Ладожское озеро


О ледниковой теории
Происхождение образований ледниковой формации

Автор: В. Чувардинский
Рецензент: доктор геолого-минералогических наук, профессор Н.Г. Чочиа (Горный институт, Санкт-Петербург).
Источник: Апатиты, 1998. (“Мурмангеолком”, ОАО “Центрально-Кольская экспедиция”). УДК 551.24:551.248:551.4:551.87
Публикуется в сокращении.
Полный вариант в формате PDF (19Mb)

ГЛАВА 1
ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЛЬЕФООБРАЗУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ

1.2. Разнос валунного материала припайными льдами

В так называемых водных моренах присутствует значительное количество эрратического валунного материала, в том числе дальнего разноса (например, хибинские валуны перенесены к горлу Белого моря на расстояние 250 км). Имеется некоторое количество эрратического материала и в “донных моренах”.

В этом нет ничего необычного, если учесть, что низменные части Кольского полуострова покрывались водами морских четвертичных трансгрессий. Морские отложения, или фрагменты их, обнаружены на отметках до 150-170 м выше уровня моря, а на тектонически поднятых участках на отметках до 260-300 м (Лаврова, 1960; Апухтин, 1957; Чувардинский, 1982, 1985).

Мощные толщи валунных суглинков известны на Севере Европейской России, в Западной Сибири, на дне арктических морей. Наряду с точкой зрения о ледниковом генезисе этих толщ, многие исследователи рассматривают их в качестве ледово-морских отложений. Валунный материал в эти отложения поставлялся припайными льдами и отчасти айсбергами. Морские трансгрессии привели не только к накоплению морских и ледово-морских осадков, но и к интенсивному перемыву континентальных отложений, к их переотложению и формированию перемытых “морен”. Волновая абразия вызвала формирование больших полей валунов – за счет вымыва мелкозема из верхних горизонтов валунно-глыбовых отложений. Такие образования, получившие название “абрадированная морена” широко развиты в Карелии и юго-западной части Кольского п-ова до отметок 120-140 м, что нашло отражение и на картах четвертичных отложений масштаба 1:1000000 и 1:2500000, изданных ПГО “Севзапгеология” в 1962 и в 1967 гг.

Таким образом, изучение процессов разноса валунного материала припайными льдами имеет значение как для познания природы валунносодержащих отложений (ледово-морских по одной точке зрения и ледниковой – по другой), так и для уточнения методики валунных поисков.

Для того, чтобы понять механизм и масштабы этих процессов нами в течение ряда лет проводились исследования дрифтовых явлений в Кандалакшском заливе Белого моря.

Ниже приводятся основные сведения по этому вопросу.

Строение литорали и динамика припайных льдов

Приливо-отливные колебания уровня моря (их высота в Кандалакшском заливе 2-3.5 м) обуславливают существование вдоль всего побережья Кандалакшского залива и вокруг островов зоны осушки, или литорали. Литораль имеет отчетливое зональное строение. Здесь выделяются следующие элементы (начиная с мористой части литорали): а) валунная гряда высотой до 2-2.5 м ; б) плоскодонная западина, сложенная валунно-песчаными или валунно-супесчаными отложениями; в) прибрежная галечно-валунная полоса. Первые две зоны осушки полностью затопляются при приливах, тогда как прибрежная галечно-валунная полоса фиксирует наиболее высокий уровень приливных и сгонно-нагонных явлений. Ширина приливно-отливной зоны зависит от геоморфологии берегов и составляет от первых метров до 2 км.

Припайные льды непрерывной полосой окаймляют побережье, острова и отмели. Глубина, на которой образуется припай 1-5 м (считая от уровня прилива), но иногда, при подсовах льдов, она может составить 7-8 м. Припай образуется не только в пределах литорали, но захватывает и часть верхней сублиторали. Ширина припайной полосы также как и зоны осушки от нескольких метров до 2 км.

