Estimation of the permafrost thickness of the New Siberia Island based on geothermal data and numerical modeling
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2023.401Abstract
The current ideas about the permafrost thickness on the New Siberia Island are very ambiguous both in terms of forming factors and in its magnitude (from 240 to 370 m), and in general are based on the assumption of the Pliocene beginning of rock freezing. In the last 20 years, new data have been obtained on the history of the region’s development in the Neopleistocene. They include the long existence of the New Siberia Island in marine conditions, which excluded the rocks freezing at that time, as well as the development of glaciation in the Middle Neopleistocene. These data indicate a significantly later onset of freezing of the island, which correlates with the nonstationarity of the temperature field of the frozen strata. The authenticity of the data is debated. The article is devoted to assessing the thickness of permafrost in accordance with three possible scenarios, allowing to take into account different points of view on the geological development of the region. The assessment is made using numerical modeling of the formation of frozen strata over the past 200 thousand years. One scenario includes the existence of glaciation during the Middle Neopleistocene, while in the other two it is absent. The last two scenarios differ in the stratigraphic schemes used. The reliability of the scenarios is assessed based on a comparison of the modeling results for each of them with geothermal data in a well on the island of New Siberia, obtained in the 1970s. The comparison results show that only the version with the existence of a glacier is consistent with the geothermal data. According to the data obtained, freezing of the island began under the glacier at the end of the Middle Neopleistocene, which existed in coastal-marine conditions. The most active increase in the frozen strata thickness dates back to the late Neopleistocene due to the drainage of the island. The obtained result is in agreement with new data on the age of the main geological bodies of the region, as well as with the idea of the glaciotectonic nature of dislocations in the Cretaceous - Middle Neopleistocene rocks.
Keywords:
New Siberian Islands, scenario of geological development, glaciation; glacioisostatic movements, permafrost, paleotemperature scenario, numerical modeling
Downloads
References
Анисимов, М. А., Тумской, В. Е., Иванова, В. В. (2006). Пластовые льды Новосибирских островов как реликт древнего оледенения. Материалы гляциологических исследований, 101, 143-145.
Басилян, А. Э., Анисимов, М. А., Никольский, П. А. (2009). Оледенение Новосибирских островов: определяющий фактор строения квартера. В: Труды XLII Тектонического совещания. Т. 1. М.: ГЕОС, 43-45.
Басилян, А. Э. и Никольский, П. А. (2007). Опорный разрез четвертичных отложений мыса Каменный (Новая Сибирь). Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода, 67, 76-84.
Басилян, А. Э., Никольский, П. А., Максимов, Ф. Е., Кузнецов, В. Ю. (2010). Возраст следов покровного оледенения Новосибирских островов по данным 230Th/U - датирования раковин моллюсков. В: Строение и история развития литосферы. М.: Paulsen, 506-514.
Гаврилов, А. В. (2008). Криолитозона арктического шельфа Восточной Сибири (современное состояние и история развития в среднем плейстоцене - голоцене). Автореф. дис. … д-ра геол.-минерал. наук. М.
Гаврильев, Р. Г. (2013). Каталог теплофизических свойств горных пород Северо-Востока России. Якутск: Изд-во Ин-та мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.
Геокриологическая карта СССР, масштаб 1:2 500 000 (1996). Винница: Гос. картограф. фабрика.
Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток (1989). М.: Недра.
Геологическая карта. Масштаб 1:200 000 (1981). Листы S-55-VII, VIII, IX; X, XI, XII. 1-е изд. Л.: Аэрогеология.
Голионко, Б. Г., Басилян, А. Э., Никольский, П. А., Костылева, В. В. (2019). Складчато-надвиговые деформации о. Новая Cибирь (Новосибирские острова, Россия): возраст, морфология и генезис структур. Геотектоника, 6, 46-64. https://doi.org/10.31857/S0016-853X2019646-64
Государственная геологическая карта Российской Федерации (новая серия). Масштаб 1:1 000 000 (1998). Лист S-53-55 (Новосибирские острова). СПб.: ВСЕГЕИ.
Государственная геологическая карта Российской Федерации (новая серия). Масштаб 1:1 000 000 (1999). Лист S-53-55 (Новосибирские острова). Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ.
