Криоморфогенез и литодинамика прибрежно-шельфовой зоны морей Восточной Сибири

К основным факторам, определяющим динамику переработки берегов, принято относить мощность, продолжительность и направленность гидрологических и метеорологических процессов, батиметрические параметры берегового подводного склона, конфигурацию береговой линии, высоту и крутизну берегового уступа, геокриологическое и литологическое строение берегов. Иногда в течение одного сильного и продолжительного шторма отступание бровки термоабразионного берегового уступа (при блоковом разрушении) может достигать 10-20 метров. При этом, наибольшие скорости термоабразионного разрушения отмечаются, как правило, вблизи приглубых зон, на мысах и береговых участках, сложенных дисперсными льдистыми породами, где присклоновый шлейф быстро размывается волнами. Эти условия благоприятствуют образованию протяженных волноприбойных ниш, врезающихся в основание уступов на 5-10 м. Почти половину разрушающихся льдистых берегов морей Восточной Сибири следует относить к термоабразионно-термоденудационному типу. Такие берега обычно отличаются наличием отчетливо выраженных термотеррас и достаточно крутых клифов.

Крутизна береговых уступов предопределяет быстрое удаление со склонов (в основном гравитационными процессами) талого материала. В связи с этим, верхняя, а часто и средняя части берегового уступа подвержены термической денудации, приводящей к формированию крутых термоуступов. Она не затухает лишь в условиях постоянной или периодической термоабразионной или абразионной переработки нижележащих участков. Таким образом, термоденудация морских береговых уступов без термоабразионной и абразионной работы моря не имеет длительного развития. Скорость термоденудации на определенных участках может опережать скорость термоабразии. В этом случае в прибрежной зоне формируется слабонаклонная термотерраса, по поверхности которой в направлении к морю осуществляется транзит талого влагонасыщенного материала, переработанного термоденудационными процессами. Однако темп термоденудации верхнего не может опережать скорость термоабразии в течение длительного времени, поскольку тенденция к выполаживанию берегового склона приводит к накоплению на нем слоя склоновых отложений и затуханию термоденудационных процессов в верхней части берегового склона.

Существенная роль термоабразии заключается не только в ускоренной переработке берегов, но и в создании обширной термоабразионной подводной платформы, поверхность которой, в условиях активного выноса береговых наносов на взморье, преобразуется в термоабразионно-аккумулятивный уровень. Эта подводная террасовидная поверхность часто прослеживается в море на десятки километров.

Данные, имеющиеся по подводной термоабразионно-аккумулятивной платформе, позволяют сделать вывод о том, что отчетливое проявление криогенных факторов в развитии рельефа на ее поверхности не выражено, либо выражено крайне слабо. Характер профилей верхней границы субаквальных мерзлых пород и поверхности дна не имеют четкой корреляционной связи. На отдельных участках дна, слагаемых наиболее льдонасыщенными толщами, формируются западины и депрессии. Однако скорость донного осадконакопления и активность волновой переработки материала на рассматриваемых мелководьях настолько велики, что подобные отрицательные формы рельефа быстро нивелируются.

На относительно малольдистых берегах криогенные береговые процессы проявляются менее активно, но развиты достаточно широко. В плейстоценовых дисперсных породах, кроме льда-цемента обычно присутствуют текстурообразующие, сегрегационные, повторно-жильные и другие типы подземного льда. В периоды штормовой активности талый присклоновый шлейф размывается морской водой, которая при этом контактирует с мерзлым грунтом, содержащим ископаемый лед. Темп отступания таких берегов составляет 0,1-0,8 м/год. Скорость разрушения скальных береговых уступов достигает 0,05-2, а в случае их криогенной раздробленности - 5-10 см/год.

Для сравнения темпов отступания морских берегов дельт с динамикой эрозионных (термоэрозионных) речных берегов внутри дельты, обычно содержащих подземные льды (объемная льдистость 10-60 %), проведены исследования по оценке интенсивности разрушения берегов проток на 42 участках в центральной и восточной части дельты р. Лены. Оказалось, что темпы разрушения морских и речных берегов сопоставимы. Однако речные берега разрушаются несколько быстрее во время чрезвычайно высокой эрозионной активности р. Лены в половодье. Максимальные скорости размыва берегов в дельте зафиксированы в зоне бифуркации самой полноводной Трофимовской протоки. Средняя скорость отступания берегов на эродируемых участках первой и третьей (ледовый комплекс) террас в дельте р. Лены равна соответственно 3,9 и 2,3 м/год.

На морских берегах наибольшая скорость их разрушения фиксируются на участках распространения ледового комплекса. Максимальные среднемноголетние темпы его отступания отмечаются на северном мысу острова Муостах в море Лаптевых (около 13 м/год) и к западу от мыса Крестовского в Восточно-Сибирском море (около 12 м/год). Скорости разрушения берегов были проанализированы во всех береговых секторах этих морей, а также определены средние многолетние скорости для льдистых и малольдистых берегов, а также для побережья морей в целом (табл. 1).

Таблица 1

Средняя скорость эрозии берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, м/год.

Несмотря на региональное повышение летней температуры приземного воздуха в изучаемом районе, отчетливого положительного тренда отступания термоабразионно-термоденудационных берегов, в течение последних десятилетий, отмечается далеко не всех наблюдаемых участках. В районе м. Крестовского (Восточно-Сибирское море) средние скорости термоабразии в 1990-1993 гг. возросли почти в 1,5-2 раза по сравнению с 1952-1972 гг. (Григорьев и др., 2006). Начиная с 2004 года, и особенно в 2007 г., выявлено заметное усиление береговых процессов в море Лаптевых. Это выразилось в массовой активизации склоновых процессов, прежде всего солифлюкции (криосолифлюкции), на прежде стабильных, задернованных берегах и в резком усилении темпов разрушения термоабразионных и термоабразионно-термоденудационных берегов. Скорость их отступания превысила на нескольких ключевых мониторинговых участках среднемноголетние нормы в 1,5-2,5 раза (рис. 6, 7).

