В основании разреза лежит пачка аллювиальных отложений. В ней чередуются прослои гравия и мелкой гальки, а также косослоистые пески и супеси. Все это — фации, сформировавшихся в русле Палеовилюя. В разрезе аллювиальной пачки обнажаются темные отверстия, из которых сочатся грунтовые воды межмерзлотных таликов. Из таких зон разгрузки сформированы горизонтальные ярусы.

Время формирования аллювиальных отложений нижней части разреза Кысыл-Сырского тукулана относится к концу предпоследнего межледниковья, именуемого в Сибири каргинским термохроном и длившегося в интервале 65–28 тыс. лет назад. В его начальный период климат был значительно мягче, чем в предшествовавший зырянский криохрон. Однако считается, что в то время было все же холоднее и суше, чем сегодня. Начавшаяся около 100 тыс. лет назад последняя ледниковая эпоха не закончилась, а лишь взяла небольшую передышку. В горах Западного Верхоянья площадь ледников несколько сократилась, а на поверхности Приленской равнины остались обширные пояса морен.

Во время каргинского термохрона общий объем материкового оледенения значительно превышал современный, поэтому уровень моря был ниже, чем сегодня, примерно на 20–30 м [6][6]Хопкинс Д.М. История уровня моря в Берингии за последние 250 000 лет // Берингия в кайнозое. Владивосток, 1976. С.9–27. Это приводило к врезанию рек и формированию пойм, которые оказались теперь ниже уреза Вилюя.

Низкая циклоническая активность на протяжении каргинского термохрона способствовала сохранению относительно сухого климата. Территория современной Центральной Якутии была занята в основном светлохвойной лиственничной тайгой. Многие исследователи считают, что в каргинское время здесь преобладали относительно сухие лиственнично-кустарниковые редколесья с примесью березы белой, а также различные варианты кустарниковых тундр, обедненных степей (тундростепей) и лугов [6][6]Хопкинс Д.М. История уровня моря в Берингии за последние 250 000 лет // Берингия в кайнозое. Владивосток, 1976. С.9–27. На более сухих участках — водоразделах и бровках террас — встречались заросли кедрового стланика и сосновые рощи. Из кустарничков доминировали плаунки, верескоцветные и др. Вероятно, что в пойменных ландшафтах Вилюя кроме типичных ивняково-ольховниковых ассоциаций и лугов где-то сохранялись островки еловых лесов.

Кровлю аллювиальной пачки на высоте около 88–87 м над ур.м. венчает горизонт тонкослоистых темно-сизых пойменных суглинков. Пойменная фация совершенно не содержит древесных остатков. Отложения представляют собой тонкослоистый сапропель с тонкими пропластками растительного детрита — листьев, травы, тонких веточек кустарничков. Все это накапливалось в конце каргинского термохрона, а именно во время конощельского похолодания [7][7]Шофман И.Л., Кинд Н.В., Пахомов М.М. и др. Новые данные о возрасте отложений низких террас в бассейне р. Вилюй // Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода. 1977. №47. С.100–107. после которого началась последняя фаза плейстоценового оледенения — сартанский криохрон. Характер пойменных отложений говорит нам о том, что растительный покров окружающих территорий в то время был относительно бедным.

Несмотря на то что в спорово-пыльцевых спектрах позднекаргинских отложений Кысыл-Сырского разреза отмечено некоторое количество пыльцы ели, сосны и других бореальных видов, здесь все-таки доминируют виды сухолюбивых степных сообществ — полыни, злаки, осоковые, а также элементы сухих кустарничковых тундр — плаунок сибирский, кустарниковая береза, сухолюбивые мхи и лишайники. Отметим, что перечисленные таксоны плохо совместимы между собой и относятся к различным биогеографическим зонам. Например, присутствие пыльцы ели указывает на умеренно влажную темнохвойную бореальную тайгу, а плаунка сибирского — на сухую гипоарктическую тундру. Поэтому при интерпретации спорово-пыльцевых спектров, особенно из аллювиальных отложений, крайне важно учитывать возможность переотложения пыльцы древесной растительности из более древних осадков теплых эпох.

