Дивна спадщина льодовиків: переуглиблені долини

Переуглиблені долини — одна з найнезвичніших спадщин зледенінь. Льодовики не просто слідують рельєфу, а поглиблюють його, вирізаючи витягнуті жолоби нижче річкової базисної поверхні. Це відбувається через поєднання абразії, виривання блоків породи та особливо руйнівної дії підльодовикових вод під високим тиском.

У передгір’ї Альп з пологим рельєфом надлишок талої води біля основи льодовика, за оцінками вчених, значно посилював ерозію далеко у рівнинну частину. Після відступу льоду глибокі западини перетворювалися на гігантські пастки для осадів. Там накопичувалися послідовно нашаровані льодовикові, прильодовикові та післяльодовикові відклади, що зберегли свідчення наступів, майже повністю стертих у поверхневому рельєфі.

Басейн Таннвальд привернув увагу ще у 1993–1994 роках, коли попереднє буріння (керн Schneidermartin) виявило тонкошаруваті озерні осади з пилком, характерним для Гольштинського міжльодовиків’я (морська ізотопна стадія 11). Це змістило історію басейну до ще давнішого часу та пов’язало його походження з до-Гольштинським Госкірхським зледенінням. Пізніші сейсмічні дослідження 2014–2015 років показали в межах басейну западину до 50 метрів завглибшки й кількасот метрів завширшки, а також розломи, що зміщують верхні відклади більш ніж на 2 метри, і сліди мілкої льодовикової тектоніки.

Як «прочитали» керн із Таннвальда

Команда DOVE застосувала до нового керна поетапний комплексний аналіз. Неруйнівне сканування по всій довжині визначало вологу об’ємну щільність і магнітну сприйнятливість з роздільною здатністю 5 міліметрів. Високоякісні лінійні зображення допомагали у початковому описі розрізу.

Вимірювання невідпрацьованої зсувної міцності за допомогою вісмера (vane-shear) проводили систематично вздовж стовпа, а вибрані ділянки, особливо з підозрою на безпосередній контакт з льодом, досліджували методом рентгенівської комп’ютерної томографії в Бернському університеті. Зразки для геохімічного аналізу відбирали через кожен метр, визначаючи вміст органічного та неорганічного вуглецю, що дозволило розрізняти джерела осадів і середовища їх відкладання.

На основі цих даних дослідники виділили 17 літотипів (шість із них — унікальні для керна Таннвальда) і об’єднали їх у сім літофаціальних асоціацій. У підошві керна залягають помірно зцементовані пісковики, алевроліти та мергелі верхньої морської моласи. Їхній різкий, майже площинний контакт на глибині 155,90 метра позначає ерозійне дно переуглибленого жолоба.

Безпосередньо над ним — вражаючий комплекс деформованих брил моласового корінного ложа, як зцементованих, так і пухких, перемішаних із шаруватими діаміктитами. У них трапляються окатані уламки альпійських порід зі слідами льодовикових подряпин. Низька щільність і зсувна міцність менш ніж 50 кПа, а також ознаки роздроблення породи in situ вказують на так званий гляціотектоніт типу B — товщу, яка зазнала сильного зсуву безпосередньо під рухомим льодом.

Автори трактують цю зону як свідчення зсування субльодовикового тилю і мобілізації брил корінної породи — процес, подібний до відомої понад 10-метрової плити моласи, описаної в старішому керні Schneidermartin.

Три наступи льоду, зафіксовані в осадах

Вище над базальним зсувним горизонтом записана історія наближення льоду та його відступів. Масивні матрикс-підтримані діаміктити з високою щільністю близько 2,4 г/см³ і зсувною міцністю 200–270 кПа вказують на тилю відкладання під дією тимчасового навантаження льодовика.

Ці товщі змінюються добре відсортованими, уверх дрібнішаючими відкладами із частими «крапельними каменями» — уламками, що падали з плавучих крижин. Вони позначають епізоди, коли лід частково відривався від ложа та заповнював порожнини або простір під плавучим язиком льодовика.

Ще вище залягають тонкошаруваті ритміти й ламінації глини з крапельними каменями — це осади прифронтального льодовикового озера, що контактувало з льодом. М’які деформації осадів — від сантиметрових зсувів до метрових складчастих і розломлених пакетів — свідчать про осипання на насичених водою схилах дна цього озера. Послідовність завершується пісками й гравіями льодовикової дельти, сформованими потоками талої води біля відступаючого фронту льодовика.

Поєднавши дані керна з сейсморозвідкою, морфостратиграфією та вже опублікованими свердловинними матеріалами, вчені виділили в заповненні басейну три основні літостратиграфічні одиниці, що відповідають щонайменше трьом окремим наступам льоду.

• Одиниця A фіксує початкове вирізання басейну під час Госкірхського зледеніння, субльодовикові процеси тертя, відкладання озерних осадів біля фронту льоду та формування дельти під час відступу. Її відносять до формації Дітманнс (Dietmanns).
• Одиниця B відображає пізніший повторний наступ льодовика, ймовірно зі слабким повторним ерозійним врізанням, а потім знову розвиток дельти. Її співвідносять із формацією Іллмензе (Illmensee) та Рісським (Riss) зледенінням (морська ізотопна стадія 6).
• Одиниця C у верхній частині — це прильодовикова зандрова рівнина Вюрмського (Würm) зледеніння, тобто останнього льодовикового максимуму. Його кінцева морена лежить приблизно за 100 метрів на південний захід від свердловини.

Помітна деталь: вміст органічної речовини в усій товщі ніколи не досягає рівнів, характерних для повноцінних міжльодовиків’їв. Це вказує, що басейн заповнювався переважно за холодних, перигляціальних умов, а не в теплі періоди.

Лід деформував осади на десятки метрів у глибину

Одна з найяскравіших знахідок стосується глибокої деформації товщі осадів. Вюрмський льодовиковий наступ, який утворив напірні морени в районі Боденського озера, залишив характерні складчасті структури (cuspate-lobate folds), зафіксовані 3D-сейсмічною зйомкою на глибині близько 60 метрів поблизу свердловини.

Сейсмічні відбиття виявилися зміщеними й нахиленими навіть на глибинах порядку 100 метрів. Автори пов’язують це з розломами, складчастістю та надмірним крутим заляганням шарів у давніших дельтових відкладах. Іншими словами, лід останнього льодовикового максимуму, просуваючись уперед по зандровій рівнині за межі своєї морени, буквально стискав і деформував осади, поховані на десятки метрів нижче поверхні. Це пропонує альтернативу попереднім тлумаченням, де такі структури приписували лише гравітаційним осипам під час відкладання.

Запис басейну Таннвальд таким чином відображає багатофазне, послідовно нашароване заповнення западини не менше ніж трьома наступами льоду. Водночас лишаються суттєві невизначеності. Без незалежного вікового контролю дослідники поки не можуть остаточно сказати, чи належать зафіксовані наступи до коливань льодовиків у межах окремих зледенінь, чи ж до різних льодовикових циклів.

Наразі триває подальша робота: високодетальне міжсвердловинне сейсмічне зондування між трьома свердловинами, розташованими у вигляді трикутника зі сторонами 28 метрів, люмінесцентне датування та датування за космогенними нуклідами. Разом із систематичним томографічним аналізом льодовикових контактних осадів це має уточнити час кожного наступу, вписати басейн Таннвальд у ширшу льодовикову еволюцію амфітеатру Боденського озера й допомогти зрозуміти, як кліматичні зв’язки синхронізували зледеніння Північної півкулі.

Свердловина виявила три давні наступи Рейнського льодовика з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com