Существенное увеличение активности береговых процессов связывается с повышением температуры воздуха, как в Восточно-Сибирском приморском регионе, так и в Арктике в целом. Как следствие, на береговых склонах идет интенсификация солифлюкционных процессов, а также отмечается усиление штормовой активности, в связи с сокращением площади сплоченных льдов в 2005-2007 гг.

Рис. 6 Темп термоабразионно-термоденудационного разрушения приморских участков ледового комплекса: северо-восточный берег (А) и северный мыс (Б) о-ва Муостах; северо-восточный берег (В) п-ова Быковский (урочище Мамонтовый-Хаята)

В связи с предполагаемым дальнейшим повышением температуры воздуха в Арктике прогнозируется ускорение темпов разрушения берегов. Льдистые берега занимают более трети протяженности побережья морей Лаптевых и Восточно-Сибирского и отступают на ряде участков от 1 до 10 м/год. Возрастающие скорости их разрушения представляют существенную проблему для местных жителей, промышленных организаций и транспортных структур. На берегах, сложенных дисперсными породами с высоким содержанием подземного льда, расположены населенные пункты, коммуникации, средства навигационного обеспечения морского транспорта и другие объекты. Все эти объекты подвержены опасности разрушения. В последнее десятилетие быстрое отступание береговых уступов, активизация поверхностных криогенных явлений часто приводили к обрушению домов, кладбищ, геодезических знаков, навигационных и других прибрежных объектов.

Рис. 7 Аэрофотоснимок о-ва Муостах (1951 г.) с контуром бровки термоабразионного клифа в 2007 г.

Наступление моря на льдистые берега провоцирует активизацию негативных криогенных процессов и на значительном удалении от берега: катастрофическое развитие термоэрозионных оврагов, термокарстовых и термосуффозионных провалов, криосолифлюкционного разрушения склонов. В силу большого площадного охвата и высокой скорости развития эти процессы могут представлять для техногенных объектов даже большую опасность, чем непосредственное отступание льдистых береговых клифов.

До недавнего времени, из-за недостатка информации, прогнозирование скорости разрушения береговых уступов в этих районах было затруднено. В настоящий период по многим береговых сегментам исследуемых морей уже накоплен достаточный массив данных о многолетних трендах динамики берегов. Это позволяет предсказать, когда береговые сооружения должны быть перемещены вглубь суши или предложить своевременные меры их защиты. Приведенные выше данные убедительно свидетельствуют о необходимости получения надежной и полной информации о современных характеристиках береговых процессов и их прогнозе.

В заключении главы кратко характеризуются общие черты развития криоморфогенеза береговой зоны морей Восточной Сибири в позднем плейстоцене и голоцене, обусловленные в основном глобальными климатическими изменениями и связанными с ними гляциоэвстатическими колебаниями уровня Арктического бассейна.

Анализ рассмотренных выше материалов показывает, что процессы криоморфогенеза формируют на побережье арктических морей весьма специфичные и необычайно динамичные береговые ландшафты. Их основой служат льдистые породы, в том числе ледовый комплекс, имеющий самое широкое развитие именно в рассматриваемом регионе Арктики. Результаты исследований свидетельствуют о доминирующем влиянии криогенных процессов на формирование рельефа береговой зоны морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. На основе проведенных наблюдений и анализа материалов по динамике береговых процессов впервые получены точные данные о средней скорости отступания берегов исследуемых морей. Вышесказанное, с учетом приведенных в главе качественных и количественных данных об особенностях криоморфогенеза исследованного района, позволяет сформулировать следующее защищаемое положение: В силу высокой льдистости многолетнемерзлых пород береговой зоны морей Восточной Сибири, где доля ледового комплекса от длины побережья составляет 37%, процессы криоморфогенеза играют ведущую роль в разрушении их берегов, формируя самые динамичные в Арктике геоморфологические и ландшафтные зоны. Скорость разрушения береговых секторов, содержащих ледовый комплекс, в 5-7 раз выше, чем секторов с малольдистыми толщами. При этом, темп теряемой площади суши этих морей составляет 10,7 км² в год.

В пятой главе «Литодинамика прибрежно-шельфовой зоны» рассматриваются процессы перемещения и источники наносов в системах континент-шельф и берег-шельф для морей Лаптевых и Восточно-Сибирского.

К основным направлениям литодинамических исследований в изучаемом регионе относятся: 1) изучение динамики наносов на прибрежном и приглубом шельфе и 2) оценка потоков терригенных наносов в прибрежно-шельфовую зону и арктический бассейн. Источниками терригенных наносов являются: а) твердый речной сток (взвешенные наносы); б) вынос влекомого речного обломочного материала; в) вынос материала грунтовыми водами; г) вынос берегового обломочного материала; д) перенос осадков морским льдом; е) вынос материала эоловыми процессами.

Следует подчеркнуть, что, применительно ко всей Арктике, наиболее полно исследован речной твердый сток. Что касается берегового выноса наносов, то в настоящее время имеются обобщенные данные для всего арктическому бассейну, но наиболее детально он изучен в морях Карском (Васильев, 2006), Лаптевых и Восточно-Сибирском (Григорьев, Куницкий, 1997; Grigoriev, Rachold, 2003; Grigoriev et al., 2004; Григорьев, 2004; Григорьев и др., 2006).

Достоверно установлено, что доминирующими источниками терригенного выноса в арктические моря являются речной твердый сток и вынос береговых наносов. В ряде морей преобладает первый источник, в других второй.

Вынос в Северный Ледовитый океан морскими льдами терригенного органического углерода почти на два порядка меньше речного или берегового - 0,134, а в моря Лаптевых и Восточно-Сибирское, соответственно, - 0,087 и 0,019 млн. т/год (Eicken, 2004). Его значение в бюджете терригенных осадков в Арктике находится в пределах погрешностей оценок берегового и речного потоков. Масса выноса органического углерода в виде речного влекомого материала для Арктики в целом оценивается в 0,13, а грунтовыми водами - 2,3 млн. тонн/год (Stein, Macdonald, 2003). Количество эолового материала, поступающего в моря российского сектора Арктики, составляет 1343 -минерального, и 378 тыс. т/год органического вещества (Романкевич, Ветров, 2001). Масса терригенного эолового привноса минерального материала и органического углерода в арктический бассейн, включая антропогенный источник - органическую сажу, оценивается соответственно в 5,7 и 1,72 млн. т/год (в море Лаптевых 0,298 и 0,09, в Восточно-Сибирское море - 0,589 и 0,178) (Shevchenko, Lisitzin, 2004). Масса подземного стока растворенного органического углерода в арктические моря России примерно оценивается в 1,65 млн. тонн в год (Романкевич, Ветров, 2001).

