КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 17-17-01289

НазваниеПерестройка систем стока и миграция главного водораздела Русской равнины в последнюю ледниковую эпоху

РуководительПанин Андрей Валерьевич, Доктор географических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии Российской Академии наук, г Москва

Года выполнения2017 - 2019

КонкурсКонкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-701 - Палеогеография

Ключевые словавалдайское оледенение, Скандинавский ледниковый щит, ледниково-подпрудные озера, перестройка речных систем, верхняя Волга, верхний Днепр, Кельтминский спиллвей

Код ГРНТИ38.43.19


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Последнее покровное оледенение на севере Русской равнины сопровождалось подпруживанием рек и формированием крупных приледниковых озер. Перелив этих озер через водоразделы приводил к перераспределению стока воды и изменениям водного баланса в региональном масштабе. По окончании ледниковой эпохи доледниковые направления стока восстановились лишь частично. Часть речных долин была покинута и, напротив, часть долин в составе современных флювиальных систем образовалась в позднее- и послеледниковое время. Понимание процессов перестройки систем стока в связи с влиянием последнего ледникового покрова и знание их хронологии необходимо для решения широкого спектра задач палеогеографии конца четвертичного периода на Русской равнине от реконструкции истории уровенного режима внутренних морей до изучения путей расселения древнего человека. Между тем, многие вопросы, касающиеся палеогеографии приледниковых подпрудных озер, далеки от разрешения. Ареалы затопления, уровни поднятия воды по отношению к порогам стока, места перелива подпруженных вод, перестройки долинных систем – эти вопросы решались, в основном, на основании анализа морфологии рельефа по картографическим источникам. Практически нет геологически подтвержденных фактов, т.е. доказанного существования отложений соответствующего генезиса и возраста, которые свидетельствовали бы о наличии или отсутствии перетока вод из подпрудных водоемов в бассейны Камы, средней Волги, Оки, среднего Днепра в последний ледниковый максимум и в позднеледниковье. Не существует прямых определений возраста этих событий, равно как и времени перестройки речных долин. С проблемой перестройки флювиальных систем и реверсирования стока тесно связан вопрос пространственной реконструкции ледниковых щитов. Однако, в отличие от всей остальной периферии Скандинавского ледникового щита, в его юго-восточном секторе, т.е. на северо-западе Русской равнины, в последние 40 лет не проводилось специальных изысканий по уточнению максимальной границы оледенения. Настоящий проект предполагает получение прямых геологических данных об осадках подпрудных озер, о строении потенциальных спиллвеев (мест перелива воды), долин прорыва и брошенных речных долин. Предполагается диагностирование следов подпрудных озер времени максимума последнего оледенения в бассейнах Верхнего Днепра, Верхней Волги и Вычегды, определение площади их распространения, уровней подъема воды. Бурением и геофизическими методами (георадиолокация, электротомография) будут изучены долины прорыва Волги у Плеса и Тутаева, Днепра ниже Смоленска, брошенные долины Днепра и верховий Волги, Кельтминская сквозная долина, соединяющая бассейны Вычегды и Камы и служившая, по мнению многих исследователей, путем стока подпрудных вод из бассейнов Белого и Баренцева морей в бассейн Каспия. На основе изучения данных дистанционного зондирования и новых цифровых моделей рельефа высокого разрешения и полевых исследований на трех ключевых участках (Смоленско-Дорогобужское Поднепровье, Валдайская возвышенность, узел слияния Вычегды и Северной Двины) будет проведено уточнение максимальной границы последнего оледенения на северо-западе Русской равнины.

Ожидаемые результаты
1. Будут реконструированы направления стока верхнего Днепра и верхней Волги в доледниковое (довалдайское) время, установлен механизма перестройки систем стока и определено время, когда сформировались в современном виде верховья трех крупнейших речных систем – Днепра, Волги и Северной Двины/Вычегды, а главный водораздел Русской равнины занял современное положение. 2. На основании прямых геологических данных будут определены ареалы и уровни подпрудных озер перед краем Скандинавского ледникового щита в последний ледниковый максимум. Будут определены места существования переливов через водоразделы, а сами переливы будут датированы методами абсолютной геохронологии. 3. Будет уточнена максимальная граница Скандинавского ледникового покрова в его юго-восточном секторе. Будут получены ответы на дискуссионные вопросы: перекрывалась ли ледником долина верхнего Днепра, где располагалась граница ледника в истоках Волги, была ли занята ледником долина нижней Вычегды. Полученные результаты позволят поднять изученность проблемы ледниковой трансформации систем стока на северо-западе России до уровней, достигнутых в последние десятилетия в Центральной и Северо-Западной Европе и Северной Америке. Полученные результаты будут иметь значение в следующих областях знания: 1. Для тестирования климатических моделей на Европейскую часть России по палеоданным и выполнения среднесрочных прогнозов стока и состояния Каспийского и Черного морей при современных изменениях климата. 2. Для определения природных условий и реконструкции путей заселения северо-запада России в позднеледниковье и голоцене, поиска новых археологических памятников. 3. Для поиска месторождений нерудных полезных ископаемых, связанных с осадконакоплением в водной среде (песчано-гравийные смеси, глины).


