Гигантская рябь течения является важнейшим звеном группы аккумулятивных форм парагенетической ассоциации дилювиального морфолитокомплекса горных и равнинных скэблендов.
Скэбленд – это территории ледниковой и приледниковой зон, подвергающиеся или подвергавшиеся ранее многократному воздействию катастрофических паводков из ледниково-подпрудных озер, оставивших оригинальные эрозионные, эворзионные и аккумулятивные природные образования, по которым возможно определить гидравлические параметры водных потоков, реконструировать историю скэбленда и дать прогноз. Скэбленд – это площадь, рассеченная параллельными ложбинами, изобилующая каплевидными в плане холмами, водобойными котлами и следами кавитации; геоморфологический ландшафт, созданный гидросферной катастрофой.
Определения «скэбленда» возможно расширить в связи с марсианскими открытиями и в связи с разработкой геофизического эффекта подледных извержений вулканов. В этом аспекте происхождение скэблендов целесообразно связывать также и с внезапным таянием криосферы и катастрофическими прорывами вод под мерзлотой и между ее слоями как на Земле, так, в частности, и на планете Марс.
Позднечетвертичная гляциогидрология и гидравлические характеристики дилювиальных потоков
Палеогидрология
Только на территории Горного Алтая общая площадь ледниково-подпрудных озер, подсчитанная по высотному положению сохранившихся береговых линий, спиллвеев и кровле озерных отложений, составляла в позднем плейстоцене не менее 27 тыс. км2 , а суммарный объем достигал 7, 3 тыс. км3 . В целом же в горах Южной Сибири по предварительным оценкам эти параметры составляли, соответственно, 100 тыс. км2 и 60 тыс. км3 .
Самыми крупными ледниково-подпрудными озерами из изученных были Чуйское и Курайское, которые на определенном этапе их эволюции, на стадиях деградации последнего оледенения, представляли собой единый Чуйско-Курайский ледниково-подпрудный водоем. Обнаруженные во время полевых работ 1984 г. на абсолютных отметках свыше 2400 м новые перевалы-спиллвеи из Курайской котловины в бассейн р. Чаган-Узуна и из Чуйской – в бассейн р. Башкауса, а также комплекс дилювиальных валов на перевале Кызыл-Джалык – Кызыл-Чин и Кызкынор, показали, что рекордные объемы Чуйско-Курайской системы ледниково-подпрудных озер могли достигать 3500 км3 , т.е. были гораздо больше максимальных объемов оз. Миссула.
Характерные для горных систем Центральной Азии большие межгорные котловины, окруженные высокими хребтами, несущими мощное оледенение, в ледниковое время представляли собой систему сообщающихся водоприемников, сток из которых осуществлялся по крупнейшим дренажным системам, на Алтае – по долинам Чуи, Чулышмана, Башкауса, Катуни, Бии, и, вероятно, Джасатера-Аргута. Это установлено по комплексу дилювиальных образований в этих долинах, но главным образом – по местонахождениям рельефа гигантских знаков ряби течения.
В случае повышенной мощности ледниковых плотин в каналах стока регулирование запасов воды в водоприемниках происходило путем частичной водоотдачи через дренажные каналы низших порядков – перевальные седловины в соседние бассейны. Сброс части вод через спиллвеи Тобожок-Башкаус должен был вызывать катастрофическое опорожнение ледниково-подпрудных озер в долинах рр. Башкауса, Улаганов и Кубадру. Прорывы Чуйского, Курайского или Уймонских озер провоцировали сбросы воды из Яломанской впадины. Эта озерно-дренажная сеть была чрезвычайно динамичной. Каждый очередной сброс или всех озерных вод, или их излишков немедленно компенсировался интенсивным талым стоком с ледников горного обрамления.
