределение пойменных генераций различной морфологии и низких террасовых уровней. Для уточнения возрастных соотношений различных поверхностей проведено исследование фациального строения и состава рыхлых отложений десяти разрезов и семи скважин, заложенных на поперечном профиле, методом радиоуглеродного датирования установлен возраст формирования аллювиальных толщ. Строение продольного профиля поймы и русла, отсутствие признаков констративного накопления аллювия позволяет предполагать отсутствие влияния тектонического фактора на формирование аллювия пойм и низких террас р. Белой в голоцене. Тем не менее, контроль развития ряда излучин в нижнем течении р. Белой системой линеаментов и связанная с этим стабильность данных форм рельефа обусловила их репрезентативность для оценки ритмики аллювиального осадконакопления и развития флювиальных процессов рельефообразования в голоцене. Ландшафтно-климатические изменения финала позднеледниковья и голоцена обусловили чередование стадий высокой и низкой водности и связанные с ними этапы развития долины р. Белой в пределах равнинной части ее бассейна. Этапы относительно невысокого речного стока, характерного для временных интервалов 12.9–7.0; 5.6–4.5; 4.1–2.3 и 0.3-0 тыс. кал. л. н. сменяются этапами высокой водности и активного осадконакопления на поймах 7.0–5.6; 4.5–4.1 и 2.3–0.3 тыс. кал. л. н. Развитие флювиальных процессов и ритмичность формирования исследуемых пойм хорошо вписывается в общий контекст колебаний температуры и увлажнения в регионе на протяжении позднеледниковья и голоцена, позволяя рассматривать поймы левобережных притоков р. Ангара в качестве значимых палеогеографических архивов.

Четковидными называются русла, в которых на значительном протяжении реки следуют друг за другом округлые в плане расширения русла в пределах бровок пойменных яров. Они широко распространены в криолитозоне и в степи, и являются специфическим малоисследованным морфодинамическим типом русел. В условиях криолитозоны происхождение таких русел считается эрозионно-термокарстовым, но механизмы образования расширений русел в степи до сих пор дискутируются. Даже на смежных территориях их объясняют разными причинами: криогенными реликтами позднего неоплейстоцена, неравномерным заилением и другими процессами. В данной работе была проведена оценка частоты встречаемости четковидных русел в районах севера степной зоны ЕТР. Анализировалось их распространение на малых реках Хоперско-Бузулукской равнины и Калачской возвышенности. На одной из типичных малых рек – Кардаиле – проведен морфометрический анализ параметров русла. Выявлено, что четковидные русла характерны для степных рек с площадями водосбора от 44 км² до 9000 км², и формируются в диапазоне уклонов от 0.26 м/км до 1.35 м/км. При площадях водосбора более 1600 км² четки наблюдаются только в разветвленных руслах, пойменных протоках и старицах. В неразветвленном русле четки наблюдаются в пределах излучин, у которых соотношение шага к ширине русла больше 10, а на берегах отсутствуют следы активной динамики русла. Общая протяженность четковидного русла может достигать 80% длины реки. Выделено два типа четок, различающихся по размерам, расположению в русле и выраженности в пределах бровок высокой или низкой поймы. Четки, выраженные только в бровках низкой поймы, вероятно связаны с неравномерным зарастанием деградирующего русла и образованием молодой поймы, тогда как четки, выраженные в бровках более высоких уровней пойме вероятнее всего сформированы внешними факторами – криогенными или суффозией.

Установлено, что в регионе распространены два основных генетических типа карстовых колодцев: гравитационные и нивально-коррозионные. Первые представляют собой широко распространенные провалы, вторые – редко встречающиеся отрицательные формы рельефа, образованные талыми снеговыми водами, которые сформированы в гипсах кунгурского яруса приуральского отдела пермской системы в условиях открытого карста. Максимальное распространение нивально-коррозионных колодцев зафиксировано на двух участках: Аургазинском – на Прибельской пологоволнистой равнине и Селеукском – в западных холмисто-увалистых предгорьях Южного Урала. На этих участках такие колодцы образуют карстовые поля, где плотность в пересчете на 1 км² достигает 5 тыс. шт. Это самая высокая плотность поверхностных карстопроявлений в Южном Предуралье. На остальной территории региона нивально-коррозионные колодцы распространены одиночно. Характерны однообразная морфология и морфометрия этих колодцев, и их приуроченность к определенным элементам рельефа – в придолинных частях междуречий, резко сочленяющихся с обрывистыми склонами. При общей условно цилиндрической форме средний поперечник колодцев составляет 5 м, а глубина – 10 м. Определяющим фактором их образования являются сходные геолого-геоморфологические условия – одинаковый литотип карстующихся гипсов, обнажающихся на ровных или слабонаклонных участках. Приведен предполагаемый механизм формирования колодцев, обусловленный, деятельностью метеорных (преимущественно снеговых) вод.