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Работы по проекту ведутся в бассейнах трех крупных рек вдоль края последнего ледникового покрова – верхнего Днепра, верхней Волги и Вычегды. Цель исследований – выяснить, как под влиянием ледника в процессе оледенения и после него перестраивалась система стока поверхностных вод. В 2017 г выполнены следующие работы и получены следующие результаты. 1. Верхний Днепр. 1а. Проведены работы по уточнению границы последнего (поздневалдайского) оледенения. В карьерах и расчистках изучен ряд разрезов, вскрывающих строение форм рельефа грядово-холмистого ландшафта. В результате выявлен участок развития водно-ледникового (озово-камового) рельефа, перекрывающего долину Днепра восточнее Смоленска, и на этом основании предложено провести максимальную границу последнего ледника на 80-100 км южнее ее положения, принятого в литературе. Выявлен также второй участок, где ледник достигал долины Днепра, в 15 км к западу от Смоленска. 1б. Проведены работы по изучению перестройки долины верхнего Днепра под воздействием последнего оледенения, включавшие геологические и геофизические исследования – изучение разрезов, электротомографическое и георадиолокационное профилирование через современную и древнюю долины Днепра. Установлено, что долина Днепра была заложена еще до последнего оледенения, однако подверглась значительной перестройке в последнюю ледниковую эпоху. Предложена следующая рабочая модель развития долины. На участке от Смоленска до Дорогобужа долина была перекрыта языком последнего ледника и восстановилась в позднеледниковье, прорезав путь сквозь озово-камовые ландшафты. 20-километровый отрезок долины в г. Смоленске и к западу от него сохранился с довалдайского времени. Ниже по течению пра-Днепр в довалдайское время поворачивал на северо-запад в бассейн Балтийского моря. В максимальную фазу последнего оледенения река была перегорожена ледником и повернула на юго-запад, образовав долину прорыва в районе дер. Чекулино и Волково. Видимо, только с этого времени верхний Днепр стал частью бассейна Черного моря. Старая долина Днепра не была полностью переработана ледником и сохранилась в рельефе в виде широкой ложбины, наследуемой сейчас малыми реками Катынкой, Касплей и др. 2. Верхняя Волга. Работы проведены на двух участках долины Волги и ее притоков (в районе г. Плеса Костромской области и в районе г. Селижарово Тверской области), а также маршрутами по территории Верхневолжской низины. 2а. Долина Волги в районе г.Плеса. Считается, что перед последним оледенением здесь проходил водораздел, и верхняя Волга была присоединена к остальной части волжского бассейна лишь в одну из фаз деградации последнего ледника вследствие «перепиливания» Галичско-Чухломской гряды и спуска верхневолжских приледниковых озер. Результаты полевых работ и ГИС-моделирования, дополненные фондовыми данными, позволяют исключить перелив вод из приледникового озерного водоема в позднем валдае из числа механизмов прорыва Волги у г. Плеса, а также существенно скорректировать представления о возможных уровнях Верхневолжских озер. Для перелива через Галичско-Чухломскую гряду необходим подъем уровня выше 130 м абс., что могло достигаться только если долина Тезы была перегорожена, например, большой глыбой мертвого льда. Такие условия могли складываться в последний раз только при деградации московского оледенения. На этом основании выдвинуто предположение о более древнем, позднемосковском возрасте долины прорыва у г. Плеса. 2б. Бассейн Волги в районе пгт. Селижарово и оз. Селигер. Проведены работы по уточнению границы поздневалдайского оледенения в пределах Верхневолжской низины. На основании анализа цифровых моделей рельефа и космических снимков идентифицированы формы рельефа, потенциально свидетельствующие о положении границы ледника (конечно-моренные гряды и холмы, маргинальные ложбины стока, озы и камы). Изучены карьеры, вскрывающие эти формы. Установлено, что ранее предложенные границы максимальной стадии поздневалдайского оледенения с высокой долей вероятности можно отнести к стадиям деградации московского ледникового покрова. На основании полевых исследований и фондовых материалов выявлены разрезы, содержащие две морены, разделенные между собой толщей озерно-болотных отложений. Пространственное положение таких разрезов и морфология рельефа позволяют провести границу поздневалдайского ледника к северо-западу от пгт. Селижарово, в районе д. Селище. 