Эволюция доледниковых долин и подледовых рытвин в плейстоцене

Генезис доледниковых долин и подледовых рытвин. Г. И. Горецкий (1964, 1966), проследив русла пра-рек во внеледниковой зоне, не находит их в области бывших оледенений, называя резкие углубления доледниковой поверхности ложбинами ледникового выпахивания. Отметив в основании некоторых ложбин наличие каньонообразных рытвин ледникового стока и размыва, превышающих глубину постели березинской (наиболее ранней) морены, Г. И. Горецкий (1967) указывает, что обнаруживается некоторая унаследованность в расположении рытвин ледникового стока и размыва, приуроченность их к современным речным долинам и понижениям рельефа. С целью выяснения генезиса ложбин и каньонообразных рытвин необходимо подчеркнуть три факта, установленные Г. И. Горецким:

1. В толще, выполняющей «ложбины выпахивания» при преобладании морены, всегда содержатся нормально первично залегающие слои аллювия, озерных и водноледниковых отложений.

2. Наблюдается некоторая унаследованность в формировании ложбин ледникового выпахивания: днепровская ложбина тяготеет к окской и березинской; представляется, что явление унаследованности более подходит к речной, а не к ледниковой деятельности.

3. При изображении ложбин выпахивания в плане, как правило, наблюдается приуроченность их к линейно вытянутой полосе; рельеф постели антропогеновых отложений Верхнего Днепра отражает понижения, собранные в цепочки.

Но если дочетвертичная поверхность испещрена замкнутыми понижениями, то где следы рек, расчленявших эту поверхность и существовавших позже в безледовые периоды? Если существовал континент, свободный от ледяного покрова, то были и реки. Если допустить последующее уничтожение их долин ледником, то как же в возникших рытвинах сохранился аллювий? Г. И. Горецкий предполагает, что эти рытвины ледникового стока были первыми эрозионными бороздами, по которым развились впоследствии речные долины в ледниковых областях. Нам кажется, наоборот: рытвины приурочены к доледниковым долинам. В погребенных ложбинах, или долинах, наблюдается наиболее полный стратиграфический разрез плейстоценовых отложений, имеющих ненарушенный характер. При этом при разнообразном фациальном составе отложений, выполняющих долины или рытвины, в них содержатся озерные осадки с горизонтальной слоистостью. Эти факты говорят об эрозионном происхождении понижений. Противоречит этому преобладание в толще осадков морен, достигающих 40–60 м мощности и нередко заполняющих углубления до их тальвега. За ледниковое происхождение говорят также деформации дочетвертичных пород, слагающих борта и днища понижений. И, наконец, главное — расположение долинообразных понижений в плане далеко не полностью соответствует рисунку современной гидрографической сети, нередко они приурочены к современным водоразделам.

Динамика движения ледниковых масс и рельеф. Эти противоречия возникли в процессе движения льда в период нарастания оледенения и уничтожения его в период деградации. Можно считать общепризнанным факт зависимости движения льда от характера рельефа подстилающего ложа. Наиболее крупными понижениями рельефа были речные долины, в пределах которых распространились далеко на юг днепровский и донской, а также волжский языки максимального оледенения. Та же подчиненность распространения льда характерна и для внутренней зоны оледенения. Ловатская лопасть последнего оледенения, детально изученная М. А. Фаустовой (1972), приурочена к долине древней реки, протекавшей вдоль уступа Валдайской возвышенности. Очевидно, в период московского оледенения такие же лопасти были развиты вдоль притоков Пра-Волги в пределах Молого-Шекснинской низменности и Костромской низины. В геологическом разрезе равнин, возникших на месте лопастей льда, преобладают озерные и водноледниковые осадки, по бывшим краям лопастей происходила разгрузка льда от твердых наносов и образование холмистого рельефа.

Речные долины способствуют растеканию льда в том случае, если они вытянуты субпараллельно его движению. Если же долины вытянуты в направлении перпендикулярном движению льда, то, наоборот, они выступают как препятствие его передвижению, обусловливая торможение. Здесь наблюдается растрескивание нижних мореносодержащих горизонтов льда (Бассаликас, 1969; Сватков, 1961). Поэтому разгрузка льда от включенного в него обломочного материала происходит не только в краевой зоне, но и над препятствиями внутри оледенения. С этим связана, по-видимому, повышенная мощность морены в толщах, заполнивших долинные понижения. К зонам торможения приурочены также аккумулятивные формы рельефа.

