Кандидат географических наук Ольга КОРСАКОВА, Геологический институт Кольского научного центра РАН (город Апатиты Мурманской области)

Горные породы по сути - память нашей планеты: в своем строении, составе, пространственном распределении они зафиксировали события, отделенные от нас сотнями тысяч и миллионами лет. Так, в плейстоцене (1,8 млн. 10 тыс. лет назад) Кольский полуостров многократно подвергался оледенениям и морским наводнениям - трансгрессиям, затем наступил голоцен (около 10 тыс. лет тому назад - по настоящее время) и проявились последствия минувших геологических событий - гляциоизостатическое поднятие суши, миграция уровня моря и даже землетрясения. А судить об этом мы можем, анализируя осадки и рельеф, формировавшиеся в данной эпохе. Заглянуть в далекое прошлое позволили исследования, проведенные в рамках Международного полярного года 2007 - 2008.

Из-за своего географического положения в высоких широтах Субарктики европейского сектора Евразии Кольский полуостров многократно оказывался на пути движения и в сфере влияния плейстоценовых покровных ледников. Достоверно установлено: только во второй половине этой геологической эпохи минимум трижды ледяные щиты давили, сдирали, выпахивали и перетаскивали горные породы. Талые воды, возвращаясь в океан, откуда они когда-то были изъяты, на своем пути к Баренцеву и Белому морям перемывали рыхлые осадки, оставляя за собой видоизмененную поверхность. Сегодня здесь можно наблюдать все типы морен и флювиогляциальных отложений, образующих соответствующие формы рельефа.

Но оказывается, влияние тех событий ощущается на всем протяжении голоцена, когда приповерхностная часть земной коры Кольского полуострова как

бы сбрасывает былой гнет, медленно поднимаясь, распрямляясь после того, как последний, поздневалдайский, ледник продавил ее своей тяжестью. Наиболее очевидный эффект этого процесса - гляциоизостатическое* поднятие суши и гляциоэвстатическое** изменение уровня моря, в результате чего на побережье образовалась особая последовательность осадков. Иногда послеледниковая релаксация проявлялась судорогами-землетрясениями, следы которых остались в горных породах и рельефе. Все эти признаки реакции земной коры на прошлую нагрузку были объектами исследования, проведенного по ныне завершенной программе Президиума РАН "Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы" в рамках Международного полярного года. Работу выполняли сотрудники лаборатории геологии и минерагении кайнозойских отложений нашего института, в том числе доктор геолого-минералогических наук Владимир Евзеров, кандидаты геолого-минералогических наук Василий Колька, Светлана Николаева и др.

КОГДА НАРУШИЛОСЬ ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Кольский полуостров - это северо-восточная часть Балтийского кристаллического щита. Вопреки устоявшемуся среди многих специалистов мнению о стабильности подобных структур (не зря их назвали щитами) выяснилось: здесь мы имеем дело с тектонически активным районом планеты. Отечественный геолог Юрий Мещеряков еще в XX в. писал, что Балтийский щит за 12000 - 15000 лет поднялся так, как Кавказ за 750000.

Есть геофизические данные, свидетельствующие, что геологические структуры нашей планеты в целом находятся в состоянии близком к равновесию, что связано с изостазией. Представляющие собой равнины или дно океанов участки земной коры легче, чем соотносящиеся с горами, разница же в весе компенсируется их мощностью (в среднем меньшей под равнинами и океанами, чем под горными системами) и неодинаковой плотностью подстилающих пород.

По мнению члена-корреспондента РАН Евгения Артюшкова и доктора технических наук Михаила Артемьева из Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, причиной изостатического равновесия и

* Гляциоизостазия (от лат. glacies - лед и изостазия) - вертикальные движения земной коры в областях современного и плейстоценового оледенения, вызываемые дополнительной нагрузкой от ледниковых покровов (опускания) и ее исчезновением при стаивании ледников (поднятия); изостазия (от греч. stasis - состояние) - равновесное состояние верхних горизонтов Земли (коры, литосферы), проявляющееся в том, что на определенной глубине (глубина компенсации 100 - 150 км) в недрах происходит выравнивание давления вышележащих горизонтов (прим. авт.).