По объемам перемещения наносов в зоне арктических пляжей и подводного берегового склона данных довольно мало. Абразия прибрежного дна Белого, Баренцева и Карского морей оценена О.В. Суздальским (1974) соответственно в 11; 7,7 и 23,6 млн. тонн в год. Обобщенных суммарных оценок абразии подводного берегового склона морей Восточной Сибири пока нет. По некоторым данным масса абрадируемого материала на подводном береговом склоне может быть сопоставима с массой берегового выноса наносов (Каплин, 1971; Каплин и др., 1991; Шуйский, Огородников, 1981; Арчиков и др., 1982; Шуйский, 1983; Арэ, 1985; Are, 1999), но единого мнения по этому вопросу не существует. О.В. Суздальский (1974, 1976), по Белому и Баренцеву морям, оценивает массу абрадируемого донного материала в 10-20% от берегового абразионного выноса.

Динамика профиля подводного берегового склона (ПБС) морей Лаптевых и Восточно-Сибирского исследована пока недостаточно. Наибольший вклад в ее изучение внесли Ф.Э. Арэ (Арэ, 1980, 1985, 1998; Are et al., 2000, 2001, 2002а, 2002б, 2003, 2008) и Э. Реймнитц (Reimnitz et al., 1994; Reimnitz, Are, 2000). В соотношении темпов преобразования ПБС и динамики берегов изучаемого региона имеется существенная проблема, заключающаяся в парадоксальном, неизменно активном разрушении термоабразионных берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского при ничтожно малых (0,003-0,005) уклонах ПБС. Такое развитие берегов и ПБС в одной прибрежно-шельфовой системе не соответствует классическим представлениям В.П. Зенковича (1962) о существовании предельно малого уклона дна, прекращающего эрозию берегов.

В настоящее время имеются современные обобщающие оценки твердого стока рек морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, включая сток органического углерода. Суммарный твердый сток рек моря Лаптевых составляет 28, 6 и 6,8 млн. т/год взвешенных наносов и органического углерода, а Восточно-Сибирского, соответственно, 25,15 и 1,86 млн. т/год (Holmes et al., 2002; Gordeev, Rachold, 2002; Rachold, Hubberten, 1999).

Береговой поток наносов. Динамика наносов на берегах и их перемещение в пределах литорали и на подводном береговом склоне имеют тесные закономерные связи. Движение материала в этой системе, состоящей из наземной и подводной частей, протекает весьма активно. Оно характеризуется в основном двумя разнонаправленными векторами: продольным (вдольбереговым) и поперечным перемещением осадков. В их продольном перемещении доминирует гравитационная составляющая, увлекающая обломочный материал вглубь моря. Мерзлотно-геологическое строение прибрежно-шельфовой зоны и активное протекание на побережье морей Лаптевых и Восточно-Сибирского криогенных геоморфологических процессов, вносят особую специфику в характер динамики берегов и формирования потоков наносов.

Первые обобщающие исследования, связанные с детальной оценкой выноса в море Лаптевых береговых масс, провел Ф.Э. Арэ (Are, 1999). Изучение процессов термоабразии льдистых и малольдистых берегов в пределах Анабар-Оленекского междуречья, показало, что суммарный поток в море береговых наносов, при их среднем удельном весе равном 1,5 т/м², на отрезке берега в 85 км составил 3,4 млн. т/год. При этом один километр льдистых берегов продуцирует в среднем 45 тыс. тонн наносов в год, а малольдистых - 16,5 тыс. тонн /год, то есть почти в три раза меньше. В последние годы появились новые данные о динамике берегов и объемах поступления береговых наносов в моря Восточной Сибири, подкрепленные большим объемом фактического материала (Are et al., 2000; Rachold et al., 2000, 2002; Grigoriev, Rachold, 2003; Grigoriev et al., 2004; Григорьев и др. 2006 и др.).

Методика расчета береговых литодинамических потоков базируется на определении и соотношении параметров, характеризующих динамику, литологию, мерзлотно-геологическое строение и морфологию берегов в пределах каждого из выделенных, относительно однотипных береговых секторов исследуемых морей. Определение таких параметров как скорость отступания берегов, длина берегового сегмента и высота берегового клифа, достаточно для выполнения расчета объема материала поступающего в море. Имея информацию о макро- и микрольдистости пород, плотности их скелета и весовом содержании в них органического материала, можно рассчитать массу потоков как всего обломочного материала, продуцируемого береговой эрозией, так и вынос органического углерода.

В морях Лаптевых и Восточно-Сибирском, вследствие активного разрушения берегов, в особенности, ледового комплекса, и выноса больших масс тонкодисперсного материала, на значительной части прилегающего шельфа формируются обширные поля суспензионных масс, видимые из космоса (рис. 8).

Рис. 8 Суспензионный шлейф осадков из береговой зоны Восточно-Сибирского моря, формирующийся в результате разрушения ледового комплекса, 24 августа 2000 г. (источник космического снимка: http//www.visibleearth.nasa.gov)

В разных арктических морях существуют резкие отличия в речном и береговом твердых потоках с суши. В ряде морей доминирует речной вынос. Например, при сравнении морей Лаптевых и Бофорта обнаруживаются более, чем 20-ти кратное, различие в соотношении речного и берегового материала, выносимого на шельф (табл. 2).