Каргинские отложения (пойменная фация) имеют массивную криотекстуру и содержат до 30% льда-цемента. Их самая верхняя часть — кровля — интенсивно деформирована процессами криотурбации. Пласт сизых пойменных суглинков, изначально залегавший субгоризонтально, разбит короткими вертикальными трещинами, образующими хорошо знакомую всем мерзлотоведам полигональную решетку.

Многим жителям Якутии известно, что деформации грунта и формирование полигонов с вертикальными ледяными жилами связано с сезонным промерзанием и оттаиванием грунта. Трещины, раскрывающиеся на поверхности поймы зимой, в весенне-летний период заполняются снеговыми, паводковыми, дождевыми или надмерзлотными водами, которые, замерзая, превращаются в ледяные клинья. Однако полигональные трещины древнего пойменного горизонта Кысыл-Сырского разреза заполнены не ледяными клиньями, а сухим хорошо отвеянным крупнозернистым песком с охристыми разводами. Возникают вопросы: откуда брался сухой песок, почему трещины промерзающей палеопоймы не заполнились водой и куда девались все эти перечисленные выше воды? Все-таки пойма — один из наиболее низких элементов рельефа долины, а периодическое затопление — основной процесс ее формирования.

Дело в том, что Вилюй, как и многие другие реки Центральной Якутии, относится к транзитному типу, он практически не имеет питания в зимний период. И даже летом, во время межени, уровень падает так низко, что открываются участки русла. Около 28 тыс. лет назад, с началом последнего позднеплейстоценового похолодания, климат с каждым годом становился все более сухим и холодным. К летней межени Палеовилюй практически пересыхал, обнажая массы русловых песков. В зимний период снега выпадало все меньше, к тому же он быстро испарялся на сильном морозе(*)(*)Экспериментальные данные показывают, что в современном климате примерно 30% снежного покрова в Центральной Якутии испаряется. Происходит это путем прямой возгонки, минуя жидкую фазу. Такой интенсивности зимнего испарения способствует крайне низкая влажность воздуха. Растительный покров также становился все более скудным. Постепенно исчезали древесные и кустарниковые виды, почвенный покров иссушался и местами редуцировался. Свободно гуляющие по долинам ветры развевали наносы обезвоженных русел рек. Берега покрывались слоем песка и пыли. Пляжи и косы превращались в прирусловые дюны и блокировали сток мелких водотоков. Это приводило к местным затоплениям, образованию внутренних дельт и озерно-болотных котловин, вокруг которых сохранялись островки чахлой лиственничной лесотундры. С понижением количества осадков все менее заметными становились весеннее-летние половодья. Настал момент, когда очередное половодье уже не достигло уровня поймы. Она превратилась в низкую, покрытую полигональной решеткой поверхность. Аллювиальное накопление осадков здесь полностью прекратилось. Начали господствовать криогенные и эоловые процессы.

Все эти изменения прекрасно видны в разрезе Кысыл-Сырского тукулана: каргинский пойменный горизонт сменяется толщей эоловых отложений, которая достигает мощности 20 м. Это и есть осадки наиболее холодной эпохи плейстоцена — сартанского криохрона.

По мере зачистки и опробования разреза тукулана, двигаясь по нему снизу вверх, мы наконец приблизились к наиболее суровому этапу истории всей четвертичной эпохи — глобальному термическому минимуму, наступившему в середине сартанского криохрона, в интервале 20–18 тыс. лет назад. Оптико-люминесцентная датировка(*)(*)Оптико-люминесцентный метод датирования основан на свойстве фотоэффекта «засвечивания» кварцевых зерен, которые обладают способностью захвата световых квантов в кристаллическую решетку в момент отложения осадка. После погребения под очередными слоями отложений зерна кварца начинают медленно выпускать захваченные кванты. 18±1.4 тыс. лет назад, полученная в нижней части эоловой пачки, как раз относится к этому пику похолодания.

