По следам Карангатского моря

Дарья Валерьевна Семиколенных, Институт географии РАН (Москва),
Реджеп Курбанов, кандидат географических наук, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
«Природа» №12, 2020

Побережье Керченского пролива. Здесь и далее фото Д. В. Семиколенных

История развития Черного и Азовского морей — колебания их уровня, эволюция фауны, изменение климата примыкающих территорий и формирование берегов — уже несколько столетий находится под пристальным вниманием научного сообщества.

В современной палеогеографии — науке, изучающей ландшафтно-климатическую обстановку древних эпох, — давно установлена связь между глобальным изменением климата и колебаниями уровня Мирового океана. В ледниковые эпохи вода из морей и океанов аккумулируется на континентах в виде горных, покровных ледников и подземных льдов, а в эпохи потепления и межледниковья, при таянии этих льдов, она снова возвращается в Мировой океан.

Амплитуда колебаний уровня Черного моря за последний ледниково-межледниковый цикл превысила 100 м [1], а Азовское море периодически и вовсе исчезало, так как его глубина на сегодняшний день не превышает 14 м. Оба водоема относятся к внутренним морям, их уровень контролируется двумя главными факторами: во-первых, речным стоком, а во-вторых, наличием связи с Мировым океаном, т.е. связи Черного моря со Средиземным через систему проливов Босфор — Дарданеллы. Во время ледниковых эпох такая связь преимущественно отсутствовала.

Одним из ключевых событий в истории Азово-Черноморского бассейна была карангатская трансгрессия. Это повышение уровня моря, которое случилось в последнюю межледниковую эпоху (примерно 130–90 тыс. лет назад). Названа трансгрессия в честь одноименного мыса Крымского п-ова, где впервые были обнаружены и описаны отложения с характерными раковинами древних моллюсков. Соленость Азово-Черноморского бассейна в карангатское время была близка к средиземноморской (около 28–30‰), а максимальный уровень, по разным оценкам, был выше современного на 5–10 м. Именно благодаря высокому уровню мы можем сегодня наблюдать отложения трансгрессии не только в кернах глубоководных скважин, но и в естественных береговых обнажениях Болгарии, Восточного Крыма, Тамани, Кавказа, Турции и даже в отложениях западной и центральной части Манычской депрессии, где карангатские воды образовывали глубокий ингрессионный залив.

Соотношение площадей Азово-Черноморского бассейна в наши дни (1) и в карангатское время (2). Стрелкой показано направление проникновения вод карангатского моря в Манычскую депрессию

До недавнего времени в географической науке не существовало надежного метода абсолютного датирования, позволяющего достаточно точно определять возраст отложений древнее 40 тыс. лет, поэтому единого представления о количестве этапов карангатской трансгрессии, их возрасте и темпах развития до сих пор нет. И только внедрение в последние годы нового подхода — метода оптически стимулированной люминесценции (ОСЛ) — делает возможным датирование отложений возрастом от первых десятков до 250–500 тыс. лет [2]. Для расчета возраста используется светочувствительный сигнал, который накапливается в кристаллической решетке самых распространенных на земной поверхности минералов — кварца и полевых шпатов. Сигнал чувствителен к свету, а это значит, что в природных условиях каждый раз, когда зерна кварца и полевых шпатов оказываются на дневной поверхности и подвергаются воздействию солнечного света, он «обнуляется». Такое явление называется «обнулением часов», т.е. «часы» будут отсчитывать время последнего погребения заново. Еще одно существенное преимущество метода — это возможность датирования осадков, не содержащих органического материала.

За годы исследований накопилось огромное количество материалов по карангатской эпохе. Но без надежной хронологии они не могут ответить на многие ключевые вопросы в палеогеографии Азово-Черноморского бассейна. Дело в том, что трансгрессия была нелинейной, активные фазы подъема уровня сменялись короткими фазами стабилизации или даже его снижения. Понимание механизмов таких колебаний и связанных с ними геологических процессов, которые развиваются на побережье, важно в том числе и для решения практических задач. Сегодня, в условиях глобального потепления, тающие в различных регионах мира ледники приводят к росту уровня Мирового океана. И именно детальные палеогеографические реконструкции древних событий, механизмов и скоростей перестройки экосистем побережий необходимы для прогноза возможных негативных эффектов в будущем.

Районы полевых работ на первом (а) и втором (б) этапах экспедиции

В последние годы на географическом факультете Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и в Институте географии РАН реализуется несколько совместных проектов, в рамках которых в августе 2020 г. была организована экспедиция на побережье Керченского пролива и Южный берег Крыма, в район г. Судака. Целью экспедиции стало подробное изучение отложений карангатской трансгрессии.

Наиболее полная последовательность карангатских отложений вскрывается в разрезе Эльтиген. Разрез протяженностью около 3,5 км и высотой от 4–5 до 15 м расположен на восточном побережье Керченского п-ова, между с. Героевским и пересыпью, отделяющей оз. Тобечикское от Керченского пролива. Изучение этого разреза стало первым этапом нашей экспедиции. По составу и особенностям строения разрез Эльтиген можно разделить на два ключевых участка: южный, в котором чередуются лагунные и морские отложения с раковинами моллюсков, обитающими в наши дни в бассейнах с невысокой соленостью (Cerastoderma glaucum, Abra ovata, Loripes lacteus, Paphia discrepans, Cerithium vulgatum и др.), и северный, где вскрывается мощная толща прибрежно-морских песков с обильным включением раковин соленолюбивых средиземноморских моллюсков (Ostrea edulis, Donax sp., Chione gallina, Mactra corallina, Cardium tuberculatum и др.).

Разрез Эльтиген: а — южная часть, где предположительно вскрываются осадки первой фазы трансгрессии (Kr-1), б — северная часть с осадками второй фазы (Kr-2), лежащими на неогеновых глинах \( N^3_1 \)

Такая композиционная разница в разрезе связана прежде всего с тектоническим строением территории. Северная часть располагается на крыле воздымающейся антиклинали (это подтверждается выходом в нижней части разреза древних сарматских глин возрастом 5–7 млн лет), а южная приурочена к погружающейся зоне Тобечикского озера [3].

Фрагмент стенки разреза Эльтиген с включением раковин моллюсков

В литературе преобладает мнение, что осадки южной части разреза накапливались в первую фазу трансгрессии, а северной — во вторую [4–6]. Мы решили проверить, так ли это на самом деле. Полученные недавно первые ОСЛ-датировки северной части позволили определить время развития карангатской трансгрессии в 130–100 тыс. лет назад [7]. В этом году мы исследовали обнажение в южной части разреза. Впервые изучение возраста будет выполнено с высоким разрешением: образцы отобраны из каждого литологического слоя (всего по 20 образцов на ОСЛ-датирование, литологический и палеонтологический анализы). Положение всех слоев в разрезе и точки отбора образцов были зафиксированы с помощью высокоточной системы спутникового позиционирования (RTK-ровер Leica), а съемка квадрокоптером позволит создать детальный план местности в районе разреза. Эти данные помогут нам провести точную корреляцию карангатских отложений разных разрезов, а также рассчитать уровень древнего бассейна с учетом влияния локальных тектонических обстановок.

Съемка точек отбора образцов с помощью RTK-ровера

Раковины моллюсков из средней части разреза Эльтиген: Cerastoderma glaucum, Abra ovata, Loripes lacteus, Paphia discrepans, Cerithium vulgatum и др.

Палеогеографические реконструкции, основанные на одном объекте, пусть даже и уникальном, не позволяют детально охарактеризовать события древних эпох, так как полные серии отложений практически никогда не сохраняются в одном разрезе или же в керне скважины. Поэтому палеогеографы находятся в постоянном поиске новых объектов, содержащих запись истории интересующей их эпохи. Для того чтобы дополнить и уточнить реконструкцию развития карангатской трансгрессии, были развернуты работы на втором ключевом участке — в районе г. Судака на южном побережье Крыма. Здесь были исследованы разрезы Француженка и Меганом, в которых также встречаются слои с карангатскими отложениями. Работами на этих разрезах руководил известный палеонтолог и палеогеограф, главный научный сотрудник Института географии РАН профессор А. Л. Чепалыга.

Высохшее Тобечикское озеро, отделенное пересыпью от Керченского пролива

Разрез Француженка — невысокий обрыв, расположенный в 150 м к западу от одноименного мыса, а самый, на наш взгляд, интересный объект в этом районе — береговое обнажение Меганом, которое находится в 1,5 км к западу от мыса Рыбачий и протягивается на несколько сотен метров. Судя по характеру отложений, условия осадконакопления здесь кардинально отличались от весьма спокойных условий побережья Керченского пролива. Перепад высот на прилегающей к разрезам территории достигает 400 м, а местами и 500 м, что указывает на активное протекание эрозионных процессов не только в настоящем, но и в прошлом. Об этом говорит наличие в отложениях крупных обломков местного происхождения. Морские осадки здесь перекрыты мощной пачкой склоновых отложений, осадками временных водотоков, которые состоят из хаотичной смеси слабоокатанных обломков горных пород и пылеватой толщей с включением щебня и дресвы. Кровля карангатских отложений в разрезах расположена на абсолютной высоте 6,4 м (Француженка) и 4,2 м (Меганом), что соответственно на 2,8 и 0,6 м выше, чем в разрезе Эльтиген. Эта разница — отражение сложной и активной тектонической истории Крымских гор.

Стенка разреза Француженка

Сейчас образцы уже прошли химическую обработку в лаборатории^* географического факультета МГУ и отправлены в Данию, где в г. Роскилле расположен главный центр ОСЛ-датирования. Параллельно начата подготовка к проведению палеонтологических и литологических исследований.

Вид на мыс Рыбачий с бровки разреза Меганом

Постоянное развитие науки, разработка новых инструментов и методов открывают новые возможности для изучения древних эпох. Надежное определение событий возрастом древнее 40 тыс. лет позволит в будущем дать ответы на многие нерешенные вопросы эволюционной географии региона (например, с какой скоростью поднимался уровень моря во время трансгрессии, из скольких этапов она состояла, каковы точные временные границы различных стадий). Новые геохронологические данные, вкупе с палеонтологическим анализом отложений и материалами по интенсивности тектонических движений дадут возможность впервые достаточно точно определить максимальную высоту уровня Черного моря в районе Керченского пролива во время последнего межледниковья. Сейчас мы с нетерпением ждем результатов лабораторных исследований. Всего для реконструкции событий последнего межледниковья в Азово-Черноморском регионе было описано три разреза и отобрано более 100 образцов на геохронологический и комплексный палеогеографический анализы.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 19-77-10077) и Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-05-00296).

Литература
1. Янина Т. А. Неоплейстоцен Понто-Каспия: биостратиграфия, палеогеография, корреляция. М., 2012.
2. Люминесцентное датирование в палеогеографии // Актуальные проблемы палеогеографии плейстоцена. Научные достижения Школы академика К. К. Маркова. Отв. ред. Т. А. Янина. М., 2020; 554–613.
3. Симонов Д. А., Брянцева Г. В. Морфоструктурный анализ при неотектонических реконструкциях Керченского полуострова // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел геологический. 2018; 93(3): 12–25.
4. Федоров П. В. Стратиграфия четвертичных отложений Крымско-Кавказского побережья и некоторые вопросы геологической истории Черного моря. М., 1963.
5. Янко В. В., Фролов В. Т., Мотненко И. В. Фораминиферы и литология стратотипического разреза карангатского горизонта (антропоген Керченского полуострова) // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел геологический. 1990; 65(3): 83–97.
6. Шелкопляс В. Н., Христофорова Т. Ф. О строении морских четвертичных отложений Керченского региона // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2007; 2: 120–126.
7. Курбанов Р. Н., Янина Т. А., Мюррей А. С. и др. Возраст Карангатской трансгрессии (поздний плейстоцен) Черного моря // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2019; 6: 29–39.

^* Первая в Москве лаборатория оптически-стимулированного люминесцентного датирования открылась в 2020 г. в составе лаборатории новейших отложений и палеогеографии плейстоцена географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Это совместный проект географического факультета и Института географии РАН.