Таблица 2

Соотношение масс твердого стока рек и потока наносов из берегов моря Лаптевых и Канадского сектора моря Бофорта (¹Gordeev, Rachold, 2004; ²MacDonald et al. 1998; ³Hill et al. 1991; ⁴Grigoriev et al., 2004; Григорьев и др., 2006)

В отношении морей Лаптевых (табл. 3) и Восточно-Сибирского (табл. 4) автором количественно определены некоторые мерзлотно-геоморфологические и литодинамические параметры для трех основных типов берегов. С учетом новых данных по арктическим морям, оценены соотношения их твердого берегового выноса с твердым стоком арктических рек (табл. 5). Суммарный вынос берегового материала в моря Лаптевых и Восточно-Сибирского составляет 152,4 млн. тонн/год - больше, чем береговой поток наносов всех других арктических морей. Масса органического углерода, привносимая в эти моря, составляет около 4 млн. тонн/год, в два с лишним раз больше, чем его суммарный береговой сток из остальной части Арктики. Восточно-Сибирское море является единственным из арктических морей, чья масса берегового выноса органического углерода превышает вынос его реками. Анализ данных по выносу береговому материала в моря Лаптевых и Восточно-Сибирское позволяет сформулировать следующее защищаемое положение: Разрушаемые берега морей Восточной Сибири продуцируют наибольшее количество берегового обломочного материала (152 млн. тонн/год) и органического углерода (4 млн. тонн/год), поступающих в арктический бассейн и превышающих суммарный береговой вынос всех остальных арктических морей (по обломочному материалу 55%, по органическому углероду 69%). Масса обломочного материала, поступающего из берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, почти в три раза превосходит региональный твердый сток рек.

Таблица 3

Мерзлотно-геоморфологические и литодинамические параметры для основных типов побережья моря Лаптевых (Grigoriev, Rachold, 2003)

Роль криоморфогенеза в формировании твердого берегового потока морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. На основе сегментации побережья и анализа материалов базы данных автором были определены массы обломочного материала и органического углерода, уходящие в море в результате разрушения береговых сегментов, включающих ледовый комплекс (табл. 6). В пределах ледового комплекса криоморфогенез почти полностью определяет скорости протекания деструктивных береговых процессов и объемы материала, поступающего в море.

Таблица 4

Мерзлотно-геоморфологические и литодинамические параметры для основных типов побережья Восточно-Сибирского моря (Grigoriev, Rachold, 2003)

Таблица 5

Количественная оценка потоков наносов и органического углерода в Арктический бассейн в результате береговой эрозии и твердого стока рек (Суздальский, 1974; ²Васильев, 2006; ³Органическое вещество, 1990; ⁴Macdonald et al. 1998; Reimnitz et al., 1988; Naidu, 1985; ⁵Gordeev et al., 1996, 2000; ⁶Gordeev, Rachold, 2004; ⁷Романкевич, Ветров, 2001; ⁸Grigoriev et al., 2004a; Григорьев и др., 2006; ⁹Grigoriev et al., 2004b)

Таблица 6

Соотношения длины береговых линий и параметров выноса материала из из льдистых и малольдистых берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского

В целом по арктическому бассейну, масса органического углерода, поставляемая реками, почти в 5 раз больше массы его потока из берегов. Береговой вынос обломочного материала в Арктике хоть и сопоставим с твердым стоком рек, но существенно его превышает.

Таким образом, в море Лаптевых из общей массы ежегодно эродируемых толщ (62,2 млн. тонн), 44,7 млн. тонн (72 %) приходится на береговые секции, содержащие ледовый комплекс. Доля органического углерода из ледового комплекса - 1,5 из 1,63 млн. тонн (92 %). Для Восточно-Сибирского моря - общий годовой вынос берегового обломочного материала - 90,2 млн. тонн, а из секций с ледовым комплексом - 70 млн. тонн, или 78 % от всего потока наносов. Доля ледового комплекса в выносе органического углерода здесь почти стопроцентная - 2,3 из 2,4 млн. тонн (98 %). Ледовый комплекс двух морей «ответственен» за 114,7 (75 %) из 152,4 млн. тонн обломочного материала и за 3,83 углерода (95 %) из 4,02 млн. тонн органического углерода. Около 3/4 всей массы осадков, поступающей в эти моря вследствие разрушения берегов, продуцируется из ледового комплекса. Активное проявление криогенных береговых процессов - главная причина столь значительного выноса осадков. Ледовый комплекс морских берегов Восточной Сибири дает более 40 % всего твердого стока и почти 2/3 всего стока органического углерода, поступающего от прибрежной суши в Северный Ледовитый океан. Анализ потоков наносов из льдистых берегов исследуемых морей позволяет сформулировать следующее защищаемое положение: Ледовый комплекс побережий морей Восточной Сибири является важнейшим источником берегового потока наносов, как в эти моря, так и в арктический бассейн, в целом. Его доля в потоке наносов из берегов всех арктических морей - 42%, а по органическому выносу - 66%. Ведущим экзогенным фактором, определяющим объемы этих потоков, является криоморфогенез.

Расчеты показывают, что в азиатском секторе России, как и во всем арктическом регионе, береговой вынос наносов почти вдвое превышает твердый речной сток, хотя значительно уступает речному выносу в отношении органического углерода. Лишь в районе Восточно-Сибирского моря береговой вклад органического углерода превышает речной. Такие источники обломочного материала и органического вещества, как эоловый и ледовый вынос, грунтовые воды и влекомый речной материал, значительно меньше речного твердого стока и берегового потоков наносов, как в Северный Ледовитый океан, так и в моря Лаптевых и Восточно-Сибирское.

Проведена оценка баланса масс, поступающих с континента и осаждающихся на шельфе моря Лаптевых в течение последних 5 000 лет (Rachold, Grigoriev, Bauch, 2001). Последний цикл морской трансгрессии закончился примерно 5000 лет назад. Отступание берегов с тех пор продолжалось уже не в связи с подъемом морских вод, а лишь в результате береговой эрозии. Данные о массах выноса терригенного обломочного материала из основных источников - берега и твердый речной сток сравнивались нами с материалами по фактической аккумуляции осадков в пределах шельфа, с учетом донного импорта наносов и привноса осадков морским льдом. Рассматривался баланс осадков трех секторов моря Лаптевых - западного, центрального и восточного. Для выяснения объемов позднеголоценовой аккумуляции в этих секторах использовались материалы по буровым кернам, полученным в соответствующих секторах шельфа моря Лаптевых, в ходе совместных Российско-германских экспедиций «Система моря Лаптевых», (керны PM-9499, PS 51/092-12 и PM 9462). Анализ масс осадков, поступающих с суши, и аккумулирующихся на шельфе показал, что величины этих масс несколько отличаются, но в целом они сопоставимы (разница не превышает 15 %). Так, за последние 5000 лет в западный сектор моря Лаптевых поступило 0,66*10¹¹ тонн наносов, в его центральный сектор - 1,63*10¹¹, а в восточный сектор - 1,81*10¹¹ тонн наносов. При этом аккумуляция в указанных секторах составила соответственно 0,71*10¹¹, 1,84*10¹¹ и 2,05*10¹¹ тонн осадков.