Гусев, Е. А., Рыбалко, А. Е., Большиянов, Д. Ю., Макаров, А. С., Рябчук, Д. В., Жамойда, В. А., Сергеев, А. Ю., Бартова, А. В., Крылов, А. А., Яржембовский, Я. Д., Костромина, Н. А., Семенов, П. Б., Малышев, С. А., Горбунов, Д. А., Комаров, А. Ю. (2021). К вопросу о плейстоценовом оледенении Восточно-Арктического шельфа. В: Геология морей и океанов: мат-лы XXIV Междунар. науч. конф. (Школы) по морской геологии. Т. IV. М.: ИО РАН, 45-50. https://doi.org/10.29006/978-5-6045110-7-7
Девяткин, В. Н. (1993). Тепловой поток криолитозоны Сибири. Новосибирск: Наука.
Деревягин, А. Ю., Чижов, А. Б., Майер, Х. (2010). Температурные условия зим Лаптевоморского региона за последние 50 тыс. лет в изотопной записи повторно-жильных льдов. Криосфера Земли, XIV (1), 32-40.
Дортман Н. Б., ред. (1984). Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика): справочник геофизика. М.: Недра.
Ершов, Э. Д., ред. (1998). Основы геокриологии. Ч. 3. Региональная и историческая геокриология мира. М.: Изд-во МГУ.
Зайцев, В. Н. (1998). Криолитозона северной и северо-восточной Азии. Арктические Приморские низменности. В: Основы геокриологии. Ч. 3. Региональная и историческая геокриология мира. М.: Изд-во МГУ, 307-327.
Зайцев, В. Н., Соловьев, В. А., Плетнев, В. Е. (1989). Яно-Колымский регион. В: Э. Д. Ершов, ред., Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток. М.: Недра, 240-279.
Иванова, В. В. (2012). Геохимия пластовых льдов острова Новая Сибирь (Новосибирские острова, Российская Арктика) как отражение условий их генезиса. Криосфера Земли, XVI (1), 56-70.
Каплина, Т. Н. (1987). Закономерности развития криолитогенеза в позднем кайнозое на аккумулятивных равнинах северо-востока Азии. Автореф. дис. … д-ра геол.-минерал. наук. Якутск: ИМЗ СО АН СССР.
Каплина, Т. Н. и Кузнецова, И. Л. (1975). Геотемпературная и климатическая модель эпохи накопления осадков едомной свиты Приморской низменности Якутии. Проблемы палеогеографии лессовых и перигляциальных областей. М.: Ин-т географии АН СССР, 170-174.
Карта четвертичных образований масштаба 1:2 500 000 территории Российской Федерации. Пояснительная записка (2013). СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ.
Конищев, В. Н. (1999). Эволюция температуры пород арктической зоны России в верхнем кайнозое. Криосфера Земли, III (4), 39-47.
Лаврушин, Ю. А. (1976). Строение и формирование основных морен материковых оледенений. М.: Наука.
Павлова, Е. Ю., Анисимов, М. В., Дорожкина, М. В., Питулько, В. В. (2010). Следы древнего оледенения на о. Новая Сибирь (Новосибирские острова) и природные условия района в позднем неоплейстоцене. Лед и снег, 110 (2), 85-92.
Романовский, Н. Н., Гаврилов, А. В., Пустовойт, Г. В., Холодов, А. Л., Кассенс, Х., Хуббертен, Х.-И., Ниссен, Ф. (1997). Распространение субмариной мерзлоты на шельфе моря Лаптевых. Криосфера Земли, I (3), 9-18.
Соловьев, В. А. (1981). Прогноз распространения реликтовой субаквальной мерзлой зоны (на примере восточно-арктических морей). Криолитозона арктического шельфа. Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 28-38.
Соловьев, В. А., Гинсбург, Г. Д., Телепнев, Е. В., Михалюк, Ю. Н. (1987). Криогеотермия и гидраты природного газа в недрах Северного Ледовитого океана. Л.: ПГО «Севморгеология».
Стрелецкая, И. Д. (2021). Пластовые льды и проблема их генезиса. Методы изучения подземных льдов и мерзлых отложений. Лекция из цикла «Вечная мерзлота в пространстве и времени». [online] Доступно на: https://www.youtube.com/watch?v=O11z98PObRM [Дата доступа 15.02.2023].
Стрелецкая, И. Д., Васильев, А. А., Облогов, Г. Е., Матюхин, А. Г. (2013). Изотопный состав подземных льдов Западного Ямала (Марре-Сале). Лед и снег, 122 (2), 83-92. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-2-83-92
Тумской, В. Е. (2012). Особенности криолитогенеза отложений северной Якутии в среднем неоплейстоцене - голоцене. Криосфера Земли, XVI (1), 12-21.
