СТАБИЛЬНЫЕ ИЗОТОПЫ КИСЛОРОДА, ВОДОРОДА И УГЛЕРОДА И ВОЗРАСТ ПАЛЬЗА БЛИЗ ПОСЕЛКА ЕЛЕЦКИЙ, СЕВЕРО-ВОСТОК БОЛЬШЕЗЕМЕЛЬСКОЙ ТУНДРЫ

Стабильные изотопы кислорода, водорода и углерода и возраст пальза близ поселка Елецкий, северо-восток Большеземельской тундры

Буданцева Надежда Аркадьевна

кандидат географических наук

старший научный сотрудник, Московский государственный университет им. МВ. Ломоносова (МГУ)

И nadin.budanceva@mail.ru Чижова Юлия Николаевна

кандидат географических наук

старший научный сотрудник, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и

геохимии РАН

Блудуикина Любовь Бахтияровна

инженер, Московский государственный университет им. МВ. Ломоносова (МГУ) 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

И bludushkina19@mail.ru

Васильчук Юрий Кириллович

доктор геолого-минералогических наук

профзссор, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, Московский государственный университет

имени МВ.Ломоносова

Статья из рубрики "Ландшафты холодных регионов"

Аннотация. Изучены миграционные бугры пучения (пальза) в районе пос.Елецкий на северо-востоке Большеземельской тундры. Получены новые радиоуглеродные датировки по буграм пучения разного размера, находящихся на разных стадиях развития в пределах массива, исследованного авторами в 2000 и 2015 гг. Детально исследован репрезентативный бугор пучения, высотой 3 м, не имеющий признаков разрушения, перекрытый с поверхности торфом мощностью более 1 м. Выбор объекта исследований определен целью охарактеризовать условия торфонакопления и определить источники влаги, формирующей верхнюю часть ледяного ядра. Для радиоуглеродного датирования был отобран талый торф из шурфов на вершине и склоне бугра. В шурфах также был детально (с шагом 5-10 см) отобран торф для определений содержания углерода и азота и изотопного состава углерода и азота. Со дна шурфа с помощью электроледобура MORA-ICE была пробурена скважина в мерзлом торфе и подстилающем его мерзлом суглинке, отобраны ледяные линзы. Определения изотопного состава кислорода и водорода льда выполнены на масс-спектрометре Delta-V, радиоуглеродное датирование торфа выполнено в лаборатории археологической технологии Института материальной

культуры РАН. Новизной проведенного исследования является комплексный подход к исследованию торфяной залежи, перекрывающий бугор пучения. Также впервые для бугров пучения Большеземельской тундры показана возможность частичного формирования льдистого ядра не только за счет болотных вод, мигрирующих к фронту промерзания, но и за счет атмосферных осадков, выпадающих на поверхность уже высокого бугра и просачивающихся сквозь толщу торфа к кровле многолетнемерзлых пород.

DOI: 10.7256/2453-8922.2017.4.25087

Дата направления в редакцию: 24-12-2017

Дата рецензирования: 25-12-2017

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ № 17-05-00793 и 16-0500977 и бюджетного финансирования Московского университета имени М.В. Ломоносова с использованием масс-спектрометрического оборудования, приобретенного на средства Программы развития МГУ.

Введение

Многие исследования не только геокриологов, но и почвоведов, болотоведов, геохимиков, биохимиков и т.п. в последние годы посвящены изучению особенностей строения и состава многолетнемерзлых буров пучения, типа пальза для реконструкций климата и условий окружающей среды в различные этапы голоцена. Также пальза являются чутким индикатором глобальных климатических и природных изменений, так как могут очень быстро реагировать на подобные изменения термокарстовыми просадками или морозным пучением в зависимости от тенденции климатических изменений конкретного района. Торфяной покров пальза - хороший архив геохимических и биохимических условий времени его формирования, которое в свою очередь надежно определяется с помощью радиоуглеродного датирования.