Приливно-отливные явления обуславливают зональное строение припая. В нем выделяются: подошва припая – полоса льда, занимающая зону осушки между валунной грядой и берегом, б) внешняя (мористая) часть припая, которая начинается от валунной гряды и захватывает часть сублиторали, прилежащую к этой гряде до глубин порядка 5 м. Вследствие напряжений во льдах, возникающих при приливах и отливах, припай разбит на блоки системой продольных и поперечных трещин. Размер блоков льда обычно 10х30 м, толщина льдин – 0.5-1 м.

Процессы захвата грубообломочного материала припайными льдами. Включение грубообломочного материала в припайные льды происходит в течение всего ледостава, но начинается с подошвы припая, охватывая затем и его мористую часть. Сформировавшийся к началу ледохода разрез припайных льдов изображен на рис.8. Существуют три типа залегания валунного и другого материала в припайных льдах, обусловленные разным механизмом его захвата: а) на поверхности припая, б) в донной части льдов и в) во внутренней части льдин.

*

Наибольшее количество валунно-глыбового материала, включаемого в те или иные части припая, накапливается на его поверхности. В советской и зарубежной литературе распространено мнение, что на поверхность льдов обломки пород попадают из береговых обрывов. Наши наблюдения показывают, что валуны в основном поступают на лед непосредственно со дна литорали и верхней сублиторали. Механизм этого процесса заключается в следующем: глыбы, валуны и более мелкий материал, лежащий на дне, при периодических посадках припая на грунт оказывается в полосе припайных трещин. При сжатиях и торошениях льдов эти валуны и другой материал выдавливаются по трещинам в припае на поверхность льдов. Такое выдавливание (или выжимание) терригенного материала происходит в течение всего ледостава, но наиболее интенсивно в феврале-марте. Часть вытолкнутых на лед валунов при новых торошениях льдов отодвигается от линии трещин в средние части льдин (рис.9). Рассмотренный механизм неоднократно наблюдался нами непосредственно в природных условиях и подтверждается следующими данными.

*

а. Валунно-обломочный материал на поверхности припая в основном сосредоточен вблизи трещин в припае. При этом его наибольшее количество и самые крупные валуны и глыбы приурочены к зоне максимального напряжения припайных льдов – к трещине между подошвой и мористой частью припая (рис.10).

*

б. Неоднократно наблюдались случаи нахождения валунов в трещине между льдами припая, т. е. валуны были лишь частично выжаты со дна литорали. При этом в донных грунтах можно было видеть выемки, прежде занятые этими валунами.

в. Выемки от валунов часто приурочены к валунной гряде – границе наиболее напряженных частей припая.

г. Валуны, глыбы, гальки и щебень, лежащие на поверхности припая, несут отчетливые следы пребывания в морской среде – на них повсеместно наблюдаются колонии балянусов, к ним прикреплены морские водоросли с раковинами мидий.

Подтверждением изложенного механизма выдавливания обломочного материала на поверхность льдов может служить и сгребание льдами донных отложений в грядообразные валы, которые расположены не только вдоль главной припайной трещины, но и вдоль второстепенных трещин. При этом донные отложения – щебнистые супеси и пески также выдавливаются на поверхность припая.

Что касается выпадения обломков пород на лед из береговых обрывов, то этот процесс имеет место, но масштабы его крайне незначительны. Нами отмечались только единичные обломки пород, несомненно упавшие на лед со скалистых береговых обрывов высотой 50-90 м. О наземном происхождении таких обломков свидетельствовало наличие на их поверхности лишайников, остатков корневой системы наземных растений (в трещинах обломков). Основная же масса валунов на припае вблизи таких обрывов несла следы пребывания в морской среде.

Примерзание к донной части припайных льдов валунов, щебня, песка и другого материала происходит в зонах литорали и верхней части сублиторали. Этот процесс широко распространен до глубин 2-4 м (считая от уровня прилива). В донную часть припая вмерзают как валуны, так и целые пласты грунтов – песчано-галечных или глинисто-щебнистых. Весьма часто терригенный материал в донной части льдов залегает послойно. Это связано с периодическими посадками припая на грунт при отливах, когда ко льду примерзает обломочный материал, и всплытием припая при приливах, когда к переохлажденным в субаэральных условиях льдам снизу примерзает новый слой льда (рис.11).