Тумской, В. Е. (2023). Криостратиграфия и история геологического развития четвертичных отложений Арктической Якутии. Автореф. дис. … д-ра геол.-минерал. наук. Якутск.
Тумской, В. Е. и Басилян, А. Э. (2006). Опорный разрез четвертичных отложений о. Большой Ляховский (Новосибирские острова). Проблема корреляции плейстоценовых событий на Русском Севере. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ.
Ушаков, С. А. и Красс, М. С. (1972). Сила тяжести и вопросы механики недр Земли. М.: Недра.
Фотиев, С. М. (1997). Гидрохимический метод оценки палеотемпературы пород на Арктическом побережье. Криосфера Земли, I (2), 29-35.
Шер, А. В. (1997). Природная перестройка в Восточно-Сибирской Арктике на рубеже плейстоцена и голоцена и ее роль в вымирании млекопитающих и становлении современных экосистем (сообщение 1). Криосфера Земли, I (1), 21-29.
Шестакова, В. М. и Орлова, М. С. (1984). Гидрогеология. М.: Изд-во МГУ.
Andreev, A. A., Tarasov, P. E., Schwamborn, G., Ilyashuk, B., Ilyashuk, E., Bobrov, A. A., Klimanov, V. A., Rachold, V., Hubberten, H. W. (2004). Holocene paleoenvironmental records from Nicolay Lake, Arctic Russia. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 209, 197-217. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2004.02.010
Bauch, H. A., Muller-Lupp, T., Taldenkova, E., Spielhagen, R. F., Kassens, H., Grootes, P. M., Thiede, J., Heinemeier, J., Petryashov, V. V. (2001). Chronology of the Holocene transgression at the North Siberian margin. Global and Planetary Change, 31, 125-139. https://doi.org/10.1016/S0921-8181(01)00116-3
Dаnsgaard, W., Johnsen, S. J., Clausen, H. B., Dahl-Jensen, D., Gundestrup, N. S., Hammer, C. U., Hvidberg, C. S., Steffensen, J. P., Sveinbjörnsdottir, A. E., Jouzel, J., Bond, G. (1993). Evidence for general instability of past climate from 250-kyr ice-core records. Nature, 364, 218-220. https://doi.org/10.1038/364218a0
Davies, J. H. (2013). Global map of solid Earth surface heat flow. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 14. https://doi.org/10.1002/ggge.20271
Gavrilov, A., Malakhova, V., Pizhankova, E., Popova, A.(2020). Permafrost and Gas Hydrate Stability Zone of the Glacial Part of the East-Siberian Shelf. Geosciences, 10 (12), 484. https://doi.org/10.3390/geosciences10120484
Malakhova, V. V. and Eliseev, A. V. (2020). Uncertainty in temperature and sea level datasets for the Pleistocene glacial cycles: Implications for thermal state of the subsea sediments. Global and Planetary Change, 192, 103249. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2020.103249
Opel, T., Wetterich, S., Meyer, H., Dereviagin, A. Y., Fuchs, M. C., Schirrmeister, L. (2017). Ground-ice stable isotopes and cryostratigraphy reflect late Quaternary palaeoclimate in the Northeast Siberian Arctic (Oyogos Yar coast, Dmitry Laptev Strait). Climate of the Past, 13, 587-611. https://doi.org/10.5194/cp-13-587-2017
Schirrmeister, L., Grosse, G., Schwamborn, G., Andreev, A., Meyer, H., Kunitsky, V. V., Kuznetsova, T. V., Dorozhkina, M. V., Pavlova, E. Y., Bobrov, A. A., Oezen, D. (2003). Late Quaternary History of the Accumulation Plain North of the Chekanovsky Ridge (Lena Delta, Russia): A Multidisciplinary Approach. Polar Geography, 27 (4), 277-319. https://doi.org/10.1080/789610225
Wetterich, S., Tumskoy, V., Rudaya, N., Kuznetsov, V., Maksimov, F., Opel, T., Meyer, H., Andreev, A., Schirrmeister, L. (2016). Ice complex permafrost of MIS5 age in the Dmitry Laptev Strait coastal region (East Siberian Arctic). Quarternary Science Reviews, 147, 298-311. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2015.11.016
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