** Гляциоэвстатическое - связанное с колебаниями уровня Мирового океана, обусловленными оттоком и притоком в него воды из-за образования и таяния ледниковых покровов (прим. авт.).

Схема смены морских условий осадконакопления на пресноводные при гляциоизостатическом поднятии побережья и регрессии береговой линии моря (составлена В. Колькой).

Валы, образованные при регрессии береговой линии Баренцева моря.

движений геологических структур является астеносфера, т.е. слой пониженной твердости, прочности и вязкости, расположенный на глубине 50 - 100 км. Однако такое равновесие может нарушаться при образовании и таянии ледников, создании и спуске водохранилищ и тому подобных процессов, протекающих на земной поверхности, отчего она будет прогибаться или вздыматься. При ледниковом гнете астеносфера в определенном участке как бы утончается, выдавливаемая навалившейся массой, а при снятии нагрузки возвращается в исходное состояние и восстанавливает свою мощность в этом месте. На протяжении плейстоцен-голоценового времени отдельные участки, в частности Кольского полуострова, многократно подвергались таким воздействиям.

Конечно, изостазия здесь - не единственный фактор изменения высотного положения поверхности суши. Действуют и тектонические силы, унаследованные от давних геологических времен и связанные с процессами, протекающими в недрах Земли. Однако хоть они и вносят лепту в общий результат, основная причина новейших изменений положения поверхности и очертаний изучаемого полуострова все же гляциоизостазия.

В связи с ростом и последующим таянием плейстоценовых ледников менялось положение поверхности не только суши, но и моря, ибо значительная часть воды Мирового океана оказывалась на материке в замерзшем виде, отчего его уровень понижался, а затем вновь поднимался после ее возвращения. Так, при развитии поздневалдайского оледенения уровень омывающих Кольский полуостров Баренцева и Белого морей, как и всего Мирового океана, временно опускался на 100 - 200 м по сравнению с современным, т. е. имело место его гляциоэвстатическое изменение.

В поздне- и послеледниковое время, в самом конце плейстоцена и в голоцене полуостров подвергался значительному гляциоизостатическому вздыманию из-за снятия нагрузки после таяния последнего здесь ледникового покрова, но и уровень окружающих его морей испытывал гляциоэвстатическое поднятие. Взаимоотношение этих двух одновременных и однонаправленных процессов проявилось в зависимости от темпов каждого из них в виде длительной регрессии береговой линии Баренцева и Белого морей, прерывавшееся малоамплитудными и кратковременными морскими трансгрессиями в периоды преобладания гляциоэвстатического поднятия.

РОЖДЕННЫЕ В "ПРОТИВОБОРСТВЕ" СУШИ И МОРЯ

Существуют геофизические и геодезические подходы, позволяющие судить о темпах и масштабах движений отдельных участков земной коры. Однако на Кольском полуострове мы использовали иные - геологические и геоморфологические - методы изучения отложений и форм рельефа, представленных на побережье, поскольку именно тут наиболее выражены последствия совместного изменения пространственного положения поверхности суши и моря: о протекавших процессах свидетельствуют миграция береговой линии, особенности накопления осадков и образования рельефа.

Наиболее достоверный источник информации для палеогеографических реконструкций - последовательность форм рельефа и осадков. Поэтому в пределах небольших участков побережья мы исследовали

отложения озерных котловин, размещенных на разных гипсометрических уровнях - от современной береговой линии до ее верхней границы, соответствующей положению древнего моря при самом низком положении суши. На ранних этапах голоцена это были небольшие впадины на морском дне. В зависимости от высотной локализации они, по мере поднятия, в разное время отделялись от моря, и условия накопления осадков в них становились иными. Сегодня всю геологическую летопись произошедших изменений можно прочитать, изучив разрезы донных отложений озер.