*

Залегание обломочного материала внутри (в разрезе) припайных льдов – явление, широко распространенное в Кандалакшском заливе. По существу оно представляет развитие процесса нарастания льда снизу и сверху как результат захоронения под слоями льда материала, ранее выдавленного на поверхность, а также материала, примерзшего к днищу льдин. Нарастание льда сверху и погребение под ним каменного материала, лежащего на поверхности припая, происходит при приливных и нагонных явлениях, когда на поверхность припая через трещины поступает большое количество морской воды. Смерзаясь со снегом, она образует наледный лед. В зависимости от толщины наледного льда и величины обломков пород последние могут быть захоронены во льду полностью или частично. Неоднократное поступление на поверхность припая обломков пород и намораживание льда сверху приводят к чередованию слоев обломочного материала и льда.

Внутриледное положение обломочный материал принимает и при процессах нарастания льда снизу, когда на ранее примерзший материал намерзает слой придонного льда. Этот механизм рассматривался выше. Если процессы намерзания обломочного материала и льда к донной части припайных льдин происходит неоднократно, то валуны или другой материал начального цикла примерзания нередко оказываются в средней части разреза льдов (рис.12). В одной и той же льдине иногда наблюдается перекрытие обломков пород как наледным льдом), так и льдом, нарастающим снизу.

*

Вместе с терригенным материалом, на поверхности припая, в его донной части и внутри льдов наблюдается значительное количество раковин морских моллюсков (мидий, песчаной, ракушки), морских рачков – балянусов, а также водорослей – фукусов, зостеры, анфельции. Механизм попадания на поверхность припая биогенного материала, включение его в разные части припайных льдов тот же, что и для терригенного материала. Кроме того, водоросли попадают на лед при нагонах во время начала ледостава.

*

В разные части льдов включается разнообразный по механическому составу материал – от глинистых частиц до валунов и глыб. Наиболее крупные валуны и глыбы (до 2 м в поперечнике) выталкиваются на поверхность припая, валуны меньших размеров вмерзают в днище и включаются в тело льдин. Окатанность материала различная – от совершенно неокатанных глыб и щебня до округлых валунов и галек. Форма валунов разного петрографического состава меняется от угловатой и брусковидной до утюгообразной и округлой. Состав валунного материала в целом отвечает составу поверхностных и подстилающих пород. Это преимущественно гнейсы, мигматиты, амфиболиты, граниты, анортозиты, габбронориты. Валунно-глыбовой материал поступает как за счет разрушения коренных пород в зоне литорали и скальных выходов в прибрежных частях залива, так и за счет перемыва валуносодержащих четвертичных отложений.

Принято считать, что разрушение выходов коренных пород происходит путем выветривания. В определенной мере это так, но важную роль в поставке глыбового материала играют тектонические движения по разломам. Разрушение сильно трещиноватых смещенных блоков пород и дает основную массу глыбового материала, который несет ясные следы тектонического дробления – зеркала скольжения со штриховкой на плоскостях, следы скалывания. Разрывные тектонические смещения в Кандалакшском заливе происходят и в настоящее время, на что указывает и сравнительно высокая сейсмичность Кандалакшского грабена.

Разнос валунного материала припайными льдами. Разрушение морских льдов начинается в шхерном районе залива с его сильными приливно-отливными течениями. На таких участках взламывание и дрейф припайных льдов происходят сразу за разрушением или отгоном морского льда или одновременно с ним. На участках с меньшей гидродинамической активностью морских вод, морские льды и припай взламываются значительно позднее. Вершинная часть Кандалакшского залива вскрывается раньше, чем юго-восточная, что препятствует выносу льдов из северо-западных частей залива в открытые части Белого моря. В результате основная масса валуносодержащего припая шхерного района разгружается в относительно замкнутой акватории залива.