Район исследований и отбор образцов

В пределах выпуклобугристого массива в районе пос.Елецкая на северо-востоке Большеземельской тундры (рис. 1, а, б) детально исследован наиболее репрезентативный бугор пучения высотой 3 м, мощность торфа на вершине которого составляла около 1.4-1.5 м. Это один из наиболее изученных бугров пучения на данном

бугристом массиве, в передах которого ранее нами [1-4] были изучены высокие зрелые бугры пучения высотой 3.5-4 м, невысокий, предположительно растущий, бугор, высотой не более 1.5 м, а также типичный разрушенный бугор пучения высотой около 2 м, представляющий собой понижение, лишенное растительного покрова, диаметром 4 м, глубиной относительно окружающего кольцевого вала (пьедестала) 0,3 м (рис.1, в).

Рис. 1. Район исследований на снимках Google Earth: а - расположение участка исследований на северо-востоке Большеземельской тундры; б - расположение массива с буграми относительно пос. Елецкий, в - детально исследованные бугры

Исследования проводились в конце сентября 2017 г., когда протаивание в пределах массива было максимальным. На вершине бугра пучения заложен шурф в талом торфе глубиной 70 см, со дна шурфа с помощью электро-ледобура MORA-ICE была пробурена скважина (рис. 2) в мерзлом торфе (глубиной около 70 см) и подстилающем его мерзлом суглинке (около 10 см). Ледяные включения в торфе и суглинке находились в виде тонких линз и гнезд. Были отобраны образцы торфа и грунта, после оттаивания образцов вода из них была отжата и перелита во флаконы для определения изотопного состава льда.

Рис. 2. Бугор пучения высотой 3 м, детально исследованный в районе пос.Елецкий: общий вид (а) бурение в мерзлом торфе (б). Фото Н.Буданцевой (а) и Ю.Васильчука (б)

Методы измерений

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. Для калибровки измерений использовались международные стандарты V-SMOW, SLAP, собственный лабораторный стандарт МГУ - снег ледника Гарабаши (б18О = -15.60 %о, б2Н = -110.0 %о). Погрешность определений составила ± 0.б%о для б2Н и ± 0.1% для 618O. Радиоуглеродное датирование торфа выполнено в лаборатории археологической технологии Института материальной культуры РАН.

Результаты и обсуждение

Согласно ранее полученным и новым радиоуглеродным датировкам, бугры пучения в пределах исследованного массива имеют голоценовый возраст, особенно интенсивно процесс пучения происходил в период голоценового оптимума. В торфе бугра пучения высотой 4 м начало пучения и завершение субаквальной фазы развития бугра было выделено на глубине 0,3 м и датировано в 4,8 тыс. лет назад (табл. 1). Последующая субаэральная фаза длилась менее 5 тыс. лет. В толще торфа бугра пучения высотой 3,5 м по датировке 7.42-7.12 тыс. лет назад фиксируется осушение массива в результате начавшегося пучения [1, 3].

Полученные в 2016 г. новые 14С датировки по торфу бугров пучения в районе пос.Елецкий подтвердили их голоценовый возраст (см. табл. 1). По торфу невысокого бугра пучения высотой 1,5 м получены 3 датировки из шурфа на вершине бугра: приповерхностный торф датирован в 1750 лет, на глубине 0.4 м - в 5590 лет, на глубине 0.5 м - в 6390 лет. У разрушенного бугра пучения с кратером в центральной части датирован торф кольцевого вала и оголенного пятна торфа в центральной части. Торф на кольцевом валу датирован от 2720 лет на глубине 0.1 м, торф с многочисленными остатками сосудистых растений на глубине 0.4 м датирован в 7390 лет. Торф волокнистый, с остатками сосудистых растений и разложившимися древесными остатками из шурфа на пятне оголенного торфа в центре бугра с глубины 0.1 м датирован в 7860 лет. Детально изученный бугор пучения высотой 3 м датирован от 1420 лет (на глубине 0.2 м) до 4345 лет (на глубине 0.4 м) на вершине бугра, древесные остатки в торфе на склоне бугра с глубины 0.2 м датированы в 6400 лет. Новые датировки подтверждают полученный нами ранее вывод о том, что около 6-7.8 тыс. лет назад близ пос.Елецкий начался процесс пучения и образования бугров, при этом некоторые бугры впоследствии протаяли и просели. Новый этап пучения зафиксирован около 2 тыс. лет назад, при этом скорость роста бугров, видимо была различной, высота образовавшихся бугров варьирует от 1.5 до 3 м.