Роль разломов кристаллических щитов. В Карелии созданию трещин, расщин и промоин в теле льда способствовали разломы поверхности кристаллического щита, поэтому площади распространения аккумулятивных форм (озов, камов, моренных холмов и гряд) приурочены к границам структурных зон, отличающихся дифференцированностью движений. На этом основании Г. С. Бискэ и Э. И. Девятова (1972) пришли к выводу, что не все аккумулятивные ледниковые и водноледниковые образования можно считать краевыми, даже если они и вытянуты в виде полос, совпадающих с предполагаемым краем материкового льда.

По мнению Б. Н. Можаева (1973), большинство возвышенностей Прибалтики созданы над уступами (Валдайская, Хаанья) и на участках интенсивного эрозионного расчленения дочетвертичных пород (Курземские, Жмайтяйская, Видземская, Отепя, Латгальская, Струго-Красьненская, Бежаницкая), в условиях, благоприятных для разгрузки переносимого льдом материала. К аналогичному выводу привели наблюдения в Приволжской полосе московского оледенения. Отметим повторяемость «краевых» зон от верховий Волги до восточной границы оледенения, мы сделали вывод о приуроченности участков холмистого аккумулятивного рельефа к понижениям ледникового ложа (Обедиентова, 1962, 1965). Очевидно, основным препятствием для двигавшихся с северо-запада льдов была долина Пра-Волги, протягивавшаяся с юго-запада на северо-восток. Склоны долины Волги и других рек, направленных перпендикулярно движению ледникового щита, и были препятствием, замедлившим движение льда и обусловившим разломы его нижней поверхности. С приуроченностью разломов льда к речным долинам связана установленная Г. И. Горецким (1967, 1970) линейная вытянутость переуглублений дочетвертичной поверхности и унаследованность планового положения рытвин разного возраста.

Механизмы формирования гляциогенных рытвин и подледовые воды. Если не принимать в расчет участки с аномально низкими отметками дочетвертичной поверхности, то можно построить профиль погребенной долины с нормальным уклоном русла в сторону современного направления стока. Именно так рисовал погребенный рельеф С. М. Шик (1960). Геологи ГУЦР, анализируя строение дочетвертичной поверхности, придерживаются единого взгляда на происхождение понижений. Вытянутые в плане понижения с укромным ложа в определенном направлении они считают погребенными долинами. Аномально резкие углубления поверхности, не согласующиеся с нормальным уклоном, они называют ледниковыми рытвинами. Вероятно, это наиболее правильное решение вопроса о происхождении доледниковых отрицательных форм рельефа. В самом деле: резкие замкнутые углубления дочетвертичной поверхности приурочены в основном к погребенным долинам и склонам.

Образование рытвин и котлов в пределах древних долин и их склонов связано с деятельностью ледника, напорная сила которого в условиях препятствия резко возрастает. Однако вряд ли оно обусловлено его выпахивающей деятельностью. Давление массы льда было распространено более или менее равномерно на всю подстилающую поверхность. И лишь перелом нижней части ледника при пересечении препятствий, в том числе склонов долин, может вызвать локальное увеличение давления и обусловить деформацию склонов и образование ложбин выпахивания или рытвин. Образование рытвин путем выдавливания является скорей частным случаем, чем закономерностью. Наиболее вероятно, что образование рытвин и котлов связано с подледовыми водами. Без этой жидкой «смазки» трудно объяснить передвижение льда в равнинных условиях так далеко от центра его формирования, как это имело место на Русской равнине. Подледовая вода обнаружена при бурении антарктического ледникового щита (Зотиков, 1966). Наличие подледовых вод в современных ледниках обусловлено геотермическим теплом и теплом трения скользящих пластов. От краевой зоны, по тем же данным, подледовые бассейны изолированы широкой «зоной холодного льда», как бы примороженного к подстилающей поверхности. Поэтому вода из придонных участков не может вытекать и испытывает всю тяжесть давления покрывающего ее льда. Огромной выдавливающей силой говорят фонтаны вод на поверхности Гренландского ледникового покрова. В условиях большого давления турбулентное течение воды оказывает, по мнению Ч. П. Кудабы (1972), не только эрозионное, но и эворзионное воздействие на подстилающую поверхность, что и обуславливает формирование гляциогенных рытвин. Возникновение последних связано с придонными трещинами льда, возникающими на поднятиях подстилающей поверхности. Ч. П. Кудаба отмечает, что гляциогенные рытвины приурочены, как правило, к холмисто-моренным возвышенностям, что указывает на их связь с зонами аккумуляции. Пониженные участки рытвин заняты озерами или торфяниками. Большая часть рытвин приурочена к поднятиям подстилающей поверхности как краевой, так и внутренней зоны оледенения.