Короткопериодические опорожнения и заполнения котловин накладывались на озерно-ледниковые макроритмы длительностью в десятки тысяч лет, на всех этапах эволюции озер за исключением тех промежутков времени, когда поверхность озер вовлекалась в область питания ледников и возникали наледные ледоемы и «пойманные озера». На начальных и конечных стадиях оледенений, когда ледниковые плотины были маломощными и неустойчивыми, опорожнения происходили за счет прорывов или всплывания плотин. В остальных случаях излишки воды сбрасывались через спиллвеи, а также поверх плотин, которые в итоге опять-таки прорывались.
В магистральных долинах стока из некоторых котловин имеются фрагменты отложений подпруживавших озера ледников. Эти морены приурочены к створам участков прорыва на разных гипсометрических уровнях каналов при выходе из котловин. Фрагменты морен встречаются и на бортах каналов стока ниже участков прорыва. Такие образования специально изучались автором в долине Чуи между Чуйской и Курайской впадинами, ниже Курайской впадины, на склонах в урочище Баротал, в долине р. Катуни ниже урочища Сок-Ярык, в долине р. Чулышмана, в долине р. Ванча в Горном Бадахшане и в других местах. В.В. Бутвиловский и Г.Г. Русанов изучали эти образования в бассейне р. Башкауса, а М.Г. Гросвальд – в большинстве ледниковых районов мира.
Противники теории дилювиального морфолитогенеза утверждают, что если бы ледниково-подпрудные озера сбрасывались катастрофически, то дилювиальные потоки эродировали бы весь рыхлый материал в нижележащих долинах.
Во-первых, иной, не катастрофический, сценарий разгрузки ледниково-подпрудных озер в настоящее время неизвестен. Во-вторых, многочисленные современные примеры в самых разных районах планеты показывают, что ледниково-подпрудные озера способны продуцировать катастрофические паводки и без полного уничтожения подпруживающих ледников и их фронтальных морен.
Очевидно, что и сбросы Чуйского, Курайского, Уймонского и других озер в направлении магистральных долин на стадиях последней дегляциации, когда озера уже не достигали максимальных объемов в связи с уменьшением талого стока и маломощностью плотин, происходили главным образом по внутри- и окололедниковым каналам и полостям, а также – по подледниковым спиллвеям. Полного уничтожения плотин на этих этапах не происходило.
Таким образом, например, было спущено в сентябре 1982 г. оз. Стрэндлайн на Аляске. Это озеро имело объем 7 ´ 108 м3 . Скорости дилювиального потока были оценены авторами статьи в 14 м/с. После катастрофического сброса озера, которых длился 5 часов, внутриледниковые каналы стока оставались открытыми еще около года, после чего закрылись.
У. Мэтьюз сообщает о механизме катастрофического прорыва ледниково-подпрудного оз. Саммит в декабре 1965 г.. Это озеро было спущено по внутриледниковому туннелю правильно формы с максимальным диаметром 13,1 м и длиной почти 13 км. Максимальный расход воды составлял 3200 м3 /с.
Ярким примером обсуждаемого механизма катастрофических сбросов ледниково-подпрудных озер является долина р. Ванч на Памире. Верховья этой долины буквально завалены протаивающим моренным материалом – реликтом многочисленных подвижек ледника Медвежий. В 3 – 4 км от устья р. Дустироз вниз по р. Ванч долину почти перегораживает хорошо сохранившийся конечно-моренный комплекс ледника Русского географического общества. Этот комплекс представляет собой, по существу, активный каменный глетчер, под моренным чехлом которого залегает интенсивно убывающий ледниковый лед. А ведь только в течение 20-го столетия Абдукагорское озеро прорывало ледниковую плотину не менее шести раз: в 1910, 1937, 1951, 1963, 1973 и в 1985 годах. Зато еще ниже ледника РГО по течению Ванча долина в прирусловой части оказалась практически полностью вычищена гляциальными прорывными паводками, которые генерировало Абдукагорское ледниково-подпрудное озеро. Здесь можно встретить почти весь известный геоморфологический набор следов дилювиальных потоков: подрезанные конусы выноса, выположенное днище самой долины, покрытое огромными, в несколько метров в диаметре, глыбами, маргинальные каналы дилювиальных стоков по коренным бортам долины, эворзионные впадины «сухих водопадов» и т.п.