Таблица 1. Радиоуглеродное датирование бугров пучения в районе ст. Елецкая в Большеземельской тундре

Бугор пучения высотой 4 м (из [3])

Бугор пучения высотой 3.5 м (из [3])

Новые 14С датировки

Детально исследованный бугор пучения высотой 3.5 м, в 2017 г. в шурфе на вершине этого бугра была пробурена скважина с отбором сегрегационного льда

Бугор пучения высотой около 1.5 м

рыхлый, с корешками

Просевший бугор пучения с кратером в центральной части

Содержание азота и углерода в торфе бугров пучения в районе пос.Елецкий

Определение содержания азота, углерода и серы в торфе, перекрывающем бугор пучения высотой 3 м, и в растениях, произрастающих на его поверхности, показало, что торф характеризуется в целом немного более высокими значениями содержания углерода (45-54% в торфе, 38-49% в растениях) и азота (1.7-2.7% в торфе, в среднем около 2% в растениях), содержание серы в торфе и растительности составило в среднем 0.3-0.4% (табл. 2).

Таблица 2. Содержание ^ С, S (%) и изотопный состав углерода ($3С) в современной растительности и талом торфе, перекрывающем бугор пучения высотой 3 м, пос.Елецкий

№ образца Глубина отбора, см Тип образца Элементы, % б13С, %о

отбор 26.08.2014 г. Шурф на вершине бугра

Е1-14-3/1 0-0.05 Приповерхностный слой мха 2.078 47.522 0.157 28.87

Е1-14-3/2 0 Карликовая березка 1.796 49.432 0.314 -30.6

Е1-14-3/3 0 Морошка 2.425 45.670 0.360 28.66

Е1-14-3/5 0 Клюква 1.555 47.456 0.290 32.23

Е1-14-3/6 0 Гриб 4.582 38.715 0.450 27.83

Е1-14-3/7 10 Торф с корнями растений 2.727 44.988 0.297 27.71

Е1-14-3/8 т 13 Торф 2.653 45.571 0.460 27.53

Е1-14-3/8 к 13 Корни растений 2.349 46.691 0.339 27.69

Е1-14-3/9 17 Торф 2.379 46.342 0.389 27.01

Е1-14-3/10 20 Торф 2.537 48.110 0.456 27.86

Е1-14-3/11 23 Торф 2.663 48.200 0.419 28.55

Е1-14-3/12 27 Торф 2.728 47.244 0.361 28.44

Е1-14-3/13 30 Торф 2.826 50.157 0.313 28.76

Отбор 24.07.2015 г. Шурф на вершине бугра

Е1-15-7-1 0-10 Мхи и другая современная растительность 1.133 46.747 0.276 28.24

Е1-15-7-2 10-14 Торф рыжевато-коричневый, рыхлый, сухой, с многочисленными о с та тка ми рас те ний 2.230 48.267 0.209 28.04

Е1-15-7-3 14-20 Торф коричневый, более плотный, с корнями растений 2.350 50.621 0.180 28.87

Е1-15-7-4 20-22 Торф коричневый, рыхлый, с остатками древесной растительности, корой, корнями современных растений 2.339 49.283 0.154 28.30

Е1-15-7-5 22-25 Торф коричневый с корой и остатками древесных растений 2.792 50.724 0.990 28.41

Е1-15-7-6а 25-29 Торф рыжий, плотный, с корнями и остатками древесины 2.460 49.830 0.597 28.22

Е1-15-7-6б 25-29 Торф коричневый, волокнистый, с полуразложившимися корнями 2.449 50.540 0.412 28.22

Торф коричневый,

Е1-15-7-8 31-33 волокнистый, с рыжими остатками плохо разложившейся древесины 2.459 46.317 0.393 28.00

Е1-15-7-10 36-38 Торф коричневый и черно-коричневый, с рыжими остатками плохо разложившейся древесины 2.094 48.408 0.446 27.68

Е1-15-7-11 38-41 Торф темно-коричневый с веточками 2.685 49.592 0.437 28.97

Е1-15-7-13 44-49 Торф рыжевато-коричневый, насыщенный плохо разложившимися остатками древесины, веточками 2.639 49.683 0.440 29.06

Е1-15-7-15 54-60 Торф темно-коричневый, волокнистый, влажный, с прослоями древесных остатков (веточки и кора) 2.509 48.767 0.402 28.45

Е1-15-7-17 67-69 Торф рыжевато-коричневый, рыхлый, мерзлый в нижней ч а с ти 1.783 54.206 0.459 27.64