Гипотеза Ч. П. Кудабы и гляциомариновые отложения. Гипотеза происхождения подледовых рытвин Ч. П. Кудабы вполне объясняет образование рытвин ледникового стока и размыва, резко переуглубленных и секущих Пра-долину Днепра. Приуроченные к древней долине, они не совпадают с ее тальвегом, а секут его вкрест протяжения. Очевидно, подледовые воды, попав в углубление древней долины, размывали вставшие на пути ее склоны, в то время как на соседнем участке долина заполнялась сгружаемой из трещин мореной. Процесс этот ярко отражен в современном рельефе к северу от Клинско-Дмитровской гряды. Высокий правый берег Пра-Волги, протекавшей в северо-восточном направлении от Калинина к Костроме, был крупной зоной торможения движения льда, двигавшегося в юго-восточном направлении. Дробное чередование повышений и сниженных участков, соответствующих положению древней долины, говорит о весьма энергичной деятельности подледовых вод в пределах долинного понижения, в условиях подпора, создаваемого высоким берегом реки. Так пра-долинная речная сеть предопределила формирование комплекса форм, считающегося принадлежностью краевой зоны.

Поток талых вод в долину попадал, вероятно, из расположенного северо-западнее подледового бассейна, ложе которог было подготовлено долинными понижениями левобережных притоков Пра-Волги, течение которых соответствовало направлению движения ледника. Подледовые бассейны положили, по-видимому, начало формированию обширных водоемов в период таяния московского ледника в районе Шоши, Углича, Рыбинска и Костромы, продолжавших существовать в микулинском веке. Можно предположить, что подледовые воды были причиной создания на северо-востоке Русской равнины осадков, генезис которых вызвал столь резкую дискуссию между «маринистами» и «гляциалистами». Существование здесь двух формаций четвертичных отложений — ледниковой и мариногляциальной можно считать доказанным. Этого мнения придерживается и Г. И. Горецкий (1971). В придолинных участках севера Тимано-Уральской области распространена преимущественно последняя формация. Исследователи южной части области единодушно решают вопрос о развитии ледниковых и водноледниковых форм и отложений (Астахов, 1972; Кузнецова, 1971; Рябков, 1972).

Движение ледниковых покровов днепровского и московского веков осуществлялось в меридиональном направлении с отклонением в подчинении подстилающему рельефу. Ледники покрывали как прибрежные равнины, так и шельфовую зону. Специфические условия оледенения приморской равнины обусловили проникновение морских вод в подледовый бассейн. При движении льда морские осадки заносились далеко на юг, морена приобрела особое, характерное для гляциоморских отложений строение. Все это обусловило запутанность биостратиграфических данных и возможность субъективного определения фациального состава отложений. Трудности палеогеографических реконструкций наиболее вероятно объясняются существованием в периоде оледенений подледового бассейна, сообщающегося с шельфовой зоной моря. Возникновение обширной трансгрессии в условиях оледенения менее возможно.

В бассейне Верхней и Средней Печоры установлены конечноморенные гряды, образованные, по нашему мнению, в периферической зоне оледенения, для которой характерно отсутствие подледовых вод (Зотиков, 1966). Наблюдается аналогия в закономерном распределении гляцигенных образований в пределах Литовской (Кудаба, 1972), Верхневолжской и Печорской низменностей: выровненная поверхность области предполагаемого распространения подледовых вод на севере окружена полукольцом краевых образований на юге. В специфических условиях оледенения Тимано-Уральской области пять вскрытых скважинами горизонтов морен, которые Н. Г. Загорская и Н. Г. Чочиа (1971) называют базальным валунником, могут быть как разновозрастными, так и относиться к одной (или двум — трем) ледниковым эпохам. При локальном характере их распространения допустимо и то и другое решение. Неизвестно, оправдывается ли наше предположение о существовании в Печорской низменности подледовых вод морских на севере и постепенно опресняющихся к югу. Ясно другое: до тех пор, пока не будут разгаданы условия образования и сопутствующие процессы формирования ледо-морских отложений, спор об их морском или континентальном генезисе не может быть решен.

Термокарст и разрушение речных долин в зоне оледенения. Вернемся к более изученным центральным и западным областям Русской равнины, для которых мы приняли теорию образования подледовых рытвин в связи с деятельностью подледовых вод.

Подледовые рытвины, ложбины и др. позже загромождались льдом и погребались песчаными и моренными отложениями. Термокарстовые процессы, начавшиеся в подводных условиях позднего ледниковыя, в области позднеплейстоценового оледенения продолжались, по мнению Ч. П. Кудабы, до бореального и суббореального периодов. Дифференцированность термокарстовых процессов во времени определила процесс формирования холмисто-моренного рельефа Балтийской гряды.

Термокарстовыми процессами можно объяснить наличие глубоких воронок (до 40 м), заполненных голоценовыми отложениями в пределах озерной равнины Плещеева озера, у оз. Сомино (Нейштадт, 1960) и среди зандровых равнин Мещеры (Мануилов и Хотинский, 1963). Образование полых форм типа воронок в зоне московского оледенения, заполненных осадками лишь в голоцене, возможно лишь при длительном существовании погребенных ледяных глыб. Пережив последнее межледниковье, погребенный лед существовал в условиях резко континентального климата валдайской эпохи и лишь в голоцене перешел в жидкое столь длительная сохранность реликтового льда является скорее случайностью, чем закономерностью. Значительная его часть была уничтожена еще в период таяния ледника под воздействием покрывавших гляциогенные рытвины талых вод, обладавших большей теплоемкостью, чем лед. Термокарстовыми процессами можно объяснить наличие озерных отложений в толщах, выполнивших рытвины. Частичное протаивание, равно как и само существование ледяных глыб в погребенном состоянии, было одной из причин многослойности одновозрастных морен.

В межледниковых условиях реки, восстанавливая течение, частично перерабатывали следы ледниковых рытвин, размывая и заполняя их аллювием. Повторение гляциоэрозионных процессов в течение ледниковых эпох было одной из причин плохой сохранности плиоценового и раннечетвертичного аллювия.

Изучение погребенных форм, созданных эрозией в подледовых условиях, столь удачно начатое Г. И. Горецким и Ч. П. Кудабой, может осветить многие вопросы палеогеографии четвертичного периода. За ледниково-эрозионное происхождение долинообразных переуглублений ложа четвертичных отложений в пределах внутренней зоны древнего материкового оледенения высказались А. И. Спиридонов и В. И. Мыслевец. Они отрицают возможность возникновения их путем выпахивания в краевой зоне, где происходит отток талых вод или последние собираются в озера. В трещины и разломы внутри льда, возникшие над препятствием ледникового ложа, уже в условиях мертвого льда проникают талые воды. Они насыщали подледовые каналы и создали каньонообразные долины с крутыми (20–30°) склонами до 1,5–2 км ширины с глубинами ниже 0. Отрицая крупную перестройку речной сети, авторы допускают существование Волги, которая создавала условия для разгрузки талых вод от твердого материала. Тем самым авторы доклада признали роль рек в формировании каньонообразных ложбин и котлов.

Эта новая теория не исключает возможности создания (может быть на первой стадии?) промоин подледовыми водами, действовавшими под большим давлением. Полифациальный состав и значительная мощность морены, содержащейся в выполняющей переуглубления толще, скорей говорит о подледовом их происхождении в период оледенения. Размывы могли иметь место и в период таяния ледника. Все это привело к разрушению речных долин в зоне оледенения и затрудняет реконструкцию речной сети.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Г. В. Обедиентова

Источник: Формирование речных систем Русской равнины

Публикации будут полезны широкому кругу геологов, изучающих четвертичную геологию, геоморфологов, гидрогеологов, а также всем специалистам, интересующимся историей рек и геолого-геоморфологическим развитием Русской равнины.