При кульминации оледенений механизм подледниковых катастрофических сбросов озер становился, по-видимому, превалирующим, хотя сами сбросы происходили реже. В частности дилювиальные каналы сбросов и геоморфологические следы работы напорных подледниковых вод под позднеплейстоценовой ледниковой лопастью описываются для Южного Онтарио, провинций Альберта, Квебек и северо-западных территорий современной Канады. Формирование отдельных форм рельефа, происхождение которых связывалось ранее с приледниковым морфогенезом, Т. Бреннард и Дж. Шоу объясняют напряженными водно-эрозионными динамическими обстановками под ледниковыми щитами.
Сейчас разработаны математические модели нескольких механизмов истечения воды из ледниково-подпрудных озер и внутриледниковых полостей, рассматривающий широкий их спектр от медленного просачивания воды через трещины во льду и термоэрозии с дальнейшим прорывом до катастрофических взламываний, прорывов льда. С палеогляциологических позиций важно то, что приледниковые и внутриледниковые озера способны продуцировать катастрофические паводки без полного уничтожения подпруживающего ледника. С геоморфологических позиций важно то, что наличие моренного материала в каналах стока не опровергает вероятность катастрофических опорожнений озер.
Несколько лет назад, когда рельеф гигантской ряби течения в горах Южной Сибири уже многие исследователи перестали, наконец, именовать мореной и т.п., то есть когда гигантская рябь течения получила свое верное, дилювиальное, объяснение, некоторое недоумение естествоиспытателей вызывала необычная ориентировка гигантских дилювиальных гряд в Курайской межгорной впадине. Согласно этой ориентировке, направление четвертичных дилювиальных потоков из котловины было обратным современному направлению р. Чуи. Другими словами, огромные массы воды, как и писали об этом Г.Ф. Лунгерсгаузен и О.А. Раковец, изливались в сторону Монголии.
Палеогляциологические реконструкции П.А. Окишева, основанные на том, что последнее оледенение в горах Алтая возникло и существовало вследствие понижения среднелетних температур воздуха относительно современных примерно на 5° без увеличения относительно современного среднегодового количества осадков, показали, что талый сток с ледников Алтая был в 10 раз меньше современного, т.е. был настолько ничтожен, что поглощался «каналами и трещинами ледника, занимавшего долину Чуи» в максимум оледенения и не «обеспечивал» образования озера в Курайской, в частности, котловине. Другими словами, ледники как губка впитывали ту малую воду, которая была, и котловины с подпруженным ледниками же стокомоставались сухими.
Для оценки талого стока в максимум и постмаксимум последнего оледенения в бассейне крупнейшей на Алтае Чуйской котловины мы использовали данные самого П.А. Окишева о градиенте температур в эти периоды и предлагаемые им же величины депрессии снеговой линии. В разработке модели учитывались рекомендации М.Б. Дюргерова, В.Г. Ходакова и А.Н. Кренке. Погрешность полученных результатов, по-видимому, не превысила ошибки определения границ четвертичных ледников.
Наши расчеты показали, что объем современного ледникового стока в бассейне верхней Чуи составляет около 0,3 км3 /год. В первую фазу позднечетвертичного оледенения он составлял в среднем около 8,5 км3 /год. Это означает, что в ледниковый максимум вюрма, если принимать исходные данные П.А. Окишева, объем талого стока с ледников Алтая мог быть почти в 30 раз больше современного.
Отмечу при этом, что, во-первых, для расчетов принималась величина депрессии границы питания как минимум на 400 м меньшая, чем действительная для указанных хронологических срезов; во-вторых, отклонения среднелетних температур воздуха на эти временные интервалы по некоторым данным были гораздо больше. Наконец, в-третьих, утверждение П.А. Окишева о неизменности, или даже – аридности, климата в ледниковые эпохи на территории гор Центральной Азии представляется совсем не бесспорным.
Работы Е.В. Девяткина, В.Э. Мурзаевой, А.А. Свиточа, Е.М. Малаевой и многих других геологов содержат очень серьезные доказательства синхронности плювиальных обстановок с похолоданиями с одной стороны, и глубокой аридизацией климата Центральной Азии в межледниковья с другой.
«Именно после оледенения до крайности усилился аридный режим Центральной Азии…», писал еще в 1949 г. Э.М. Мурзаев. На основании геоморфологических данных этот великий знаток Азии отмечал «несомненно более влажный, нежели современный, климат ледникового времени. Наши материалы по «сухим долинам» северо-восточного склона хр. Сайлюгем подтверждают выводы перечисленных исследователей о гораздо большей увлажненности климата в эпоху по крайней мере последнего оледенения и о постледниковой, резко проявившейся в раннем голоцене, аридизации.
Поэтому можно полагать, что объем талого стока в бассейне верхней Чуи был еще больше, чем полученный по нашим расчетам из данных П.А. Окишева. Так или иначе, даже опираясь на приведенные, явно заниженные, оценки объема ледникового стока, легко подсчитать, что для заполнения Чуйской котловины до горизонтали 2200 м потребовалось бы, исходя из объема котловины, порядка всего ста лет. Курайская котловина должна была заполняться до этих отметок как минимум втрое быстрее. Поэтому до выравнивания уровней Курайского и Чуйского ледниково-подпрудных озер сток воды должен был быть направлен на восток, в бассейн заполнявшегося Чуйского озера.
Возможен еще один сценарий палеогидрологических событий, способный удовлетворительно объяснить «странную» ориентировку гигантской ряби в Курайской впадине. При изменении плановой конфигурации речного русла гидродинамический режим меняется, меняется и характер донной и боковой эрозии и прибрежной и иной аккумуляции наносов. Это контролируется дифференциацией скоростей течения на разных участках русла и изменением характера продольной и поперечной циркуляции воды в нем. В некоторых местах возникают зоны энергичных локальных водоворотов, а также более обширные пространства с обратными течениями. Именно на таких участках обратных течений, как показывают экспериментальные и натурные материалы, возникают грядовые русловые формы, не фиксирующие, кстати, – и это очень важно, участки максимальных скоростей и глубин основного потока.
В случае с Курайской впадиной палеогидрологическая ситуация, в частности могла выглядеть так, как показано на схеме. Можно добавить, что предложенное объяснение не является откровением для специалистов по русловым процессам, но может оказаться небезынтересным для специалистов в области динамической геологии и геоморфологии. Разумеется, оба сценария не исключают друг друга.
Реконструированный в Курайской впадине циклональный круговорот воды, имевший почти 10-километровый радиус, вместе с основным, продольным палеотечением мог бы служить зеркальной моделью современной циркуляции Арктического бассейна.
Гигантские знаки ряби течения, развитые в верхних истоках Енисея, позволяют наметить дилювиальную палеогляциогидрологию этой территории. Как видно из палеогляциологической схемы М.Г. Гросвальда, поля гигантской ряби расположены повсеместно по берегам Ка-Хема – Улуг-Хема. Образование этой ряби М.Г. Гросвальд связывает с катастрофическими прорывами Дархатского ледниково-подпрудного озера во время распада последнего оледенения.
Дархатская межгорная впадина ограничена с запада, севера и востока горными хребтами с абсолютными высотами около 3000 м, а на юге отделена от бассейна Мурэна водораздельной грядой с отметками около 2000 при высоте днища котловины – 1570 м. Абсолютная отметка уреза р. Кызыл-Хема у выхода из котловины – 1543 м. А.И. Спиркин, много работавший в бассейне Дархатской котловины, доказал неоднократное возникновение в котловине плотинных озер. Большинство плотин Дархатского озера были вулканического происхождения, следы последнего же озера указывают на его ледниково-подпрудный генезис. С выводами А.И. Спиркина согласились М.Г. Гросвальд и Н.В. Лукина.
Максимальная площадь Дархатского ледниково-подпрудного озера, восстановленная по гипсометрии озерных террас, составляла в последнюю ледниковую эпоху около 2600 км2 , а объем воды превышал 250 км3 . На основании сравнения величин испарения и средних годовых сумм атмосферных осадков в бассейне Дархатской впадины и современном речном бассейне, М.Г. Гросвальд делает вывод о том, что время, необходимое для заполнения озерной ванны до отметки 1720 м, составляло около 100 лет. После этого озеро прорывалось.
Этот сценарий очень похож на реконструированную поздневюрмскую историю алтайских ледниково-подпрудных озер. Даже порядок величин скорости заполнения межгорных впадин талыми водами одинаков – около ста лет. Можно предполагать, что этот порядок справедлив и для других ледниково-подпрудных озер Центральной Азии, если иметь в виду сходные климатические условия их питания и режима.
Систематические дилювиальные потоки из Дархатской впадины создали каньоны-кули в истоках Енисея, а также гигантские знаки ряби течения рр. Кызыл-Хема и Ка-Хема – Улуг-Хема. Кроме этого, согласно нашим наблюдениям, именно в результате работы дилювиальных потоков днища многих тувинских котловин почти полностью лишены обломочного рыхлого чехла. Обширный участок долины Енисея в районе Кызыла-Шагонара имеет лишенные рыхлых отложений склоны, и часто вычищенные от рыхлых осадков верхние террасовые цокольные уровни. Отложения гигантской ряби района Кызыла залегают, вероятно, на среднечетвертичном цоколе, который повсеместно обнажается рекой.
Как отмечалось, четвертичная гляциогидрология Саяно-Тувинского нагорья изучена лишь в самых общих чертах благодаря, в первую очередь, трудам М.Г. Гросвальда. Представляется удивительным пробелом то, что известная более двадцати лет тувинская гигантская рябь специально никем не изучалась, хотя даже по описанным местонахождениям можно судить о том, что по представительности она ничем не уступает алтайской и американской. Более того, если исходить из общей палеогляциологической ситуации территории нагорья и прилегающих прибайкальских регионов, ледниково-подпрудные озера существовали здесь повсеместно, и гигантская рябь течения может быть обнаружена во многих долинах. Нужно лишь представлять, что именно необходимо искать.
Расчеты гидравлических параметров дилювиальных потоков по морфометрии и вещественному составу гигантских знаков ряби и по топографии каналов стока
Первые определения расходов дилювиальных потоков позднечетвертичного североамериканского озера Миссула для различных участков производились по известной в гидрологии формуле Шези. Полученные результаты были грандиозны: от 2 до 10 млн. м3 /с. Тем не менее, неопределенность коэффициента шероховатости русла приводила к значительным неточностям, а сами результаты казались многим сомнительными. Позднее В.Р. Бейкер на основании статистического анализа большого количества натурных данных вывел эмпирические зависимости между размерами гряд ряби течения и глубиной и скоростью потоков, в руслах которых эти гряды формировались:
Н = 0.923V0.455 ; B = 37.8V0.348 и B = 8.24D0.87 ,
где Н – средняя высота волны ряби, В-средняя длина волны, D – глубина потока над полем ряби и V – средняя скорость течения воды.
В.Р. Бейкер определил и диапазон условий, в пределах которых справедливы эти взаимоотношения: глубина потока от 12 до 152 м, средняя скорость течения 9 – 18 м/с, крупность частиц, слагающих паводковые дюны – от гравия до валунов диаметров до 1.5 м и некоторые другие. Согласно зависимостям В.Р. Бейкера, для участка гигантской ряби Платово-Подгорное на 12 – 14-метровой левобережной террасе р. Катунь в предгорьях Алтая были получены средние скорости потока около 16 м/с, глубины потока около 60 м и расходы воды, с учетом современной морфологии долины, не менее 600 000 м3 /с. Эти цифры несколько превышают ранее опубликованные в связи с уточнением морфометрии грядового рельефа методом крупномасштабной топографической съемки.
Участок Платово-Подгорное находится почти в 300 км от возможных мест прорыва. Поток здесь распластывался, его глубины и скорости
29-04-2015, 00:34