2в. Проведены маршрутные исследования с заложением шурфов на территории Ярославско-Костромского Поволжья, в его западной части, ограниченной на востоке Галичско-Чухломской грядой, с целью картографирования озерных отложений и погребенных почв стадии МИС3. Установлено широкое развитие на территории т.н. двучленных наносов – супесчано-песчаных отложений, подстилаемых моренными суглинками. Предполагается что такое строение покровного комплекса указывает на перемыв поверхности водами приледниковых озер. Построена карта двучленных наносов Верхневолжья. В Ярославском Поволжье эти отложения занимают более 1 тыс. кв. км, имеют прерывистое распространение и залегают на высотах 110–180 м абс. (преобладающие уровни –140–170 м). 3. Бассейн р. Вычегды. Работы проведены на двух участках – в долине средней и нижней Вычегды и в Кельтминской палеодолине на междуречье Вычегды и Камы. 3а. Долина средней и нижней Вычегды. На моторной лодке и автомобиле был пройден участок долины протяженностью около 350 км от Сыктывкара до Котласа (устье), изучено более 40 береговых обнажений. Выделены основные геоморфологические уровни, соответствующие этапам развития долины: мореная равнина вычегодского (московского) возраста, терраса высотой 18-20 м (МИС 6 – МИС 4), терраса 14-17 м (МИС 3), терраса 5-7 м (МИС 2, образованная как до, так и после последнего ледникового максимума – LGM). В результате не обнаружено следов присутствия в долине языков последнего ледника, как предполагалось в некоторых недавних публикациях. Все мореные образования по берегам Вычегды относятся к эпохе московского оледенения (МИС 6). Упомянутые в ряде публикаций конечно-моренные образования времени МИС 2 оказались на поверку высокой речной террасой (конец МИС 6 – МИС 4). Следы распространения подпрудного озера времени LGM имеются в долине Вычегды лишь на приустьевом участке (в 20-30 км от устья) на уровне не выше 60-65 м абс. На более высоких разновозрастных террасовых уровнях не обнаружено отложений, свидетельствовавших бы о подъеме уровня этого озера до высоты 130 м, необходимом для перелива через Кельтминский спиллвей в бассейн Камы. 3б. Кельтминская палеодолина. Палеодолина пересекает междуречье Вычегды и Камы (возвышенность Северные Увалы). Из публикаций и фондовых материалов было известно, что современная пологая ложбина скрывает погребенный каньон глубиной более 60 м, по которому в раннечетвертичное время шел сток из современного бассейна Камы в Арктический бассейн. Популярна идея, что в последнюю ледниковую эпоху здесь происходило реверсирование стока: подпрудное озеро, заполнявшее долину Вычегды, переливалось на юг в Каму. С целью тестирования этой гипотезы проведено изучение геологического строения палеодолины. Поперек нее выполнено геофизическое профилирование (электротомография, георадиолокация). Длина профиля составила 8,5 км. Пробурены три скважины глубиной до 45 м. По результатам электротомографии всю долину можно разделить на две части: южную и северную. В основании разреза находятся пермские коренные породы, кровля которых, поднимаясь в центральной части профиля, делит Кельтминскую долину на два погребенных вреза. Двум палеодолинам соответствуют две неглубокие долины современных рек, протекающих по Кельтминской палеодолине – Сев. Кельтмы и Кушмана. Глубина врезов в тальвегах составляет 60 и 75 м соответственно. Дно палеодолин выстлано песками мощностью от 7 до 20 м, средняя часть разреза сложена суглинками, повторяющими форму кровли коренных пород – озерно-ледниковыми отложениями, вероятно, ранних этапов московской ледниковой эпохи (МИС 6). Выше них в центральной буровой скважине встречен слой морены небольшой мощности (вероятно, московской). Выше залегают аллювиальные разнозернистые пески и оторфованные суглинки. Верхняя часть разреза всюду представлена хорошо сортированными мелкозернистыми песками, которые плащеобразно перекрывают дно палеодолины по всей его ширине и заходят на ее склоны. Эти отложения интерпретированы как эоловые. Таким образом, с начала позднего плейстоцена по дну долины протекают современные реки. По всей ширине долины, за исключением голоценовых пойм, древнеаллювиальные отложения перекрываются плащом эолового песка (вероятно, времени МИС 2). Ни геоморфологических, ни геологических признаков стока вод последнего оледенения в днище Кельтминской долины не обнаружено. В ходе полевых работ на всех трех участках отобрано более 150 образцов на датирование отложений (оптико-люминесцентное, радиоуглеродное). Результаты датирования и других видов анализов, получение которых ожидается в 2018 г, позволят уточнить предложенные рабочие гипотезы.