Исследования процессов разрушения берегов внутри дельты р. Лены показали, что они дают весьма большой объем наносов, частично поступающих в море Лаптевых. К сожалению, определить, как много этих наносов поступает в море, а какая их часть переотлагается в дельте, невозможно из-за отсутствия гидрологических данных по твердому стоку в устьях проток. Масса потоков наносов из береговых сегментов, относящихся к первой и третьей (ледовый комплекс) террасам, рассчитывалась по тому же методу, что и вынос материала из морских берегов. Береговые исследования в дельте р. Лены проведены автором в 2000-2006 годах на 42-х ключевых участках (табл. 7).

Таблица 7

Масса отложений, поступающих из эрозионных берегов дельты р. Лены в протоки (по 42-м ключевым участкам)

Выяснилось, что из берегов, общей длиной всего 76,6 км, в протоки уходит более 2-х млн. тонн наносов в год (Grigoriev, 2003, 2007; Grigoriev, Schneider, 2002). Учитывая большую протяженность таких берегов (оценочно, не менее 1 000 км), возможно, что все эродируемые берега дельты продуцируют массу наносов, сопоставимую с береговым выносом материала всего моря Лаптевых. Вероятно, что большая часть берегового потока наносов остается в дельте и отлагается на ее устьевом взморье в пределах обширного подводного авандельтового конуса выноса. Следует подчеркнуть, что в пределах дельты р. Лены криогенные геоморфологические процессы так же играют основную роль в разрушении ее берегов, насыщенных подземными льдами, и формировании внутридельтовых потоков наносов. В дельте, из ряда криогенных процессов, наиболее высокие скорости принадлежат термоэрозионному разрушению берегов.

Основные прикладные аспекты изучения литодинамических процессов в прибрежно-шельфовой зоне морей Лаптевых и Восточно-Сибирского сводятся к следующему:

1. Береговые потоки наносов являются наиболее мощными в Арктике и выносят на мелководный прибрежный шельф десятки миллионов тонн осадков в год, которые в значительной степени остаются в прибрежно-шельфовой зоне. Они переносятся вдольбереговыми потоками наносов, частично выводятся волновыми процессами на литораль, а часть их уносится вглубь моря. В связи с этим, в мелководной зоне существенно меняются глубины и часто перестраивается фарватер (например, фарватер судов «река-море» у Быковского п-ова перестраивается ежегодно). Информация о процессах и темпах поступления берегового материала необходима гидрографическим службам для корректировки батиметрических материалов навигационного обеспечения судоходства.

2. Береговая база данных позволяет использовать информацию о потерях береговых масс по всем типовым береговым секторам производственным, проектным и научным организациям. Дифференцированные по участкам данные о массе наносов могут быть полезны для расчетов и оценок различных минеральных и химических веществ, поступающих в море с континента.

3. Ожидается, что отмечающиеся в Арктике потепление климата и сокращение площади паковых льдов должны привести к активизации штормовых условий, увеличению мощности сезонно-талого слоя (СТС) и ускорению отступания берегов. Это увеличит поступление из берегов на шельф терригенных наносов, включая органический углерод, являющегося дополнительным источником парниковых газов. Проблема, связанная с дополнительными источниками таких газов, сейчас весьма актуальна. Установлено, что наибольшие концентрации растворенного СО₂ в пределах СЛО имеют место именно в шельфовых водах морей Лаптевых и Восточно-Сибирского (Semiletov et al., 2002). Это объясняется, в частности, выносом из берегов этих морей большого объема органического углерода.

В главе 6 «Распространение и эволюция субаквальных многолетнемерзлых пород на подводном береговом склоне» анализируются данные о строении верхних горизонтов СММП и протекающих в них процессах.

Океаническая криолитозона в Северном полушарии занимает около 13 млн. км² (Жигарев, 1997) и является очень мало исследованным явлением. По ряду моделей, мощность субаквальных мерзлых пород в исследуемых морях достигает 250-600 м (Romanovskii et al., 2005). По расчетам З.Н.Антипиной и др. (1978), деградация СММП мощностью около 600 м, в зависимости от разных граничных условий, может длиться от 5 до 100 и более тысяч лет. Фактических буровых данных на приглубом шельфе и севернее пока не получено. Основная часть океанической криолитозоны представлена отрицательно-температурными донными породами. Несомненно, что на некоторой площади шельфа распространены субаквальные многолетнемерзлые породы. Каковы их мощность, строение и площадь распространения, - неизвестно. Неизвестно, существуют ли мерзлые породы в относительно глубоководной части шельфа арктических морей и даже вблизи отдельных типов побережья.

Логично предположить, что континентальная мерзлота, погруженная под море в результате последней морской трансгрессии, может довольно далеко уходить в море. Прежде всего, это зависит от уклонов кровли и подошвы СММП. Получая тепло сверху (море) и снизу (внутриземные тепловые потоки), и в соответствие с длительностью пребывания в условиях, исключающих регулярное охлаждение, мерзлая толща в вертикальном разрезе, по-видимому, должна выглядеть в виде протяженного клина, сужающегося на север.