Отбор 24.07.2015 г. Шурф № 2 на склоне бугра

Е1-15-7-19 2-6 Торф темно-коричневый, с пятнами более светлого, с древесными остатками 2.263 51.489 0.327 27.97

Е1-15-7-20 6-9 Торф коричневато-рыжий, рыхлый, с мелкими древесными остатками 2.022 49.990 0.331 27.75

Е1-15-7-21 10-13 Торф рыжий, рыхлый, с остатками древесины, коры 2.187 51.867 0.317 28.43

Е1-15-7-23 16-20 Торф рыже-коричневый, с древесными остатками 2.159 49.464 0.425 29.63

То р ф ко р ич н е в о Е1-15-7-25 23-26 рыжий, более влажный, со спрессованными растительными остатками 2.438 51.224 0.374 -29.6

Е1-15-7-26 26-28 Торф коричневый, слоистый, с ветками и корой 2.306 48.997 0.326 29.72

Е1-15-7-27 28-31 Торф рыжий, волокнисто-слоистый, с древесными о с та тка ми и ко ро й 2.341 48.947 0.436 29.75

Е1-15-7/28 31-33 Торф рыже-коричневый, с плохоразложившейся древесиной, в е то ч ка ми и ко ро й 2.124 47.327 0.354 -29.8

Е1-15-7/29 33-35 Торф рыжевато-коричневый, плотный, отдельными ветками диаметром 7-10 см 2.358 46.794 0.376 29.76

Е1-15-7/31 37-39 Торф коричневый, плотный, с многочисленными неразложившимися в е то ч ка ми и ко ро й 2.554 48.328 0.432 29.24

Е1-15-7/33 42-46 Торф темно-коричневый, плотный, более влажный, однородно-волокнистый 2.132 47.621 0.373 28.03

Е1-15-7-35 50-52 Торф темно-коричневый, очень плотный, однородный 2.486 51.466 0.396 28.53

Значения б13С в торфе варьируют в диапазоне от -27 до -29.8 %о, составляя в среднем -28 % (рис. 3). Возможно, в процессе аккумуляции торфа происходит сглаживание изотопных сигналов, в результате чего торфяной покров в целом характеризуется незначительными латеральными и радиальными различиями в изотопном составе углерода. Соотношение С^ в торфе на вершине бугра пучения в основной массе торфа составляет около 15, повышаясь до 30 в нижней части торфа и до 40 - в поверхностном торфе (см. рис. 3).

Рис. 3. Распределение значений б13С и С^ в торфе на вершине бугра пучения высотой 3 м, пос. Елецкий, отбор 2015 г.

Факторы, определяющие содержание углерода и азота в торфе и изотопный состав углерода

В последние годы многие исследования посвящены изучению мерзлых торфяников как природных архивов для реконструкции климата и условий окружающей среды, а также как одного из резервуаров углерода.

Важным фактором, контролирующим аккумуляцию торфа, является отношение между формированием торфа и разложением органического материала. Это в свою очередь, зависит от климатических и гидрологических условий района. Наиболее важным фактором для реализации разложения торфа является уровень поверхностных вод. Из-за важной роли уровня воды (условий обводненности), торфяной профиль обычно разделяется на 2 зоны: зону преимущественного подтопления, характеризующуюся бескислородными условиями и медленной деструкцией торфа; и зону преимущественно аэрируемую, где скорости деструкции торфа высоки и начальные растительные остатки

минерализованы Таким образом, можно полагать, что разложение торфа происходит медленно в течение периодов подтопления территории или влажного климата, и ускоряется в периоды осушения территории или засушливых климатических условий

Одним из общих подходов к оценке уровня разложения торфа является использование отношения С/^ Этот подход базируется на обнаруженном обогащении N относительно С в ходе разложения органического вещества, т.е. низкие уровни С^ в торфе с высокой степенью разложения и высокие уровни С^ в плохо разложившемся торфе. Таким образом, постулируется, что изменения уровня С^ может указывать на изменения в увлажнении поверхности торфяника и изменения в скорости разложении торфа. Однако,

отношение С^ может значительно варьировать между различными торфяниками кроме того, изменения в растительных ассоциациях вместе с условиями увлажненности могут влиять на С^ и полностью маскировать сигнал разложения торфа.