Нам удалось восстановить седиментационную последовательность осадков, представленную пятью фациальными* их разновидностями. Если рассматривать полный разрез, отражающий все главные геологические события позднего послеледникового времени, то в основании его обычно залегает неслоистая, неясно слоистая или ленточная глина с диатомовыми водорослями, обитавшими в пресноводных перигляциальных** озерах - фация приледникового озера (ей присвоен номер I). Выше находятся переслаивающиеся чистые пески, алевриты, глины, содержащие органику и комплекс диатомей, относящиеся к стадии позднеледниковой ингрессии*** моря - осадки транзитной зоны, переходной от пресноводных приледниковых условий седиментации к морским (фация II). Следует отметить, что на побережье Баренцева моря (в отличие от Белого) перечисленные слои в разрезах отсутствуют, а значит, здесь перигляциальных озерных водоемов в позднеледниковье не было, ледник же спускался прямо в море.

Еще выше по разрезу залегает алеврит, песок с раковинами моллюсков, створками морских и солоноватоводных видов диатомовых водорослей - осадки морской фации (III). Их перекрывают слоистые или неяснослоистые гиттия**** и алеврит, в которых диатомей поначалу были представлены морскими видами, позднее - пресноводными. Это отложения еще одной транзитной зоны, переходной от морских условий седиментации к озерным (IV). Венчают разрез гиттия или торф, где пресноводные виды упомянутой флоры доминируют - фация пресноводного озера или болота (V).

Положение древней береговой линии в разрезах соответствует фации IV. Для его определения в каждой котловине детально изучали керн донных осадков с помощью диатомового анализа и затем радиоуглеродным методом устанавливали возраст, а также абсолютную высоту порога стока воды из озера; она-то и указывает, где проходила кромка воды на начальном этапе его изоляции от моря.

Используя сведения о характере переходных зон, возрасте их осадков с учетом положения порогов стока для озерных котловин, расположенных на побережье на разной высоте, мы составили графики изменения положения береговой линии моря во времени и таким образом определили скорость относительного поднятия суши. Данную методику для изучения гляциоизостатического изменения положения ее поверхности предложили скандинавские ученые Джоаким Доннер, Матти Эронен, Хогне Джангнер, в 1977 г. опубликовавшие совместную статью в Норвежском географическом журнале.

Еще явственнее опережающее поднятие суши отражено в сериях береговых форм рельефа. Речь идет о валах и террасах, формировавшихся по мере отступания моря: те из них, что расположены выше по склону, всегда старше находящихся ближе к воде. Вместе они образуют как бы лестницу, по которой береговая линия опускалась все ниже и ниже. Сотрудники нашего института Владимир Евзеров и Василий Колька в течение 15 лет изучают их в разных

* Фации - участки стратиграфического горизонта, сложенные отложениями одного возраста, но разного петрографического состава и с разными органическими остатками (прим. ред.).

** Перигляциальные - расположенные непосредственно у края ледника (прим. авт.).

*** Ингрессия - затопление понижений рельефа прибрежной суши водами моря при повышении его уровня или тектоническом погружении берега (прим. авт.).

**** Гйттия (от швед, gyttja - ил, тина) - озерные отложения, образовавшиеся из отмерших остатков микроскопических животных, растений и минеральных примесей; то же, что сапропель (прим. авт.).

Керн скважины, вскрывшей осадки переходной зоны, накапливавшиеся, когда морские условия седиментации сменились пресноводными озерными.

районах Кольского полуострова, прилегающих к нему полуостровов Рыбачьего, Среднего, Турьего.

На геоморфологических профилях, в особенности построенных для восточной части данного региона, обычно присутствуют один или несколько выдающихся валов, образование которых происходило в результате штормовой активности моря при длительно стабильном положении береговой линии или кратковременном ее поднятии. Чтобы определить возраст названных форм рельефа, данные геоморфологического исследования сопоставляли с приведенными выше характеристиками донных отложений.