О сухих и холодных климатических условиях той эпохи свидетельствует пологая перекрестная слоистость песков. Она указывает на динамику эоловых процессов — чередование дефляции с аккумуляцией. Рыхлое сложение и высокая пористость осадков говорят о воздушном осаждении частиц, а крайне низкая льдистость (влажность) и практически полное отсутствие растительных остатков — об условиях холодной криопустыни.

Здесь необходимо остановиться на характере льдистости дюнных песков. По этому показателю они кардинальным образом отличаются от других типов многолетнемерзлых тонкодисперсных отложений. Содержание любой влаги в дюнах крайне мало, за исключением нижних слоев, которые служили зонами инфильтрации подземных вод. В них лед-цемент нередко занимает все поровое пространство между частицами, формируя так называемую массивную криотекстуру. В собственно эоловых перекрестно-слоистых песках содержание льда не превышает 5%, причем распределен он неравномерно. В целом в этой фациальной разновидности преобладает контактная криотекстура — сформировавшаяся при конденсации и замерзании переохлажденного водяного пара. Испарение и конденсацию, которые проходят, минуя жидкую фазу, иногда называют сублимацией. Отдельные частицы песка в дюнных отложениях лишь слегка приморожены друг к другу ребрами и вершинами, при этом все поровое пространство свободно ото льда. Данный тип криотекстуры именуют контактной сублимационной.

Еще один специфический тип распределения эпигенетического (вторичного) льда часто встречается в перекрестно-слоистых дюнных песках. Это так называемая тонкошлировая криотекстура. Вторичный лед, имеющий также сублимационное происхождение, образует в рыхлом переохлажденном песке с отрицательными температурами тонкие горизонтальные прослойки и пленки толщиной не более 0.5 мм. Расстояние между соседними прослойками от нескольких миллиметров до 5–10 см. При прокладке шурфа в таких отложениях лопата легко с хрустом разрезает пленки льда, а находящийся между ними сухой песок высыпается из стенки. Создается структура, напоминающая торт «Наполеон».

Сублимационные криотекстуры — хороший признак, указывающий на формирование песчаных отложений в экстрааридных условиях при крайне низком увлажнении.

Внутри песчаных пластов видна тонкая микрослоистость, отражающая внутригодовую (сезонную) ритмичность эолового осадконакопления. Слоистость образована чередованием летних субпараллельных прослоев отбеленного кварцевого песка толщиной 2–3 см и зимних более тонких (1–2 мм) слойков охристой супеси с небольшим количеством темной пыли. Эта микрослоистость придает осадкам специфический полосчатый облик, что позволяет однозначно отличать их от всех других типов супесчаных отложений региона. Зимние супесчано-суглинистые слойки слабо сцементированы гидроокислами железа по сравнению с отбеленными летними, поэтому в береговых обрывах, разрушающихся естественным путем под воздействием ветра и гравитации, происходит избирательная денудация, возникает специфическая микроступенчатость, появляются тонкие козырьки.

В целом эоловые пачки отложений в разрезе отличаются светлым цветом, а также наличием охристых горизонтов, что свидетельствует об окислительных условиях накопления — хорошей аэрации и высокой сухости. Во влажных же восстановительных обстановках, напротив, железо подвижно: оно переходит в закисную двухвалентную форму, мигрирует с почвенными растворами и поступает в заболоченные понижения, где накапливается в виде сизого глеевого горизонта.

Еще один характерный признак древних эоловых отложений — узкие вертикальные трещины шириной до 10–15 см и длиной до нескольких метров, заполненные сухим отбеленным кварцевым песком. Они напоминают микроразрывы и имеют отчетливые признаки вертикальных смещений. Кроме того, отдельные трещины ветвятся, резко меняют направление. На поверхности некоторых котловин выдувания трещинная структура отпрепарирована ветром. Слагающий трещины материал устойчив к дефляции и морфологически схож с вулканическими микродайками. Ветвящиеся трещины не организованы в полигоны, а крайне низкая льдистость и высокая пористость отложений не позволяют связать образование трещин исключительно с мерзлотным пучением и полигонообразованием. Поэтому генезис песчаных жил остается пока неясным. Вероятно, он может быть связан с деформациями песчаного массива в результате его гравитационного уплотнения и усадки или же с глубинной суффозией.