Приводятся результаты палеоэкологической реконструкции для подножья северо­западного макросклона Восточного Саяна за последние 6600 лет, полученные на основе радиоуглеродного AMS­датирования, спорово­пыльцевого, ботанического, палеоантракологического и ризоподного анализа торфяных отложений болота Большое на правобережье р. Енисей. Установлено что, процесс заболачивания был инициирован пирогенным фактором в термический оптимум голоцена. Последние примерно 6000 календарных лет в предгорье распространены темнохвойные леса с доминирующим положением Pinus sibirica. Изменение климатических условий в сторону снижения влагообеспеченности 4050–3600 календарных лет назад (кал. л. н.) способствовало подъему нижней границы темнохвойных лесов, и усилению лесостепных сообществ с Betula sect. Albae. Это время отличается наиболее сильными преобразованиями и усилением пожаров. Менее продолжительные периоды осветления лесов пришлись на 3170–3080, 1850–1720, 490–400 и 310–220 кал. л. н. Наиболее значительное расширение ареала темнохвойных пород началось 1600 кал. л. н. и достигло максимума 1350–1230 кал. л. н., что можно соотнести с откликом на Похолодание темных веков. По результатам палеоантракологического анализа выделено шесть этапов усиления пожарной активности: 6500–6300 кал. л. н., 4300–3600 (включает 4 пожарных эпизода, отличается наименьшими межпожарными интервалами), 3400–2800, 1800–1550, 1200–1000, 150 кал. л. н. – по настоящее время. На основе комплексного анализа установлены периоды увеличения увлажнения: 6300–5320, 4700–4200, 3080–2900, 2820–2390, 1720–1230, 400–310 и 130–70 кал. л. н. Снижение увлажнения характерно для интервалов 5320–4960, 4050–3600, 2390–2220, 1000–700 кал. л. н.

Спорово-пыльцевой анализ разреза Кич в северной части Центральной Камчатской депрессии, дополненный данными литологического, тефрохронологического анализов и радиоуглеродного датирования, позволил выделить основные этапы в развитии растительности и климата этой части полуострова за последние 3 тыс. лет. Около 2.5 тыс. л. н. пойменные тополевые леса в долине р. Кич на фоне завершения похолодания сменились ольшаниками, ивняками; распространились каменноберезняки. В западине начало формироваться низинное осоковое болото. Около 1.9 тыс. л. н. вследствие серии извержений влк. Шивелуч и снижения влажности климата распространились вейниковые луга. Около 1.2 тыс. л. н. нарастание сухости климата привело к распространению каменноберезняков. Около 0.8 тыс. л. н. увеличились площади хвойных лесов на севере Центральной Камчатской депрессии, сначала лиственничных, а затем – еловых.

В работе предлагается новый алгоритм, позволяющий производить высокоточное совмещение разновременных цифровых моделей высот, не имеющих надлежащей абсолютной географической привязки, для вычисления по ним разности высот за известный интервал времени. Подобные алгоритмы существуют, предлагаемый – основан на несколько иных принципах, а потому может дополнять инструментарий для корегистрации пространственных данных. В работе описаны этапы алгоритма, в обобщенном виде включающего сначала совмещение регистрируемой модели с референсной в плане, затем – по высоте. Проведена апробация алгоритма на двух участках и качественно разных данных: 1) обвал-оползень 2014 г. в долине р. Гейзерной на Камчатке по данным космической съемки и стереофотограмметрии (ArcticDEM), 2) участок мониторинга эрозии в урочище Гитче-Гижгит на Большом Кавказе по данным аэрофотосъемки и подхода “структура из движения” (БПЛА). Предлагаемый алгоритм оказывается эффективно применимым к данным разного происхождения, детальности, пространственного охвата. Условия его эффективного применения – наличие: 1) сколько-нибудь значительных по площади участков с неизменным рельефом и 2) выраженного рисунка топографического расчленения (текстуры изображения или цифровой модели высоты). Показано, что уточнение географической привязки регистрируемой модели высот значительно улучшает оценки объемов денудированного и аккумулированного материала, что особенно важно в задачах динамической геоморфологии. В приведенных примерах ошибка регистрации цифровых моделей высот снизилась по итогу работы алгоритма от 3–4 до почти 70 раз. А объемы изменений поверхности на участках достоверно преобладающей денудации скорректировались как по величине (как правило, в сторону уменьшения), так и по знаку.