ТЕМПЫ ПОДНЯТИЯ СУШИ

Огромный фактический материал, полученный для Кольского региона учеными нашего института при выполнении работ в рамках Международного полярного года 2007 - 2008, а также добытый ранее, в том числе в сотрудничестве с норвежскими коллегами Якобом Мёллером и Джеффри Корнером из университета города Тромсё, позволил оценить темпы гляциоизостатического поднятия суши в разные этапы позднеледниковья и голоцена, происходящего на фоне эвстатического роста уровня моря. Установлена общая последовательность палеогеографического развития полуострова. Во время максимума последнего оледенения он, как и депрессия Белого моря, был занят ледником. По мере его таяния и отступания в направлении с востока на запад на обнажавшейся поверхности оставались многочисленные морены, ледниковые гряды и возвышенности, маркирующие длительные "привалы" ледникового фронта. Формировался грядово-кольцевой рельеф, свидетельствующий об отчленении крупных глыб мертвого льда, уже потерявшего динамическую активность, образовывались подпрудные озера с многочисленными дельтами, озы, камы* и иные формы, связанные с деятельностью ледника и талых вод.

В отличие от Баренцева моря в депрессии Белого на стадии дегляциации примерно 12,5 - 11,0 тыс. лет назад существовали один или несколько приледниковых пресноводных бассейна. Именно с ними связаны верхние уровни береговой линии в виде нерегулярных и эпизодически представленных валов, а также соответствующие осадки в озерных котловинах побережья. Главной причиной, из-за которой в беломорской депрессии место одноименного резервуара занимало пресноводное озеро, стала интересная ситуация, сложившаяся в это время в районе пролива Горло Белого моря. Тут находился сухопутный мост, соединявший Кольский полуостров и архангельский берег. Он препятствовал проникновению моря в названную депрессию, ибо значительный объем воды еще находился в мерзлом виде и уровень моря был слишком низок.

Изучая разрезы осадков, накопившихся в поздне-послеледниковое время, мы установили: морские воды стали поступать в Беломорское ледниковое озеро приблизительно 11 тыс. лет назад. А около 10 тыс. лет назад в депрессии Белого моря уже установился нормальный режим. Именно тогда имела место малоамплитудная трансгрессия моря - ведь из-за огромного объема поступающих в океан талых ледниковых вод гляциоэвстатическое поднятие его уровня опережало гляциоизостатическое движение суши.

Примерно 9 тыс. лет назад здесь началось регрессивное перемещение уровня моря со скоростью, убывавшей со временем. В период 8 - 5 тыс. лет назад этот процесс замедлился: на западе Кольского полу-

* Озы - крутосклонные вытянутые от сотен метров до 30 - 40 км гряды шириной от нескольких метров до 2 - 3 км; камы - холмы высотой 6 - 12 м (порой до 30), сложенные сортированными слоистыми песками, галечниками и гравием, иногда прикрытые сверху плащом морены (прим. ред.).

Для одного из участков на побережье Кандалакшского залива Белого моря (A) построен график относительного перемещения береговой линии моря (B) по характеристикам донных отложений в озерных котловинах.

острова остановился вообще, а на востоке сменился кратковременной трансгрессией, отмечаемой в бассейне Северного Ледовитого океана и получившей название Тапес. Тогда скорости гляциоизостатического поднятия суши и гляциоэвстатического повышения уровня моря совпали, а в восточной части полуострова, освободившейся от ледника раньше других его районов, наступление моря шло даже с опережающими темпами. Именно в таких условиях формировались упомянутые аккумулятивные террасы и выдающиеся в рельефе валы. В позднем голоцене береговая линия медленно опускается - ведь еще ощутимы отголоски того сильного давления, что оказал на земную поверхность последний ледник, растаявший всего около 10 тыс. лет назад. Это происходит, несмотря на повышение уровня моря. Известно, что за последние 130 лет из-за потепления климата, термического расширения воды и прироста ее массы уровень Мирового океана поднялся на 20 см.