Использование изотопного состава углерода органического вещества (ОВ) торфа в

работе ^ показало, что изотопная характеристика торфа наследует изотопный состав растений и не подвержен изменениям в ходе деструкции ОВ. В других работах было

показано, что быстрое уменьшение значений б13С в верхней части профиля связано с предпочтительным разложением целлюлозы относительно лигнинов, последние

отличаются легким изотопным составом

В литературе информация по б13С торфа интерпретируется по-разному. Изотопный состав

углерода в торфе соотносится к несколькими процессам, среди которых способ фотосинтеза (различный для растений типа С3 и С4), температура во время формирования растений на поверхности болота, влажность поверхности болота и процессы разложения органического вещества. В работе ^^ показано, что диагенез торфа вообще не влияет на величину б13С в сфагнуме или экстрагированной целлюлозе. По данным б13С в молодом торфе зависит от температуры воздуха. В нескольких исследованиях было указано, что значения б13С сфагнового торфа отражает поверхностные влажные условия [12, 13].

В то время, как некоторые исследования показали, что значения б13С понижаются при более сухих условиях или в результате разложения торфа в других

исследованиях сообщалось о противоположном эффекте Тем не менее, это

указывает на то, что на изотопный состав углерода торфа действительно могут влиять процессы разложения. С.Алевель с соавторамиI-16 проводили исследования

вертикального распределения значений б13С в торфе бугров пучения на севере Швеции и высказали предположение, что слои, характеризующиеся повышенными значениями

б13С, отвечают условиям аэробного разложения торфа на поверхности выпуклого бугра, т.е. стадии пучения и поднятия поверхности бугра над обводненным понижением. Также ими было показано различие в изотопном сигнале растений-торфообразователей: значения б13С варьируют в основном от -20% в олиготрофных мхах до -29% в эвтрофных осоках Исследования Дж.П.Крюгера с соавторами-^17 показали, что

вертикальные профили б13С торфа в ненарушенных буграх пучения показывают два

тренда: повышение значений б13С от поверхности до некоторой глубины ("поворотная точка"), затем снижение значений до основания торфяного слоя. В разрушенных буграх

пучения такого распределения значений б13С не прослеживается, изотопный профиль имеет равномерный характер, что отражает процессы деградации и криотурбации. Тренд

повышения значений б13С с глубиной, наиболее вероятно, отражает период поднятия поверхности бугра над окружающим болотом с аэробным типом разложения в верхней части и анаэробным - в нижней части. Это предположение поддерживается более высокими значениями соотношения С^ над "поворотной точкой" и более низкими значениями - ниже нее, отражая омботрофные и минеротрофные условия, соответственно. Для пяти из шести изученных разрушающихся межбугровых понижений

получены ожидаемые изотопные профили: снижение значений б13С с глубиной, что указывает на аккумуляцию неразложившегося материала с глубиной как результат анаэробной деградации в исследуемых торфяниках.

Низкие значения б13С в поверхностных слоях торфяников могут быть связаны с увеличением доли травянистой растительности на поверхности болота или с эффектом

Сьесса, который вызвал уменьшение значений б13С в атмосферном углероде с -6.5 до

-8.0 % с начала индустриальной эпохи ИЗ!.

Ряд современных публикаций посвящен применению анализа изотопного состава углерода и соотношения углерода и азота (С^) для выявления цикла углерода в озерах на основе исследования озерных отложений. Показана зависимость вариаций значений

б13С в озерных отложениях и климатических условий. Факторами, определяющими данную зависимость, являются преобладание органики наземных или водных растений. Так как водная растительность содержит больше азота, чем наземная, то соотношение

С^ в органике, сформированной водными растениями, как правило, намного ниже (<10), чем в органике, состоящей преимущественно из наземных растений (>20). Этот показатель является хорошим инструментом для количественной и качественной оценки соотношения водных и наземных растений в органическом веществе озерных отложений.

Также этот показатель, наряду с данными по б13С позволяет оценить условия увлажнения в исследуемом районе. Повышенная сухость в течение летних периодов приводит к снижению поверхностного стока в озера и усилению испарения, что в свою

очередь приводит к обогащению 13С органики озерных отложений и более высоким

значениям б13С. В условиях более влажного климата в озеро поступает большее

количество растворенного углерода с территории водосбора, обедненного 13С, что

приводит к снижению значений б13С в озерных отложениях. Этот эффект был прослежен

для донных отложений озер в Канадской Арктике, на п-ове Таймыр Г19, 20].

