Геология четвертичных отложений / КУРС ЛЕКЦИЙ / QUARTER LAST

Соответственно господствующим процессам, центры покровного оледенения являются провинциями экзарации и сноса обломочного материала.

Ледниковая аккумуляция происходит на всех фазах развития ледника, но активнее всего – при остановке и таянии. На занятых ледником территориях формируется ряд генетически сопряженных типов отложений, из которых наибольший объем занимают комплексы гляциальных, флювио- и лимногляциальных осадков. Все они распространены в зонах современного, четвертичного и дочетвертичных оледенений. Гляциальные отложения формируются непосредственной деятельностью ледникового тела. Они представлены моренами – хаотичной смесью обломков разного размера и формы, принесенных и оставленных глетчером. Если в морене находят органические остатки, их нельзя использовать для определения возраста отложений – эти остатки переотложены из других слоев. Поэтому моренные накопления считаются палеонтологически немыми. Моренные образования подразделяются на несколько типов: донная, конечная и проч. Отложения донной морены накапливаются под днищем ледника только при его наступлении, и являются главным генетическим типом ледниковых осадков. При остановках края ледника на разных фазах его развития (особенно стабилизации и деградации) возникают конечные морены. В горах создаются боковые морены. Водно-ледниковые отложения накапливаются талыми водами на протяжении всей жизни ледника. Они формируются на поверхности, внутри тела и под днищем ледника, а также перед его фрон-

том, создавая либо потоково-ледниковые, либо озерно-ледниковые накоп-

ления.

На равнинных территориях экзарации подвергались только породы ледникового ложа. Динамическое воздействие ледников приводило к различным деформациям: слои сминались в складки, выдавливались или вдавливались, возникали разрывы, сбросы и др. Подобные нарушения ледником первоначального залегания пород называют гляциодислокациями. Согласно А.В. Матвееву [17], на равнинах породы ложа вовлекались в ледник тремя способами: блоковым (отторженцами), чешуйчатым (затягиванием чешуй доледниковых отложений в движущийся ледник) и тонкос- лоистым (вмерзанием отдельных зерен). На равнинах продолжалась экзарационная деятельностью и начиналась аккумулятивная. Ледник, как правило, не надвигался единым фронтом – он выпускал языки и лопасти, уходившие далеко вперед по речным долинам и другим доледниковым понижениям рельефа. В этих долинах с наибольшей силой осуществлялась разрушительная работа: ледники вбирали в себя огромные массы рыхлых пород, потоки талых вод интенсивно размывали поверхность. Так шло обра-

63

зование долин ледникового выпахивания и размыва. Если территория под-

вергалась нескольким покровным оледенениям, то экзарация и размыв последующим ледником могли уничтожить накопления предыдущего ледника. При движении под днищем ледника накапливался слой донной морены

– уплотненных несортированных обломков. В областях сильно расчлененного рельефа ложа и значительных тектонических нарушений ледник вбирал в себя целые блоки доледниковых пород, переносил их на небольшие расстояния, и затем оставлял у самой поверхности, перекрыв слоем морены. Так возникали ледниковые отторженцы. Перед надвигающимся ледовым фронтом по дну ложбин текли талые воды, накапливая водно-

ледниковые отложения времени наступления ледника. Именно такие пото-

ки первыми достигали территории Беларуси при каждом новом оледенении, именно они оставляли первые эрратические обломки.

Достигнув предела своего распространения, ледник на какое-то время застывал на месте, иногда пульсируя, а затем начинал таять. В фазу деградации формировались все типы ледниковых и водно-ледниковых отложений, кроме донной морены. С поверхности глетчера ссыпались груды принесенных обломков, образуя вытянутые параллельно ледовому фронту гряды насыпных конечных морен. В составе обломков преобладали продукты разрушения местных доледниковых пород, хотя были распространены и валуны, принесенные издалека. Такие обломки, состав которых позволяет четко определить местоположение провинции ледникового сноса, называют руководящими валунами. Потоки талых вод размывали морену, унося и сортируя обломки, и накапливая их в ледниковых трещинах и пустотах разных размеров и конфигурации. Так закладывалось начало формированию отложений озов и камов. Иные потоки, вырвавшись из разломов ледового края, растекались широким веером по прилегающей равнине, и оставляли пологовыпуклые конусы зандровых накоплений. Местами талые воды скапливались, создавая озера – либо на поверхности ледника, либо под его днищем, либо вплотную к его краю. В этих водоемах, иногда достигавших площади в тысячи квадратных километров, горизонтальными слоями оседали на дно самые тонкие минеральные частицы: глины и алевриты, образуя лимногляциальные ленточные глины. По мере деградации, ледник оставлял на поверхности им же созданной донной морены разного рода водно-ледниковые отложения времени таяния. Абляция ледников от-