 

Публикации

1. Баранов Д.В. Гляциоизостатический фактор в развитии долины верхней Волги Геология, геоэкология и ресурсный потенциал Урала и сопредельных территорий: Сборник статей V Всероссийской молодежной геологической конференции. – Уфа: Альфа-Реклама, 2017, С. 430-434 (год публикации - 2017).

2. Баранов Д.В., Беляев В.Р., Еременко Е.А., Зарецкая Н.Е., Панин А.В. Влияние приледниковых гляциоизостатических движений на развитие долины верхней Волги Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований. Материалы X Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Москва 25–29 сентября 2017 г. М.: ГЕОС, 2017, С.35-36 (год публикации - 2017).

3. Зарецкая Н.В., Панин А.В. The SIS southeastern limits and related proglacial events: state-of-art From past to present – Late Pleistocene, last deglaciation and modern glaciers in the centre of northern Fennoscandia. Excursion guide and abstracts of the INQUA Peribaltic Working Group Meeting and Excursion, 20-25 August 2017, Geological Survey of Finland, Rovaniemi, 2017, P. 174-175 (год публикации - 2017).

4. Зарецкая Н.Е., Панин А.В. Юго-восточная граница последнего оледенения и подпрудные приледниковые явления: обзор состояния вопроса Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований. Материалы X Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Москва 25–29 сентября 2017 г. – М.: ГЕОС, 2017, С.137-139 (год публикации - 2017).

5. Карпухина Н.В., Константинов Е.А. Features of varved clays formation in the Obdekh River paleovalley (Pskov region, Russia) From past to present – Late Pleistocene, last deglaciation and modern glaciers in the centre of northern Fennoscandia. Excursion guide and abstracts of the INQUA Peribaltic Working Group Meeting and Excursion, 20-25 August 2017, Geological Survey of Finland, Rovaniemi, P. 114–115 (год публикации - 2017).

6. Константинов Е., Карпухина Н., Шилова О. The lake sedimentation in the central part of Pskov Lowland during the Late Glacial time and Holocene From past to present – Late Pleistocene, last deglaciation and modern glaciers in the centre of northern Fennoscandia. Excursion guide and abstracts of the INQUA Peribaltic Working Group Meeting and Excursion, 20-25 August 2017, Geological Survey of Finland, Rovaniemi, P. 116 (год публикации - 2017).

7. Константинов Е.А., Мухаметшина Е.О., Карпухина Н.В. Условия залегания и свойства погребенных органогенных отложений бассейна реки Большой Коши (Тверская область) Естественные и технические науки, № 5 (107), с. 56-61 (год публикации - 2017).

8. Панин А., Зарецкая Н., Русаков А., Сизов О., Баранов Д., Уткина А. Drainage Re-Organization at the SE Margin of the Scandinavian Ice Sheet, NW Russia 9th International Conference on Geomorphology. 6-11 November 2017. Vigyan Bhawan, New Delhi, India. Abstracts volume. New Delhi, IGI, 2017, P.168-169 (год публикации - 2017).

9. Панин А.В., Баранов Д.В., Уткина А.О., Зарецкая Н.Е. Late Pleistocene glacial damming, flow rerouting and outburst floods in Northern Eurasia: state-of–the-art The workshop on the Late Cenozoic fluvial archives and environments. Discussion meeting, September 10, 2017. Abstracts. Lanzhou university, 2017, P.17-18 (год публикации - 2017).

10. Уткина А.О. К вопросу об эволюции поздневалдайских приледниковых озер в бассейне Верхней Волги Геология, геоэкология и ресурсный потенциал Урала и сопредельных территорий: Сборник статей V Всероссийской молодежной геологической конференции. – Уфа: Альфа-Реклама, 2017, С. 435–441 (год публикации - 2017).

11. Уткина А.О., Панин А.В. Проблема перестройки стока в бассейне верхней Волги под влиянием последнего оледенения Рациональное использование и охрана водных ресурсов. Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Барнаул, 14-16 сентября 2017 г., Барнаул, изд-во АлтГУ, 2017, с.186-191 (год публикации - 2017).