В относительно глубоководной части шельфа восточно-арктических морей Азии донные скважины практически не бурились за исключением двух неглубоких профилей в восточном секторе моря Лаптевых. Они пробурены в 2000 г. с бурового судна «Кимберлит» в ходе российско-германской экспедиции «ТрансДрифт VIII» по межправительственному проекту «Система моря Лаптевых» (Kassens et al, 2000, 2001; Drachev et al., 2002). В керне нескольких скважин были обнаружены мерзлые породы с кристаллами пресного льда. К сожалению, аналитические материалы по этим работам до сих пор не опубликованы. Данные геофизического зондирования шельфа моря Лаптевых показывают, что на различных глубинах под морским дном и на значительной площади шельфа имеются границы-рефлекторы, похожие по морфологии и геофизическим свойствам на кровлю СММП (Rachor, 1999; Schwenk et al., 2005; Рекант и др., 1999, 2001; Rekant, 2002; Drachev et al., 2002 и др.).

Достоверные сведения о субаквальной мерзлоте имеются лишь по ограниченному числу относительно неглубоких (10-80 м) буровых профилей, вскрывших мерзлые породы под дном морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Имеется ряд публикаций с данными бурения на прибрежном шельфе, вскрывшего подводную мерзлоту (Пономарев, 1950; Н. Григорьев, 1966, 1987; Молочушкин, Гаврильев, 1970; Катасонов, Пудов, 1972; Жигарев, 1977; Жигарев, Плахт, 1977; Фартышев, 1978, 1993; 1978; Соловьев, 1981; Куницкий, 1986; Григорьев, 1993, Григорьев, Куницкий, 2000; Kassens., 2000; Drachev et al., 2002 и другие). Тем не менее, закономерности развития, характер эволюции и распространения СММП на шельфе изучены в крайне ограниченном объеме.

Надежные буровые данные получены лишь в пределах относительно мелководных участков шельфа вблизи континента и островов. Анализ эволюции СММП в настоящей работе основывается именно на этих материалах. Буровые данные показывают, что практически во всех случаях кровля субаквальных мерзлых пород медленно или с резкими перегибами погружается с увеличением глубин моря. Динамика кровли СММП обычно связана с темпами отступания берегов, поскольку континентальная мерзлота здесь переходит в подводное положение и темп ее тепловой деградации является функцией времени. Наиболее часто СММП обнаруживается на участках прибрежного шельфа, прилегающих к льдистым, активно отступающим, так называемым, термоабразионно-термоденудационным берегам.

На базе собственных и опубликованных данных о строении подводного берегового склона, его геокриологического и литологического строения, особенностей морфологии и гидро-литодинамики прибрежной зоны, автором был проведен анализ основных параметров развития и распространения субаквальной мерзлоты в пределах мелководного шельфа морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Основной целью исследований было выяснение закономерностей, присущих трансформации мерзлоты под морем, в частности деградации кровли СММП. Наибольшее внимание уделялось самым распространенным - реликтовым мерзлым породам, сформированным в субаэральных условиях и перешедших в подводное положение в результате трансгрессии моря и эрозии берегов.

Новообразованные мерзлые породы, формирующиеся на мелководье, распространяются в основном в пределах устьевого взморья на участках выдвижения речных дельт, а также в полузамкнутых заливах, где преобладает аккумуляция терригенного материала. Наибольшее количество фактического материала, полученного по этому типу подводной мерзлоты в морях Восточной Сибири, принадлежит Н.Ф. Григорьеву (1966).

Новообразованные ММП имеют самые пологие уклоны (от суши в море) своей кровли, составляющие от 0,0002 до 0,003. Очевидно, что развитие этих новообразованных толщ ММП и морфологию их кровли определяют объемы твердого речного стока, а также скорости осадконакопления и активность размыва морского края авандельт. В случае, если аккумуляция опережает размыв, подводные и надводные части дельт выдвигаются в море в виде нарастающих баров, сингенетически промерзающих в условиях осадконакопления. При этом в прибрежной зоне растут мощность и площадь распространения новообразованных толщ ММП и СММП.

Один из первых буровых профилей, вскрывших реликтовые СММП, был задан В.М. Пономаревым (1950) в бухте Кожевникова в западной части моря Лаптевых. Следует подчеркнуть, что в одной из скважин им было обнаружено чередование мерзлых и влагонасыщенных горизонтов с криопэгами. По морям Восточной Сибири опубликованы данные по 30 буровым профилям, вскрывшим реликтовые СММП. Все эти материалы анализируются в главе 6. В частности, рассматриваются профили, пробуренные нами в центральном и западном секторах моря Лаптевых (рис. 9).

Рис. 9 Буровые профили у северного мыса о-ва Муостах (вверху) и у урочища Мамонтовый-Хаята Быковского п-ова (внизу), вскрывшие СММП. Центральный сектор моря Лаптевых

В целом, соотношение уклонов поверхности субаквальной мерзлоты (0,007 у о-ва Муостах и 0,013 у Быковского п-ова) в сторону моря соответствуют соотношению темпов отступания термоабразионных береговых уступов на этих двух участках (13 и 3 м/год).

В 2003-м году пробурен меридиональный профиль в западном секторе моря Лаптевых в районе мыса Мамонтов Клык (рис. 10). Уклон СММП на этом профиле от берега до 1,3 км в море достаточно крутой (0,015), а на участке от 1,3 до 1,4 км - экстремально крутой (более 0,3). Эта аномалию можно объяснить развитием древнего (200-300 лет назад) термокарстового озера с подозерным таликом, погруженного под наступающее море. Расчеты показывают, что средний темп проседания кровли подводной реликтовой мерзлоты на этом участке прибрежного шельфа составляет около 8 см/год. Следует отметить, что параметры придонного слоя воды в этом районе, в отношении температуры (более низкая) и солености (более высокая), резко отличаются от его параметров на большинстве участков прибрежного шельфа морей Лаптевых и Восточно-Сибирского.

Другой буровой профиль в том же районе, с применением более мощной буровой техники, был пробурен в 2005 г. (рис. 11). Мерзлые породы в здесь представлены преимущественно реликтовыми континентальными плейстоценовыми отложениями, за исключением нижних горизонтов скважины С-2. Подошва ледового комплекса в этом районе, как правило, расположена ниже уровня моря и подстилается преимущественно песчаными отложениями с ледово-песчаными жилами, органическими остатками, суглинисто-супесчаными и глинистыми прослоями, а также с включениями дресвы и гравия.