личалась неравномерностью – отдельные массивы льда, покрытые мощным слоем поверхностной морены, таяли медленно, и длительное время оставались захороненными, вплоть до начала межледниковья. Такие захо-

64

роненные блоки называют мертвым льдом. Таяние мертвых льдов вело к накоплению абляционной морены, а также озовых и камовых отложений.

Иногда температуры понижались, и край ледника в очередной раз стабилизировался. Тогда возникали пояса конечных морен и других, связанных с ними гляциальных и водно-ледниковых отложений. Нередко похолодания могли вызывать кратковременные пульсации ледника – их называют осцилляциями, и тогда глетчер продвигался на некоторое расстояние, дислоцируя им же накопленные или даже доледниковые породы, и

формируя конечные морены напора и выдавливания.

Межморенные горизонты интерстадиального ранга, содержащие органические осадки, возникали при самых теплых интерстадиалах, когда на освободившейся ото льдов территории развивались растительность и животный мир. Отличить межледниковые осадки от интерстадиальных можно по составу палеонтологических остатков. Если в межледниковья распространялась теплолюбивая и разнообразная лесная флора и фауна, то среди интерстадиальных растений и животных господствовали немногочисленные холодоустойчивые виды, родственные современным обитателям тундры и лесотундры. Во всяком случае, лесные ассоциации во время интерстадиалов на территории Беларуси формировались редко. Процессы почвообразования протекали вяло, в озерах и болотах накапливались маломощные органические осадки.

Вконечном итоге идеализированная последовательность залегания ледниковых отложений может иметь следующий вид. В основании лежат озерно-ледниковые и потоково-ледниковые отложения времени наступления ледника. Над ними залегает донная морена. Еще выше лежат пояса краевых ледниковых образований. На поверхности между этими поясами представлены озерно-ледниковые и потоково-ледниковые отложения времени отступления ледника. За внешней границей распространения морен залегают потоково-ледниковые и озерно-ледниковые осадки.

Врезультате оледенения на поверхности накапливались толщи континентальных отложений ледникового и водно-ледникового генезиса. Кардинально перестраивался рельеф: возрастала абсолютная высота и расчлененность поверхности, возникали совершенно новые генетические типы и формы рельефа.

4. 4. Геологические процессы перигляциальных зон

Ход природных процессов в ледниковые эпохи изменялся и за преде-

лами ледников – на территориях перигляциальных (экстрагляциальных,

65

криогенных) зон, где царствовала многолетняя мерзлота. Перигляциальные зоны достигали наибольшей площади в фазы трансгрессии и стабилизации края ледника. Волны холода сковывали грунты многолетней мерзлотой, изгоняли или даже уничтожали растительность и животных. Следовательно, в приледниковых районах почти прекращалось накопление органических осадков. Эти территории отличались своеобразием климата. Близость ледника обеспечивала условия, подобные которым сейчас можно наблюдать в высокогорьях: низкие температуры воздуха при значительном количества суммарной солнечной радиации. Последнее объясняется сочетанием охлаждающего влияния ледника с безоблачной погодой, поскольку над ледовой поверхностью господствовал антициклон. С ледяного щита постоянно дули сильные и сухие стоковые ветры, как ныне над Антарктидой. Соответственно климату, своеобразной была и растительность перигляциальной зоны – по составу она напоминала одновременно флору современных высокогорных степей и тундр. Здесь выживали только самые неприхотливые растения: холодоустойчивые и способные выдерживать сухость.