В первую очередь выносятся льды мористой части припая, затем льды подошвы припая – та часть его, которая подвержена вертикальным колебаниям при приливно-отливных явлениях. Вынос этих частей припая обычно осуществляется отливными течениями и может происходить при совершенно тихой погоде. Полоса припая, непосредственно скрепленная с мелководными участками берега, выносится частично – при совпадении сизигийных приливов со сгонными ветрами. С пляжных участков берега материал (галька, валуны) практически не выносятся. Припай на этих участках тает на месте.

Подсчет количества валунного материала ледового захвата и дрифтового разноса проводился на нескольких участках побережья и островах. Методика этих работ и анализ полученных данных опубликованы (Чувардинский В.Г., 1973, 1985). Здесь приводятся основные результаты.

В припайных льдах – в разных их частях – на поверхности льдов, в их разрезе и в донной части в расчете на 1 погонный километр припайной полосы в среднем ежесезонно включается около 45 м3 каменного материала – в основном валунов. Объем обломочного материала, выносимого припайными льдами в море, составляет около 40% от общей загрузки льдин, так как часть их разрушается, а часть тает на месте. С 1 погонного километра припая льдами ежесезонно выносится в море в среднем 16-18 м3 каменного материала. При этом преобладает вынос материала валунной размерности. Размер наиболее крупных валунов, зафиксированных на дрейфующих льдах Кандалакшского залива, составлял 1.5-2 м в поперечнике.

Направление дрейфа валуносодержащих льдов преимущественно юго-восточное – в соответствии со стоковыми и отливными течениями. Но под влиянием ветров и приливов направление перемещения льдин время от времени сильно меняется, вплоть до переноса в северо-западном направлении. Расстояние переноса валунов припайными льдами составляет несколько десятков километров.

Можно отметить, что Белое море не самый благоприятный район для развития мощных процессов ледового разноса валунов: зимы здесь мягкие, припай сравнительно тонок. В этом отношении такие моря, как Охотское дают пример большего размаха валунопереноса морскими льдами. Так, по данным Л.Е.Степановой (1985) в Охотском море с каждого километрового участка берега в год уносится льдами в море 130-170 м3 материала, то есть в несколько раз больше чем в Белом море. Расстояние, на которое переносят валунный материал морские льды, достигает в Охотском море 500 км, а в Беринговом море до 1000 км (Лисицын, 1961). На отдельных этапах четвертичного периода – например, в верхне-четвертичное время в морях, трансгрессировавших на Кольский п-ов и Карелию, ледовые условия могли быть суровее современных. А это увеличивало объем валунного и другого материала, переносимого припаем, равно увеличивалась и дальность его разноса. Таким образом, разнос валунного материала припайными льдами – это достаточно существенный геологический процесс и его последствия следует учитывать при определении генезиса отложений и при ведении валунных поисков.

В заключение можно указать на некорректность палеогеографических выводов некоторых ученых, которые основываясь на малом процентном содержании окатанного галечно-гравийного-пляжного материала в донных осадках Баренцева моря и преобладания в этих осадках неокатанного материала со следами штриховки и пришлифовки относят эти осадки к ледниковым, а никак не ледово-морским (Эпштейн, 1995). В таком подходе имеются две методические ошибки.

1. Припайные льды захватывают материал не с пляжей, а с литоральной зоны.

2. Материал ледового захвата и разноса представляет собой, в основном, распавшиеся на глыбы, валуны, щебень тектонические блоки и пластины и разрушившиеся на щебень и угловатые глыбы трещиноватые коренные породы, залегающие в полосе литорали. Часть этого материала несет тектоническую штриховку и полировку, ошибочно принимаемую за ледниковую.

Что касается транспортирующей деятельности речных, озерных, донных льдов и айсбергов, то этот вопрос рассмотрен в монографии Н.Г.Чочиа и С.П.Евдокимова (1993).

Содержание