Проведя исследования, мы установили: из-за разной амплитуды и скорости относительного гляциоизостатического поднятия суши верхняя морская граница на Кольском полуострове сегодня находится на различных высотных отметках над уровнем воды. Современное положение изменяется от 2 м на востоке, в районе реки Поной, до 25 м около мыса Корабль, расположенного западнее устья реки Варзуга, в восточной части Кандалакшского берега Белого моря. Далее к западу она поднимается до 70 м вблизи полуострова Турий, а в вершине Кандалакшского залива и на южном его берегу достигает уже 117 - 120 м.

Такое пространственное положение верхней морской границы закономерно, ибо чем ближе к центру оледенения, тем больше амплитуда гляциоизостатического поднятия. Последний ледник зародился в Скандинавии в вершине Ботнического залива Балтийского моря. Если изобразить величину поднятия суши изолиниями, то они обрисуют вокруг центра оледенения купол и на Кольском полуострове окажется его восточный сегмент.

Сегодня для разных районов полуострова и прилегающих территорий есть достаточно надежные данные, характеризующие скорость гляциоизостатического поднятия суши, оцененную относительно положения уровня моря. Так, Владимир Евзеров и Василий Колька, проводившие работы по данной тематике сперва в сотрудничестве с норвежскими коллегами, а потом самостоятельно, установили: побережье Баренцева моря в районе реки Паз в период 10 - 8 тыс. радиоуглеродных лет назад поднималось со скоростью примерно 3 см в год. Позже движение замедлилось - в среднем до 4 мм в год. Другой район на севере Кольского полуострова в пределах западного побережья одноименного залива - в период 10 - 9 тыс. лет назад стал резко вздыматься со скоростью 4 - 5 см в год, позже - примерно между 7 и 4 тыс. лет - снизил ее до 5 мм, а затем - до 2 - 3 мм в год.

Кольское побережье Белого моря также гляциоизостатически поднимается со скоростью, убывающей со временем. Определено: восточная часть Кандалакшского берега в голоцене(примерно 9 тыс. лет назад) начала "распрямляться", ежегодно преодолевая дистанцию в 1 см, в последние 3 тыс. лет она продвигалась приблизительно на 5 мм в год. А на западе названного района аналогичный процесс в позднеледниковье протекал со скоростью 4 - 5 см в год, в самом начале голоцена - 1,2 см в год. Во временном интервале между 8 и 6 тыс. радиоуглеродных лет он, как и везде, еще больше замедлился так, что его скорость и скорость эвстатического повышения уровня моря, характерного для морской трансгрессии Тапес, почти сравнялись. Позже, в интервале 6 - 4,2 тыс. лет назад, имело место ускорение - до 2,1 см в год, а в последние 4 тыс. радиоуглеродных лет повторное замедление - до 5 мм в год.

Противоположный, юго-западный берег Кандалакшского залива Белого моря (речь идет уже о ка-

Схема изобаз (линий, соединяющих точки с одинаковыми значениями перемещения, м) относительного поднятия суши за последние 9 тыс. радиоуглеродных лет. Цифрами (1 - 7) показаны изученные участки.

рельской стороне) в период 10 - 9 тыс. радиоуглеродных лет назад поднимался со скоростью 4 - 7 см в год, 9 - 3 тыс. лет назад - около 1 см, что в два раза медленнее, чем движение восточного берега и в 4 раза - вершины залива. Последующие 3 тыс. лет относительное гляциоизостатическое поднятие тоже замедляется до 5 мм в год, т.е. все происходит как и в других изучаемых нами районах.

Итак, данные подтверждают куполообразную форму гляциоизостатического воздымания Кольского полуострова в голоцене, при которой наиболее контрастные перемещения поверхности происходили в его юго-западной части, наиболее приближенной к центру оледенения.

Добавим: подобные реконструкции по программе Международного полярного года сотрудники нашего института проводили не только для Кольского региона, но и для карельского берега Белого моря. Оказалось, в беломорской депрессии в голоцене на фоне гляциоизостатического поднятия проявлялись и собственно тектонические движения, причем нисходящие. Они связаны с эндогенной активностью такой геологической структуры, как Кандалакшский грабен*. Однако эта тема выходит за рамки данной статьи.