Геологические процессы перигляциальной зоны (многолетнемерзлых пород) связаны, в первую очередь, с расклинивающим действием замерзающих подземных вод. Это действие зависит от условий залегания и режима подземных вод, а также от характера подземных льдов. Господствовали морозное выветривание, трещинообразование, солифлюкция, крип, вспучивание грунтов, наледеобразование и другие, свойственные зоне многолетней мерзлоты. На поверхности накапливались отложения периг-

ляциальной (криогенной) формации.

Морозное выветривание является главнейшим процессом криолитозоны. Оно сопровождает все остальные происходящие здесь экзогенные явления. Благодаря морозному выветриванию в составе поверхностных пород зоны многолетней мерзлоты широко распространены алевриты.

Морозное трещинообразование заключается в том, что рыхлые осадки деятельного слоя раздавливаются замерзающей водой. Морозобойные трещины заполняются льдом, или рыхлыми мелкодисперсными обломками, или смешанной грунтово-ледовой массой, образуя морозобойные кли- нья. Они достигают максимальных размеров, когда трещина рассекает не только деятельный слой, но и многолетнемерзлые породы. Рост клиньев обусловливает деформацию вмещающих пород, в результате чего трещины обрамляются валиками выдавленных на поверхность отложений (рис. 15).

66

Рис. 15. Схема фронтального роста ледяных жил [22]:

1 – валики отгибания; 2 – новообразованное ледяное тело; 3 – размытая часть валиков; 4 – материал, переотложенный при размыве валиков; 5 – свежий пойменный аллювий; 6 – ледяная жила

Этот процесс ведет к образованию тундровых полигонов. В однородных грунтах такие полигоны имеют форму четырехугольника, а в неоднородных – неправильного многоугольника (рис. 16).

Рис. 16. Поверхность и разрез тундрового полигона [20]

Процессы морозного вспучивания слоев связаны с замерзанием тали-

ков – линз приповерхностных подземных вод. В зависимости от условий залегания таликов, формируются бугры пучения двух типов: миграционные и инъекционные. Миграционные бугры пучения образуются при промораживании надмерзлотных таликов, залегающих в торфяниках (рис. 17). После замерзания торфа вода, заключенная в нижележащих суглинистосупесчаных грунтах, начинает мигрировать к поверхности. Скопившись под панцирем льдистого торфа, вода также замерзает, увеличиваясь в объеме, и выдавливает бугор. Инъекционные бугры пучения возникают при замерзании межмерзлотных таликов, в которых водонасыщенный грунт со всех сторон сжат мерзлотой. Промерзая, талик развивает гидростатическое давление до 140 т/м2, и разжиженный грунт выдавливается в ослабленную зону, приподнимая вышележащие слои. Примером таких бугров являются гидролакколиты – куполовидные холмы с ледяным ядром, называемые в Якутии булгунняхами, а на севере Канады – пинго (рис. 18).

67

Рис. 17. Стадии образования миграционного бугра пучения [31]:

1 – торф; 2 – суглинок; 3 – шлиры сегрегационного льда; 4 – верхняя граница многолетнемерзлой породы; 5 – направление миграции воды.

Рис. 18. Стадии образования булгунняхов [31]:

1 – вода; 2 – талый грунт; 3 – мерзлая толща; 4 – лед; 5 – выжатый вверх грунт (ядро булгунняха).

На поверхности перигляциальной зоны происходят и такие процессы, как термокарст, крип, солифлюкция, курумообразование и др.

68

Термокарст – это процесс вытаивания подземных льдов и последующего проседания земной поверхности. Он происходит тогда, когда глубина сезонного оттаивания превышает глубину залегания подземных льдов. В результате термокарста возникают блюдцеобразные котловины – аласы. В разрезе аласов видны вызванные просадкой деформации слоев (изменения угла падения слоев, сбросы и др.). Если термокарстовые западины расположены вплотную друг к другу, то между ними воздымаются останцовые бугры, именуемые байджерахами [22].

Крип – это медленное гравитационное сползание обломков по поверхности склона. Замерзающая вода выталкивает обломки в направлении, перпендикулярном склону холма. При таянии обломки оседают, с каждым разом оказываясь все ниже по склону.

Солифлюкция проявляется в медленном течении рыхлых отложений поверхности склона. В теплый сезон поверхность склона оттаивает, осадки насыщаются талой водой. Лежащие глубже слои скованы льдом и играют роль водоупора. Пропитавшись водой, поверхностный пласт тяжелеет и приобретает пластичность, после чего приходит в движение, оплывая со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. Накапливающиеся у подножия слои называются солифлюксием.

Курумообразование заключается в выдавливании на поверхность крупных обломков. В холодный сезон крупные валуны промерзают быстрее, чем окружающие пески или глины. Валуны приподнимаются линзами льда. В теплое время валун прогревается быстрее, лед под ним тает. Талая вода захватывает мелкие частицы и отлагает их под валуном, не позволяя тому опуститься на первоначальную глубину. В результате многократного повторения процесса крупные обломки, вытолкнутые на поверхность, формируют курумы – каменные поля и реки. Находящиеся на склоне курумы могут двигаться вниз под действием солифлюкции или крипа.

В холодном и сухом климате перигляциальной зоны мелели реки и озера. Обмелевшие реки не могли выносить обломки, их долины заполня-

лись рыхлыми толщами перигляциального (криогенного) аллювия. На водо-

разделах, почти лишенных растительности, активно протекали эоловые процессы. Ветры раздували мелкозем, возникающий на высохшей поверхности, и накапливали лессовые отложения, являющиеся самыми яркими и достоверными свидетелями сурового климата. Если на территории не найдено горизонта морены, то по наличию лессовидных алевритов можно говорить о господстве мерзлотных (ледниковых) условий. В районах распространения рыхлых песков ветром создавались дюны, песчаные гряды и другие формы эоловых песчаных отложений.

69

4.5. Геологические процессы внеледниковых зон

имежледниковых эпох

Во внеледниковых зонах, охватывавших преимущественно тропические и экваториальные широты, климат и характер экзогенных процессов в квартере не изменялся – эти процессы, подчиняясь закону широтной зональности, были такими же, как и в неогене, как и в современности. Следовательно, здесь продолжали накапливаться те же типы осадков, что и на доледниковом этапе развития. Нужно отметить, что из-за морской регрессии, сопровождавшей каждое оледенение, площади осадконакопления на суше возрастали, а в океане сокращались. Установлено, что во время крупнейших по объему оледенений уровень Мирового океана понижался на 100–120 м [27]. Кроме того, временами увеличивалась влажность в пустынных регионах тропических широт. Связано это с тем, что развитие ледниковых покровов могло приводить к сдвигу ветровых поясов, и западные ветры, смещаясь далеко в низкие широты, приносили осадки в ныне засушливые области. Такие климатические этапы называют плювиальными. Во время плювиалов на территории Сахары возникала густая речная сеть, развивались озера. Об этом свидетельствуют не только речные и озерные осадки плейстоцена, но и найденные здесь наскальные рисунки, на которых изображены жирафы, буйволы и слоны. О том же говорят найденные в пещерах кости животных и рыболовецкие орудия древнего человека.

В межледниковые эпохи на захваченных ранее ледниками территориях умеренных широт восстанавливалась нормальная природная зональность. Соответственно климатическим этапам, формировались лесные ландшафты: таежных и смешанных лесов во время предоптимума, хвойношироколиственных и широколиственных в фазу оптимума. Тундровые животные исчезали, их место занимали обитатели лесов и лесостепей. Распространение биоты вело к развитию процессов почвообразования, активному накоплению органогенных и других типов отложений термогенной формации. Установлено, что на протяжении каждого нового межледниковья формировались специфические растительные ассоциации. Поэтому изучение флористических остатков позволяет определить возраст не только межледниковых отложений, но и стратиграфическую приуроченность вышеили нижележащих моренных горизонтов.

Резко изменялись и геолого-геоморфологические процессы. На смену морозному выветриванию приходило температурное и химическое. В условиях возросшей влажности начинались суффозионные процессы.