Во время полевых работ в июне 2014 г., находясь в нескольких сотнях метров от Кысыл-Сырского тукулана, мы неоднократно слышали мощные, как пушечный выстрел, звуки. Можно было предположить, что рушились большие массы грунта. Однако поиски предполагаемых мест обрушения не увенчались успехом: никаких признаков крупных обвалов мы не обнаружили. Возможно, причиной специфических звуков стало именно формирование новых трещин внутри тукулана.

Некоторые исследователи считают, что во время глобального термического минимума зимние температуры в наиболее континентальных районах Северной Азии могли опускаться ниже –100°С. В таких условиях атмосферный воздух становится почти абсолютно сухим, происходит обезвоживание земной поверхности путем прямой сублимации внутрипочвенной влаги и льдов. Это привело к практически полному исчезновению древесной растительности на территории Центральной Якутии и распространению здесь криостепей и каменистых полупустынь.

В результате катастрофического снижения количества осадков даже крупные реки часто полностью пересыхали. На обдуваемых ветром водоразделах почвенно-растительный покров местами вовсе редуцировался, активная дефляция приводила к выносу мелкозема и формированию каменистых пустынь с ветрогранниками — специфическими трех- и четырехгранными камнями с асимметрично отшлифованными поверхностями. На речных террасах возникали обширные дюнные массивы, двигавшиеся в юго-восточном направлении.

Тем не менее даже во время глобального термического минимума ландшафты не были абсолютно пустынными и безжизненными. Движение песчаных дюн приводило к частичному блокированию стока и разрушению мелкодолинной дренажной сети. Формировалось множество бессточных котловин и внутренних дельт с небольшими озерами, где аккумулировалась влекомая ветром пыль. Здесь накапливались специфические ледово-лессовые отложения, служившие хорошим водоупором и аккумулятором подземных льдов. В озерно-болотных котловинах флора региона пережидала глобальное похолодание, организуясь в виде мозаичного сочетания лесотундровых, луговых и криостепных сообществ.

В кровле сартанской части разреза Кысыл-Сырского тукулана — эоловой пачки микрополосчатых супесей — заметны изменения, свидетельствующие о постепенном смягчении климата. Здесь начинают попадаться единичные вертикальные корешки и тонкие прослойки (1–2 мм) дерна. Они чередуются со слоями чистого хорошо отвеянного кварцевого песка. Это свидетельствует о снижении активности эоловых процессов и о возможности кратковременного закрепления дюн травянистой растительностью.

В самой верхней части эоловых отложений этого возраста мы наблюдаем резкое изменение обстановки осадконакопления по всей площади тукулана, что отражает уже не смену местных условий, а глобальный климатический переход, случившийся на рубеже позднего плейстоцена и голоцена, около 12.5 тыс. лет назад.

Особенно ценной находкой в исследованном обнажении стал погребенный под современными песками торфяник линзовидной формы, мощность которого местами достигает 2 м. Органический материал торфяника имеет светло-бурый цвет, а слагающая его растительность отличается очень хорошей сохранностью. Торф расслаивается на горизонтальные пласты, состоящие из разных видов растений. Многие из них были определены в лаборатории геоботаники Биолого-почвенного института ДВО РАН. Кроме того, получен абсолютный возраст каждого пласта торфа и выполнен спорово-пыльцевой анализ. Полученные результаты позволяют уверенно реконструировать события, происходившие в пределах Кысыл-Сырского тукулана в интервале от 10 до 3.5 тыс. лет назад — а именно такой возраст был установлен для нижней и верхней частей торфяника соответственно.

