Евразийские гидросферные катастрофы и оледенение Арктики

Автор: М. Гросвальд
Источник: Москва, «Научный мир» 1999. ББК 26.222.8:823; ISBN 5-89176-067-3
Полный вариант в формате DJVU (14.5Mb)

ГЛАВА 5
ТРАНСКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ПОТОКОВ
ОСОБЕННОСТИ ИХ ГИДРАВЛИКИ

5.2. Еще раз о географии и генезисе грядово-ложбинных систем

Итак, картина размещения грядово-ложбинных комплексов, выясненная для внеледниковой области (см. гл. 4), теперь может быть дополнена данными по области покровного оледенения (см. раздел 5.1). Те и другие суммированы на рис.35, который дает полную картину трансконтинентальных ложбинных систем Северной Евразии. На сводной карте прежде всего видно, что системы ледниковой и внеледниковой областей представляют собой единое целое; они берут начало с полярного шельфа или из глубоководного бассейна центральной Арктики, преодолевают область покровных оледенений и, не прерываясь, пересекают материк и впадают в окружающие Европу моря.

Крупная деталь этой картины – грядово-ложбинная система Туранской низменности. Она продолжает на юг Уральскую систему и свидетельствует о катастрофических затоплениях этой низменности с севера. "Туранские потопы" происходили неоднократно, на что указывают две генерации ложбин с разным простиранием, отраженные на снимках юго-восточного Приаралья (см. рис. 22а). Пути поступавших на низменность потоков проходили через Тургайское плато, Ишимскую равнину и окраины Казахского мелкосопочника. Вероятно также, что вода попадала к Аральскому морю и из Барабы, проникая через Силеты-Нуринскую ложбину, и в пустыню Бетпак-Дала – из Кулунды, следуя через долину Шидерты и пересекая водораздел у Караганды и Темиртау.

Интересен вопрос о дальнейшей судьбе воды, поступавшей на Туранскую низменность с севера. Сейчас на него можно дать лишь самый общий ответ. Некоторая ее часть просачивалась, насыщая грунтовые воды, основная же масса этой воды должна была сбрасываться в Каспий и уходить на запад через Манычскую ложбину. Очевидно, что ни Верхнеузбойский коридор, ни русло Узбоя, ни даже весь проход между Бол. Балханами и Копетдагом пропустить эту воду не могли [Кесь, 1939]. Из Центральных Каракумов она должна была следовать на северо-запад, через Кара-Богаз-Гол и плато Мангышлак, превратив его в подобие скебленда.

Вернемся, однако, к Северной Евразии в целом. Судя по схемам и космоснимкам (см. рис. 27, 35), ее грядово-ложбинные комплексы имеют особенности, которые делают их совершенно уникальным образованием. Первое, это грандиозные размеры ложбинных систем. Они развиты на площади не менее 10 млн км², имеют длины, которые в зависимости от направления варьируют от 5 до 7 тыс. км, и ширину полей, которая превышает 1000 км. Рассматриваемые поля были на два порядка больше районов, испытавших воздействие водно-ледниковых катастроф типа мизульской.

1 – максимальная граница последнего оледенения;
2 – простирание пластовых потоков (по бэровским буграм, гривам и др. следам);
3 – древние ложбины стока;
4 – огибающие долины;
5 – предположительное продолжение катастрофического стока;
6 – основные пути подледного стока.

Упрощая географию ложбинных систем, можно сказать, что они образуют два основных ствола, один – меридиональный, простирающийся вдоль Урала на юг в область Аральского и Каспийского морей, и второй – диагональный, направленный с северо-востока на юго-запад, через Западную Сибирь и Прикаспийскую низменность в Черное море и Западную Европу. На фронте шириной в 500-600 км эти стволы пересекаются, что происходит в районе Тургайского плато.

Еще одна отличительная особенность обеих систем состоит в их удивительной прямолинейности. Такая прямизна характерна и для ложбинных систем в целом, и для большинства их компонентов – бэровских бугров Прикаспия, песчаных гряд Турана, сибирских грив, древних ложбин стока и кулундинских увалов. Направление систем остается неизменным на всем их протяжении, причем и там, где они переходят через топографические барьеры, подобные Южному Уралу и Тургайскому плато, или пересекаются друг с другом. Их ориентировка почти не зависит от рельефа местности, и они без труда преодолевают подъемы в 200-250 м; создается впечатление, что им легче резать "углы" гор и плато, чем отклоняться от движения по прямой.

Прямолинейность систем грядово-ложбинных комплексов резко контрастирует с извилистой, "изломанной" конфигурацией систем квазистационарного стока (см. рис.9), отражающей их приспособление к рельефу местности. К тому же, система такого стока, подобно "нормальным" речным бассейнам, имела тенденцию к фокусированию в "единственных" руслах, тогда как в рассматриваемых системах сток шел по множеству параллельных русел, не сближавшихся даже на седловинах.

Наконец, показательно, что с системами грядово-ложбинных комплексов ассоциируются цепочки замкнутых понижений, иногда огромных, подобных впадинам Закаспия и котловине Сарыкамышского озера.

Не все в рисунке систем до конца выяснено и понято. Остается неясным, например, как образованы скрещивающиеся ложбины Тургая, был ли временной разрыв в действии меридиональных ("уральских") и косых ("сибирских") струй. Неясно также, как возникли меридиональные комплексы Турана – действительно ли они продолжают формы "уральской зоны" или связаны с "сибирской зоной" и возникли в результате ее отклонения к югу. Неясно, наконец, как продолжения долин, рассекающих плато Путорана и Яктали, сопрягаются с системой диагональных ложбин более южных и западных районов Сибири.

Тем не менее имеющихся данных достаточно, чтобы сделать обоснованные выводы о происхождении грядово-ложбинных систем. Их география доказывает, что ни одна из гипотез, приведенных в гл. 4, включая тектоническую и эоловую, не в состоянии удовлетворительно объяснить всю сумму особенностей комплексов, в там числе их строение, форму, ориентировку и размещение.

Теперь, когда стало ясно, что разговор должен идти не об изолированных полях или группах форм, а о гигантских непрерывных системах, или геоморфологических суперкомплексах, проблема их генезиса существенно упрощается. Целый ряд прежних объяснений отпадает сам собой. В самом деле, если отдельное поле увалов и ложбин, подобное Кулундинскому, в принципе может быть тектоническим, группа ложбин в низовье Волги – флювиальной, связанной с древней дельтой реки, а параллельные валы береговой зоны древнего Каспия – прибрежно-морскими, то теперь, когда эти поля попали в новый контекст, став интегральными элементами целостных трансконтинентальных систем, они должны получить другое, причем единое и пригодное для всех объяснение.

Неприложима здесь и эоловая гипотеза, хоть она имеет массу сторонников среди исследователей Прикаспия, Турана и Западной Сибири. Ведь известно, что как сейчас, так и в эпоху плейстоценовых оледенений названные области лежат и лежали в зоне западного переноса, и для них характерны ветры, которые дуют и дули с запада. Об этом говорят и схемы атмосферной циркуляции [Клиге и др., 1998; Kutzbach, Wright, 1985], и данные прямого картирования плейстоценовых песчаных дюн [Дренова, 1998; Zeeberg, 1998]. Между тем, та среда, которая сформировала комплексы гряд и ложбин, двигалась не с запада, а с востока и северо-востока. Об этом говорит форма бэровских бугров, грив, гряд-увалов Кулунды и других образований. Например, на снимке бугров можно видеть, что их напорные (широкие, закругленные) концы обращены на восток, а острые и тонкие "хвосты" – на запад (рис.36). Или, что субаэральные дельты в ложбинах, разделяющих кулундинские гряды-увалы (см. рис.25), приурочены к их юго-западным концам. То и другое несовместимо с западными ветрами, а значит и с эоловой гипотезой.

Вспомним, однако, почему, обсуждая генезис бэровских бугров или песчаных гряд, предпочтение отдают эоловой гипотезе, а рассматривая древние ложбины стока, вспоминают о тектонике. Прежде всего потому, что все эти образования прямолинейны и образуют широкие поля взаимно параллельных форм. Писалось же о бэровских буграх, что они "... могут быть только эоловыми, так как в случае флювиального генезиса в рисунке меж-бугровых ложбин мы бы видели следы меандрирования" [Федорович, 1941]. Или – о сибирских ложбинах стока: "Трудно представить возникновение целой системы пареллельных рек, прямолинейных и проложивших свои русла через почти одинаковые интервалы, [не допустив, что] такое расположение чем-то предопределено. И приходится возвращаться к тектонической гипотезе" [Воскресенский, 1962, с.77].

Стоит, однако, изменить парадигму и представить, что происхождение грядово-ложбинных комплексов не эоловое, не тектоническое и не просто флювиальное, а флювиально-катастрофическое, и все проблемы их генезиса решаются сами собой. Если допустить, что эти комплексы созданы не "нормальными" реками, а катастрофическими потопами, то все детали головоломки разом становятся на место, все особенности размещения и морфологии рассматриваемых систем получают единое и логичное объяснение.

Теперь уместно вернуться к особенностям грядово-ложбинных систем и рассмотреть их вновь, причем на сей раз – в свете настоящей гипотезы.

 

Прямолинейность систем и их элементов.

Цитированные выше авторы, Б.А.Федорович и С.С.Воскресенский, упускают из виду, что прямолинейные долинные формы создаются не только ветром и тектоникой, но также потоками высокой мощности. Гидрологи давно знают, что чем больше расход воды в потоке, чем выше ее уровень, тем более прямым становится речное русло. И что с увеличением скорости течения динамические оси потоков спрямляются [Маккавеев, 1955; Чалов, 1997]. Известно, в частности, что при весенних разливах, когда уровни воды поднимаются и реки выходят из берегов, они перестают меандрировать, и струи воды, двигаясь по прямой, срезают выступы речных террас и берегов [Попов, 1955]. И что когда такой поток расширяется и становится пластовым, он разделяется на несколько динамических осей, каждой из которых соответствует собственная линия наибольшей эрозии [Чалов, 1997]. По этой причине он может создавать целые системы параллельных, прямолинейных и неразветвленных ложбин.

Очевидна правота К.М.Бэра, который, как мы помним, связывал ландшафты параллельных бугров северного Прикаспия с "внезапной и насильственной" (читайте: катастрофической) убылью Каспийского моря. В самом деле, эти ландшафты явно близки комплексам форм, образующим типичный скебленд, и в бэровских буграх, песчаных грядах, гривах, древних ложбинах стока мы видим не что иное, как продольные бары, или эрозионные останцы, возникшие в широких лотках катастрофического стока. По В.Бейкеру [Baker, 1997], подобные ландшафты – суть макроследы гидросферных катастроф, характерных для прошлого Земли и Марса.

Сказанным, в частности, определяется наша трактовка грядового рельефа Турана. Мы согласны с С.Ю.Геллером, что этот рельеф флювиальный, преимущественно водно-эрозионный, однако не можем не видеть, что он создан не "нормальными, хоть и очень полноводными реками", а катастрофическими потоками, имевшими сверхвысокие скорости и расходы. И что двигались эти потоки не с юга, с Копетдага, а с севера, из Западной Сибири, переваливая через Тургайское плато и Казахский мелкосопочник.

Наш вывод о поступлении воды с севера базируется как на общей ориентировке системы евразийского стока, так и на конкретных индикаторах ее движения, таких, как факеловидные "структуры" гряд, обращенные вершинами на юг (рис.37); следы южного течения воды через Тургай и данные о переносе эрратики с Мугджар к югу, на западный берег Аральского моря [Пшенин и др., 1984]. Один из примеров грядовых "факелов" можно видеть в Кызылкумах, в 400 км восточнее Ургенча, другой – юго-западнее Арала, где его "ядром" служит Сарыкамышская впадина.

Образование огибающих долин.

Генезис огибающих долин до сих пор не обсуждался. Однако тот факт, что эти долины следуют вдоль береговых линий древних каспийских бассейнов, наводит на мысль, что они связаны со специфической гидравликой зон взаимодействия катастрофических потоков с этими бассейнами. По мнению А.Б.Казанского (Ин-т географии РАН), эту проблему следует решать на базе теории плоских затопленных струй [Шлихтинг, 1974; Теория..., 1984]; в соответствии с ней, потоки, вторгавшиеся в Каспий и встречавшие сопротивление его водной массы, резко отклонялись в сторону и эродировали ложе вдоль мелководной периферии бассейна. Таким образом здесь соблюдался принцип минимальной диссипации энергии, или "закон" экономии сил природных процессов [Маккавеев, 1955].

 

Происхождение замкнутых понижений.

Выше было показано, что к объяснению еще одной группы дискуссионных форм – замкнутых понижений Закаспия, Турана и Западной Сибири до сих пор привлекаются разные гипотезы, из которых особенно популярны тектоническая, дефляционная и карстово-суффозионная. Рассматривается и термокарстовая гипотеза, к которой, однако, прибегают лишь при объяснении впадин зоны покровных оледенений.

Появление флювиально-катастрофической концепции создает импульс для возобновления дискуссии о замкнутых впадинах внеледниковой области. Теперь мы можем предполагать, что по крайней мере часть этих форм возникла из водобойных котлов, связанных с водопадами и водоворотами в катастрофической системе стока. Известно, что гидравлические водопады являются характерными элементами бурных потоков и что ниже их происходят гидравлические прыжки, а также, что в зонах водопадов потоки пульсируют, скорости течения резко возрастают, а давление столь же резко падает. В соответствии с уравнением Бернулли, в таких местах развиваются процессы кавитации, или "холодного кипения" воды. Резкое падение давления характерно и для водоворотов, так что и в них развивается кавитация. Последняя же способна к быстрому разрушению горных пород, она может за считанные часы "выдолбить" крупные впадины или высверлить эворзионные котлы [Маккавеев, 1973; Baker, Bunker, 1985; Чалов, 1997].

Весьма возможно, что и крупнейшие впадины области, включая Аральскую, созданы не тектоникой и не нормальными реками, стекавшими из Западной Сибири через Тургайский спиллвей, как еще в 1939 г. предполагал И.П. Герасимов (см.: [Мещеряков, 1972, с. 278]), а сверхмощными катастрофическими потоками. Похоже, что именно такие потоки эродировали дно Арала, создали его острова и отмели, определили форму заливов и береговых образований. Все эти элементы вытянуты с севера на юг, параллельно грядовым формам, в направлении движения тех самых потоков.

Сказанное подтверждается наблюдениями из космоса. Судя по космоснимкам (рис.38), с севера к Аралу подходит не просто речная долина, продолжающая Тургайский спиллвей, а система параллельных корытообразных лотков, каждый шириной по 50 км. В продольных профилях этих лотков чередуются глубокие впадины-бассейны и пороги-ригели, с южными впадинами сейчас совпадают заливы, с порогами – острова; примером последних может служить о-в Барсакельмес.

Продолжения упомянутых лотков затоплены водами Арала, их слиянием образована котловина моря. Два таких лотка – желоба Причинковый и более восточный – разделены узким гребнем, который состоит из меридионально вытянутого о-ва Возрождения и полуостровов Куланды (на севере) и Муйнак (на юге). Эти лотки продолжаются на юг в район современной дельты Амударьи, где они вновь осушаются. "Бывшее дно" здесь изобилует замкнутыми впадинами, похожими на котловину Сарыкамышского озера. По-видимому, и они высверлены водоворотами, возникавшими в катастрофических потоках. А там, где последние переваливали через борта впадин, их струи вырезали целую сеть ложбин, создав рельеф, похожий на шхерный. Таким, похожим на шхерный, еще недавно было юго-восточное побережье Арала (см. рис.21). Сейчас кажется странным, что именно оно стало эталоном особого – "аральского" – типа берегов, который, как считается, "получил свою конфигурацию вследствие распространения моря по стране, эродированной ветром" [Щукин, 1974].

Таким образом, флювиально-катастрофическая модель способна естественным образом объяснить генезис всех замкнутых понижений области – как мелких и средних, так и огромных, подобных Аральскому морю. Последнее предстает в ней как бассейн, занимающий "низкие места" в ложбинах, созданных эрозионной работой катастрофических потоков, и потому огромны, прямолинейны и изобилуют порогами и котлами. С этой моделью согласуются и данные по стратиграфии донных отложений Арала. В них, как известно [Кесь, 1991], нет осадков древнее верхнего плейстоцена и голоцена: глины и эвапориты (галиты, астраханиты, мирабилит) верхнего плейстоцена залегают здесь прямо на поверхности регионального размыва. Сама А.С.Кесь видит в этом доказательство молодости Аральского моря, хотя дело, вероятно, в другом. Возможно, что это море существовало и раньше, однако слои, в которых "записаны" древние этапы его жизни, сохраниться не могли. В истории Арала этапы спокойного развития прерывались катастрофами, когда по его желобам проносились бурные потоки, и каждая такая катастрофа приводила к эрозионному углублению дна и сносу осадков, отложенных на предыдущем "спокойном" этапе.

 

Признаки инерционности потоков.

Как показал анализ географии грядово-ложбинных систем, эти образования выработаны необычными потоками. Последние преодолевали огромные расстояния; двигаясь вверх по склонам, они могли переходить через топографические барьеры, срезать выступы плато и горных хребтов, пересекать другие долинные системы. И все это – не меняя собственного направления, сохраняя прямолинейность. Создается впечатление, что их движение не подчинялось действию силы тяжести. Действительно, чтобы перевалить через Южный Урал у Орска потоки должны были подниматься на 200 м; чтобы попасть из Барабинской степи к оз.Тенгиз, – преодолевать подъем от 106 до 305 м; а чтобы преодолеть Тургайское плато с востока, достигнув уровня, который маркирован его верхними каналами, – подняться на 160-180 м.

Такие особенности движения характерны только для катастрофических потоков – больших масс воды, которым сообщалась огромная энергия. И которым свойственна инерционность. Они были подобны плоским струям, вырывавшимся из чудовищного брандсбойта и направленным горизонтально, параллельно земной поверхности. Будучи искусственной и несовершенной, данная модель тем не менее хоть как-то объясняет и прямолинейность систем стока, и множественность их параллельных русел, и срезание углов, и преодоление обратных уклонов. Она помогает нарисовать образ "марсианских" потоков, которые со страшной силой вырывались из десятков сопел, а затем объединялись, распластывались и, в соответствии с сообщенным им моментом, пересекали континент.

 

Особенности сибирского термокарста.

Среди замкнутых понижений Западной Сибири и Северного Казахстана значительное место занимают термокарстовые впадины, которые возникают в результате вытаивания крупных тел подземного льда. Поэтому по-настоящему широкое развитие термокарста обычно характерно лишь для областей недавнего оледенения. Однако в Западной Сибири и Северном Казахстане положение иное, термокарстовые впадины изобилуют там не только на месте сартанского ледникового покрова, т. е. к северу от 62-63° с.ш., но и на южной периферии области. Такие формы известны в Челябинском Зауралье и Прииртышье, на днищах ложбин Тургайского плато и Казахского мелкосопочника [Воскресенский, 1962].

С.В.Гончаров [1991] оставил описание термокарстовых впадин, приуроченных к водоразделам внеледниковой части Западной Сибири – верховьев Пура и Таза, левобережья Верхней Оби, побережий Кас-Кетского спиллвея; по его данным, они присутствуют там на высотах до 200-210 м, т. е. на десятки метров выше уровня Мансийского ледникового озера. А С.С.Воскресенский [1962] пишет о термокарсте Прииртышья, указав при этом на морфологическое сходство котловинных форм района с аласами Центральной Якутии. Судя по космоснимкам, озерные котловины юга Западной Сибири действительно похожи на впадины, созданные термокарстом. Это относится и к скоплению озер в районе Челябинска, и к тысячам озер Барабы и Кулунды, и к озерным "кластерам" слепых долин Тургайского плато (например, Сыпсынакашской ложбины; см. рис.20).

Мы уже указывали, что столь интенсивный термокарст возможен лишь при наличии погребенного льда. Однако как он оказался на юге Сибири, в тысяче километров от области оледенения и в сотнях – от Мансийского ледникового озера? Ответить на этот вопрос можно только так: лед приносился сюда от края ледникового покрова, и делали это катастрофические потоки воды. Известно же, что при потопах, связанных с прорывами ледниково-подпрудных озер, разносятся не только обломки горных пород, но и огромные блоки льда. Эти блоки громоздятся на периферии бассейнов, набиваются в ложбины, садятся на мели, а затем погребаются наносами [Maizels, 1997].

Набиваясь в узкие ложбины, айсберги создавали продольное давление, а после того как лед вытаивал, оставались его следы – специфические текстуры сжатия в наносах, которые первоначально заполняли трещины. Такие текстуры, указывающие на давление с северо-востока, вдоль оси Силеты-Нуринской ложбины, можно видеть в рисунке "камер" и перемычек, образующих современную ванну оз.Тенгиз (рис.39). Нельзя не заметить, что этот рисунок чрезвычайно похож на контуры озер Эскимо-Лейке, лежащих у устья р.Маккензи. Между тем, Эскимо-Лейкс явно набивались айсбергами, порождаемыми Лаврентьевским ледниковым покровом, и их роль здесь не вызывает никаких сомнений [Prest, 1970].

Сказанное приводит к выводу, что география сибирского термокарста также вписывается в нашу флювиально-катастрофическую модель.

---