70

Мировой океан освобождался ото льда, испарение с его поверхности возрастало. Восстанавливалась доледниковая циркуляция атмосферы, и циклоны несли влагу на просторы материков. По наполнившимся водой руслам текли потоки, размывая и вынося обломки, загромоздившие речные долины во время оледенения. Мощь воды усиливалась возросшими уклонами русел, поскольку происходило гляциоизостатическое поднятие территории. На первом этапе межледниковья в работе рек господствовала донная эрозия, формировались надпойменные террасы. В фазу оптимума продольные профили русел приближались к кривой равновесия, скорость течения ослабевала, развившаяся боковая эрозия расширяла речные долины, достигшие стадии зрелости. Особенностью развития речных долин была унаследованность – располагались они примерно там же, где и до оледенения. На крутых склонах, не покрытых растительностью, оживало оврагообразование, а у подножий задернованных пологих склонов накапливался делювий. Рост увлажнения приводил к подъему грунтовых вод и заболачиванию, накоплению торфяников. Влажный и теплый климат обеспечивал накопление в озерах торфянистых сапропелей, если же временами климат иссушался, то на дно оседали карбонаты.

После таяния ледников возрос уровень Мирового океана. Скорость изостатического подъема суши была мала, и морские воды затапливали низины побережий. Результатом морских трансгрессий плейстоцена явилось чередование ледниково-морских и шельфовых отложений на поверхности приморских равнин севера Европы, Западной Сибири и Северной Америки.

В конце фазы постоптимума чередовались все более короткие волны тепла и продолжительные холода, усиливалась сухость; обводненность рек уменьшалась; озера заполнялись осадками, в составе которых преобладали минеральные; торфонакопление в болотах замедлялось.

Непостоянство природных условий квартера отражается в ритмичном чередовании комплексов отложений, накапливавшихся в диаметрально противоположных обстановках – ледниковых и межледниковых. Соответственно условиям формирования, четвертичную толщу Беларуси делят на три формации: гляциальную, перигляциальную и термогенную (табл. 11). Генетическая классификация четвертичных образований разработана белорусскими учеными для территорий, подвергавшихся покровным оледенениям. Изучение формаций было начато Г.И. Горецким и К.И. Лукашевым, продолжено А.В. Матвеевым, Э.А. Левковым, Б.Н. Гурским и др.

Формация – это комплекс отложений разных генетических типов, объединенных общими физико-географическими условиями седимента-

71

ции. Согласно А. В. Матвееву, “под формацией понимается совокупность генетических типов, объединяемых на основании тесных генетических связей и господствующего типа литогенеза” [17, с. 16]. Формации подразделяются на генетические типы отложений, а те, в свою очередь, на фации. Более детальная характеристика четвертичных накоплений приведена в третьей части книги.

Таблица 11

Генетические типы четвертичных отложений Беларуси

(по А. В. Матвееву)

		Межледниковая
	Ведущий	и современная	Ледниковая обстановка
		обстановка
	генетический
		Термогенная	Гляциогенная	Перигляциальная
	фактор (агент)
		формация	(ледниковая)	(криогенная)
			формация	формация
	Элювиальный	Элювий	–	Криоэлювий
	Гравитацион-	Коллювий	Гляциоколлювий	Криоколлювий
	ный			(обвально-осыпные
				отложения, солиф-
				люксий и др.)
	Аквальный	Делювий	Потоково-ледниковые	Криогенные де-
		Пролювий	(флювиогляциальные)	лювиальные,
		Аллювий *	отложения	пролювиальные
		Озерные отложения	Озерно-ледниковые	отложения
		Карстовые отложе-	(лимногляциальные)	Криоаллювий
		ния	отложения	Криогенные озер-
		Источниковые от-		ные отложения
		ложения
	Гляциальный	–	Моренные отложения	Айсберговая
				морена
	Эоловый	Эоловые отложения	–	Эоловые отложе-
				ния (лессовидные и
				песчаные)
	Биогенный	Ископаемые и со-	–	Ископаемые почвы
		временные почвы		Болотные образо-
		Болотные образо-		вания
		вания
	Техногенный	Культурные слои	–	Культурные слои
		Техногенные отло-
		жения

∙– выделены доминирующие генетические типы отложений.

72