Итак, около 12.5 тыс. лет назад эоловые процессы постепенно затухают, а всхолмленная поверхность дюнного массива начинает закрепляться куртинами полыни, чабреца, горцев и некоторых видов злаков. Сначала зарастали пониженные участки — котловины выдувания и междюнные понижения. В таких местах накапливалось больше снега, поэтому и грунт был значительно лучше увлажнен. Полынно-злаковые сообщества котловин активно улавливали пыль и песок, сдуваемые с обнаженных дюнных гребней. Это привело к заиливанию и переувлажнению почвы. Около 10 тыс. лет назад полынно-злаковые сообщества в днищах междюнных котловин сменились лугами с фрагментами лиственничной лесотундры. Позднее, уже примерно 9 тыс. лет назад, им на смену пришли луговые ассоциации, впоследствии превратившиеся в осоковые болота. На сухих участках распространились сообщества из кустарниковой ольхи и березы.

Процессы ландшафтных изменений первой половины голоцена происходили на фоне глобального потепления, таяния ледников, подъема уровня океана и увеличения влажности климата. Около 7 тыс. лет назад уровень океана достиг современного и даже превысил его примерно на 5 м. К этому времени почти вся поверхность тукулана, за исключением дюнных гребней, покрылась слоем почвы и растительности, состоящей из мозаичного сплетения лиственнично-березовых ассоциаций с примесью кедрового стланика, ольхи и верескоцветных кустарничков.

Некоторые из заболоченных понижений превратились в мелкие бессточные осоковые озера, берега которых поросли миртом болотным, багульником, голубикой, шикшей. Причиной формирования этих специфических озер стало заиливание днищ междюнных котловин, постепенное промерзание и формирование мерзлого водоупора. Это препятствовало просачиванию надмерзлотных вод в нижние горизонты песчаных отложений тукулана. В результате образовалось множество замкнутых котловин, где формировались дерново-торфяные глеевые почвы и накапливались озерные сапропели. В южной части Кысыл-Сырского массива встречаются такие «тукуланные озера». Их глубина не превышает 1.5 м, а вода прогревается летом выше 25°С. Поразительно, что на глубине 15–20 см от поверхности дна под слоем ила находится многолетнемерзлый высокольдистый горизонт.

Около 6–5 тыс. лет назад в растительном покрове тукулана снова происходят существенные изменения. В результате повышения среднегодовых температур увеличивается глубина сезонного протаивания, что негативно влияет на внутрипочвенное увлажнение. Лиственнично-березовые сухие редколесья сменяются еще более ксерофитными группировками, в составе которых доминируют сосна обыкновенная и береза белая. В напочвенном ярусе распространяются брусника и толокнянка. Так в истории Кысыл-Сырского тукулана завершилась первая, наиболее теплая часть голоцена, именуемая здесь бореальным оптимумом.

Парковые сосновые леса, сформировавшиеся на Кысыл-Сырском тукулане около 7–6 тыс. лет назад, существуют и по сей день. Здесь систематически происходят естественные возгорания. Однако низовые пожары, как правило, не уничтожают лес полностью. Сосна обыкновенная эволюционировала как вид в условиях пирогенных лесостепных ландшафтов, поэтому классические, высокие, как свечки, сосны в нижней части не имеют ветвей. Это своеобразное приспособление для защиты от огня.

Впрочем, около 5 тыс. лет назад на Кысыл-Сырском тукулане все же случился грандиозный верховой пожар. Обширный сосновый лес выгорел дотла. Огонь уничтожил даже верхнюю часть почвенного покрова. Свидетельства этой природной катастрофы сохранились в разрезе в виде выдержанного горизонта со множеством углей и головешек на глубине 2–3 м от поверхности современных дюн. Горизонт подстилается сохранившимися фрагментами почвы, которые в днищах котловин выдувания местами выходят на поверхность в виде охристых пятен ожелезненного песка с большим количеством внутрипочвенных железистых конкреций (ортштейнов). Ветер перекатывает угольки и трубчатые ортштейны, они собираются и скапливаются в понижениях.

Со второй половины голоцена во всем мире началось постепенное похолодание климата. Около 4.5 тыс. лет назад наступила так называемая неогляциальная эпоха, вызвавшая увеличение ледниковых покровов и гляциоэвстатическое снижение уровня океана. В этот интервал времени (около 4.5–2.0 тыс. лет назад) на фоне похолодания стало выпадать меньше осадков, увеличивалась сухость климата.

Выгоревшая поверхность Кысыл-Сырского тукулана так и не смогла полностью закрепиться вплоть до настоящего времени, хотя периодически здесь появлялись отдельные деревья, формировались даже островки березово-соснового леса. Тот пожар стал триггером для активизации очередной, современной фазы эоловых процессов. Сначала выгоревшее и лишенное растительности пространство превратилось в эмбриональный дюнный массив. Он стал быстро разрастаться, двигаясь в юго-восточном направлении. Ряды серповидных дюн не спеша поглощали уцелевшие после пожара окружающие леса. Уничтожение почвенно-растительного покрова происходило двумя способами. Первый заключался в засыпании живых деревьев крутым фронтом надвигающейся дюны. Суть второго состоит в выдувании почвогрунта из-под корневой системы растения, что приводит к его иссушению и гибели.

Множество маломощных почвенных горизонтов и деревьев, вертикально погребенных в дюнах, хорошо видно в верхней части берегового обрыва Кысыл-Сырского тукулана, особенно в стенках гравитационных обвалов. Во внутренней части также можно увидеть торчащие из песка макушки высохших деревьев. Выполненные серии радиоуглеродных датировок показали, что возраст наиболее старых погребенных деревьев не превышает 200–300 лет. Это свидетельствует о том, что наиболее активная фаза развития эоловых процессов практически совпадает с глобальными климатическими событиями малого ледникового периода XI–XIX вв. Как ни парадоксально, но имеющиеся данные вынуждают признать, что каровые ледники хребта Сунтар-Хаята в Восточной Якутии наступали одновременно с расширением тукуланов в нижнем течении р. Вилюй. Причем и тот и другой процесс достигли максимума во второй половине XIX в.

Первые рекогносцировочные исследования тукуланов Центральной Якутии начаты всего два–три года назад. Этот природный феномен оказался настолько интересен и многогранен, что к настоящему времени сформировался большой коллектив специалистов, активно принимающих участие в ежегодных полевых работах. Несмотря на немалый объем уже полученных данных, количество уникальных находок и открытий только увеличивается. Вскоре мы продолжим знакомить с ними читателей «Природы».

Куть А.А., Галанин А.А., Лонгинова А.И. Пустыни на мерзлоте // Наука и техника в Якутии. 2014. №1(26). С.27–30.

Галанин А.А., Дьячковский А.П., Лыткин В.М. и др. Результаты определения абсолютного возраста образцов в радиоуглеродной лаборатории Института мерзлотоведения СО РАН // Наука и образование. 2015. №4(80). С.45–49.

Галанин А.А., Дьячковский А.П., Лыткин В.М. и др. Радиоуглеродная реконструкция истории формирования дюнных отложений (тукуланов) бассейна нижнего течения р. Вилюй // Фундаментальные проблемы квартера, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований: Материалы IX Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Иркутск, 2015. С.109–111.

Павлова М.Р., Галанин А.А., Рудая Н.А. Палинологическая характеристика четвертичных отложений массива развеваемых песков — тукулан Кысыл-Сырский (Центральная Якутия) // Фундаментальные проблемы квартера, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований: Материалы IX Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода. Иркутск, 2015. С.352–353.

Павлова М.Р., Галанин А.А., Рудая Н.А. Палинологические и радиоуглеродные данные о верхнечетвертичных отложениях дюнного массива — тукулан Кысыл-Сырский (Центральная Якутия) // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2016. Т.7. №1(13). С.100–107.

Хопкинс Д.М. История уровня моря в Берингии за последние 250 000 лет // Берингия в кайнозое. Владивосток, 1976. С.9–27.

Шофман И.Л., Кинд Н.В., Пахомов М.М. и др. Новые данные о возрасте отложений низких террас в бассейне р. Вилюй // Бюллетень комиссии по изучению четвертичного периода. 1977. №47. С.100–107.