Рис. 10 Буровой профиль в западном секторе моря Лаптевых у мыса Мамонтов Клык, вскрывший подводную мерзлоту с крутым падением кровли (2003 г.)

Рис. 11 Буровой профиль экспедиции «Южный берег моря Лаптевых» вблизи мыса Мамонтов Клык в западном секторе моря Лаптевых, побережье Анабар-Оленекского междуречья (2005 г.)

Аналитические исследования, проведенные для определения генетических и возрастных характеристик вскрытых осадков, показали, что в основании переработанных и протаявших под морем отложений лежат позднеплейстоценовые породы. Верхнюю их часть занимает ледовый комплекс (в прибрежной части профиля), перекрывающий перигляциальный аллювий, с датировками 59,3±5,8 (RLOG 1729-026) и 86,2±5,9 (RLOG 1728-026) тыс. лет (Большиянов и др., 2007), который, в свою очередь подстилается морскими осадками. Как показал анализ этих засоленных осадков в нижних горизонтах скважины С-2, их возраст составляет 111,1±7,5 тыс. лет (RLOG 1727-026). Распределение солей в керне скважин свидетельствует о том, что морское засоление сверху проникает до глубины 30 м, на 24 м ниже дна (рис. 12). Температура пород по разрезу самой глубокой скважины С-2, удаленной от берега на 12 км, оказалась почти безградиентной, с некоторым повышением в нижней части до -1 °С, (экстремально «теплая» для СММП). Начиная с глубины 65 м, где встретились первые прослои пластично-мерзлых глин, в обсаженную буровую колонну снизу стала поступать вода. Ниже снова залегали сцементированные ММП (песчано-суглинистые слои) со слоями мокро-морозных (по Н.И. Толстихину, 1974) пород.

Рис. 12 Распределение солей и температурный режим в морских скважинах бурового профиля «Мамонтов Клык»

Довольно сложно предположить, что исследуемая толща СММП деградировала здесь снизу почти полностью за 2,5 тысячи лет (при мощности ММП в береговой зоне этого региона 500-700 м). Вероятно, в нижней части разреза имеют место сложная гидрогеологическая обстановка, обусловленная миграцией криопэгов.

В ходе бурения профиля проводилось изучение состава придонного слоя осадков, лежащих под припайным льдом. При проходке морского льда мелкими скважинами скважинное пространство оставалось сухим. Через 8-12 часов на дне мелких скважин начинала появляться вода желто-коричневого цвета, уровень которой в ледовой скважине вскоре устанавливался на расстоянии 20-35 см выше дна. Изучение этого явления показало, что соленость воды составляет от 100 до 124 ‰, при температуре -7 - -9 °С (рис. 13).

Рис. 13 Схема развития сезонных напорных криопэгов под припайным льдом в районе профиля «Мамонтов Клык»

Выяснилось, что криопэги сосредоточены в слое неконсолидированных отложений, мощностью около метра, находящемся между кровлей СММП (в данном случае они залегают на породах ледового комплекса) и горизонтом донных осадков примерно такой же мощности, промороженных через лед. Отжимаясь вниз при зимнем промерзании самого верхнего слоя донных осадков через морской лед, они концентрируются у поверхности многолетнемерзлых пород в условиях повышенного давления в замкнутом или полузамкнутом пространстве. Судя по наличию избыточного давления, криопэги не имеют контакта с морскими водами или же такой контакт затруднен. После того как ледовый покров был разбурен напорные криопэги «проедают» вышележащий сезонно-мерзлый слой и выходят в пределах ледовой скважины на некоторый уровень над поверхностью дна. Существование в зоне припайных льдов криопэгов, ранее неоднократно встречавшихся нами и другими исследователями на прибрежном шельфе, и, по-видимому, очень широко распространенных, вносит вопрос об их влиянии на темпы деградации верхних горизонтов подводной мерзлоты, расположенной в зоне припайных льдов.

Расчет показывает, что скорости деградации слоя СММП сверху неодинаковы в разных частях подводного берегового склона (табл. 8).

Таблица 8

Средняя скорость понижения верхней границы ММП, погруженных под уровень моря (за весь период субаквального растепления)

Расстояние от уреза моря, м (L)	Средняя скорость отступания берега, м/год (VО)	Время вступления данного участка в контакт с морскими водами, годы (Т) = L/ VО	Абсолютная высота кровли СММП, м (Н)	Средняя скорость деградации СММП сверху, м/год (VД) = Н/Т	Средняя скорость деградации СММП сверху, между соседними скважинами, м/год ...

Страница:

•  1 
•  2 
•  3 

автореферат "Криоморфогенез и литодинамика прибрежно-шельфовой зоны морей Восточной Сибири" скачать

Подобные документы

• Разработка комплексного освоения газовых месторождений в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке

  Состояние ресурсной базы по добыче газа в Восточносибирском и Дальневосточном регионе. Добывные возможности базовых месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока. Оценка стоимости добычи, транспорта российского газа на внутреннем и внешнем рынках.
  
  дипломная работа [98,1 K], добавлен 27.06.2013
  

• Береговые процессы и геоморфологические типы берегов на черноморском побережье Краснодарского края

  Сущность абразионных и аккумуляционных процессов. Основные факторы формирования рельефа береговой зоны Черного моря. Складкообразование кавказского хребта. Описание процессов абразии, денудации и физического выветривания вдоль черноморского побережья.
  
  реферат [22,7 K], добавлен 08.01.2013
  

• Инженерно-геологическая оценка морфоструктурных особенностей шельфа Черноморского побережья Кавказа

  Исследование геолого-геоморфологических особенностей строения шельфовой зоны Черноморского побережья Кавказа. Выделение морфоструктур континентального склона и приморской части Адлерско-Лазаревской, Геленджикской и Анапской зон морфометрическим методом.
  
  дипломная работа [6,2 M], добавлен 09.10.2013
  

• Шельф, его строение и полезные ископаемые

  Зоны дна Мирового океана. Понятие шельфа. Формирование шельфа. Осадки неритовой области моря. Полезные ископаемые шельфовой области. Наглядное представление о характере распределения высот суши и глубин океанского дна дает гипсометрическая кривая.
  
  курсовая работа [720,9 K], добавлен 05.10.2008
  

• Геологические условия юго-восточной части Московской области, района Раменское

  Физико-географические, геологические, геоморфологические, тектонические и гидрогеологические условия территории Москвы. Экологическое состояние и возможные проявления экзогенно-геологических процессов. Оценка природных условий участка строительства.
  
  курсовая работа [88,3 K], добавлен 21.04.2009
  

• Абразия морских берегов

  Основные типы берегов. Абразия как процесс разрушения волнами и прибоем берегов водоемов. Особенности механической, химической и термической абразии. Понятие скорости абразии. Мероприятия по борьбе с морской абразией. Состав берегозащитных сооружений.
  
  реферат [196,3 K], добавлен 04.06.2015
  

• Проектирование гидрографических исследований восточной части острова Крит

  Географическое положение, особенности климата, навигационно-гидрографические и гидрометеорологические характеристики восточной части острова Крит. Выбор технического средства для измерения глубин и определения места судна, системы координирования.
  
  курсовая работа [53,8 K], добавлен 16.10.2010
  

• Хронология позднечетвертичных флювиогляциальных катастроф на юге Сибири по новым космогенным данным

  Реконструкция палеогляциогидрологии позднего вюрма гор Южной Сибири. Наличие оледенения гор с одновременным образованием в межгорных впадинах котловинных ледниково-подпрудных озер. Датировки дилювиальных, дилювиально-озерных и озерных отложений Алтая.
  
  статья [20,6 K], добавлен 17.10.2009
  

• Геологическая роль морей и океанов

  Исследование геологических и геохимических процессов, протекающих в океанах и морях. Анализ накопления и преобразования огромной массы минеральных и органических веществ. Изучение классификации твердых полезных ископаемых, процессов осадконакопления.
  
  реферат [831,5 K], добавлен 05.06.2012
  

• Внутренние волны на внешнем и внутреннем шельфе пролива Западная Соловецкая салма по данным наблюдений 2011 года

  Описание главных особенностей внутреннего волнения в шельфовой зоне Белого моря. Общая характеристика и схема расположения районов работ выполняемых 20–24.07.2011 года. Расчет профиля частоты Вяйсяля-Брента, а также определение параметра Урселла.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 16.05.2014
  

• Типы и условия проявления метаморфизма

  Метаморфизм — преобразование горных пород под действием эндогенных процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Стадийность, зоны и фации регионального метаморфизма. Его роль в образовании месторождений полезных ископаемых.
  
  курсовая работа [2,3 M], добавлен 06.05.2014
  

• Контроль и регулирование процессов извлечения нефти

  Условия проявления капиллярных сил. Промысловые исследования капиллярных процессов при заводнении нефтеносных пластов. О механизме капиллярной пропитки в нефтеносных пластах. Характеристика капиллярных противотоков в микронеоднородной пористой среде.
  
  курсовая работа [5,9 M], добавлен 17.01.2011
  

• Процессы открытых горных работ

  Этапы расчета параметров и показателей производственных процессов на карьерах. Характеристика и назначение экскаватора ЭКГ-8И. Особенности подготовки пород к выемкам. Способы транспортирования горной массы. Основы технологий производственных процессов.
  
  дипломная работа [327,0 K], добавлен 02.01.2013
  

• Геологическая деятельность морей и океанов

  Понятие активных действиях вод Мирового океана и морей. Последствия движений вод морей и океанов. Волновые движения, их развитие на поверхности воды и возникновение под действием и по направлению ветра. Основные способы разрушения горных пород берега.
  
  курсовая работа [5,0 M], добавлен 28.06.2014
  

• Геологическая деятельность моря, воды в замкнутых водоемах. Взаимосвязь эндогенных и экзогенных геологических процессов

  Общие сведения о замкнутых понижениях. Направления геологической деятельности моря: абразия и осадкообразование. Переработка берегов водохранилищ. Сезонная и многолетняя мерзлота. Главнейшие типы геоморфологических условий в районах орошения и осушения.
  
  реферат [32,2 K], добавлен 13.10.2013
  

• Геологическая работа моря

  Основные сведения о морях: соленость и химический состав морских вод, физические характеристики, циркуляция. Морфология дна океанов и морей, органический мир. Разрушительная и аккумулятивная деятельность, осадконакопление в литоральной зоне, диагенез.
  
  реферат [1,4 M], добавлен 29.03.2011
  

• Телеметрические системы в процессе бурения

  Геолого-технические условия бурения нефтегазовых скважин Западной Сибири, условия и принципы работы телеметрических систем. Геологическое строение участка: литолого-стратиграфический разрез, доюрские образования, нефтеносность. Оборудование для бурения.
  
  отчет по практике [1,6 M], добавлен 22.04.2011
  

• Рельеф дна морей и океанов

  Подводные континентальные окраины. Шельф или материковая отмель. Континентальный или материковый склон. Глубоководные котловины окраинных морей. Типы континентальных окраин. Рельеф окраинных и внутренних морей. Моря с плоским дном и котловинные моря.
  
  курсовая работа [3,3 M], добавлен 06.12.2011
  

• Изучение перспективных зон развития ловушек углеводородов методами динамической инверсии волновой записи

  Сейсмогеологические комплексы Западной Сибири. Келловей-волжский сейсмогеологический комплекс. Стратиграфическая приуроченность залежей нефти и газа. Акустическая характеристика келловей-волжских отложений. Метод построения псевдоакустического разреза.
  
  дипломная работа [9,2 M], добавлен 16.02.2013
  

• Геологическая характеристика Кузнецкого Алатау

  Географо-экономическая характеристика Кузнецкого Алатау. Геологическое строение изучаемой территории. Стратиграфический очерк региона. Тектоника юга Сибири. История геологического развития района. Полезные ископаемые. Геолого-технический отчет.
  
  дипломная работа [108,5 K], добавлен 19.06.2011
  

Другие документы, подобные "Криоморфогенез и литодинамика прибрежно-шельфовой зоны морей Восточной Сибири"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам