2.3. Четвертичные отложения территории России

Территория России, занимающая шестую часть суши, отличается неповторимым разнообразием природных условий, разнообразием геологического строения в целом и строения чехла четвертичных отложений, в частности. По характеру строения, особенностям геологического картирования четвертичных отложений территория России разделена на несколько регионов, для которых разработаны региональные стратиграфические схемы.

2.3.1. Европейская часть России (Русская равнина, Черноморско-Каспийская область и Кавказ)

На Европейской части России важнейшим стратотипическим регионом является Русская равнина. В тектоническом отношении она в основном совмещается с древней Восточно-Европейской платформой. Мощность четвертичных отложений здесь изменяется в широком диапазоне – от нуля и первых метров до нескольких сотен метров, что связано с достаточно высокой степенью вертикального расчленения подошвы четвертичных отложений, а также с особенностями неотектонической структуры территории. Главным свойством этой структуры является чередование ориентированных преимущественно в субмеридиональном направлении крупных поднятий и депрессий, выраженных в рельефе возвышенностями и низменностями со средней шириной 300-350 км и перепадами высот от 120-200 м (в пределах низменностей) до 370 и более метров (на возвышенностях). Ориентировка новейших тектонических структур предопределила преобладающее направление стока наиболее крупных рек территории - Волги, Дона, Днепра (южное направление), Печоры, Мезени, Северной Двины (северное направление). Эти же структуры оказывали влияние и на направление движения льда в ледниковые периоды, распространение гляциоэвстатических трансгрессий в межледниковья. В целом мощности четвертичных отложений возрастают в пределах отрицательных структур и уменьшаются на поднятиях. В депрессиях, кроме того, большим распространением пользуются аллювиальные, озерные, болотные, водно-ледниковые, а также морские отложения.

Важнейшими формациями четвертичных отложений в пределах Русской равнины являются: ледниковая, включающая собственно ледниковые отложения (морены) и водно-ледниковые образования; формация перигляциальных лёссов, представленная в совокупности с ископаемыми почвами лёссово-почвенными комплексами; аллювиальная, образованная сложно построенными террасовыми рядами и современным аллювием речных и балочных долин. Здесь известны морские, озерные, болотные, элювиальные образования, а также различные отложения склонового ряда, имеющие, однако, существенно меньшее распространение по площади и в разрезе.

Морены на Русской равнине в литологическом отношении представлены глинами, суглинками, супесями, окраска которых изменяется от зеленовато-серых и бурых до кирпично-красных тонов. Важнейшей диагностической компонентой морен является примесь разнообразного по составу обломочного материала различной размерности (от гравия и мелкой гальки до крупных валунов). Выветрелые граниты, кристаллические сланцы, гнейсы, шокшинские кварциты и др. породы образуют группу эрратических (чуждых данной местности) обломков. Они дополняются обломками местных пород. Среднее содержание обломков в моренах около 10%. В текстурном отношении для морен характерны выраженные в различной степени криотурбации, гляциотектонические деформации. Водно-ледниковые отложения сформированы преимущественно кварцевыми песками, часто косослоистыми, разнозернистыми (флювиогляциальный комплекс). В песках отмечаются различные по составу обломки, прослои и линзы глин. Для озерно-ледниковых отложений (лимногляциальный комплекс) характерна тонкая сезонная ленточная слоистость.

Собственно лёссовые отложения Русской равнины, представленные однообразными пористыми образованиями палевой, светло-бурой окраски, состоящие на 75% и более из кварца алевритовой размерности, характерны для молодых (валдайских) горизонтов. Более древним горизонтам в большей степени свойственны лёссоиды, лёссоподобные отложения, представленные бурыми суглинками, пористыми, в различной степени карбонатными, содержащими известковистые пустотелые конкреции («дутики»). В разрезах лессовых толщ отмечаются горизонты ископаемых почв.

Аллювий Русской равнины слагает днища речных и балочных долин и речные террасы. В литологическом отношении он представлен преимущественно кварцевыми в различной степени глинистыми, разнозернистыми песками, супесями и суглинками, а также глинами с прослоями торфа (в старичной фации). Для рек южного направления стока, питание которых в ледниковые периоды в значительной степени осуществлялось за счет талых вод, свойственно формирование аллювиальных свит в продолжение двух климатохронов – межледникового и ледникового. Первая надпойменная терраса (средне- и верхневалдайский горизонты) обладает высотой над меженным урезом воды от 5-6 м до 10 м. Высота второй надпойменной террасы (микулинский и нижневалдайский горизонты) колеблется от 10-15 до 25 м. Обе эти террасы отвечают низкому террасовому уровню. Более древние аллювиальные свиты (одинцовско-московская, лихвинско-днепровская, мучкапско-окская, ильинско-донская и др.) образуют высокий террасовый уровень, располагающийся на высотах 30-40 м и более над меженным урезом воды. На соотношения террас в террасовом ряду оказывают влияние неотектонические движения. Вследствие чего в долинах крупных рек террасы по простиранию изменяются от прислоненных (в областях устойчивых поднятий) до вложенных и наложенных (в зонах погружений).

По особенностям строения четвертичного покрова на Русской равнине выделяются ледниковая и внеледниковая области. Ледниковая область занимает большую часть территории. Ее граница проходит по контуру максимального распространения ледников. Этот контур выражен двумя крупными разновозрастными языками древних покровных ледников – Днепровским и Донским, которые приурочены к Приднепровской и Окско-Донской низменностям. Они огибают почти всю территорию Среднерусской и Приволжской возвышенностей, входящих во внеледниковую область (рис.2).

Неоднократное распространение материковых покровных ледников связано с деятельностью скандинавского (фенно-скандинавского), баренцевоморского, карского (новоземельского) ледниковых центров. В рельефе Русской равнины отчетливо выражены краевые образования пяти оледенений: донского, днепровского, московского, калининского и осташковского. Морены окского оледенения (конец раннего неоплейстоцена) перекрыты более молодыми отложениями. Достоверные следы оледенений, предшествовавших донскому, - ликовского и сетуньского установлены только в скважинах в Московском регионе. На развитие оледенения на Русской равнине, равно как и на развитие оледенения большей части территории Западной Европы, существенное влияние оказывало мощное теплое течение Гольфстрим (его Нордкапская ветвь), проходящее в акватории Европейского Севера вплоть до Карских ворот. Это течение поставляло большое количество влаги и атмосферных осадков для формирования покровных ледников. Под действием внутриледного давления лед стекал в различных направлениях. Образующиеся у края ледников талые воды формировали обширные в основном песчаные поля сплошных зандров, которые к югу постепенно замещались долинными зандрами и перигляциальным перстративным и констративным аллювием крупных речных долин с южным направлением стока. За пределами распространения льда на водоразделах и склонах долин накапливались толщи пыли, принесенной от края ледника стоковыми холодными и сухими ветрами. Эта пыль, преобразовываясь элювиальными, мерзлотными и склоновыми процессами, становилась основой для образования толщ лёссовых и лёссоподобных (лёссоидных) отложений. При отступании ледников формировались толщи основной морены с характерным беспорядочно холмистым рельефом, подпрудными озерами, ложбинами стока талых вод. Морена на значительных площадях перекрывалась сплошными зандрами стадии отступания ледника. При временных остановках ледников образовывались протяженные гряды конечных морен.

В эпохи потепления климата (в межледниковья) ледники исчезали, прекращалось поступление пыли, поверх лёссов формировались почвы, озерные и болотные отложения. Реки южного направления стока, теряли ледниковое питание, переходили в инстративную фазу, активно врезаясь в подстилающие отложения, а ранее накопившийся перигляциальный аллювий обнажался в уступах образующихся террас. Реки с северным направлением стока, которые в ледниковья перекрывались ледниками и переставали существовать, в межледниковые периоды возрождались, частично наследуя контуры своих доледниковых долин. В связи с общим подъемом базиса эрозии в результате межледниковых трансгрессий Северного Ледовитого океана эти реки переходили в констративную фазу, а в их устьевых частях накапливались ингрессивные морские отложения. В пределах областей питания ледников эти процессы осложнялись гляциоизостатическими поднятиями земной коры, обусловленными ее освобождением от мощной ледовой нагрузки. При новом похолодании климата надвигающиеся ледники в значительной степени уничтожали ранее образовавшиеся ледниковые и межледниковые отложения, которые спорадически сохранялись лишь в переуглубленных участках доледниковой поверхности.

Важной особенностью палеогеографии четвертичного периода Русской равнины являлось закономерное уменьшение площади покровных ледников от более древних к более молодым ледниковым эпохам. Это связывается с направленным похолоданием климата, возрастающей площадью замерзания поверхности Северного Ледовитого океана в ледниковые эпохи, превращением его в «климатическую сушу», не дававшую достаточного количества осадков для увеличения площади наземного оледенения. Вместе с тем, общее понижение температуры увеличивало мощность и площади распространения многолетнемерзлых пород, а нарастающая сухость воздуха способствовала более интенсивному накоплению лёссов. Все это обусловило и особенности строения ледниковой области. В ней выделяются подобласти, отличающиеся сложностью строения четвертичного покрова.

Подобласть ледникового выноса сопоставляется с областью питания неоднократно возникавших ледников. Она располагается в пределах Балтийского щита и отличается наиболее простым строением четвертичного покрова. Здесь в основном распространены образования голоценового возраста: почвы, озерные, озерно-болотные и болотные отложения, аллювий в днищах речных долин. Они залегают непосредственно на коренных породах или перекрывают относительно небольшие по мощности и площади распространения ледниковые отложения. Для области ледникового выноса весьма характерны различные формы рельефа, обусловленные ледниковой денудацией – бараньи лбы, курчавые скалы, китовые спины, возвышающиеся островами над уровнем моря, шхерные, фиордовые и фиардовые типы берегов.

Подобласть распространения валдайских морен расположена южнее подобласти ледникового выноса. Ее граница проходит в общем северо-восточном направлении примерно через города Витебск, Смоленск, Вологду, Сыктывкар и далее резко поворачивает на север до берега Белого моря (см. рис.2). Здесь, кроме голоценовых отложений, в контурах распространения осташковского ледника развита морена и водно-ледниковые отложения, относящиеся к одноименному горизонту. Между границами калиниского и осташковского ледников в долинах, помимо голоценового аллювия, появляется аллювий первой надпойменной террасы. Его возраст датируется ленинградским (стадия врезания) и осташковским (заполнение долин) горизонтами. На водоразделах над ленинградской почвой появляется осташковский лёсс, перекрытый голоценовыми образованиями (почвами, болотными и озерными отложениями).

Подобласть распространения средненеоплейстоценовых морен характеризуется усложнением строения четвертичного чехла, как на водоразделах, так и в речных долинах. В пространстве между границами распространения калининского (ранневалдайского) и московского ледников (см. рис.2) в речных долинах добавляется вторая надпойменная терраса, датируемая микулинским и калининским горизонтами, а на водоразделах микулинская погребенная почва, залегающая на морене московского горизонта, подстилает калининский лёсс, который, в свою очередь, отделяется ленинградской почвой от осташковского лёсса, перекрытого современной почвой. За пределами распространения московского ледника в долинах появляется третья надпойменная терраса. На водоразделах лёссово-почвенный разрез усложняется одинцовской почвой и московским лёссом.

Подобласть распространения нижненеоплейстоценовых морен дополняется четвертой надпойменной террасой, а также мучкапско-окским аллювием, часто выходящим в цоколе четвертой надпойменной террасы. Соответственно усложняется строение и лёссово-почвенных образований на водоразделах.

Во внеледниковой области наблюдается наиболее сложное строение четвертичного покрова за счет распространения нижненеоплейстоценовых и эоплейстоценовых аллювиальных образований, увеличения количества лёссов и разделяющих их почв. Здесь отсутствуют отложения ледниковой формации, но достаточно широко развиты элювиально-делювиальные красноцветные образования кор выветривания плиоцена и эоплейстоцена (с абсолютным возрастом по калий-аргоновому методу в интервале от 3,5 млн. лет до 0,8 млн. лет назад) – скифские (красно-бурые) глины. Они и их стратиграфические аналоги распространены не только во внеледниковой области Русской равнины, но и в Молдавии, на юге Украины, в Приуралье и Зауралье, на юге Западной и Восточной Сибири, в Средней Азии, а также в Монголии, в Китае и в Индии. Скифские глины залегают на высоких неогеновых террасах и в пределах междуречий. Их мощность достигает 70 м. В глинах отмечаются 3-4 и более горизонтов погребенных почв, встречаются прослои лёссов.

Черноморско-Каспийская (Понто-Каспийская) область непосредственно примыкает к внеледниковой области Руссой равнины с юга. Она представляет самостоятельный стратотипический регион. Среди четвертичных отложений здесь большое стратиграфическое значение принадлежит морским образованиям. Трансгрессивно-регрессивные циклы Черноморско-Каспийской области имеют различное происхождение – климатическое и тектоническое. Климатические циклы тесно связаны с развитием ледниковых процессов на Русской равнине и гляциоэвстатическими изменениями уровня Мирового океана. При этом выделяется два возможных режима – режим замкнутых (не имеющих связи с Мировым океаном) и полузамкнутых бассейнов. В замкнутом бассейне, примером которого может служить Каспийское море на протяжении большей части его четвертичной истории, в ледниковья отмечались трансгрессии и опреснение, обусловленные притоком большого количества пресной талой воды. В полузамкнутом бассейне (Черное море) в ледниковые периоды из-за притока пресной талой воды также происходило уменьшение солености воды, но оно сопровождалось регрессией морского бассейна. Лишняя вода через систему проливов уходила в Средиземное море и далее в океан, в котором развивалось гляциоэвстатическое снижение уровня. В межледниковое время в замкнутый бассейн прекращалось поступление талой воды, усиливалось испарение с его поверхности, повышалась соленость вод, которая сопровождалась регрессией. В полузамкнутом бассейне в это время наблюдалась трансгрессия за счет гляциоэвстатического повышения уровня океана и притока его соленых вод. Она сопровождалась повышением солености в бассейне. Изменения солености воды неизбежно сказывалось на составе фауны моллюсков. Состав фауны моллюсков, таким образом, является важным диагностическим признаком климатически обусловленных трансгрессий и регрессий.

Тектонические трансгрессивно-регрессивные циклы вызваны неравномерной скоростью прогибания дна глубоководных котловин Черного и Каспийского морей. В отличие от климатических циклов они не сопровождаются изменением солености. Интерференция климатических и тектонических циклов существенно усложняет структуру трансгрессивно-регрессивных циклов и корреляцию разрезов.

В стратиграфической схеме Черноморско-Каспийской области выделяются ряд горизонтов и надгоризонтов, сложенных в основном терригенными мелководными образованиями (см. рис.1).

Кавказ за четвертичное время испытал унаследованное от неогена интенсивное поднятие, сопровождавшееся усилением горного оледенения. Унаследована от неогена и вулканическая деятельность, которая на Северном Кавказе (в пределах территории России) связана с Эльбрусом. В развитии вулканизма отмечается тенденция изменения состава вулканитов от среднего состава (андезито-дациты, андезиты и их туфы в неогене и начале квартера) до основного (голоценовые базальты, слагающие обе вершины вулканического конуса Эльбруса). Фумарольная деятельность Эльбруса фиксируется и в настоящее время. Помимо вулканитов на Кавказе широко представлены аллювиальные образования, сформированные валунно-галечными и гравийно-песчаными отложениями большого количества террас и их уровней, отложения склонового ряда (в основном коллювий). Отложения ледникового комплекса образованы моренами преимущественно голоценового возраста.

Палеогеография Европейской части России в четвертичном периоде тесно связана с климатическими изменениями. Граница распространения наиболее древнего ликовского ледника (конец позднего эоплейстоцена – двадцатая морская изотопная стадия, МИС-20) пока не установлена. Акуловское межледниковье, последовавшее за ликовским оледенением и отмечающее начало раннего неоплейстоцена (МИС-19), характеризуется очень теплым климатом, распространением на Русской равнине широколиственных лесов, в составе которых отмечено до 30% экзотических и более 11% вымерших видов. В спорово-пыльцевых спектрах на широте г. Москвы встречена пыльца грецкого ореха, винограда и др. экзотов. Сетуньское оледенение (МИС-18) предположительно распространялось до северной окраины Тульской области, а сменившее его окатовское (ильинское) межледниковье (МИС- 17), было существенно более холодным и сухим, чем акуловское. В составе широколиственных лесов резко сокращается количество экзотических видов. Донской ледниковый язык (МИС-16) спустился в обход Среднерусской возвышенности по Окско-Донской низменности до широты Россоши и Верхнего Мамона. К западу от Среднерусской возвышенности донская (дзукийская) морена отмечена в погребенном состоянии в глубоких долинах в пределах Литвы, Белоруссии и в районе г. Смоленска. Восточная граница ее распространения совпадает с западной границей Приволжской возвышенности. Предполагается, что при формировании Донского ледникового языка главную роль играл не северо-западный, а северо-восточный ледниковый щит, располагавшийся на осушенном шельфе в Заполярье. Мучкапское (рославльское) межледниковье (МИС-13,14,15), наступившее после донской ледниковой эпохи, характеризуется двумя климатическими оптимумами, выразившимися распространением широколиственных лесов. Окское оледенение (МИС – 12) распространялось на юг до линии Мозыль-Тула-Казань. Оно вызвало во внеледниковой зоне смену широколиственных лесов темнохвойной тайгой. Лихвинская межледниковая эпоха (МИС – 9,10,11) также как и мучкапское межледниковье имела сложный характер. В целом она характеризуется значительным потеплением. Ледниковый покров исчезает. Широколиственные леса, сменившие тайгу, доходят практически до побережья северных морей. В климатические оптимумы в составе лесов существенное значение приобретают дуб, граб, бук – индикаторы теплого влажного климата. Северная межледниковая трансгрессия этого времени затопила ряд впадин, дно которых сейчас находится ниже уровня моря. В Черноморско-Каспийской области раннехазарский бассейн через Манычскую впадину соединяется с древнеэвксинским морем. Днепровское оледенение (МИС- 8) охватило всю северную и северо-западную часть европейской России, спускаясь языком по долине Днепра. В отличие от донской ледниковой эпохи главное значение при его формировании имели северо-западные ледниковые щиты. Вдоль края ледника располагалась широкая полоса тундр и арктической лесостепи, и только на крайнем юге (в Крыму) сохраняется темнохвойная тайга. На Кавказе существовали горные ледники и ледники подножий. Средний неоплейстоцен в Черноморско-Каспийской области знаменуется хазарскими и одновозрастными с ними древнеэвксинским и узунларским бассейнами. Почти все время существовало сообщение Каспия и Черного моря, и, что важно, начался сток вод через Манычский пролив в Средиземное море. Одинцовское межледниковье (МИС-7) характеризуется более прохладными и сухими климатическими условиями по сравнению с лихвинским межледниковьем. На Русской равнине из состава лесной растительности исчезают бук и граб, возрастает роль сосново-березовых ассоциаций. Ледники московского оледенения (МИС-6) занимали меньшую площадь и доходили на юге только до широты г. Костромы. Значительное потепление микулинского времени (МИС-5) вызвало исчезновение скандинавского ледника. Атлантические воды проникают в Балтику, вызывая мгинскую трансгрессию. Мгинское море через впадины Ладоги и Онеги соединялось с эпиконтинентальными бассейнами, образованными бореальной трансгрессией. Цепь этих бассейнов протягивалась от современного Белого моря до Таймырской депрессии. Климатические условия микулинского и лихвинского межледниковий довольно сходны. Но для микулинского времени в составе лесной растительности отмечается широкое распространение липы и лещины (лесного ореха), свидетельствующие о более сухом климате.

Калининское (ранневалдайское) оледенение (МИС-4), хотя и покрывало значительно меньшую площадь, чем более ранние ледники, вызвало формирование суровой перигляциальной арктической обстановки, когда область многолетней мерзлоты достигала берегов Азовского моря. Среднее и нижнее Поволжье с Прикаспием представляли собой мерзлую пустыню, постепенно сменявшуюся к югу темнохвойной тайгой. Начавшаяся раннехвалынская трансгрессия Каспия достигла по долине Волги широты г. Самары (уровень Каспия был выше современного на 75 м.). На Кавказе были развиты только долинные ледники. Ленинградское межледниковье (МИС-3) характеризуется на севере небольшой онежской трансгрессией. У края скандинавского ледника образовалось Балтийское озеро. Последнее осташковское оледенение (МИС-2) охватило только самые северные районы. На Кавказе исчезают крупные долинные ледники. Горные ледники остаются в основном в районе Эльбруса. В послеледниковое время (МИС-1) происходит формирование Балтийского моря. Черноморско-Каспийская область приобретает современные очертания.

Литература к разделу 2.3.1: [18, 20, 24, 30].