Исследования полигональных торфяников в северном Юконе, Канада, с применением метода анализа содержания органического углерода, изотопного состава углерода и соотношения С/^ показали наличие зависимости этих параметров от преобладающего типа растительности и степенью развития озерно-болотной системы. Так, низкие

значения соотношения С^ и высокие значения б13С свидетельствуют о развитии термокарстового озера и преобладанием водорослей в органическом веществе. Осушение озера отражает переход к доминированию наземной растительности и как следствие повышению значений соотношений С^ и снижению значений б13С. Именно на

этой стадии около 3950 лет назад согласно 14С датированию торфа, в пределах озерно-болотного массива началось растрескивание и формирование повторно-жильных льдов Г211

Стабильные изотопы кислорода и водорода во льду бугра пучения

В образцах льда, отобранного из мерзлого торфа на вершине бугра пучения высотой 3 м, значения б18О варьировали от -15.89 до -14.02% (среднее значение -15.2%),

значения б2Н - от -102.3 до -111.8% (среднее значение дейтериевого эксцесса изменяется от 7,6 до 18.6% (табл. 3).

Таблица 3. Изотопный состав льда ледяного ядра бугра пучения высотой 3 м у пос. Елецкий

Глубина, см б18О, % б2Н, % ^хо %

— " "" "*" "* " 1

Для сегрегационного ледяного ядра бугра пучения получено соотношение б2Н = 4.73 б18О - 35.68. Наклон линии регрессии около 5, как правило, свидетельствует о процессах испарения воды, что и было нами обнаружено для образцов поверхностных вод вблизи бугра (рис. 4).

Рис. 4. Соотношение б18О-б2Н для сегрегационного льда ядра бугра пучения и поверхностных вод вблизи бугра

Нами также были получены значения изотопного состава кислорода в атмосферных осадках и поверхностных водах в пределах бугристого массива у пос.Елецкий для июля

примерно в 50 км восточнее пос.Елецкий, характеризовался значениями б18О от -18.7 до -27.2%, значениями б2Н - от -135.1 до -198.6%.

Сегрегационный лед, по условиям своего образования, в идеальных условиях должен формироваться в закрытой системе с выраженным изотопным фракционированием.

Д.Ласеллем был выполнен расчет распределения значений б18О и б2Н в последовательно формирующихся фракциях льда по модели Релея (изотопное истощение в закрытой системе, т.е. промерзание ограниченного объема воды) с учетом равновесных коэффициентов фракционирования авода-лед. В работе Д.Ласелля[22] показано, что значения б18О и б2Н льда, образованного в закрытой системе, формируют на диаграмме б18О и б2Н линию с наклоном от 6 до 7. Подобное же распределение значений на диаграммах б18О-б2Н (с угловым коэффициентом менее 8) было получено в натурных наблюдениях за изотопным составом текстурных льдов на побережье моря Лаптева [23, 24] и в лабораторном эксперименте по промораживанию водонасыщенных суглинков I25!.

Расположение фигуративных точек сегрегационного льда на диаграмме б18О-б2Н на линии с наклоном меньше 8 позволяет использовать еще один интерпретационный

подход - корреляцию между б2Н и dexc. Было показано, что для льдообразования в закрытой системе характерна выраженная обратная корреляция б2Н с dexc [22]. На

диаграмме б2Н^ехс (рис. 5) не выражено связи значений дейтериевого эксцесса с б2Н

(низкий коэффициент достоверности линейной аппроксимации). Такое распределение характерно для атмосферных осадков. Это позволило нам предположить, что полученный линейный тренд для образцов сегрегационного льда (см. рис. 4) не маркирует льдообразование в закрытой системе, а является просто областью значений с большим разбросом, и отражает вариации изотопного состава в атмосферных осадках.

Рис. 5. Соотношение б2Н^ехс для сегрегационного льда ядра бугра пучения

Следовательно, лед в верхней части бугра пучения формировался преимущественно из атмосферной влаги, и условия для закрытой системы не были реализованы, либо промерзание происходило достаточно быстро и изотопное фракционирование не

выражено.

Распределение значений б18О льда по глубине имеет выраженную тенденцию к утяжелению значений с глубиной (рис. 6). Можно предположить, что лед на глубинах 140-160 см был сформирован, когда бугор только начал свое поднятие над окружающими понижениями, и участие вод окружающего болота в формировании льдистого ядра было еще велико. Затем по мере роста бугра вверх, все большую роль стали играть атмосферные осадки в качестве источника влаги для формирования льда. На глубинах 89-98 см лед по нашему мнению формировался преимущественно из атмосферных осадков, выпадающих на поверхность уже высокого бугра и просачивающихся сквозь толщу торфа к кровле многолетнемерзлых пород.

Косвенно об этом могут свидетельствовать высокие величины dexc (см. табл. 1), которые

будучи унаследованы из атмосферных вод, более характерны для зимнего периода в

северном полушарии I26!. Также высокие значения dexc в свежем снеге были установлены Ю.Н.Чижовой и Ю .К.Васильчуком в едином снегопаде в предгорьях

Полярного Урала в зимний сезон 2004 г. а также в толще зимнего снега,

опробованной в районе пос. Полярный (величины dexc варьировали от 14,3 до 19,6).

Рис. 6. Распределение значений б18О в сегрегационном льду ядра бугра пучения по глубине

На возможность формирования льдистого ядра торфяных плато за счет атмосферных осадков указывал С.Харрисом с соавторами [28, 29]. Ими были детально исследованы торфяные плато, по ряду признаков образовавшиеся именно в результате пучения, в юго-восточном Юконе в Канаде. Было показано, что во льду торфяного плато (от

сезонно-талого слоя до глубины 3.5-4 м) значения б18О варьировали от -18 до -23%о,

б2Н - от -145 до -184%, при этом изотопно-кислородный и дейтериевый состав вод из болотных отложений отличался от состава льда в целом менее отрицательными

значениями в среднем на 2-3% по б18О и на 20% по б2Н. Линия соотношения б18О-б2Н для болотных вод имеет наклон 5.8, что указывает на испарение болотных вод, линия соотношения б18О-б2Н для льда торфяного плато имеет наклон 6.7, что близко к атмосферным осадкам Основываясь на результатах изотопных исследований льда торфяной площади пучения и вод окружающего болота С.Харрис с соавторами пришел к выводу, что поскольку соотношения б18О и б2Н для льда из мерзлого ядра площади

почти идентичны соотношениям б18О и б2Н для льда перекрывающего его сезонно-талого слоя в конце весны, но при этом отличаются от изотопных значений и

соотношений б18О-б2Н для воды из болотных отложений, то лед в пределах площади пучения сформировался, скорее за счет осадков, чем за счет болотных вод, мигрирующих к фронту промерзания.

Ф.Калмель, проводя исследования минеральных бугров пучения (литальза) в Северном Квебеке в Канаде, также предположил, что вода, питающая растущие линзы сегрегационного льда, имеет атмосферное происхождение и представляет собой смесь дождевых и талых снеговых вод. Основанием для такого вывода являлось значение наклона линии соотношения б18О-б2Н во льду литальза, равный 7,4, что близко к

значению для осадков -Ь30!. При этом рассматривая вертикальное распределение значений изотопного состава во льду литальза Ф.Калмель отметил очевидный тренд

утяжеления изотопного состава с глубиной примерно на 1.2% по б18О. Возможное объяснение этому Ф.Калмелю видится в том, что наиболее древний текструообразующий лед находится вблизи поверхности и образовался в течение наиболее холодного периода, в то время как придонный лед формировался в постепенно улучшающихся климатических условиях I30!.

Подобный тренд отмечен и в исследованном нами сегрегационном льду в торфе бугра пучения у пос.Елецкий. Поэтому нельзя полностью исключать гипотезу о начале роста бугра в более холодных, по сравнению с современными, климатических условиях, тем более, что тренд повышения среднегодовых температур воздуха в исследуемом районе в последние десятилетия зафиксирован по ряду метеостанций.

Выводы

авторами вывод, что около 6-7.8 тыс. лет назад близ пос.Елецкий начался процесс пучения и образования бугров, при этом некоторые бугры впоследствии протаяли и просели. Новый этап пучения зафиксирован около 2 тыс. лет назад.

Библиография

vol. 185, p. 111-119.