СИЛА ДРЕВНИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Из-за разрядки напряжения земной коры, созданного когда-то ледником, на Кольском полуострове в голоцене происходили достаточно сильные землетрясения. В итоге на поверхности появлялись рвы, сбросовые уступы, трещины-ущелья, связанные с активизацией древних и новейших разломов. Кроме того, тут известны деформации встряхивания, возникающие при колебательных сейсмических воздействиях за счет нарушения прочностных свойств, структурных связей и сплошности** пород. К ним относятся крупные смещенные блоки скальных пород, отчленившиеся от уступа, но сохранившие близкое к вертикальному положение (так называемые столбы отседания), раздробленные участки склонов и прилегающих поверхностей с системами зияющих трещин и провалов шириной от 0,4 до 12 - 20 м, глубиной более 5 м. Есть и сейсмогравитационные деформации - обвалы, оползни, осыпи, отличающиеся от обычных склоновых образований характером слагающего их материала, размерами обломков и другими признаками.

Доказано: многочисленные сейсмические формы и явления появляются на земной поверхности не изолированно, а в закономерном сочетании. В итоге образуются так называемые сейсмогенные структуры в виде совокупности соответствующих деформаций и сопровождающих их процессов. Сотрудница нашего института Светлана Николаева достоверно установила: в Кольском регионе существует три таких - Мурманская, Териберская и Печенгская. Предполагается наличие и других, пока неизвестных подобных образований.

* Грабен - участок земной коры, опущенный относительно окружающей местности по крутым или вертикальным тектоническим разломам (прим. ред.).

** Сплошность горных пород - оценка их способности (меняющейся в связи с возникновением внутриструктурных нарушений - трещин, пор и др.) передавать давление внешней жидкостной или газовой среды (прим. ред.).

Кроме того, следы древних сильных землетрясений обнаружены и в рыхлых отложениях (озерных, дельтовых, ледниково-морских) в виде сбросов, надвигов, складок и перемятых осадков, прорывов песчаной массы вверх, затеков песков в глины, отмеченных в разрезах по долинам рек Печенга, Кола, Ура и т.д.

Используя палеосейсмогеологический метод, разработанный в начале 1960-х годов геофизиком членом-корреспондентом АН СССР Виктором Солоненко, Николаева оценила силу древних землетрясений. Так, формы рельефа, обнаруженные в составе Мурманской сейсмогенной структуры, сформировались при их интенсивности в 8 - 9 баллов, в Териберской - 7 - 8, в Печенгской - не менее 6 - 7 баллов по шкале MSK-64*, что может соответствовать значениям в 6 - 7 магнитуд. Более того, Николаева установила: столь сильные катаклизмы случались в раннем голоцене минимум дважды - около 9 тыс. лет назад в районе Мурманска и в интервале 8,5 - 8,0 тыс. лет назад в районе Печенгской структуры. Трясло Кольский полуостров и прилегающую территорию Балтийского щита и позже. И хотя к настоящему времени интенсивность и частота таких процессов уменьшились, достаточно высокий сейсмический потенциал указанного щита и особенно отдельных его районов, например, тектонически активных ныне структур Хибин и Ловозера, соответствующих самым высоким в регионе одноименным горным массивам, может реализоваться не только в виде слабых толчков, но и способствовать более значительным событиям. Пока самым сильным в Кольском регионе стало землетрясение 1627 г., произошедшее в районе Кандалакшского залива с магнитудой 6,5 ± 0,5 и интенсивностью 8 баллов.

Исследования рельефа и плейстоценголоценовых отложений, позволяющие нам реконструировать гляциоизостатические перемещения суши, эвстатические изменения уровня моря и лучше изучить эндогенную тектоническую активность и палеосейсмичность северо-восточной части Балтийского щита, куда входит Кольский полуостров, продолжаются. И, вероятно, принесут еще немало открытий.

* 12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника разработана в 1964 г. и получила широкое распространение в СССР и Европе, ныне ее используют в России и странах СНГ (прим. авт.).

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: